EP0579592B1 - Brennkraftmaschine mit mindestens einer durch eine Verstellvorrichtung axial verschiebbaren Nockenwelle - Google Patents

Brennkraftmaschine mit mindestens einer durch eine Verstellvorrichtung axial verschiebbaren Nockenwelle Download PDF

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EP0579592B1
EP0579592B1 EP93890134A EP93890134A EP0579592B1 EP 0579592 B1 EP0579592 B1 EP 0579592B1 EP 93890134 A EP93890134 A EP 93890134A EP 93890134 A EP93890134 A EP 93890134A EP 0579592 B1 EP0579592 B1 EP 0579592B1
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EP
European Patent Office
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camshaft
internal combustion
combustion engine
cams
engine according
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EP93890134A
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William John Hurr
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
    • F01L1/267—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder with means for varying the timing or the lift of the valves
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    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve
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    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams
    • Y10T74/2102—Adjustable

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with at least one camshaft axially displaceable by an adjusting device with a plurality of switchable cams having different axial offsets per valve.
  • Switching is triggered by a mechanical or electrical speed pulse, which is, however, independent of the respective camshaft angle. Due to the lack of a relationship between camshaft displacement and camshaft angle, the bucket tappet or transmission lever strikes the end faces of the selected cams at the beginning of the shifting process until the tappet or transmission lever reaches the transition surface between the cams on the base circle or the rising cam track can reach and switch. This causes additional noise and increasing wear on the valve actuation, but can also lead to pinching damage.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide an adjusting device for camshafts with which a controlled and stop-free axial displacement of the camshaft is made possible.
  • the adjusting device consists of a sliding link with at least two helical guide grooves arranged in opposite directions of rotation, which end in annular clearance grooves, and a driver which can be steered into the guide grooves by a trigger element, with the driver being steered into one of the Clearance grooves different operating positions of the camshaft can be defined.
  • the slope and the position of the helical guide grooves and the position of the individual cams on the camshaft is chosen so that switching between two cams of a valve takes place while the bucket tappet or transmission lever faces a common tangential plane of both cams. This avoids shear stress on the end faces of the cams.
  • the camshaft automatically pushes itself from the first operating position in the axial direction into the second operating position by the driver engaging in the guide grooves, the two operating positions being predetermined by annular release grooves. No additional force is therefore required to displace the camshaft, so that the release element, which only brings the driver into an initial position, can be dimensioned relatively small.
  • the two guide grooves which are helical in the opposite direction of rotation, are machined into the camshaft, and the driver is secured against rotation about the camshaft axis, preferably connected to the cylinder head via a housing of the adjusting device.
  • This space-saving arrangement is characterized by simple and inexpensive manufacture.
  • the driver it is also conceivable for the driver to be rigid with the camshaft train, and to arrange the sliding link in the cylinder head.
  • the driver is designed as an open spring ring arranged concentrically around the camshaft, which is secured against rotation with the camshaft and in a region, preferably diametrically opposite the free ends of the spring ring, in the area of the cylinder head or in the housing Adjustment device is mounted securely in the axial direction, one of the two free ends being bendable in the direction of the camshaft axis by the release member.
  • one end of the spring ring is bent into an initial position by the release element, as a result of which the spring ring is deflected into the guide groove which moves relative to the spring ring.
  • the driver is formed by a first cylindrical pin and a second cylindrical pin, the geometrical longitudinal axes of which are approximately normal to the camshaft axis, and both pins, preferably rotatable, in the cylinder head or are mounted in a housing of the adjusting device, wherein the second pin is also displaceably mounted in the direction of the camshaft axis and can be deflected in the direction of the camshaft axis by the release element.
  • the trigger member is actuated hydraulically.
  • the hydraulic release element itself can be dimensioned very small, since the axial displacement forces of the camshaft are provided by the camshaft drive.
  • the cams belonging to different operating positions of the camshaft are designed for different valve lift curves. This means that the optimal valve lift and timing can be used for different engine operating states.
  • those activated in at least one operating position of the camshaft Cams of valves of the same type of valve per cylinder are designed for different valve lift curves. This is particularly favorable in the part-load range if, for example, one of two intake valves per cylinder follows a valve lift curve with a small stroke and a short opening time, while the second inlet valve is actuated with an even smaller stroke and a shorter opening time.
  • the second inlet valve can also remain completely closed in the partial load range, which means that the opening force required to overcome the spring force and the friction can be saved.
  • an activated cam preferably via a forked rocker arm, actuates a plurality of valves in at least one operating position of the camshaft.
  • the exemplary embodiments relate to an internal combustion engine with four cylinders arranged in series.
  • 1 shows part of a cylinder head 1 of this internal combustion engine with partially removed camshaft bearing brackets 5a.
  • the camshaft 3 has two cams 4a, 4b per valve 6a, 6b.
  • the cams 4a are for a valve lift curve with a large stroke and a long opening time of the valves 6a, 6b for use at full load and high speed
  • the nockers 4b are for a short stroke and a short opening time of the valves 6a, 6b designed for partial load operation and / or low speed.
  • the cams 4b are activated and actuate the valves 6a, 6b via beads 7 on the tappets 8.
  • the laterally released beads 7 provide the neighboring deactivated cams 4a with the necessary scope for free rotation.
  • the tappets 8 themselves are secured against rotation about the valve axis.
  • the adjusting device 9 is provided at one end of the camshaft 3. This consists of the sliding link 10 formed as part of the camshaft 3, the driver 11 and the trigger element 12.
  • the sliding link 10 has two guide grooves 10 ′, which are machined into the camshaft 3 in a helical manner in the opposite direction of rotation. Both guide grooves 10 'end in the clearance grooves 10' 'machined into the camshaft in a ring.
  • the driver 11, designed as a spring ring 11 ', is connected to the housing 13 or the cylinder head 1 in a body-fixed and rotationally secure manner in a region 14c diametrically opposite the free ends 14a, 14b, as can be seen from FIG. 3a.
  • the pistons 16 of the triggering element 12 engage, which trigger the camshaft displacement.
  • the movement of the pistons 16 is indicated by the arrows 16 ', the displacement of the camshaft 3 triggered thereby by the arrow 3'.
  • the free ends 14a, 14b of the spring ring 11 'in the direction of the camshaft axis 3a in the housing 13 or cylinder head 1 must have sufficient scope 14'.
  • the maximum displacement length of the camshaft corresponds. the width of the sliding link 10 and is marked with 20.
  • the camshaft displacement is triggered by the hydraulically actuated trigger element 12 shown in FIG. 3.
  • the oil supply is designated 18, the oil return 19.
  • pistons 16 preloaded by springs 15 are slidably mounted. Apart from the triggering process for the camshaft movement, the spring ring 11 'and the trigger member 12 remain in the rest position.
  • the electrically operated valve 17 opens the oil supply 18 one of the two release pistons 16, whereby a bending moment is exerted on the spring ring 11 '.
  • two pins 22, 23 rotatable about their longitudinal axes 22a, 23a can be used, the longitudinal axes 22a, 23a being normal to the camshaft axis 3.
  • the two pins 22, 23 are diametrically opposed. The switching process is initiated by moving the pin 23 through one of the two pistons 16 of the triggering element 12 in the direction of the camshaft axis 3a.
  • the camshaft 3 is driven on the opposite end face of the cylinder head 1, as can be seen in FIG. 4, via a sliding element 21 rotatably mounted in the cylinder head 1, in which the camshaft 3 is accommodated in a longitudinally displaceable manner and to which a camshaft drive wheel (not shown) is flanged can.
  • the displacement length 20 of the camshaft 3 is 18 mm. Because of the phase shift of the individual cams 4a, 4b, not all cams can be switched over at the same time.
  • the camshaft shift gradually triggers the following processes: the lateral play is overcome between 0 and 2 mm; according to the firing sequence ACDB, the cam 4a of cylinder A is activated after 2 mm, the cam 4a of cylinder C after 4 mm, the cam 4a of cylinder D after 6 mm and the cam 4a of cylinder B after 8 mm.
  • the full width of the cams 4a over the Beaded 7 of the tappets 8 effective.
  • the camshaft 3 makes two and a quarter revolutions.
  • valves 6a, 6b are actuated via rocker arms 24, 25, each of which has a roller 24 'or 25' for reducing friction.
  • rocker arms 24, 25, each of which has a roller 24 'or 25' for reducing friction.
  • the forked rocker arm 25 the actuation of both valves 6a, 6b is possible by overcoming the force of the valve springs 6 'by means of a single cam 4a, 4b or 4c.
  • the forked rocker arm acts directly on a valve 6a and indirectly on the second valve 6b by deflecting the smaller rocker arm 24.
  • Range B1 - full load at high speed requires synchronous actuation of valves 6a, 6b by cams 4a with a large stroke and long opening time
  • Range B2 - full load at low speed requires synchronous actuation of the valves 6a, 6b by a cam 4b with a small stroke and a short opening time
  • Area B3 - partial load requires asynchronous actuation of the valves 6a and 6b, one valve 6a being actuated by the cam 4b with a small stroke and short opening time, the other valve 6b being actuated by the cam 4c with a very small stroke.
  • the cam 4c designed for a flat valve lift curve with a very short stroke and short opening time opens both valves 6a and 6b via the forked rocker arm 25.
  • the resulting stroke movement of the valve 6a is, however, superimposed by the deflection transmitted from the cam 6b via the rocker arm 24 to the valve 6a, so that the opening of the valve 6a is significantly larger than the opening of the valve 6b.
  • the camshaft 3 is shifted to the right by the adjusting device 9 in FIG. 5 or 7, the cam 4b assumes a position above the forked rocker arm 25 and can synchronize both valves 6a and 6b, Act according to area B2.
  • a synchronous actuation of the two valves 6a and 6b by the cam 4b in the engine operating area B2 is thus possible.
  • a further displacement of the camshaft 3 to the left positions the cam 4a over the forked rocker arm 28 and the cam 4b over the rocker arm 27.
  • the deflection of the cam 4a is superimposed on the deflection of the cam 4b, so that both valves 6a and 6b are opened synchronously with a large stroke become, which corresponds to the engine operating range B1.
  • 5 'tunnel bearings for the camshaft are designated, which are moved when the camshaft is moved.
  • the maximum deflection of the cam 4b 'and the tunnel bearing 5' is indicated by dashed lines.
  • the proposed adjustment device can be used both in valve controls with bucket tappets and in valve controls with rocker arms or rocker arms.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer durch eine Verstellvorrichtung axial verschiebbaren Nockenwelle mit mehreren schaltbaren und unterschiedlichen axialen Versatz aufweisenden Nocken pro Ventil.
  • Um die Ventilerhebungskurve während des Betriebes des Motors variieren und damit die optimalen Öffnungs- und Schließzeiten dem jeweiligen Motorbetriebszustand anpassen zu können, ist es wünschenswert, zwischen mehreren Nockenformen pro Ventil während des Betriebes umzuschalten. Dies kann zweckmäßigerweise durch eine axial verschiebbare Nockenwelle mit verschiedenen Nocken pro Ventil erfolgen.
  • Aus der DE-OS 35 03 740 ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Nockenwelle durch eine hydraulische Verstellvorrichtung axial verschoben wird. Die der Betätigung eines Ventils dienenden Nocken haben jeweils identische, ansteigende Nockenbahnen für die Ventilöffnung. Die für unterschiedliche Drehzahlbereiche notwendigen unterschiedlichen Steuerzeiten werden durch eine relative Verdrehung der Nockenwelle mittels einer Schrägverzahnung des Nockenwellenrades erreicht. Das Umschalten zwischen zwei Nocken wird dadurch ermöglicht, daß der ansteigende Teil benachbarter, einen Ventil zugeordneten Nocken eine gemeinsame Fläche bildet. Das Blockieren der axialen Bewegung während des Verschiebevorganges durch die Stufen wird vermieden, indem die Stirnflächen der Nockenstufen in der Reihenfolge der Ventilbetätigung gegenüber den unmittelbar vorangegangenen um einen bestimmten Betrag versetzt sind. Ausgelöst wird das Umschalten durch einen mechanischen oder elektrischen Drehzahlimpuls, der jedoch unabhängig von dem jeweiligen Nockenwellenwinkel ist. Durch das Fehlen einer Beziehung zwischen Nockenwellenverschiebung und Nockenwellenwinkel kommt es jedoch zu Beginn des Verschiebevorganges zu einem Anschlagen der Tassenstößel bzw. Übertragungshebel an den Stirnflächen der angewählten Nocken, bis die Stößel bzw. Übertragungshebel die Übergangsfläche zwischen den Nocken am Grundkreis oder der ansteigenden Nockenbahn erreichen und ein Umschalten erfolgen kann. Dies verursacht eine zusätzliche Geräuschentwicklung und einen zunehmenden Verschleiß der Ventilbetätigung, kann aber auch zu Klemmschäden führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Verstellvorrichtung für Nockenwellen zu schaffen, mit der eine kontrollierte und anschlagfreie axiale Verschiebung der Nockenwelle ermöglicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Verstellvorrichtung aus einer Verschiebekulisse mit zumindest zwei schraubenförmigen, im gegenläufigen Drehsinn zueinander angeordneten Führungsnuten, die in ringförmige Freistellnuten enden, und einem durch ein Auslöseorgan in die Führungsnuten einlenkbaren Mitnehmer besteht, wobei durch Einlenken des Mitnehmers in eine der Freistellnuten verschiedene Betriebsstellungen der Nockenwelle definiert werden. Die Steigung und die Lage der schraubenförmigen Führungsnuten und die Lage der einzelnen Nocken auf der Nockenwelle wird so gewählt, daß das Umschalten zwischen jeweils zwei Nocken eines Ventils erfolgt, während der Tassenstößel bzw. Übertragungshebel einer gemeinsamen Tangentialebene beider Nocken zugewandt ist. Eine Scherbeanspruchung der Stirnseiten der Nocken wird dadurch vermieden. Während eines Umschaltvorganges schiebt sich die Nockenwelle durch den in die Führungsnuten eingreifenden Mitnehmer selbsttätig aus einer ersten Betriebsstellung in axialer Richtung in eine zweite Betriebsstellung, wobei die beiden Betriebsstellungen durch ringförmige Freistellnuten vorgegeben werden. Zur Verschiebung der Nockenwelle ist somit keine zusätzliche Kraft erforderlich, sodaßdas Ausloseorgan, das den Mitnehmer nur in eine Anfangsposition bringt, relativ klein dimensioniert werden kann.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die zwei zueinander im gegenläufigen Drehsinn schraubenförmig ausgebildeten Führungsnuten in die Nockenwelle eingearbeitet sind, und der Mitnehmer gegen Verdrehung um die Nockenwellenachse gesichert, vorzugsweise über ein Gehäuse der Verstellvorrichtung mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Diese raumsparende Anordnung zeichnet sich durch eine einfache und kostengünstige Fertigung aus. Es ist jedoch auch denkbar, den Mitnehmer körperfest mit der Nockenwelle auszubilden, und die Verschiebekulisse im Zylinderkopf anzuordnen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Mitnehmer als offener um die Nockenwelle konzentrisch angeordneter Federring ausgebildet ist, der gegen Mitdrehen mit der Nockenwelle gesichert und in einem, vorzugsweise den freien Enden des Federringes diametral gegenüberliegendem, Bereich im Zylinderkopf oder im Gehäuse der Verstellvorrichtung in axialer Richtung verschiebesicher gelagert ist, wobei eines der beiden freien Enden durch das Auslöseorgan in Richtung der Nockenwellenachse verbiegbar ist. Am Beginn jedes Schaltvorganges wird ein Ende des Federringes durch das Auslöseorgan in eine Anfangsposition gebogen, wodurch der Federring in die sich relativ zum Federring bewegende Führungsnut eingelenkt wird.
  • Anstelle des Federringes kann auch in einer bezüglich der Reibungsverluste günstigen Ausführungsform vorgesehen sein, daß der Mitnehmer durch einen ersten zylindrischen Zapfen und einen zweiten zylindrischen Zapfen gebildet wird, deren geometrische Längsachsen etwa normal zur Nockenwellenachse liegen, und beide Zapfen, vorzugsweise drehbar, im Zylinderkopf oder in einem Gehäuse der Verstellvorrichtung gelagert sind, wobei der zweite Zapfen in Richtung der Nockenwellenachse auch verschiebbar gelagert und durch das Auslöseorgan in Richtung der Nockenwellenachse auslenkbar ist.
  • Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, daß das Auslöseorgan hydraulisch betätigt wird. Das hydraulische Auslöseorgan selbst kann sehr klein dimensioniert sein, da die axialen Verschiebekräfte der Nockenwelle durch den Nockenwellenantrieb bereitgestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Ventilen einer Ventilart pro Zylinder sind die zu verschiedenen Betriebsstellungen der Nockenwelle gehörigen Nocken für unterschiedliche Ventilerhebungskurven ausgelegt. Dadurch können für verschiedene Motorbetriebszustände die jeweils optimalen Ventilerhebungen und Steuerzeiten verwendet werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in mindestens einer Betriebsstellung der Nockenwelle aktivierten Nocken von Ventilen der gleichen Ventilart pro Zylinder für unterschiedliche Ventilerhebungskurven ausgelegt sind. Dies ist besonders günstig im Teillastbereich, wenn beispielsweise eines von zwei Einlaßventilen pro Zylinder einer Ventilerhebungskurve mit kleinem Hub und kurzer Öffnungszeit folgt, während das Zweite Einlaßventil mit noch kleinerem Hub und geringerer Öffnungszeit betätigt wird. Das zweite Einlaßventil kann im Teillastbereich aber auch ganz geschlossen bleiben, wodurch die zur Überwindung der Federkraft und der Reibung notwendige Öffnungskraft eingespart werden kann.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, daß in mindestens einer Betriebsstellung der Nockenwelle ein aktivierter Nocken, vorzugsweise über einen gegabelten Schwinghebel, mehrere Ventile betätigt. Dadurch kann die Anzahl der Nocken auf einer Nockenwelle reduziert werden, was sich günstig auf die Baugröße und die Herstellungskosten auswirkt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Längsansicht einer Nockenwelle mit Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung,
    Fig. 2
    eine Detailansicht der Verstellvorrichtung nach Linie II-II in Fig. 1,
    Fig. 3
    ein Detail der Verstellvorrichtung,
    Fig. 3a
    eine Schrägansicht eines schematisch dargestellten Auslöseorganes,
    Fig. 3b
    eine Ausführungsvariante der Verstellvorrichtung nach der Erfindung,
    Fig. 3c
    einen Schnitt durch die Verstellvorrichtung nach der Linie III-III in Fig. 3b,
    Fig. 4
    eine Längsansicht des antriebsseitigen Endes der Nockenwelle,
    Fig. 5
    eine Längsansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit teilweise weggeschnittener Nockenwelle,
    Fig. 6
    einen Schnitt einer Ventilbetätigung nach der Linie VI-VI in Fig. 5,
    Fig. 7
    einen weiteren Längsschnitt dieser Ausführungsform,
    Fig. 8
    einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Funktionsgleiche Teile tragen die gleichen Bezugszeichen.
  • Die Ausführungsbeispiele betreffen eine Brennkraftmaschine mit vier in Reihe angeordneten Zylindern. In Fig. 1 ist ein Teil eines Zylinderkopfes 1 dieser Brennkraftmaschine mit teilweise abgenommenen Nockenwellenlagerbügeln 5a dargestellt. Die Nockenwelle 3 weist je zwei Nocken 4a,4b pro Ventil 6a, 6b auf. Die Nocken 4a sind für eine Ventilerhebungskurve mit großem Hub und langer Öffnungszeit der Ventile 6a, 6b zum Einsatz bei Vollast und hoher Drehzahl, die Nockeri 4b sind dagegen für kleinen Hub und kurze Öffnungszeit der Ventile 6a, 6b bei Teillastbetrieb und/oder niedriger Drehzahl ausgelegt. In der gezeigten Lage der Nockenwelle 3 sind die Nocken 4b aktiviert und betätigen über Wulste 7 an den Tassenstößeln 8 die Ventile 6a, 6b. Die seitlich freigestellten Wulste 7 schaffen den benachbarten desaktivierten Nocken 4a den nötigen Spielraum zur freien Drehung. Die Tassenstößel 8 selbst sind gegen eine Drehung um die Ventilachse gesichert.
  • An einem Ende der Nockenwelle 3 ist die Verstellvorrichtung 9 vorgesehen. Diese besteht aus der als Teil der Nockenwelle 3 ausgebildeten Verschiebekulisse 10, aus dem Mitnehmer 11 und aus dem Auslöseorgan 12.
  • Wie in Fig. 2 ersichtlich, weist die Verschiebekulisse 10 zwei führungsnuten 10' auf, welche im gegenläufigen Drehsinn zueinander schraubenförmig in die Nockenwelle 3 eingearbeitet sind. Beide Führungsnuten 10' enden in den ringförmig in die Nockenwelle eingearbeiteten Freistellnuten 10''. Der als Federring 11' ausgebildete Mitnehmer 11 ist in einem den freien En-den 14a, 14b diametral gegenüberliegendem Bereich 14c körperfest und drehsicher mit dem Gehäuse 13 oder dem Zylinderkopf 1 verbunden, wie aus Fig. 3a zu entnehmen ist. Am freien Ende 14a des Federringes 11' greifen die Kolben 16 des Auslöseorganes 12 an, welche die Nockenwellenverschiebung auslösen. Die Bewegung der Kolben 16 ist durch die Pfeile 16', die dadurch ausgelöste Verschiebung der Nockenwelle 3 mit Pfeil 3' angedeutet. Um ein sicheres Auslösen der axialen Nockenwellenverschiebung zu gewährleisten, müssen die freien Enden 14a, 14b des Federringes 11' in Richtung der Nockenwellenachse 3a im Gehäuse 13 bzw. Zylinderkopf 1 ausreichenden Spielraum 14' zur Verfügung haben. Die maximale Verschiebelänge der Nockenwelle entspricht. der Breite der Verschiebekulisse 10 und ist mit 20 gekennzeichnet.
  • Die Nockenwellenverschiebung wird durch das in Fig. 3 dargestellte hydraulisch betätigte Auslöseorgan 12 ausgelöst. Die Ölzufuhr ist mit 18, der Ölrücklauf mit 19 bezeichnet. Im Ge-häuse 13 sind durch Federn 15 vorgespannte Kolben 16 verschiebbar gelagert. Abgesehen vom Auslösevorgang für die Nockenwellenbewegung bleiben der Federring 11' und das Auslöseorgan 12 in der Ruhestellung. Bei einer bestimmten Drehzahl öffnet das elektrisch betätigte Ventil 17 die Ölzufuhr 18 zu einem der beiden Auslösekolben 16, wodurch ein Biegemoment auf den Federring 11' ausgeübt wird. Sobald das freie Ende 14a des Federringes 11' den Beginn der Führungsnut 10' erreicht, gleitet der Federring 11' selbsttätig an der Führungsnut 10' der rotierenden Nockenwelle 3 entlang, während die Nockenwelle 3 sich in Richtung der Nockenwellenachse 3a verschiebt. Das Wechseln zwischen den Nocken 4a und 4b erfolgt jeweils, wenn die betreffenden Tassenstößel einer durch die Flanken zweier benachbarter Nocken 4a, 4b aufgespannten gemeinsamen Tangentialebene 4' zugewandt sind (Fig. 1). Sobald der Federring 11' die Freistellnut 10'' erreicht, endet die Nockenwellenverschiebung. Für die Verschiebebewegung in Gegenrichtung sind analoge, funktionsgleiche Teile vorgesehen, wobei der Federring 11' in die entgegengesetzte Richtung gedrückt wird.
  • Anstelle des Federringes 11' können zwei um ihre Längsachsen 22a, 23a drehbare Zapfen 22, 23 verwendet werden, wobei die Längsachsen 22a, 23a normal auf die Nockenwellenachse 3 stehen. Im in Fig. 3b und 3c gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Zapfen 22, 23 diametral gegenübergestellt. Der Schaltvorgang wird durch Verschieben des Zapfens 23 durch einen der beiden Kolben 16 des Auslöseorgans 12 in Richtung der Nockenwellenachse 3a eingeleitet.
  • Der Antrieb der Nockenwelle 3 erfolgt an der gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinderkopfes 1, wie in Fig. 4 ersichtlich, über ein im Zylinderkopf 1 drehbar gelagertes Gleitelement 21, in dem die Nockenwelle 3 längsverschiebbar aufgenommen wird und an welches ein Nockenwellenantriebsrad (nicht dargestellt) angeflanscht werden kann.
  • In einem Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Varianten beträgt die Verschiebelänge 20 der Nockenwelle 3 18 mm. Wegen der Phasenversetzung der einzelnen Nocken 4a, 4b können nicht gleichzeitig alle Nocken umgeschaltet werden. Die Nockenwellenverschiebung löst stufenweise folgende Vorgänge aus: Zwischen 0 und 2 mm wird das seitliche Spiel überwunden; entsprechend der Zündfolge A-C-D-B wird nach 2 mm der Nocken 4a von Zylinder A, nach 4 mm der Nocken 4a von Zylinder C, nach 6 mm der Nocken 4a von Zylinder D und nach 8 mm der Nocken 4a von Zylinder B aktiviert. Während der restlichen Verschiebelänge von 8 bis 18 mm wird die volle Breite der Nocken 4a über den Wulsten 7 der Tassenstößel 8 wirksam. Während dieser Verschiebebewegung vollführt die Nockenwelle 3 zweieinviertel Umdrehungen.
  • Statt für jedes Ventil eigene Nockenpaare vorzusehen, sind bei der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführung drei schaltbare Nocken 4a, 4b, 4c zur Steuerung von jeweils zwei Ventilen 6a, 6b der gleichen Ventilart pro Zylinder vorgesehen. Die Ventile 6a, 6b werden über Schlepphebel 24, 25 betätigt, die jeweils eine Rolle 24' bzw. 25' zur Reibungsminderung aufweisen. Über den gegabelt ausgeführten Schlepphebel 25 ist die Betätigung beider Ventile 6a, 6b unter Überwindung der Kraft der Ventilfedern 6' durch einen einzigen Nocken 4a, 4b oder 4c möglich. Dabei greift der gegabelte Schlepphebel an einem Ventil 6a direkt, am zweiten Ventil 6b indirekt durch Auslenken des kleineren Schlepphebels 24, an.
  • Mit den drei unterschiedlich ausgelegten Nocken 4a, 4b und 4c können drei verschiedene Motorbetriebsbereiche abgedeckt werden. Es sind dies: Bereich B1 - Vollast bei hoher Drehzahl, erfordert synchrone Betätigung der Ventile 6a, 6b durch Nocken 4a mit großem Hub und langer Öffnungszeit; Bereich B2 - Vollast bei niedriger Drehzahl, erfordert synchrone Betätigung der Ventile 6a, 6b durch einen Nocken 4b mit kleinem Hub und geringer Öffnungszeit; Bereich B3 - Teillast, erfordert asynchrone Betätigung der Ventile 6a und 6b, wobei ein Ventil 6a durch den Nocken 4b mit kleinem Hub und geringer Öffnungszeit, das andere Ventil 6b durch den Nocken 4c mit sehr kleinem Hub betätigt wird.
  • In der in den Fig. 5 und 7 gezeigten mittleren Betriebsstellung öffnet der für eine flache Ventilerhebungskurve mit sehr geringem Hub und kurzer Öffnungszeit ausgelegte Nocken 4c über den gegabelten Schlepphebel 25 beide Ventile 6a und 6b. Die dadurch verursachte Hubbewegung des Ventiles 6a wird jedoch durch die vom Nocken 6b über den Schwinghebel 24 auf das Ventil 6a übertragene Auslenkung überlagert, sodaß die Öffnung des Ventiles 6a bedeutend größer ist als die Öffnung des Ventiles 6b. Wird die Nockenwelle 3 durch die Verstellvorrichtung 9 in Fig. 5 oder 7 nach rechts verschoben, nimmt der Nocken 4b eine Stellung über dem gegabelten Schwinghebel 25 ein und kann über diesen beide Ventile 6a und 6b synchron, entsprechend dem Bereich B2 betätigen. Die Auslenkung der Nockenwelle aus der mittleren Betriebsstellung in Gegenrichtung positioniert den Nocken 4a über dem gegabelten Schwinghebel 25, wodurch die Ventile 6a und 6b synchron mit großem Hub - entsprechend dem Bereich B1 - geöffnet werden können. In Fig. 7 sind strichliert die äußersten Auslenkstellungen der Nocken angedeutet.
  • Während in der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsvariante für die Motorbetriebsbereiche B2 und B3 die gleichen für geringen Hub und geringe Öffnungszeit ausgelegten Nocken 4b verwendet werden, bietet die Anordnung eines zusätzlichen Nockens 4b', wie in Fig. 8 ersichtlich, die Möglichkeit einer besseren Anpassung an die Motorbetriebsbereiche B2 und B3. Gegenüber der vorher beschriebenen Ausführung sind die Lagen der Nocken 4c und 4b vertauscht. Die eingezeichnete Betriebsstellung der Nockenwelle 3 entspricht dem Motorbetriebsbereich B3, wobei die Ventile 6a und 6b asynchron geöffnet werden. Durch Verschieben der Nockenwelle 3 aus der eingezeichneten Stellung nach links, kommt der Nocken 4b über dem gegabelten Schwinghebel 28 zu liegen. Eine synchrone Betätigung der beiden Ventile 6a und 6b durch den Nocken 4b im Motorbetriebsbereich B2 ist somit möglich. Ein weiteres Verschieben der Nockenwelle 3 nach links positioniert den Nocken 4a über dem gegabelten Schwinghebel 28 und den Nocken 4b über dem Schwinghebel 27. Die Auslenkung des Nockens 4a wird der Auslenkung des Nockens 4b überlagert, sodaß beide Ventile 6a und 6b synchron mit großem Hub geöffnet werden, was dem Motorbetriebsbereich B1 entspricht. Mit 5' sind Tunnellager für die Nockenwelle bezeichnet, welche beim Verschieben der Nockenwelle mitbewegt werden. Die maximale Auslenkung des Nockens 4b' und des Tunnellagers 5' ist strichliert angedeutet.
  • Die vorgeschlagene Verstellvorrichtung kann sowohl bei Ventilsteuerungen mit Tassenstößel als auch bei Ventilsteuerungen mit Kipp- oder Schwinghebel verwendet werden.

Claims (8)

  1. Brennkraftmaschine mit mindestens einer durch eine Verstellvorrichtung axial verschiebbaren Nockenwelle mit mehreren schaltbaren und unterschiedlichen axialen Versatz aufweisenden Nocken pro Ventil, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstellvorrichtung (9) aus einer Verschiebekulisse (10) mit zumindest zwei schraubenförmigen, im gegenläufigen Drehsinn zueinander angeordneten Führungsnuten (10'), die in ringförmigen Freistellnuten (10'') enden, und einem durch ein Auslöseorgan (12) in die Führungsnuten (10') einlenkbaren Mitnehmer (11) besteht, wobei durch Einlenken des Mitnehmers (11) in eine der Freistellnuten (10'') verschiedene Betriebsstellungen der Nockenwelle (3) definiert werden.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei zueinander im gegenläufigen Drehsinn schraubenförmig ausgebildeten Führungsnuten (10') in die Nockenwelle (3) eingearbeitet sind, und der Mitnehmer (11) gegen Verdrehung um die Nockenwellenachse (3a) gesichert, vorzugsweise über ein Gehäuse (13) der Verstellvorrichtung (9) mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (11) als offener um die Nockenwelle (3) konzentrisch angeordneter Federring (11') ausgebildet ist, der gegen Mitdrehen mit der Nockenwelle gesichert und in einem, vorzugsweise den freien Enden (14a, 14b) des Federringes (11') diametral gegenüberliegendem, Bereich (14c) im Zylinderkopf (1) oder im Gehäuse (13) der Verstellvorrichtung (9) in axialer Richtung verschiebesicher gelagert ist, wobei eines der beiden freien Enden (14a, 14b) durch das Auslöseorgan in Richtung der Nockenwellenachse (3a) verbiegbar ist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (11) durch einen ersten zylindrischen Zapfen (22) und einen zweiten zylindrischen Zapfen (23) gebildet wird, deren geometrische Längsachsen (22a, 23a) etwa normal zur Nockenwellenachse (3a) liegen, und beide Zapfen (22, 23) vorzugsweise drehbar im Zylinderkopf (1) oder in einem Gehäuse (13') der Verstellvorrichtung (9') gelagert sind, wobei der zweite Zapfen (23) in Richtung der Nockenwellenachse (3a) auch verschiebbar gelagert und durch das Auslöseorgan (12) in Richtung der Nockenwellenachse (3a) auslenkbar ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseorgan (12) hydraulisch betätigt wird.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit mehreren Ventilen einer Ventilart pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschiedenen Betriebsstellungen der Nockenwelle (3) gehörigen Nocken (4a, 4b, 4c) für unterschiedliche Ventilerhebungskurven ausgelegt sind.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in mindestens einer Betriebsstellung der Nockenwelle (3) aktivierten Nocken (4a, 4b, 4c) von Ventilen (6a, 6b) der gleichen Ventilart pro Zylinder (A, B, C, D) für unterschiedliche Ventilerhebungskurven ausgelegt sind.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Betriebsstellung der Nockenwelle (3) ein aktivierter Nocken (4a, 4b, 4c), vorzugsweise über einen gegabelten Schwinghebel (25), mehrere Ventile (6a, 6b) betätigt.
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