DE4240631A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gaswechselventilen je Zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gaswechselventilen je Zylinder, die von relativ zueinander verstellbaren Nocken, die sich auf konzentrisch zueinander angeordneten Nockenwellen befin­ den, betätigt werden.

Bei den Gaswechselventilen kann es sich dabei um die Ein­ laßventile und/oder Auslaßventile eines Brennkraftmaschi­ nen-Zylinders handeln. Eine Nockenwelle, bei der bei­ spielsweise die beiden Nocken zweier Zylinder-Einlaßven­ tile, die sozusagen parallel wirksam sind, gegeneinander verdreht werden können, ist aus der WO 91/10047 bekannt. Mit Hilfe dieses sog. Nocken-Phasings, bei dem somit der Phasenwinkel zwischen den beiden Nocken verändert werden kann, läßt sich die Gaswechseldynamik einer Hubkolben- Brennkraftmaschine in vielfältiger Weise beeinflussen. So wird bei Vorhandensein eines gewissen Phasenwinkels die gesamte Ventilöffnungsdauer verlängert, zugleich ergibt sich durch einen derartigen Phasenwinkel der Effekt, daß eines der parallel wirksamen Gaswechselventile vor dem anderen öffnet, so daß im Falle von parallel wirksamen Einlaßventilen im Brennraum ein gewünschter Einströmdrall erzeugt werden kann. Die bereits angesprochene Verände­ rung der Gesamtöffnungszeit hingegen macht sich insbeson­ dere bei parallel wirksamen Auslaßventilen bemerkbar, da hierdurch aufgrund der sog. Ventilüberschneidung, d. h. der zeitlichen Überdeckung mit dem Öffnen der Einlaßven­ tile, eine wirkungsvolle Restgassteuerung möglich ist. Es kann nämlich zur Erzielung geringer Schadstoffemissionen erwünscht sein, im Sinne einer internen Abgasrückführung betriebspunktabhängig unterschiedlich große Anteile von verbranntem Restgas aus dem vorangegangenen Verbrennungs­ takt während des folgenden Verbrennungstaktes im Brenn­ raum zu belassen.

Die aus der bereits genannten WO 91/10047 bekannte Nockenwelle kann aber beispielsweise auch je Zylinder einen Einlaßnocken und einen Auslaßnocken tragen, d. h. ein Einlaßventil und ein Auslaßventil betätigen. Dann kann mit dieser bekannten Nockenwelle beispielsweise der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventiles verändert werden, während der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventiles konstant gehalten wird. Dabei verändert sich neben dem Phasenwin­ kel zwischen den beiden Nocken auch die sog. Spreizung des beispielsweise Einlaß-Nockens, d. h. die Phasenlage dieses Einlaß-Nockens gegenüber einer mit dem Hubkolben zusammenwirkenden Kurbelwelle. Die Phasenlage des Auslaß­ ventiles bleibt dabei jedoch unverändert.

Für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Nocken­ welle, die im wesentlichen analog der aus der WO 91/10047 bekannten Nockenwelle aufgebaut ist, eine konstruktiv vorteilhafte Verstellvorrichtung aufzuzeigen, wobei neben der sog. Spreizung der Nocken abhängig von gewissen Rand­ bedingungen, so beispielsweise von der aktuellen Größe der Spreizung, auch der Phasenwinkel zwischen den Nocken veränderbar sein soll, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zur Ver­ stellung der beiden Nockenwellen gegenüber einer mit dem Hubkolben zusammenwirkenden Kurbelwelle zwei in Wellen­ längsrichtung verschiebbare konzentrisch zueinander ange­ ordnete Stellbolzen vorgesehen sind, wobei der erste Stellbolzen mit der ersten Nockenwelle sowie mit einem Nockenwellen-Antriebsrad jeweils über eine Verzahnung, von denen zumindest eine als Schrägverzahnung ausgeführt ist, verbunden ist, und wobei der zweite Stellbolzen mit der zweiten Nockenwelle und dem ersten Stellbolzen je­ weils über eine Verzahnung, von denen eine als Schrägver­ zahnung und eine als Geradverzahnung ausgeführt ist, ver­ bunden ist, und wobei ein in Abhängigkeit von Randbedin­ gungen eine Relativbewegung zwischen den Stellbolzen ver­ hinderndes Mittel vorgesehen ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran­ sprüche.

Erfindungsgemäß ist neben dem Phasenwinkel beispielsweise zwischen einem ersten und einem zweiten Einlaßnocken oder Auslaßnocken der Brennkraftmaschine auch die Phasen­ lage/Spreizung des ersten Nockens und des zweiten Nockens bezüglich des Bewegungsablaufes des Hubkolbens bzw. be­ züglich der damit gekoppelten Drehwinkellage der Brenn­ kraftmaschinen-Kurbelwelle veränderbar. Zwar ist auch die letztgenannte Veränderung der Phasenlage/Spreizung von ein oder zwei Gaswechselventilen bezüglich einer Kurbel­ welle an sich bekannt, jedoch ergeben sich durch die er­ findungsgemäße Kombination sowohl der Phasenlagenverände­ rung der Gaswechselventile als auch der Phasenwin­ kelveränderung zwischen den Gaswechselventilen je Zylin­ der ungeahnte Möglichkeiten, die Ladungswechseldynamik dieses Zylinders noch weiter zu optimieren.

Eine Verstellvorrichtung mit den angegebenen Lösungsmerk­ malen nutzt im Hinblick auf eine besonders einfache Bau­ weise dabei einen als optimal erkannten Zusammenhang zwi­ schen der sog. Spreizung, d. h. der Phasenlage der Gas­ wechselventile gegenüber der Kurbelwelle sowie dem sog. Phasenwinkel, d. h. dem Winkel zwischen dem ersten sowie dem zweiten Gaswechselventil bzw. Nocken. Es wurde er­ kannt, daß in einem höheren Lastbereich der Brennkraftma­ schine in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinen-Dreh­ zahl zwar eine unterschiedliche Spreizung der Gaswechsel­ ventile eingestellt werden sollte, daß jedoch, so es sich um zwei parallel wirksame Einlaßventile handelt, zwischen diesen Gaswechselventilen bzw. Einlaßventilen kein Pha­ sing vorliegen sollte, d. h. der Phasenwinkel zwischen den beiden Einlaßventilen je Zylinder sollte vom Betrag 0 sein. Hingegen sollte ausgehend von in etwa mittlerer Last bei abnehmender Brennkraftmaschinen-Last sowie bei konstanter Drehzahl das Phasing, d. h. der Phasenwinkel zwischen den beiden Einlaßventilen je Zylinder vergrößert werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verstellung der beiden Nocken bzw. Nockenwellen jeweils mittels eines Stellbolzens, wo­ bei analog den Nockenwellen auch die beiden Stellbolzen zur Erzielung einer vorteilhaften und kompakten Bauweise zumindest teilweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Stellbolzen sind auf ihren Außenseiten mit Schrägverzahnungen versehen und wirken mit einer Nocken­ welle bzw. einem Nockenwellen-Antriebsrad derart kämmend zusammen, daß der jeweilige Verstellbolzen, wenn er in Längsrichtung der jeweiligen Nockenwelle verschoben wird, diese durch diese Verschiebebewegung um ihre Längsachse verdreht.

Erfindungsgemäß kann der der zweiten Nockenwelle zugeord­ nete Stellbolzen vom ersten Stellbolzen bewegt werden. Hierzu ist der zweite Stellbolzen mit dem ersten Stell­ bolzen in Wellenlängsrichtung verschiebbar über eine sich ebenfalls in Wellenlängsrichtung erstreckende Geradver­ zahnung verbunden. Über eine Schrägverzahnung ist der zweite Stellbolzen mit der zweiten Nockenwelle verbunden (selbstverständlich kann die Anbringung der Geradverzah­ nung und Schrägverzahnung auch umgekehrt sein). Wird nun der erste Stellbolzen in Wellenlängsrichtung verschoben, so wird aufgrund der unterschiedlichen Reibkräfte in der Schrägverzahnung bzw. Geradverzahnung hierbei der zweite Stellbolzen nicht zwangsläufig in Wellenlängsrichtung mitbewegt. Somit bleibt bei einer Verschiebung des ersten Stellbolzens der Phasenwinkel zwischen der ersten und der zweiten Nockenwelle konstant, da dann in Wellenlängsrich­ tung betrachtet eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Stellbolzen stattfinden kann, so daß die Schrägverzahnung des zweiten Stellbolzens wirkungslos bleibt. Wird hingegen durch das im Patentanspruch allge­ mein genannte Mittel eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Stellbolzen verhindert, so wird dann bei einer Verschiebebewegung des ersten Stellbolzens gleichzeitig der zweite Stellbolzen verschoben, so daß aufgrund der zwischen diesem zweiten Stellbolzen und der zweiten Nockenwelle vorgesehenen Schrägverzahnung die zweite Nockenwelle zusätzlich verdreht wird. Das Phasing bzw. der Phasenwinkel zwischen der zweiten und der ersten Nockenwelle wird auf diese Weise verändert.

Wie im Patentanspruch angegeben ist, blockiert bzw. er­ laubt dieses allgemein genannte Mittel eine Relativbewe­ gung zwischen dem ersten sowie dem zweiten Stellbolzen in Abhängigkeit von gewissen Randbedingungen. Wie oben er­ läutert, kann diese Randbedingung beispielsweise die Be­ lastung, d. h. der aktuelle Lastpunkt der Brennkraftma­ schine sein. In Abhängigkeit von der Last der Brennkraft­ maschine kann dieses Mittel somit aktiviert bzw. desakti­ viert werden, beispielsweise über ein hydraulisches System. Eine weitere mögliche Randbedingung ist jedoch auch der Wert der Spreizung beispielsweise der ersten Nockenwelle, d. h. die aktuelle Position des ersten Stellbolzens. Beispielsweise sei es möglich, diesen ersten Stellbolzen ausgehend von einer Ruhelage geringfü­ gig in Wellenlängsrichtung zu verschieben, ohne daß hier­ bei der zweite Stellbolzen mitgenommen wird. Nach einem gewissen Verschiebeweg hingegen trifft ein Anschlag des zweiten Stellbolzens auf einen korrespondierenden An­ schlag des ersten Stellbolzens auf. Nun wird bei einer weiteren Verschiebebewegung des ersten Stellbolzens auch der zweite Stellbolzen mitgenommen.

Anstelle eines Anschlages bzw. neben einem solchen kann das die Relativbewegung zwischen den Stellbolzen verhin­ dernde Mittel auch als verriegelbarer bzw. lösbarer Klemmkörper ausgebildet sein. Betätigt werden kann ein an sich bekannter Klemmkörper dabei über ein hydraulisches System, das in an sich bekannter Weise einfach an diesen in der Nockenwelle angeordneten Klemmkörper herangeführt werden kann. In ähnlicher Weise kann beispielsweise ein hydraulisches System ein Vortriebsmittel für den zweiten Stellbolzen betätigen, wobei dieses Vortriebsmittel dann kolbenartig ausgebildet sein kann und bei geeigneter An­ steuerung ebenfalls die Funktion des eine Relativbewegung zwischen den beiden Stellbolzen verhindernden Mittels übernehmen kann.

Zwei Anschläge zwischen den beiden Stellbolzen, die in zueinander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen wirksam sind und dazwischen eine gewisse Relativbewegung ermögli­ chen, erlauben es auf einfache Weise, den oben beschrie­ benen Zusammenhang zwischen optimaler Spreizung sowie op­ timalem Phasing in Abhängigkeit von gewissen Randbedin­ gungen umzusetzen. Dabei kann der erste Anschlag als Di­ rektanschlag ausgebildet sein, d. h. die einander zuge­ wandten Stirnseiten des ersten sowie des zweiten Stell­ bolzens kommen aneinander zum Anliegen. Der zweite An­ schlag hingegen kann als ein in die Stirnseite des zwei­ ten Stellbolzens eingesetzter, mit einem Steg des ersten Stellbolzens zusammenwirkender Stift ausgebildet sein, der mit einem Kopf versehen ist und somit kopf­ schraubenähnlich gestaltet ist, wobei der Kopf des Stif­ tes die eigentliche Anschlagfläche mit dem Steg des ersten Stellbolzens bildet. Ein Beispiel für einen Klemm­ körper als das eine Relativbewegung zwischen den Stell­ bolzen verhindernde Mittel hingegen ist zumindest ein in einem der Stellbolzen gelagerter Dorn, der in eine ent­ sprechende Aussparung im oder am anderen Stellbolzen ein­ greifen kann. Bewegt werden kann dieser Dorn beispiels­ weise mit Hilfe des bereits oben erwähnten hydraulischen Systemes und/oder mit Hilfe eines Federelementes.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele, die diese sowie weitere vorteilhafte sowie ggf. erfindungswesentliche Merkmale zeigen, werden im folgenden näher beschrieben. Dabei zei­ gen die Fig. 1a, 1b Ventilerhebungskurven zur Erläuterung der Begriffe des Phasenwinkels bzw. der Phasen­ lage/Spreizung, während in Fig. 2 ein prinzipielles Brennkraftmaschinen-Betriebskennfeld dargestellt ist mit einzelnen Bereichen, für die jeweils eine andere Phasing- Einstellung optimal ist. In den Fig. 3 und 4 ist jeweils eine erfindungsgemäß gestaltete Nockenwelle inklusive der die Phasenwinkel- bzw. Phasenlagenänderung hervorrufenden Stellbolzen in Prinzipdarstellungen gezeigt.

In den Fig. 1a, 1b sind jeweils drei Ventilerhebungskur­ ven 1, 2, 3 dreier Gaswechselventile eines Brennkraftma­ schinen-Zylinders gezeigt. Die Ventilerhebungskurven 1, 2 stellen die Ventilhubverläufe zweier parallel wirkender Zylinder-Einlaßventile über der Zeitachse dar, während die Ventilerhebungskurve 3 den Hubverlauf eines Zylinder- Auslaßventiles zeigt. Mit LW-OT ist der Zeitpunkt be­ schrieben, in dem sich der Kolben während der Ladungs­ wechselphase in seinem oberen Totpunkt befindet. Die Pha­ senlage beispielsweise des ersten Einlaßventiles mit der Erhebungskurve 1 ist durch die Strecke s gekennzeichnet, die üblicherweise auch als Spreizung bezeichnet wird. Mit dem Buchstaben p ist der Phasenwinkel bezeichnet, der zwischen den parallel wirkenden Einlaßventilen bzw. deren Erhebungskurven 1, 2 eines Zylinders vorliegt. Selbstver­ ständlich stellt sich auch dieser Phasenwinkel p analog der Spreizung s über der Zeitachse als Strecke dar.

Fig. 1a zeigt die Verhältnisse bei Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine. Hier ist die Phasenlage bzw. Sprei­ zung s ebenso wie der Phasenwinkel p gering. Letzterer nimmt in einer bevorzugten Ausführungsform sogar den Be­ trag 0 an. Erfindungsgemäß wird bei Teillastbetrieb, der in Fig. 1b dargestellt ist, die Phasenlage/Spreizung s und der Phasenwinkel p vergrößert. Mit diesen Maßnahmen ist - wie oben geschildert - eine optimale Abstimmung des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine im Hinblick auf die unterschiedlichen Betriebszustände bzw. Betriebs­ punkte möglich.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Betriebskenn­ feldes einer Brennkraftmaschine. Über der Brennkraftma­ schinen-Drehzahl n ist das von der Brennkraftmaschine ab­ gegebene Drehmoment M aufgetragen. Die obere Begrenzungs­ linie VL stellt dabei den Vollastbetrieb dar. Unterhalb dieser Vollastlinie VL befindet sich der mit I bezeich­ nete obere Teillastbereich, unter diesem liegt der mitt­ lere Teillastbereich II und abermals unter diesem der un­ tere Teillastbereich III. Entsprechend den obigen Erläu­ terungen soll bei Vollast (VL) der Phasenwinkel = 0 sein, d. h. die beiden Ventilerhebungskurven 1, 2 sollen deckungsgleich übereinanderliegen. Im oberen Teillastbe­ reich I soll ein sich mit abnehmender Last, d. h. zum Teillastbereich II hin, vergrößernder Phasenwinkel er­ zeugt werden. Im mittleren Teillastbereich II soll ein relativ geringer, konstanter Phasenwinkel gehalten wer­ den, während im unteren Teillastbereich III ein sich kontinuierlich vergrößernder Phasenwinkel, d. h. ein kontinuierlich ansteigendes Phasing erwünscht ist. Zu­ sätzlich wird beispielsweise ausgehend von der Vollast- Linie VL mit abnehmender Brennkraftmaschinen-Last, d. h. zum unteren Teillastbereich III hin, die Spreizung verän­ dert. Mit abnehmender Last wird somit die Phasenlage, d. h. die Lage des ersten Nockens bzw. der ersten Nocken­ welle (Ventilerhebungskurve I) bezüglich der Kurbelwelle verändert, wobei auch die Phasenlage des zweiten Nockens/der zweiten Nockenwelle eine derartige Verände­ rung erfahren soll, jedoch gesteigert um das bereits er­ läuterte Phasing.

Die Fig. 3, 4 zeigen jeweils einen Längsschnitt durch eine Nockenwelle für zwei parallel wirkende Gaswechsel­ ventile je Brennkraftmaschinen-Zylinder mit stirnseitig vorgesehenen Stellbolzen zur Veränderung von Phasenlage und Phasenwinkel der Nocken. Ein erster Nocken für ein erstes Gaswechsel- bzw. Einlaßventil ist mit 11 bezeich­ net, ein zweiter Nocken zur Betätigung eines parallel wirkenden Gaswechselventiles dieses Zylinders trägt die Bezugsziffer 12. Anschließend an diesen Nocken 12 ist die Nockenwelle abgebrochen, tatsächlich erstreckt sie sich jedoch über weitere Brennkraftmaschinen-Zylinder und be­ sitzt demgemäß weitere erste sowie zweite Nocken.

Der bzw. die erste(n) Nocken 11 ist bzw. sind auf einer ersten Nockenwelle 10 befestigt, während der bzw. die zweite(n) Nocken 12 mittels eines Bolzens 21 auf der zweiten Nockenwelle 20 befestigt ist/sind. Die erste Nockenwelle 10 ist hohlzylindrisch ausgebildet und kann somit die zweite Nockenwelle 20 aufnehmen, d. h. die bei­ den Nockenwellen 10, 20 sind konzentrisch zueinander an­ geordnet. Im Bereich der Nocken 12 bzw. der Bolzen 21 sind in der äußeren ersten Nockenwelle 10 segmentförmige Aussparungen vorgesehen, um einen Durchtritt des Bolzens 21 auch bei Verdrehung der inneren zweiten Nockenwelle 20 gegenüber der äußeren, ersten Nockenwelle 10 um die ge­ meinsame Wellenlängsachse 19 zu ermöglichen.

Ein fester Bestandteil der ersten Nockenwelle 10 ist ein auf das vordere Ende aufgesetzter, lediglich teilweise gezeigter Mitnahmekörper 18. Konzentrisch innerhalb die­ ses hohlzylindrisch ausgebildeten Mitnahmekörpers 18 ist ein ebenfalls im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebilde­ ter Stellbolzen 13 angeordnet. Dieser erste Stellbolzen 13 ist mit dem Mitnahmekörper 18 und somit auch mit der ersten Nockenwelle 10 über eine in Richtung der Wellen­ längsachse 19 orientierte Geradverzahnung 14 verbunden, so daß es möglich ist, diesen Stellbolzen 13 in bzw. ge­ gen Pfeilrichtung 29 bezüglich des Mitnehmers 18 bzw. der Nockenwelle 10 zu verschieben. Ähnlich der Verbindung mit dem Mitnahmekörper 18 ist der erste Stellbolzen 13 an seinem nicht gezeigten linksseitigen Ende mit einem Nockenwellen-Antriebsrad verbunden, wobei im Bereich die­ ser Verbindung anstelle der Geradverzahnung jedoch eine Schrägverzahnung vorgesehen ist. Das nicht gezeigte Nockenwellen-Antriebsrad wird in bekannter Weise bei­ spielsweise über einen Kettentrieb von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Über das nicht ge­ zeigte Nockenwellen-Antriebsrad sowie den ersten Stell­ bolzen 13 kann somit die Nockenwelle 10 in eine Drehbewe­ gung um die Wellenlängsachse 19 versetzt werden. Wird darüber hinaus der Stellbolzen 13 zusätzlich in bzw. ge­ gen Pfeilrichtung 29 verschoben, so erfolgt aufgrund der Schrägverzahnung zwischen dem Stellbolzen 13 sowie dem Nockenwellen-Antriebsrad eine zusätzliche Verdrehung der Nockenwelle 10 gegenüber dem Nockenwellen-Antriebsrad. Dieser Verstellmechanismus ist bei heutigen Nockenwellen- Verstellsystemen durchaus üblich und dem Fachmann daher geläufig und dient - wie ebenfalls bekannt - dazu, die Spreizung, d. h. die Phasenlage der Nocken gegenüber der Kurbelwelle zu verändern.

Der erste Stellbolzen 13 weist eine zentrische Aussparung 15 auf, in die ein zweiter Stellbolzen 23 eingesteckt ist. Dieser zweite Stellbolzen 23 ist bezüglich des ersten Stellbolzens 13 ebenfalls in bzw. gegen Pfeilrich­ tung 29 verschiebbar, wobei diese beiden Stellbolzen 13, 23 über eine Geradverzahnung 16 miteinander verbunden sind, so daß der erste Stellbolzen 13 bei Rotation um die Wellenlängsachse 19 den zweiten Stellbolzen 23 mitnimmt.

Mit seinem dem ersten Stellbolzen 13 entgegengesetzten Ende ragt der zweite Stellbolzen 23 in eine zentrische Aussparung 25 in der zweiten Nockenwelle 20 hinein. Der­ art verbunden, daß bei einer Rotation des zweiten Stell­ bolzens 23 um die Wellenlängsachse 19 auch die zweite Nockenwelle 20 um diese Wellenlängsachse 19 gedreht wird, ist die Nockenwelle 20 mit dem Stellbolzen 23 über eine Schrägverzahnung 24. Diese Schrägverzahnung 24 bewirkt, daß bei einer zusätzlichen Längsverschiebung des Stell­ bolzens 23 in bzw. gegen Pfeilrichtung 29 die Nockenwelle 20 um ein zusätzliches Maß gegenüber dem Stellbolzen 23 gedreht wird.

Mit den bisher erläuterten Bauteilen ergibt sich somit der folgende funktionale Zusammenhang:

Durch ein nicht gezeigtes Nockenwellen-Antriebsrad wird sowohl der erste Stellbolzen 13 als auch der zweite Stellbolzen 23 um die Wellenlängsachse 19 gedreht, wobei diese beiden Stellbolzen 13, 23 jeweils für sich betrach­ tet die ihnen zugeordneten Nockenwellen 10, 20 mitnehmen. Somit drehen sich zunächst die beiden Nockenwellen 10, 20 analog dem nicht gezeigten Nockenwellen-Antriebsrad um die Wellenlängsachse 19.

Wird darüber hinaus lediglich der erste Stellbolzen 13 in bzw. gegen Pfeilrichtung 29 verschoben, so führt dies aufgrund der geschilderten Schrägverzahnung zwischen die­ sem ersten Stellbolzen 13 sowie dem nicht gezeigten Nockenwellen-Antriebsrad um eine zusätzliche Verdrehung des ersten Stellbolzens 13 gegenüber dem Nockenwellen-An­ triebsrad. Dies bedeutet, daß ebenso die erste Nocken­ welle 10 und aufgrund der Übertragung über den zweiten Stellbolzen 23 auch die zweite Nockenwelle 20 um dieses zusätzliche Maß gegenüber dem Nockenwellen-Antriebsrad verdreht werden. Dabei werden die beiden Nockenwellen 10, 20 jeweils um den gleichen Betrag gegenüber dem Nocken­ wellen-Antriebsrad verdreht, so daß hierdurch für beide Nocken 11, 12 die Spreizung s in gleichem Umfang verän­ dert wird; ein Phasing, d. h. eine Veränderung des ggf. zwischen den beiden Nocken 11, 12 vorliegenden Phasenwin­ kels p tritt hierbei jedoch nicht auf.

Wird hingegen zusätzlich zum ersten Stellbolzen 13 oder auch unabhängig von diesem der zweite Stellbolzen 23 in bzw. gegen Pfeilrichtung 29 bewegt, so führt dies auf­ grund der Schrägverzahnung 24 zu einer zusätzlichen Ver­ drehung der zweiten Nockenwelle 20 gegenüber der ersten Nockenwelle 10, und somit zu einer Veränderung des Pha­ senwinkels p.

In diesem Zusammenhang ist es von besonderer Bedeutung, daß der zweite Stellbolzen 23 an einem Ende mit einer Ge­ radverzahnung 16 und am anderen Ende mit einer Schrägver­ zahnung 24 versehen ist, wobei es selbstverständlich auch möglich wäre, die Geradverzahnung zwischen dem zweiten Stellbolzen 23 und der zweiten Nockenwelle 20 sowie die Schrägverzahnung zwischen dem zweiten Stellbolzen 23 und dem ersten Stellbolzen 13 vorzusehen. Wesentlich ist näm­ lich, daß systembedingt im Bereich der Schrägverzahnung 24 deutlich höhere Reibkräfte auftreten als im Bereich der Geradverzahnung 16. Dies bedeutet, daß mit der ge­ zeigten Anordnung ausgehend von der in den Fig. 3, 4 dar­ gestellten Position dann, wenn der Stellbolzen 13 gering­ fügig in Pfeilrichtung 29 nach links verschoben wird, der zweite Stellbolzen 23 aufgrund der höheren Reibkräfte im Bereich der Schrägverzahnung 24 nicht mitgenommen wird. Vielmehr tritt bei einer geringfügigen Verschiebung des ersten Stellbolzens 13 in Pfeilrichtung 29 eine Relativ­ bewegung zwischen dem ersten Stellbolzen 13 sowie dem zweiten Stellbolzen 23 auf.

Wird hingegen ausgehend von der in den Fig. 3, 4 gezeig­ ten Position der erste Stellbolzen 13 gegen Pfeilrichtung 29 nach rechts verschoben, so bewirkt dies - da der zweite Stellbolzen 23 in der zentrischen Aussparung 15 des ersten Stellbolzens 13 auf Anschlag 17a liegt - eben­ falls eine Verschiebung des zweiten Stellbolzens 23 gegen Pfeilrichtung 29.

Das heißt, daß bei einer Verschiebung des Stellbolzens 13 in Pfeilrichtung 29 ausgehend von der gezeigten Position lediglich die Spreizung s der Nocken 11, 12 verändert wird, der Phasenwinkel p zwischen diesen Nocken jedoch unverändert bleibt. Bei einer Verschiebung des ersten Stellbolzens 13 gegen Pfeilrichtung 29 hingegen wird ne­ ben der Spreizung s zusätzlich der Phasenwinkel p ver­ ändert.

Die bisherigen Erläuterungen gelten in gleicher Weise für die beiden Ausführungsbeispiele in den Fig. 3, 4. In gleicher Weise ist in den beiden Ausführungsbeispielen darüber hinaus in die linksseitige Stirnfläche des zwei­ ten Stellbolzens 23 ein kopfschraubenähnlicher Stift 26 eingeschraubt. Dieser Stift 26 durchdringt einen Steg 27 des ersten Stellbolzens 13, wobei für den Kopf des Stif­ tes 26 im ersten Stellbolzen 13 linksseitig des Steges 27 eine Aussparung 28 vorgesehen ist.

Der Zweck dieses in den zweiten Stellbolzen 23 einge­ schraubten Stiftes 26 ist folgender: Wie bereits erläu­ tert, kann zur Verstellung der Spreizung s ohne Verände­ rung des Phasenwinkels p ausgehend von der gezeigten Po­ sition der erste Stellbolzen 13 in Pfeilrichtung 29 nach links bewegt werden. Nach einer Verschiebung um die Strecke x kommt der Steg 27 am Kopf des Stiftes 26 zum Anschlag; dieser Anschlag ist mit der Bezugsziffer 17b bezeichnet. Wird nun der erste Stellbolzen 13 noch weiter in Pfeilrichtung 29 verschoben, so wird bei dieser Ver­ schiebebewegung der zweite Stellbolzen 23 mitgenommen. Hierdurch wird somit neben der Spreizung s auch der Pha­ senwinkel p zwischen dem ersten Nocken 11 sowie dem zwei­ ten Nocken 12 verstellt. Dieser Anschlag 17b bildet somit ebenso wie der bereits erläuterte Anschlag 17a ein Mit­ tel, mit dem in Abhängigkeit von Randbedingungen eine Re­ lativbewegung zwischen den Stellbolzen 13, 23 verhindert werden kann. Im geschilderten Fall handelt es sich bei diesen Randbedingungen um die Position des ersten Stell­ bolzens 13 bezüglich des zweiten Stellbolzens 23, da in Abhängigkeit von dieser Position entweder einer der An­ schläge 17a, 17b als ein eine Relativbewegung zwischen den Stellbolzen 13, 23 verhinderndes Mittel wirksam wird oder eben eine Relativbewegung zwischen diesen Stellbol­ zen 13, 23 ermöglicht wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein weiteres Mittel vorgesehen, welches in Abhängigkeit von Randbedin­ gungen eine Relativbewegung zwischen den Stellbolzen 13, 23 zu verhindern vermag. Dieses Mittel ist ein regelbarer bzw. lösbarer Klemmkörper und ist im Detail als Kette von hintereinander geschalteten Dornen 31a, 31b, 32 ausgebil­ det. Die Dorne 31a sowie 31b sind querverschieblich zur Wellenlängsachse 19, d. h. in Richtung der Achse 33a ver­ schiebbar im ersten Stellbolzen 13 gelagert. Der Dorn 32 ist ebenfalls querverschieblich zur Wellenlängsachse 19 im kopfschraubenähnlichen Stift 26 gelagert. Wird nun ausgehend von der gezeigten Position der erste Stellbol­ zen 13 um die Strecke y in Pfeilrichtung 29 bewegt, so kommen die im Durchmesser gleichen Dorne 31a, 31b, 32 übereinander zum Liegen, d. h. sämtliche Dorne liegen auf der gleichen Achse 33a. Nun kann mittels des hydrauli­ schen Systemes 33, das am Dorn 31a angreift, der Dorn 31a teilweise in die im Stift 26 vorgesehene Aufnahmebohrung für den Dorn 32 eindringen. Hierdurch wird der Stift 32 ebenso wie der Dorn 31a gemäß der Zeichnungsdarstellung nach oben geschoben und gelangt somit teilweise in die im Stellbolzen 13 vorgesehene Aufnahmebohrung für den Dorn 32. Dabei wird ein Federelement 31c, das zwischen dem Dorn 31b sowie der Wand des Stellbolzens 13 eingespannt ist, zusammengedruckt. Über die Dorne 31a, 32 ist nunmehr der Stift 26 mit dem ersten Stellbolzen 13 verriegelt. Dies bedeutet, daß durch die beschriebene Aktivierung des hydraulischen Systemes 33, durch die der Dorn 31a noch oben verschoben wird, der erste Stellbolzen 13 mit dem zweiten Stellbolzen 23 verriegelt wird. Die Randbedin­ gung, bei der somit durch diesen verriegelbaren Klemmkör­ per bzw. durch die Dorne 31a, 31b, 32 eine Relativbewe­ gung zwischen den beiden Stellbolzen 13, 23 verhindert wird, ist somit abermals eine definierte Position zwi­ schen diesen beiden Stellbolzen. Zusätzlich ist jedoch eine hydraulische Ansteuerung möglich bzw. erforderlich.

Die Entriegelung dieses Klemmkörpers erfolgt durch Zu­ rücknehmen des Druckes im hydraulischen System 33 unter Ausnützung der Kraft des Federelementes 31c. Bei abneh­ mendem Hydraulikdruck ist es nämlich diesem Federelement 31c möglich, den Dorn 31b wieder derart zu verschieben, daß hierdurch der Dorn 32 vollständig in den Stift 26 ge­ schoben wird, so daß hierdurch auch der Dorn 31a wieder vollständig in den ersten Stellbolzen 13 gelangt. Wird somit ausgelöst beispielsweise durch eine elektronische Steuereinheit, die irgendwelche Randbedingungen, so bei­ spielsweise den momentanen Betriebspunkt der Brennkraft­ maschine in ihrem Betriebskennfeld, auswertet, der Druck im hydraulischen System 33 erniedrigt, so ist es wieder möglich, den Klemmkörper bzw. die Dorne wie geschildert zu lösen und somit die beiden Stellbolzen 13, 23 vonein­ ander zu entkoppeln. Danach ist somit wieder eine Rela­ tivbewegung zwischen diesen beiden Stellbolzen 13, 23 möglich.

Summarisch bedeutet dies für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, daß ausgehend von der gezeigten Position zunächst der Stellbolzen 13 um die Strecke y in Pfeilrichtung 29 verschoben werden kann, wobei aufgrund der oben geschil­ derten Zusammenhänge (unterschiedliche Reibwerte in der Geradverzahnung 16 sowie der Schrägverzahnung 24) der zweite Stellbolzen 23 seine gezeigte Position behält. Dies bedeutet, daß bei einer Verschiebebewegung um die Strecke y lediglich die Spreizung s verändert wird, der Phasenwinkel p zwischen dem ersten Nocken sowie dem zwei­ ten Nocken 12 hingegen unverändert bleibt. Nach einer Verschiebung um die Strecke y hingegen können die beiden Stellbolzen 13, 23 miteinander verriegelt werden. Bei einer weiteren Verschiebung des ersten Stellbolzens 13 in Pfeilrichtung 29 wird nun der zweite Stellbolzen 23 mit­ genommen, so daß neben der Spreizung s auch der Phasen­ winkel p verändert wird. Diese Verriegelung zwischen den beiden Stellbolzen 13, 23 wird solange beibehalten, bis beispielsweise ausgelöst durch ein elektronisches Signal das hydraulische System 33 desaktiviert wird, so daß wie oben beschrieben die Verriegelung durch das Federelement 31c wieder gelöst wird. Ausgehend hiervon wird bei einer weiteren Verschiebung des Stellbolzens 13 in Pfeil­ richtung 29 lediglich die Spreizung s verändert, während dann der Stellbolzen 23 wieder seine Position beibehält, so daß der Phasenwinkel p konstant bleibt. Dies gilt so­ lange, bis der Stellbolzen 23 bzw. dessen Steg 27 mit dem Stift 26 des Stellbolzens 23 auf Anschlag 17b kommt. Nun bewirkt - wie ebenfalls bereits erläutert - eine weitere Verschiebung des Stellbolzens 13 in Pfeilrichtung 29 ebenfalls eine Verschiebung des Stellbolzens 23, so daß nunmehr neben der Spreizung s wieder zusätzlich der Pha­ senwinkel p vergrößert wird. In Summe sind somit eine Vielzahl von Verstellmöglichkeiten gegeben, wobei insbe­ sondere auch die in Fig. 2 erläuterten Zusammenhänge re­ alisiert werden können. Erläutert wurden die Verhältnisse für Fig. 3 bei einer Verschiebebewegung des ersten Stell­ bolzens 13 in Pfeilrichtung 29; entsprechendes gilt selbstverständlich auch für die entgegengesetzte Bewe­ gungsrichtung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist ebenfalls die beiden Stellbolzen 13, 23 sowie den im zweiten Stellbol­ zen 23 vorgesehenen kopfschraubenähnlichen Stift 26 auf, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls die bei­ den Anschläge 17a, 17b zur Wirkung kommen. Als weiteres Mittel, das eine Relativbewegung in Abhängigkeit von Randbedingungen zwischen den beiden Stellbolzen 13, 23 verhindert, ist hierbei jedoch ein Vortriebsmittel 34 für den zweiten Stellbolzen 23 vorgesehen. Betätigt wird die­ ses Vortriebsmittel 34 abermals durch ein hydraulisches System, das die Bezugsziffer 35 trägt. Wie ersichtlich ist das Vortriebsmittel 34 als Kolben ausgebildet, der mit dem zweiten Stellbolzen 23 verbunden ist, und der in­ nerhalb eines Zylinders geführt ist, der durch eine Aus­ sparung 36 in der zweiten Nockenwelle 20 gebildet ist. Wie bei hydraulischen Zylinder-Kolben-Systemen üblich ist an Stirnseiten des Zylinders bzw. der Aussparung 36 je ein Versorgungs-/Entsorgungskanal 37 vorgesehen. Durch entsprechende Befüllung der Aussparung 36 linksseitig bzw. rechtsseitig des Kolbens bzw. des Vortriebsmittels 34 ist es somit möglich, das Vortriebsmittel 34 und somit auch den zweiten Stellkolben 23 wie gewünscht zu bewegen. Durch entsprechende Ansteuerung des hydraulischen Syste­ mes 35 kann somit der zweite Stellbolzen 23 so positio­ niert werden, daß einer der beiden Anschläge 17a, 17b wirksam wird oder daß der erste Stellbolzen 13 bewegt werden kann, ohne dabei den zweiten Stellbolzen 23 mitzu­ nehmen. Die Ansteuerung des hydraulischen Systemes 35 ist dabei äußerst einfach zu realisieren, da lediglich dafür gesorgt werden muß, daß entweder einer der Anschläge 17a, 17b zum Wirken kommt, oder daß eine Relativbewegung zwi­ schen den beiden Stellbolzen 13, 23 möglich ist. Nicht unbedingt erforderlich hingegen ist es, durch das Vor­ triebsmittel 34 den zweiten Stellbolzen 23 in gewünschter Weise so exakt zu positionieren, daß sich ein definierter Phasenwinkel zwischen dem ersten Nocken 11 sowie dem zweiten Nocken 12 einstellt. Dies kann im wesentlich durch geeignete Abstimmung der Schrägverzahnung 24 in Verbindung mit den jeweiligen Positionen des ersten Stellbolzens 13 erreicht werden.

In Summe ist es mit der gezeigten Anordnung somit mög­ lich, an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gaswechselventilen je Zylinder entweder nur die Spreizung der zugehörigen Ventilerhebungskurven zu verän­ dern oder auch zusätzlich den Phasenwinkel zwischen die­ sen beiden Ventilerhebungskurven zu variieren. Dies ge­ schieht mit Hilfe der beiden Stellbolzen 13, 23, die über Schrägverzahnungen eine entsprechende Verdrehbewegung der den jeweiligen Gaswechselventilen zugeordneten Nockenwel­ len 10, 20 bewirken. Werden dabei die beiden Stellbolzen 13, 23 bewegt, so wird neben der Spreizung s auch der Phasenwinkel p verändert, wird hingegen nur der erste Stellbolzen 13 bewegt, so bewirkt dies lediglich eine Veränderung der Spreizung s. Eine Relativbewegung zwi­ schen den beiden Stellbolzen, die dann auftritt, wenn le­ diglich der erste Stellbolzen 13 bewegt wird, wird da­ durch ermöglicht, daß zwischen dem ersten Stellbolzen 13 sowie dem zweiten Stellbolzen 23 eine Geradverzahnung vorgesehen ist, während zwischen dem zweiten Stellbolzen 23 sowie der diesem zugeordneten Nockenwelle 20 eine hö­ here Reibkräfte hervorrufende Schrägverzahnung vorgesehen ist. Zusätzlich sind die bereits beschriebenen Mittel vorgesehen, mit Hilfe derer eine derartige Relativbewe­ gung verhindert werden kann. Dabei sind selbstverständ­ lich eine Vielzahl von Abwandlungen gegenüber den gezeig­ ten Ausführungsbeispielen möglich, die weiterhin unter den Inhalt der Patentansprüche fallen.

Claims (6)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gas­ wechsel-Ventilen (Ventilerhebungskurven 1, 2) je Zy­ linder, die von relativ zueinander verstellbaren Nocken (11, 12), die sich auf konzentrisch zueinan­ der angeordneten Nockenwellen (10, 20) befinden, be­ tätigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der bei­ den Nockenwellen (10, 20) gegenüber einer mit dem Hubkolben zusammenwirkenden Kurbelwelle zwei in Wel­ lenlängsrichtung (19, Pfeil 29) verschiebbare Stell­ bolzen (13, 23) vorgesehen sind, wobei der erste Stellbolzen (13) mit der ersten Nockenwelle (10) so­ wie mit einem Nockenwellen-Antriebsrad jeweils über eine Verzahnung (14), von denen zumindest eine als Schrägverzahnung ausgeführt ist, verbunden ist, und wobei der zweite Stellbolzen (23) mit der zweiten Nockenwelle (20) und dem ersten Stellbolzen (13) je­ weils über eine Verzahnung (16, 24), von denen eine als Schrägverzahnung (24) und eine als Geradverzah­ nung (16) ausgeführt ist, verbunden ist, und wobei ein in Abhängigkeit von Randbedingungen eine Rela­ tivbewegung zwischen den Stellbolzen (13, 23) ver­ hinderndes Mittel vorgesehen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Relativbewegung zwischen den Stellbolzen (13, 23) verhindernde Mit­ tel ausgebildet ist als

• - Anschlag (17a, 17b) zwischen den Stellbolzen und/oder
• - verriegelbarer bzw. lösbarer Klemmkörper und/oder
• - Vortriebsmittel (34) für den zweiten Stellbolzen (23).

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verriegeln/Lösen des Klemmkörpers und/oder für das Vortriebsmittel (34) ein hydraulisches System (33, 35) vorgesehen ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Stellbolzen (13, 23) für eine Bewegungsrichtung ein erster, direkter Anschlag (17a), sowie für die an­ dere Bewegungsrichtung ein zweiter, ausgehend vom ersten Anschlag (17a) eine gewisse Relativbewegung ermöglichender zweiter Anschlag (17b) vorgesehen ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlag (17b) als ein in die Stirnseite des zweiten Stell­ bolzens (23) eingesetzter, mit einem Steg (27) des ersten Stellbolzens (13) zusammenwirkender, kopf­ schraubenähnlicher Stift (26) ausgebildet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem der Stell­ bolzen (13) gelagerte Klemmkörper als zumindest ein in eine Aussparung im/am anderen Stellbolzen (23) eingreifender Dorn (31a, 31b, 32) ausgebildet ist, der mittels eines hydraulischen Systemes (33) und/oder mittels eines Federelementes (31c) bewegbar ist.