DE3041864A1 - Vorrichtung zum verschieben der steuerzeit eines gaswechselventils einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verschieben der Steuerzeit der Ein- und Auslaßventile einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 19 63 5^9 ist eine Vorrichtung bekannt, die ein Vor- oder Nachstellen der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und somit ein Verschieben der Steuerzeit herbeiführt. Die Vorrichtung ist allerdings so i-^"¹· - ausgebildet, daß sich die Steuerzeit der von einer einzigen Nockenwelle betätigten Einlaß- und Auslaßventile gemeinsam verschiebt. Mit diesem gemeinsamen Verschieben wird der Zweck verfolgt, die schädlichen Bestandteile in den Abgasen herabzusetzen. Ein weiterer durch das Verschieben der Steuerzeit möglicher Vorteil, nämlich ein verbesserter Füllungsvorgang, kann mit einer derartigen Steuerung jedoch nur in einem eng begrenzten Drehzahlbereich erzielt werden.

In der DE-OS 20 32 58I ist dagegen eine Vorrichtung zum Verschieben der Steuerzeit der Einlaß- und Auslaßventile einer Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen beschrieben. Diese Vorrichtung ist derart aufgebaut, daß die Steuerzeit der ei-ν nen Nockenwelle für die Betätigung der Einlaßventile einerseits gegenüber der Kurbelwelle und der Steuerzeit der anderen Nockenwelle für die Auslaßventile andererseits verschoben werden kann. Durch diese Steuerung kann in einem breiteren Drehzahlbereich ein verbesserter Füllungsvorgang· der Brennkraftmaschine erzielt werden. Die Anordnung von zwei Nockenwellen mit dem zugehörigen Antrieb bedeutet jedoch einen verhältnismäßig hohen Bauaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, mit der die Steuerzeiten des Einlaß- und des Auslaßventiles unabhängig voneinander verschoben werden können..und die gleichzeitig ein Stillsetzen der Ventile ermöglicht.

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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst.

Diirch die vorgeschlagene Anordnung eines besonders ausgebildeten Nockenhebels zwischen dem Gaswechselventil und dem Nocken der Nockenwelle können die Steuerzeiten sowohl des Einlaß- als auch des Auslaßventiles im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen unabhängig voneinander und stufenlos so verschoben und gelegt werden, daß in den vorwiegend betriebenen Lastzuständen der Brennkraftmaschine, d. h. sowohl im Leerlaufbetrieb und unteren als auch im oberen Lästig bereich, optimale Steuerzeiten erzielt werden können. Der sich dadurch jeweils in der Vollast ergebende weitgehend konstante Mitteldruckverlauf trägt sehr wesentlich zur Verbesserung der wirtschaftlichen Betriebsweise der Brenne kraftmaschine bei. Gleichzeitig kann durch diese Maßnahme die Zusammensetzung der Abgaswerte günstig beeinflußt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung besteht aber auch darin, daß die Gaswechselventile bei bestimmten Be- · triebszuständen, wie z. B. geringer Belastung oder kleinem Leistungsbedarf zum Unwirksammachen von Zylindern einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern stillgesetzt werden können, wodurch eine Kraftstoffeinsparung und somit eine erweiterte wirtschaftliche Betriebsweise der Brennkraftmaschine erzielbar ist.

Der Nockenhebel kann aus der Normalstellung, in der die Erhebung auf der Verbindungslinie zwischen dem Ventilschaft und der Drehachse liegt, sowohl innerhalb eines Sektors nach der einen und. nach der anderen Seite als auch in eine Stellung schwenkbar sein, in der die Anlenkachse auf der Verbindungslinie liegt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Nockenhebels macht es gemeinsam mit der sich daraus ergebenden BewcRungsgooiiioii'ii! möglich, daß beim Schwenken des Nockenhebels innerhalb der Sektoren ein Verschieben der Steuerzeiten ausschließlich zur Verbesserung der Füllung eintritt, während in der Stellung, in der die Anlenkachse des Nockenhebels auf die Verbindungslinie geschoben worden ist, keine Betätigung des Ventils erfolgt.

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Um die Steuerzeit im entsprechenden Umfang einstellen und verschieben zu können, ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß der Nockenhebel an seiner Anlenkachse mit einem um die Drehachse der Nockenwelle schwenkbaren Verstellhebel verbunden ist, und daß die Anlenkachse in einem Winkel zwischen kO und 120 von der Erhebung angeordnet ist, und daß sich die Außenfläche des Nockenhebels über etwa l80 von der Anlenkachse erstreckt.

Eine für die Füllungsverbesserung ausreichende Steuerzeitverschiebung kann dadurch erreicht werden, daß der Sektor V einen Winkel von jeweils etwa 10 einschließt.

Zur Erzielung einer für die Füllung und für den Attsschub der Gase jeweils günstigen Verschiebung der Steuerzeit kann sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßventil über einen Nockenhebel betätigbar und der Nockenhebel des Einlaßventiles unabhängig von dem Nockenhebel des Auslaßventils verstellbar sein.

Da sich beim Schwenken des Nockenhebels in die Stellung., in der das zugehörige Gaswechselventil außer Betrieb gesetzt ist, auch die Steuerzeit entsprechend weit verschiebt, wird jr../"* bei einer Brennkrafmaschine mit mehreren Zylindergruppen, von denen die Ventile einer Zylindergruppe außer Betrieb setzbar sind, weiterhin vorgeschlagen, daß die Nockenwelle in ein mit dem Antrieb verbundenen, den nicht außer Betrieb setzbaren Ventilen zugeordneten ersten Nockenwellenteil tind ein den außer Betrieb setzbaren Ventilen zugeordneten zweiten Nockenwellenteil getrennt ist, und daß zwischen beiden Nockenwellenteilen ein Zwischengetriebe angeordnet ist, welches die Drehbewegung des ersten Nockenwellenteiles auf den zweiten Nockenwellenteil überträgt und eine Verdrehung des zweiten Nöckenwellenteils gegenüber dem ersten Nockenwellenteil zu-. läßt, wenn die dem zweiten Nockenwellenteil zugeordneten Ventile durch entsprechendes Verschwenken der betreffenden Nockenhebel außer Betrieb gewetzt werden. Durch din Anordnung

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dieses Zwischengetriebes kann die während des Schwenkens eintretende Steuerzeitverschiebung an den außer Betrieb setzbaren Gaswechselventilen soweit aufgehoben bzw. zurückgestellt werden, daß eine eventuelle Berührung des Gaswechselventils mit dem Kolbenboden ausgeschlossen ist.

Das Zwischengetriebe kann von je einem mit dem ersten Nockenwellenteil und mit dem zweiten Nockenwellenteil verbundenen Kegelrad und einem weiteren, mit diesem im Eingriff stehenden Kegelrad gebildet sein, welches auf einer Zwischenwelle gelagert ist, die senkrecht zur Drehachse der Nockenwelle verläuft, und welches um die Drehachse der Nockenwelle schwenkbar ist:

Es ist aber auch möglich, daß das Zwischengetriebe von einem Planetengetriebe gebildet ist, das aus je einem mit dem ersten und dem zweiten Nockenwellenteil verbundenen Zentralrad, mit diesem im Eingriff stehenden zueinander drehbar gelagerten Umlaufrädern sowie einem mit den Umlaufrädern des ersten Nockenwellenteiles in Eingriff stehenden ersten Außenrad und einem mit den Umlaufrädern des zweiten Nockenwellenteiles im Eingriff stehenden zweiten Außenrad besteht, wobei das eine der beiden Außenräder feststehend und das andere um die Drehachse der Nockenwelle schwenkbar befestigt ist.

Der Verstellhebel für den Nockenhebel kann auf der Nockenwelle gelagert und elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbar sein.

Für die Funktion des Versteilens und Schwenkens der Vorrichtung ist es zweckmäßig, daß das schwenkbare Kegelrad bzw. das Außenrad des Zwischengetriebes in dem Verstellbereich, der außerhalb des von den Sektoren eingeschlossenen Schwenkbe- " reiches für die Verschiebung der Steuerzeit liegt, gemeinsam mit den Nockenhebeln der außer Betrieb setzbaren Ventile betätigbar ist.

Eine Vereinfachung bei der Herstellung der Nockenwelle kann dadurch erreicht werden, wenn der Nockenhebel für das Einlaß-

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ventil und der Nockenhebel für das Auslaßventil derart zueinander angeordnet sind, daß sie von einem gemeinsamen Nocken betätigbar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in folgendem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Teilstück einer Brennkraftmaschine mit dem Nockenhebel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Noimalstellung in zum Teil vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in einer veränderten Betriebsstellung,

Fig. 3 eine Teilansicht ähnlich Fig. 2 in einer abermals veränderten Betriebsstellung,

Fig. k eine Seitenansicht auf das Teilstück einer Nockenwelle mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise im Schnitt,

Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich Fig. .4 in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 6 eine Teilansicht ähnlich Fig. 2 in Normalstellung in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 7 eine Ansicht auf das Teilstück einer Nockenwelle in Richtung des Pfeiles N in Fig. 6,

Fig. 8 die Anordnung einer Steuereinrichtung für die Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 9 ein Diagramm, aus dem die Verschiebung der Steuerzeit der Gaswechselventile hervorgeht, und

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem der Ventilhub gegenüber dem Verstellbereich des Nockenhebels ersichtlich ist.

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Das in Fig. 1 gezeigte Teilstück einer Brennkraftmaschine gehört zu einem Zylinderkopf 1, in welchem sowohl in einer Ventilführung 2 ein Gaswechselventil in Form eines Hubventils 3 mit seinem Ventilschaft 4 geführt wird als auch eine obenliegende Nockenwelle 5 i-ⁿ nicht näher dargestellten Lagerstellen drehbar gelagert ist. Das Hubventil 3 wird von einem Nocken 6 der Nockenwelle 5 über einen zwischenliegenden Nockenhebel 7 betätigt. In der gezeigten Stellung ist das Hubventil 3 geschlossen, wobei das Hubventil 3 von Ventilfedern 8 und 9 über einen Federteller 10 gegen den Ventilsitz 11 und der Ventilschaft 4 unter Berücksichtigung des üblichen Ventilspieles gegen den mit dem Nocken 6 zusammenwirkenden Nockenhebel 7 gedrückt wird.

Der Nockenhebel 7 weist im wesentlichen die Form eines halben Kreisringes auf, der an seinem einen auf der Zeichnung linken Ende an einer Anlenkachse 12 kippbar aufgenommen ist, die parallel zur Drehachse D der Nockenwelle 5 verläuft und am Arm eines auf der Nockenwelle 5 gelagerten Verstellhebels 13 in einem Radius r um die Drehachse D schwenkbar ist. Auf der dem Nocken 6 zugewandten Innenfläche 14 des Nockenhebels 7 ist eine Erhebung 15 vorgesehen, die in der gezeigten Normalstellung mit ihrer höchsten Stelle 15a auf der Verbindungslinie V zwischen dem Ventilschaft 4 und der Drehachse D liegt -*"*" und die bei Drehung der Nockenwelle 5 mit dem Nocken 6 zusammenwirkt \ind die Betätigung des Hubventiles 3 herbeiführt. Die an dem Ende des Ventilschaftes 4 anliegende und mit diesem zusammenwirkende Außenfläche 16 des Nockenhebels 7 verläuft in einem Radius R₁ dessen Mittelpunkt in der auf der Zeichnung gezeigten Stellung, in welcher der Nocken 6 gegenüber der Erhebung I5 außer Eingriff und das Hubventil .geschlossen ist, auf der Drehachse D liegt.,Durch diese Form der'Außenfläche l6 kann der Nockenhebel 7· bei einer Schwenkbewegung reibungslos über das Ende des Ventilschaftes 4 geführt werden. Die höchste Stelle 15a der Erhebung 15 ist beispielsweise in einem Winkel cc von 80 von der Anlenkachse entfernt angeordnet, während sich die Außenfläche l6 von der

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Anlenkachse 12 aus über l8O firstreckt. Der Verstellhebel 13 weist an seinem Arm einen Kugelbolzen 17 auf, an dem zu dessen Betätigung nic.ht näher gezeigte Verstellelemente eingreifen. Über den Kugelbolzen 17 kann der Verstellhebel 13 bzw. der Nockenhebel 7 aus der gezeigten Normal stellung heraus zum Zwecke der Verschiebung der Steuerzeit mit dem Ziel einer Füllungsverbesserung der Brennkraftmaschine innerhalb der die Winkel β einschließenden Sektoren nach der einen und nach der anderen Seite um beispielsweise jeweils 10 geschwenkt werden.

In Fig. 2, in der nurder den Nockenhebel 7 unmittelbar umgebende Teil der Vorrichtung dargestellt ist, wird die Stellung gezeigt, in die der Nockenhebel 7 aus der in Fig. 1 angegebenen Normalstellung beispielsweise im Uhrzeigersinn um den Sektor β von 10° geschwenkt worden ist. In dieser Stellung läuft der Nocken 6 bei Drehung der Nockenwelle 5 iⁿ Pfeilrichtung - wie dargestellt - um ebenfalls 10° später auf die Erhebung

15 auf, wodurch der Nockenhebel 7 aus der strichpunktiert angegebenen Stellung heraus betätigt und das Hubventil entsprechend später geöffnet und geschlossen wird, also eine Verschiebung der Steuerzeit erfolgt. Wird der Nockenhebel 7 dagegen aus der in Fig. 1 angegebenen Normalstellung beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn um den Sektor β ver-( schwenkt, so wird die Steuerzeit auf ein früheres Öffnen und

Schließen des Hubventils 3 verschoben.

Fig. 3 ^eigt den Nockenhebel 7, der aus der in Fig. 1 angegebenen Normalstellung heraus um den Winkel V- von 100 nach oben im Uhrzeigersinn in eine Stellung geschwenkt worden ist, in der die Anlenkachse 12 auf der Verbindungslinie V liegt. Da der Nockenhebel 7 bei Auflaufen des Nocken 6 auf die Erhebung 15 stets eine Kippbewegung um die Anlenkachse 12 ausführt, pendelt der Nockenhebel 7 in dieser Stellung lediglich zwischen der gezeigten und der strichpunktiert angedeuteten Endstellung und deshalb mit seiner Außenfläche l6 über das Ende des Ventilschaftes k seitlich hin und her, so daß keine

Betätigung des Hubventiles 3 erfolgt. Ein Stillsetzen des Hubventils 3 kann aber auch dann erreicht werden, wenn der Nockenhebel 7 mit seiner Anlenkachse 12 aus der in Fig. 1 gezeigten Normalstellung heraus um den Winkel oC von 80 entgegen dem Uhrzeigersinn nach unten auf die Verbindungslinie V geschwenkt wird. Um die Schwenkbewegung des Nockenhebels aus jeder Stellung heraus sicherzustellen, ist zwischen dem Nockenhebel 7 und dem Verstellhebel 13 eine wegen der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht näher gezeigte Feder angeordnet, die bestrebt ist, den Nockenhebel 7 ständig in Richtung auf die Nockenwelle 5 zu drücken.

Aus Fig. k ist die Seitenansicht einer in Teilstücken dargestellten Nockenwelle 5 ersichtlich, wie sie für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindergruppen .vorgesehen ist, boi der die Gaswechselventile einer Zylindergruppe außer Betrieb setzbar sind. Zur Verdeutlichung^und besseren Übersichtlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in dieser Ansicht die Nocken 6 für die Gaswechselventile von lediglich zwei Zylindern dargestellt. Auch die auf der Nockenwelle 5 schwenkbar gelagerten Verstellhebel 13 sind — entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Stellung - nach oben verstellt gezeigt. Auf diese Weise ist ersichtlich, daß die auf der Nockenwelle 5 schwenkbar gelagerten Verstellhebel 13 über ein bereits erwähntes strichpunktiert angedeutetes Verstellelement verbunden'und somit zur Verschiebung der Steuerzeit gemeinsam betätigbar sind. Außerdem ist veranschaulicht, daß die Verstell- bzw. Schwenkbewegung jedes Verstellhebels 13 über die beidseitig aus dem Arm des Verstellhebels 13 herausragende Anlenkachse 12 auf die Nockenhebel 7 übertragen wird. Dadurch werden die von einem Einlaß- und einem Auslaßventil gebildeten Gaswechselventile 3^a bzw. 3^D jedes einzelnen Zylinders gemeinsam beeinflußt.

Die in Lagerstellen 18 drehbar gelagerte Nockenwelle ist in einen ersten Nockenwellenteil 5a und einen zweiten Nockenwellenteil 5b getrennt. Das erste auf der Zeichnung linke

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Nockenwellenteil 5a ist den nicht außer Betrieb setzbaren Hubventilen Ja zugeordnet und mit dem die Nockenwelle 5 treibenden Antriebsrad 19 verbunden, während das zweite auf der Zeichnung rechte· Nockenwellenteil 5b, welches den außer Betrieb setzbaren Hubventilen 3b zugeordnet ist, mit dem ersten Nockenwellenteil ^a über ein die- Drehbewegung über-• . tragendes und die Drehrichtung umkehrendes Zwischengetriebe in Verbindung steht. Das Zwischengetriebe weist drei miteinander im Eingriff stehende Kegelräder auf, von denen ein erstes Kegelrad 20 mit dem ersten Nockenwellenteil 5a und ein zweites Kegelrad 21 mit dem zweiten Nockenwellenteil . 5b drehfest verbunden ist, während das dritte Kegelrad 22 auf einer Zwischenwelle 23 gelagert ist, die senkrecht zur Drehachse D der Nockenwelle 5'vex'läuft. Die ZwischenweJ Ie 23 ist in den Steg 2k einer U-förmigen Lagerbrücke 25 aufgenommen, die mit ihren beiden Schenkeln 26 die Kngol ruder 20 und 21 umgreift und um die Drehachse D auf dor NockenwflIe 5 schwenkbar gelagert ist.

An der Lagerbrücke 25 ist ein Kugelbolzen 27 angeordnet, der über das strichpunktiert angedeutete Verstellelement mit dem Verstellhebel I3 in Verbindung steht, der dem zweiten Nockenwellenteil 5b zugeordnet ist. Dieses Verstellele-/■»>. ment läßt ein Schwenken der Lagerbrücke 25 nur in dem Fall

^*- zu, wenn die dem zweiten Nockenwellenteil 5b zugeordneten

Hubventile 3b zur UnwirkKammachung der betreffenden ZyI inder außer Betrieb gesetzt werden, d. h., wenn der auf dem zweiten Nockenwellenteil 5b gelagerte Verstellhebel 13 in die in Fig. 3 und in der Darstellung gezeigten Stellung geschwenkt wird. Durch das Schwenken der Lagerbrücke 25, die gleichsinnig zur Schwenkbewegung des rechten Verstellhebels 13 erfolgt, wird der zweite Nockenwellenteil 5b relcitiv z\im ersten Nockeriwellenteil 5^ derart verdreht, daß die durch das Schwenken des Verstellhebels I3 entstehende Steuerzeitverschiebung, die ein Anlaufen der Hubventile 3 gegen den Kolben der Brennkraftmaschine zur Folge haben könnte,,aufgehoben wird bzw. nicht zustande kommt.

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Die in Fig. 5 gezeigte Seitenansicht auf das Teilstück einer Nockenwelle 5 unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst dadurch, daß das Zwischengetriebe von einem Planetengetriebe gebildet wird. Dieses Planetengetriebe besteht aus einem mit dem ersten Nockenwellenteil 5a drehfest verbundenen Zentralrad 28 und einem mit dem zweiten Nockenwellenteil 5b drehfest vebundenen Zentralrad 29, welche mit Umlaufrädern 30 und 31 im Eingriff stehen, die auf einem Planetenträger 32 zueinander drehbar gelagert sind. Die Umlaufräder 30 des ersten Nockenwellenteiles 5a stehen mit einem ersten, feststehenden Außenrad 33 und die Umlaufräder 3I des zweiten Nockenwellenteiles 5b mit einem schwenkbar befestigten zweiten- Außenrad Jk im Eingriff. Außerdem sind abweichend von der Ausführung-nach Fig. 4 für die Gaswechselyontile 3b eines jeden Zylinders je ein eigener Verstellhebel 13a und 13b und mit diesen verbundener Nockenhebel 7a und 7b vorgesehen, über welche eine Verschiebung der Steuerzeit der Einlaßventile und der Auslaßventile unabhängig voneinander möglich ist. Auch bei dieser Ausführung wird bei einer beabsichtigten Stillsetzung der Hubventile 3b das Außenrad 34 über den Kugelbolzen 35 gemeinsam und gleichsinnig mit den Verstellhebeln 13a und 13b geschwenkt, so daß mit der dadurch bewirkten Verdx-ehung des zweiten Nockenwellenteiles 5b relativ zum ersten Nockenwellenteil 5a keine Steuerzeitverschiebung zustande kommt„und ein Anlaufen der Hubventile ^h gegen den Kolben der Brennkraftmaschine vermieden wird.

Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, können die zu einem Zylinder gehörenden Nockenhebel 7' und 7'' der beiden Hubventile 3 in ihrer Normal stellung derart versetzt zueinander angeordnet sein, daß sie bei Betrieb über die zugehörigen Erhebungen 15' und 15'' von einem einzigen, entsprechend verbreiterten Nocken 6' der Nockenwelle 5' betätigt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Verstellung der Nockenhebel 7' und 7'' für eine Verschiebung der Steuerzeit wie auch zur Stillsetzung des Einlaß- und des Auslaßventiles in diesem Fall durch unabhängig voneinander schwenkbare, auf der Zeichnung nicht fi Vo rs te 11 hobel 13a und 13b , die beispielsweise

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neben dem Nocken 6' gelagert und - wie bereits beschrieben über die Anlenkachsen 12' und 12' ' mit den Nockenhebeln 7' und 7'' verbunden sind.

In Fig. 8 ist eine mit den vorgenannten Verstellelementen zusammenwirkende, beispielsweise hydraul!sehe Steuereinrichtung der Vorrichtung schematisch dargestellt. Die gezeigte Steuereinrichtung ist für die Verstellung bzw. Verschiebung der Steuerzeit und zur Stillsetzung der dem zweiten NockenweJ1 enteil 5b zugeordneten Hubventile Jb vorgesehen. Zu diesem Zweck steht das als Verstellelement dienende Gestänge 36 an seinem auf der Zeichnung oberen Ende sowohl direkt mit dem Kugelbolzen 17 des Verstellhebels 13 als auch über eine Langlochführung 37 mit dem Kugelbolzen 27 bzw. 35 des durch einen Hebelarm G angedeuteten Zwischengetriebes in Verbindung. An dem unteren Ende des Gestänges 36 befindet sich ein Kolben 38, der in einem Zylinder 39 verschiebbar geführt ist und diesen in eine obere Kammer ^O und eine \mtore Kammer h\ trennt. An die obere Kammer kO und an die untere Kammer h1 ist je eine Rohrleitung k2. und ^3 angeschlossen, welche an einem Schalter hk münden. Am Schalter kk mündet auf der der Rohrleitung^3 gegenüberliegenden Seite eine weitere Rohrleitung 45, welche an eine aus einem Vorratsbehälter Ί6 fördernde Pumpe k7 angeschlossen ist und welche eine in den Ölvorratsbehält'er kd rückführende Leitung mit einem Überdruckventil 48 aufweist. An der der Rohrleitung k2 gegenüberliegenden Seite des Schalters kk ist eine vierte Rohrleitung '19 angeschlossen, die mit einem zweiten Schalter 50 in Verbindung steht. Der Schalter kk wird von einem'Elektromagneten 51 und der Schalter 50 von einem Elektromagneten 52 beherrscht. Beide Elektromagnet^ 51 und 52 sind über entsprechende Leitungen 60 und 6l an ein Steiiergerät 53 angeschlossen. Das Steuergerät 531 welches über Anschlüsse ^k und 55 die lBetriebsparameter beispielsweise der Drehzahl und der Last empfängt, steht außerdem über eine Leitung 56 mit einem induktiven Wegegeber 57 in Verbindung, welcher über einen Fühlerarm 58 die jeweilige Stellung des Gestänges 36 erfaßt.

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Die dargestellte Lage nimmt die Steuereinrichtung ein, wie sie als Normalstellüng in Fig. 1 gezeigt ist. Bei veränderten Betriebszuständen, die zur Verbesserung der Füllung der Brennkraftmaschine eine Verschiebung der Steuerzeit erforderlich macht, wird durch die entsprechend des Betriebszustandes über die Anschlüsse ^k und 55 eingegebenen Signale der Elektromagnet'52 taktweise unter Strom gesetzt, wodurch der Schalter 50 entgegen der Kraft einer Feder über die Rohrleitungen hl und 4°· zeitweise eine Verbindung zwischen der oberen Kammer kO und. dem Ölvorratsbehälter kG herstellt. Durch den über die Rohi-leitungen k3 und ^3 iⁿ -der unteren Kammer ¹11 auf dem Kolben 38 wirkenden Öldruck wird das in der oberen Kammer kO befindliche Öl verdrängt und das Gestänge 36 nach oben bewegt. Da der Wegegeber 57 gleichzeitig die Veränderung der Stellung des Gestänges 36 wahrnimmt, findet ein Vergleich im Steuergerät 53 mit dem Ist-Wert und den anderen eingegebenen Signalen statt, so · daß nach· Erreichen einer für einen bestimmten Betriebszustand vorteilhaften Verschiebung der Steuerzeit keine weitere Verstellung erfolgt. Wenn entsprechend des Betriebs-,zustandes der Brennkraftmaschine eine entgegengesetzte Herstellung und Versdii ellung der Steuerzeit erfbrder lieh ist, wird der Elektromagnet 51 unter Strom gesetzt, wodurch der Schalter kk in die Stellung geschoben wird, in der die Rohrleitung k$ mit der Rohrleitung k2 und die Rohrleitung k3 mit der Rohrleitung kS in Verbindung stehen. In dieser Stellung wird durch Takten des Schalters 50 das in der unteren Kammer kl befindliche Öl infolge des auf den*"Kolben 38 iⁿ der oberen Kammer ^tO wirkenden Öldruckes so lange verdrängt, bis auch in diesem Fall die vorteilhafteste Stellung des Gestänges 36 und somit der Nockenhebel 7 erreicht ist. Der Verstellbereich des Gestänges 36 zur Verschiebung der Steuerzeit, welcher nach den. in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispielen die beiden Sektoren β umfaßt, ist duch die Strecke 59 und die strichpunktierten < Linien gekennzeichnet. Eine Verstellung des Zwischengetriebes

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findet in diesem Verstellbereich 59 nicht statt, weil die Langlochführung 37 für den Kugelbolzen 27 bzw. 35 die gleiche Länge wie die Strecke 59 aufweist. Wenn die mit den Verstellhebeln 13 in Verbindung stehenden Hubventile 3 bei einem entsprechenden Betriebszustand dagegen aiißer Betrieb gesetzt werden sollen, wird der Elektromagnet 52 des Schal tors 50 vom Steuergerät 53 so lange unter Sti-om gesetzt, bis die . dadurch hergestellte Verbindung der Rohrleitungen über die Schalter kk und 50 eine vollständige Verschiebung des Kolbens 38 innerhalb des Zylinders 39 entweder nach oben .oder unten in die gestrichelt a'ngegebennn Stel lungen bewirkt hati In dΙοί' ' scm Fall wii'd mit der Verschiebung des Versin 1 1 hobel s 13 ~- gleichzeitig das durch den Hebelarm G angedeutete Zwischengetriebe auf die oben beschriebene Weise verste3.lt, so daß bei' dieser über den Verstellbereich 59 hinausgehenden Verstellung die vom Verstellhebel I3 bewirkte Verschiebung der Steuerzeit - wie schon erwähnt - im gleichen Maße aufgehoben wird.

Für die Hubventile 3^ai die dem ersten Nockenwellenteil 5^a zugeordnet sind und bei denen ausschließlich die Steuerzeit verschoben wird, kann eine Steuereinrichtung eingesetzt wurden, die im Prinzip den gleichen Aufbau aufweist wie die in Fig. 8 gezeigte. Diese Steuereinrichtung, die ebenfalls an das Steu-/~n ergerät 53 angeschlossen sein kann, führt lediglich den durch

^- die Strecke 59 angegebenen Hub für die zugehörigen Verstell-

hebel I3 aus. Auch wenn die Steuerzeit der Einlaß- und der Auslaßventile, unabhängig voneinander verstellt wird, ist für die Betätigung der Verstellhebel 13a und 13b (Fig. 5) eine eigene Steuereinrichtung erforderlich.

Aus dem in Fig. 9 gezeigten Diagramm sind die' Steuerte; ilen eines Einlaßventils und eines Auslaßventils ersichtlich, wie sie sich bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ergeben, bei denen die Steuerzeit des Einlaß- und des Auslaßventils unabhängig voneinander verstellt werden können. Hierbei i st auf der Abszisse K der auf die Kurbelwelle bezogene Weg dos Kolbens der Brennkiaftmasch i nc und auf· der Ordinate Q d(V Dutrli I.ißffiei

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am Vmtilsitz der Gaswechselventile 3 aufgetragen, während aus der Kurve A die Lage des Durchlaßquerschnittes des Auslaßventiles und aus der Kurve E die Lage des Durchiaßquerschnittes des Einlaßventiles hervorgehen. Mit OT ist der obere Totpunkt des Kolbens der Brennkraftmaschine bezeichnet. Demnach ist durch die geschilderte Verstellung eine individuelle Verschiebung der Steuerzeit unter Beibehaltung der Öffnungsdauer aus der beispielsweise angegebenen Normalstellung jeweils innerhalb der gestrichelt bzw. strichpunktiert dargestellten Steuerteiton auf einen früheren oder späteren Zeitraum möglich. Dadurch können die Steuerzeiten entweder voneinander entfernt liegen oder sich an anderer Stelle gegenüber dem KoJbenweg schneiden. Infolge der sich aus der Konstruktion ergebenden Bewegungsgeometrie, das heißt Verlagerung des Eingriffs des Nockens6 der Nockenwelle gegenüber der Erhebung 15 des Nockenhebels 7 tritt - wie ersichtlich - zwar eine geringfügige Veränderung des Durchlaßquerschnittes ein, dies hat aber keinerlei spürbare Auswirkung auf die Füllung der Brennkraftmaschine.

In dem in Fig. 10 gezeigten Diagramm ist der Hub eines Gaswechselventils 3 bezogen auf den Schwenkbereich des Nockenhobels 7 veranschaulicht.Die Abszisse S stellt dabei den Schwenkbereich des Nockenhebels 7 und die Ordinate H den maximalen Ventilhub in mm dar, während die Kurve 0 den jeweiligen maximalen Ventilhub bei einer bestimmten Stellung des Nockenhebels 7 angibt. Mit der senkrechten Linie M wird die Normalst'ellung des Nockenhebels 7 dargestellt, in der

- wie aus Fig. 1 hervorgeht - die Erhebung 15 mit Ihrer höchsten Stelle 15a auf der Verbindungslinie V zwischen dem Ventilschaft k und der Drehachse D der Nockenwelle 5 liegt und in der auch der größte Hub erreicht wird. Die Linie B bezeichnet die Stellung, wenn der Nockenhebel 7 um den Winkel β von beispielsweise 10 geschwenkt worden ist, also die Steuerzeit

- entsprechend Fig. 2 - auf spät· verschoben ist. Wird der Nockenhebel 7 dagegen - ausgehend von der Normalstellung - in

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entgegengesetzte Richtung um den Winkel β geschwenkt, so ergibt sich die Linie C, d. h. die Steuerzeit ist a\if früh verschoben. Im Kreuzungspunkt der Linie B und C einerseits und der Kurve O andererseits kann die Verminderung T des Hubes abgelesen werden, welche rechnerisch ca. 0,3 mm beträgt. Die schraffierte Fläche gibt demnach den Bereich an, innerhalb dem eine Verschiebung der Steuerzeit erfolgt. Wenn der Nockenhebel 7 dagegen \\m den Winkel cL , der in dem vorgenannten Beispiel 80 , xind tim den Winkel V' , der beispielsweise 100 beträgt, geschwenkt wird, fällt der Ventilhub H auf den Wert 0 ab. Aus der Darstellung geht ferner hervor, daß der Übergang von der einen in eine andere Stellung völlig stufenlos erfolgt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfülu spiele beschränkt. So kann ζ. B. zur Aufnahme der bei der Hub bewegung zwischen dem Nockenhebel 7 und dem Ventilschaft h auf tretenden Kräfte ein Tassenstößel angeordnet sein, der auf be kannte Weise im Zylinderkopf 1 aufgenommen und geführt ist. Ebenso ist es möglich, daß der Winkel öl zwischen der Anlenkachse 12 und der höchsten Stelle 15a der Erhebung 15 z· B. 90 beträgt und der durch den Sektor fl angegebene Verstellbereich einen größeren oder kleineren Winkel einschließt. Im Rahmen der Erfindung kann auch der Kugelbolzen 17 auf andere Weise mit dem Verstellhebel 13 verbunden sein. Dies ist besonders dann notwendig, wenn der Nockenhebel 7 zur Stillsetzung der Hubventile 3 mit seiner Anlenkachse 12 nach unten zwischen die Nockenwelle 5 und den Ventilschaft h. geschwenkt werden soll. Außerdem ist es möglich, daß die Erhebung 15 zur Erzielung einer veränderten Öffnungscharakteristik nicht bogenförmig verläuft, sondern eine andere Form aufweist, beispielsweise von einer geraden Fläche gebildet wird - wie dies in Fig. 1 mit der Linie F strichpunktiert angedeutet ist.

k. November I98O
N/EXP co-se

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Claims (1)

195/80 .

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT Neckarsulm/Württ

Vorrichtung zum Verschieben der Steuerzeit eines Gaswecl ventils einer Brennkraftmaschine

Patent an sprü ehe

1.) Vorrichtung zum Verschieben der Steuerzeit eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, das von einem Nocken einer Nockenwelle betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Ventilsciw«Γt (k) des Gaswechselventils (3₅ 3^₁ 3b) und dem Nocken (G, 6") der Nockenwelle (5, 5') ein Nockenhebel (7, 7', 7'', 7a, 7b) angeordnet ist, der an einer um die Drehachse (D) der Nockenwelle (5, 5') in Abhänigkeit von der Drehzahl oder der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine schwenkbaren Anlenkachse (12,12') kippbar aufgenommen ist, und der eine dem Nocken (6, 6') zugewandte Innenfläche (lA ) mit einei*mit dem Nocken (6,6') der Nockenwelle (5j5') zusammenwirkenden, die Betätigung des Ventils O₁ 3a, 3b) herbeiführenden Erhebung (15, 15', 15'') und eine an dem Ventilschaft (^) anliegende Außenfläche (16) aufweist, die in der Stellung, in der der Nocken (6, 6') gegenüber der Erhebung (15» 15'» 15'') außer Eingriff ist, konzentrisch um die Drehachse (D) verläuft.

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2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenhebel (7, 7^1, 7b) aus der Normalstellung, in der die Erhebung (15) auf der Verbindungslinie (V) zwischen dem Ventilschaft (k) und der Drehachse (D) liegt, sowohl innerhalb eines Sektors (/?) nach der einen und nach der anderen Seite als auch in eine Stellung schwenkbar ist, in der die Anlenkachse (12) auf der Verbindungslinie (V) liegt.

3- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenhebel (7, 7a, 7b, 7', 7¹¹) an seiner Anlenkachse (12,12') mit einem um die Drehachse (D) der Nockenwelle (5) schwenkbaren Verstellhebel (13, 13^aj 13b) verbunden ist, und daß die Anlenkachse (12,12') in einem Winkel zwischen ^O und 120 von der Erhebung (15? 15') 15'') angeordnet ist, und daß sich die Außenfläche (16) des Nockenhebels (7, 7a, 7b, 7', 7'') über etwa l80° von der Anlenkachse (12,12') erstreckt.

^. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sektor (ß) einen Winkel von jeweils etwa 10 einschließt.

5- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Einlaß- (3b) als auch das Auslaßventil (3b) über einen Nockenhebel (7a, 7t») betätigbar ist, und daß der Nockenhebel (7a) des Einlaßventiles (3b) unabhängig von dem Nockenhebel (7b) des Auslaßventiles (3b) verstell-' bar ist.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindergruppen, von denen die Ventile einer Zylindergruppe außer Betrieb setzbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (5) in ein mit dem Antrieb (I9) verbundenen, den nicht außer Betrieb setzbaren Ventilen (3a) zugeordneten ersten Nockenwellenteil (5a) lind ein den außer Betrieb setzbaren Ventilen. (3b)

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zugeordneten zweiten Nockenwellenteil (5b) getrennt ist, und daß zwischen beiden Nockenwellenteilen (5^a» 5b) ein Zwischengetriebe angeordnet ist, welches die Drehbewegung des ersten Nockenwellenteiles (5a) auf den zweiten Novkenwellenteil (5b) überträgt und eine Verdrehung des zweiten Nockenwellenteils (5b) gegenüber dem ersten Nockenwellenteil (5a) zxiläßt, wenn die dem zweiten Nockenwelleiitei 1 (5b) ztigeordneten Ventile (3b) durch entsprechendes Verschwenken der betreffenden Nockenhebel (7, 7a» 7b) außer Betrieb gesetzt werden.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadtirch gekennzeichnet, daß das Zwischengetriebe von je einem mit dem ersten Nockenwellenteil (5a) und mit dem zweiten Nockenwellenteil (5b) verbundenen Kegelrad (20, 21) und einem weiteren, mit diesen im Eingriff stehenden Kegelrad (22) gebildet ist, welches auf einer Zwischenwelle (23) gelagert ist, die senkrecht zur Drehachse (D) der Nockenwelle (5) verläuft, und welches um die Drehachse (D) der Nockenwelle (5) schwenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengetriebe von einem Planetengetriebe gebildet

^ ist, das aus je einem mit dem ersten und dem zweiten Nok-

kenwellenteil (5a, 5b) verbundenen Zentralrad (28,29), ^mit diesen im Eingriff stehenden zueinander drehbar gelagerten Umlauf rädern (30,31) sowie einem mit den Um lauf rädern (30) des ersten Nocken wellen teLles (5a) im Eingriff stehenden ersten Außenrad (33) und einem mit den Umlaufrädern (3l)des zweiten Nockerrwellfaiteile's (5Ij) im Eingriff stehenden zweiten Außenrad (3^) besteht,- wobei das eine der beiden Außenräder (33j3O feststehend und das andere um die Drehachse (D) der Nockenwelle .(5) schwenkbar befestigt ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellhebel (13,13a, 13b) auf der Nockenwelle (5) gelagert und elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbar ist.

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10. Vorrichtxrng nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das schwenkbare Kegelrad (22) bzw. das Außenrad (3*0 des Zwischengetriebes (25) in dem Verstellbereich, der außerhalb des von den Sektoren (/J) eingeschlossenen Schwenkbereiches für die Verschiebung der Steuerzeit liegt, gemeinsam mit den Nockenhebeln (7,

7a, 7b) der außer Betrieb setzbaren Ventile (3t>) betätigbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenhebel (7¹) für das Einlaßventil (3) und der

ι Nockenhebel (7¹¹) für das Auslaßventil (3) derart zuein

ander angeordnet sind, daß sie von einem gemeinsamen Nocken (6¹) betätigbar sind.

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