[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Arbeitszylinder, wobei jedem Arbeitszylinder
mindestens zwei Einlassventile und mindestens ein Auslassventil zugeordnet ist, wobei
mindestens zwei Nockenwellen vorgesehen sind, von denen wenigstens eine gemischte
Nockenwelle sowohl mindestens ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil
betätigt, wobei an mindestens einer gemischten Nockenwelle, die sowohl mindestens
ein Einlassventil als auch mindestens ein Auslassventil betätigt, ein Versteller angeordnet
ist, welcher Ventilsteuerzeiten der dieser gemischten Nockenwelle zugeordneten Ein-
und Auslassventile gegenüber den Ventilsteuerzeiten der mindestens einen anderen Nockenwelle
wahlweise nach Früh oder Spät verstellt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Aus der
DE 44 26 557 A1 ist es bekannt, bei Arbeitszylindern einer Brennkraftmaschine funktionsgleiche Ventile,
also beispielsweise zwei Einlassventile oder zwei Auslassventile, diagonal gegenüberliegend
anzuordnen, so dass zwei Nockenwellen jeweils einen Teil der Einlassventile steuern.
Auf diese Weise sind zwei getrennte Einlasssysteme geschaffen, die zwar unterschiedliche
Steuerzeiten aufweisen, wobei diese Steuerzeiten jedoch festgelegt sind.
[0003] Beim bekannten Miller/Atkinson-Cycle wird der Zeitpunkt "Einlassventil schließt"
(ES) nach spät verschoben. Auf diese Weise wird bereits im Zylinder befindliches Frischgas
z.T. wieder ausgeschoben. Dies bedeutet einen Füllungsnachteil, der aber über eine
Aufladung mit einem geeigneten Ladedruck kompensiert werden kann. Dabei ist der Ladedruck
im Volumen zwischen Laderausgang und Motoreinlass so zu regeln, dass der Ladedruck
in jedem Miller-Betriebspunkt, d.h. jeder Betriebspunkt in dem der "MillerCycle" zur
Anwendung kommt, dem theoretischen Verdichtungsenddruck in den Arbeitszylindern der
Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt Einlassventil schließt entspricht. Für die Regelung,
wahlweise auch Steuerung, kommen Druck- und/oder Temperatur- und/oder Massenstromsensoren
oder sinnvolle Kombisensoren der drei angesprochenen Sensortypen zum Einsatz.
[0004] Der positive Effekt des Miller/Atkinson-Cycles mittels frühem oder spätem Zeitpunkt
für das Schließen des Einlassventils auf die NO
x-Emission und Homogenisierbarkeit des Dieselgemischs ist bekannt. Weiterhin kann bei
ottomotorischen Anwendungen die Klopfneigung bei Hochaufladung deutlich reduziert
werden. Im Gegensatz zum Ottomotor, der aufgrund fehlender geometrischer Zwänge mit
positiver Ventilüberschneidung arbeiten kann, ist beim Dieselmotor eine einfache Umsetzung
des Verfahrens mit Hilfe eines Phasenstellers generell nicht möglich. Grund hierfür
ist eine mechanische Kollision des Ventils mit dem Kolben bei Frühverstellung und
vermehrte Pumparbeit bei Spätverstellung.
[0005] Aus den Druckschriften
DE 42 30 877 und
DE 199 08286 ist ein Ventiltrieb bekannt, bei dem ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar
auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenträger besteht dabei aus einem
rohrförmigen Material, auf dem mindestens ein Nocken angeordnet ist, bei dem aus einem
gemeinsamen Grundkreis axial versetzt mehrere unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervorgehen.
Durch das axiale Verschieben des Nockenstückes auf der Grundnockenwelle kann ein Gaswechselventil
durch die unterschiedlich geformten Nockenlaufbahnen in unterschiedlicher Weise betätigt
werden, wobei sich die Nockenlaufbahnen in der Hubkontur und/oder in der Phasenlage
unterscheiden.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einlass- und/oder Auslasseteuerzeiten zur
thermodynamischen Optimierung des Motorbetriebs im Kennfeld zu verbessern bzw. zu
optimieren.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o.g. Art mit
den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
[0008] Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass mindestens an der gemischten Nockenwelle mindestens ein Nockenträger vorgesehen
ist, wobei der Nockenträger relativ zu dieser gemischten Nockenwelle drehfest und
axial verschiebbar auf der gemischten Nockenwelle angeordnet ist, wobei der mindestens
eine Nockenträger mindestens einen Nocken aufweist, auf dem mindestens zwei unterschiedliche
Nockenlaufbahnen ausgebildet sind, wobei Mittel zum axialen Verschieben des mindestens
einen Nockenträgers gegenüber der gemischten Nockenwelle zwischen einer ersten axialen
Position und mindestens einer zweiten axialen Position vorgesehen sind.
[0009] Die mindestens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen können voneinander axial beabstandet
angeordnet sein und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Insbesondere kann
wenigstens eine erste der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen einen
sich von einer zweiten der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen auf
dem Nocken einen unterscheidenden Verlauf in radialem Abstand von der Achse der gemischten
Nockenwelle und/oder in Umfangsrichtung der gemischten Nockenwelle aufweisen.
[0010] Dies hat den Vorteil, dass eine Nockenumschaltung mit reduzierter Anzahl von Nockenstellen
zur Verfügung steht, da beispielsweise ein Steller sowohl einen Einlassnocken als
auch einen Auslassnocken umstellt.
[0011] Eine hohe mechanische Stabilität mit über viele Zyklen funktionssicherer Verschlebbarkeit
des Nockenträgers erzielt man dadurch, dass der mindestens eine Nockenträger zur Lagerung
der mindestens einen Nockenwelle von mindestens einem zylinderkopffesten Nockenwellenlager
umfasst ist.
[0012] In Ausführungsformen, in denen die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Arbeitszylindern
aufweist, kann die gemischte Nockenwelle jeweils mindestens einen Nocken für einen
der Arbeitszylinder umfassen, wobei die der gemischten Nockenwelle zugeordneten Ein-
und Auslassventile gleichzeitig durch Betätigung des Verstellers wahlweise nach Früh
oder Spät verstellbar sind.
[0013] Eine besonders gut optimierbare Anpassung von Ventilsteuerzeiten an einen Betriebszustand
der Brennkraftmaschine wird dadurch erzielt, dass der Versteller derart ausgebildet,
dass dieser einen Verstellbereich für die Ventilsteuerzeiten von 60°KW +/-20° aufweist.
[0014] Die Betätigung der einzelnen Ein- und Auslassventile, insbesondere für einen Arbeitszylinder,
kann individuell gestaltet sein: Wenigstens eine der wenigstens zwei unterschiedlichen
Nockenlaufbahnen auf einem Nocken zur Betätigung eines Einlassventils und wenigstens
eine andere der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen auf einem Nocken
zur Betätigung eines Auslassventils können unterschiedliche Verläufe in radialem Abstand
von der Achse der gemischten. Nockenwelle und/oder in Umfangsrichtung der gemischten
Nockenwelle aufweisen. Anders gesagt, die Nockenlaufbahnen können unterschiedliche
Verläufe ihrer Höhe in Funktion des Azimutalwinkels zur Achse der gemischten Nockenwelle
aufweisen.
[0015] Des Weiteren oder alternativ dazu kann auch die Betätigung der einzelnen Ein- und
Auslassventile einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Arbeitszylindern kann
für einzelne Arbeitszylinder individuell, insbesondere jeweils für die Einlassventile
oder für die Auslassventile, gestaltet sein: Wenigstens eine der wenigstens zwei unterschiedlichen
Nockenlaufbahnen auf einem ersten Nocken zur Betätigung eines Ein- oder eines Auslassventils
eines ersten Arbeitszylinders und wenigstens eine andere der wenigstens zwei unterschiedlichen
Nockenlaufbahnen auf einem Nocken zur Betätigung eines Ein- oder Auslassventils eines
zweiten Arbeitszylinders kann unterschiedliche Verläufe in radialem Abstand von der
Achse der gemischten Nockenwelle und/oder in Umfangsrichtung der gemischten Nockenwelle
aufweisen. Anders gesagt, die Nockenlaufbahnen können unterschiedliche Verläufe ihrer
Höhe in Funktion des Azimutalwinkels zur Achse der gemischten Nockenwelle aufweisen.
[0016] Ein besonders guter und optimierter Gaswechsel während des Betriebs der Brennkraftmaschine
wird dadurch erzielt, dass jedem Arbeitszylinder zwei Auslassventile zugeordnet sind,
wobei zwei Nockenwellen vorgesehen sind, wobei eine erste Nockenwelle die eine Hälfte
der Ein- und Auslassventile und eine zweite Nockenwelle die andere Hälfte der Ein-
und Auslassventile betätigt, wobei die erste Nockenwelle feste Steuerzeiten für die
dieser Nockenwelle zugeordneten Ventile aufweist und an der zweiten Nockenwelle der
Versteller angeordnet ist.
[0017] Ein besonders großer Verstellbereich, insbesondere auch bei Dieselmotoren, ohne Kollision
zwischen Ventilen und Hubkolben wird dadurch erzielt, dass die zweite Nockenwelle
derart ausgebildet ist, dass bei einem Verstellwinkel von 0°KW die der zweiten Nockenwelle
zugeordneten Auslassventile früher schließen als die der ersten Nockenwelle zugeordneten
Auslassventile und die der zweiten Nockenwelle zugeordneten Einlassventile später
öffnen und später schließen als die der ersten Nockenwelle zugeordneten Einlassventile.
[0018] Eine weitere Verbesserung der thermodynamischen Optimierung des Betriebs der Brennkraftmaschine
wird dadurch erzielt, dass die zweite Nockenwelle derart ausgebildet ist, dass bei
einem Verstellwinkel von 0°KW die der zweiten Nockenwelle zugeordneten Einlassventile
gleichzeitig mit den der ersten Nockenwelle zugeordneten Einlassventilen schließen.
In diesem Fall erfolgt ausschließlich eine Spätverstellung.
[0019] Eine besonders einfache und funktionssichere axiale Verschiebung des Nockenträgers
wird dadurch erzielt, dass das Mittel zum axialen Verschieben des mindestens einen
Nockenträgers gegenüber der gemischten Nockenwelle zwischen einer ersten axialen Position
und mindestens einer zweiten axialen Position mindestens einen relativ zur gemischten
Nockenwelle axial feststehenden und radial zwischen einer ersten und einer zweiten
Bolzenposition verschiebbaren Bolzen aufweist, welcher in der zweiten Bolzenposition
in eine auf dem Nockenträger ausgebildete, in radialer Richtung umlaufende Nut eingreift
und in der ersten Bolzenposition von dieser Nut beabstandet ist, wobei die Nut derart
ausgebildet ist, dass sich der Nockenträger von einer axialen Position auf der gemischten
Nockenwelle in eine andere axiale Position auf der gemischten Nockenwelle verschiebt,
wenn der Bolzen in die Nut eingreift.
[0020] Eine besonders schnelle und wiederholbare axiale Verschiebung des Nockenträgers wird
dadurch erzielt, dass mindestens ein erster Bolzen vorgesehen ist, welcher wahlweise
in eine erste Nut eingreift und mindestens ein axial bezüglich der gemischten Nockenwelle
von dem ersten Bolzen beanstandeter zweiter Bolzen vorgesehen ist, welcher wahlweise
in eine von der ersten Nut axial bezüglich der gemischten Nockenwelle beabstandete
zweite Nut eingreift, wobei sich der Nockenträger von der ersten axialen Position
auf der gemischten Nockenwelle in die zweite axiale Position auf der gemischten Nockenwelle
bewegt, wenn der erste Bolzen in die erste Nut eingreift und von der zweiten axialen
Position auf der gemischten Nockenwelle in die erste axiale Position auf der gemischten
Nockenwelle bewegt, wenn der zweite Bolzen in die zweite Nut eingreift.
[0021] Die Brennkraftmaschine kann insbesondere ein Dieselmotor sein. Bevorzugt handelt
es sich um eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines gleislosen
Landkraftfahrzeugs.
[0022] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt
in
- Fig. 1
- eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in schematischer
Ansicht,
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der Nockenwellenanordnung bei der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1,
- Fig. 3
- eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen der
verschiedenen Nockenwellen und der Kolbenbewegung bei einem Verstellwinkel von 0°KW,
- Fig. 4
- eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen der
verschiedenen Nockenwellen und der Kolbenbewegung bei maximaler Verstellung in Richtung
Spät und
- Fig. 5
- eine graphische Darstellung der Ventilbewegung von Einlass- und Auslassventilen der
verschiedenen Nockenwellen und der Kolbenbewegung bei maximaler Verstellung in Richtung
Früh.
[0023] Die in Fig. 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer erfindungemäßen Brennkraftmaschine
umfasst einen Zylinderkopf 10, in dem nicht näher dargestellte Arbeitszylinder angeordnet
sind, in denen sich jeweils ein Hubkolben (nicht dargestellt) oszillierend bewegt.
Der Zylinderkopf 10 weist eine Auslassseite 12 auf, an der Abgase aus den Arbeitszylindern
abgeführt werden, und eine Einlassseite 14 auf, an der den Arbeitszylindern Frischgas
zugeführt wird.
[0024] Jedem Arbeitszylinder sind zwei Einlassventile (nicht dargestellt) und zwei Auslassventile
(nicht dargestellt) zugeordnet, wobei eine erste Nockenwelle 16 und eine zweite Nockenwelle
18 vorgesehen sind. Die erste Nockwelle 16 trägt Einlassnocken 20; die jeweils ein
Einlassventil betätigen, und Auslassnocken 22, die jeweils ein Auslassventil betätigen.
Ebenso trägt die zweite Nockenwelle 18 Einlassnocken 24, die jeweils ein Einlassventil
betätigen, und Auslassnocken 26, die jeweils ein Auslassventil betätigen. Auf beiden
Nockenwellen 16, 18 wechseln sich in Längsrichtung gesehen jeweils Einlassnocken 20,
24 und Auslassnocken 22, 26 ab. Auf diese Weise werden die beiden Einlassventile und
Auslassventile eines jeden Arbeitszylinders von verschiedenen Nockenwellen 16,18 betätigt.
Wie insbesondere zusätzlich aus Fig. 2 hervorgeht, ist somit jede der Nockenwellen
12, 14 eine so genannte gemischte Nockenwellen, d.h. jede Nockenwelle 12, 14 betätigt
sowohl Einlass- als auch Auslassventile über entsprechende Einlassnocken 20, 24 bzw.
Auslassnocken 22, 26.
[0025] Die Steuerzeiten der ersten Nockenwelle 16 für die dieser zugeordneten Einlass- und
Auslassventile sind unveränderbar festgelegt. An der zweiten Nockenwelle 18 ist ein
Versteller 28 angeordnet, welcher die Steuerzeiten der dieser zugeordneten Einlass-
und Auslassventile gegenüber den Steuerzeiten der ersten Nockenwelle 16 verändert,
indem die zweite Nockenwelle 18 durch den Versteller 28 relativ zur ersten Nockenwelle
16 verdreht wird. Die erste Nockenwelle 16 ist diejenige Nockenwelle, die bei 30 von
einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die
erste Nockenwelle 16 treibt dann ihrerseits über Zahnräder 32 die zweite Nockenwelle
18 an.
[0026] In den Fig. 3 bis 5 ist auf einer horizontalen Achse 34 ein Kurbelwinkel und auf
einer vertikalen Achse 36 eine Hubbewegung aufgetragen. Auf der horizontalen Achse
34 ist bei 38 ein unterer Totpunkt (UT) des Hubkolbens vor.dem Ladungswechsel, bei
40 ein oberer Totpunkt (OT) des Hubkolbens während des Ladungswechsels und bei 42
ein unterer Totpunkt (UT) des Hubkolbens nach dem Ladungswechsel aufgetragen. Ein
erster Graph 44 veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für den
Kolben, ein zweiter Graph 46 veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel
34 für diejenigen Auslassventile, die von den Auslassnocken 22 der ersten Nockenwelle
16 gesteuert werden, ein dritter Graph 48 (gestrichelt) veranschaulicht die Hubbewegung
36 über den Kurbelwinkel 34 für diejenigen Auslassventile, die von den Auslassnocken
26 der zweiten Nockenwelle 18 gesteuert werden, ein vierter Graph 50 veranschaulicht
die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für diejenigen Einlassventile, die von
den Einlassnocken 20 der ersten Nockenwelle 16 gesteuert werden und ein fünfter Graph
52 (gestrichelt) veranschaulicht die Hubbewegung 36 über den Kurbelwinkel 34 für diejenigen
Einlassventile, die von den Einlassnocken 24 der zweiten Nockenwelle 18 gesteuert
werden.
[0027] In Fig. 3 ist eine Stellung des Verstellers 28 mit 0°KW dargestellt, d.h. die Nockenwellen
16, 18 sind nicht gegeneinander verdreht. In Fig. 4 ist eine Stellung des Verstellers
bei maximaler Verstellung in Richtung Spät und in Fig. 5 ist eine Stellung des Verstellers
bei maximaler Verstellung in Richtung Früh dargestellt. Wie aus den Fig. 2 bis 5 unmittelbar
ersichtlich, bleibt die Hubbewegung der Ventile der ersten Kurbelwelle 16 (zweiter
Graph 46 und vierter Graph 50) relativ zur Kurbelwelle unverändert, wohingegen die
Hubbewegung der Ventile der zweiten Kurbelwelle 18 (dritter Graph 48 und fünfter Graph
52 jeweils gestrichelt) gemeinsam für die zugeordneten Einlassventile und Auslassventile
verschoben werden. Hierdurch kann einerseits durch die verschobenen Öffnungszeiten
zwischen den Einlassventilen der ersten Kurbelwelle 16 (Einlassnocken 20; vierter
Graph 50) und den Einlassventilen der zweiten Kurbelwelle 18 (Einlassnocken 24; fünfter
Graph 52) ein Millereffekt simuliert werden (Fig. 3), wobei andererseits eine Kollision
zwischen den Einlassventilen und dem Hubkolben verhindert ist.
[0028] Voraussetzung für dieses simulierte Millern ist das Vorhandensein von mindestens
zwei Einlassventilen pro Arbeitszylinder und einem, vorzugsweise zwei Auslassventilen
pro Arbeitszylinder, wobei die Einlassventile eines jeden Arbeitszylinders von verschiedenen
Kurbelwellen betätigt werden. Hierbei bedient eine Nockenwelle 16 die Hälfte aller
Ein- und Auslassventile mit konventionellen Steuerzeiten. Alternativ ist einlassseitig
auf maximale Füllung an einem bestimmten Betriebspunkt, beispielsweise für den Betriebspunkt
Kaltstart, optimierte. Die zweite Nockenwelle 18 bedient die verbleibenden Ein- und
Auslassventile und ist hinsichtlich der Nockenkontur für "Auslassventil schließt"
und "Einlassventil öffnet" so ausgelegt, dass ein Verstellbereich dieser Nockenwelle
18 von ca. 60° KW +/-20° ohne Kolbenkollision stattfinden kann.
[0029] Der Millereffekt wird dadurch erzielt, dass das früheste "Einlassventil öffnet" der
einen Nockenwelle 16 und das späteste "Einlassventil schließt" der anderen Nockenwelle
18 unterschiedlichen Ventilen für jeden Arbeitszylinder zugeordnet ist, vgl. Fig.
4.
[0030] Eine Anhebung der Verdichtungsendtemperatur ist dadurch möglich, dass bei "Einlassventil
schließt" der festen Nockenwelle 16 (vierter Graph 50) im UT 42 die zweite Nockenwelle
18 (Millerwelle) ebenfalls in Richtung Früh verschoben wird (fünfter Graph 52; vgl.
Fig. 5). Gleichzeitig kann so eine Anhebung der Abgastemperatur (wichtig für Abgasnachbehandlung)
durch ein Frühschieben des "Auslassventil öffnet" der Millerwelle 18 (dritter Graph
48) erfolgen, wie In Fig. 5 dargestellt. Dies kann ein schnelles Aufheizen eines Abgaskatalysators
nach einem Kaltstart unterstützten,
[0031] Die erste Nockenwelle 16 hat ein ES bei ca. = UT 42, um das maximale Verdichtungsverhältnis
bei Frühverstellung der zweiten Nockenwelle 18 zu erzielen. Alternativ zu der in Fig.
3 dargestellten Situation bei 0°-Verstellung des Verstellers 28 kann auch dies als
0° Position für die zweite Nockenwelle 18 betrachtet werden, so dass dann nur noch
eine Spätverstellung erfolgt. Wichtig ist aber in jedem Fall, dass der Einlassnocken
von der ersten Nockenwelle 16 im Vergleich zu beispielsweise bei Dieselmotoren üblichem
ES bei ca. 10°-25°KW nach UT derart gekürzt ist, dass die UT Position ES durch beide
Nocken erzielt werden kann.
[0032] Figur 6 zeigt einen Abschnitt der zweiten gemischten Nockenwelle 18, auf der axial
beabstandet beispielsweise vier als Hohlwellen ausgebildete Nockenträger 54 angeordnet
sind, wobei in Fig. 6 nur einer der Nockenträger 54 dargestellt ist. Die nachfolgende
Beschreibung bezieht sich nur auf den dargestellten Nockenträger 54, gilt aber ebenso
auch für alle anderen, nicht dargestellten Nockenträger auf der zweiten Nockenwelle
18. Der Nockenträger 54 ist auf der zweiten Nockenwelle 18 axial verschiebbar aber
drehfest gelagert. An beiden Enden des Nockenträgers 18 ist ein Schneckentrieb mit
einer als Vertiefung bzw. Nut ausgebildeten Axialkurve 56 bzw. 68 angeordnet, die
sich wendelförmig um eine Nockenträgerachse windet. Mit anderen Worten verlaufen die
Nuten 56, 58 in Umfangsrichtung um den Nockenträger 54 herum. Auf dem Nockenträger
54 sind zwei Nocken angeordnet, wobei bei jedem Nocken aus dem gleichen Grundkreis
axial versetzt zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen 60, 62 bzw. 64, 66 hervorgehen.
Der zwischen den zwei Nocken gelegene zylindrische Bereich der Mantelfläche jedes
Nockenstücks 54 Ist als Lagerfläche für ein Nockenwellenlager 68 ausgebildet.
[0033] Jeder Nockenträger 54 ist mit dieser zylindrischen Lagerfläche in einem Nockenwellenlagerbock
68 eines Zylinderkopfes (nicht dargestellt) drehbar und axial verschiebbar gelagert.
Die beiden dem Nockenwellenlagerbock 68 zugewandten Stirnflächen der Nocken sind als
Anlageflächen 70 und 72 ausgebildet. Dem entsprechend sind die den Nocken zugewandten
Stirnflächen des Nockenwellenlagers 68 als Anlagefläche 74 bzw. 76 ausgebildet. Der
Abstand zwischen den beiden Anlageflächen 70 und 72 der Nocken ist dabei größer als
der Abstand der Anlageflächen 74 und 76 des Nockenwellenlagers 68. Dabei entspricht
der maximale Abstand, den die Anlageflächen 70 und 72, bzw. die Anlageflächen 74 und
76 voneinander aufweisen können, der Breite der Nockenlaufbahnen 60, 62, 64, 66, sowie
der Wegstrecke, die ein Nockenträger 54 durch die Axialkurven 56 und 58 der Schneckentriebe
in axialer Richtung relativ zur zweiten Nockenwelle 18 verschoben werden kann. Gaswechselventlle
78, 80 der Brennkraftmaschine werden von den Nocken über Schlepphebel 82, 86 betätigt,
die zur Reibungsreduzierung mit einer Rolle 84 ausgebildet sind. Hierbei ist beispielsweise
das eine Gaswechselventil 78 ein Einlassventil und das andere Gaswechselventil 80
ein Auslassventil. Den Schlepphebeln 82, 86 zugeordnet ist in herkömmlicher bekannter
Weise ein im Zylinderkopf ausgebildetes Spielausgleichselement 88 bzw. 90.
[0034] In der ersten Position des Nockenträgers 54, wie in Fig. 6 dargestellt, in der die
Anlagefläche 70 des Einlassnockens 24 an der Anlagefläche 74 des Nockenwellenlagers
68 anliegt, und in der zweiten Position des Nockenträgers 54, in der die Anlagefläche
72 des Auslassnockens 26 an der Anlagefläche 76 des Nockenwellenlagers 68 anliegt,
ist der Nockenträger 54 jeweils in axialer Richtung durch eine lösbare Rastvorrichtung
fixiert, wie sie in Fig. 6 in dem aufgebrochenen Auslassnocken 26 angedeutet ist.
Auf diese Weise ist der Nockenträger 2 für beide axiale Positionen fixiert.
[0035] Die Verstellung der Hubventilsteuerung von dem in Figur 6 dargestellten. Betriebszustand
in die zweite Position (nicht dargestellt), erfolgt dadurch, dass ein Mitnehmerstift
92 eines im Zylinderkopf angeordneten elektrischen Aktors 94, welcher der Axialkurve
56 zugeordnet ist, in die als Vertiefung bzw. Nut ausgebildete Axialkurve 56 eingreift.
Durch die Drehung der Nockenwelle 18 und des Nockenträgers 54 wird durch Berührkontakt
zwischen dem Mitnehmerstift 92 und den Rillenwänden der Axialkurve 56 der Nockenträger
54 axial nach links verschoben. Es bewegt sich die Anlagefläche 72 des Auslassnockens
26 auf die Anlagefläche 76 des Nockenwellenlagers 68 zu und gerät mit dieser in axialen
Berührkontakt Der Nockenträger 54 ist in dieser zweiten Position entsprechend einem
zweiten Betriebszustand der Hubventilsteuerung axial fixiert. Der Mitnehmerstift 92
wird mittels des elektrischen Aktors 94 in bekannter Weise wieder aus der als Umfangsrille
ausgebildeten Axialkurve 56 herausgezogen. Zur Verstellung der Hubventilsteuerung
von der zweiten Position zurück in die in Figur 6 dargestellte erste Position, die
einem ersten Betriebszustand der Hubventilsteuerung entspricht, wird ein anderer Mitnehmerstift
96 eines der Axialkurve 58 zugeordneten und im Zylinderkopf angeordneten elektrischen
Aktors 98 vom Aktor 98 in die als Vertiefung bzw. Nut ausgebildete andere Axialkurve
58 eingeführt.
[0036] Durch die Drehung der Nockenwelle 18 über den Berührkontakt zwischen den Rillenwänden
der Axialkurve 58 und dem Mitnehmerstift 96 wird der Nockenträgers 54 in Figur 6 axial
nach rechts verschoben, so dass die Anlagefläche 70 des Einlassnockens 24 in Berührkontakt
mit der Anlagefläche 74 des Nockenwellenlagers 68 kommt. Der Nockenträger 54 ist durch
die Anlage zwischen Anlagefläche 70 des Einlassnockens 24 und der Anlagefläche 74
des Lagerbo3 Nockenwellenlagers 68 einerseits und durch die Rastvorrichtung andererseits
axial in beide Richtungen fixiert. Der Mitnehmerstift 96 wird mit Hilfe des elektrischen
Aktors 98 in bekannter Weise aus der Umfangsrille der Axialkurve 58 herausgezogen.
Die Betätigung der elektrischen Aktoren 94, 98 wird in bekannter, nicht näher dargestellter
Weise von einem nicht dargestellten Motorsteuergerät gesteuert.
[0037] Die auf der zweiten Nockenwelle 18 angeordneten Nockenträger 54 können auf diese
Weise individuell durch die zugeordneten Aktoren 94 bzw. 98 zwischen ihren beiden
Betriebspositionen zur Hubventilsteuerung verstellt werden. Erfindungsgemäß ist eine
derartige Ausbildung der Verstellung der Hubventilsteuerung für eine sowohl Einlassventile
steuernde als auch Auslassventile steuernde gemischte Nockenwelle 18 mit Nockenwellenversteller
28 vorgesehen.
Bezugszeichenliste
[0038]
- 10
- Zylinderkopf
- 12
- Auslassseite
- 14
- Einlassseite
- 16
- erste Nockenwelle
- 18
- zweite Nockenwelle
- 20
- Einlassnocken der ersten Nockenwelle 16
- 22
- Auslassnocken der ersten Nockenwelle 16
- 24
- Einlassnocken der zweiten Nockenwelle 18
- 26
- Auslassnocken der zweiten Nockenwelle 28
- 28
- Versteller
- 30
- Antrieb erste Nockenwelle 16
- 32
- Zahnräder
- 34
- horizontale Achse: Kurbelwinkel
- 36
- vertikale Achse: Hubbewegung
- 38
- unterer Totpunkt (UT) des Hubkolbens vor dem Ladungswechsel
- 40
- oberer Totpunkt (OT) des Hubkolbens während des Ladungswechsels
- 42
- unterer Totpunkt (UT) des Hubkolbens nach dem Ladungswechsel
- 44
- erster Graph: Hubbewegung Kolben
- 46
- zweiter Graph: Hubbewegung Auslassventile erste Nockenwelle 16
- 48
- dritter Graph: Hubbewegung Auslassventile zweite Nockenwelle 18
- 50
- vierter Graph: Hubbewegung Einlassventile erste Nockenwelle 16
- 52
- fünfter Graph: Hubbewegung Einlassventile zweite Nockenwelle 18
- 54
- Nockenträger
- 56
- Nut
- 58
- Nut
- 60
- Nockenlaufbahn
- 62
- Nockenlaufbahn
- 64
- Nockenlaufbahn
- 66
- Nockenlaufbahn
- 68
- Nockenwellenlager
- 70
- Anlagefläche an Stirnfläche der Nocken
- 72
- Anlagefläche an Stirnfläche der Nocken
- 74
- Anlagefläche des Nockenwellenlagers 68
- 76
- Anlagefläche des Nockenwellenlagers 68
- 78
- Gaswechselventil / Einlassventil
- 80
- Gaswechselventil / Auslassventil
- 82
- Schlepphebel
- 84
- Rolle
- 86
- Schlepphebel
- 88
- Spielausgleichselement
- 90
- Spielausgleichselement
- 92
- Mitnehmerstift
- 94
- Aktor
- 96
- Mitnehmerstift
- 98
- Aktor
1. Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Arbeitszylinder, wobei jedem Arbeitszylinder
mindestens zwei Einlassventile (78) und mindestens ein Auslassventil (80) zugeordnet
ist, wobei mindestens zwei Nockenwellen (16, 18) vorgesehen sind, von denen wenigstens
eine gemischte Nockenwelle (18) sowohl mindestens ein Einlassventil (78) als auch
mindestens ein Auslassventil (80) betätigt, wobei an mindestens einer gemischten Nockenwelle
(18), die sowohl mindestens ein Einlassventil (78) als auch mindestens ein Auslassventil
(80) betätigt, ein Versteller (28) angeordnet ist, welcher Ventilsteuerzeiten der
dieser gemischten Nockenwelle (18) zugeordneten Ein- und Auslassventile (78, 80) gegenüber
den Ventilsteuerzeiten der mindestens einen anderen Nockenwelle (16) wahlweise nach
Früh oder Spät verstellt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an der gemischten Nockenwelle (18) mindestens ein Nockenträger (54) vorgesehen
ist, wobei der Nockenträger (54) relativ zu dieser gemischten Nockenwelle (18) drehfest
und axial verschiebbar auf der gemischten Nockenwelle (18) angeordnet ist, wobei der
mindestens eine Nockenträger (54) mindestens einen Nocken (24, 26) aufweist, auf dem
mindestens zwei unterschledliche Nockenlaufbahnen (60, 62, 64, 66) ausgebildet sind,
wobei Mittel (92, 96, 56, 58) zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers
(54) gegenüber der gemischten Nockenwelle (18) zwischen einer ersten axialen Position
und mindestens einer zweiten axialen Position vorgesehen sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (60,62,64,66) axial beabstandet
angeordnet sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
3. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (60,62,64,66)
einen sich von einer zweiten der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen
(60,62,64,66) auf dem Nocken (24,26) einen unterscheidenden Verlauf in radialem Abstand
von der Achse der gemischten Nockenwelle (18) und/oder in Umfangsrichtung der gemischten
Nockenwelle (18) aufweist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nockenträger (54) zur Lagerung der mindestens einen Nockenwelle
(18) von mindestens einem zylinderkopffesten Nockenwellenlager (68) umfasst ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Arbeitszylindern aufweist und die gemischte
Nockenwelle (18) jeweils mindestens einen Nocken (24,26) für einen der Arbeitszylinder
umfasst, wobei die der gemischten Nockenwelle zugeordneten Ein- und Auslassventile
(78,80) gleichzeitig durch Betätigung des Verstellers wahlweise nach Früh oder Spät
verstellbar sind.
6. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteller (28) derart ausgebildet, dass dieser einen Verstellbereich für die
Ventilsteuerzeiten von 60°KW +/-20° aufweist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (60,62,64,66)
auf einem Nocken (24) zur Betätigung eines Einlassventils und wenigstens eine andere
der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (60,62,64,66) auf einem Nocken
(26) zur Betätigung eines Auslassventils unterschiedliche Verläufe in radialem Abstand
von der Achse der gemischten Nockenwelle (18) und/oder in Umfangsrichtung der gemischten
Nockenwelle (18) aufweisen.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine eine Mehrzahl von Arbeitszylindern aufweist und wenigstens
eine der wenigstens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (60,62,64,66) auf einem
ersten Nocken (24,26) zur Betätigung eines Ein- oder eines Auslassventils eines ersten
Arbeitszylinders und wenigstens eine andere der wenigstens zwei unterschiedlichen
Nockenlaufbahnen (60,62,64,66) auf einem Nocken (24, 26) zur Betätigung eines Ein-
oder Auslassventils eines zweiten Arbeitszylinders unterschiedliche Verläufe in radialem
Abstand von der Achse der gemischten Nockenwelle (18) und/oder in Umfangsrichtung
der gemischten Nockenwelle (18) aufweisen.
9. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Arbeitszylinder zwei Auslassventile (80) zugeordnet sind, wobei zwei Nockenwellen
(16, 18) vorgesehen sind, wobei eine erste Nockenwelle (16) die eine Hälfte der Ein-
und Auslassventile und eine zweite Nockenwelle (18) die andere Hälfte der Ein- und
Auslassventile betätigt, wobei die erste Nockenwelle (16) feste Steuerzeiten für die
dieser Nockenwelle (16) zugeordneten Ventile aufweist und an der zweiten Nockenwelle
(18) der Versteller (28) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nockenwelle (18) derart ausgebildet ist, dass bei einem Verstellwinkel
von 0°KW die der zweiten Nockenwelle (18) zugeordneten Auslassventile (80) früher
schließen als die der ersten Nockenwelle (16) zugeordneten Auslassventile und die
der zweiten Nockenwelle (18) zugeordneten Einlassventile (78) später öffnen und später
schließen als die der ersten Nockenwelle (16) zugeordneten Einlassventile.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nockenwelle (18) derart ausgebildet ist, dass bei einem Verstellwinkel
von 0°KW die der zweiten Nockenwelle (18) zugeordneten Einlassventile (78) gleichzeitig
mit den der ersten Nockenwelle (16) zugeordneten Einlassventilen schließen.
12. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers gegenüber der
gemischten Nockenwelle zwischen einer ersten axialen Position und mindestens einer
zweiten axialen Position mindestens einen relativ zur gemischten Nockenwelle (18)
axial feststehenden und radial zwischen einer ersten und einer zweiten Bolzenposition
verschiebbaren Bolzen (92) aufweist, welcher in der zweiten Bolzenposition in eine
auf dem Nockenträger (54) ausgebildete, in radialer Richtung umlaufende Nut (56) eingreift
und in der ersten Bolzenposition von dieser Nut (56) beabstandet ist, wobei die Nut
(56) derart ausgebildet ist, dass sich der Nockenträger (54) von einer axialen Position
auf der gemischten Nockenwelle (18) in eine andere axiale Position auf der gemischten
Nockenwelle (18) verschiebt, wenn der Bolzen (92) in die Nut (56) eingreift.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Bolzen (92) vorgesehen ist, welcher wahlweise in eine erste
Nut (56) eingreift und mindestens ein axial bezüglich der gemischten Nockenwelle (18)
von dem ersten Bolzen (92) beanstandeter zweiter Bolzen (96) vorgesehen ist, welcher
wahlweise in eine von der ersten Nut (56) axial bezüglich der gemischten Nockenwelle
(18) beabstandete zweite Nut (58) eingreift, wobei sich der Nockenträger (54) von
der ersten axialen Position auf der gemischten Nockenwelle (18) in die zweite axiale
Position auf der gemischten Nockenwelle (18) bewegt, wenn der erste Bolzen (92) in
die erste Nut (56) eingreift und von der zweiten axialen Position auf der gemischten
Nockenwelle (18) in die erste axiale Position auf der gemischten Nockenwelle (18)
bewegt, wenn der zweite Bolzen (96) in die zweite Nut (58) eingreift.
14. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist.
15. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist.