DE102017111167A1

DE102017111167A1 - Gleitende nockenwelle

Info

Publication number: DE102017111167A1
Application number: DE102017111167.0A
Authority: DE
Inventors: Brad B. Boyle; Glenn E. Clever
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2017-11-30
Also published as: US10024206B2; CN107420145A; CN107420145B; US20170342875A1

Abstract

Es ist eine gleitende Nockenwelle vorgesehen, die eine Basiswelle, ein umspritztes Geberrad und eine distale axial verschiebbare Struktur aufweisen kann. Die distale axial verschiebbare Struktur kann ferner einen distalen Lagerzapfen zusätzlich zu mindestens einem Standard-Lagerzapfen und Nockenpakete aufweisen. In der distalen axial verschiebbaren Struktur ist eine Steuerkurve definiert. Das umspritzte Geberrad ist auf der distalen axial beweglichen Struktur montiert. Das umspritzte Geberrad ist betriebsmäßig so konfiguriert, um sich zwischen mindestens einer ersten Position und einer zweiten Position zusammen mit der distalen axial beweglichen Struktur über einen Eingriff zwischen der Steuernut und einem Stellglied zu bewegen. Das umspritzte Geberrad kann auf eine distale axial bewegliche Struktur pressgepasst werden und ist angepasst, um unabhängig von der Position der distalen axial beweglichen Struktur, exakt mit einem Sensor verbunden zu sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gleitende Nockenwelle für einen Fahrzeugmotor.
EINFÜHRUNG
Fahrzeuge beinhalten typischerweise eine Motoranordnung für den Antrieb. Die Motoranordnung kann einen Verbrennungsmotor beinhalten, der einen oder mehrere Zylinder definiert. Zusätzlich kann die Motoranordnung Einlassventile zum Steuern der Einlassladung in die Zylinder und Auslassventile zum Steuern des Abgasflusses aus den Zylindern beinhalten. Die Motoranordnung kann ferner ein Ventiltriebsystem zum Steuern des Betriebs der Einlass- und Auslassventile beinhalten. Das Ventiltriebsystem beinhaltet eine Nockenwelle zum Bewegen der Einlass- und Auslassventile.
Die Drehung der Nockenwelle (und die Bewegung des Ventiltriebsystems) ist mit der Kurbelwellenanordnung über einen Zahnriemen an einem Ende der Nockenwelle und einem Impulsgeberrad am gegenüberliegenden Ende der Nockenwelle koordiniert. Das Geberrad 4 ist traditionell auf der Nockenwelle eingepresst, wie in 1A, 1C und 1D gezeigt. Das Geberrad 4 kann ein Profil mit Zähnen (wie in 1B dargestellt) definieren, die unterschiedliche Abmessungen aufweise können, worin ein Spalt zwischen den Zähnen vorhanden sein kann. Es versteht sich ferner, dass die definierten Spalte auch unterschiedliche Abmessungen aufweisen können.
Mit Bezug auf die 1C und 1D ist der Nockenwellensensor 69 in Verbindung mit einer herkömmlichen Nockenwelle 2 dargestellt. Der Nockenwellensensor 69 erhält Daten über die Winkelstellung der Nockenwelle 2 über das Geberrad 4 und leitet diese Informationen an das Motorsteuerungsmodul (nicht gezeigt) weiter. Die Motorsteuerungseinheit („ECU“) nutzt diese Daten zusammen mit Eingaben anderer Sensoren, um Systeme wie Zündzeitpunkt und Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Eine Abweichung vom idealen Timing führt wahrscheinlich zu einer suboptimalen Motorleistung.
Für eine effizientere Funktion des Motors, muss die ECU in der Lage sein zu bestimmen, welcher Zylinder sich im Kompressionshub befindet und zur richtigen Zeit einen Funken zu einem derartigen Zylinder entzünden, um eine maximale Verbrennung zu erzeugen. Die ECU muss auch in der Lage sein zu bestimmen, welcher Zylinder sich im Ansaughub befindet, um die Kraftstoffeinspritzdüsen zum gleichzeitigen Einspritzen von Kraftstoff zu diesem Zylinder zu leiten (und mithilfe anderer Sensoren die richtige Kraftstoffmenge).
Die ECU ist in der Lage diese Bestimmung durch die Kombination von Daten aus dem Kurbelwellenpositionssensor und dem Nockenwellenpositionssensor vorzunehmen. Wie angegeben, überwacht der Kurbelwellenpositionssensor die Winkelstellung der Kurbelwelle und sendet ein Signal an die ECU, das der ECU ermöglicht, die Position des Kolbens in jedem Zylinder zu ermitteln. Der Nockenwellenpositionssensor 69 überwacht andererseits die Position der Nockenwelle 2 (oder in der Tat die Position der Ventile) und sendet diese Information an die ECU. Dementsprechend kann die ECU durch diese beiden Signale feststellen, welcher Zylinder sich im Kompressionshub und welcher sich im Ansaughub befindet. Dies natürlich unter der Annahme, dass die Zeitmarkierungen der Kurbelwelle und die der Nockenwelle richtig eingestellt sind und die Steuerräder sowohl der Nockenwelle als auch der Kurbelwelle drehen sich um eine Achse, die mit der Achse der Nockenwelle und Kurbelwelle fluchtet. In Fällen, in denen die Achse 6 des Geberrades 4 nicht perfekt mit der Achse 8 der
Nockenwelle fluchtet, wie in den 1C und 1D dargestellt, kann eine Unrundheit des Geberrades 4 auftreten. Wie gezeigt, dreht sich das Geberrad 4 in einer unregelmäßigen Weise, wie in den 1C und 1D dargestellt. In 1C ist die Drehung des Geberrades 4 in einer Null-Grad-Position, und der radiale Abstand zwischen dem Geberrad 45 und dem Sensor 69 wird erhöht, wenn sich die Drehung des Geberrades 45 in einer 180-Grad-Position befindet (siehe 1D). Dies führt aufgrund eines unregelmäßigen radialen Abstands zwischen dem Abzugsrad 45 und dem Sensor 69 zu ungenauen Messwerten des Sensors 69.
Wenn die ECU aufgrund der Laufunruhe des Geberrades 45 fehlerhafte Daten erhält, kann dies zu einer leichten nicht-synchronen Bewegung zwischen der Nockenwelle 2 relativ zur Kurbelwelle führen, was weiter zu Ineffizienzen in der Motorleistung führt. Daher sind genaue Daten wichtig, um alle Teile des Motors zeitlich gut abzustimmen und betriebsfähig zu halten. Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, das Problem bezüglich der Laufunruhe des Geberrades 4 (oder Steuer-/Zahnrad) des Motors anzugehen, um genaue Daten an die ECU zu liefern und eine optimale Motorleistung zu gewährleisten.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine gleitende Nockenwelle vorgesehen, die eine Basiswelle, ein umspritztes Geberrad und eine distale axial verschiebbare Struktur aufweisen kann. Die distale axial verschiebbare Struktur kann ferner einen distalen Lagerzapfen zusätzlich zu mindestens einem Standard-Lagerzapfen und Nockenpakete aufweisen. In der distalen axial verschiebbaren Struktur ist eine Steuerkurve definiert. Das umspritzte Geberrad ist auf der distalen axial beweglichen Struktur montiert. Das umspritzte Geberrad ist betriebsmäßig so konfiguriert, um sich zwischen mindestens einer ersten Position und einer zweiten Position zusammen mit der distalen axial beweglichen Struktur über einen Eingriff zwischen der Steuernut und einem Stellglied zu bewegen. Das umspritzte Geberrad kann auf eine distale axial bewegliche Struktur pressgepasst werden und ist angepasst, um unabhängig von der Position der distalen axial beweglichen Struktur, exakt mit einem Sensor verbunden zu sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A veranschaulicht eine herkömmliche Nockenwelle mit Nocken und einem Geberrad.
1B veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht einer anderen herkömmlichen Nockenwelle mit Nocken und einem Geberrad 45.
1C veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Nockenwelle in Verbindung mit einem Nockenwellensensor, wobei sich das Geberrad außermittig dreht und sich in einer Null-Grad-Position befindet.
1D veranschaulicht eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Nockenwelle in Verbindung mit einem Nockenwellensensor, wobei sich das Geberrad 45 außermittig dreht und sich in einer 180-Grad-Position befindet.
2 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer Motoranordnung.
3 veranschaulicht eine isometrische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei das Geberrad ausschließlich aus einem metallischen Material gebildet ist.
4 veranschaulicht eine isometrische Ansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei das Geberrad eine flache Außenkante aufweist und aus sowohl Metall als auch einem Polymermaterial gebildet ist.
5 veranschaulicht eine erweiterte isometrische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung des Geberrades, der axial beweglichen Struktur und der Basiswelle.
6A veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die gleitende Nockenwelle den Einlassventilen zugeordnet ist und sich die axial beweglichen Strukturen in einer ersten Position befinden.
6B veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die gleitende Nockenwelle den Einlassventilen zugeordnet ist und sich die axial beweglichen Strukturen in einer zweiten Position befinden.
6C veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die gleitende Nockenwelle den Einlassventilen zugeordnet ist und sich die axial beweglichen Strukturen in einer dritten Position befinden.
7A veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die gleitende Nockenwelle den Auslassventilen zugeordnet ist und sich die axial beweglichen Strukturen in einer ersten Position befinden.
7B veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die gleitende Nockenwelle den Auslassventilen zugeordnet ist und sich die axial beweglichen Strukturen in einer zweiten Position befinden.
8 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei die gleitende Nockenwelle eine axial bewegliche Struktur ausschließlich zwei Nockenpakete aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten strukturellen und funktionellen Details nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als Basis für die Ansprüche sowie als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können von einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, der jede vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann, bereitgestellt und/oder implementiert werden.
Exemplarische Komponenten und die hierin beschriebenen Systeme werden verwendet, um die Motorleistung zu verbessern, werden verwendet, indem die Möglichkeit zur Verringerung der Unrundheit 45 des Motors verringert wird. Unter Bezugnahme auf 2 ist eine schematische Zeichnung vorgesehen, die ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Auto, LKW oder Motorrad zeigt. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Motoranordnung 12. Die Motoranordnung 12 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 14 und ein Steuermodul 16, wie beispielsweise ein Motorsteuerungsmodul (ECU) 16, steht in elektronischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 14. Die Begriffe „Steuermodul“, „Modul“, „Steuern“, „Steuerung“, „Steuereinheit“, „Prozessor“ und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen von einer oder mehreren der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC), elektronischen Schaltkreise, zentrale Verarbeitungseinheiten, die eine oder mehrere Software- oder Firmware-Routinen, kombinatorische Logikschaltungen, sequenzielle Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -vorrichtungen, entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten, um die vorstehende Funktionalität bereitzustellen. „Software“, „Firmware“, „Programme“, „Anweisungen“, „Routinen“, „Code“, „Algorithmen“ und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige von der Steuerung ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen beinhalten. Das Steuermodul kann einen Satz von Steuerroutinen aufweisen, die ausgeführt werden, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Routinen werden, zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, die Eingänge der Sensorgeräte und anderer Netzwerksteuermodule zu überwachen und um Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Stellantrieben zu steuern. Routinen können basierend auf Ereignisse oder in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden.
Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet einen Motorblock 18, der eine Vielzahl von Zylindern 20A, 20B, 20C und 20D definiert. Mit anderen Worten, beinhaltet der Motorblock 18 einen ersten Zylinder 20A, einen zweiten Zylinder 20B, einen dritten Zylinder 20C und einen vierten Zylinder 20D. Obwohl 2 schematisch vier Zylinder veranschaulicht, kann der Verbrennungsmotor 14 mehr oder weniger Zylinder beinhalten. Die Zylinder sind voneinander beabstandet, können jedoch im Wesentlichen entlang einer Motorachse E ausgerichtet sein. Jeder der Zylinder ist konfiguriert, sich in jedem entsprechenden Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D hin- und her zu bewegen. Jeder Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D definiert eine entsprechende Brennkammer 22A, 22B, 22C. Im Betrieb des Verbrennungsmotors 14 wird ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Brennkammern 22A, 22B, 22C und 22D verbrannt, um die Kolben hin- und her zu treiben. Die Hin- und Herbewegung der Kolben treibt eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) an, die operativ mit dem Rad (nicht dargestellt) des Fahrzeugs verbunden ist. Die Drehung der Kurbelwelle kann die Räder drehen, wodurch das Fahrzeug angetrieben wird.
Um für den Vortrieb des Fahrzeugs zu sorgen, sollte ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammern eingebracht werden. Dazu beinhaltet der Verbrennungsmotor 14 eine Vielzahl von Einlassöffnungen, die fluidmäßig mit einem Ansaugkrümmer (nicht dargestellt) gekoppelt sind. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Verbrennungsmotor 14 zwei Einlassöffnungen in fluidmäßiger Verbindung mit jeder Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D. Jedoch kann der Verbrennungsmotor 14 mehr oder weniger Einlassöffnungen je Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D beinhalten. Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet daher mindestens eine Einlassöffnung pro Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D.
Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet weiterhin eine Vielzahl von Einlassventilen 26, die zum Steuern des Flusses der Einlassladung durch die Einlassöffnungen 24 ausgebildet sind. Die Anzahl der Einlassventile 26, die der Anzahl der Einlassöffnungen 24 entsprechen. Jedes Einlassventil 26 ist mindestens teilweise innerhalb einer entsprechenden Einlassöffnung 24 angeordnet. Insbesondere ist jedes Einlassventil 26 zum Bewegen entlang der entsprechenden Einlassöffnung 24 zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position ausgebildet. In der geöffneten Position ermöglicht das Einlassventil 26 der Einlassladung, in eine entsprechende Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D über die entsprechende Einlassöffnung 24 einzutreten. Umgekehrt verhindert das Einlassventil 26 in der geschlossenen Position, dass die Einlassladung über die Einlassöffnung 24 in die entsprechende Brennkammer 22A, 22B, 22C oder 22D eintritt.
Der Verbrennungsmotor 14 kann, wie vorstehend erörtert, kann das Luft-/Kraftstoff-Gemisch verbrennen, sobald das Luft-/Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammern 22A, 22B, 22C oder 22D eintritt. So kann beispielsweise der Verbrennungsmotor 14 das Luft-/Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D unter Verwendung eines Zündsystems (nicht dargestellt) verbrennen. Diese Verbrennung erzeugt Abgase. Zum Ausstoßen dieser Abgase definiert der Verbrennungsmotor 14 eine Vielzahl von Auslassöffnungen 28. Die Auslassöffnungen 28 stehen in fluidmäßiger Verbindung mit den Brennkammern 22A, 22B, 22C, 22D. In der dargestellten Ausführungsform stehen zwei Auslasskanäle 28 für jede Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D in fluidmäßiger Verbindung mit jeder Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D. Jedoch können mehr oder weniger Auslassöffnungen 28 fluidmäßig mit jeder Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D gekoppelt sein. Die Verbrennungskammer beinhaltet mindestens eine Auslassöffnung pro Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D.
Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet weiterhin eine Vielzahl von Auslassventilen 30 in fluidmäßiger Verbindung mit den Brennkammern 22A, 22B, 22C, 22D. Jedes Auslassventil 30 ist mindestens teilweise innerhalb einer entsprechenden Auslassöffnung 28 angeordnet. Insbesondere ist jedes Auslassventil 30 konfiguriert, um entlang der entsprechenden Auslassöffnung 28 zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verschoben zu werden. In der geöffneten Position ermöglicht das Auslassventil 30 den Abgasen das Entweichen aus der entsprechenden Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D über die entsprechende Auslassöffnung 28. Insbesondere ist jedes Auslassventil 30 konfiguriert, um entlang der entsprechenden Auslassöffnung 28 zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verschoben zu werden. In der geöffneten Position ermöglicht das Auslassventil 30 den Abgasen das Entweichen aus der entsprechenden Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D über die entsprechende Auslassöffnung.
Das Einlassventil 26 und das Auslassventil 30 können allgemein auch als Motorventile 66 bezeichnet werden. Jedes Ventil 26, 30 ist operativ mit einem Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D gekoppelt oder diesem zugeordnet. Jedes Ventil 66 (7) ist konfiguriert, um den Fluidstrom (d. h. das Luft-/Kraftstoff-Gemisch für Einlassventile 26 und das Abgasventil 30) zu dem entsprechenden Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D zu steuern. Die Ventile 66, die operativ mit dem vierten Zylinder 20D gekoppelt sind, können als vierte Ventile bezeichnet werden.
Wie gezeigt, beinhaltet die Motoranordnung 12 ein Ventiltriebsystem 32, das konfiguriert ist, um den Betrieb der Einlassventile 26 und der Auslassventile 30 zu steuern. Insbesondere kann das Ventiltriebsystem 32 die Einlassventile 26 und Auslassventile 30 zwischen der geöffneten und geschlossenen Position, wie es durch das ECU 16 vorgegeben ist, und mindestens teilweise auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 14 (z. B. Motordrehzahl) verschieben. Das Ventiltriebsystem 32 beinhaltet eine oder mehrere gleitende Nockenwellen 33 im Wesentlichen parallel zur Motorachse E zusammen mit den zugeordneten Nocken auf jeder gleitenden Nockenwelle. Die gleitende Einlassnockenwelle 39 ist konfiguriert, um den Betrieb der Einlassventile 26 zu steuern, und die gleitende Auslassnockenwelle 37 kann den Betrieb der Auslassventile 30 steuern. Es ist vorgesehen, dass das Ventiltriebsystem 32 mehr oder weniger gleitende Nockenwellen 33 beinhalten kann.
Zusätzlich zu den gleitenden Nockenwellen 33 beinhaltet die Ventiltriebanordnung 32 eine Vielzahl von Stellgliedern 34A, 34B, 34C, 34D, 34E, 34F, wie beispielsweise Magnetventile in Verbindung mit dem Steuermodul 16. Unter Bezugnahme auf die 6A–6C, können die Stellglieder 34A, 34B, 34C, 34D elektronisch mit dem Steuermodul 16 verbunden sein und können daher in elektronischer Kommunikation mit dem Steuermodul 16 stehen. Das Steuermodul 16 kann Teil des Ventiltriebsystems 32 sein. In der dargestellten Ausführungsform von 6A beinhaltet das Ventiltriebsystem 32 erste, zweite, dritte und vierte Stellglieder 34A, 34B, 34C, 34D. Das erste Einlassstellglied 34A und das zweite Einlassstellglied 34B sind operativ dem ersten Zylinder 20A zugeordnet und dem zweiten Zylinder 20B zugeordnet. Die ersten und zweiten Einlassstellglieder 34A, 34B können betätigt werden, um den Betrieb der Einlassventile 26 zu steuern. Das dritte Einlassstellglied 34C und das vierte Einlassstellglied 34D sind operativ dem dritten und vierten Zylinder (entsprechend dargestellt als 20C und 20D) zugeordnet. Es ist zu verstehen, dass zwei Stellglieder (34A und 34B, 34C und 34D, wie in den 6A–6C dargestellt) für jede axial bewegliche Struktur 44, 59 in Bezug auf die Einlassventile 26 implementiert werden können, da die gleitende Einlassnockenwelle 39 wie dargestellt (und im Gegensatz zu der gleitenden Abgasnockenwelle 37) zwei dreistufige Nocken an jeder axial beweglichen Struktur 44 bildet. Um das Gewicht der dreistufigen Nocken aufzunehmen, können zwei Stellglieder (34A und 34B, 34C und 34D) ausreichend sein, um die axial bewegliche Struktur 44, 59 zu verschieben. In Bezug auf die Stellglieder 34A und 34B sind die Stellglieder 34A und 34B operativ konfiguriert, um das Geberrad 45 zusammen mit der distalen axial beweglichen Struktur 59 zu verschieben.
Wie in 3 gezeigt, kann das Geberrad 45 nur aus einem Metallkern 11 gebildet sein, worin Spalte 13 entlang des Umfangs des Geberrades 45 angeordnet sind. Alternativ kann, wie in 4 gezeigt, das Geberrad 45 sowohl aus einem Polymermaterial 15 als auch aus dem Metallkern 11 gebildet sein, worin das Polymermaterial 15 auf den Metallkern 11 aufgespritzt wird.
Wie unter Bezugnahme auf die 7A und 7B dargestellt, ist das erste Einlassstellglied 34E operativ dem ersten und dem zweiten Zylinder 20A und 20B zugeordnet und kann betätigt werden, um die axiale Bewegung des Geberrades 45 und der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 in den 7A und 7B sowie den Betrieb der Auslassventile 30 des ersten und des zweiten Zylinders (dargestellt als 20A und 20B jeweils in den 7A–7B) zu steuern. Das zweite Auslassstellglied 34F ist operativ dem dritten und vierten Zylinder zugeordnet, (jeweils dargestellt als 20C und 20D). Das zweite Auslassstellglied 34F kann betätigt werden, um die axial verschiebbare Struktur 44 sowie den Betrieb der Auslassventile 30 des dritten und vierten Zylinders 20C und 20D zu steuern.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 beinhaltet das Ventiltriebsystem 32 zwei gleitende Nockenwellen 33 (gleitende Auslassnockenwelle 37 und die gleitende Einlassnockenwelle 39) und die Stellglieder 34A, 34B, 34C, 34D, 34E, 34F, wie vorstehend erläutert. Jede gleitende Nockenwelle 33, 37, 39 beinhaltet eine Basiswelle 35, die sich entlang einer Längsachse X erstreckt. Somit erstreckt sich jede Basiswelle 35 entlang der Längsachse X. Die Basiswelle 35 kann auch als Stützwelle bezeichnet werden und beinhaltet ein proximales Ende 36 und ein distales Ende 51 entgegengesetzt dem proximalen Ende 36.
Darüber hinaus beinhaltet jede gleitende Nockenwelle 33 einen Koppler 40, der dem proximalen Ende 36 der Basiswelle 35 zugeordnet ist. Der Koppler 40 kann zum wirksamen Koppeln der Basiswelle 35 mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors 14 verwendet werden. Die Kurbelwelle des Motors 14 kann die Basiswelle 35 antreiben. Dementsprechend kann sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X drehen, wenn sie beispielsweise von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors 14 angetrieben wird. Die Drehung der Basiswelle 35 bewirkt das Drehen der gesamten gleitenden Nockenwelle 33 um jede jeweilige Längsachse X. Die Basiswelle 35 ist daher operativ mit dem Motor 14 gekoppelt.
Jede gleitende Nockenwelle 33 in den 6A–6C und den 7A–7B beinhaltet ferner eine oder mehrere axial verschiebbaren Strukturen 44, die auf der Basiswelle 35 montiert sind. Die axial verschiebbaren Strukturen 44 können auch als Nockenpaketanordnung bezeichnet werden. Wie gezeigt, beinhaltet jede gleitende Nockenwelle 33 eine distale axial verschiebbare Struktur 59, die einen integralen distalen Lagerzapfen 53 aufweist, worin an jedem distalen Lagerzapfen 53 ein Geberrad 45 angebracht ist. Die axial beweglichen Strukturen 44 sind konfiguriert, um sich relativ zur Basiswelle 35 entlang der Längsachse X zu bewegen. Jedoch sind die axial verschiebbaren Strukturen 44 drehfest an der Basiswelle 35 befestigt. Somit drehen sich die axial verschiebbaren Strukturen 44 synchron mit der Basiswelle 35. Die Basiswelle 35 kann ein Kerbverzahnungsmerkmal 48 (dargestellt in den 6A–6C und den 7A–7B) zum Aufrechterhalten der winkeligen Ausrichtung der axial verschiebbaren Strukturen 44 an der Basiswelle 35 und auch zum Übertragen des Antriebsdrehmoments zwischen der Basiswelle 35 und den axial verschiebbaren Strukturen 44 beinhalten.
Wie vorstehend erwähnt, zeigen die 6A–6C und die 7A–7B jede gleitende Nockenwelle 33 (dargestellt als gleitende Auslassnockenwelle 37 in den 7A–7B und gleitende Einlassnockenwelle 39, dargestellt in den 6A–6C). Wie gezeigt, beinhaltet jede gleitende Nockenwelle 33 zwei axial verschiebbare Strukturen 44, worin ein Geberrad 45 am distalen Ende 49 des distalen Lagerzapfens 53 der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 montiert ist. Es versteht sich jedoch, dass die distale axial verschiebbare Struktur 59 die axial verschiebbare Struktur 44 ist, die auf der Basiswelle 35 angeordnet ist, die dem distalen Ende 51 der Basiswelle 35 am nächsten liegt. Es ist dennoch vorgesehen, dass die gleitende Nockenwelle 33 mehr oder weniger axial verschiebbare Strukturen 44 beinhalten kann, wobei jede gleitende Nockenwelle 33 eine distale axial verschiebbare Struktur 59 aufweist. Unabhängig von der Menge der axial verschiebbaren Struktur 44 auf der Basiswelle 35 sind die axial verschiebbaren Strukturen 44 axial entlang der Längsachse X voneinander beabstandet. Unter besonderer Bezugnahme auf die gleitende Auslassnockenwelle 37 der 7A und 7B, beinhaltet jede axial verschiebbare Struktur 44 auf der gleitenden Nockenwelle 33, 37 eine erste Nockenpaket 46A, eine zweite Nockenpaket 46B, eine dritte Nockenpaket 46C und eine vierte Nockenpaket 46D, die über eine monolithische Struktur miteinander gekoppelt sind. Wie dargestellt, erstreckt sich die Basiswelle 35 entlang einer Längsachse und die Basiswelle ist konfiguriert, um die Längsachse zu drehen. Eine distale axial verschiebbare Struktur ist auf der Basiswelle montiert. Die distale axial verschiebbare Struktur kann relativ zur Basiswelle zwischen einer ersten Position (dargestellt in 7A) und einer zweiten Position (dargestellt in 7B) axial verschiebbar sein. Die distale axial verschiebbare Struktur 59 kann drehfest an der Basiswelle befestigt sein. Wie dargestellt, ist axial verschiebbare Struktur 57, die auf der Basiswelle 35 montiert ist, axial von der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 beabstandet. Darüber hinaus kann ein umspritztes Geberrad (dargestellt als 45 in 4, 7A, 7B) an der distalen axial verschiebbaren Struktur mittels Presspassung oder anderen alternativen Mittel befestigt sein.
Der distale Lagerzapfen 53 ist auf der distalen Seite der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 ausgebildet. Die distale axial verschiebbare Struktur 44, 59 kann (mittels distalem Lagerzapfen 53), aber nicht notwendigerweise, so konfiguriert sein, um mit dem Geberrad 45 in Eingriff zu kommen, sodass das Geberrad 45 auf dem distalen Lagerzapfen 53 montiert ist. Wenn das Geberrad 45 am distalen Lagerzapfen 53 (anstelle der Basiswelle 35) angebracht ist, ist die Achse des Geberrades 45 im wesentlichen mit der Achse der Basiswelle 35 und der Achse der axial verschiebbaren Struktur so ausgerichtet, sodass die Laufunruhe des Geberrades 45 deutlich reduziert oder beseitigt wird. Dementsprechend bleibt der Abstand (dargestellt als Y₅ in den 7A–7B) zwischen dem Geberrad 45 und dem Nockenwellensensor im Wesentlichen konstant, sodass der Nockenwellensensor 69 genaue Daten von dem rotierenden Geberrad 45 erhält. In dem Maße, in dem Y₅ schwankt, kann der Abstand bis zu etwa 100 Mikrometer (anstelle von 300 Mikrometer unter nach dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen) variieren. Dementsprechend vermittelt der Nockenwellensensor 69 genaue Daten die ECU 16, um den Motor effizienter zu betreiben.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 7A und 7B, können die ersten, zweiten, dritten und vierten Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D auch als Nockenpakete bezeichnet werden. Zusätzlich kann jede axial verschiebbare Struktur 44, aber nicht notwendigerweise, einen Trommelnocken 56 beinhalten. Es versteht sich, dass, wenn ein dreistufiger Nocken für jedes Ventil verwendet wird (wie in den 6A–6C dargestellt), zwei Trommelnocken 56 in jeder axial verschiebbaren Struktur 44 ausgebildet sein können, vorausgesetzt, dass zwei Stellglieder (34A und 34B, 34C und 34D, die in den 6A–6C dargestellt sind) benötigt werden, um die schwerere, axial verschiebbare Struktur 44 mit einer dreistufigen Nocke zu verschieben.
Unter Bezugnahme auf die 6A–6C definiert jeder Trommelnocken 56 eine Steuernut 60, die in Form eines „Y“ ausgebildet sein kann. Wie angegeben, muss die axial verschiebbare Struktur 44 eine monolithische Struktur sein, worin der Trommelnocken 56, der distale Lagerzapfen 53, der Standard-Lagerzapfen 55 und die Nocken aus einem Stück gefertigt sind. Das Geberrad 45 (auch als „Steuerrad“ bezeichnet) kann auf dem distalen Lagerzapfen 53 auf unterschiedliche Weise montiert sein, ist jedoch nicht beschränkt auf eine Presspassung (5). Dementsprechend kann sich das Geberrad 45 zusammen mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Nockenpaket 46A, 46B, 46C, 46D der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 gleichzeitig relativ zu Basiswelle 35 verschieben. Wie gezeigt, weist das Geberrad 45 eine ausreichende Breite auf, sodass der Sensor 69 seinen radialen Abstand Y₅ zum Geberrad 45 beibehält, unabhängig davon, ob sich das Geberrad 45 in einer ersten Position befindet, wie in 6A oder in einer zweiten Position, wie in 6B oder in einer dritten Position, wie in 6C.
Die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D sind jedoch aufgrund der Keilnut 48, die wiederum durch die Kurbelwelle (nicht gezeigt) über den Koppler 40 angetrieben wird, drehfest an der Basiswelle 35 befestigt. Somit können sich die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D synchron mit der Basiswelle 35 drehen. Obwohl die Zeichnungen zeigen, dass jede axial verschiebbare Struktur 44 vier Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D beinhaltet, kann jede axial verschiebbare Struktur 44 mehr oder weniger Nockenpakete beinhalten. Weiterhin kann die Anzahl der Nocken in jedem Nockenpaket je nach Bedarf variieren.
Unter Bezugnahme auf die 7A und 7B definieren die ersten, zweiten, dritten und vierten Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D beinhaltet jeweils eine Nockengruppe 50. Der Trommelnocken 56 kann, aber nicht notwendigerweise, zwischen dem ersten und dem zweiten Nockenpaket 46A, 46B, wie dargestellt, angeordnet sein. Es versteht sich jedoch, dass der Trommelnocken 56 irgendwo entlang der in den 7A und 7B dargestellten axial verschiebbaren Struktur angeordnet sein kann. Da die axial verschiebbaren Strukturen 44, 57 der gleitenden Auslassnockenwelle 37, wie in den 7A und 7B dargestellt, 2 Stufennocken aufweisen, kann nur ein Stellglied 34E, 34F erforderlich sein, um jede axial verschiebbare Struktur 44 zu verschieben, wie in den 7A–7B dargestellt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 6A–6C und 7A–7B weisen die verschiedenen Nockenwellen 54A–54F eine typische Nockenform mit einem Profil auf, das unterschiedliche Ventilhübe in diskreten Schritten definiert. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Nockenform kreisförmig sein (z. B. ein Nullhubprofil) um ein Ventil zu deaktivieren. Die Nocken 54A–54F können auch unterschiedliche Nockenhöhen aufweisen.
Der Trommelnocken 56 beinhaltet einen Trommelnockenkörper 58 und definiert eine Steuernut 60, die sich in den Trommelnockenkörper 58 erstreckt. Der Trommelnocken 56 und die Steuerkurve 60 greifen in die Stellgliedstifte 64A, 64B ein, um das Geberrad 45 entlang der Achse zusammen mit dem distalen Lagerzapfen 53, den Standard-Lagerzapfen 55 und den Nockenpaketen 46A’–46D’ der axial verschiebbaren Struktur 44, 61 zu verschieben. Die axiale Verschiebung ermöglicht einen unterschiedlichen Ventilhub wie gewünscht, während das Geberrad 45 in dem geeigneten Abstand vom Sensors 69 gehalten wird. In Anbetracht dessen, dass das Geberrad 45 am distalen Lagerzapfen 53 der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 montiert ist. Die Achse (in 7A als 43 dargestellt) des Geberrades 45 ist im Wesentlichen mit der Achse 47 der Basiswelle 35 ausgerichtet, was wiederum die Rundlaufabweichung des Geberrades 45 reduziert oder beseitigt. Daher werden genaue Daten vom Sensor 69 an die Motorsteuereinheit 16 (in 2 dargestellt) gesendet und ermöglicht es dem Motor 14, auf seinem optimalen Niveau zu arbeiten.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 6A–6C und die 7A–7B ist die Steuernut 60 entlang mindestens eines Teils des Umfangs des jeweiligen Trommelnockenkörpers 58 verlängert. Somit ist die Steuernut 60 in Umfangsrichtung entlang des jeweiligen Trommelnockenkörpers 58 angeordnet. Weiterhin ist die Steuernut 60 konfiguriert, geformt und bemessen, um mit einem der Stellglieder 34A–34 zusammenzuwirken. Wie nachstehend ausführlich erörtert wird, bewirkt das Zusammenwirken zwischen dem Stellglied 34A–34F, dass sich die axial verschiebbare Struktur 44 (und damit das Geberrad 45 zusammen mit den Nockenpaketen 46A’, 46B’, 46C’, 46D’) axial relativ zur Basiswelle 35 verschiebt. Trotz der axialen Verschiebung des Geberrades 45 bleibt der radiale Abstand zwischen dem Geberrad 45 und dem Sensor 69 im Wesentlichen konstant bei der großen Breite des Geberrades 45. Wie gezeigt, ist das Geberrad 45 der vorliegenden Offenbarung etwa dreimal so groß wie die Breite eines Standard-Geberrades (dargestellt als 4 in 1). Weiterhin versteht es sich, dass die große Breite des Geberrades 45 der vorliegenden Offenbarung größer oder kleiner als das 3-fache der Standardbreite eine Geberrades (dargestellt als 4 in den 1 und 2) sein kann. Die Standardbreite eines Geberrades 45 ist typischerweise 7 mm breit.
Unter Bezugnahme auf die 6A–6C und die 7A–7B beinhaltet jedes Stellglied 34A–34F jeweils einen entsprechenden Stellgliedkörper 62A–62F, wie dargestellt. Erste und zweite Stifte 64A, 64B sind verschiebbar mit jedem der Stellgliedkörper 62A–62F gekoppelt. Die ersten und zweiten Stifte 64A, 64B jedes Stellglieds 34A–34F sind axial voneinander beabstandet und können unabhängig voneinander verschoben werden. Insbesondere kann sich jeder der ersten und zweiten Stifte 64A, 64B relativ zu dem entsprechenden Stellgliedkörper 62A–62F zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position in Reaktion auf eine Eingabe oder einen Befehl vom Steuermodul 16 (1) verschieben. In der eingefahrenen Position ist der erste oder zweite Stift 64A oder 64B nicht in der Steuernut 60 angeordnet. Umgekehrt kann in der ausgefahrenen Position der erste oder zweite Stift 64A oder 64B mindestens teilweise in der Steuernut 60 angeordnet sein. Die Steuernut 60 kann je nach Bedarf verschiedene Konfigurationen annehmen. Dementsprechend können sich die ersten und zweiten Stifte 64A, 64B zu und von der Steuernut 60 des Trommelnockens 56 in Reaktion auf eine Eingabe oder einen Befehl vom Steuermodul 16 (1) wegbewegen. Somit können sich die ersten und zweiten Stifte 64A, 64B jedes Stellglieds 34A–34F bezogen auf einen entsprechenden Trommelnocken 56 in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse X verschieben.
Unter Bezugnahme auf die 7A und 7B kann dies gleitende Auslassnockenwelle 37, aber nicht notwendigerweise, zwei axial verschiebbare Strukturen 44 beinhalten. Die ersten und zweiten Nockenpakete 46A, 46B jeder axial verschiebbaren Struktur sind operativ mit einem entsprechenden Zylinder 20B, 20D des Motors 14 verbunden (dargestellt in 7A und 7B), während das dritte Nockenpaket 46C und das vierte Nockenpaket 46D für jede axial verschiebbare Struktur 44 operativ mit anderen jeweiligen Zylindern 20A, 20C im Motor 14 verbunden sind. Die axial verschiebbare Struktur 44 kann auch mehr oder weniger als vier Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D beinhalten. Dementsprechend kann die gleitende Nockenwelle 33, aber nicht notwendigerweise, nur einen Trommelnocken 56 für jeweils zwei Zylinder beinhalten.
Unter Bezugnahme auf die in den 7A und 7B dargestellte Ausführungsform, ist die gleitende Auslassnockenwelle 37 gezeigt, worin die ersten, zweiten, dritten und vierten Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D. In den 7A und 7B, kann jedes der ersten bis vierten Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D, aber nicht notwendigerweise, jeweils eine erste Nockenform 54A und eine zweite Nockenform 54B beinhalten. Die erste Nockenform 54A kann eine erste maximale Nockenhöhe H1 aufweisen. Die zweite Nockenform 54B weist eine zweite maximale Nockenhöhe H2 auf. Die ersten und zweiten Nockenhöhen H1 und H2 können voneinander verschieden sein.
Bei der in den 6A–6C dargestellten Ausführungsform ist die gleitende Einlassnockenwelle 39 dargestellt, worin die ersten, zweiten und dritten Nockenpakete 54A, 54B, 54C der zweiten und dritten Nockenpakete 46A’, 46B’ unterschiedliche maximale Nockenhöhen aufweisen, wobei jedoch die zweiten und dritten Nocken 54B, 54C, die für die Zylinder 20A und 20D verwendet werden, die gleichen maximalen Nockenhöhen aufweisen. Mit anderen Worten, die erste maximale Nockenhöhe H1 kann gleich der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 sein. Alternativ kann die erste maximale Nockenhöhe H1 unterschiedlich von der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 sein. Die maximale Nockenhöhe der Nocken 54A, 54B, 54C entspricht dem Ventilhub der Einlass- und Auslassventile 26, 30. Die gleitende Nockenwelle 33 kann den Ventilhub der Einlass- und Auslassventile 26, 30 durch Einstellen der axialen Position der Nocken 54A, 54C, 54D bezogen auf die Basiswelle 35 anpassen. Dies kann eine Null-Hub-Nockenform beinhalten, wenn es gewünscht wird.
Unter Bezugnahme auf 6A–6C können sich die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ für jede axial verschiebbare Struktur 44, 61 der gleitenden Einlassnockenwelle 39 relativ zur Basiswelle 35 zwischen einer ersten Position (6A), einer zweiten Position (6B) und einer dritten Position (6C) verschieben. Um dies zu tun, können die Trommelnocken 56 physisch mit jedem der Stellglieder 34A zusammenwirken. Wie vorstehend erörtert, beinhaltet jeder Trommelnocken 56 einen Trommelnockenkörper 58 auf und definiert eine Steuernut 60, die sich in den Trommelnockenkörper 58 erstreckt. Wie angegeben, können angesichts der mit einer dreistufigen Nockenkonstruktion verbundenen Gewichtung, zwei Stellglieder pro axial verschiebbarer Struktur implementiert werden, wie in den 6A–6C dargestellt. Dementsprechend kann jede axial verschiebbare Struktur zwei Trommelnocken mit Steuernuten definieren, wie dargestellt, um mit einem entsprechenden Stellglied in Eingriff zu kommen. Die Steuernut 60 ist entlang mindestens eines Teils des Umfangs des jeweiligen Trommelnockenkörpers 58 verlängert.
In 6A befindet sich die axial verschiebbare Struktur 44 der gleitenden Einlassnockenwelle 39 in einer ersten Position relativ zur Basiswelle 35. Wenn sich die axial verschiebbare Struktur 44 in der ersten Position relativ zur Basiswelle 35 befindet, befinden sich die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D in der ersten Position und der erste Nocken 54A jedes Nockenpakets 46A, 46B, 46C, 46D fluchtet im Wesentlichen mit den Motorventilen 66. Die Motorventile 66 stellen Einlass- oder Auslassventile 26, 30, wie vorstehend beschrieben, dar. In der ersten Position sind die ersten Nocken 54A betriebsmäßig mit den Motorventilen 66 gekoppelt. Als solche weisen die Motorventile 66 einen Ventilhub entsprechend der ersten maximalen Nockenhöhe H1 auf, der hierin als ein erster Ventilhub bezeichnet wird. Mit anderen Worten, wenn sich die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ in der ersten Position befinden, weisen die Motorventile 66 einen ersten Ventilhub auf, der der ersten maximalen Nockenhöhe H1 entspricht.
Während des Betriebes können sich das Geberrad 45, die axial verschiebbare Struktur 44 und die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ zwischen einer ersten Position (6A), einer zweiten Position (6B) und einer dritten Position (6C) verschieben, um den Ventilhub der Motorventile 66 einzustellen, unter Beibehaltung eines im Wesentlichen festgelegten Abstands (dargestellt als Y₅ in 6A–6C) zwischen dem Geberrad 45 und dem Sensor 69. Wie vorstehend erörtert, fluchten in der ersten Position (6A) die ersten Nocken 54A im Wesentlichen mit den Motorventilen 66. Das Drehen der Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ veranlasst die Motorventile 66, sich zwischen den offenen und geschlossenen Positionen zu verschieben. Wenn sich die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ in der ersten Position (6A) befinden, kann der Ventilhub der Motorventile 66 proportional zur ersten maximalen Nockenhöhe H1 sein.
In 6A befindet sich das Geberrad 45 und jede der axial verschiebbaren Strukturen 44 der gleitenden Nockenwelle 39 in einer ersten Position relativ zur Basiswelle 35. Wenn sich die axial verschiebbaren Struktur 44 in der ersten Position relativ zur Basiswelle 35 befinden, befinden sich die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D in der ersten Position und der erste Nocken 54A jedes Nockenpakets 46A, 46B, 46C, 46D fluchtet im Wesentlichen mit dem entsprechenden Einlassventil 26. Weiterhin hält der Sensor 69 einen im Wesentlichen festen radialen Abstand (dargestellt als Y₅ in den 6A–6C) zwischen dem Sensor 69 und des Geberrades 45 aufrecht. Dementsprechend sind die Drehung des Geberrades und der gleitenden Nockenwelle im Wesentlichen so ausgerichtet, dass das Potential einer Unrundheit für das Geberrad 45 signifikant reduziert ist. Es versteht sich, dass Abstandsschwankung zwischen dem Geberrad 45 und dem Sensor 69 um bis zu 200 Mikrometer reduziert werden kann. Wie angegeben, stellen die Motorventile 66 Einlassventile 26, wie vorstehend beschrieben, dar. In der dritten Position sind die dritten Nocken 54C operativ mit dem entsprechenden Einlassventil 26 verbunden. Als solches weist das entsprechende Einlassventil 26 einen Ventilhub auf, welcher der dritten maximalen Nockenhöhe H3 entspricht (siehe H3 in 6C), die hierin als ein dritter Ventilhub bezeichnet wird. Mit anderen Worten, wenn sich die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D in der ersten Position befinden, weist jedes Einlassventil 26 einen ersten Ventilhub auf, der der ersten maximalen Nockenhöhe H3 entspricht.
Um die axial verschiebbare Struktur 44 von der ersten Position (6A) in die zweite Position (6B) zu verschieben, kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A anweisen, den ersten Stift 64A aus der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht, wie in 7 dargestellt. In der ausgefahrenen Position ist der erste Stift 64A zumindest teilweise in der Steuernut 60 angeordnet. Die Steuernut 60 ist daher konfiguriert, geformt und bemessen, um den ersten Stift 64A aufzunehmen, wenn sich der erste Stift 64A in der ausgefahrenen Position befindet. An diesem Punkt fährt der erste Stift 64A des Stellglieds 34A entlang des ersten Abschnitts 90 (dargestellt als nicht einschränkendes Beispiel in Form eines Zweigs in Steuernut) der Steuernut 60, wenn sich die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ um die Längsachse X drehen. Während das nicht einschränkende Beispiel eines Zweigs für den ersten Abschnitt in der Steuernut verwendet wird, versteht es sich, dass der zweite Abschnitt 92 der Steuernut auf verschiedene Arten in der Steuernut ausgebildet sein kann. Dementsprechend, wenn der erste Stift 64A entlang des ersten Abschnitts 90 der Steuernut 60 fährt, verschieben sich das Geberrad 45, die axial verschiebbare Struktur 44 und die Nockenpakete 46A, 46B, axial relativ zu der Basiswelle 35 von der ersten Position (6A) in die zweite Position (6B) in einer ersten Richtung F (dargestellt in 6B) unter Beibehaltung eines festen radialen Abstands Y₅ zwischen dem Geberrad 45 und dem Sensor 69. Da die Steuernut 60 eine unterschiedliche Tiefe aufweist, kann der erste Stift 64A des Stellglieds 34A mechanisch in seine eingefahrene Position bewegt werden, wenn der erste Stift 64A entlang der Steuernut 60 fährt. Alternativ kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A–34F anweisen, den ersten Stift 64A in die eingefahrene Position zu bewegen.
In 6B befindet sich das Geberrad 45 zusammen mit der axial verschiebbaren Struktur 44 in einer zweiten Position relativ zur Basiswelle 35. Wenn sich das Geberrad 45 und die axial verschiebbare Struktur 44 in der zweiten Position relativ zur Basiswelle 35 befinden, befinden sich die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ in der zweiten Position und der erste Nocken 54A jedes Nockenpakets 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ fluchtet im Wesentlichen mit den Motorventilen 66. Die Motorventile 66 stellen Einlassventile 26, wie vorstehend beschrieben, dar. In der zweiten Position sind die zweiten Nocken 54B operativ mit den Motorventilen 66 (dargestellt als Einlassventile 26) gekoppelt. Als solche weisen die Motorventile 66 einen Ventilhub entsprechend der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 (6B) auf, der hierin als ein zweiter Ventilhub bezeichnet wird. Mit anderen Worten, wenn sich die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ in der zweiten Position befinden, weisen die Motorventile 66 einen zweiten Ventilhub auf, der der zweiten maximalen Nockenhöhe H2 entspricht.
Zum Bewegen des Geberrades 45 und der axial verschiebbaren Struktur 44 von der zweiten Position (6B) in die dritte Position (6C), kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A–34D anweisen, seinen zweiten Stift 64B aus der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht. In der ausgefahrenen Position ist der erste Stift 64B zumindest teilweise in der Steuernut 60 positioniert. Die Steuernut 60 ist daher konfiguriert, geformt und bemessen, um den zweiten Stift 64B aufzunehmen, wenn sich der zweite Stift 64B in der ausgefahrenen Position befindet. An diesem Punkt fährt der zweite Stift 64B des Stellglieds 34A–34D entlang des ersten Abschnitts 90 der Steuernut 60, wenn sich die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D um die Längsachse X drehen. Wenn der zweite Stift 64B entlang des ersten Abschnitts 90 der Steuernut 60 fährt, verschieben sich die axial verschiebbare Struktur 44 und die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ axial relativ zur Basiswelle 35 aus der zweiten Position (6B) in die dritte Position (6C) in der ersten Richtung F (dargestellt in 6B). Da die Steuernut 60 eine unterschiedliche Tiefe aufweist, kann der zweite Stift 64B des Stellglieds 34A mechanisch in seine eingefahrene Position bewegt werden, wenn der zweite Stift 64B entlang der Steuernut 60 fährt. Alternativ kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A–34D anweisen, den zweiten Stift 64B in die eingefahrene Position zu bewegen.
Zum Bewegen des Geberrades 45 und der axial verschiebbaren Struktur 44 von der dritten Position (6C) in die zweite Position (6B), kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A, 34B, 34C anweisen, ihren zweiten Stift 64B aus der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht. In der ausgefahrenen Position ist kann der zweite Stift 64B zumindest teilweise in der Steuernut 60 positioniert sein. An diesem Punkt fährt der zweite Stift 64B des Stellglieds 34A–34D entlang des zweiten Abschnitts 61B (6) der Steuernut 60, wenn sich die Nockenpakete 46A’, 46B’ 46C’, 46D’ um die Längsachse X drehen. Wenn der zweite Stift 64B entlang des zweiten Abschnitts 61B (6) der Steuernut 60 fährt, verschieben sich die axial verschiebbare Struktur 44 und die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ axial relativ zur Basiswelle 35 aus der dritten Position (6C) in die zweite Position (6B) in einer zweiten Richtung RF (dargestellt in 6B). Da die Steuernut 60 eine unterschiedliche Tiefe aufweist, kann der zweite Stift 64B des Stellglieds 34A mechanisch in seine eingefahrene Position bewegt werden, wenn der zweite Stift 64B entlang der Steuernut 60 fährt. Alternativ kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A–34D anweisen, den zweiten Stift 64B in die eingefahrene Position zu bewegen.
Zum Bewegen des Geberrades 45 und der axial verschiebbaren Struktur 44 von der zweiten Position (6B) in die erste Position (6A), kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A anweisen, seinen ersten Stift 64A aus der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position zu bewegen, während sich die Basiswelle 35 um die Längsachse X dreht, wie in 12 dargestellt. In der ausgefahrenen Position ist der erste Stift 64A zumindest teilweise in der Steuernut 60 positioniert. An diesem Punkt fährt der erste Stift 64A des Stellglieds 34A entlang des zweiten Abschnitts 92B der Steuernut 60, wenn sich die Nockenpakete 46A, 46B, 46C, 46D um die Längsachse X drehen. Der zweite Abschnitt 92 ist als ein nicht einschränkendes Beispiel in Form eines Zweigs in der Steuernut dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass der zweite Abschnitt 92 der Steuernut in der Steuernut auf verschiedene Arten ausgebildet sein kann. Wenn der erste Stift 64A entlang des zweiten Abschnitts 92 der Steuernut 60 gleitet, verschieben sich das Geberrad 45, die axial verschiebbare Struktur 44 und die Nockenpakete 46A’, 46B’, 46C’, 46D’ axial relativ zur Basiswelle 35 aus der zweiten Position (6B) in die erste Position (6A) in der zweiten Richtung R. Da die Steuernut 60 eine unterschiedliche Tiefe aufweist, kann der erste Stift 64A des Stellglieds 34A mechanisch in seine eingefahrene Position bewegt werden, wenn der erste Stift 64A entlang der Steuernut 60 gleitet. Alternativ kann das Steuermodul 16 jedes Stellglied 34A–34D anweisen, den ersten Stift 64A für jedes Stellglied 34A–34D in die eingefahrene Position zu bewegen.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine fünfte Ausführungsform dargestellt, wobei die distale axial verschiebbare Struktur 59 ausschließlich zwei Nockenpakete 46A’, 46B’ beinhaltet. Es ist zu verstehen, dass das Geberrad 45 direkt auf eine distale axial verschiebbare Struktur 59 in vielfältiger Weise montiert werden kann, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, den distalen Lagerzapfen 53. Es versteht sich jedoch, dass das Geberrad 45 an jedem anderen Abschnitt der distalen axial verschiebbaren Struktur 59 montiert werden kann.
Während vorstehend exemplarische Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Ausgestaltungen umfassend der Ansprüche zu beschreiben. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen, vorgenommen werden können. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder dargestellt werden können. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit, usw. Als solches liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Merkmale beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Gleitende Nockenwelle umfassend: eine Basiswelle, die sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Basiswelle konfiguriert ist, dass sie sich um die Längsachse dreht; eine distale, axial verschiebbare Struktur, die auf der Basiswelle montiert ist, wobei die distale axial verschiebbare Struktur relativ zur Basiswelle zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial verschiebbar ist, wobei die distale axial verschiebbare Struktur drehfest an der Basiswelle befestigt ist; und ein umspritztes Geberrad, das an der distalen axial verschiebbaren Struktur befestigt ist.
Gleitende Nockenwelle gemäß der Definition in Anspruch 1, ferner umfassend eine axial verschiebbare Struktur, die auf der Basiswelle axial beabstandet von der distalen axial verschiebbaren Struktur montiert ist.
Gleitende Nockenwelle gemäß der Definition in Anspruch 1, worin das umspritzte Geberrad operativ so konfiguriert ist, um einen festen radialen Abstand von einem Sensor aufrechtzuerhalten, unabhängig davon, ob sich die distale axial verschiebbare Struktur in der ersten Position oder der zweiten Position befindet.
Gleitende Nockenwelle gemäß der Definition in Anspruch 1, worin die distale axial verschiebbare Struktur ferner umfasst: ein erstes Nockenpaket und ein zweites Nockenpaket, wobei jedes der ersten und zweiten Nockenpakete mindestens einen Nocken aufweist, worin die distale axial verschiebbare Struktur einen Trommelnocken beinhaltet, der eine Steuernut definiert; einen Standard-Lagerzapfen, der zwischen dem ersten Nockenpaket und dem zweiten Nockenpaket angeordnet ist; einen distalen Lagerzapfen, der auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Nockenpakets integral zum distalen Lagerzapfen, zweiten Nockenpaket, Standard-Lagerzapfen und dem ersten Nockenpaket angeordnet ist.
Gleitende Nockenwelle gemäß der Definition in Anspruch 4, ferner umfassend ein Stellglied, das einen Stellgliedkörper, einen ersten Stift und einen zweiten Stift aufweist, wobei jeder der ersten und der zweiten Stifte relativ zum Stellgliedkörper zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position verschiebbar ist und die ersten und zweiten Stifte so konfiguriert sind, um entlang der Steuernut zu gleiten.
Gleitende Nockenwelle umfassend: eine Basiswelle, die sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Basiswelle konfiguriert ist, dass sie sich um die Längsachse dreht; eine distale axial verschiebbare Struktur, die auf der Basiswelle montiert ist, wobei die distale axial verschiebbare Struktur relativ zur Basiswelle axial verschiebbar und drehfest an der Basiswelle befestigt ist, worin die distale axial verschiebbare Struktur umfasst: ein erstes Nockenpaket und ein zweites Nockenpaket, wobei jedes der ersten und zweiten Nockenpakete mindestens einen Nocken aufweist, worin die distale axial verschiebbare Struktur einen Trommelnocken beinhaltet, der eine Steuernut definiert; einen Standard-Lagerzapfen, der zwischen dem ersten Nockenpaket und dem zweiten Nockenpaket angeordnet ist; einen distalen Lagerzapfen, der auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Nockenpakets angeordnet ist, wobei der distale Lagerzapfen integral zum zweiten Nockenpaket, Standard-Lagerzapfen und dem ersten Nockenpaket angeordnet ist; ein Geberrad, das an der distalen axial verschiebbaren Struktur befestigt ist; ein Stellglied, das einen Stellgliedkörper und einen ersten und einen zweiten Stift aufweist, die jeweils verschiebbar mit dem Stellgliedkörper verbunden sind, sodass jeder der ersten und zweiten Stifte relativ zum Stellgliedkörper zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position verschiebbar ist, worin der erste und der zweite Stift so konfiguriert sind, um entlang der Steuernut zu gleiten; worin das Geberrad und die distale axial verschiebbare Struktur relativ zur Basiswelle von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschiebbar sind, wenn sich die Basiswelle um die Längsachse dreht, wobei sich der erste Stift in der ausgefahrenen Position befindet, der zweite zumindest teilweise in der Steuernut angeordnet ist und der erste Stift entlang der Steuernut gleitet; worin die distale axial verschiebbare Struktur relativ zur Basiswelle von der zweiten Position in die erste Position axial verschiebbar ist, wenn sich die Basiswelle um die Längsachse dreht, wobei sich der zweite Stift in der ausgefahrenen Position befindet und der zweite Stift entlang der Steuernut gleitet; und worin das Geberrad und der Sensor in einem im Wesentlichen festen radialen Abstand voneinander beabstandet bleiben, unabhängig davon, ob sich die axial verschiebbare Struktur in einer der ersten Position oder der zweiten Position befindet.
Gleitende Nockenwelle nach Anspruch 6, worin das Geberrad einen umspritzten Polymeranteil beinhaltet.
Gleitende Nockenwelle nach Anspruch 6 worin das Geberrad am distalen Lagerzapfen befestigt ist.
Gleitende Nockenwelle nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Steuermodul, das mit dem Stellglied in Verbindung steht, worin mindestens einer der ersten und zweiten Stifte konfiguriert ist, um sich zwischen den eingefahrenen und ausgefahrenen Positionen in Reaktion auf eine Eingabe vom Steuermodul zu bewegen.
Gleitende Nockenwelle nach Anspruch 7, worin der erste Nocken eine erste maximale Nockenhöhe und der zweite Nocken eine zweite maximale Nockenhöhe aufweist, sodass sich die erste maximale Nockenhöhe von der zweiten maximalen Nockenhöhe unterscheidet.