DE3332699C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen des Arbeitsdiagramms eines Gaswechselventils einer Brenn­ kraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Anpassung der Leistung der Brennkraftmaschine an deren Betriebszustand ist eine Einstellung des Ansaug­ ventiles und/oder des Auslaßventiles in Abhängigkeit von dem Betriebszustand erwünscht. So soll beispielsweise bei niedriger Last oder bei hoher Last, jedoch geringer Dreh­ zahl, die Ventilüberschneidung gering sein, um die Rest­ gasmenge gering zu halten bzw. ein Rückschieben der Ladung zu verhindern. Um andererseits bei hoher Drehzahl und hoher Last den Füllgrad zu verbessern, ist eine große Ventilüberschneidung erwünscht.

Bei einer bekannten Ventilsteuerung der eingangs genannten Art (DE-AS 11 65 342) wird eine Verstellung des Arbeits­ diagramms in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraft­ maschine, jedoch ohne Einsatz eines drehzahlabhängig wirkenden Reglers vorgenommen. Hierzu weist der Stößel­ träger, dessen Schwenkachse seitlich von der Ventil­ schaft-Längsachse angeordnet ist, einen Fortsatz auf, der zwischen zwei einander entgegenwirkenden federbelasteten Kolben gehalten ist. Die Kolben stehen außerdem unter dem Einfluß von Drucköl, das durch Drosselbohrungen zugeführt ist. Damit wird die Schwenkstellung des Stößelträgers durch das Kräftegleichgewicht zwischen den von dem Nocken eingeprägten Kräften und der Rückstellkraft definiert, die durch einen der beiden Kolben jeweils ausgeübt wird. Diese Rückstellkraft hängt jedoch wesentlich von der Eigenfrequenz des durch Kolben/Feder/Öldrosselung gebildeten Schwingungssystems in bezug auf die Erregerfrequenz der Nockenwelle ab. Da hierbei die von der Ölviskosität und damit von der Betriebs­ temperatur abhängige Öldämpfung sowie auch die Reibkräfte in der Schwenklagerung eine nicht unbedeutende Rolle spielen, ist bei dieser bekannten Ventilsteuerung die Schwenklage des Stößelträgers durch Parameter bestimmt, die sich im Laufe des Betriebes und der Lebensdauer der Brennkraftmaschine verändern können. Daher ist eine reproduzierbare und optimale Einstellung der Ventilsteuerzeiten zumindest dauerhaft nicht möglich. Überdies erlaubt die bekannte Ventilsteuerung keine Versetzung des Arbeitsdiagramms des einen Ventils relativ zu dem Arbeitsdiagramm des anderen Ventils, sondern führt lediglich zu einer Formveränderung des Arbeitsdiagramms und auch dies lediglich in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, nicht jedoch ggf. von weiteren Parametern, z. B. der Last.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Veränderung des Arbeitsdiagramms eines Gaswechselventils (US-PS 33 69 532) ist ein federbeaufschlagter Stößelträger quer zur Betätigungs­ richtung des Ventils verschiebbar angeordnet. Hierbei sollen die Reibkräfte, die zwischen dem Nocken und der darauf ab­ laufenden Fläche des Stössels auftreten und infolge der mit steigender Drehzahl wachsenden Massenkräfte ebenfalls größer werden, dazu ausgenützt werden, den Stößeltrager gegen die Federbeaufschlagung zu verstellen und damit den Ventilhub drehzahlabhängig zu ändern. Auch hier hängen die den Ventil­ hub verändernden Reibkräfte jedoch wesentlich von sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine fortwährend verändernden Parametern, wie Ölfilmdicke und Ölviskosität, ab, so daß eine gezielt reproduzierbare Steuerung des Ventilarbeits­ diagramms nicht erreichbar ist.

Es ist auch bereits eine Vorrichtung bekannt, die es erlaubt, in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine gezielt das Ventilarbeitsdiagramm zu verändern (CH-PS 3 90 617). Diese bekannte Vorrichtung weist zwischen dem Ventilstößel und dem Nocken eine quer zur Stößelachse verstellbare Gruppe von drei koaxial gelagerten Rollen auf, von denen eine Rolle auf dem Nocken und die beiden anderen Rollen auf der Anlauffläche des Stößels abrollen. Die Anlauffläche ist konkav kreisbogenförmig gekrümmt, wobei der Krümmungs­ mittelpunkt bei geschlossenem Ventil auf der Nockenwellen­ achse liegt. Durch diese Konstruktion wird eine Verstellung der Öffnungs- und Schließzeit des Ventils ohne eine Ver­ änderung des einmal eingestellten Ventilspiels erreicht. Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch, daß die Rollengruppe sowie der zu ihrer Lagerung und Verstellung dienende Schwenkarm die Masse, die bei jedem Nockenumlauf auf- und abbewegt werden muß, beträchtlich erhöhen und daher die erreichbare Drehzahl der Brennkraftmaschine beschränken. Darüber hinaus bedeuten sie einen zusätzlichen Konstruktions­ aufwand.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die bei einfachem und mit geringer Masse ausführbarem Aufbau eine präzise und reproduzierbare Verstellung des Ventilarbeits­ diagramms in Abhängigkeit von beliebigen, für den Betriebs­ zustand charakteristischen Größen gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Da die Schwenkachse des Stößelträgers in der Drehachse der Nockenwelle liegt, und die dem Ventil zugekehrte Fläche des Stößels konvex gekrümmt ist, wandert auch bei einer Verschwenkung des Stößelträgers zum Zweck der Verstellung des Ventilarbeitsdiagramms der Berührungspunkt zwischen dem Nocken und dieser Fläche nicht seitlich aus. Somit kann der Stößel auch bei verhältnismäßig starken Schwenkaus­ schlägen des Stößelträgers im Durchmesser und damit auch in seiner Masse klein gehalten werden. Da vorteilhafter­ weise der Krümmungsmittelpunkt der konvexen Stößelfläche bei geschlossenem Ventil, d. h. wenn der Stößel am Nocken­ grundkreis anliegt, auf der Drehachse der Nockenwelle liegt, bleibt auch das im geschlossenen Ventilzustand eingestellte optimale Ventilspiel unabhängig von der Ver­ schwenkung des Stößelträgers unverändert. Schließlich lassen sich infolge der Betätigung der Stelleinrichtung für den Stößelträger mittels einer Steuereinrichtung, die von Signalgebern beaufschlagt ist, beliebige Parameter des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zur Ver­ stellung des Ventilarbeitsdiagramms heranziehen, so daß eine sehr weitgehende Anpassung der Ventilsteuerung an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine erzielbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Vierzylinder- Brennkraftmaschine mit zwei Ansaugventilen pro Zylinder und einer Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Teil der Brennkraftmaschine im Querschnitt;

Fig. 3 eine vergrößerte räumliche Darstellung der Vor­ richtung nach der Erfindung, die in der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt;

Fig. 4 einen Teil-Querschnitt durch eine weitere Aus­ führungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Verstellung des Ventil­ arbeitsdiagrammes veranschaulicht;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Steuervor­ richtung zur Steuerung eines Antriebsmotors in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise des in Fig. 6 dargestellten Mikrocomputers;

Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf eine Vierzylinder- Brennkraftmaschine mit einem Ansaugventil und einem Auslaßventil je Zylinder, die die Anordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung veranschau­ licht;

Fig. 9 einen Teil-Querschnitt durch eine dritte Ausführungs­ form der Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 10 eine vergrößerte räumliche Darstellung des Stößel­ trägers der Vorrichtung gemäß Fig. 9.

Fig. 1 zeigt eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit je zwei Ansaugventilen pro Zylinder, welche je Zylinder ein Paar Einlaßöffnungen und ein Paar Auslaßöffnungen sowie eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Verstellen des Arbeitsdiagramms aufweist. In dieser Brennkraftmaschine wird die Vorrichtung zur betriebsabhängigen Änderung der gesamten Öffnungszeit des Ansaugventils, d. h. der Zeit, in der mindestens ein Ansaugventil offen ist, eingesetzt. Im Fall einer Brenn­ kraftmaschine, welche pro Zylinder ein Paar Ansaugventile aufweist, kann die Ansaugventil-Öffnungszeit durch Änderung der Ventilsteuerung mindestens eines Ansaugventiles ver­ ändert werden. Wenn normalerweise die Ansaugventile zum gleichen Zeitpunkt geöffnet werden, läßt sich durch Ver­ zögerung der Öffnung des einen Ansaugventiles bei gleich­ bleibender oder vorgezogener Öffnung des anderen Ansaug­ ventils die Ansaugventil-Öffnungszeit verlängern.

Gemäß Fig. 1 sind vier Zylinder 2 a, 2 b, 2 c und 2 d in einem Motorblock 1 entlang einer Mittellinie ℓ hintereinander an­ geordnet. Jeder Zylinder ist mit einer Einlaßöffnung 3 a für niedrige Last, einer Einlaßöffnung 3 b für hohe Last sowie ersten und zweiten Auslaßöffnungen 4 a, 4 b versehen. Die Einlaßöffnung 3 b für hohe Last kommt nur zum Einsatz, wenn die Maschine unter hoher Last arbeitet, während die Einlaßöffnung 3 a für niedrige Last ständig und unabhängig von der Last der Brennkraftmaschine verwendet wird. Die Einlaßöffnungen 3 a, 3 b sind auf einer Seite der Mittel­ linie ℓ des Motorblockes 1 im wesentlichen parallel zu dieser Mittellinie ℓ angeordnet.

Die Querschnittsfläche der zur Einlaßöffnung 3 a führenden Ansaugleitung ist klein, um eine hohe Strömungsgeschwindig­ keit des Gemisches zu erhalten, und die Ansaugleitung ist gekrümmt, um im Zylinder einen Drall zu erzeugen. Die Querschnittsfläche der Einlaßöffnung 3 b ist relativ groß, um den Füllgrad zu verbessern. Die Auslaßöffnungen 4 a, 4 b sind auf der anderen Seite der Mittellinie ℓ des Motor­ blockes 1 in einer im wesentlichen zur Mittellinie ℓ parallelen Linie angeordnet. Die Einlaßöffnungen 3 a, 3 b liegen den Aus­ laßöffnungen 4 a, 4 b jeweils gegenüber. Die Einlaßöffnungen 3 a und 3 b sind in dieser Reihenfolge in Fig. 1 von links im ersten und im dritten Zylinder 2 a bzw. 2 c angeordnet und in umgekehrter Reihenfolge im zweiten und vierten Zylinder 2 b bzw. 2 d. Dadurch sind die Einlaßöffnungen 3 b des ersten und zweiten Zylinders 2 a bzw. 2 b und die Einlaßöffnungen 3 b des dritten und vierten Zylinders 2 c bzw. 2 d einander benach­ bart. Ähnlich sind die Auslaßöffnungen 4 a und 4 b in dieser Reihenfolge von links entsprechend Fig. 1 im ersten und dritten Zylinder 2 a bzw. 2 c angeordnet und in der entgegen­ gesetzten Reihenfolge im zweiten und vierten Zylinder 2 b bzw. 2 d. Somit sind die Auslaßöffnungen 4 b des ersten und zweiten Zylinders 2 a bzw. 2 b und die Auslaßöffnungen 4 b des dritten und vierten Zylinders 2 c bzw. 2 d einander benachbart.

Die Einlaßöffnungen 3 a, 3 b sowie die Auslaßöffnungen 4 a, 4b sind mit entsprechenden Ansaugventilen 5 a, 5 b bzw. Auslaß­ ventilen 6 a, 6 b ausgestattet, welche die Öffnungen öffnen und schließen. Die Ansaugleitungen zu den Einlaßöffnungen 3 b sind mit einer Klappe 7 versehen, welche nur bei hoher Last der Maschine geöffnet ist. Bei niedriger Last wird das Ansauggemisch in jeden Zylinder nur durch die Einlaßöffnung 3 a eingeleitet.

Auf der Ansaugseite des Motorblockes 1 ist eine erste Vor­ richtung 8 a zum Verstellen des Arbeitsdiagramms des Ansaug­ ventiles 5 a für niedrige Last und des Ansaugventiles 5 b für hohe Last der aufeinanderfolgenden Zylinder 2 a bis 2 d ange­ ordnet. Dieser Verstellvorrichtung 8 a ist eine erste Nocken­ welle 9 zugeordnet, die parallel zur Mittellinie ℓ auf der Ansaugseite des Motorblockes 1 verläuft und mittels einer nicht gezeigten Kurbelwelle in Drehung versetzt wird. Die erste Nockenwelle 9 ist mit Nocken 9 a für die Ansaugventile 5 a sowie mit Nocken 9 b für die Ansaugventile 5 b der jeweiligen Zylinder 2 a bis 2 d versehen. Die Nocken 9 a und 9 b entsprechen einander in Form und Größe, so daß die Ansaugventile 5 a, 5 b während der gleichen Zeitspanne geöffnet sind.

Auf der Auslaßseite des Motorblockes 1 ist eine zweite Vorrichtung 8 b zum Verstellen des Arbeitsdiagramms der Auslaßventile 6 a und 6 b angeordnet. Diese zweite Ver­ stellvorrichtung 8 b ist einer zweiten Nockenwelle 10 zugeordnet, die parallel zur Mittellinie ℓ des Motor­ blockes 1 auf dessen Auslaßseite verläuft und ebenfalls mittels der nicht gezeigten Kurbelwelle angetrieben ist. Die zweite Nockenwelle 10 ist mit Nocken 10 a für die Auslaß­ ventile 6a und mit Nocken 10 b für die Auslaßventile 6 b der Zylinder 2 a bis 2 d versehen. Auch die Nocken 10 a, 10 b ent­ sprechen einander in Form und Größe, so daß die Auslaß­ ventile 6 a, 6 b während der gleichen Zeitspanne geöffnet sind.

In der gezeigten Ausführungsform sind dem Ansaugventil 5 b für hohe Last und dem Auslaßventil 6 b Stößel zugeordnet, die jeweils in Stößelträgern 14 bzw. 14′ gehalten sind. Die Stößelträger sind relativ zu den Nockenwellen 9, 10 verstellbar.

Gemäß Fig. 2 wird die Bewegung des Nockens 9 b für das Ansaug­ ventil 5 b auf den Schaft 30 des Ansaugventiles 5 b mittels eines Stößels 13 übertragen. Der Stößel 13 weist einen dosenförmigen Querschnitt auf und hat eine Anlauffläche 13 a, die an dem Nocken 9 b anliegt, sowie eine Anlagefläche 13 b, die an der Stirnseite des Ventilschaftes 30 anliegt. Das Ansaugventil 5 b ist durch eine Schraubenfeder 31 nach oben beaufschlagt, die mit dem Ventilschaft 30 verbunden ist. Die erste Nockenwelle 9 weist einen längsverlaufenden Öldurchlaß 9 c auf, der mit einer nicht dargestellten Ölpumpe und mit einem radialen Öldurchlaß 9 d verbunden ist, durch welche Öl unter Druck nach außen fließt, um die Oberflächen des Nocken 9b und des Stößels 13 zu schmieren. Das Öl gelangt nach unten zur Anlagefläche 13 b durch eine zentrale Bohrung 13 c in der Anlauffläche 13a sowie durch Bohrungen 13d, die in der Nähe der Kanten der Anlagefläche 13 b vor­ handen sind. Da die Anlagefläche 13 b bei einer Verstellung des Ventilstößels 13 zur Veränderung des Ventilarbeits­ diagramms auf dem Ventilschaft 30 gleitet, ist eine Schmierung der Anlagefläche 13 b vorteilhaft. Der Stößel 13 weist vorzugsweise in Betätigungsrichtung des Ventiles eine beträchtliche Dicke auf, so daß der Ventil­ schaft um diese Dicke kürzer sein kann. Dadurch wird der ungünstige Einfluß von Kräften reduziert, die aus von der Betätigungsrichtung des Ventils abweichenden Richtungen auf das Ventil wirken. In der gezeigten Ausführungsform sind die jeweils den einander benachbarten Ansaugventilen 5b zugeordneten Stößel 13 in einem gemeinsamen Stößelträger 14 aufgenommen. Demgemäß ist die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine mit einem Paar von Stößelträgern 14 versehen, von denen einer den Ansaugventilen 5 b des ersten und zweiten Zylinders 2 a bzw. 2b und der andere den Ansaugventilen 5b des dritten und vierten Zylinders 2 c bzw. 2 d zugeordnet ist. Ähnlich sind die den einander benachbarten Auslaßventilen 6 b zugeordneten Stößel 13′ durch gemeinsame Stößelträger 14′ aufgenommen. Entsprechend ist auch ein Paar von Stößelträgern 14′ vor­ gesehen. Die Stößelträger 14 sind identisch ausgebildet.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der Stößelträger 14 einen Oberteil mit einer halbkreisförmigen Aussparung an seinem unteren Rand sowie einen Unterteil mit einer halbkreis­ förmigen Aussparung an seinem oberen Rand auf. Unterteil und Oberteil sind miteinander durch Bolzen 16 verbunden. In der durch die halbkreisförmigen Aussparungen gebildeten kreisförmigen Öffnung ist die erste Nockenwelle 9 gleitend gelagert, wodurch eine Schwenkbewegung des Stößelträgers 14 um die erste Nockenwelle 9 möglich ist. Eine Verbindungs­ stange 17 erstreckt sich oberhalb der Nockenwelle 9 durch den Stößelträger 14, die mit einer Stelleinrichtung 15 verbunden ist, durch die der Stößelträger 14 verschwenkbar ist. In einem horizontal ausragenden Teil des Stößelträgers 14 sind Stößel-Aufnahmebohrungen 14 a vorgesehen, in denen die Stößel 13 mit Gleitsitz für eine Bewegung im wesentlichen in axialer Richtung des Ventilschaftes 30 aufgenommen sind.

Die Verbindungsstange 17 erstreckt sich parallel zur Mittel­ linie ℓ des Motorblockes 1 und verbindet die beiden Stößel­ träger 14 miteinander. Die Stelleinrichtung 15 weist eine hin- und hergehende Stange 18 auf, die sich senkrecht zur Mittellinie ℓ erstreckt und die in die Verbindungsstange 17 eingreift. Die Stelleinrichtung 15 weist außerdem einen Antriebsmotor 19 auf, der die Stange 18 betätigt. Ein Aus­ gangssignal S 1 eines Drehzahlsensors 20 und ein Ausgangs­ signal S 2 eines Lastsensors 21 werden in den Antriebsmotor 19 eingegeben, um diesen entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu steuern.

Wie Fig. 2 zeigt, wird der Berührungspunkt zwischen dem Nocken 9 b und dem Stößel 13 bei einer gegebenen Winkel­ lage der Nockenwelle 9 geändert, wenn der Stößelträger 14 und demgemäß der Stößel 13 in bezug zur Nockenwelle 9 und dem darauf befindlichen Nocken verschwenkt wird. Dadurch wird die Ventil-Zeiteinstellung verändert. Wenn der Stößelträger 14 beispielsweise in Drehrichtung der Nockenwelle 9 (Pfeil X in Fig. 2) verstellt wird, wird die Ventilöffnungs-Einstellung verzögert und umgekehrt. Wenn durch die Signale S 1 und S 2 bestimmt ist, daß die Brennkraftmaschine bei hoher Drehzahl und unter hoher Last arbeitet, wird der Antriebsmotor 19 entsprechend angetrieben, um den Stößelträger 14 mittels der Stange 18 und der Ver­ bindungsstange 17 in Pfeilrichtung X zu verstellen, wodurch der Öffnungszeitpunkt des Ansaugventiles 5 b verzögert wird. Da beide den Ansaugventilen 5 b des ersten bis vierten Zylinders 2 a bis 2 d zugeordnete Stößelträger 14 mit derselben Ver­ bindungsstange 17 verbunden sind, werden die Arbeitsdiagramme aller Ansaugventile 5 b zur gleichen Zeit um denselben Betrag verstellt. Die Bewegung des Nockens 10b für das Auslaßventil 6 b wird auf den Ventilschaft 30′ des Auslaßventiles 6 b mittels eines Stößels 13′ übertragen, welcher mit dem Stößel 13 identisch ist. Auch die Stößelträger 14′ zur Änderung der Einstellung der Auslaßventile 6 b sind mit den Stößelträgern 14 identisch. Einzelteile der Stößelträger 14′ sind in Fig. 3 mit in Klammern gesetzten Bezugszeichen dargestellt. Die die Stößel­ träger 14′ verbindende Verbindungsstange 17′ ist mit der Stange 18 der Stelleinrichtung 15 verbunden, so daß die Stößelträger 14′ zusammen mit den Stößelträgern 14 ver­ stellt werden. Damit werden die Ansaugventile 5 b für hohe Last und die Auslaßventile 6 b in ihrer Einstellung um den gleichen Betrag in der gleichen Richtung zur gleichen Zeit verändert.

Entsprechend Fig. 1 sind die Nockenwellen 9, 10 in Lagern 32 gelagert, welche an den Enden und in einem Zwischen­ bereich des Motorblocks 1 derart angeordnet sind, daß sie die Stößelträger 14, 14′ nicht behindern und außerdem eine Durchbiegung der Nockenwellen 9, 10 verhindern.

Wenn die Brennkraftmaschine unter niedriger Last arbeitet, befinden sich die Stößelträger 14, 14′ in einer Normal­ lage, in welcher das Ansaugventil 5 a für niedrige Last, sowie das erste und zweite Auslaßventil 6 a bzw. 6 b eines jeden Zylinders in einer vorgegebenen Einstellung geöffnet und geschlossen werden, wie dies in Fig. 5 mit durchge­ zogenen Linien dargestellt ist. Die Auslaßventile 6 a, 6b beginnen in der Nähe des Punktes BDC des Kolbens zu öffnen und schließen in der Nähe des Punktes TDC, während beide Ansaugventile 5 a, 5 b in der Nähe des Punktes TDC zu öffnen beginnen und in der Nähe des Punktes BDC schließen. Dabei ist die Ventilüberschneidung, d. h. die Zeit, in welcher Ansaugventil und Auslaßventil gemeinsam offen sind, kurz gehalten. Obwohl das Ansaugventil 5 b für hohe Last während des Betriebes der Maschine bei niedriger Last geöffnet und geschlossen wird, wird kein Gemisch durch die Ansaugöffnung 3 b angesaugt, weil die Klappe 7 geschlossen ist. Damit strömt das Ansauggemisch mit hoher Geschwindig­ keit nur durch die Ansaugöffnung 3 a in die Zylinder, so daß darin ein Drall entsteht, wodurch die Verbrennungsgüte verbessert wird. Außerdem reduziert die kurze Ventilüber­ schneidung die Menge des verbrannten Restgases, was eben­ falls zur Verbesserung der Verbrennung bei niedriger Last beiträgt. Wenn die Maschine bei niedriger Drehzahl unter hoher Last arbeitet, ist die Klappe 7 in jeder Ansaugöffnung 3 b geöffnet, obwohl die Ventileinstellung gemäß der in Fig. 5 durchgezogenen Linie gehalten wird, d. h. die Stell­ einrichtung 15 wird nicht betätigt. Folglich wird das Ansauggemisch in den Zylinder durch beide Einlaßöffnungen 3 a und 3 b eingeleitet. Ein Rückschieben der Ladung tritt jedoch nicht ein, weil die Gesamt-Öffnungszeit der Ansaug­ öffnungen noch immer relativ kurz ist und die Ansaug­ öffnungen vergleichsweise früher geschlossen werden. Dementsprechend ist der Füllgrad während eines Betriebes bei hoher Last und niedriger Drehzahl verbessert. Außerdem ist der Spülwirkungsgrad im Vergleich zu dem Fall, in welchem das verbrannte Restgas durch eine einfache Aus­ laßöffnung ausgeschoben wird, verbessert, da das Gas aus dem Zylinder durch beide Auslaßöffnungen 4 a, 4 b ausgeschoben wird. Dies trägt ebenfalls zur Verbesserung des Füllgrades bei. Wenn die Maschine bei hoher Drehzahl unter hoher Last betrieben wird, ist die Klappe 7 in jeder Ansaugöffnung 3b geöffnet. Gleichzeitig wirkt die Stelleinrichtung 15 auf die Stößel­ träger 14, 14′ ein, so daß diese derart verstellt werden, daß der Öffnungszeitpunkt des Ansaugventiles 5 b und des Aus­ laßventiles 6 b verzögert wird, wie dies in Fig. 5 durch die strichpunktierten Linien dargestellt ist. Zu dieser Zeit ist die Ventileinstellung des Ansaugventiles 5 a für niedrige Last und des Auslaßventiles 6 a nicht verändert. Folglich ist die gesamte Ansaugventil-Öffnungszeit, d. h. die Zeit, in der mindestens das Ansaugventil 5 a für niedrige Last oder das Ansaugventil 5 b für hohe Last offen ist, um den Betrag verlängert, um den der Öffnungszeitpunkt des Ansaug­ ventiles 5 b verzögert ist. Dadurch wird in Verbindung damit, daß die gesamte Ansaugventil-Öffnungszeit in Richtung der Verzögerung verlängert ist, wobei die Trägheit des Ansaug­ gemisches groß ist, der Füllgrad verbessert und die Leistungs­ abgabe der Maschine gesteigert.

Zur selben Zeit wird die gesamte Auslaßventil-Öffnungszeit im Auspuffhub verlängert und der Spülwirkungsgrad nimmt zu, was ebenfalls zu einer Verbesserung des Füllgrades beiträgt. Da außerdem die Menge an Ansauggemisch groß und die Ge­ schwindigkeit des Ansauggemisches aufgrund der Trägheit während eines Betriebes mit hoher Drehzahl und hoher Last hoch ist, kann die Restgasmenge klein gehalten werden und ein Rückschieben der Ladung tritt selbst dann nicht ein, wenn die Ventilüberschneidung verlängert und der Öffnungs­ zeitpunkt des Ansaugventiles in den Verdichtungshub hinein verzögert ist. Folglich wird die Verbrennung in der Maschine nicht ungünstig beeinflußt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Anlagefläche 13 b (13 b′) des Stößels 13 (13′) in Richtung zum Ventilschaft 30 (30′) konvex ausgebildet, wobei der Krümmungsmittelpunkt der Anlagefläche 13 b (13 b′) in der zentralen Achse der Nockenwelle 9 (10) liegt. Dies ist erwünscht, um das optimale Ventilspiel zu erhalten, wenn der Stößelträger 14 (14′) verstellt wird, während das Ventil 5 b (6 b) ge­ schlossen ist.

Zugleich weist die Anlagefläche vorzugsweise einen großen Krümmungsradius auf, da bei einem kleinen Krümmungsradius die Kontaktfläche zwischen der Anlagefläche und der Stirn­ fläche des Ventilschaftes klein ist und der Kontaktdruck dazwischen zunimmt. Bei zunehmendem Kontaktdruck nimmt der sog. PV-Wert, d. h. das Produkt aus Gleitgeschwindigkeit V zwischen den gleitenden Oberflächen und der dazwischen wirkende Kontaktdruck P zu, wodurch die Abnutzung der Oberflächen ebenfalls zunimmt. Der Stößel hat in dieser Hinsicht den Vorteil, daß er eine beträchtliche Dicke aufweist, wodurch seine Anlagefläche von der zentralen Achse der Nockenwelle entfernt liegt. Hierdurch kann der Krümmungsradius der Anlagefläche relativ groß gehalten werden, weil der Krümmungsmittelpunkt in der Nockenwellen­ achse liegt.

Die Fig. 6 und 7 verdeutlichen ein Beispiel einer Steuer­ einrichtung zur Steuerung des Antriebsmotors 19. Gemäß Fig. 6 wird der Antriebsmotor 19 durch einen Mikrocomputer 40 ge­ steuert, in welchen die Ausgangssignale S 1 und S 2 des Dreh­ zahlfühlers 20 und des Lastsensors 21 eingegeben werden. Zur Bestimmung der Lage der hin- und hergehenden Stange 18 ist ein Lagesensor 41 vorgesehen. Das Ausgangssignal S 3 dieses Lagesensors 41 wird ebenfalls in den Mikrocomputer 40 eingegeben.

Fig. 7 verdeutlicht die Wirkungsweise des Mikrocomputers 40 in Form eines Flußdiagramms. Der Mikrocomputer 40 bestimmt zuerst die Drehzahl R der Brennkraftmaschine aus dem Aus­ gangssignal S 1 des Drehzahlsensors 20 und anschließend die Motorleistung P aus dem Ausgangssignal S 2 des Lastsensors 21. Der Mikrocomputer 40 enthält ein ROM, in welchem ein Programm gespeichert ist, das die Beziehung der Zielposition T der hin- und hergehenden Stange 18 in bezug zur Drehzahl R und zur Motorleistung P darstellt. Der Mikrocomputer 40 gibt die Zielposition T der Welle 18 aus, die korrespondierend zur Drehzahl R und zur Motorleistung P bestimmt wurde. Dann wird die tatsächliche Position P _s der Stange 18 ent­ sprechend dem Ausgangssignal S 3 des Lagesensors 41 bestimmt. Anschließend wird nacheinander die Differenz D zwischen der Zielposition T und der tatsächlichen Position P _s der Stange 18 berechnet. Wenn diese Differenz D = 0 ist, wird der Antriebsmotor nicht betätigt und die Stange 18 wird in ihrer Position gehalten. Wenn die Differenz D positiv oder negativ ist, wird der Antriebsmotor 19 betätigt, um die Stange 18 in die entsprechende Richtung um den Betrag zu verstellen, der dem Absolutwert dieser Differenz D entspricht, wobei der Antrieb vorwärts oder rückwärts entsprechend dem Vorzeichen der Differenz D erfolgt. Wenn das im ROM gespeicherte Programm passend ausgelegt ist, kann die Ventileinstellung kontinuierlich mit Erhöhung der Last und/oder der Drehzahl geändert werden.

Anstelle des dosenförmigen Stößels des beschriebenen Aus­ führungsbeispieles kann der Stößel verschiedene andere Formen aufweisen. Beispielsweise kann der in Fig. 4 dar­ gestellte Stößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, daß der Stößel ständig mit dem Nocken in Berührung ist, ohne ein Ventil­ spiel zu erzeugen, wenn die Maschine mit hoher Drehzahl betrieben wird. Damit kann die Nockenbewegung auf den Ventilschaft optimal übertragen werden.

Gemäß Fig. 4 umfaßt der Stößel 113 mit hydraulischem Ventil­ spielausgleich ein erstes Glied 120, das eine zylindrische Seitenwand 120 a und eine Stirnwand 120 b an einem Ende auf­ weist und an dem anderen Ende offen ist. Das erste Glied 120 ist gleitend in eine Stößel-Aufnahmebohrung 114 a einge­ paßt, die in dem Stößelträger 114 für eine Gleitbewegung in axialer Richtung des Ventilschaftes 130 ausgebildet ist. Dabei ist das offene Ende zum Ventilschaft 130 hin gerichtet. Ein zweites Glied 121, welches eine zylindrische Seitenwand 122 aufweist, hat einen kleineren Durchmesser als das erste Glied 120 und ist in diesem angeordnet. Das zweite Glied 121 hat einen im wesentlichen H-förmigen Querschnitt und eine Teilungswand 123. Die Teilungswand 123 ist mit einer zentralen Bohrung 123 a versehen. Ein drittes Glied 124 weist eine zylindrische Seitenwand 125 und an einem Ende eine Bodenwand 126 auf; sein anderes Ende ist offen. Das offene Ende des dritten Gliedes 124 ist in das offene Ende des ersten Gliedes 120 eingesteckt, während ein Ende des zweiten Gliedes 121 im offenen Ende des dritten Gliedes 124 gehalten ist, so daß das dritte Glied 124 teleskopartig und flüssigkeitsdicht in bezug zum ersten und zweiten Glied 120 bzw. 121 verschiebbar ist. Zwischen der Innenfläche der Bodenwand 126 und der Außenfläche der Teilungswand 123, die im Abstand von der Stirnwand 120b liegt, ist eine Schraubenfeder 128 vorgespannt, durch die das zweite Glied 121 elastisch gegen die Stirnwand 120 b gedrückt wird. Zwischen der Innenfläche der Stirnwand 120 b und der Innen­ fläche der Teilungswand 123 ist ein Ölbehälter 129 aus­ gebildet, während zwischen der Innenfläche der Bodenwand 126 und der Außenfläche der Teilungswand 123 eine hydraulische Druckkammer 131 besteht. Die zentrale Bohrung 123 a in der Teilungswand 123 verbindet den Ölbehälter 129 mit der Druck­ kammer 131. Ein Rückschlagventil 132 enthält eine Kugel 133 und eine Schraubenfeder 134, durch welche die Kugel 133 gegen die Außenfläche der Teilungswand 123 gedrückt wird, um die Bohrung 123a von der Außenfläche der Teilungswand 123 aus zu verschließen.

Die Nocken 119 b aufweisende Nockenwelle 119 ist mit einem längsverlaufenden Öldurchlaß 140 versehen und weist an ihrem Außenumfang eine ringförmige Ölnut 141 auf. Die Ölnut 141 ist mit dem Öldurchlaß 140 über eine radiale Ölbohrung 142 verbunden; der Öldurchlaß 140 steht mit einer nicht dargestellten Ölpumpe in Verbindung.

Ein den Stößel 113 aufnehmender Stößelträger 114 ist mit einem Öldurchlaß 114 b versehen, welcher der Ölnut 141 an einem Ende gegenüberliegt und am anderen Ende in einer Verbindungsöffnung 120 c mündet, die in der Seitenwand 120 a des ersten Gliedes 120 ausgebildet ist. Drucköl wird durch den Öldurchlaß 140 in die Nockenwelle 119 einge­ leitet und gelangt über die radiale Ölbohrung 142, die Ölnut 141, den Öldurchlaß 114b und die Verbindungsöffnung 120 c in den ringförmigen Spalt 120 d, der zwischen der Außen­ fläche 122 und der Innenfläche der Seitenwand 120 b gebildet ist. Von dort aus gelangt das Öl in den Ölbehälter 129 durch einen Durchlaß 129 a, der zwischen der Innenfläche der Stirnwand 120 b und dem äußeren Ende der Seitenwand 122 gebildet ist. Außerdem wird das in den Ölbehälter 129 eingeleitete Öl unter Druck in die hydraulische Druckkammer 131 durch die zentrale Öffnung 123 a eingespeist. Über das Rückschlagventil 132 kann das Öl in die Druckkammer 131 fließen; das Rückschlagventil 132 verhindert jedoch einen Rückfluß von der Druckkammer 131 zum Ölbehälter 129. Durch Einleiten von Öl in die Druckkammer 131 bewegt sich das dritte Glied 124 von der Stirnwand 120 b des ersten Gliedes 120 weg, wodurch die Gesamtlänge des Stößels 113 verlängert wird und die Außenfläche der Bodenwand 120 b des ersten Gliedes 120 an den Nocken 119 b bzw. die Außenfläche der Bodenwand 126 des dritten Gliedes 124 an die Stirnfläche des Ventilschaftes 130 zur Anlage kommt.

Wenn der Stößel 113 durch die Nockenspitze 119 b nach unten gestoßen wird, wirkt der Stößel 113 ähnlich wie ein massiver Stößel, da das Öl die Druckkammer 131 wegen des Rückschlagventiles 132 nicht verlassen kann. Wenn zwischen dem Nocken 119 und der Außenfläche der Stirnwand 119 ein Spiel besteht, verringert sich der hydraulische Druck in der Druckkammer 131. Dadurch fließt über die Öffnung 123 a Öl in die Druckkammer 131 ein, wodurch das erste Glied 120 mittels des zweiten Gliedes 121 angehoben und das Spiel beseitigt wird.

Das Bezugszeichen 143 in Fig. 4 bezeichnet einen Öldurch­ laß für die Schmierung der Oberfläche des Nockens 119 und der Außenfläche der Stirnwand 120 b.

Die Erfindung kann bei jeder bekannten Art von Kolben- Brennkraftmaschine angewendet werden, z. B. auch bei einer Einzylindermaschine. In der vorstehend beschriebenen Aus­ führungsform wird nur die Einstellung des Ansaugventiles für hohe Last verändert, während das Ansaugventil für niedrige Last fest bleibt. Es ist jedoch auch möglich, beide Ansaugventile gemäß der Arbeitsbedingung der Brenn­ kraftmaschine zu verändern. Beispielsweise kann der Öffnungs­ zeitpunkt des Ansaugventiles für niedrige Last vorverlegt und der Öffnungszeitpunkt des Ansaugventiles für hohe Last verzögert werden, um hierdurch die gesamte Ansaug­ ventil-Öffnungszeit bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last und hoher Drehzahl weiter zu verlängern. Die Verstellung des Arbeitsdiagramms kann kontinuierlich mit jeder Änderung des Betriebszustandes der Maschine, wie Drehzahl oder Last, erfolgen. So läßt sich beispielsweise ein Drehmoment-Stoß, der bei einer schlagartigen Veränderung der gesamten Ansaugventil-Öffnungszeit um einen großen Betrag auftreten könnte, vermeiden, wenn der Öffnungs­ zeitpunkt des Ansaugventils für hohe Last und des zweiten Auslaßventiles 6 b mit einer Zunahme der Maschinendrehzahl allmählich nach hinten verlegt wird. Die Reihenfolge der Ansaugventile und der Auslaßventile in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 hat den Vorteil, daß die Einstellung der Ansaug­ ventile für hohe Last und der zweiten Auslaßventile 6 b des ersten und zweiten Zylinders sowie des dritten und vierten Zylinders mit einem einfachen Stößelträger verändert werden kann, ohne daß Beeinträchtigungen der Nockenwellen­ lager, die die Nockenwellen an drei Punkten lagern, auftreten. Es kann jedoch auch jede andere bekannte Anordnung der Ventile verwendet werden.

Obgleich in der oben beschriebenen Ausführungsform die Stößelträger 14, 14′ normalerweise in einer Lage gehalten sind, in welcher die durch die durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellten Ventileinstellungen vorliegen und bei Betrieb mit hoher Last und hoher Drehzahl in eine Lage bewegt werden, in welcher die in Fig. 5 strichpunktiert dargestellten Ventileinstellungen erhalten werden, können die Stößelträger 14, 14′ auch normalerweise in der letzteren Position gehalten werden, um beim Betrieb der Brennkraft­ maschine unter anderen Bedingungen in die zuerst genannte Position bewegt zu werden. Erforderlichenfalls kann die gesamte Ansaugventil-Öffnungszeit entsprechend jeder sonstigen Betriebsbedingung der Maschine verändert werden. Die erfindungs­ gemäße Vorrichtung kann auch dazu benutzt werden, den Ventilöffnungszeitpunkt einer Brennkraftmaschine vor oder zurück zu verstellen, der je Zylinder nur ein Ansaugventil und ein Auslaßventil aufweist.

Die in Fig. 8 dargestellte Brennkraftmaschine weist vier Zylinder 2 a bis 2 d auf, von denen jeder mit einem einfachen Ansaugventil 133 und einem einfachen Auslaßventil 134 ver­ sehen ist. Das Ansaugventil 133 und das Auslaßventil 134 sind in einer Linie entlang der zentralen Achse S der Nocken­ welle in dieser Reihenfolge, von links gesehen, im zweiten und vierten Zylinder 2 b bzw. 2 d angeordnet, dagegen in der umgekehrten Reihenfolge im ersten und dritten Zylinder 2 a bzw. 2 c, so daß die Ansaugventile 133 des ersten und zweiten Zylinders 2 a bzw. 2 b und jene des dritten und vierten Zylinders 2 c bzw. 2 d einander benachbart sind. Die nicht dargestellten Stößel, die den Ansaugventilen 133 des ersten und zweiten Zylinders 2 a bzw. 2 b zugeordnet sind, sind durch einen gemeinsamen Stößelträger 135 ge­ halten, der ähnlich dem in Fig. 3 dargestellten Stößelträger 14 ausgebildet ist. Ähnlich sind die den Ansaugventilen 133 des dritten und vierten Zylinders 2 c bzw. 2 d zuge­ ordneten Stößel durch einen anderen Stößelträger 135 gelagert. Die Stößelträger 135 können in der oben be­ schriebenen Weise angetrieben sein. Wenn die Ventilsteuerung der Auslaßventile verändert werden soll, wird die Reihen­ folge von Ansaugventil 133 und Auslaßventil 134 in jedem Zylinder umgekehrt. Außerdem könnte jedem Ansaugventil 133 und jedem Auslaßventil 134 ein eigener Stößelträger 135 zugeordnet sein.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Stößelträger 14 und 14′ an den Nockenwellen 9 bzw. 10 aufgehängt. Die Stößelträger können jedoch auch vom Motorblock gelagert werden, wie die Fig. 9 und 10 zeigen. Gemäß den Fig. 9, 10 ist der Motorblock 1 mit einer bogen­ förmigen Führungsfläche 1 a versehen, deren Krümmungsmittel­ punkt in der Drehachse der Nockenwelle 149 liegt. Der Stößel­ träger 144 weist einen horizontalen Teil 145 auf, der im Querschnitt halbzylindrisch ist, sowie einen ringförmigen Vertikalteil 146, welcher sich vertikal von dem Horizontal­ teil 145 weg erstreckt und dessen Zentrum umgibt. Der Horizontalteil 145 weist ein Paar von Stößel-Aufnahme­ bohrungen 145 a auf, die zu gegenüberliegenden Seiten des Vertikalteils 146 angeordnet sind. Die Außenfläche 145b des Horizontalteiles 145 hat eine Krümmung, die an die Führungsfläche 1 a des Motorblockes 1 angepaßt ist. Der Vertikalteil 146 enthält eine Bohrung 146 a zur Aufnahme der Nockenwelle und ist mit einem Zahnsegment 146 b ver­ sehen. Der Stößelträger 144 ist auf dem Motorblock 1 mit der Außenfläche 145 b des Horizontalteiles 145, der mit der Führungsfläche 1 a in Berührung steht, gelagert. Die Bohrung 146 a nimmt die Nockenwelle 149 auf. In jeder Stößel-Aufnahmebohrung 145 a ist mit Gleitsitz ein Stößel 147 aufgenommen. Eine Stelleinrichtung 155 weist ein Zahnrad 150 auf, das auf einer drehbaren Welle 151 be­ festigt ist und in das Zahnsegment 146 b eingreift. Wenn das Zahnrad 150 über die drehbare Welle 151 mittels eines nicht dargestellten Antriebsmotors angetrieben wird, verschwenkt der Stößelträger 144 um die Nockenwelle 149 aufgrund des Eingriffes zwischen Zahnrad 150 und Zahnsegment 146 b geführt durch die Führungsfläche 1 a. Dadurch wird die relative Lage des Stößels 147 zum Nocken 149 a bei einer gegebenen Winkelstellung der Nockenwelle 149 und damit die Ventileinstellung verändert.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, hat der Stößel 147 bei dieser Ausführung die Form eines Zylinders mit einer ver­ stärkten Bodenwandung 147 a und einer zylindrischen Seiten­ wand 147 b, der auf einer Seite offen ist. Die Außenfläche der Bodenwandung 147 a bildet eine Anlauffläche für den Nocken und die Innenwand derselben bildet die Anlage­ fläche am Ventilschaft. Der Ventilschaft 148 ragt bis zur Innenfläche der Bodenwandung 147 a in den Stößel 147 hinein. Die Innenfläche der Bodenwandung 147 a ist gekrümmt, wobei der Krümmungsmittelpunkt aus den oben in Zusammenhang mit dem dosenförmigen Mitnehmer gemäß Fig. 2 beschriebenen Gründen in der Drehachse der Nockenwelle 149 liegt. Der Stößel 147 ist außerdem mit einer Ölbohrung 147 c versehen, welche die Bodenwandung 147 a durchsetzt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Verstellen des Arbeitsdiagramms eines Gas­ wechselventils einer Brennkraftmaschine mit einer Nocken­ welle und einem zwischen Nockenwelle und Gaswechselventil angeordneten Stößel, der in einem um eine Achse verschwenk­ bar gelagerten Stößelträger gleitend verschiebbar geführt ist, und mit einer Stelleinrichtung, welche die Schwenk­ stellung des Stößelträgers und damit die Relativlage des Stößels zu einem Nocken bei einer gegebenen Winkelstellung der Nockenwelle in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse des Stößelträgers (14, 114, 144) in der Drehachse der Nockenwelle liegt und die dem Gaswechsel­ ventil zugekehrte Fläche (13 b, 13 b′) des Stößels konvex zylindrisch oder sphärisch gekrümmt ist, und daß die die Schwenkstellung des Stößelträgers beeinflussende Stell­ einrichtung (15, 17, 19; 146 b, 150, 151) durch eine Steuer­ einrichtung (40) in Abhängigkeit von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine abtastenden Signalgebern (20, 21) gesteuert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößelträger (14, 114) an der Nockenwelle hängend montiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößelträger (144) am Motorblock (1) abgestützt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Zylindern (2 a, 2 b, 2 c, 2 d) aufweist und für benachbarte Zylinder ein gemeinsamer Stößelträger vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel ein hydraulisches Ventil­ spiel-Ausgleichselement (124) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt der dem Gas­ wechselventil zugekehrten Fläche (13 b, 13 b′) des Stößels bei Anlage des Stößels am Nockengrundkreis auf der Dreh­ achse der Nockenwelle liegt.