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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorbaugruppe mit einer Schiebenockenwelle, wie sie der Art nach im Wesentlichen aus der
DE 10 2011 086 162 A1 bekannt ist.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge weisen typischerweise eine Motorbaugruppe für den Antrieb auf. Die Motorbaugruppe kann einen Verbrennungsmotor umfassen, der einen oder mehrere Zylinder definiert. Zusätzlich kann die Motorbaugruppe Einlassventile zum Steuern einer Einlassladung in die Zylinder und Auslassventile zum Steuern der Strömung von Abgasen aus den Zylindern umfassen. Die Motorbaugruppe kann ferner ein Ventiltriebsystem zum Steuern des Betriebs der Einlass- und Auslassventile umfassen. Das Ventiltriebsystem umfasst eine Nockenwellenbaugruppe zum Bewegen der Einlass- und Auslassventile.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorbaugruppe mit einer Nockenwellenbaugruppe zum Steuern der Bewegung der Einlass- und Auslassventile eines Verbrennungsmotors. Die Nockenwellenbaugruppe umfasst eine Basiswelle, die sich entlang einer Längsachse erstreckt, Nockenpackungen, die an der Basiswelle befestigt sind, und mehrere Aktuatoren, um die Nockenpackungen relativ zu der Basiswelle in axialer Richtung zu bewegen. Die axiale Position der Nockenpackungen kann relativ zu der Basiswelle eingestellt werden, um das Ventilhubprofil der Einlass- und Auslassventile zu verändern. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Ventilhub“ für die maximale Distanz, über die sich ein Einlass- oder Auslassventil von einer geschlossenen Position zu einer offenen Position bewegen kann. Der Begriff „Ventilhubprofil“ bezieht sich hier auf die Bewegung eines Einlass- oder Auslassventils bezogen auf die Winkelposition der Basiswelle.
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Es ist nützlich, das Ventilhubprofil der Einlass- und Auslassventile in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen einzustellen. Um dies auszuführen, können Nockenpackungen, welche die Bewegung der Auslass- und Einlassventile steuern, relativ zu der Basiswelle in axialer Richtung bewegt werden. Aktuatoren, wie beispielsweise Solenoide, können verwendet werden, um die Nockenpackungen relativ zu der Basiswelle in axialer Richtung zu bewegen. Um die Kosten zu minimieren, ist es nützlich, die Anzahl der Aktuatoren zu minimieren, die zum Verschieben der Nockenpackungen der Nockenwellenbaugruppe verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine Motorbaugruppen vorgeschlagen, die sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 auszeichnet.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einiger der besten Weisen und anderer Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, leicht offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs, das eine Motorbaugruppe aufweist;
- 2 ist eine schematische Perspektivansicht einer Nockenwellenbaugruppe der Motorbaugruppe von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine schematische Perspektivansicht eines Abschnitts der Nockenwellenbaugruppe von 2;
- 4 ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts der Nockenwellenbaugruppe sowie zweier Motorzylinder und zeigt die Nockenpackungen der Nockenwelle in einer ersten Position;
- 5 ist eine schematische Seitenansicht eines Tonnennockens der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt nur einen Abschnitt der Bogenlänge einer Steuerrille des Tonnennockens;
- 6 ist eine schematische Seitenansicht eines in 5 gezeigten Tonnennockens und zeigt einen anderen Abschnitt der Bogenlänge einer Steuerrille des Tonnennockens;
- 7 ist eine schematische Seitenansicht der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt einen ersten Stift eines ersten Aktuators, der teilweise in einem ersten Abschnitt der Steuerrille angeordnet ist;
- 8 ist eine schematische Seitenansicht der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt die Nockenpackungen in einer zweiten Position;
- 9 ist eine schematische Seitenansicht der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt einen zweiten Stift des Aktuators, der teilweise in dem ersten Abschnitt der Steuerrille angeordnet ist;
- 10 ist eine schematische Seitenansicht der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt die Nockenpackungen in einer dritten Position;
- 11 ist eine schematische Seitenansicht der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt den zweiten Stift des Aktuators, der teilweise in einem zweiten Abschnitt der Steuerrille angeordnet ist; und
- 12 ist eine schematische Seitenansicht der in 4 gezeigten Nockenwellenbaugruppe und zeigt den ersten Stift des Aktuators, der teilweise in dem zweiten Abschnitt der Steuerrille angeordnet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, stellt 1 ein Fahrzeug 10, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Motorrad, schematisch dar. Das Fahrzeug 10 weist eine Motorbaugruppe 12 auf. Die Motorbaugruppe 12 umfasst einen hier auch nur als Motor bezeichneten Verbrennungsmotor 14 und ein Steuermodul 16, wie beispielsweise ein Motorsteuermodul (ECU), das mit dem Verbrennungsmotor 14 in elektronischer Verbindung steht. Die Begriffe „Steuermodul“, „Modul“, „Controller“, „Steuereinheit“, „Prozessor“ und ähnliche Begriffe stehen für eine beliebige oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. „Software“, „Firmware“, „Programme“, „Anweisungen“, „Routinen“, „Code“, „Algorithmen“ und ähnliche Begriffe stehen für beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul 16 kann einen Satz von Steuerroutinen aufweisen, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Routinen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Routinen können basierend auf Ereignissen oder in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden.
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Der Verbrennungsmotor 14 weist einen Motorblock 18 auf, der mehrere Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D definiert. Mit anderen Worten weist der Motorblock 18 einen ersten Zylinder 20A, einen zweiten Zylinder 20B, einen dritten Zylinder 20C und einen vierten Zylinder 20D auf. Obgleich 1 vier Zylinder schematisch darstellt, kann der Verbrennungsmotor 14 mehr oder weniger Zylinder aufweisen. Die Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D sind voneinander beabstandet, sie können jedoch im Wesentlichen entlang einer Motorachse E ausgerichtet sein. Jeder der Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D ist ausgebildet, geformt und bemessen, um einen Kolben (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Kolben sind ausgebildet, um in den Zylindern 20A, 20B, 20C und 20D eine Hubbewegung auszuführen. Jeder Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D definiert eine entsprechende Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C, 22D. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 14 wird ein Luft/Kraftstoff-Gemisch im Innern der Verbrennungskammern 22A, 22B, 22C und 22D verbrannt, um die Kolben in der Art einer Hubbewegung anzutreiben. Die Hubbewegung der Kolben treibt eine Kurbelwelle an (nicht gezeigt), die mit Rädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 funktional verbunden ist. Die Drehung der Kurbelwelle kann bewirken, dass sich die Räder drehen, wodurch das Fahrzeug 10 angetrieben wird.
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Um das Fahrzeug 10 anzutreiben, sollte ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in die Verbrennungskammern 22A, 22B, 22C und 22D eingeleitet werden. Um dies auszuführen, weist der Verbrennungsmotor 14 mehrere Einlasskanäle 24 auf, die mit einem Einlasskrümmer (nicht gezeigt) fluidtechnisch gekoppelt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Verbrennungsmotor 14 zwei Einlasskanäle 24 in fluidtechnischer Verbindung mit einer jeweiligen Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C und 22D auf.
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Der Verbrennungsmotor 14 weist ferner mehrere Einlassventile 26 auf, die ausgebildet sind, um die Strömung einer Einlassladung durch die Einlasskanäle 24 zu steuern. Die Anzahl der Einlassventile 26 entspricht der Anzahl der Einlasskanäle 24. Jedes Einlassventil 26 ist zumindest teilweise in einem entsprechenden Einlasskanal 24 angeordnet. Insbesondere ist jedes Einlassventil 26 ausgebildet, um sich entlang des entsprechenden Einlasskanals 24 zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen. In der offenen Position ermöglicht das Einlassventil 26, dass die Einlassladung über den entsprechenden Einlasskanal 24 in eine entsprechende Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D eintritt. Umgekehrt verhindert das Einlassventil 26 in der geschlossenen Position, dass die Einlassladung über den Einlasskanal 24 in die entsprechende Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D eintritt.
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Wie vorstehend diskutiert wurde, kann der Verbrennungsmotor 14 das Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennen, sobald das Luft/Kraftstoff-Gemisch in die Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D eintritt. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 14 das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D unter Verwendung eines Zündungssystems (nicht gezeigt) verbrennen. Diese Verbrennung erzeugt Abgase. Um diese Abgase abzustoßen, definiert der Verbrennungsmotor 14 mehrere Auslasskanäle 28. Die Auslasskanäle 28 stehen mit den Verbrennungskammern 22A, 22B, 22C oder 22D in fluidtechnischer Verbindung. Bei der dargestellten Ausführungsform stehen zwei Auslasskanäle 28 mit einer jeweiligen Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D in fluidtechnischer Verbindung.
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Der Verbrennungsmotor 14 weist ferner mehrere Auslassventile 30 in fluidtechnischer Verbindung mit den Verbrennungskammern 22A, 22B, 22C oder 22D auf. Jedes Auslassventil 30 ist zumindest teilweise in einem entsprechenden Auslasskanal 28 angeordnet. Insbesondere ist jedes Auslassventil 30 ausgebildet, um sich entlang des entsprechenden Auslasskanals 28 zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen. In der offenen Position ermöglicht das Auslassventil 30, dass Abgase über den entsprechenden Auslasskanal 28 aus der entsprechenden Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D entweichen. Das Fahrzeug 10 kann ein Auslasssystem (nicht gezeigt) aufweisen, das ausgebildet ist, um Abgase aus dem Verbrennungsmotor 14 aufzunehmen und zu behandeln. In der geschlossenen Position verhindert das Auslassventil 30, dass Abgase über die entsprechend Auslassöffnung 28 aus der entsprechenden Verbrennungskammer 22A, 22B, 22C oder 22D austreten.
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Wie nachstehend im Detail diskutiert wird, können das Einlassventil 26 und das Auslassventil 30 allgemein als Motorventile 66 (7) oder einfach als Ventile bezeichnet werden. Jedes Ventil 66 (7) ist funktional mit einem Zylinder 20A, 20B, 20C oder 20D gekoppelt oder diesem zugeordnet. Dementsprechend sind die Ventile 66 (7) ausgebildet, um eine Fluidströmung (d.h. ein Luft/KraftstoffGemisch für die Einlassventile 26 und Abgas für das Auslassventil 30) für die jeweiligen Zylinder 20A, 20B, 20C oder 20D zu steuern. Die Ventile 66, die funktional mit dem ersten Zylinder 20A gekoppelt sind, können als erste Ventile bezeichnet werden. Die Ventile 66, die mit dem zweiten Zylinder 20B funktional gekoppelt sind, können als zweite Ventile bezeichnet werden. Die Ventile 66, die mit dem dritten Zylinder 20C funktional gekoppelt sind, können als dritte Ventile bezeichnet werden. Die Ventile 66, die mit dem vierten Zylinder 20D funktional gekoppelt sind, können als vierte Ventile bezeichnet werden.
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Die Motorbaugruppe 12 umfasst ferner ein Ventiltriebsystem 32, das ausgebildet ist, um den Betrieb der Einlassventile 26 und der Auslassventile 30 zu steuern. Speziell kann das Ventiltriebsystem 32 die Einlassventile 26 und die Auslassventile 30 zumindest teilweise basierend auf den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 14 (z.B. der Motordrehzahl) zwischen den offenen und geschlossenen Positionen bewegen. Das Ventiltriebsystem 32 umfasst eine oder mehrere Nockenwellenbaugruppen 33, die im Wesentlichen parallel zu der Motorachse E verlaufen. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Ventiltriebsystem 32 zwei Nockenwellenbaugruppen 33. Eine Nockenwellenbaugruppe 33 ist ausgebildet, um den Betrieb der Einlassventile 26 zu steuern, und die andere Nockenwellenbaugruppe 33 kann den Betrieb der Auslassventile 30 steuern. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass das Ventiltriebsystem 32 mehr oder weniger Nockenwellenbaugruppen 33 umfassen kann.
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Zusätzlich zu den Nockenwellenbaugruppen 33 umfasst das Ventiltriebsystem 32 mehrere Aktuatoren 34A, 34B, 34C, 34D, beispielsweise Solenoide, die mit dem Steuermodul 16 in Verbindung stehen. Die Aktuatoren 34A, 34B können elektronisch mit dem Steuermodul 16 verbunden sein und daher mit dem Steuermodul 16 in elektronischer Verbindung stehen. Das Steuermodul 16 kann Teil des Ventiltriebsystems 32 sein. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst das Ventiltriebsystem 32 einen ersten, zweiten, dritten und vierten Aktuator 34A, 34B, 34C und 34D. Der erste Aktuator 34A ist dem ersten und dem zweiten Zylinder 20A, 20B funktional zugeordnet und kann betätigt werden, um den Betrieb der Einlassventile 26 des ersten und des zweiten Zylinders 20A und 20B zu steuern. Der zweite Aktuator 34B ist dem dritten und dem vierten Zylinder 20C und 20D funktional zugeordnet und kann betätigt werden, um den Betrieb der Einlassventile 26 des dritten und des vierten Zylinders 20C und 20D zu steuern. Der dritte Aktuator 34C ist dem ersten und dem zweiten Zylinder 20A, 20B funktional zugeordnet und kann betätigt werden, um den Betrieb der Auslassventile 30 des ersten und des zweiten Zylinders 20A und 20B zu steuern. Der vierte Aktuator 34D ist dem dritten und dem vierten Zylinder 20C und 20D funktional zugeordnet und kann betätigt werden, um den Betrieb der Auslassventile 30 des dritten und des vierten Zylinders 20C und 20D zu steuern. Die Aktuatoren 34A, 34B, 34C und 34D sowie das Steuermodul 16 können als Teil der Nockenwellenbaugruppe 33 angesehen werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Ventiltriebsystem 32 die Nockenwellenbaugruppe 33 und die Aktuatoren 34A, 34B, wie vorstehend diskutiert wurde. Die Nockenwellenbaugruppe 33 umfasst eine Basiswelle 35 und erstreckt sich entlang einer Längsachse X. Somit erstreckt sich die Basiswelle 35 entlang der Längsachse X. Die Basiswelle 35 kann auch als die Trägerwelle bezeichnet werden und weist einen ersten Wellenendabschnitt 36 sowie einen zweiten Wellenendabschnitt 38 entgegengesetzt zu dem ersten Wellenendabschnitt 36 auf.
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Darüber hinaus umfasst die Nockenwellenbaugruppe 33 eine Kopplungseinrichtung 40, die mit dem ersten Wellenendabschnitt 36 der Basiswelle 35 verbunden ist. Die Kopplungseinrichtung 40 kann verwendet werden, um die Basiswelle 35 funktional mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 14 zu koppeln. Die Kurbelwelle des Motors 14 kann die Basiswelle 35 antreiben. Dementsprechend kann sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X drehen, wenn sie beispielsweise durch die Kurbelwelle des Motors 14 angetrieben wird. Die Drehung der Basiswelle 35 bewirkt, dass sich die gesamte Nockenwellenbaugruppe 33 um die Längsachse X dreht. Die Basiswelle 35 ist daher mit dem Verbrennungsmotor 14 funktional gekoppelt.
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Die Nockenwellenbaugruppe 33 kann zusätzlich ein oder mehrere Lager 42 umfassen, wie beispielsweise Lager für Lagerzapfen, welche mit einer feststehenden Struktur gekoppelt sind, beispielsweise mit dem Motorblock 18. Die Lager 42 sind entlang der Längsachse X voneinander beabstandet. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Nockenwellenbaugruppe 33 vier Lager 42. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Nockenwellenbaugruppe 33 mehr oder weniger Lager 42 aufweisen kann. Zumindest ein Lager 42 kann sich an dem zweiten Wellenendabschnitt 38 befinden.
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Die Nockenwellenbaugruppe 33 umfasst ferner eine oder mehrere axial bewegliche Strukturen 44, die an der Basiswelle 35 befestigt sind. Die axial beweglichen Strukturen 44 können auch als Nockenpackungsbaugruppen bezeichnet werden. Die axial beweglichen Strukturen 44 sind ausgebildet, um sich in axialer Richtung relativ zu der Basiswelle 35 entlang der Längsachse X zu bewegen. Die axial beweglichen Strukturen 44 sind jedoch drehfest an der Basiswelle 35 angebracht. Folglich drehen sich die axial beweglichen Strukturen 44 synchron mit der Basiswelle 35. Die Basiswelle 35 kann ein Profilmerkmal 48 aufweisen, um die Winkelausrichtung der axial beweglichen Strukturen 44 bezüglich der Basiswelle 35 aufrecht zu erhalten und um ebenso ein Antriebsdrehmoment zwischen der Basiswelle 35 und den axial beweglichen Strukturen 44 zu übertragen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Nockenwellenbaugruppe 33 zwei axial bewegliche Strukturen 44. Es wird dennoch in Betracht gezogen, dass die Nockenwellenbaugruppe 33 mehr oder weniger axial bewegliche Strukturen 44 aufweisen kann. Unabhängig von der Anzahl sind die axial beweglichen Strukturen 44 entlang der Längsachse X voneinander axial beabstandet. Die axial beweglichen Strukturen 44 können auch als Gleitelemente bezeichnet werden, da diese Elemente an der Basiswelle 35 entlanggleiten können.
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Unter spezieller Bezugnahme auf 3 umfasst jede axial bewegliche Struktur 44 eine erste Nockenpackung 46A, eine zweite Nockenpackung 46B, eine dritte Nockenpackung 46C und eine vierte Nockenpackung 46D, die miteinander gekoppelt sind. Die erste, zweite, dritte und vierte Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D können auch als Exzenterpackungen bezeichnet werden. Zusätzlich weist jede axial bewegliche Struktur 44 lediglich einen einzelnen Tonnennocken 56 auf. Jeder Tonnennocken 56 definiert eine Steuerrille 60. Jede axial bewegliche Struktur 44 kann eine monolithische Struktur sein. Dementsprechend können sich die erste, zweite, dritte und vierte Nockenpackung 46A, 46B, 46C derselben axial beweglichen Struktur 44 simultan relativ zu der Basiswelle 35 bewegen. Die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C sind trotzdem drehfest an der Basiswelle 35 angebracht.
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Folglich können sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D synchron mit der Basiswelle 35 drehen.
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Die erste, zweite, dritte und vierte Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D umfassen jeweils lediglich eine Gruppe von Nocken 50. Der Tonnennocken 56 ist zwischen der dritten und vierten Nockenpackung 46C, 46D angeordnet. Jede axial bewegliche Struktur 44 umfasst lediglich einen Tonnennocken 56.
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Der Tonnennocken 56 ist in axialer Richtung zwischen der dritten und vierten Nockenpackung 46C, 46D angeordnet. Die zwei Gruppen von Nocken 50 der dritten und vierten Nockenpackung 46C, 46D sind in axialer Richtung voneinander beabstandet. Jede axial bewegliche Struktur 44 weist lediglich einen Tonnennocken 56 auf.
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Jede Gruppe von Nocken 50 umfasst einen ersten Nocken 54A, einen zweiten Nocken 54B und einen dritten Nocken 54C. Es wird in Betracht gezogen, dass jede Gruppe von Nocken 50 mehr Nocken umfassen kann. Die Nocken 54A, 54B, 54C weisen eine typische Nockenform mit einem Profil auf, das in drei diskreten Stufen unterschiedliche Ventilhübe definiert. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein Nockenprofil kreisförmig sein (z.B. ein Profil ohne Hub), um ein Ventil zu deaktivieren (z.B. das Einlass- und das Auslassventil 26, 30). Die Nocken 54A, 54B, 54C können unterschiedliche Nockenhöhen aufweisen, wie nachstehend im Detail diskutiert wird.
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Der Tonnennocken 56 weist einen Tonnennockenkörper 58 auf und definiert eine Steuerrille 60, die sich in den Tonnennockenkörper 58 hinein erstreckt. Die Steuerrille 60 ist entlang zumindest eines Abschnitts des Umfangs des entsprechenden Tonnennockenkörpers 58 ausgedehnt. Somit ist die Steuerrille 60 am Umfang entlang des entsprechenden Tonnennockenkörpers 58 angeordnet. Ferner ist die Steuerrille 60 ausgebildet, geformt und bemessen, um mit einem der Aktuatoren 34A, 34B in Wechselwirkung zu stehen. Wie nachstehend im Detail diskutiert wird, bewirkt die Wechselwirkung mit dem Aktuator 34A, 34B, dass sich die axial bewegliche Struktur 44 (und dadurch die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D) relativ zu der Basiswelle 35 in axialer Richtung bewegt.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 weist jeder Aktuator 34A, 34B einen Aktuatorkörper 62A, 62B sowie einen ersten und einen zweiten Stift 64A, 64B auf, die beweglich mit dem Aktuatorkörper 62A, 62B gekoppelt sind. Der erste und der zweite Stift 64A, 64B jedes Aktuators 34A, 34B sind axial voneinander beabstandet und können sich unabhängig voneinander bewegen. Speziell kann sich jeder von dem ersten und dem zweiten Stift 64A, 64B relativ zu dem entsprechenden Aktuatorkörper 62A, 62B in Ansprechen auf eine Eingabe oder einen Befehl von dem Steuermodul 16 (1) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgefahrenen Position bewegen. In der zurückgezogenen Position ist der erste oder zweite Stift 64A oder 64B nicht in der Steuerrille 60 angeordnet. Umgekehrt kann der erste oder der zweite Stift 64A oder 64B in der ausgefahrenen Position zumindest teilweise in der Steuerrille 60 angeordnet sein. Dementsprechend können sich der erste und der zweite Stift 64A, 64B in Ansprechen auf eine Eingabe oder einen Befehl von dem Steuermodul 16 (1) in Richtung der Steuerrille 60 des Tonnennockens 56 und von dieser weg bewegen. Somit können sich der erste und der zweite Stift 64A, 64B jedes Aktuators 34A, 34B relativ zu einem entsprechenden Tonnennocken 56 in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse X bewegen.
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Unter Bezugnahme auf 4 umfasst die Nockenwellenbaugruppe 33 zumindest eine axial bewegliche Struktur 44. Obgleich 4 lediglich eine axial bewegliche Struktur 44 zeigt, wird in Betracht gezogen, dass die Nockenwellenbaugruppe 33 mehr axial bewegliche Strukturen umfasst. Die erste und die zweite Nockenpackung 46A, 46B sind funktional einem Zylinder 20A des Motors 14 (1) zugeordnet, während die dritte Nockenpackung 46C funktional einem anderen Zylinder 20B des Motors 14 zugeordnet ist. Unabhängig von der Anzahl der Nockenpackungen kann jede axial bewegliche Struktur lediglich einen einzigen Tonnennocken 56 aufweisen. Dementsprechend kann die Nockenwellenbaugruppe 33 lediglich einen Tonnennocken 56 für jeweils zwei Zylinder 20A, 20B umfassen. Da der Tonnennocken 56 mit einem Aktuator 34A wechselwirkt, um die axial bewegliche Struktur 44 relativ zu der Basiswelle 35 zu bewegen, kann die Nockenwellenbaugruppe 33 lediglich einen einzigen Aktuator 34A (oder 34B) für jeweils zwei Zylinder 20A, 20C umfassen. Mit anderen Worten kann die Nockenwellenbaugruppe 33 einen einzigen Aktuator 34A für jeweils zwei Zylinder 20A, 20B umfassen. Es ist nützlich, dass lediglich ein Tonnennocken 56 und nur ein Aktuator 34A für jeweils zwei Zylinder 20A, 20B vorhanden sind, um die Herstellungskosten zu minimieren. Es ist auch nützlich, dass lediglich ein Tonnennocken 56 in jeder axial beweglichen Struktur 44 vorhanden ist, um die Herstellungskosten zu minimieren.
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Wie vorstehend diskutiert wurde, umfassen die erste, zweite, dritte und vierte Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D jeweils eine Gruppe von Nocken 50. Jede Gruppe von Nocken 50, 52 umfasst einen ersten Nocken 54A, einen zweiten Nocken 54B und einen dritten Nocken 54C. Der erste Nocken 54A kann eine erste maximale Nockenhöhe H1 aufweisen. Der zweite Nocken 54B weist eine zweite maximale Nockenhöhe H2 auf. Der dritte Nocken 54C weist eine dritte maximale Nockenhöhe H3 auf. Die erste, die zweite und die dritte maximale Nockenhöhe H1, H2, H3 können voneinander verschieden sein. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform weisen der erste, zweite und dritte Nocken 54A, 54B, 54C der ersten und der zweiten Nockenpackung 46A, 46B unterschiedliche maximale Nockenhöhen auf, der erste und der zweite Nocken 54A, 54B der dritten Nockenpackung 46C weisen jedoch die gleiche maximale Nockenhöhe auf. Mit anderen Worten kann die erste maximale Nockenhöhe H1 gleich der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 sein. Alternativ kann die erste maximale Nockenhöhe H1 von der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 verschieden sein. Die maximalen Nockenhöhen der Nocken 54A, 54B, 54C entsprechen dem Ventilhub der Einlass- und der Auslassventile 26, 30. Die Nockenwellenbaugruppe 33 kann den Ventilhub der Einlass- und der Auslassventile 26, 30 einstellen, indem die axiale Position der Nocken 54A, 54C, 54D relativ zu der Basiswelle 35 eingestellt wird. Dies kann ein Nockenprofil ohne Hub umfassen, falls dies gewünscht ist. Die Nocken 54A, 54B, 54C jeder Gruppe von Nocken 50 sind an verschiedenen axialen Positionen entlang der Längsachse X angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf 4 - 5 kann sich die Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D relativ zu der Basiswelle 35 zwischen einer ersten Position (4), einer zweiten Position (8) und einer dritten Position (10) bewegen. Um dies auszuführen, kann der Tonnennocken 56 physikalisch mit dem Aktuator 34 wechselwirken. Wie vorstehend diskutiert wurde, weist der Tonnennocken 56 einen Tonnennockenkörper 58 auf und definiert eine Steuerrille 60, die sich in den Tonnennockenkörper 58 hinein erstreckt. Die Steuerrille 60 erstreckt sich entlang zumindest eines Abschnitts des Umfangs des jeweiligen Tonnennockenkörpers 58.
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5 stellt schematisch einen ersten Abschnitt 61 A der Steuerrille 60 dar, wodurch nur ein Teil der Bogenlänge der Steuerrille 60 des ersten Tonnennockens 56 gezeigt wird. Der erste Abschnitt 61A der Steuerrille 60 umfasst einen ersten Rillenabschnitt 68A, einen zweiten Rillenabschnitt 70A und einen dritten Rillenabschnitt 72A, der zwischen dem ersten Rillenabschnitt 68A und dem zweiten Rillenabschnitt 70A angeordnet ist. Der erste Rillenabschnitt 68A ist von dem zweiten Rillenabschnitt 70A axial beabstandet und verläuft im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse X. Der zweite Rillenabschnitt 72A verläuft ebenso im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse X. Der dritte Rillenabschnitt 72A verbindet den ersten Rillenabschnitt 68A und den zweiten Rillenabschnitt 70A und ist relativ zu der Längsachse X schräg abgewinkelt. Speziell definiert der dritte Rillenabschnitt 72A einen ersten schiefen Winkel 74A relativ zu der Längsachse X. Während des Betriebs der Nockenwellenbaugruppe 33 können sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C relativ zu der Basiswelle 35A in axialer Richtung bewegen, wenn einer der Aktuatorstifte 64A, 64B in dem dritten Rillenabschnitt 72A angeordnet ist und sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht. Die Form der Steuerrille 72A und 72B ist als ein einfaches schräges Profil dargestellt; die Form der Steuerrillen 72A und 72B kann jedoch auch profiliert sein, wie es erforderlich ist, um die axiale Bewegung der Nockenpackungen 46A, 46B, 46C zu steuern. Die Form der Steuerrille 60 definiert die Geschwindigkeit und die Kraft, die der axialen Bewegung der Nockenpackungen 46A, 46B, 46C zugeordnet sind. Nach der Bewegung der Nockenpackungen 46A, 46B, 46C können die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C durch ein Arretierungsmerkmal bezogen auf die Basiswelle 35 in einer festen axialen Position gehalten werden. Speziell weist die Basiswelle 35 ein Arretierungsmerkmal auf (z.B. einen Kugel und eine Feder, die in einer Rille laufen), welches verwendet wird, um die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C relativ zu der Basiswelle 35 in einer festen axialen Position zu halten, wenn sich keiner der Aktuatorstifte 64A ,64B in der ausgefahrenen Position befindet.
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6 stellt einen zweiten Abschnitt 61B der Steuerrille 60 schematisch dar, wodurch nur ein Teil der Bogenlänge der Steuerrille 60 des Tonnennockens 56 gezeigt wird. Der zweite Abschnitt 61 B umfasst einen ersten Rillenabschnitt 68B, einen zweiten Rillenabschnitt 70B und einen dritten Rillenabschnitt 72B, der zwischen dem ersten Rillenabschnitt 68B und dem zweiten Rillenabschnitt 70B angeordnet ist. Der erste Rillenabschnitt 68B ist von dem zweiten Rillenabschnitt 70B axial beabstandet und verläuft im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse X. Der zweite Rillenabschnitt 72B verläuft ebenso im Wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse X. Der dritte Rillenabschnitt 72B verbindet den ersten Rillenabschnitt 68B und den zweiten Rillenabschnitt 70B und ist relativ zu der Längsachse X schräg abgewinkelt. Speziell definiert der dritte Rillenabschnitt 72B einen zweiten schiefen Winkel 74B relativ zu der Längsachse X. Der erste und der zweite schiefe Winkel 74A, 74B sind Supplementwinkel. Beispielsweise kann der erste schiefe Winkel 74A kleiner als der zweite schiefe Winkel 74B sein. Während des Betriebs der Nockenwellenbaugruppe 33 können sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C relativ zu der Basiswelle 35 in axialer Richtung bewegen, wenn einer der Aktuatorstifte 64A, 64B in dem dritten Rillenabschnitt 72B angeordnet ist und sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht.
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In 4 befindet sich die axial bewegliche Struktur 44 in einer ersten Position relativ zu der Basiswelle 35. Wenn sich die axial bewegliche Struktur 44 relativ zu der Basiswelle 35 in der ersten Position befindet, befinden sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der ersten Position, und der erste Nocken 54A jeder Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D ist im Wesentlichen mit den Motorventilen 66 ausgerichtet. Die Motorventile 66 repräsentieren die Einlass- oder Auslassventile 26, 30, die vorstehend beschrieben sind. In der ersten Position sind die ersten Nocken 54A funktional mit den Motorventilen 66 gekoppelt. Somit weisen die Motorventile 66 einen Ventilhub auf, welcher der ersten maximalen Nockenhöhe H1 entspricht und welcher hierin als ein erster Ventilhub bezeichnet wird. Mit anderen Worten weisen die Motorventile 66 dann, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der ersten Position befinden, einen ersten Ventilhub auf, welcher der ersten maximalen Nockenhöhe H1 entspricht.
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Während des Betriebs können sich die axial bewegliche Struktur 44 und die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D zwischen einer ersten Position (4), einer zweiten Position (8) und einer dritten Position (10) bewegen, um den Ventilhub der Motorventile 66 einzustellen. Wie vorstehend diskutiert wurde, sind die ersten Nocken 54A in der ersten Position (4) im Wesentlichen mit den Motorventilen 66 ausgerichtet. Die Drehung der Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D bewirkt, dass sich die Motorventile 66 zwischen der offenen und der geschlossenen Position bewegen. Wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der ersten Position (4) befinden, kann der Ventilhub der Motorventile 66 zu der ersten maximalen Nockenhöhe H1 proportional sein.
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Um die axial bewegliche Struktur 44 von der ersten Position (4) zu der zweiten Position (8) zu bewegen, kann das Steuermodul 16 den Aktuator 34A anweisen, seinen ersten Stift 64A von der zurückgezogenen Position zu der ausgefahrenen Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht, wie es in 7 gezeigt ist. In der ausgefahrenen Position ist der erste Stift 64A zumindest teilweise in der Steuerrille 60 angeordnet. Die Steuerrille 60 ist daher ausgebildet, geformt und bemessen, um den ersten Stift 64A aufzunehmen, wenn sich der erste Stift 64A in der ausgefahrenen Position befindet. An diesem Punkt läuft der erste Stift 64A des Aktuators 34A entlang des ersten Abschnitts 61A (5) der Steuerrille 60, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C um die Längsachse X drehen. Wenn der erste Stift 64A entlang des ersten Abschnitts 61A (5) der Steuerrille 60 läuft, bewegen sich die axial bewegliche Struktur 44 und die Nockenpackungen 46A, 46B relativ zu der Basiswelle 35 axial in einer ersten Richtung F von der ersten Position (4) zu der zweiten Position (8). Da die Steuerrille 60 eine variierende Tiefe aufweist, kann der erste Stift 64A des Aktuators 34A mechanisch in seine zurückgezogene Position bewegt werden, wenn der erste Stift 64A entlang der Steuerrille 60 läuft. Alternativ kann das Steuermodul 16 den ersten Aktuator 34A anweisen, den ersten Stift 64A in die zurückgezogene Position zu bewegen.
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In 8 befindet sich die axial bewegliche Struktur 44 relativ zu der Basiswelle 35 in einer zweiten Position. Wenn sich die axial bewegliche Struktur 44 relativ zu der Basiswelle 35 in der zweiten Position befindet, befinden sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der zweiten Position, und der zweite Nocken 54B jeder Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D ist im Wesentlichen mit den Motorventilen 66 ausgerichtet. Die Motorventile 66 repräsentieren die Einlass- oder Auslassventile 26, 30, die vorstehend beschrieben sind. In der zweiten Position sind die zweiten Nocken 54B funktional mit den Motorventilen 66 gekoppelt. Somit weisen die Motorventile 66 einen Ventilhub auf, welcher der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 (4) entspricht und welcher hierin als ein zweiter Ventilhub bezeichnet wird. Mit anderen Worten weisen die Motorventile 66 dann, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der zweiten Position befinden, einen zweiten Ventilhub auf, welcher der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 entspricht.
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Um die axial bewegliche Struktur 44 von der zweiten Position (8) zu der dritten Position (10) zu bewegen, kann das Steuermodul 16 den ersten Aktuator 34A anweisen, dessen zweiten Stift 64B von der zurückgezogenen Position in die ausgefahrene Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht, wie es in 9 gezeigt ist. In der ausgefahrenen Position ist der zweite Stift 64B zumindest teilweise in der Steuerrille 60 positioniert. Die Steuerrille 60 ist daher ausgebildet, geformt und bemessen, um den zweiten Stift 64B aufzunehmen, wenn sich der zweite Stift 64B in der ausgefahrenen Position befindet. An diesem Punkt läuft der zweite Stift 64B des Aktuators 34A entlang des ersten Abschnitts 61A der Steuerrille 60, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D um die Längsachse X drehen. Wenn der zweite Stift 64B entlang des ersten Abschnitts 61A der Steuerrille 60 läuft, bewegen sich die axial bewegliche Struktur 44 und die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D relativ zu der Basiswelle 35 axial in der ersten Richtung F von der zweiten Position (8) zu der dritten Position (10). Da die Steuerrille 60 eine variierende Tiefe aufweist, kann der zweite Stift 64B des Aktuators 34A mechanisch in seine zurückgezogene Position bewegt werden, wenn der zweite Stift 64B entlang der Steuerrille 60 läuft. Alternativ kann das Steuermodul 16 den ersten Aktuator 34A anweisen, den zweiten Stift 64B in die zurückgezogene Position zu bewegen.
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In 10 befindet sich die axial bewegliche Struktur 44 relativ zu der Basiswelle 35 in einer dritten Position. Wenn sich die axial bewegliche Struktur 44 relativ zu der Basiswelle 35 in der dritten Position befindet, befinden sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der dritten Position, und der dritte Nocken 54C jeder Nockenpackung 46A, 46B, 46C, 46D ist im Wesentlichen mit den Motorventilen 66 ausgerichtet. Die Motorventile 66 repräsentieren die Einlass- oder Auslassventile 26, 30, die vorstehend beschrieben sind. In der dritten Position sind die dritten Nocken 54C funktional mit den Motorventilen 66 gekoppelt. Somit weisen die Motorventile 66 einen Ventilhub auf, welcher der dritten maximalen Nockenhöhe H3 (4) entspricht und welcher hierin als ein dritter Ventilhub bezeichnet wird. Mit anderen Worten weisen die Motorventile 66 dann, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D in der dritten Position befinden, einen dritten Ventilhub auf, welcher der dritten maximalen Nockenhöhe H3 entspricht.
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Um die axial bewegliche Struktur 44 von der dritten Position (10) zu der zweiten Position (8) zu bewegen, kann das Steuermodul 16 den Aktuator 34A anweisen, dessen zweiten Stift 64B von der zurückgezogenen Position zu der ausgefahrenen Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht, wie es in 11 gezeigt ist. In der ausgefahrenen Position ist der zweite Stift 64B zumindest teilweise in der Steuerrille 60 positioniert. An diesem Punkt läuft der zweite Stift 64B des Aktuators 34A entlang des zweiten Abschnitts 61 B (6) der Steuerrille 60, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D um die Längsachse X drehen. Wenn der zweite Stift 64B entlang des zweiten Abschnitts 61 B (6) der Steuerrille 60 läuft, bewegen sich die axial bewegliche Struktur 44 und die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C, 46D relativ zu der Basiswelle 35 axial in einer zweiten Richtung R von der dritten Position ( 10) zu der zweiten Position (8). Da die Steuerrille 60 eine variierende Tiefe aufweist, kann der zweite Stift 64B des Aktuators 34A mechanisch in seine zurückgezogene Position bewegt werden, wenn der zweite Stift 64B entlang der Steuerrille 60 läuft. Alternativ kann das Steuermodul 16 den ersten Aktuator 34A anweisen, den zweiten Stift 64B in die zurückgezogene Position zu bewegen.
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Um die axial bewegliche Struktur 44 von der zweiten Position (8) zu der ersten Position (4) zu bewegen, kann das Steuermodul 16 den Aktuator 34A anweisen, dessen ersten Stift 64A von der zurückgezogenen Position zu der ausgefahrenen Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht, wie es in 12 gezeigt ist. In der ausgefahrenen Position ist der erste Stift 64A zumindest teilweise in der Steuerrille 60 positioniert. An diesem Punkt läuft der erste Stift 64A des Aktuators 34A entlang des zweiten Abschnitts 61 B (6) der Steuerrille 60, wenn sich die Nockenpackungen 46A, 46B, 46C um die Längsachse X drehen. Wenn der erste Stift 64A entlang des zweiten Abschnitts 61 B (6) der Steuerrille 60 läuft, bewegen sich die axial bewegliche Struktur 44 und die Nockenpackungen 46A, 46B relativ zu der Basiswelle 35 axial in einer zweiten Richtung R von der zweiten Position (8) zu der ersten Position (4). Da die Steuerrille 60 eine variierende Tiefe aufweist, kann der erste Stift 64A des Aktuators 34A mechanisch in seine zurückgezogene Position bewegt werden, wenn der erste Stift 64A entlang der Steuerrille 60 läuft. Alternativ kann das Steuermodul 16 den ersten Aktuator 34A anweisen, den ersten Stift 64A in die zurückgezogene Position zu bewegen.
