Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile von Brennkraftmaschinen, insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung von Ottomotoren über die Ein¬ laßhubfunktionen eines oder mehrerer Einlaßventile pro Zylin¬ der, bestehend aus zwei gegensinnig drehenden Nockenwellen (1, 2 ) , welche über ein Übertragungsglied, insbesondere einen Schwinghebel (3) auf das oder die in Schließrichtung federbe¬ lasteten Ventile (4) wirken, wobei eine Nockenwelle die Öff- netfunktion und die zweite Nockenwelle die Schließtfunktion bestimmt, so daß durch eine relative Verdrehung der beiden Nockenwellen gegeneinander der Hub und/oder die Öffnungsdauer des oder der Ventile in weiten Bereichen verändert werden kann.

Eine derartige Ventilsteuerung ist aus der Offenlegungsschrift DE-OS 35 31 000 bekannt. Bei diesem bekannten Ventiltrieb wird die erforderliche Variabilität einer Ventilsteuerung , vornehmlich zur Vermeidung von DrosselVerlusten, dadurch verwirklicht, daß der öffnungs- und Schließtvorgang von zwei verschiedenen, mit regelbarem Phasenwinkel zur Kurbelwelle laufenden Steuernocken ausgeführt wird. Dabei wird ein beliebig ausgebildeter Steuerhebel von den beiden Nockenwellen derart betätigt, daß das in Schließrichtung federbelastete Ventil nur dann geöffnet ist, wenn beide Steuernocken ausgefahren sind. Durch entsprechende Phasenlage der Nocken-

wellen können so variable Ventilsteuerzeiten eingestellt wer¬ den. Eine ähnliche Ventilsteuerung für Einlaßventile von Hub¬ kolben-Brennkraft- maschinen wird in der DE-OS 35 19 319 beschrieben. Hierbei greift zusätzlich zu einer rotierenden Hubnockenwelle eine mit gleicher Drehzahl umlaufende Steuer¬ nockenwelle auf eine verschiebliche Lagerstelle des schwenk¬ baren Ventilhebels. Damit sind prinzipiell variable Ventil¬ steuerungen realisierbar, bei der der Ventilhubverlauf so veränderbar ist, daß die durch Drosselung bedingten Ladungswechselverluste bei Ottomotoren verringert werden.

Die relative Verdrehung der beiden Nockenwellen erfolgt bei der in der DE-OS 35 31 000 beschriebenen Lösung, über vom Gaspedal gesteuerte, axial auf entsprechenden Steilgewinden verschiebbare Antriebsräder der Nockenwellen. Auch die aus anderen Patent- und Offenlegungsschriften bekannten (z. B. DE- OS 29 09 803) und heute schon zum Teil in Serienproduktion be¬ findlichen Nockenwellen-Phasenversteller nach dem Prinzip der axialen Verschiebung eines Kolbens auf einer schraubenförmigen Nut lassen nur kleine Verdrehwinkel bei relativ langen Stellzeiten zu. Darüber hinaus benötigen die bekannten Lösun¬ gen einen großen Bauraum, insbesondere in Richtung der Motor¬ längsachse.

Zur Realisierung einer drosselfreien Laststeuerung im gesamten Betriebsbereich heutiger Fahrzeug-Ottomotoren sind relative Verdrehwinkel zwischen den beiden Nockenwellen in einer Größenordnung von 150 bis 220 °KW erforderlich, will man außerdem das Potential optimaler Ventilsteuerzeiten für maxi¬ male Füllung bei Vollast im gesamten Drehzahlbereich nutzen. Dieser Verstellvorgang muß zudem aus den Anforderungen des dy¬ namischen Fahrzeugbetriebs heraus innerhalb kürzester Zeit¬ räume inBruchteilen von Sekunden erfolgen. Der Versteller selbst sollte kompakt bauen, um den heutigen engen Pla zVer¬ hältnissen im Motorraum gerecht zu werden.

Aus der DE-PS 470 032 ist eine Ventilsteuerung für Brenn¬ kraftmaschinen bekannt, die im wesentlichen dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß zur Steuerung des Ventils zwei unrunde Steuerscheiben vorgesehen sind, deren Drehachsen ihre Lage zur Drehachse eines Übertragungshebels dauernd beibehalten. Der Übertragungshebel zur Betätigung des Ventils ist dabei als zweiteiliger Kipphebel mit fester Drehachse ausgeführt und kann bei einer relativen Verdrehung der beiden Steuerscheiben gegeneinander dementsprechend lediglich die Öffnungs- oder Schließtdauer der Ventile innerhalb enger Grenzen verändern, nicht aber den Ventilhub. Es handelt sich hierbei um eine so¬ genannte ODER-Schaltung, bei der immer diejenige Steuerscheibe mit dem jeweils größten wirksamen Hubkreis den Ventilhub be¬ stimmt. Um Sprungfunktionen und damit unzulässig hohe Be¬ schleunigungen im Ventiltrieb bei einer relativen Verdrehung beider Steuerscheiben gegeneinander zu vermeiden, kann ein Übergang von einer Steuerscheibe auf die andere letztlich nur bei konstantem wirksamen Hub, im wesentlichen bei Maximalhub, erfolgen. Hierdurch ist der nutzbare Verstellbereich dieses Systems stark eingeschränkt und für eine drosselfreie Last¬ steuerung nicht geeignet. Das in dieser Patentschrift be¬ schriebene epizyklische Getriebe zum Antrieb von einer Steuer¬ scheibe wird gleichzeitig dazu genutzt, die beiden Steuer¬ scheiben gegeneinander zu verdrehen. Dieses epizyklische Ge¬ triebe besteht aus vier Zahnrädern, von denen zwei Zahnräder auf den parallel liegenden Wellen der beiden Steuerscheiben sitzen und sich über zwei weitere, in Reihe geschaltete Zwischenräder antreiben. Diese beiden Zwischenräder werden von einer beweglichen Lenkeranordnung getragen, welche ihnen eine epizyklische Bewegung erteilt. Die Lenkeranordnung besteht aus drei einzelnen Lenkern, von denen zwei Lenker je ein auf den Wellen der Steuerscheiben sitzendes Zahnrad mit jeweils einem Zwischenrad verbinden, während der dritte Lenker die beiden erst genannten Lenker miteinander verbindet. Die Verbindung dieser beiden Lenker erfolgt jedoch nicht an den Drehachsen der beiden Zwischenräder, sondern mit einigem Abstand hierzu. Diese Anordnung des dritten Lenkers läßt eine Verstellung des

epizyklischen Getriebes jedoch nur dann zu, wenn sowohl die, die Zwischenräder tragenden Lenker parallel zueinander ange¬ ordnet sind, wie auch der dritte Lenker und eine in den Dreh¬ achsen der beiden Steuerscheiben liegende Ebene. Die Anordnung der Lenker des epizyklischen Getriebes muß praktisch die Form eines Parallelogramms aufweisen, da nur dann die Abstände der beiden gegenüberliegenden Lenker bei jeder Stellung der Lenkeranordnung gleich bleiben, was für diese Art der Lenker¬ anordnung Grundvoraussetzung für die einwandfreie Funktion der miteinander kämmenden Getrieberäder ist. Dadurch sind na¬ turgemäß die Durchmesser der vier in Eingriff stehenden Ge¬ trieberäder direkt voneinander abhängig, die Übersetzungsver¬ hältnisse zwischen den auf den Wellen der Steuerscheiben sitzenden Zahnrädern und den Zwischenrädern sind in engen Grenzen vorgegeben. Insbesondere können die Durchmesser der Zahnräder nicht frei zur Beeinflußung der Empfindlichkeit des Verdrehwinkels der zu verdrehenden Steuerwelle gewählt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verstellmechanismus für einen Ventiltrieb der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der für eine drosselfreie Laststeuerung und für maximale Füllung im gesamten Drehzahl¬ bereich erforderliche Verdrehwinkel eines Doppelnockenwellen- Ventiltriebs ebenso realisierbar ist, wie die Verstellung innerhalb der geforderten kurzen Zeiten. Auch soll eine schma¬ le, platzsparende Bauweise des Verstellers ebenso erreicht werden, wie möglichst geringe Relativbewegungen der beweg¬ lichen Teile zueinander. Darüberhinaus soll der Verstellme- chanismus die Möglichkeit bieten, die Verstellempfindlichkeit den jeweiligen Anforderungen entsprechend anzupassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähn¬ ten Art, dadurch gelöst, daß die relative Verdrehung der bei¬ den Nockenwellen gegeneinander mittels eines 4-rädrigen Kop¬ pelgetriebes (5) erfolgt, dessen Antriebsrad (6) mit der von der Kurbelwelle angetriebenen ersten Nockenwelle und dessen Abtriebsrad (7) mit der über das Koppelgetriebe anzutreibenden

und relativ zur ersten Nockenwelle zu verdrehenden zweiten Nockenwelle formschlüssig verbunden sind, mit einer ersten Koppel (10), die die Wellen des Antriebsrades (6) und des er¬ sten Zwischenrades (8), einer zweiten Koppel (11), die die Wellen in den Drehachsen des ersten Zwischenrades (8) und des zweiten Zwischenrades (9) und einer dritten Koppel (12), die die Wellen des zweiten Zwischenrades (9) und des Abtriebsrades (7) derart miteinander verbinden, daß durch eine an den Kop¬ peln (10), (11) oder (12) angreifende, Verstellung um die ge¬ häusefesten Drehachsen der Nockenwellen ein Abrollen der Zwischenräder (8, 9) auf den An- und Abtriebsrädern (6, 7) er¬ folgt. Eine alternative Lösung ergibt sich aus Anspruch 5.

Vorzugsweise soll mit einer erfindungsgemaßen Vorrichtung eine drosselfreie Laststeuerung bei Ottomotoren im gesamten Be¬ triebsbereich realisiert werden. Die Voraussetzungen hierfür sind mit der vorliegenden Vorrichtung zunächst dadurch er¬ füllt, daß eine stufenlose Verstellbarkeit des Ventilhubs, vornehmlich der Einlaßventile, von Nullhub bis Maximalhub bei ausreichender Variabilität der Schließt-Steuerzeiten reali¬ sierbar ist. Die hierfür vorgesehene Vorrichtung arbeitet ent¬ sprechend einem Additionsgetriebe, bei dem die in Schlie߬ richtung federbelasteten Ventile nur dann geöffnet werden, wenn zwei mit gleicher Drehzahl umlaufende Nockenwellen über die zugeordneten Abgriffselemente eines Übertragungsgliedes, vornehmlich eines Schwinghebels, mit ihren Hubfunktionen im Eingriff sind. Dabei ist die eine Nockenwelle für die Öffnet- funktion des Ventils maßgeblich, während die andere Nocken¬ welle die Schließtfunktion bestimmt. Durch relative Verdrehung der beiden zuständigen Nockenwellen gegeneinander können der Hub und/oder die Öffnungsdauer der Ventile in weiten Bereichen verändert werden.

Hierfür stehen die beiden Nockenwellen erfindungsgemäß über ein 4-rädriges Koppelgetriebe miteinander im Eingriff, wobei das eine Rad des Koppelgetriebes mit der von der Kurbelwelle angetriebenen ersten Nockenwelle fest verbunden ist und über

die beiden Zwischenräder das Abtriebsrad und damit die zweite Nockenwelle antreibt. Im Unterschied zur DE-PS 470 032 werden die Räder des Getriebes jedoch untereinander jeweils in ihren Drehachsen von den Koppeln getragen, wodurch sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der geometrischen Auslegung des Getriebes ergeben. Die einzelnen Koppeln sind als einfache Bügel ein- oder mehrteilig ausgeführt, wobei die erste Koppel mit dem einen Ende vorzugsweise auf der antreibenden Nockenwelle drehbar gelagert ist und mit dem anderen Ende eine Welle trägt, auf welcher das erste Zwischenrad sowie die zweite Kop¬ pel getragen werden. Die zweite Koppel, ebenfalls als ein¬ facher Bügel ausführbar, verbindet die beiden als Drehachsen wirkenden Wellen des ersten und zweiten Zwischenrades derart miteinander, daß beide Räder sich gegenseitig antreiben kön¬ nen. Die dritte Koppel trägt wiederum an ihrem einen Ende die Drehachse des zweiten Zwischenrades und hängt mit dem anderen Ende drebar gelagert derart auf der zweiten Nockenwelle, daß das zweite Zwischenrad das ebenfalls auf dieser Nockenwelle sitzende Abtriebsrad des Koppelgetriebes antreibt. Bei einer rotatorischen Verstellung der Koppeln um die Achsen der gehäu¬ sefesten Nockenwellen stellt sich prinzipbedingt ein großer Verdrehwinkel der angetriebenen gegenüber der antreibenden Nockenwelle dadurch ein, daß der Verdrehwinkel des Kurbelge¬ triebes überlagert wird von dem Abrollen der Getrieberäder des Koppelgetriebes aufeinander. Zur Unterbringung dieses Ver¬ stellmechanismus braucht der Zylinderkopf nur etwa um die er¬ forderliche Stirnradbreite verlängert werden, ohne daß zusätz¬ licher axialer Bauraum für den Verstellweg selbst benötigt wird. Der Verstellweg quer zur Motorlängsachse ist durch die Überlagerung von Verstellweg der Koppel und Abrollen der Ge¬ trieberäder aufeinander sehr klein. Darüberhinaus kann infolge der kleinen Verstellwege des Koppelgetriebes die Verstellung problemlos mit entsprechenden Aktuatoren innerhalb der kurzen geforderten Zeiträume realisiert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Verstellmechanismus gemäß der Erfindung in sche- matischer Darstellung,

Fig. 2 die prinzipielle Darstellung eines Zweinockenwellen- Ventiltriebs zur variablen Steuerung von Tellerhubventilen entsprechend dem Oberbegriff der Anmeldung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verstellmechanismus mit überdeckenden Getrieberädern,

Fig. 4 eine Möglichkeit zur Verspannung des Verstellmechanis¬ mus,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zusätzlichen Phasenstellers in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Ver¬ stellmechanismus und

Fig. 6 - 11 unterschiedliche Kombinationen zum Antrieb der Nockenwellen eines Drei-Nockenwellenmotors von der Kurbelwelle und zur Anordnung des erfindungsgemäßen Koppelgetriebes.

Der in Fig. 1 prinzipiell dargestellte, als Koppelgetriebe (5) ausgebildete Verstellmechanismus stellt eine Kombination aus einem viergliedrigen Kurbelgetriebe, bestehend aus drei drehbar miteinander verbundenen Koppeln (10), (11), und (12) mit zwei gehäusefesten Anlenkpunkten (Pl) und (P2), und einem Rädergetriebe dar, dessen vier in Reihe geschaltete und einan¬ der antreibende Getrieberäder (6) , (8) , (9) und (7) in den Gelenkpunkten (Pl), (P3), (P4) und (P2) des Kurbelgetriebes gelagert sind. Vorzugsweise ist das 4-rädrige Getriebe als Zahnradgetriebe ausgeführt. Nach Anspruch 1 ist das Antriebs¬ rad (6) fest mit der von der Kurbelwelle angetriebenen ersten Nockenwelle (1) der bekannten Vorrichtung zur variablen Ven¬ tilsteuerung verbunden und treibt das von der ersten Koppel (10) getragen Zwischenrad (8) an. Dieses Zwischenrad (8) ist wiederum über eine zweite Koppel (11) mit einem weiteren Zwischenrad (9) verbunden und treibt dieses an. Über die Kop¬ pel (12) hängt das Zwischenrad (9) an einem an der zweiten Nockenwelle (2) des besagten Ventiltriebs befestigten Ab¬ triebsrad (7), so daß hierüber letztendlich diese zweite Nockenwelle gegensinnig zur ersten Nockenwelle angetrieben wird. Dabei bedingt die Forderung nach gleicher Drehzahl bei-

der Nockenwellen, daß zumindest die beiden mit den Nockenwel¬ len fest verbundenen An- und Abtriebsräder (6) und (7) den¬ selben wirksamen Durchmesser haben.

Bei einer Verdrehung beispielsweise der Koppel (10) um den ge¬ häusefesten Punkt (Pl), der entsprechend Anspruch 1 vorteil¬ hafterweise mit der Drehachse der antreibenden Nockenwelle zusammenfallen kann, wird das Abtriebsrad (7) und die damit fest verbundene zweite Nockenwelle (2) (Fig. 2) um die über¬ lagerte Bewegung des Kurbelgetriebes und dem Abrollen der Ge¬ trieberäder des Rädergetriebes aufeinander gegenüber der ersten Nockenwelle (1) (Fig. 2) verdreht. Dabei ist es für die Verstellung selbst zunächst unwesentlich, an welcher Stelle des Koppelgetriebes der Verstellvorgang eingeleitet wird. Da die Zwischenräder (8) und (9) in den Gelenkpunkten (P3) und (P4) der drei Koppeln geführt sind, bleibt der Abstand der vier in Eingriff stehenden Getrieberäder bei jeder Stellung der Koppeln unverändert, auch wenn das Kurbelgetriebe, wie in Fig. 1 dargestellt, nicht als Parallelogramm ausgeführt ist. Dadurch eröffnen sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Aus¬ legung des Getriebes, insbesondere bezüglich der Durchmesser der Getrieberäder, dem Abstand zwischen antreibender und an¬ zutreibender Nockenwelle und davon abhängig der Längen und Lagen der Koppeln zueinander.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Zweinockenwellen-Ventiltrieb, mit dem mittels des Verstellmechanismus gemäß der Erfindung variable Steuerzeiten bei Tellerhubventilen verwirklicht wer¬ den können. Die Vorrichtung besteht aus zwei, mit gleicher Drehzahl umlaufenden Nockenwellen (1, 2), deren Kurvenscheiben über geeignet geformte Abgriffskörper auf einen Schwinghebel (3) wirken. Der Schwinghebel (3) überträgt seine Bewegung auf ein in Schließrichtung federbelastetes Hubventil (4) konven¬ tioneller Bauweise. Aufgrund des überlagerten Bewegungsablaufs des Schwinghebels (3) kann dieser nicht unmittelbar auf einem gehäusefesten Drehpunkt gelagert werden, sondern muß über andere geignete Maßnahmen geführt werden. In Fig. 2 erfolgt

diese Führung beispielhaft über einen Anlenkhebel (37), wel¬ cher in dieser speziellen Darstellung mit dem einen Ende im Mittelpunkt (P6) eines Abgriffskörpers zum Abtasten der Nockenwelle (1) am Schwinghebel (3) angelenkt ist und mit dem anderen Ende im Mittelpunkt der Nockenwelle (2) drehbar gela¬ gert ist. Dieses System arbeitet entsprechend einer sogenann¬ ten UND-Schaltung. Dabei werden die Ventile nur dann geöffnet, wenn beide Nockenwellen (1, 2) mit ihren Hubfunktionen auf den Schwinghebel (3) wirken. Zur Verdeutlichung soll der Bewe¬ gungsablauf nachfolgend für eine beliebige Konfiguration und einen Ventilhubverlauf beschrieben werden:

Beispielhaft seien in Fig. 2 Nockenwelle (1) die Öffnet-Welle mit Drehrichtung im Uhrzeigersinn und Nockenwelle (2) die Schließt-Welle mit Drehrichtung entgegen Uhrzeigensinn. Beide Nockenwellen weisen jeweils Profile auf, die sich zusammen¬ setzen aus den Grundkreisen (38, 39), den Hubkreisen (44, 45) und den ansteigenden (40, 42) bzw. abfallenden Nockenflanken (41, 43). Der Vorgang beginnt damit, daß die Nockenwelle (2) mit ihrem Hubkreis (45) auf den Schwinghebel (3) wirkt, ohne daß sich das Ventil (4) öffnet, solange die Nockenwelle (1) noch mit ihrem Grundkreis (38) auf den Schwinghebel (3) wirkt. Erst wenn Nockenwelle (1) mit ihrer Hubflanke (40) mit dem Schwinghebel (3) in Kontakt tritt, beginnt sich das Ventil (4) zu öffnen. Sobald nun die Nockenwelle (2) mit ihrer abfallen¬ den Flanke (43) auf den Schwinghebel (3) wirkt, setzt eine überlagerte Drehbewegung des nun vornehmlich als Kipphebel arbeitenden Schwinghebels (3) um den momentanen Berührpunkt mit der Nockenwelle (1) ein, die den Schließtvorgang des Ven¬ tils (4) einleitet. Das Ventil ist vollständig geschlossen, wenn die Nockenwelle (2) wieder mit ihrem Grundkreis (39) auf den Schwinghebel (3) wirkt. Der anschließende Übergang der Nockenwelle (1) vom Hubkreis (44) auf den Grundkreis (38) ist für den Öffnungsverlauf des Ventils ohne Bedeutung. Durch stu¬ fenloses Verdrehen der Nockenwelle (2) gegenüber der Nocken¬ welle (1) ist somit eine kontinuierliche Verstellung des Ven¬ tilhubverlaufs von Nullhub bis zu extrem langen Öffnungsdauern

bei Maximalhub möglich. Dabei werden kleinste Ventilhübe bei sehr kurzen Öffnungsdauern dadurch eingestellt, daß die Nockenwelle (2) mit Hilfe des oben beschriebenen Koppelgetrie¬ bes (5) relativ zur Nockenwelle (1) und entsprechend ihrem Drehsinn so verdreht wird, daß bereits während die Nockenwelle

(1) mit ihrer ansteigenden Flanke (40) das Ventil (4) zu öffnen beginnt, die Nockenwelle (2) mit der abfallenden Flanke (43) den überlagerten Schließtvorgang vollzieht. Für sehr lange Ventilöffnungsdauern bei Maximalhub muß die Nockenwelle

(2) entgegen ihrem Drehsinn soweit verstellt werden, daß erst nachdem die Öffnungs-Nockenwelle (1) mit ihrem Hubkreis (44) auf den Schwinghebel (3) wirkt und damit das Ventil (4) kom¬ plett geöffnet ist, die Nockenwelle (2) durch den Übergang von Hubkreis (45) auf die abfallende Flanke (43) den Schließt¬ vorgang einleitet. Ein mit diesem Ventiltrieb sinnvoll nutz¬ barer Verstellbereich von 150 bis 220 °KW läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Koppelgetriebe bei vergleichsweise kleinen Verstellwegen vorteilhaft realisieren. Natürlich kann dieses Koppelgetriebe auch für andere vergleichbare Aufgabenstel¬ lungen angewendet werden, bei denen eine erste Welle von einer zweiten gegensinnig angetrieben und relativ zu ihr verdreht werden soll.

Wie in Anspruch 1 beschrieben, kann das Koppelgetriebe (5) mit seinen An- (6) und Abtriebsrädern (7) direkt auf den Nocken¬ wellen (1) und (2) des vorab beschriebenen variablen Ventil¬ triebs angebracht sein, wobei der Drehsinn der Nockenwellen und die Zuordnung bezüglich der Öffnet- und Schließfunktion beliebig festgelegt werden können. Da diese beiden Nockenwel¬ len vorzugsweise entweder zur Betätigung der Einlaß- oder der Auslaßhubventile eines köpfgespülten Verbrennungsmotors vor¬ gesehen sind, muß zur Steuerung der jeweils anderen, nicht mit der oben beschriebenen variablen Ventilsteuerung betätigten Ventile mindestens eine zusätzliche Steuerwelle vorgesehen werden. Dadurch ergeben sich für den Antrieb von dann min¬ destens drei Nockenwellen von der Kurbelwelle und die Anord¬ nung des Koppelgetriebes unterschiedliche Kombinationsmög-

lichkeiten, die beispielhaft in den Fig. 6, 7 und 8 wiederge¬ geben sind. Fig. 6 zeigt entsprechend Anspruch 2 eine Kombina¬ tion, bei der eine dritte, nicht für die variabel steuerbaren Ventile zuständige Welle (32), zumeist die Auslaßnockenwelle, über ein geeignetes Übertragungselement (34), beispielsweise ein Zahnriemen oder eine Kette, von der Kurbelwelle (33) ange¬ trieben wird. Über einen Zwischentrieb (35), der ebenfalls als Zahnriemen- oder Kettentrieb oder auch als Zahnradgetriebe ausgeführt sein kann, treibt die Nockenwelle (32) die nicht zu verdrehende Nockenwelle (1) des variablen Ventiltriebs an. Der Antrieb und die Verstellung der Nockenwelle (2) erfolgt dann erfindungsgemäß mittels des oben beschriebenen Koppelgetriebes (5). In Fig. 7 wird gemäß Anspruch 3 die Nockenwelle (1) des variablen Ventiltriebs über einen entsprechenden Antrieb (34) von der Kurbelwelle (33) direkt angetrieben und treibt ihrerseits über ein Übertragungselement (34), z. B. eine Kette, die dritte Nockenwelle (32) und über das Koppelgetriebe (5) die Nockenwelle (2) gegensinnig an. Fig. 8 (vgl. Anspruch 4) zeigt eine Möglichkeit, unter Verzicht auf einen zusätzlichen Zwischentrieb beide nicht zu verdrehenden Steuer¬ wellen (1) und (32) mittels eines gemeinsamen Antriebsmittels (36) anzutreiben. Bei den vorab beschriebenen Möglichkeiten zum Antrieb der Nockenwellen von der Kurbelwelle können die Antriebsmittel sowie das erfindungsgemäße Koppelgetriebe je nach Randbedingungen beliebig an den beiden Motorstirnseiten und/oder an geeigneter Stelle innerhalb des Motorbauraumes angeordnet sein.

Entsprechend Anspruch 5 kann es zweckmäßig sein, daß das An¬ triebsrad (6) des Koppelgetriebes (5) auf einer dritten, ebenfalls mit Nockenwellendrehzahl rotierenden Welle (32) sitzt und von dort aus über die Zwischenräder (8) und (9) und das Abtriebsrad (7) die zu verdrehende Nockenwelle (2) der Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile antreibt. Hierfür würde sich ebenso eine gegebenenfalls vorhandene Aus¬ laßnockenwelle eignen. Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen auch hier¬ für unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten für den Antrieb

der Nockenwellen von der Kurbelwelle und die Anordnung des Verstellgetriebes bei einem Drei-Nockenwellenmotor. Der An¬ trieb der nicht zuverdrehenden Nockenwelle (1) des variablen Ventiltriebs von der Kurbelwelle kann in diesem Fall, entspre¬ chend den Ansprüchen 6 - 8 auf unterschiedliche Weise erfol¬ gen, zum Beispiel durch geeignete Antriebsmittel (34), z. B. Kette von der Kurbelwelle direkt (Fig. 9) oder über entsprechende Zwischentriebe (35) von der dritten, das Kop¬ pelgetriebe antreibenden Welle (32) (Fig. 10) oder über ein gemeinsames Antriebsmittel (36) zusammen mit der das Antriebs¬ rad (6) des Koppelgetriebes (5) tragenden Welle (32) (Fig. 11). Der Antrieb der Nockenwellen kann entsprechend den An¬ sprüchen 2 bis 8 über geeignete Antriebsmittel, beispielsweise Zahnriemen oder Kette, von der Kurbelwelle direkt oder über eine Zwischenwelle indirekt erfolgen. Der indirekte Antrieb über eine zentral angeordnete Zwischenwelle kann zum Beispiel bei V-Motoren von besonderem Interesse sein.

Vorzugsweise wird nach Anspruch 9 der Verstellmechanismus so angeordnet, daß die über das Koppelgetriebe (5) anzutreibende Nockenwelle (2) die Schließfunktion des oder der Ventile be¬ stimmt und so eine relative Verdrehung dieser Nockenwelle eine Veränderung des Ventilschließzeitpunktes bewirkt. Auf diese Art und Weise ist bei einer einlaßseitigen Anwendung der Vorrichtung eine ungedrosselte Laststeuerung bei Ottomotoren, durch definiertes Schließen des oder der Einlaßventile zu einem Zeitpunkt, nach dem die geforderte Ladungsmenge vom Kol¬ ben angesaugt wurde, möglich. Bei sehr niedrigen Lasten bedeu¬ tet dies, daß das Einlaßventil vorzeitig, noch während der Ab¬ wärtsbewegung des Kolbens in der Ansaugphase, bei entsprechend niedrigen Maximalhüben geschlossen wird. Auch eine Last- Steuerung über spätes Schließen des oder der Einlaßventile, bei der die vom Kolben bereits angesaugte überschüssige Ladungsmenge in der anschließenden Kompressionsphase wieder ausgeschoben wird, ist bei dieser Anordnung möglich. Die aus- laßseitige Anwendung der Vorrichtung mit einer Anordnung ent¬ sprechend Anspruch 9 ermöglicht über die Veränderung der Aus-

laß-Schließt-Zeit eine gezielte Steuerung des Restgasanteils am Frischgemisch.

Daneben ist entsprechend Anspruch 10 mit Hilfe der genannten Vorrichtung auch eine gezielte Steuerung des Öffnungszeit¬ punktes des oder der Ventile möglich, und zwar dann, wenn die von dem Koppelgetriebe (5) angetriebene Nockenwelle (2) die Öffnetfunktion bestimmt. Einlaßseitig kann so durch gezielte Steuerung der Einlaß-Öffnet-Zeit der Restgasgehalt den jewei¬ ligen Bertriebsbedingungen entsprechend optimal angepaßt wer¬ den, auslaßseitig ist eine zusätzliche Nutzung von Expansions¬ arbeit betriebspunktabhängig möglich.

Die geometrische Auslegung des Koppelgetriebes bestimmt in we¬ sentlichem Umfang die Sensibilität des Verstellwinkels der zu verdrehenden Nockenwelle (2). Mit den Übersetzungsverhältnis¬ sen zwischen An- bzw. Abtriebsrädern und Zwischenrädern und der davon abhängigen Stellung der Koppeln zueinander stehen geeignete Parameter zur optimalen Gestaltung des Getriebes für den jeweiligen Anwendungsfall zur Verfügung. Als Verstellweg des Koppelgetriebes entsprechend Anspruch 11 wird jede von außen eingeleitete Lageänderung der Koppeln (10), (11) und (12) verstanden, die letztlich mit einem entsprechenden Über¬ setzungsverhältnis die angetriebene gegenüber der antreibenden Nockenwelle verstellt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Verstellweg und damit die Lageänderung beispielsweise als Drehbewegung um den gehäuse¬ festen Lagerpunkt (Pl) der Koppel (10) durch einen im Punkt (P5) an einer Verlängerung der besagten Koppel angreifenden Stellmechanismus eingeleitet werden. Ebenso möglich ist eine an den beiden anderen Koppeln eingeleitete Verstellung. Für die Verstellung selbst eignen sich unterschiedliche Aktuato- ren, wie beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch betätigte Linear-Stellzylinder oder elektrisch betätigte Gleich¬ strommotoren mit entsprechend angepaßtem Getriebe. Die Sensi- tivität des Verdrehwinkels auf die eingeleitete Lageänderung

des Koppelgetriebes kann durch den Abstand zwischen dem An- lenkpunkt (P5) und den gehäusefesten Drehpunkten (Pl) und (P2) der Koppeln (10) und (12) beeinflußt werden (größerer Abstand ergibt geringere Sensitivität und umgekehrt). Neben dem Ver¬ stellweg des Koppelgetriebes ist auch das Übersetzungsver¬ hältnis zwischen An- und Abtriebsrad (6) und (7) auf der einen Seite und den Zwischenrädern (8) und (9) auf der anderen Seite für die Größe des resultierenden Verdrehwinkels entscheidend. So bewirkt eine Vergrößerung der wirksamen Durchmesser der Zwischenräder (8) und (9) gegenüber dem antreibenden und dem angetriebenen Rad eine Vergrößerung des Verdrehwinkels der zu verdrehenden Nockenwelle (2) bei gleichem Verstellweg des Kop¬ pelgetriebes; eine Verkleinerung der Durchmesser der Zwischenräder verringert die Empfindlichkeit der Nockenwel¬ lenverdrehung und damit der Steuerzeitenänderung. Ein weiterer Parameter bietet die Stellung (Winkellage) der Koppeln zuein¬ ander, die letztlich durch die Durchmesser der vier miteinan¬ der in Kontakt stehenden Getrieberäder und dem Abstand der an¬ treibenden Nockenwelle zur angetriebenen Nockenwelle bestimmt sind. Ein entsprechend Anspruch 12 als Parallelogramm ausge¬ führtes Kurbelgetriebe ergibt eine lineare Abhängigkeit des Verdrehwinkels der zu verdrehenden Nockenwelle (2) vom einge¬ leiteten Verstellweg, so daß der Verdrehwinkel bei jeder Stel¬ lung des Koppelgetriebes ein konstantes Vielfaches des einge¬ leiteten Verdrehwinkels um den Punkt (Pl) ist. Sobald das Kur¬ belgetriebe gemäß Anspruch 13 von der Form eines Parallelo¬ gramms abweicht, kann eine mehr oder weniger ausgeprägte nicht linerare Abhängigkeit zwischen Verdrehwinkel der zu ver¬ drehenden Nockenwelle (2) und der eingeleiteten Lageänderung erzielt werden. Dies kann sowohl durch Durchmesserdifferenzen zwischen den Zwischenrädern (8) und (9) einerseits und den An- und Abtriebsrädern (6) und (7) andererseits als auch durch den Abstand der Drehachsen (Pl) und (P2) voneinander erreicht werden. Während An- und Abtriebsräder unter der Voraussetzung gleicher Drehzahlen beider miteinander in Kontakt stehender Steuerwellen in jedem Fall gleiche Durchmesser aufweisen müs¬ sen, können die beiden Zwischenräder durchaus mit unter-

sen, können die beiden Zwischenräder durchaus mit unter¬ schiedlich wirksamen Eingriffsradien ausgeführt sein.

Eine Ausführung des Koppelgetriebes entsprechend Anspruch 13 läßt insbesondere im Bereich einer gestreckten Lage zweier be¬ nachbarter Koppeln, z.B. bei einem von den Koppeln (11) und (12) eingeschlossenen Winkel zwischen 150 und 180 ° , sehr große Verdrehwinkel bei nur kleinen eingeleiteten Lageände¬ rungen z.B. der Koppel (10) zu.

Bei einer überdeckenden Ausführung der mit der Nockenwelle fest verbundenen Getrieberäder 13 und 14 gemäß Fig. 3 und An¬ spruch 14 sind die Vorteile einer platzsparenden, eng neben¬ einander liegenden Anordnung der Nockenwellen verbunden mit einer Verringerung der an den Zahnflanken angreifenden Kräften durch Vergrößerung der den Nockenwellen zugeordneten Getrie¬ beräder (13) und (14). Für eine derartige Bauweise des Verstellgetriebes ist es daüber hinaus vorteilhaft, gemäß den Ansprüchen 15 und 16 eines der beiden überschneidenden Getrieberäder (13) oder (14) zweiteilig auszuführen und symmetrisch zum anderen Wellenrad anzuordnen, so daß sowohl dieses einteilige Wellenrad als auch das ihm zugeordnete Zwischenrad (15) oder (16) beim Verstellvorgang in das zweiteilig ausgeführte Stirnrad eintauchen können. Hierdurch können unerwünschte Momente senkrecht zu den Drehachsen bei überschneidender Bauweise vermieden werden.

Infolge der Wechselmomente, resultierend aus den Anregungen des Ventiltriebs, kann es in einem als Zahnradgetriebe ausge¬ führten Koppelgetriebe der genannten Bauart zu Anlagewechseln kommen, die letztlich zu erhöhten Geräuschanregungen (Zahnradrasseln) bis hin zu Schäden an den Zahnradpaarungen führen. Deshalb kann es zweckmäßig sein, durch zusätzliche Maßnahmen entsprechend den Ansprüchen 17 bis 19 derartige Anlagewechsel zu vermeiden. Dies ist bei schrägverzahnten Zahnrädern dadurch möglich, daß zumindest eines der Zahnräder axial geteilt und gegenüber den Zahnflanken des mit ihm kam-

hälf en verspannt wird (Anspruch 17). Die Verspannung kann beispielsweise mechanisch mittels Federn oder auch hydraulisch erfolgen.

Eine Verspannung des Verstellgetriebes kann aber auch ent¬ sprechend den Ansprüchen 18 und 19 über ein zusätzliches Ge¬ triebe mit Reibschluß erfolgen, welches die antreibende und die zu verdrehende, anzutreibende Nockenwelle über eine Rä¬ derpaarung mit unterschiedlich wirksamen Durchmessern mitein¬ ander verbindet. Eine derartige geringfügige Durchmesserdiffe¬ renz erzeugt ein gerichtetes Moment, welches den vom Ventil¬ trieb übertragenen Wechselmomenten überlagert wird und so als resultierendes schwellendes Moment ohne Nulldurchgang einen Anlagewechsel im Koppelgetriebe verhindert. Dieses zusätzliche Getriebe kann beispielsweise entweder als Reibradpaarung (Abspruch 18) oder als Zahnradgetriebe mit Reibschluß an ge¬ eigneter Stelle (Anspruch 19) ausgeführt sein. In Fig. 4 ist eine Möglichkeit zur Verspannung des Verstellgetriebes über eine Reibradpaarung dargestellt. Zusätzlich zu dem Antrieb der zweiten Nockenwelle über das 4-rädrige Koppelgetriebe stehen die beiden Wellen (17) und (18) über zwei fest mit ihnen ver¬ bundene Reibräder (19) und (20) in Kontakt. Dabei sind die beiden Reibräder (19) und (20) mit geringfügig unterschied¬ lichen Durchmessern ausgeführt, sodaß sich ein bremmsendes oder vordrehendes Moment zwischen antreibender und angetrie¬ bener Nockenwelle ergibt, was letzlich zu einer Verspannung des Verstellgetriebes führt und Anlagewechsel an den Zahn¬ flanken verhindert.

Fig. 12 beschreibt eine Möglichkeit, über eine zusätzliche Zahnradpaarung (37) und (38) ein vortreibendes oder bremsendes Moment zu erzeugen und damit einem Anlagewechsel im Koppelge¬ triebe entgegenzuwirken. Beispielhaft wird in Fig. 12 Nocken¬ welle (1) über das Rad (42) von der Kurbelwelle angetrieben. Auf der Nockenwelle (1) ist zusätzlich das Antriebsrad (6) des Koppelgetriebes befestigt, welches über die Zwischenräder (43) und (44) das formschlüssig mit Nockenwelle (2) verbundene Ab-

triebsrad (7) gegensinnig antreibt. Außerdem dargestellt in Fig. 12 sind die beiden die Zwischenräder tragende Koppeln (10) und (12) sowie die verbindende Koppel (45). Die beiden zusätzlich miteinander kämmenden Zahnräder (37) und (38) wei¬ sen geringfügig unterschiedliche Zähnezahlen auf, wodurch zwischen beiden Zahnrädern eine Drehzahldifferenz erzeugt wird. Da das Zahnrad (37) formschlüssig mit Nockenwelle (1) verbunden ist, muß die Drehzahldifferenz durch eine reib¬ schlüssige Verbindung auf der Nockenwelle (2) ausgeglichen werden. Dies geschieht im dargestellten Beispiel dadurch, daß das Zahnrad (38) mittels einer definierten Kraft, beispiels¬ weise mittels einer Feder (39), welche als Tellerfeder ausge¬ führt sein kann, gegen einen formschlüssig auf der Nockenwelle (2) sitzenden Bund verspannt wird, so daß an den Kontaktstelle (40) eine Relativbewegung zwischen Nockenwelle (2) und Zahnrad (38) ermöglicht wird.

Da mit Hilfe des kennzeichnenden Koppelgetriebes lediglich eine der beiden Nockenwellen der im Oberbegriff beschriebenen Vorrichtung zur variablen Steuerung von Ventilen einer Brenn¬ kraftmaschinen relativ zur Kurbelwelle verdreht werden kann, kann es sinnvoll und zweckmäßig sein, mittels einer zusätz¬ lichen Vorrichtung auch die zweite Nockenwelle innerhalb sinn¬ voller Grenzen gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen. Da¬ durch bietet sich beispielsweise die Möglichkeit, neben den Schließtzeiten des oder der Ventile zur drosselfreien Last¬ steuerung auch die Öffnet-Steuerzeiten zu verändern und damit den Restgasanteil am Frischgemisch den jeweiligen Betriebsbe¬ dingungen entsprechend anzupassen. Eine mögliche Ausgestaltung eines derartigen zusätzlichen Verstellsystems ist in Anspruch 20 beschrieben. Fig. 5 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Verstellmechanismus in Kombination mit einem zusätzlichen Phasenversteller. Die Koppel (10) ist Teil des Kop¬ pelgetriebes, das durch einen Aktuator rotatorisch gegenüber dem Gestell (27) verstellt werden kann, und so eine Verdrehung der zweiten, anzutreibenden Nockenwelle bewirkt. Dabei wird eine Axialnockenscheibe (21) durch eine formschlüssige Ver-

bindung mit der Koppel (10), beispielsweise durch die Stifte (28) rotatorisch mitgedreht. Die Axialnockenscheibe (21) tastet dabei die gestellfesten Axialscheibengegenstücke (29) ab, wodurch sich eine axiale Bewegung der Axialnockenscheibe (21) ergibt. Diese Bewegung wird über den Kontaktpunkt (30) auf die innen und/oder außen gegensinnig schrägverzahnte Mit¬ nehmerhülse (22) übertragen. Die Feder (31) sichert dabei den Kraftschluß in Punkt (30) und übernimmt die Rückstellung der Mitnehmerhülse (22) in eine Endlage. Die Mitnehmerhülse (22) stellt die formschlüssige Verbindung zwischen den direkt oder indirekt von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrädern (25) und (26) und der vom Koppelgetriebe anzutreibenden Nockenwelle (23) dar. Durch das Zusammenwirken der Schrägverzahnungen zwischen Mitnehmerhülse (22) und Antriebselement (24) sowie der Nockenwelle (23) wird eine Relativverstellung zwischen dem Antriebselement (24), das mit den Antriebsrädern (25) und (26) fest verbunden ist, und der Nockenwelle (23) erreicht. Die Axialnockenfunktion der Axialnockenscheibe (21) bzw. des Gestells (27) kann dabei sowohl vordrehende als auch rückdrehende Relativverstellungen je nach Berdarf insbesondere in Bezug auf den Einlaß-öffnet-Zeitpunkt in Zusammenhang mit dem Einlaß-Schließt-Zeitpunkt realisieren.