NOCKENWELLE FÜR VERBRENNUNGSMOTOR

Beschreibung

[0001] Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Nockenwelle für ein Auslassventil eines Verbrennungsmotors. Gemäß einem Aspekt hat die Nockenwelle ein bewegliches Nockenkonturelement, mittels dessen eine drehzahlabhängige Nockenkonturform erhalten wird.

[0002] In Verbrennungsmotoren werden üblicherweise Ventiltriebe verwendet, die mittels einer Nockenwelle einen Ventilhub des Ein- und Auslassventils mit fester Hubhöhe und Hubdauer erzeugen. Ein solcher Ventiltrieb ist jedoch mit Nachteilen bezüglich einer optimalen Anpassung an verschiedene Lastbereiche des Verbrennungsmotors verbunden. Außerdem betätigt die Nockenwelle den Ventiltrieb bereits beim Anlassen des Motors während der Startphase; hierbei muss jedoch die Energie zur Kompression des in der Brennkammer befindlichen Gases durch den Anlassermotor aufgebracht werden, was zu Nachteilen während des Anlassens führen kann.

[0003] Zur Anpassung an diese Anforderungen existieren zahlreiche Ventiltriebe, die für das Anlassen einen veränderten Ventilhubverlauf erlauben. Eine besonders einfache, aber wirkungsvolle Gestaltung basiert auf einer Nockenwelle, die zur Betätigung eines Ventils mehrere seitlich nebeneinander angeordnete Nockenbahnen umfasst und die mittels einer Verstelleinheit seitlich verschiebbar ist. Eine an die jeweiligen Anforderungen angepasste Nockenbahn kann dann durch seitliche Verschiebung der Nockenwelle ausgewählt werden. Bei einer Nockenwelle für ein Auslassventil kann auf diese Weise etwa eine Nocke für die Anlassphase und eine weitere Nocke für den normalen Betrieb vorgesehen sein, wobei die Nocke für die Anlassphase ein zusätzliches Ventilöffnunen zum Druckabbau des in der Brennkammer befindlichen Gases vorsieht.

[0004] Eine solche Verstelleinheit erhöht jedoch den Bedarf an Platz und Gewicht des Ventiltriebs und erfordert eine komplexe Ansteuerung der Verstelleinheit. Zusätzlich kann die Stabilität und Festigkeit der Nockenwelle beeinträchtigt werden.

[0005] Die JP 2008-82188 beschreibt eine Nockenwelle mit einer von der Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle abhängigen Dekompressionsfunktion und einer Funktion zur Phasenverschiebung. Dabei wird eine Steuerwelle 57 mittels eines Zentrifugalmechanismus 50 relativ zur Nocke 36 rotiert, um Stifte 65a und 65b anzuheben (siehe Fig. 6, 7 der JP 2008-82188). Dieser Mechanismus erfordert eine an dem Zentrifugalmechanismus angebrachte Zugfeder 53 sowie ein Übertragungsglied 59, und hat daher einen erhöhten Platzbedarf. Außerdem muss wegen des an der Rotationachse angeordneten Steuerschafts 53 mindestens ein Wellenende der Nockenwelle zugänglich sein, was Einschränkungen an die Lagerung und Platzierung der Nockenwelle zur Folge hat.

[0006] In der EP 3 061 930 A1 wird eine Nockenwelle mit einer Dekompressionsvorrichtung zur Druckreduzierung im Zylinder beim Start des Motors beschrieben. Hierbei ist ein Zentrifugalelement direkt angrenzend an ein Antriebsritzel der Nockenwelle vorgesehen.

[0007] Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Nockenwelle zur Verfügung zu stellen, die einerseits verstellbar ist, aber andererseits zumindest einige der oben genannten Nachteile mindert.

[0008] Die Erfindung ist im beigefügten Anspruchssatz beschrieben.

[0009] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Nockenwelle speziell für ein Auslassventil eines Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt. Die Nockenwelle umfasst einen Nocken und einen Auslösemechanismus für dessen Nockenkonturelement. Der Nocken definiert eine Nockenkontur zum zyklischen Betätigen des Auslassventils durch Rotieren der Nockenwelle definiert. Der Nocken umfasst einen Nockenkörper und das Nockenkonturelement. Das Nockenkonturelement ist relativ zu dem Nockenkörper in eine erste Nockenkonturstellung und in eine zweite Nockenkonturstellung beweglich, derart, dass die Nockenkontur eine erste Nockenkonturform aufweist, wenn sich das Nockenkonturelement in der ersten Nockenkonturstellung befindet, und eine von der ersten Nockenkonturform verschiedene zweite Nockenkonturform aufweist, wenn sich das Nockenkonturelement in der zweiten Nockenkonturstellung befindet. Der Auslösemechanismus ist konfiguriert, um das Nockenkonturelement bei einer ersten niedrigeren Drehzahl der Nockenwelle (insbesondere bei einem ersten Drehzahlbereich) in der ersten Nockenkonturstellung zu halten, und um das Nockenkonturelement bei einer zweiten höheren Drehzahl der Nockenwelle (insbesondere bei einem zweiten Drehzahlbereich, der gegenüber der ersten Drehzahl bzw. dem ersten Drehzahlbereich höher liegt) in der zweiten Nockenkonturstellung zu halten.

[0010] Die Nockenwelle ist beidseitig gelagert, d.h. sie weist ein erstes Lager und ein zweites Lager zum drehbaren Lagern der Nockenwelle um ihre Nockenwellenachse auf, wobei der Nocken axial zwischen diesen Lagern angeordnet ist. Erfindunsgemäß ist auch der Auslösemechanismus zwischen diesen Lagern angeordnet.

[0011] Erfindungsgemäß ist das Nockenkonturelement als Stift gestaltet, der in den Nockenkörper ein- und ausfahrbar ist. Erfindungsgemäß umfasst der Auslösemechanismus ein Zentrifugalelement. Das Zentrifugalelement ist direkt benachbart an den Nocken angeordnet.

[0012] Bevorzugt steht das Nockenkonturelement in der ersten Nockenkonturstellung zum Betätigen (Öffnen) des Auslassventils hervor (gegenüber der umgebenden Nockenkontur), und steht es in der zweiten Nockenkonturstellung nicht oder weniger hervor, so dass das Auslassventil keine - d.h. keine wesentliche - zusätzliche Betätigung (Öffnung) erfährt, also nicht wesentlich weiter geöffnet wird als mittels der das Nockenkonturelement umgebenden Nockenkontur.

[0013] Der zweite Drehzahlbereich kann im Wesentlichen an den ersten Drehzahlbereich angrenzen, wobei der Übergang zwischen dem ersten und zweiten Drehzahlbereich entweder mit einem Schwellenwert oder mit einem gewissen Übergang (Übergangsbereich) definiert sein kann. Somit ist der Auslösemechanismus konfiguriert, um das Nockenkonturelement in der ersten Nockenkonturstellung zu halten, wenn die Drehzahl einen vorgegebenen Schwellenwert bzw. Übergangsbereich unterschreitet, und um das Nockenkonturelement in der zweiten Nockenkonturstellung zu halten, wenn die Drehzahl den vorgegebenen Schwellenwert bzw. Übergangsbereich überschreitet. Gemäß einem Aspekt ist der Auslösemechanismus konfiguriert, um das Nockenkonturelement beim Übergang von der ersten Drehzahl zur zweiten Drehzahl (bzw. vom ersten Drehzahlbereich zum zweiten Drehzahlbereich) von der ersten Nockenkonturstellung zu der zweiten Nockenkonturstellung zu bringen.

[0014] Die erste Drehzahl kann beispielsweise in einem für das Anlassen typischen Drehzahlbereich liegen. Gemäß einem Aspekt beträgt die erste Drehzahl - auch je nach Motortyp - zwischen 0 U/min und 1000 U/min, bevorzugt zwischen 0 U/min und 500 U/min. Die zweite Drehzahl kann in einem normalen Betriebsbereich des Motors liegen, etwa oberhalb von 500 U/min, bevorzugt oberhalb von 700 U/min oder 1000 U/min, jeweils auf die Drehzahl der Nockenwelle bezogen. Der Schwellenwert kann also beispielsweise in einem Drehzahlbereich zwischen 500 U/min und 1000 U/min liegen.

[0015] Die erfindungsgemäße Nockenwelle erlaubt somit eine drehzahlabhängige Nockenkonturform und demzufolge einen drehzahlabhängigen Ventilhubverlauf des Auslassventils. Gemäß einem besonderen Aspekt steht bei niedrigen, etwa für die Anlassphase typischen Drehzahlen das Nockenkonturelement hervor (in der ersten Nockenkonturstellung), so dass eine zusätzliche Ventilöffnung (gegenüber höhren Drehzahlen bzw. der zweiten Nockenkonturstellung) erreicht wird, so dass der Anlasser weniger Arbeit gegen den Druck in der Brennkammer aufbringen muss.

[0016] Diese drehzahlabhängige Nockenkonturform kann gemäß einem Aspekt der Erfindung ohne eine seitliche Verschiebung des Nocken erreicht werden. Dadurch wird insbesondere eine beidseitige Lagerung der Nockenwelle ermöglicht. Die beidseitige Lagerung erlaubt eine besonders günstige Kraftübertragung zwischen Nocken und Ventil, da unerwünschte Biegeschwingungen der Nockenwelle vermieden werden, und eine flexible Ansteuerung des Ventiltriebs.

[0017] Die erste Nockenkonturform kann sich von der zweiten Nockenkonturform insbesondere dadurch unterscheiden, dass die erste Nockenkonturform eine Hervorhebung aufweist, um das Auslassventil (70) während eines Verdichtungstakts des Verbrennungsmotors zu öffnen. Die Hervorhebung nimmt vorzugsweise einen Drehwinkelbereich der Nockenwelle zwischen 1° und 30° ein. Eine Mitte der Hervorhebung ist vorzugsweise um einen Winkel von zwischen 90° und 270°, besonders bevorzugt zwischen 90° und 180° in Drehrichtung des Nockens relativ zu einem Punkt bzw. Winkel maximaler Exzentrizität der Nockenkontur (Vorsprung des Nockenkörpers) versetzt.

[0018] Das Nockenkonturelement ist vorzugsweise (in axialer Richtung) mittig im Nocken gelagert.

[0019] Hierin bedeutet "ein" immer "mindestens ein", also z.B. "ein Nocken" = "mindestens ein Nocken" usw. Der erste Drehzahlbereich kann den Stillstand einschließen (Drehzahl 0).

[0020] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren dargestellt. Dabei sind einzelne Aspekte und Details der Ausführungsformen zwar mit Bezugszeichen der Figuren dargestellt; diese Bezugszeichen sind jedoch lediglich zur Illustration angegeben. Aspekte sind auch unabhängig von der dargestellten Ausführungsform mit anderen Aspekten kombinierbar.

[0021] In den Figuren zeigen:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ventiltriebs für ein Auslassventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Frontalansicht des Ventiltriebs gemäß Fig. 1;

Fig. 3a-c zeigen seitliche Ansichten des Ventiltriebs gemäß Fig. 1 und 2 mit dem Nockenkonturelement in der ersten Nockenkonturstellung;

Fig. 4a-c zeigen seitliche Ansichten des Ventiltriebs gemäß Fig. 1 und 2 mit dem Nockenkonturelement in der zweiten Nockenkonturstellung;

Fig. 5 zeigt eine weitere seitliche Querschnittsansicht des Nocken von Fig. 4b; und

Fig. 6 zeigt ein Ventilhubdiagramm für den erfindungsgemäßen Ventiltrieb.

[0022] Fig. 1 und 2 zeigen einen Ventiltrieb für ein Auslassventil 70 eines Verbrennungsmotors mit der Nockenwelle 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Nockenwelle 10 umfasst einen Nocken 11, der angeordnet ist, um das Auslassventil 70 zu betätigen. Die Nockenwelle 10 ist um ihre Achse rotierbar. Zu diesem Zweck ist die Nockenwelle 10 durch Lager 8a, 8b - also beidseitig - am Zylinderkopf gelagert. Es handelt sich somit um eine obenliegende Nockenwelle. Die Nockenwelle 10 umfasst weiter ein Zentrifugalelement 21, welches weiter unten in Bezug auf die Figuren 3 und 4 genauer beschrieben wird.

[0023] Die beidseitige Lagerung durch die Lager 8a, 8b erlaubt eine günstige Kraftübertragung zwischen Nocken und Ventil, da unerwünschte Biegeschwingungen der Nockenwelle vermieden werden. Auch erlaubt die beidseitige Lagerung eine flexible Ansteuerung des Ventiltriebs: Gemäß einem bevorzugten Aspekt befindet sich ein mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbundene) Antriebszahnrad oder -Kettenrad an der Seite 7a der Nockenwelle, und ein mit einer Einlassventil-Antriebswelle verbundenes Abtriebszahnrad an der anderen Seite 7b der Nockenwelle 10. Dadurch kann die Nockenwelle beispielsweise in dem in der DE 102005057127 beschriebenen Ventiltrieb eingesetzt werden.

[0024] Der Ventiltrieb umfasst weiter einen Mechanismus zum Betätigen des Auslassventils 70 durch den Nocken 11. In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform umfasst dieser Mechanismus einen Schlepphebel 60 und ein Shim (Ventileinstellplättchen) 72, die zwischen dem Nocken 11 und dem Auslassventil 70 angeordnet sind, so dass die Betätigung des Auslassventils durch den Nocken 11 über den Schlepphebel 60 und den Stößel 72 erfolgt. Weiter ist in Figur 2 eine Ventilfeder 74 dargestellt, die das Ventil 70 (zumindest phasenweise, etwa bei Betätigung des Ventils) gegen den Nocken 11 vorspannt und somit einen Kraftschluss zwischen dem Ventil 70 und dem Nocken 11 herstellt. In einer Phase, bei der das Ventil nicht betätigt wird, presst die Ventilfeder das Ventil in den Ventilsitz, welcher die entsprechende Gegenkraft aufbringt.

[0025] Wie in Fig. 2 zu sehen ist, umfasst der Nocken 11 einen Nockenkörper 12 und ein Nockenkonturelement 40 (siehe Fig. 3b, 4b; in Fig. 2 ist lediglich ein als Dekompressionsfläche 44 wirkendes Ende des Nockenkonturelements zu sehen), die gemeinsam die Nockenkontur 16 des Nockens 11 definieren. Genauer gesagt wird die Nockenkontur 16 durch die Dekompressionsfläche 44 des Nockenkonturelements 40 (auch als Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements bezeichnet) und durch eine restliche Nockenkonturfläche 14 des Nockenkörpers 12 gebildet. Die Nockenkontur 16 ist das Querschnittsprofil des Nockens 11, welches das Auslassventil 70 bei Rotation der Nockenwelle 10 betätigt und welches den Ventilhubverlauf des Auslassventils 70 daher maßgeblich beeinflusst.

[0026] Das Nockenkonturelement 40 ist als Stift gestaltet, der in den Nockenkörper 12 ein- und ausfahrbar ist (siehe auch Fig. 3b, 4b).

[0027] In der ausgefahren Stellung (erste Nockenkonturstellung, in Fig. 3b dargestellt) steht die Nockenkonturfläche 44 des Nockenkonturelements 40 gegenüber der restlichen Nockenkonturfläche 14 hervor. Dies hat zur Folge, dass das Auslassventil 70 durch die Nockenkonturfläche 44 des Nockenkonturelements 40 eine zusätzliche Betätigung (Öffnung) erfährt. In der eingefahrenen Stellung (zweite Nockenkonturstellung, in Fig. 4b dargestellt) ist die Nockenkonturfläche 44 bündig zur restlichen Nockenkonturfläche 14 angeordnet (steht nicht wesentlich hervor), sodass das Auslassventil keine - gemeint ist keine wesentliche - zusätzliche Betätigung (Öffnung) erfährt. Somit hat die Nockenkontur 16 eine variable Nockenkonturform, die davon abhängt, ob das Nockenkonturelement 40 in der ersten oder in der zweiten Nockenkonturstellung befindet.

[0028] Die Nockenkonturfläche 44 des Nockenkonturelements 40 ist hierbei an einem Abschnitt der Nockenkontur 16 angeordnet, bei dem das Auslassventil 70 - zumindest in der zweiten Nockenkonturstellung bzw. bei der das Nockenkonturelement 40 umgebenden restlichen Nockenkonturfläche 14 dieses Abschnitts - geschlossen ist.

[0029] Die Nockenkonturfläche 44 des Nockenkonturelements 40 wirkt somit als Dekompressionsfläche 44: Bei niedrigen, für die Anlassphase typischen Drehzahlen erlaubt die zusätzliche Ventilöffnung (in der ersten Nockenkonturstellung), dass Druck in der Brennkammer abgelassen werden kann, so dass der Anlasser weniger Arbeit gegen den Druck in der Brennkammer aufbringen muss. Bei höheren, für den Normalbetrieb typischen Drehzahlen wird die zusätzliche Ventilöffnung unterbunden, so dass keine Einbußen in Bezug auf den Wirkungsgrad des Motors in Kauf genommen werden müssen.

[0030] Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist das Nockenkonturelement 40 (in Bezug auf die axiale Richtung der Nockenwelle) mittig im Nocken 11 gelagert. Diese mittige Lagerung bewirkt, insbesondere in Verbindung mit dem einen Schlepphebel 60 aufweisenden Ventiltrieb, eine gleichmäßige und verschleißarme Kraftübertragung vom Nocken 11 auf das Ventil 70. Gemäß einem allgemeinen Aspekt weicht (in Bezug auf die axiale Richtung) eine Mitte des Nockenkonturelements 40 von einer Mitte des Nockens um weniger als 20% der Breite des Nockens ab.

[0031] In den Figuren 3 und 4 ist der Auslösemechanismus 20 des Ventiltriebs gemäß Fig. 1 und 2 in größerem Detail gezeigt, mittels dessen das Nockenkonturelement 40 drehzahlabhängig bewegt (ein- und ausgefahren) wird. Durch den Auslösemechanismus 20 wird somit sichergestellt, dass das Nockenkonturelement 40 bzw. dessen Nockenkonturfläche 44 bei geringen Drehzahlen ausgefahren ist (erste Nockenkonturstellung) und bei höheren Drehzahlen eingefahren ist (zweite Nockenkonturstellung).

[0032] Hierbei sind Fig. 3a, 4a seitliche Ansichten, von der rechten Seite in Fig. 2 gesehen; Fig. 3b, 4b seitliche Querschnittsansichten in der Ebene A-A von Fig. 2; und Fig. 3c, 4c seitliche Querschnittsansichten in der Ebene B-B von Fig. 2. In Fig. 3a-c ist das Nockenkonturelement in der ersten Nockenkonturstellung, und in Fig. 4a-c ist das Nockenkonturelement in der zweiten Nockenkonturstellung dargestellt.

[0033] Die seitliche Ansicht bzw. Querschnittsansicht der Fig. 3a, 3c zeigen das Zentrifugalelement 21 des Auslösemechanismus 20. Das Zentrifugalelement 21 ist als beidseitiger Hebel mit einem ersten Hebelarm 27 und einem zweiten Hebelarm 28 gestaltet und drehbar um eine Achse 22 an der Nockenwelle 10 (d.h. an einer mit der Nockenwelle 10 mitrotierenden Aufhängung, hier an dem starr mit der Nockenwelle 10 verbundenen Nockenkörper 12) gelagert. In Fig. 3a, 3c ist das Zentrifugalelement 21 in einer ersten Zentrifugalstellung dargestellt; in Fig. 4a, 4c ist es in einer zweiten Zentrifugalstellung dargestellt, in der das Zentrifugalelement 21 gegenüber der ersten Zentrifugalstellung um die Achse 22 im Uhrzeigersinn rotiert ist.

[0034] Das in Fig. 3c, 4c dargestellte Vorspannelement 30 spannt das Zentrifugalelement 21 zur ersten Zentrifugalstellung hin (in der Ansicht von Fig. 3a, 4a gegen den Uhrzeigersinn) vor. Das Vorspannelement 30 ist in einer quer durch die Nockenwelle verlaufenden Öffnung der Nockenwelle 10 angeordnet, so dass die Längsachse des Vorspannelements 30 im rechten Winkel durch die Rotationsachse der Nockenwelle verläuft. Die Vorspannung kann durch eine Rückstellfeder erfolgen, die etwa konzentrisch zur Längsachse des Vorspannelements 30 in der Nockenwelle 10 angeordnet ist und das Vorspannelement 30 gegen das Zentrifugalelement 21 spannt (drückt). Die Rückstellfeder kann eine zwischen (einem Anschlag in) der Öffnung der Nockenwelle und (einem Anschlag an) dem Vorspannelement 30 eingespannte Druckfeder sein.

[0035] In einem Aspekt ist die Länge des aus der Nockenwelle 10 zum Zentrifugalelement 21 hin herausragenden Teilstücks des Vorspannelements 30 kürzer als der Nockenwellenradius der Nockenwelle 10 an dieser Stelle. Dies gilt in der ersten und/oder der zweiten Zentrifugalstellung. Dadurch ist eine besonders kompakte Anordnung des Vorspannelements 30 möglich.

[0036] In der ersten Zentrifugalstellung ist das Zentrifugalelement 21 durch das Vorspannelement 30 an einen ersten Anschlag gespannt (gedrückt). Hier wird der erste Anschlag an dem ersten Hebelarm, etwa durch ein Mittelstück 26 des ersten Hebelarms, und die Nockenwelle 10 gebildet. Der erste Anschlag ist auf einer anderen Hebelseite des Zentrifugalelements 21 als das Vorspannelement 30 angeordnet. Der erste Anschlag begrenzt das Schwenken des Zentrifugalelements 21 in die Richtung, in die das Vorspannelement 30 das Zentrifugalelement 21 vorspannt. Das Schwenken des Zentrifugalelements 21 in die entgegengesetzte Richtung wird begrenzt durch eine Maximalkompression der Rückstellfeder des Vorspannelements 30, oder durch einen weiteren Anschlag zwischen dem zweiten Hebelarm 28 und der Nockenwelle 10.

[0037] In einem Aspekt ist das Vorspannelement 30 kraftschlüssig mit dem Zentrifugalelement 21 verbunden, insbesondere an das Zentrifugalelement 21 gedrückt.

[0038] Die durch das Vorspannelement 30 ausgeübte Vorspannung zur ersten Zentrifugalstellung hin bewirkt, dass sich das Zentrifugalelement 21 in der Ruhestellung oder bei niedrigen Drehzahlen (bei einer ersten Drehzahl) der Nockenwelle in der ersten Zentrifugalstellung befindet, wie in Fig. 3a dargestellt.

[0039] Das Zentrifugalelement ist in der dargestellten Ausführungsform aus Hebel gestaltet. Der Hebel 21 und insbesondere dessen Hebelarme 27, 28 sind derart dimensioniert, dass die bei Drehung der Nockenwelle wirkende Zentrifugalkraft stärker auf den ersten Hebelarm 27 als auf den zweiten Hebelarm 28 wirkt und somit auf das Zentrifugalelement 21 insgesamt ein zu zweiten Zentrifugalstellung hin gerichtetes (d.h. in der Ansicht von Fig. 3a, 4a im Uhrzeigersinn gerichtetes) Drehmoment ausübt. Überschreitet die Drehzahl einen gewissen Schwellenwert (etwa bei einer zweiten, höheren Drehzahl), so überwiegt dieses Drehmoment die Vorspannung durch das Vorspannelement 30, und infolgedessen befindet sich das Zentrifugalelement 21 dann in der zweiten Zentrifugalstellung, wie in Fig. 4a dargestellt.

[0040] Gemäß einem Aspekt verläuft der Hebel entlang eines Teilsegments um die Nockenwelle 10 herum. Gemäß einem Aspekt ist der Schwerpunkt des ersten Hebelarms 27 gegenüber dem Schwerpunkt des zweiten Hebelarms 28 um mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 120° oder sogar um mehr als 135° versetzt. Gemäß einem Aspekt ist der Schwerpunkt und/oder das Hebelende des ersten Hebelarms 27 gegenüber der Schwenkachse 22 um mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 120° oder sogar um mehr als 135° versetzt (bezüglich der Rotationsachse der Nockenwelle 10 und in Richtung der räumlichen Ausdehnung des Zentrifugalelements 21). Gemäß einem Aspekt ist der Schwerpunkt und/oder das Hebelende des zweiten Hebelarms 28 gegenüber der Schwenkachse 22 um weniger als 90°, vorzugsweise weniger als 45° oder sogar um weniger als 30° versetzt. Gemäß einem Aspekt ist der Schwerpunkt und/oder das Hebelende des ersten Hebelarms 27 gegenüber der Schwenkachse 22 um mehr als den doppelten, dreifachen oder sogar vierfachen Winkel als der Schwerpunkt bzw. das Hebelende des zweiten Hebelarms 28 versetzt. Hierin ist der Winkel immer um die Rotationsachse der Nockenwelle 10 und in Richtung der räumlichen Ausdehnung des Zentrifugalelements 21 definiert. Diese Aspekte erlauben einen Hebel mit einem ausreichend großen Hebelarm und gleichzeitig in radialer Richtung geringen Raumanforderungen, so dass eine kompakte Bauweise möglich ist.

[0041] Gemäß einem Aspekt ist das Zentrifugalelement (Hebel) 21 um eine parallel zur Nockenwellenachse verlaufende Hebelachse schwenkbar. Gemäß einem Aspekt ist die Hebelachse exzentrisch zur Nockenwellenachse angeordnet, vorzugsweise radial in Richtung eines Vorsprungsbereichs des Nockenkörpers 12 zur Nockenwellenachse beabstandet. Der Vorsprungsbereich ist der radial von der Nockenwellenachse ausgehende Winkelbereich mit einer Winkelabweichung von weniger als 30° in Richtung des Vorsprungs (Stelle maximaler Exzentrizität) des Nockenkörpers 12.

[0042] Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Zentrifugalelement 21 direkt benachbart an die Nocke 12 angeordnet, d.h. ohne ein anderes funktionelles Teil dazwischen wie etwa ein Lager für die Nocke. Gemäß einem Aspekt beträgt der axiale Abstand zwischen dem Zentrifugalelement 21 und der Nocke 12 (Seitenfläche zu Seitenfläche) weniger als 0,5 cm. Gemäß einem Aspekt beträgt der axiale Abstand zwischen einer Mittelebene des Zentrifugalelements 21 und einer Mittelebene der Nocke 12 weniger als das doppelte oder weniger als das 1,5-fache der axialen Breite der Nocke, oder sogar weniger als die axialen Breite der Nocke. Gemäß einem Aspekt ist die Nockenwelle beidseitig gelagert, und das Zentrifugalelement 21 ist zwischen den beiden Lagern 8a, 8b angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise auch in axialer Richtung ermöglicht.

[0043] Fig. 3b, 4b zeigen das Nockenkonturelement 40 und einen Kopplungsmechanismus, welcher das Zentrifugalelement 21 an das Nockenkonturelement 40 koppelt.

[0044] Diese Kopplung erfolgt derart, dass das Nockenkonturelement (40) in der ersten Nockenkonturstellung gehalten wird, wenn das Zentrifugalelement 21 die erste Zentrifugalstellung einnimmt (wie in Fig. 3b gezeigt), und dass das Nockenkonturelement 40 in der zweiten Nockenkonturstellung gehalten wird, wenn das Zentrifugalelement 21 die zweite Zentrifugalstellung einnimmt (wie in Fig. 4b gezeigt).

[0045] Das Nockenkonturelement 40 ist als Stift gestaltet, der entlang einer Stiftachse zumindest teilweise in einem Sackloch des Nockenkörpers 12 angeordnet und in dieses einfahrbar ist. Die vom Sackloch aus nach außen gerichtete Fläche des Nockenkonturelements 40 bildet die Nockenkonturfläche 44. In der ersten Nockenkonturstellung (Fig. 3b) ist der Stift zumindest teilweise aus dem Sackloch ausgefahren, und in der zweiten Nockenkonturstellung (Fig. 4b) ist der Stift im Wesentlichen in das Sackloch eingefahren, so dass die Nockenkonturfläche 44 bündig mit den umgebenden Flächen ist.

[0046] Der Kopplungsmechanismus zwischen dem Zentrifugalelement 21 und dem Nockenkonturelement 40 ist durch einen bewegbaren Anschlagskörper 24 realisiert, der in Abhängigkeit der Zentrifugalstellung des Zentrifugalelements 21 in einer ersten bzw. zweiten Anschlagstellung ist. Der Anschlagkörper ist als ein starr mit dem Zentrifugalelement 21 verbundener, um eine Achse parallel zur Nockenwellenachse drehbarer Stift realisiert.

[0047] Gemäß einem Aspekt ist der Anschlagskörper 24 formschlüssig, insbesondere starr mit dem Zentrifugalelement 21 verbunden. Gemäß einem Aspekt ist die Verbindung zwischen dem Zentrifugalelement 21 und dem Anschlagskörper 24 exzentrisch zur Nockenwellenachse angeordnet, vorzugsweise radial zu einem Vorsprung bzw. Vorsprungsbereich (Winkelbereich von +/- 30° um den Vorsprung) des Nockenkörpers 12 hin versetzt angeordnet.

[0048] Gemäß einem Aspekt ist der Anschlagskörper durch Bewegen des Zentrifugalelements 21 zwischen der ersten und der zweiten Zentrifugalstellung um eine Anschlagskörper-Achse parallel zur Nockenwellenachse drehbar. Gemäß einem Aspekt ist der Anschlagskörper 24 bzw. die Anschlagskörper-Achse exzentrisch zur Nockenwellenachse angeordnet, vorzugsweise in einem Vorsprungsbereich des Nockenkörpers 12 angeordnet. Gemäß einem Aspekt ist die Anschlagskörper-Achse gleich einer Hebelachse des Zentrifugalelements (Hebels) 21, und der Anschlagskörper 24 ist gemeinsam mit dem Zentrifugalelement 21 drehbar.

[0049] Das Nockenkonturelement 40 ist gegen den Anschlagskörper 24 vorgespannt. Die Vorspannung ist nicht dargestellt und kann beispielsweise durch eine Rückstellfeder erfolgen, die etwa konzentrisch zur Achse des Nockenkonturelements 40 angeordnet ist und das Nockenkonturelement 40 gegen den Anschlagskörper 24 spannt (drückt). Die Rückstellfeder kann eine zwischen (einem Anschlag in) dem Sackloch bzw. Nockenkörper 12 und (einem Anschlag an) dem Nockenkonturelement 40 eingespannte Druckfeder sein. Gemäß einem Aspekt ist das Nockenkonturelement 40 kraftschlüssig mit dem Anschlagskörper 24 verbunden (daran gedrückt). Gemäß einem Aspekt ist der Kontaktbereich zwischen dem Anschlagskörper 24 und dem Nockenkonturelement 40 in dem Nockenkörper 12 angeordnet, vorzugsweise in einem Vorsprungsbereich des Nockenkörpers 12.

[0050] Gemäß einem Aspekt ist der Anschlagskörper 24 in dem Bereich, in dem das Nockenkonturelement 40 gegen den Anschlagskörper 24 spannt, unrund.

[0051] Wenn das Zentrifugalelement 21 in der ersten Zentrifugalstellung ist, ist der Anschlagskörper 24 in der ersten Anschlagstellung und stellt für das Nockenkonturelement 40 einen ersten Anschlag zur Verfügung, der die erste Nockenkonturstellung für das Nockenkonturelement 40 definiert. Wenn das Zentrifugalelement 21 in der zweiten Zentrifugalstellung ist, ist der Anschlagskörper 24 in der zweiten Anschlagstellung und stellt für das Nockenkonturelement 40 einen zweiten Anschlag zur Verfügung, der die zweite Nockenkonturstellung für das Nockenkonturelement 40 definiert. Gemäß einem Aspekt sind der erste und der zweite Anschlag verschieden. Bevorzugt ist der zweite Anschlag gegenüber dem ersten Anschlag zurückgesetzt.

[0052] In der Ausführungsform von Fig. 3b, 4b ist dieser Anschlagskörper durch eine Welle 24 realisiert, die um die Achse 22 (Fig. 3c, 4c) rotierbar und mit dem Zentrifugalelement 21 starr verbunden ist. Je nach Zentrifugalstellung des Zentrifugalelements 21 wird daher die Welle 24 in die erste Anschlagstellung (Fig. 3b) bzw. in die zweite Anschlagstellung (Fig. 4b) rotiert.

[0053] Das Nockenkonturelement 40 ist ein in dem Nocken 11 längs einer Nockenkonturelement-Achse verschiebbar gelagerter Stift, und ist gegen die Welle (Anschlagskörper) 24 vorgespannt (d.h. in Richtung in den Nockenkörper 12 hinein bzw. zu der zweiten Nockenkonturstellung hin vorgespannt).

[0054] Aufgrund dieser Vorspannung nimmt das Nockenkonturelement 40 daher die Stellung ein, die durch den Anschlag mit der Welle 24 vorgegeben wird. In der ersten Anschlagstellung der Welle 24 (Fig. 3b) wird der Anschlag durch einen vergleichsweise mehr hervorstehenden Abschnitt der Welle 24 hergestellt. Dadurch wird eine Bewegung des Nockenkonturelements 40 in den Nockenkörper 12 hinein (hin zu der zweiten Nockenkonturstellung) blockiert, so dass das Nockenkonturelement 40 sich in der ersten Nockenkonturstellung befindet, d.h. mit seiner Nockenkontufläche 44 gegenüber der restlichen Nockenkonturfläche 14 hervorsteht.

[0055] In der zweiten Anschlagstellung (Fig. 4b) wird der Anschlag durch einen vergleichsweise weniger hervorstehenden bzw. abgeflachten Abschnitt der Welle 24 hergestellt. Dadurch wird eine Bewegung des Nockenkonturelements 40 in den Nockenkörper 12 hinein (hin zu der zweiten Nockenkonturstellung) freigegeben, und durch die Vorspannung befindet sich das Nockenkonturelement 40 folglich in der zweiten Nockenkonturstellung, d.h. mit seiner Nockenkontufläche 44 nicht hervorsteht.

[0056] Auf diese Weise wird erreicht, dass bei niedrigen Drehzahlen (erste Drehzahl) die Nockenkontufläche 44 hervorsteht und damit eine zusätzliche Betätigung des Auslassventils 70 bewirkt, wie in Fig. 3a-3c dargestellt; und dass bei höheren Drehzahlen (zweite Drehzahl) die Nockenkontufläche 44 bündig mit der restlichen Nockenkonturfläche 14 ist und damit die zusätzliche Betätigung des Auslassventils 70 unterbunden wird.

[0057] Mit Bezug auf Fig. 5 wird die Position des Nockenkonturelements 40 genauer beschrieben.

[0058] Wie bereits erwähnt, ist die Nockenkonturfläche - genauer ihre Mitte 44` - des Nockenkonturelements 40 bevorzugt an einem Abschnitt der Nockenkontur 16 angeordnet, bei dem das Auslassventil - zumindest in der zweiten Nockenkonturstellung bzw. bei der restlichen Nockenkonturfläche dieses Abschnitts - geschlossen ist.

[0059] Bevorzugt ist die Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements 40 einem Abschnitt der Nockenkontur 16 angeordnet, der einem Verdichtungstakt des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.

[0060] Bevorzugt beträgt ein Winkel α zwischen dem Punkt 16a maximaler Exzentrizität der Nockenkontur 16 und der Mitte 44` der Nockenkonturfläche weniger als 180° (in Drehrichtung gemessen wie in Fig. 5 dargestellt, wobei die Drehrichtung im Uhrzeigersinn gerichtet ist, wie anhand des in Fig. 3b und 4b gezeigten Schlepphebels 60 sichtbar ist). Beispielsweise kann der Winkel α zwischen 90° und 180° betragen, besonders bevorzugt zwischen 105° und 180° betragen oder sogar zwischen 125° und 180° betragen. Dies stellt sicher, dass die Nockenkonturfläche effizient als Dekompressionsfläche wirken und beim Anlassen Druck in der Brennkammer abgelassen werden kann.

[0061] Der Punkt 16a maximaler Exzentrizität der Nockenkontur 16 ist im Allgemeinen unabhängig von der Nockenkonturstellung, und ist zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten in Bezug auf die zweite Nockenkonturstellung definiert.

[0062] Das Nockenkonturelement 40 ist ein in dem Nocken 11 längs einer Nockenkonturelement-Achse verschiebbar gelagerter Stift. Die Achse dieses Stifts 40 weicht um einen Winkel von weniger als 45°, bevorzugt von weniger als 30° von der Radialrichtung der Nockenwelle durch die Mitte 44` der Nockenkonturfläche ab.

[0063] Die gesamte Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements 40 nimmt nur einen begrenzten Winkelbereich der Nockenkontur 16 ein, bevorzugt weniger als 45°, besonders bevorzugt weniger als 30°, und ganz besonders bevorzugt weniger als 15°. Bevorzugt nimmt die Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements 40 nimmt einen Winkelbereich von mindestens 2° ein.

[0064] Mit Bezug auf Fig. 6 wird ein Ventilhubdiagramm eines Viertaktmotors beschrieben, der mittels des erfindungsgemäßen Ventiltriebs betrieben wird. Das Ventilhubdiagramm zeigt schematisch die Ventilöffnung V eines Einlassventils (gestrichelte mit I bezeichnete Kurve) und des mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb angetriebenen Auslassventils (durchgezogene mit E und E` bezeichnete Kurve) als Funktion eines Phasenwinkels α des Motorzyklus, etwa des halben Winkels der Kurbelwelle. BDC bezeichnet den unteren Totpunkt (bei Phasenwinkels α = 0° und α = 180°) und TDC bezeichnet den oberen Totpunkt der Kurbelwelle (bei Phasenwinkels α = 90° und α = 270°). In dem Diagramm sind in dieser Reihenfolge die folgenden Takte des Viertaktmotors dargestellt: Ausstoßen; Ansaugen; Verdichten; Arbeiten.

[0065] Die Kurven E und I stellen übliche Ventilhubverläufe des Viertaktmotors dar. Die Kurve E` stellt die zusätzliche Betätigung durch das Nockenkonturelement 40 in der ersten Nockenkonturstellung dar. In der zweiten Nockenkonturstellung ist diese zusätzliche Betätigung nicht vorhanden, d.h. die Kurve E` ist durch eine flache Kurve (kein Ventilhub ersetzt). Diese zusätzliche Betätigung erfolgt im Verdichtungstakt vor dem oberen Totpunkt. Wie bereits beschrieben kann durch diese zusätzlich Betätigung E` Gas aus der Brennkammer entweichen und somit Druck abgebaut werden, so dass die durch den Anlassermotor gegen den Druck zu verrichtende Arbeit reduziert wird.

[0066] Figur 6 illustriert auch einige allgemeine Aspekte der Anordnung des Nockenkonturelements 40 in Bezug auf die Motorphase, die im folgenden beschrieben werden und optional für beliebige Ausführungsformen gelten. Hierbei ist der Motorphasenwinkel α so definiert, dass er während eines Motorzyklus das Intervall von 0° bis 360° durchläuft. Gemäß einem Aspekt ist der Motor ein Viertaktmotor, und der Motorphasenwinkel α ist der halbe Ventilkurbelwinkel.

[0067] Gemäß einem Aspekt ist die Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements 40 für eine Ventilbetätigung während eines Verdichtungstaktes des Verbrennungsmotors angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements 40 derart angeordnet, dass ein Phasenwinkel α_P eines maximalen Ventilhubs dieser Nockenkonturfläche um eine Phasendifferenz im Bereich von 70° - 30°, bevorzugt im Bereich von 65° - 45° vor dem oberen Totpunkt UDC am Ende des Verdichtungstakts liegt. Gemäß einem weiteren Aspekt überdeckt die durch die Nockenkonturfläche des Nockenkonturelements 40 verursachte Ventilöffnung ein Phasenintervall (α_O - α_C) des Motorzyklus von mehr als 2° oder mehr als 3° oder sogar mehr als 5°, und oder von weniger als 20°, weniger als 15° oder sogar weniger als 10°, also beispielsweise von zwischen 3° und 15°, bevorzugt zwischen 5° und 10°. Hierbei α_O als die Phase definiert, bei der die Ventilöffnung den Wert von 10% der maximalen Ventilöffnung bei α_P überschreitet, und α_C ist als die Phase definiert, bei der die Ventilöffnung diesen Wert wieder unterschreitet. Mit anderen Worten ist das Phasenintervall (α_O - α_C) der Bereich, bei dem die Ventilöffnung größer als 10% der maximalen Ventilöffnung bei α_P ist.

[0068] Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Nockenkonturelement in einem Nicht-Betätigungsbereich des Nockens angeordnet, so dass in einer Umgebung um das Nockenkonturelement keine Betätigung des Ventils erfolgt. Gemäß einem weiteren Aspekt beträgt der (maximale) Ventilhub durch das Nockenkonturelement (in der ersten Nockenkonturstellung) weniger als 30%, weniger als 20% oder sogar weniger als 10% des (maximalen) Ventilhubs durch den Nocken insgesamt (also durch den Punkt 16a der Nockenkontur, siehe Fig. 5).

[0069] Der Betrieb - insbesondere Anlassvorgang - eines Verbrennungsmotors mit dem hierin beschriebenen Ventiltrieb kann also wie folgt beschrieben werden, wobei die Bezugszeichen sich auf sämtliche Figuren beziehen:
Zunächst, etwa zu Beginn des Anlassens, rotiert die Nockenwelle 10 mit einer niedrigen (ersten) Geschwindigkeit und betätigt dabei zyklisch das Auslassventil 70 durch den Nocken 11. Aufgrund der niedrigen (ersten) Geschwindigkeit befindet sich das Nockenkonturelement 40 in der ersten Nockenkonturstellung, bei der seine Nockenkonturfläche 44 hervorsteht, so dass das Auslassventil 70 von der Nockenkonturfläche 44 während eines Verdichtungstaktes des Verbrennungsmotors betätigt wird. Die erste Nockenkonturstellung wird wie oben beschrieben dadurch erreicht, dass der Auslösemechanismus 20 das Nockenkonturelement 40 in der ersten Nockenkonturstellung hält, wie in Fig. 3a-3c dargestellt und in Bezug auf diese Figuren beschrieben. Durch die hervorstehende Nockenkonturfläche 44 wird das Ventil geöffnet, so dass ein Druck des in der Brennkammer befindlichen Gases abgebaut werden kann.

[0070] Im weiteren Verlauf wird die Rotation der Nockenwelle auf eine zweite höhere Geschwindigkeit beschleunigt. Durch die höhere Geschwindigkeit wird das Nockenkonturelements 40 zur zweiten Nockenkonturstellung (Fig. 4a-4c) bewegt, bei der die Nockenkonturfläche 44 nicht oder weniger hervorsteht. Die Bewegung hin zur zweiten Nockenkonturstellung wird wie oben beschrieben dadurch erreicht, dass der Auslösemechanismus 20 das Nockenkonturelement 40 in der zweiten Nockenkonturstellung hält, wie in Fig. 4a-4c dargestellt und in Bezug auf diese Figuren beschrieben. Als Folge dessen wird das Auslassventil 70 nicht mehr von der Nockenkonturfläche 44 des Nockenkonturelements 40 betätigt, d.h. es findet keine wesentliche zusätzliche Ventilöffnung statt. Damit ist ein normaler Betrieb des Verbrennungsmotos und insbesondere eine normale Verdichtung des Luft-Brennstoff-Gemischs in der Brennkammer möglich.

[0071] Auch wenn einzelne Ausführungsbeispiele oben beschrieben und in den Figuren dargestellt sind, so ergibt sich der Schutzbereich allein aus den Ansprüchen. Überdies sind oben beschriebene Details der Ausführungsform nur zur Illustration in Bezug auf diese Ausführungsform beschrieben.

Ansprüche

1. Nockenwelle (10) für ein Auslassventil (70) eines Verbrennungsmotors, wobei die Nockenwelle umfasst:

- ein erstes Lager (8a) und ein zweites Lager (8b) zum drehbaren Lagern der Nockenwelle (10) um ihre Nockenwellenachse;

- einen Nocken (11), wobei der Nocken (11) eine Nockenkontur (16) zum zyklischen Betätigen des Auslassventils durch Rotieren der Nockenwelle definiert, und wobei der Nocken (11) einen Nockenkörper (12) und ein Nockenkonturelement (40) umfasst, wobei das Nockenkonturelement (40) relativ zu dem Nockenkörper (12) in eine erste Nockenkonturstellung und in eine zweite Nockenkonturstellung beweglich ist, derart, dass die Nockenkontur (16) eine erste Nockenkonturform aufweist, wenn sich das Nockenkonturelement (40) in der ersten Nockenkonturstellung befindet, und eine von der ersten Nockenkonturform verschiedene zweite Nockenkonturform aufweist, wenn sich das Nockenkonturelement in der zweiten Nockenkonturstellung befindet, und

- einen Auslösemechanismus (20) für das Nockenkonturelement (40), wobei der Auslösemechanismus (20) konfiguriert ist, um das Nockenkonturelement bei einer ersten niedrigeren Drehzahl der Nockenwelle in der ersten Nockenkonturstellung zu halten, und um das Nockenkonturelement bei einer zweiten höheren Drehzahl der Nockenwelle in der zweiten Nockenkonturstellung zu halten,

wobei der Nocken (11) und der Auslösemechanismus (20) axial zwischen dem ersten Lager (8a) und dem zweiten Lager (8b) angeordnet ist, und

wobei das Nockenkonturelement (40) als Stift gestaltet ist, der in den Nockenkörper (12) ein- und ausfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass

der Auslösemechanismus (20) ein Zentrifugalelement (21) umfasst, wobei das Zentrifugalelement (21) direkt benachbart an den Nocken (12) angeordnet ist.

2. Nockenwelle nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei das Nockenkonturelement (40) zum Betätigen des Auslassventils (70) hervorsteht, wenn sich das Nockenkonturelement (40) in der ersten Nockenkonturstellung befindet, und das Nockenkonturelement (40) nicht oder weniger hervorsteht, wenn sich das Nockenkonturelement in der zweiten Nockenkonturstellung befindet.

3. Nockenwelle nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Auslösemechanismus (20) das Zentrifugalelement (21) und einen Kopplungsmechanismus (24) umfasst, wobei

das Zentrifugalelement (21) gelagert ist, um bei der ersten niedrigeren Drehzahl der Nockenwelle eine erste Zentrifugalstellung einzunehmen, und um durch Wirkung der Zentrifugalkraft bei der zweiten höheren Drehzahl der Nockenwelle eine zweite Zentrifugalstellung einzunehmen, und wobei

der Kopplungsmechanismus (24) das Zentrifugalelement (21) an das Nockenkonturelement (40) koppelt, um das Nockenkonturelement (40) in der ersten Nockenkonturstellung zu halten, wenn das Zentrifugalelement (21) die erste Zentrifugalstellung einnimmt, und um das Nockenkonturelement (40) in der zweiten Nockenkonturstellung zu halten, wenn das Zentrifugalelement (21) die zweite Zentrifugalstellung einnimmt.

4. Nockenwelle nach Anspruch 3, wobei zumindest eines von (a) bis (b):

(a):das Zentrifugalelement (21) ist ein Hebel, welcher derart an der Nockenwelle (10) gelagert ist, dass die bei Drehung der Nockenwelle wirkende Zentrifugalkraft auf den Hebel (21) ein zur zweiten Zentrifugalstellung hin gerichtetes Drehmoment ausübt, und der Auslösemechanismus (20) weist ein Vorspannelement (30) auf, welches den Hebel (21) zur ersten Zentrifugalstellung hin vorspannt, wobei das Vorspannelement (30) kraftschlüssig mit dem Zentrifugalelement (21) verbunden ist, insbesondere mittels einer Druckfeder an das Zentrifugalelement (21) gedrückt ist;

(b): das Zentrifugalelement (21) ist ein um eine parallel zur Nockenwellenachse verlaufende Hebelachse schwenkbarer Hebel, wobei die Hebelachse vorzugsweise exzentrisch zur Nockenwellenachse angeordnet ist, wobei die Hebelachse besonders vorzugsweise in Richtung zu einem Vorsprungsbereich des Nockenkörpers (12) zur Nockenwellenachse beabstandet ist.

5. Nockenwelle nach einem beliebigen der Ansprüche 3 und 4, wobei vorzugsweise zumindest eines von (d) und (e):

(d):der Kopplungsmechanismus (24) ist mit dem Zentrifugalelement (21) verbunden, um eine Bewegung des Nockenkonturelements (40) hin zu der zweiten Nockenkonturstellung zu blockieren, wenn sich das Zentrifugalelement (21) in der ersten Zentrifugalstellung befindet, und um

die Bewegung des Nockenkonturelements (40) hin zu der zweiten Nockenkonturstellung freizugeben, wenn sich das Zentrifugalelement (21) in der zweiten Zentrifugalstellung befindet, wobei

das Nockenkonturelement (40) zu der zweiten Nockenkonturstellung hin vorgespannt ist;

(e):der Kopplungsmechanismus weist einen Anschlagskörper (24) auf, gegen den das Nockenkonturelements (40) vorgespannt ist, und der Anschlagskörper (24) ist formschlüssig, insbesondere starr, mit dem Zentrifugalelement (21) verbunden, um gemeinsam mit dem Zentrifugalelement (21) die erste bzw. zweite Zentrifugalstellung einzunehmen, etwa um gemeinsam mit dem Zentrifugalelement (21) um die in (b) beschriebene Hebelachse drehbar zu sein, wobei der Anschlagskörper (24) in der ersten Zentrifugalstellung einen ersten Anschlag für das Nockenkonturelement (40) bereitzustellen, und um in der zweiten Zentrifugalstellung einen vom ersten Anschlag verschiedenen zweiten Anschlag für das Nockenkonturelement (40) bereitzustellen, wobei der Anschlagskörper (24) vorzugsweise exzentrisch zur Nockenwellenachse angeordnet ist.

6. Nockenwelle nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei das Nockenkonturelement (40) ein in dem Nocken (11) längs einer Nockenkonturelement-Achse verschiebbar gelagerter Stift ist, welcher zu der zweiten Nockenkonturstellung hin vorgespannt ist.

7. Ventriltrieb für einen Verbrennungsmotor mit einer Nockenwelle nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nockenwelle (10) axial außerhalb des ersten Lagers (8a) mit einem Antriebsrad zum Antrieb durch eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, und axial außerhalb des zweiten Lagers (8b) mit einem Abtriebsrad zum Antrieb einer Einlassventil-Betätigungseinheit verbunden ist.

8. Verbrennungsmotor mit einem Ventiltrieb nach Anspruch 7, wobei das Antriebsrad mit der Kurbelwelle verbunden ist, und wobei das Abtriebsrad mit einer Einlassventil-Betätigungseinheit verbunden ist.

9. Verfahren zum Betätigen eines Auslassventils (70) eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor eine Nockenwelle (10) mit einem Nocken (11) aufweist, wobei der Nocken (11) einen Nockenkörper (12) und ein relativ zu dem Nockenkörper (12) bewegliches Nockenkonturelement (40) aufweist,

wobei das Nockenkonturelement (40) als Stift gestaltet ist, der in den Nockenkörper (12) ein- und ausfahrbar ist, und

wobei Nockenwelle (10) mittels einem ersten Lager (8a) und einem zweiten Lager (8b) drehbar um ihre Nockenwellenachse gelagert ist derart, dass der Nocken (11) und ein Auslösemechanismus (20) axial zwischen dem ersten Lager (8a) und dem zweiten Lager (8b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

der Auslösemechanismus (20) ein Zentrifugalelement (21) umfasst, wobei das Zentrifugalelement (21) direkt benachbart an den Nocken (12) angeordnet ist;

wobei das Verfahren umfasst:

- Rotieren der Nockenwelle (10) mit einer ersten Geschwindigkeit zum zyklischen Betätigen des Auslassventils durch den Nocken (11), wobei sich das Nockenkonturelement (40) in einer ersten Nockenkonturstellung befindet, bei der das Nockenkonturelement (40) ausgefahren ist und eine Nockenkonturfläche (44) des Nockenkonturelements (40) derart hervorsteht, dass das Auslassventil (70) von der Nockenkonturfläche (44) während eines Verdichtungstaktes des Verbrennungsmotors betätigt wird;

- Beschleunigen der Rotation der Nockenwelle auf eine zweite Geschwindigkeit, die höher ist als die erste Geschwindigkeit,

- Bewegen des Nockenkonturelements (40) durch den Auslösemechanismus (20) zu einer zweiten Nockenkonturstellung, bei der das Nockenkonturelement (40) eingefahren ist und die Nockenkonturfläche (44) nicht oder weniger hervorsteht, so dass das Auslassventil (70) nicht mehr von der Nockenkonturfläche (44) des Nockenkonturelements (40) betätigt wird.

10. Verwendung der Nockenwelle nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7 oder des Ventiltriebs nach Anspruch 8 zum Betätigen eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors, insbesondere gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9.

Claims

1. Camshaft (10) for an exhaust valve (70) of an internal combustion engine, wherein the camshaft comprises:

- a first bearing (8a) and a second bearing (8b) for rotatably supporting the camshaft (10) about its camshaft axis;

- a cam (11), wherein the cam (11) defines a cam contour (16) for cyclically actuating the exhaust valve by rotating the camshaft, and wherein the cam (11) comprises a cam body (12) and a cam contour element (40),
wherein the cam contour element (40) is movable, relative to the cam body (12), into a first cam contour position and into a second cam contour position, such that the cam contour (16) has a first cam contour shape if the cam contour element (40) is in the first cam contour position, and has a second cam contour shape, which is different from the first cam contour shape, if the cam contour element is in the second cam contour position; and

- a trigger mechanism (20) for the cam contour element (40), wherein the trigger mechanism (20) is configured to hold the cam contour element at a first, lower rotation speed of the camshaft in the first cam contour position, and to hold the cam contour element at a second, higher rotation speed of the camshaft in the second cam contour position,

wherein the cam (11) and the trigger mechanism (20) are arranged axially between the first bearing (8a) and the second bearing (8b), and wherein

the cam contour element (40) is designed as a pin, which can be retracted into and extended from the cam body (12), and wherein

the trigger mechanism (20) comprises a centrifugal element (21), wherein the centrifugal element (21) is arranged directly adjacent to the cam (12).

2. Camshaft according to any of the preceding claims, wherein
the cam contour element (40) for actuating the exhaust valve (70) protrudes if the cam contour element (40) is in the first cam contour position, and the cam contour element (40) does not protrude or protrudes less if the cam contour element is in the second cam contour position.

3. Camshaft according to any of the preceding claims, wherein the trigger mechanism (20) comprises the centrifugal element (21) and a coupling mechanism (24), wherein

the centrifugal element (21) is mounted to take a first centrifugal position at the first, lower rotation speed of the camshaft, and to take a second centrifugal position by the action of centrifugal force at the second, higher rotation speed of the camshaft, and wherein

the coupling mechanism (24) couples the centrifugal element (21) to the cam contour element (40), in order to hold the cam contour element (40) in the first cam contour position if the centrifugal element (21) takes the first centrifugal position, and to hold the cam contour element (40) in the second cam contour position if the centrifugal element (21) takes the second centrifugal position.

4. Camshaft according to claim 3, wherein at least one of (a) through (c):

(a): the centrifugal element (21) is a lever that is mounted on the camshaft (10) in such a manner that the centrifugal force acting during rotation of the camshaft exerts on the lever (21) a torque directed towards the second centrifugal position, and the trigger mechanism (20) has a biasing element (30) that biases the lever (21) towards the first centrifugal position, wherein the biasing element (30) is connected in a force-fitting manner to the centrifugal element (21) - in particular, is pressed against the centrifugal element (21) by means of a compression spring;

(b): the centrifugal element (21) is a lever pivotable about a lever axis extending parallel to the camshaft axis, wherein the lever axis is preferably arranged eccentrically to the camshaft axis, wherein the lever axis is particularly preferably spaced apart from the camshaft axis in the direction of a protrusion portion of the cam body (12).

5. Camshaft according to any of claims 3 and 4, wherein preferably at least one of (d) and (e):

(d): the coupling mechanism (24) is connected to the centrifugal element (21) for blocking a movement of the cam contour element (40) towards the second cam contour position if the centrifugal element (21) is in the first centrifugal position, and for releasing the movement of the cam contour element (40) towards the second cam contour position if the centrifugal element (21) is in the second centrifugal position, wherein
the cam contour element (40) is biased towards the second cam contour position;

(e): the coupling mechanism comprises a stop body (24) against which the cam contour element (40) is biased, and the stop body (24) is connected in a positive-locking - in particular, rigid - manner to the centrifugal element (21) in order to take, together with the centrifugal element (21), the first or second centrifugal position, respectively, e.g., in order to be rotatable, together with the centrifugal element 21, about the lever axis described in (b), wherein the stop body (24) in the first centrifugal position provides a first stop for the cam contour element (40), and, in the second centrifugal position, provides a second stop, which is different from the first stop, for the cam contour element (40), wherein the stop body (24) is preferably arranged eccentrically to the camshaft axis.

6. Camshaft according to any of the preceding claims, wherein the cam contour element (40) is a pin being mounted in the cam (11) displaceably along a cam contour element axis, and being biased towards the second cam contour position.

7. Valve train for an internal combustion engine having a camshaft according to any of the preceding claims, wherein the camshaft (10) is connected axially outside the first bearing (8a) to a drive gear for driving by a crankshaft of the internal combustion engine, and is connected axially outside the second bearing (8b) to an output gear for driving an intake valve actuating unit.

8. Internal combustion engine having a valve train according to claim 7, wherein the drive gear is connected to the crankshaft, and wherein the output gear is connected to an intake valve actuating unit.

9. Method for actuating an exhaust valve (70) of an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has a camshaft (10) with a cam (11), wherein the cam (11) has a cam body (12) and a cam contour element (40) movable relative to the cam body (12), wherein the cam contour element (40) is designed as a pin, which can be retracted into and extended from the cam body (12), and wherein

the camshaft (10) is rotatably mounted about its camshaft axis by means of a first bearing (8a) and a second bearing (8b) such that the cam (11) and a trigger mechanism (20) are arranged axially between the first bearing (8a) and the second bearing (8b), and wherein the trigger mechanism (20) comprises a centrifugal element (21), wherein the centrifugal element (21) is arranged directly adjacent to the cam (12);

wherein the method comprises:

- rotating the camshaft (10) at a first speed for cyclically actuating the exhaust valve by the cam (11), wherein the cam contour element (40) is in a first cam contour position, at which a cam contour surface (44) of the cam contour element (40) protrudes such that the exhaust valve (70) is actuated by the cam contour surface (44) during a compression stroke of the internal combustion engine;

- accelerating the rotation of the camshaft to a second speed that is higher than the first speed,

- moving the cam contour element (40) by means of the trigger mechanism (20) to a second cam contour position, at which the cam contour surface (44) does not protrude or protrudes less, such that the exhaust valve (70) is no longer actuated by the cam contour surface (44) of the cam contour element (40).

10. Use of the camshaft according to any of the claims 1 to 7 or the valve train according to claim 8 for actuating an exhaust valve of an internal combustion engine, in particular according to the method according to claim 9.

Revendications

1. Arbre à cames (10) pour une soupape d'échappement (70) d'un moteur à combustion interne, dans lequel l'arbre à cames comprend :

- un premier palier (8a) et un second palier (8b) permettant de supporter l'arbre à cames (10) de manière rotative autour de son axe d'arbre à cames ;

- une came (11), dans lequel la came (11) définit un contour de came (16) pour l'actionnement de manière cyclique de la soupape d'échappement en faisant tourner l'arbre à cames, et dans lequel la came (11) comprend un corps de came (12) et un élément de contour de came (40),
dans lequel l'élément de contour de came (40) est mobile par rapport au corps de came (12) dans une première position de contour de came et dans une seconde position de contour de came, de telle sorte que le contour de came (16) présente une première forme de contour de came lorsque l'élément de contour de came (40) se trouve dans la première position de contour de came, et présente une seconde forme de contour de came différente de la première forme de contour de came lorsque l'élément de contour de came se trouve dans la seconde position de contour de came ; et

- un mécanisme de déclenchement (20) pour l'élément de contour de came (40), dans lequel le mécanisme de déclenchement (20) est configuré pour maintenir l'élément de contour de came dans la première position de contour de came à une première vitesse de rotation inférieure de l'arbre à cames et pour maintenir l'élément de contour de came dans la seconde position de contour de came à une seconde vitesse de rotation supérieure de l'arbre à cames,

dans lequel la came (11) et le mécanisme de déclenchement (20) sont disposés axialement entre le premier palier (8a) et le second palier (8b), et

dans lequel l'élément de contour de came (40) est conçu comme une broche qui peut être rentrée dans le corps de came (12) et sortie de celui-ci, caractérisé en ce que

le mécanisme de déclenchement (20) comprend un élément centrifuge (21), dans lequel l'élément centrifuge (21) est disposé de manière directement adjacente à la came (12).

2. Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de contour de came (40) fait saillie pour l'actionnement de la soupape d'échappement (70) lorsque l'élément de contour de came (40) se trouve dans la première position de contour de came, et l'élément de contour de came (40) ne fait pas saillie ou fait moins saillie lorsque l'élément de contour de came se trouve dans la seconde position de contour de came.

3. Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mécanisme de déclenchement (20) comprend l'élément centrifuge (21) et un mécanisme d'accouplement (24), dans lequel

l'élément centrifuge (21) est monté pour prendre une première position centrifuge à la première vitesse de rotation inférieure de l'arbre à cames et pour prendre une seconde position centrifuge sous l'action de la force centrifuge à la seconde vitesse de rotation supérieure de l'arbre à cames, et dans lequel

le mécanisme d'accouplement (24) accouple l'élément centrifuge (21) à l'élément de contour de came (40) pour maintenir l'élément de contour de came (40) dans la première position de contour de came lorsque l'élément centrifuge (21) prend la première position centrifuge et pour maintenir l'élément de contour de came (40) dans la seconde position de contour de came lorsque l'élément centrifuge (21) prend la seconde position centrifuge.

4. Arbre à cames selon la revendication 3, dans lequel au moins l'un parmi (a) à (b) :

(a) : l'élément centrifuge (21) est un levier qui est monté sur l'arbre à cames (10) de telle sorte que la force centrifuge agissant lors de la rotation de l'arbre à cames exerce sur le levier (21) un couple dirigé vers la seconde position centrifuge, et le mécanisme de déclenchement (20) présente un élément de précontrainte (30) qui précontraint le levier (21) vers la première position centrifuge, dans lequel l'élément de précontrainte (30) est relié à force à l'élément centrifuge (21), en particulier est pressé contre l'élément centrifuge (21) au moyen d'un ressort de pression ;

(b) : l'élément centrifuge (21) est un levier pouvant pivoter autour d'un axe de levier s'étendant parallèlement à l'axe d'arbre à cames, dans lequel l'axe de levier est de préférence disposé de manière excentrique par rapport à l'axe d'arbre à cames, dans lequel l'axe de levier est de manière particulièrement préférée espacé de l'axe d'arbre à cames en direction d'une zone de saillie du corps de came (12).

5. Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel de préférence au moins l'un parmi (d) et (e) :

(d) : le mécanisme d'accouplement (24) est relié à l'élément centrifuge (21) afin de bloquer un mouvement de l'élément de contour de came (40) vers la seconde position de contour de came lorsque l'élément centrifuge (21) se trouve dans la première position centrifuge, et de

libérer le mouvement de l'élément de contour de came (40) vers la seconde position de contour de came lorsque l'élément centrifuge (21) se trouve dans la seconde position centrifuge, dans lequel

l'élément de contour de came (40) est précontraint vers la seconde position de contour de came ;

(e) : le mécanisme d'accouplement présente un corps de butée (24), contre lequel l'élément de contour de came (40) est précontraint, et le corps de butée (24) est relié par complémentarité de formes, en particulier de manière rigide, à l'élément centrifuge (21), afin de prendre, conjointement avec l'élément centrifuge (21), la première ou la seconde position centrifuge, par exemple pour pouvoir tourner conjointement avec l'élément centrifuge (21) autour de l'axe de levier décrit en (b), dans lequel le corps de butée (24) pour fournir, dans la première position centrifuge, une première butée pour l'élément de contour de came (40), et pour fournir, dans la seconde position centrifuge, une seconde butée différente de la première butée pour l'élément de contour de came (40), dans lequel le corps de butée (24) est de préférence disposé de manière excentrique par rapport à l'axe d'arbre à cames.

6. Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de contour de came (40) est une broche montée de manière à pouvoir coulisser dans la came (11) le long d'un axe d'élément de contour de came, laquelle broche est précontrainte vers la seconde position de contour de came.

7. Commande de soupapes pour un moteur à combustion interne comportant un arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre à cames (10) est relié axialement à l'extérieur du premier palier (8a) à une roue d'entraînement pour être entraîné par un vilebrequin du moteur à combustion interne et est relié axialement à l'extérieur du second palier (8b) à une roue de sortie pour l'entraînement d'une unité d'actionnement de soupape d'admission.

8. Moteur à combustion interne comportant une commande de soupapes selon la revendication 7, dans lequel la roue d'entraînement est reliée au vilebrequin, et dans lequel la roue de sortie est reliée à une unité d'actionnement de soupape d'admission.

9. Procédé permettant l'actionnement d'une soupape d'échappement (70) d'un moteur à combustion interne, dans lequel le moteur à combustion interne présente un arbre à cames (10) comportant une came (11), dans lequel la came (11) présente un corps de came (12) et un élément de contour de came (40) mobile par rapport au corps de came (12),

dans lequel l'élément de contour de came (40) est conçu comme une broche qui peut être rentrée dans le corps de came (12) et sortie de celui-ci, et

dans lequel l'arbre à cames (10) est supporté de manière rotative autour de son axe d'arbre à cames au moyen d'un premier palier (8a) et d'un second palier (8b) de telle sorte que la came (11) et un mécanisme de déclenchement (20) sont disposés axialement entre le premier palier (8a) et le second palier (8b), caractérisé en ce que

le mécanisme de déclenchement (20) comprend un élément centrifuge (21), dans lequel l'élément centrifuge (21) est disposé de manière directement adjacente à la came (12) ;

dans lequel le procédé comprend :

- la rotation de l'arbre à cames (10) à une première vitesse pour l'actionnement de manière cyclique de la soupape d'échappement au moyen de la came (11), dans lequel l'élément de contour de came (40) se trouve dans une première position de contour de came, dans laquelle l'élément de contour de came (40) est sorti et une surface de contour de came (44) de l'élément de contour de came (40) fait saillie de telle sorte que la soupape d'échappement (70) est actionnée par la surface de contour de came (44) pendant un temps de compression du moteur à combustion interne ;

- l'accélération de la rotation de l'arbre à cames à une seconde vitesse qui est supérieure à la première vitesse,

- le déplacement de l'élément de contour de came (40) par le mécanisme de déclenchement (20) vers une seconde position de contour de came, dans laquelle l'élément de contour de came (40) est rentré et la surface de contour de came (44) ne fait pas saillie ou fait moins saillie, de sorte que la soupape d'échappement (70) n'est plus actionnée par la surface de contour de came (44) de l'élément de contour de came (40).

10. Utilisation de l'arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou de la commande de soupapes selon la revendication 8 pour l'actionnement d'une soupape d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier conformément au procédé selon la revendication 9.

Zeichnung