DE102011085707A1 - Device for changing valve lift characteristic of valve drive of internal combustion engine, has rotationally driven ground camshaft and cam unit rotatably mounted and axially displaceable on ground camshaft - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 eine Vorrichtung zur Veränderung der Ventilhubcharakteristik eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Schiebenockensystem, welches eine rotativ angetriebene Grundnockenwelle und zumindest eine auf dieser axial verschiebbar und drehfest angeordnete Nockeneinheit mit zumindest zwei mit unterschiedlichen Nockenprofilen versehenen Nocken aufweist, und welches eine Verstelleinrichtung, mittels welcher die Nockeneinheit in axialer Richtung in unterschiedliche Positionen verlagerbar ist, aufweist, wobei die Verstelleinrichtung eine auf der Grundnockenwelle verschiebbare, als zylindrische Muffe ausgebildete Verstellkulisse aufweist.The invention relates according to the preamble of
Gebiet der ErfindungField of the invention
Schaltbare Ventiltriebe, mittels welcher sich sowohl der Ventilhub als auch die Ventilöffnungsdauer verstellen lassen, dienen zur Optimierung des Ladungswechsels einer Brennkraftmaschine. Eine entsprechende Optimierung des Ladungswechsels in Bezug auf den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine führt zu einer wesentlichen Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und zu einer deutlichen Verbesserung der Abgaswerte. Derartige schaltbare Ventiltriebe können unter anderem durch die Verwendung von schaltbaren Nockenfolgern oder eines Schiebenockensystemens realisiert werden. In beiden Systemen stehen Nockenpaare mit Nocken unterschiedlicher Geometrie zur Verfügung, wobei durch einen Verstellvorgang von einer Ventilbetätigung durch den einen Nocken auf eine Ventilbetätigung durch den anderen Nocken umgeschaltet wird.Switchable valve trains, by means of which both the valve lift and the valve opening period can be adjusted, serve to optimize the charge cycle of an internal combustion engine. A corresponding optimization of the charge exchange with respect to the respective operating state of the internal combustion engine leads to a significant reduction in fuel consumption and to a significant improvement in exhaust emissions. Such switchable valve trains can be realized, inter alia, by the use of switchable cam followers or a sliding cam system. In both systems, cam pairs with cams of different geometry are available, with an adjustment from a valve actuation by the one cam is switched to a valve actuation by the other cam.
Eine Vorrichtung zur Veränderung der Ventilhubcharakteristik eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem Schiebenockensystem der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 beschriebenen Gattung ist aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Veränderung der Ventilhubcharakteristik eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Schiebenockensystem der im Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3 angegebenen Gattung derart weiterzubilden, dass sich für diese eine mit baulich einfachen Mitteln realisierbare und somit auch eine mit verringertem Fertigungsaufwand herstellbare für eine Großserie geeignete Verstelleinrichtung schaffen lässt.The invention has the object of providing a device for changing the valve lift characteristic of a valve train of an internal combustion engine with at least one sliding cam system of the type specified in the preamble of the
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass von beiden Endbereichen der Muffe an deren Außenmantel gegenläufig schraubenförmig verlaufende erste Nutabschnitte ausgehen, die beide in einen zweiten Nutabschnitt einmünden, der im Wesentlichen mittig in einer Querebene der Muffe über einen Teil von deren Umfang verläuft, dass der zweite Nutabschnitt an seinem von dem ersten Nutabschnitt abgewandten Ende mit einer Rampe versehen ist, und dass während eines Verstellvorganges der Nockeneinheit zwei zur Verstellkulisse radial verlaufende Betätigungsstifte einer Stelleinheit wahlweise in einen der beiden ersten Nutabschnitte eingreifen und am Ende des zweiten Nutabschnittes über die Rampe radial aus ihrer Eingriffsposition herausbewegt werden, wobei der jeweilige Betätigungsstift in dieser Position mittels einer in der Stelleinheit angeordneten Sperreinrichtung verriegelbar ist. Folglich kann mit der als zylindrische Muffe ausgebildeten Verstellkulisse eine Verschiebung der Nockeneinheit in beiden Richtungen vorgenommen werden. Dabei greift einer der beiden Betätigungsstifte, über den dieser Verstellvorgang durchgeführt werden soll, im jeweiligen Endbereich der Muffe in den ihm benachbarten schraubenlinienförmig verlaufenden ersten Nutabschnitt ein. Da dieser erste Nutabschnitt in den zweiten in einer Querebene der Muffe verlaufenden zweiten Nutabschnitt einmündet, gelangt der Betätigungsstift an der sich drehenden Muffe auch in diesen zweiten Nutabschnitt. Dieser zweite Nutabschnitt weist an seinem, in Drehrichtung der Muffe gesehenen Ende eine Rampe auf, so dass der Betätigungsstift aus dem zweiten Nutabschnitt herausbewegt wird und anschließend die Muffe frei gegenüber dem Betätigungsstift rotiert. In identischer Weise steht der weitere am anderen Ende der Muffe liegende erste Nutabschnitt mit dem vorgenannten zweiten Nutabschnitt in Verbindung, so dass der mit ihm in Eingriff bringbare weitere Betätigungsstift auch stets in diese mittlere Position der Muffe bewegt wird, wo er über die Rampe radial aus seiner Eingriffsposition herausbewegt wird. Im Anschluss an diese Bewegung werden beide Betätigungsstifte in dieser Nichteingriffsposition verriegelt, wofür in der Stelleinheit eine Sperreinrichtung vorgesehen ist. Zur Vereinfachung der Einfädelung der Betätigungsstifte in die ersten Nutabschnitte können diese weiterhin in diesen Bereichen, in denen ein Verstellvorgang in der einen oder der anderen Richtung begonnen wird, mit Einlaufbereichen versehen sein, die als in Querebene der Muffe verlaufende Teilbereiche ausgebildet sind.This object is achieved according to the characterizing part of claim 1, characterized in that run out of two end portions of the sleeve on the outer shell opposite helical first groove portions, both open into a second groove portion, which is substantially in a transverse plane in a transverse plane of the sleeve over a part of whose circumference extends, that the second groove portion is provided at its end facing away from the first groove portion with a ramp, and that engage during an adjustment of the cam unit two for Verstellkulisse radially extending actuating pins of an actuating unit either in one of the two first groove portions and at the end of the second Nutabschnittes are moved over the ramp radially from its engaged position, wherein the respective actuating pin is locked in this position by means of a locking device arranged in the adjusting unit. Consequently, with the adjusting sleeve designed as a cylindrical sleeve displacement of the cam unit can be made in both directions. In this case, one of the two actuating pins, via which this adjustment process is to be performed, engages in the respective end region of the sleeve in the helically extending first groove section adjacent to it. Since this first groove section opens into the second second groove section extending in a transverse plane of the sleeve, the actuating pin also arrives at the rotating sleeve in this second groove section. This second groove portion has at its, seen in the direction of rotation of the sleeve end a ramp, so that the actuating pin from the second groove portion is moved out and then rotates the sleeve freely against the actuating pin. In an identical manner, the further groove section located at the other end of the sleeve communicates with the aforesaid second groove section, so that the further actuating pin which can be brought into engagement with it is also always moved into this middle position of the sleeve, where it projects radially out of the ramp moved out of its engaged position. Following this movement, both actuating pins are locked in this disengaged position, for which a locking device is provided in the actuating unit. To simplify the threading of the actuating pins in the first groove sections they can continue to be provided in these areas in which an adjustment process in one or the other direction is started, with inlet regions which are formed as extending in the transverse plane of the sleeve portions.
Weiterhin soll die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 dadurch gelöst werden, dass eine Stelleinheit der Verstelleinrichtung zumindest zwei radial zur Muffe verschiebbare Betätigungsstifte aufweist, die über eine Betätigungswelle aktivierbar sind, dass die Betätigungswelle zumindest einen rampenförmigen Bund aufweist, der in zumindest einer seiner Bewegungsrichtungen einen der beiden Betätigungsstifte in Richtung eines der an der Muffe vorgesehenen Nutabschnitte aktiviert und dass jeder der beiden Betätigungsstifte über eine Innenhülse in einem Außenstößel geführt ist, wobei die Betätigungsstifte über erste Druckfedern axial in der Innenhülse abgestützt und gegenüber dieser ver- und entriegelbar sind. Die Betätigungswelle kann dabei einen Bund aufweisen, der in der einen Bewegungsrichtung die Verriegelung des einen Betätigungsstiftes und in der anderen Richtung die Verriegelung des weiteren Betätigungsstiftes aufhebt, so dass einer dieser beiden Betätigungsstifte aktiviert ist.Furthermore, the object underlying the invention should be solved according to the characterizing part of
Eine derartige Lösung ist in vorteilhafter Weise für eine Anwendung der Stelleinrichtung an einer Verstellkulisse vorgesehen, bei der diese einzige Verstellkulisse eines Ventiltriebs die Nockeneinheit in beiden Richtungen verstellt. Sollte allerdings die Nockeneinheit über beidseitig dieser angeordnete Verstellkulissen verschoben werden, so kann diese Verstellung auch über eine gemeinsame Betätigungswelle erfolgen, bei der allerdings jedem Betätigungsstift ein entsprechender Bund, der nur in einer Bewegungsrichtung eine rampenartige Ausbildung aufweist, zugeordnet ist.Such a solution is provided in an advantageous manner for an application of the adjusting device on a Verstellkulisse in which this single Verstellkulisse a valve train adjusts the cam unit in both directions. However, should the cam unit be moved over both sides of this arranged Verstellkulissen, this adjustment can also be done via a common operating shaft, in which, however, each actuator pin associated with a corresponding collar which has a ramp-like training only in one direction.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Stelleinheit bestehen darin, dass diese mit einer mechanischen Einrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung der Betätigungsstifte versehen ist, wobei die entsprechende Betätigungswelle in beiden Bewegungsrichtungen mechanisch, elektromechanisch oder elektrohydraulisch bewegt werden kann. Diese Ausbildung der Stelleinheit ist in besonderer Weise geeignet für eine Anwendung in Brennkraftmaschinen von Krafträdern, bei denen die Betätigungswelle beispielsweise über eine Lastverstellung, d. h., dem Gaszug des Kraftrades verschoben werden kann.The particular advantages of the adjusting unit according to the invention are that it is provided with a mechanical device for activating and deactivating the actuating pins, wherein the corresponding actuating shaft can be moved mechanically, electromechanically or electro-hydraulically in both directions of movement. This design of the actuator is particularly suitable for use in internal combustion engines of motorcycles, in which the actuating shaft, for example via a load adjustment, d. h., The throttle cable of the motorcycle can be moved.
Weiterhin soll für eine Ausbildung der Versteileinrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 3 die Stelleinheit mit als mechanische Betätigung beispielsweise einen Bowdenzug oder ein Gestänge aufweisen, die für entsprechende Längsbewegungen der Betätigungswelle innerhalb eines Gehäuses der Stelleinheit sorgen. Ein entsprechender Bowdenzug, der beispielsweise in Krafträdern verwendet wird, kann in diesem Fall und auch im Falle anderer Anwendungen mit einem Drehgriff in Verbindung stehen, über welchen eine Lastverstellung der Brennkraftmaschine erfolgt. Der verwendete Bowdenzug zieht die Betätigungswelle bei einer Bewegung des Drehgriffs in Richtung Volllast in eine Position, in der der Betätigungsstift, der für eine Verstellung der Nockeneinheit in Richtung Betätigung des entsprechenden Einlassventils über einen Nocken mit großer Nockenerhebung aktiviert wird.Furthermore, for an embodiment of the adjusting device according to
Eine Verstellung der Nockeneinheit in Richtung Nocken mit kleiner Nockenerhebung erfolgt dann, wenn der weitere Betätigungsstift durch ein Loslassen oder eine Rückstellung des Drehgriffes aktiviert wird und in den entsprechenden schraubenlinienförmigen Nutabschnitt eingreift. Damit erfolgt eine Verstellung in Richtung Teillastbereich der Brennkraftmaschine. Im Falle der Verstellung der Nockeneinheit über eine einzige Verstellkulisse kann in vorteilhafter Weise innerhalb der Stelleinheit eine Betätigungswelle mit nur einem Bund vorgesehen sein, wobei dieser Bund in beiden Bewegungsrichtungen einen rampenförmigen Verlauf aufweist und mit nebeneinander angeordneten Betätigungsstiften zusammenwirkt.An adjustment of the cam unit in the direction of the cam with a small cam lobe takes place when the further actuating pin is activated by a release or a return of the rotary handle and engages in the corresponding helical groove portion. This results in an adjustment in the direction of the partial load range of the internal combustion engine. In the case of adjustment of the cam unit via a single Verstellkulisse can be provided with only one collar within the control unit advantageously an actuating shaft, said federal government in both directions of movement has a ramp-shaped course and cooperates with juxtaposed actuating pins.
Weiterhin ist vorgesehen, dass jeder der beiden Betätigungsstifte über eine Innenhülse in einem Außenstößel geführt ist, wobei die Betätigungsstifte über erste Druckfedern axial in der Innenhülse abgestützt und gegenüber dieser ver- und entriegelbar sind. Dabei können die Mittel zur Ver- und Entriegelung der Betätigungsstifte jeweils über eine im Betätigungsstift vorgesehene Sperrnut, darin angeordneten Kugeln und einen diese Kugeln umschließenden verjüngten Bund des Außenstößels gebildet sein. Wird bei dieser Ausbildung der Sperreinrichtung der Außenstößel über den an der Betätigungswelle vorgesehenen Bund in axialer Richtung auf die Verstellkulisse zubewegt, so gelangen die zuvor über den verjüngten Bund des Außenstößels in der Sperrnut des Betätigungsstiftes gehaltenen Kugeln in eine gelöste Stellung, so dass sich der entsprechende Betätigungsstift gegenüber der Innenhülse in Richtung der Muffe verschieben kann. Dadurch wird in einfacher Weise ein schnellschaltendes mechanisches System geschaffen, wie es sich insbesondere für eine Anwendung in vergleichsweise einfach ausgebildeten Brennkraftmaschinen eignet.Furthermore, it is provided that each of the two actuating pins is guided via an inner sleeve in an outer tappet, wherein the actuating pins are supported via first compression springs axially in the inner sleeve and against this ver and unlocked. In this case, the means for locking and unlocking the actuating pins can be formed in each case via a locking pin provided in the actuating pin, arranged therein balls and a balls surrounding these tapered collar of the outer tappet. If, in this embodiment, the locking device of the outer tappet is moved over the collar provided on the actuating shaft in the axial direction onto the adjusting link, then the balls previously held in the locking groove of the actuating pin via the tapered collar of the outer tappet reach a released position, so that the corresponding one is obtained Actuating pin relative to the inner sleeve can move in the direction of the sleeve. As a result, a fast-switching mechanical system is created in a simple manner, as it is particularly suitable for use in comparatively simple engine design.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass der Außenstößel an seiner Stirnseite einen konzentrisch angeordneten, im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildeten Betätigungszapfen aufweist, der mit dem rampenförmigen Bund der Betätigungswelle zusammenwirkt, wobei die Innenhülse an ihrem der Muffe zugewandten Ende einteilig mit einem Federteller ausgebildet ist, und zwischen dem Federteller und einem umgebördelten Rand des Außenstößels eine zweite Druckfeder angeordnet ist. Während dieses Entriegelungsvorgangs des entsprechenden Betätigungsstifts stützt sich dieser Federteller an der Außenmantelfläche der Muffe ab, so dass eine Relativverschiebung zwischen der abgestützten Innenhülse und des diese radial umgreifenden Außenstößels ermöglicht wird, was zu einer Entriegelung der aus Kugeln und der Sperrnut gebildeten Verriegelungseinrichtung führt.In this context, it is provided that the outer ram has on its front side a concentrically arranged, substantially frusto-conical shaped actuating pin, which cooperates with the ramp-shaped collar of the actuating shaft, wherein the inner sleeve is integrally formed at its sleeve end facing with a spring plate, and between the spring plate and a flanged edge of the outer plunger, a second compression spring is arranged. During this unlocking operation of the corresponding actuating pin, this spring plate is supported on the outer circumferential surface of the sleeve so that a relative displacement between the supported inner sleeve and the radially surrounding outer tappet is made possible, resulting in an unlocking of the locking means formed from balls and the locking groove.
Schließlich soll in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Grundnockenwelle zumindest eine von ihrem einen Ende aus bis zu der jeweiligen Nockeneinheit reichende Längsbohrung aufweisen, innerhalb welcher zumindest eine Betätigungsstange angeordnet ist, wobei von einem Ende der Betätigungsstange ein radial durch ein Langloch der Grundnockenwelle geführter und an der Nockeneinheit angreifender Mitnehmer ausgeht, und wobei das andere Ende der Betätigungsstange mit der Verstellkulisse verbunden ist. Die Grundnockenwelle kann somit zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet sein, an deren einen Ende ein Antriebsrad befestigt ist, über das die Hohlwelle über eine Kette einen Zahnriemen oder ein Räderpaar von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aus angetrieben wird. Die Betätigungsstange steht vorzugsweise axial über dieses Antriebsrad vor und nimmt in diesem Bereich die Verstelleinrichtung auf. Somit kann die Versteileinrichtung in einem Bereich außerhalb der Ventiltriebsanordnung vorgesehen sein, so dass hierfür innerhalb des Ventiltriebes kein besonderer Bauraum beansprucht wird, der erfahrungsgemäß in vielen Fällen in modernen Ventiltrieben an dieser Stelle nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung steht.Finally, in an advantageous embodiment of the invention, the base camshaft have at least one reaching from one end to the respective cam unit longitudinal bore within which at least one actuating rod is arranged, one of the end of the actuating rod guided radially through a slot of the base camshaft and on the Cam unit acting driver, and wherein the other end of the actuating rod is connected to the Verstellkulisse. The base camshaft may thus be formed at least in sections as a hollow shaft, at one end of a drive wheel is fixed, via which the hollow shaft via a chain a toothed belt or a pair of wheels is driven by a crankshaft of the internal combustion engine. The actuating rod is preferably axially above this drive wheel and takes on the adjustment in this area. Thus, the adjusting device may be provided in an area outside the valve train arrangement, so that for this purpose no special space is claimed within the valve train, which experience has shown that in many cases in modern valve trains at this point is not available to a sufficient extent.
Die Erfindung soll nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der Patentansprüche 1 und 3 mit den darauf rückbezogenen Patentansprüchen beschränkt sein. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus der Zeichnung ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.The invention is not intended to be limited to the specified combination of the features of
Weitere Merkmale der Erfindung sind im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung herleitbar, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.Further features of the invention are incidentally deducible from the following description and from the drawing, in which an embodiment of the invention is shown in simplified form.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Es zeigen:Show it:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In den
Zwischen dem Wälzlager
In den Darstellungen nach den
Eine Längsverschiebung der Nockeneinheit
An ihrem gegenüberliegenden Ende nimmt die Betätigungsstange eine Verstellkulisse
Zu diesem Zweck wirken die entsprechenden Nutabschnitte
Jedem der Betätigungsstifte
Hinsichtlich des weiteren Aufbaus dieser Anordnung, die im Zusammenhang mit dem Betätigungsstift
Aufgrund dieser Vorspannung werden Kugeln
Weiterhin geht aus der
Die Funktion des Schiebenockensystems ist folgende:
Wird gemäß
Is according to
Die mit der Grundnockenwelle
Wird anschließend der Bowdenzug aufgrund einer entgegengesetzten Drehbewegung oder eines Loslassens des Drehgriffs in entgegengesetzter Richtung bewegt, so fährt die Betätigungswelle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Grundnockenwellebase camshaft
- 22
- Wälzlagerroller bearing
- 33
- Wälzlagerroller bearing
- 44
- Auslassnockenexhaust
- 55
- Nockenrollecam roller
- 66
- Auslasskipphebelexhaust rocker
- 77
- erste Kipphebelwellefirst rocker arm shaft
- 88th
- Nockeneinheitcam unit
- 99
- Ausnehmungrecess
- 1010
- Längsnutlongitudinal groove
- 1111
- PassfederAdjusting spring
- 1212
- erster Nocken mit großem Hubfirst cam with large stroke
- 1313
- zweiter Nocken mit kleinem Hubsecond cam with small stroke
- 1414
- Nockenrollecam roller
- 1515
- Einlasskipphebelintake rocker
- 1616
- zweite Kipphebelwellesecond rocker arm shaft
- 1717
- Rastkugeldetent ball
- 1818
- Rastfederdetent spring
- 1919
- Rastausnehmungrecess
- 2020
- Betätigungsstangeactuating rod
- 2121
- Längsbohrunglongitudinal bore
- 2222
- Mitnehmertakeaway
- 2323
- VerstellkulisseVerstellkulisse
- 2424
- Muffesleeve
- 2525
- erster Nutabschnittfirst groove section
- 2626
- erster Nutabschnittfirst groove section
- 2727
- zweiter Nutabschnittsecond groove section
- 2828
- Betätigungsstiftactuating pin
- 2929
- Betätigungsstiftactuating pin
- 3030
- Gehäusecasing
- 3131
- Stelleinheitactuator
- 3232
- Versteileinrichtungadjusting device
- 3333
- Betätigungswelleactuating shaft
- 3434
- Druckfedercompression spring
- 3535
- Druckfedercompression spring
- 3636
- BundFederation
- 3737
- Außenstößelouter slide
- 37a37a
-
verjüngter Abschnitt von
37 Rejuvenated section of37 - 3838
- Betätigungszapfenactuating pin
- 3939
- Kopfstückheadpiece
- 4040
- Innenhülseinner sleeve
- 4141
- erste Druckfederfirst compression spring
- 4242
- Federtellerspring plate
- 4343
- umgebördelter RandBordered edge
- 4444
- zweite Druckfedersecond compression spring
- 4545
- Kugelnroll
- 4646
- Sperrnutlocking groove
- 4747
- Öffnungenopenings
- 4848
- Ramperamp
- 4949
-
Teilbereich von
25 Subarea of25 - 5050
-
Teilbereich von
26 Subarea of26
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102011085707A Withdrawn DE102011085707A1 (en) | 2011-11-03 | 2011-11-03 | Device for changing valve lift characteristic of valve drive of internal combustion engine, has rotationally driven ground camshaft and cam unit rotatably mounted and axially displaceable on ground camshaft |
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2011
- 2011-11-03 DE DE102011085707A patent/DE102011085707A1/en not_active Withdrawn
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