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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Fahrzeugmotoren und insbesondere variable Nockenwellen für Fahrzeugmotoren.
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HINTERGRUND
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Einige Verbrennungsmotoren beinhalten eine verstellbare oder verschiebbare Nockenwellenanordnung. Die Nockenwellenanordnung beinhaltet eine Basisnockenwelle, die um eine Nockenachse drehbar ist. Eine axial bewegliche Struktur (die einen Nockensatz enthält) ist für eine axiale Bewegung entlang der Nockenachse relativ zu der Nockenwelle verschiebbar an der Nockenwelle angebracht. Der Nockensatz ist mit der Nockenwelle um die Nockenachse drehbar. Der Nockensatz ist zwischen mindestens zwei verschiedenen axialen Positionen entlang der Nockenachse bewegbar. Jede unterschiedliche Position des Nockensatzes präsentiert einen unterschiedlichen Nockenvorsprung mit unterschiedlichem Vorsprungsprofil, um in einen jeweiligen Ventilschaft des Motors einzugreifen. Dementsprechend kann durch Verstellen der Position des Nockensatzes das Nockenprofil geändert werden, dem jeder Ventilschaft des Motors folgt.
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Der Nockensatz beinhaltet einen Trommelnocken 114 (in 1 gezeigt), der eine Steuernut 118 definiert, die ringförmig um die Nockenachse 140 angeordnet ist. Ein erster Schaltstift 116 ist in einer Richtung 123 quer zur Nockenachse 140 bewegbar. Der erste Schaltstift 116 bewegt sich zwischen einer eingerückten Position (in 1A dargestellt) und einer ausgerückten Position (in 1B dargestellt). In der eingerückten Position, greift der erste Schaltstift 116 in die Steuernut 118, sodass die Wechselwirkung zwischen dem ersten Schaltstift 116 und der Steuernut 118 eine axial bewegliche Struktur (schematisch als Element 120 dargestellt), die den Nockensatz beinhaltet, axial entlang der Nockenachse 140 relativ zu der Basiswelle 128 bewegt, in eine erste axiale Richtung 134 und in eine erste axiale Position, während die axial beweglichen Struktur/Nockensatz 120 mit der Basiswelle 128 um die Nockenachse 140 rotiert. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Schaltstift (nicht dargestellt) in einer Richtung quer zur Nockenachse 140 bewegbar sein. Der zweite Schaltstift bewegt sich zwischen einer eingerückten Position und einer ausgerückten Position. Wenn er in der eingerückten Position angeordnet ist, kann der zweiten Schaltstift in die Steuernut 118 eingreifen, sodass die Wechselwirkung zwischen dem zweiten Schaltstift und der Steuernut 118 eine axial bewegliche Struktur 120 (die den Nockensatz enthält), axial entlang der Nockenachse 140 relativ zu der Nockenwelle 126 bewegt, in eine zweite axiale Richtung 135 und in eine zweite axiale Position, während der Nockensatz mit der Nockenwelle 126 um die Nockenachse 140 rotiert. Wenn sie in ihren jeweiligen ausgerückten Positionen angeordnet sind, werden der erste Schaltstift 116 und der zweite Schaltstift von der Steuernut 118 außer Eingriff gebracht, sodass die axial bewegliche Struktur 120 entlang der Nockenachse 140 relativ zu der Basiswelle 128 positioniert bleibt, während sich die axial bewegliche Struktur/Nockensatz 120 mit der Basiswelle 128 um die Nockenachse 140 dreht. Die axial bewegliche Struktur 120 mit einem Nockensatz kann relativ zu der Nockenwelle 126 über eine ineinandergreifende Rastkugel und einen Rastnut-Retentionsmechanismus, der an dem Nockensatz bzw. der Basiswelle 128 angeordnet ist, positioniert bleiben.
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Während des normalen Betriebs drehen sich die Basiswelle 128 und die axial bewegliche Struktur/Nockensatz 120 in einer ersten Drehrichtung nur um die Nockenachse 140. Die Steuernut 118 ist so geformt, dass sie mit dem ersten Schaltstift 116 und dem zweiten Schaltstift (nicht dargestellt) in Eingriff kommt, um die axial bewegliche Struktur/Nockensatz 120 zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position entlang der Nockenachse 140 zu führen, wenn sich die Basiswelle 128 und die axial bewegliche Struktur/Nockensatz 120 in der ersten Drehrichtung drehen. Jedoch kann die Wand 132 im Ausstoßbereich 130 der Steuernut 118 aufgrund der Lasten, die entweder der erste oder der zweite Schaltstift auf die Trommelnockenwand 132 ausüben, einen Ausfall erfahren, wenn der Stift 116 von der Eingriffsnut 122 durch die Verschiebungsnut 124 und in die Ausstoßnut 130 übergeht. Es versteht sich, dass Konstruktionsbeschränkungen die Breite des Trommelnockens 114 begrenzen. Daher bringt die relative axiale Bewegung des Stifts 116 zu dem Trommelnocken – von der ersten Position zu der zweiten Position, erhebliche Lasten auf die Außenwand 132 des Trommelnockens 114 auf. Wie in 1A–1B ersichtlich ist, ist die Außenwand 132 im Ausstoßbereich 130 der Steuernut 118 aufgrund der erforderlichen axialen Bewegung und der Konstruktionseinschränkungen für die Trommelnockenbreite ziemlich dünn. Dementsprechend kann die Außenwand 132 störanfälliger sein, wenn sich der Stift 116 in die Ausstoßnut bewegt und mit der Außenwand in der Ausstoßnut in Eingriff kommt.
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Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit für eine verbesserte Nockenwellenanordnung, die erheblichen Lasten widerstehen kann, die sich aus dem Eingriff zwischen dem Trommelnocken 114 und dem Stellgliedstift 116 ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine variable Nockenwelle mit einer Basiswelle, einer axial beweglichen Struktur und einem Stellglied bereit. Die axial bewegliche Struktur beinhaltet eine Vielzahl von Nockensätzen und mindestens einen Trommelnocken, der eine Steuernut mit einem Eingriffsbereich, einem ersten Schaltbereich, einem Ausgleichsbereich, einem zweiten Schaltbereich und einem Ausrückbereich definiert. Das Stellglied beinhaltet mindestens einen Stift auf, der operativ so konfiguriert ist, dass er sich relativ zu dem Stellgliedkörper zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgefahrenen Position in die Steuernut bewegt. Die axial bewegliche Struktur bewegt sich axial relativ zu der Basiswelle, wobei sich der Stift in der ausgefahrenen Position befindet und zumindest teilweise in einem der ersten oder zweiten Schaltbereiche der Steuernut angeordnet ist.
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Die Offenbarung und ihre besonderen Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und den besten Arten zum Ausführen der beschriebenen Offenbarungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und angehängten Patentansprüche ersichtlich, in denen gilt:
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1A zeigt einen Trommelnocken nach dem Stand der Technik auf einer Basiswelle, worin der erste Schaltstift in der eingerückten Position ist.
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1B zeigt den Trommelnocken nach 1A, wobei sich der erste Schaltstift in der ausgerückten Position befindet.
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2 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs mit einer Motorbaugruppe.
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3 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht eines Teils der Nockenwellenanordnung und von zwei Motorzylindern, die die Nockensätze der Nockenwellenanordnung in einer ersten Position darstellen.
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4 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht eines Teils der Nockenwellenanordnung und von zwei Motorzylindern, die die Nockensätze der Nockenwellenanordnung in einer zweiten Position darstellen.
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5 veranschaulicht ein schematisches Diagramm, das die verschiedenen Bereiche der Steuernut für die Nockenwelle der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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6A veranschaulicht einen ersten Schaltstift in einem Eingriffsbereich in der Nockenwelle der vorliegenden Offenbarung.
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6B veranschaulicht einen ersten Schaltstift in einem Ausgleichsbereich in der Nockenwelle der vorliegenden Offenbarung.
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6C veranschaulicht einen ersten Schaltstift in einem Ausstoßbereich in der Nockenwelle der vorliegenden Offenbarung.
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Gleiche Referenznummern bezeichnen gleiche Teile in der Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die hier beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen stellen zu Veranschaulichungszwecken Einzelheiten zur Verfügung und unterliegen vielen Variationen bezüglich Zusammensetzung, Struktur und Gestaltung. Es versteht sich, dass verschiedene Auslassungen und Substitutionen von Äquivalenten in Betracht gezogen werden, sofern die Umstände dies suggerieren oder zweckmäßig machen, welche die Anwendung oder Umsetzung jedoch gewährleisten sollen, ohne vom Erfindungsgedanken oder Umfang der Ansprüche der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zudem ist es selbstverständlich, dass die hier verwendete Phraseologie und Terminologie zum Zweck der Beschreibung dienen und nicht als Einschränkung angesehen werden sollten.
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin kann die Offenbarung hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, zeigt 2 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 10, wie einem Auto, Lastkraftwagen oder Motorrad. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Motoranordnung 12. Die Motoranordnung 12 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 14 und ein Steuermodul 16, wie ein Motorsteuergerät (ECU) in elektronischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 14. Die Begriffe „Steuermodul“, „Modul“, „Steuergerät“, „Steuerung“, „Steuereinheit“, „Prozessor“ und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen eines oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), zentrale Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und dazugehörige Arbeits- und Datenspeicher (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke, usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen, kombinatorische Logikschaltung(en), sequenzielle Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -geräte, entsprechende Signal-Konditionierungs- und Pufferschaltungen ausführen, sowie weitere Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Steuermodul 16 kann einen Satz von Steuerroutinen aufweisen, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden, zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, die Eingänge der Sensorgeräte und anderer vernetzter Steuermodule 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.
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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 1 schematisch vier Zylinder veranschaulicht, kann der Verbrennungsmotor 14 mehr oder weniger Zylinder beinhalten. Die Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D sind voneinander beabstandet, können jedoch im Wesentlichen entlang einer Motorachse E ausgerichtet sein. Jeder der Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D ist konfiguriert, geformt und bemessen, um einen Kolben aufzunehmen (nicht dargestellt). Die Kolben sind ausgebildet, um sich innerhalb der Zylinder 20A, 20B, 20C und 20D hin- und her zu bewegen. Jeder Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D definiert eine entsprechende Brennkammer 22A, 22B, 22C, 22D. 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 Hubbewegung der Kolben treibt eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) an, die operativ mit den Rädern (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 verbunden ist. Die Drehung der Kurbelwelle kann die Räder drehen, wodurch das Fahrzeug 10 angetrieben wird.
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Um für den Vortrieb des Fahrzeugs 10 zu sorgen, sollte ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch in die Brennräume 22A, 22B, 22C und 22D eingeführt werden. Dazu beinhaltet der Verbrennungsmotor 14 eine Mehrzahl von Einlassöffnungen 24, die fluidmäßig mit einem Ansaugkrümmer (nicht dargestellt) gekoppelt sind. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Verbrennungsmotor 14 zwei Einlassöffnungen 24 in fluidmäßiger Verbindung mit jedem Brennraum 22A, 22B, 22C und 22D. Jedoch kann der Verbrennungsmotor 14 mehr oder weniger Einlassöffnungen 24 je Brennraum 22A, 22B, 22C und 22D beinhalten. Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet mindestens eine Einlassöffnung 24 pro Zylinder 20A, 20B, 20C, 20D.
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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 entspricht der Anzahl der Einlassöffnungen 24. 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 oder 22D über die entsprechenden 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.
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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 oder 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 Brennräumen 22A, 22B, 22C oder 22D. In der dargestellten Ausführungsform stehen zwei Auslasskanäle 28 in fluidmäßiger Verbindung mit jedem Brennraum 22A, 22B, 22C oder 22D. Jedoch können mehr oder weniger Auslassöffnungen 28 fluidmäßig mit jedem Brennraum 22A, 22B, 22C oder 22D gekoppelt sein. Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet mindestens eine Auslassöffnung 28 pro Zylinder 20A, 20B, 20C oder 20D.
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Der Verbrennungsmotor 14 beinhaltet weiterhin eine Vielzahl von Auslassventilen 30 in fluidmäßiger Verbindung mit den Brennräumen 22A, 22B, 22C oder 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 erlaubt das Auslassventil 30 den Abgasen das Entweichen aus der entsprechenden Brennkammer 22A, 22B, 22C oder 22D über die entsprechende Auslassöffnung 28. Das Fahrzeug 10 kann ein Abgassystem (nicht dargestellt) beinhalten, das so konfiguriert ist, dass es Abgase von dem Verbrennungsmotor 14 aufnimmt und behandelt. In der geschlossenen Position verhindert das Auslassventil 30 den Abgasen das Entweichen aus der entsprechenden Brennkammer 22A, 22B, 22C oder 22D über die entsprechende Auslassöffnung 28.
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Wie weiter unten ausführlich erörtert wird, können das Einlassventil 26 und das Auslassventil 30 auch allgemein als Motorventile 66 (3–4) oder einfach Ventile bezeichnet werden. Jedes Ventil 66 (3–4) ist operativ mit einem Zylinder 20A, 20B, 20C oder 20D (in 2 dargestellt) verbunden oder diesem zugeordnet. Dementsprechend sind die Ventile 66 (3–4) konfiguriert, um den Fluidstrom (d. h. das Luft-/Kraftstoff-Gemisch für Einlassventile 26 und Abgas für das Abgasventil 30) zu dem entsprechenden Zylinder 20A, 20B, 20C oder 20D zu steuern. Die Ventile 66, die operativ mit dem ersten Zylinder 20A gekoppelt sind, können als erste Ventile bezeichnet werden. Die Ventile 66, die operativ mit dem zweiten Zylinder 20D gekoppelt sind, können als zweite Ventile bezeichnet werden. Die Ventile 66, die operativ mit dem dritten Zylinder 20D gekoppelt sind, können als dritte Ventile bezeichnet werden. Die Ventile 66, die operativ mit dem vierten Zylinder 20D gekoppelt sind, können als vierte Ventile bezeichnet werden.
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Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Motorbaugruppe 12 ferner 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 mindestens teilweise auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 14 (z. B. Motordrehzahl) verschieben. Das Ventiltriebsystem 32 beinhaltet eine oder mehrere Nockenwellenanordnungen 33, die im Wesentlichen parallel zur Motorachse E ausgerichtet sind. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Ventiltriebsystem 32 zwei Nockenwellenanordnungen 33. Eine Nockenwellenanordnung 33 ist zum Steuern des Betriebs der Einlassventile 26 konfiguriert und die andere Nockenwellenanordnung 33 kann den Betrieb des Auslassventile 30 steuern. Es kann jedoch vorkommen, dass das Ventiltriebsystem 32 mehr oder weniger Nockenwellenanordnungen 33 beinhalten kann.
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Neben den Nockenwellenanordnungen 33 kann die Ventiltriebanordnung 32 eine Vielzahl von Stellgliedern 34A, 34B, 34C, 34D, wie Magnetventile in Verbindung mit dem Steuermodul 16, beinhalten. Zu beachten ist, dass zwei zusätzliche Stellglieder (nicht dargestellt) für den Auslassnocken am zweiten Zylinder und für den Auslassnocken am dritten Zylinder realisiert werden können. Die Stellglieder 34A, 34B können 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 beinhaltet das Ventiltriebsystem 32 erste, zweite, dritte und vierte Stellglieder 34A, 34B, 34C, 34D. Das erste Stellglied 34A ist wirksam dem ersten und zweiten Zylinder 20A, 20B zugeordnet und zum Steuern des Betriebs der Einlassventile 26 des ersten und zweiten Zylinders 20A, 20B betätigbar. Das zweite Stellglied 34B ist wirksam dem ersten und zweiten Zylinder 20A, 20B zugeordnet und zum Steuern des Betriebs der Einlassventile 26 des ersten und zweiten Zylinders 20A, 20B betätigbar. Das dritte und vierte Stellglied 34C und 34D ist wirksam dem dritten und vierten Zylinder 20C und 20D zugeordnet und zum Steuern des Betriebs der Einlassventile 26 des dritten und vierten Zylinders 20C und 20D betätigbar. Das fünfte Stellglied 34E ist wirksam dem zweiten Zylinder 20B zugeordnet und zum Steuern des Betriebs der Auslassventile 30 des zweiten Zylinders 20B betätigbar. Das sechste Stellglied 34F ist wirksam dem dritten Zylinder 20C zugeordnet und zum Steuern des Betriebs der Auslassventile 30 des dritten Zylinders 20C betätigbar. Die Stellglieder 34A, 34B, 34C, 34D, 34E und 34F und Steuermodul 16 können als Teil der Nockenwellenanordnung 33 angenommen werden.
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Unter Bezugnahme auf 3, beinhaltet die Nockenwellenanordnung 33 mindestens eine axial beweglichen Struktur 44 mit Nockensätzen 46A, 46B, 46C, 46D. Obwohl 3 nur eine axial bewegliche Struktur 44 darstellt, ist vorgesehen, dass die Nockenwellenanordnung 33 mehrere axial bewegliche Strukturen 44 beinhalten kann. Die ersten und zweiten Nockensätze 46A, 46B sind betriebsmäßig einem Zylinder 20A des Motors 14 (1) zugeordnet, während der dritte Nockensatz 46C wirksam einem anderen Zylinder 20B des Motors 14 zugeordnet ist. Die axial verschiebbare Struktur 44 kann auch mehr oder weniger als vier Nockensätze 46A, 46B, 46C, 46D beinhalten. Unabhängig von der Anzahl der Nockensätze kann, muss aber nicht, jede axial bewegliche Struktur 44 einen einzelnen Trommelnocken 56 beinhalten. Dementsprechend kann die Nockenwellenanordnung 33 nur einen Trommelnocken 56 für jeweils zwei Zylinder 20A, 20B beinhalten. Da der Trommelnocken 56 mit einem Stellglied 34A zum Verschieben der axial beweglichen Struktur 44 bezogen auf die Basiswelle 35 zusammenwirkt, kann die Nockenwellenanordnung 33 nur ein einziges Stellglied 34A (oder 34B) für jeweils zwei Zylinder 20A, 20C beinhalten. Mit anderen Worten, kann die Nockenwellenanordnung 33 ein einziges Stellglied 34A für jeweils zwei Zylinder 20A, 20B haben. Bei der dargestellten Steuernutkonfiguration ist es zweckmäßig, nur zwei Trommelnocken 56A und 56B zu haben, die in Verbindung mit entsprechenden Stellgliedern 34A und 34B für jeweils zwei Zylinder 20A, 20B verwendet werden.
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Wie vorstehend erörtert, beinhalten die ersten, zweiten, dritten und vierten Nockensätze 46A, 46B, 46C, 46D jeweils eine Gruppe von Nocken 50. Jede Gruppe von Nocken 50 beinhaltet einen ersten Nockenvorsprung 54A, einen zweiten Nockenvorsprung 54B und einen dritten Nockenvorsprung 54C. Der erste Nockenvorsprung 54A kann eine erste maximale Nockenhöhe H1 aufweisen. Der zweite Nockenvorsprung 54B weist eine zweite maximale Nockenhöhe H2 auf. Der dritte Nockenvorsprung 54C weist eine dritte maximale Nockenhöhe H3 auf. Die erste, zweite und dritte maximale Nockenhöhe H1, H2, H3 können voneinander verschieden sein. Es versteht sich, dass, obwohl im vorliegenden, nicht einschränkenden Beispiel drei Nockenvorsprünge pro Gruppe 50 dargestellt sind, die variable Nockenwelle 33 der vorliegenden Offenbarung zwei oder mehr Nockenvorsprünge pro Gruppe aufweisen kann.
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Unter Rückbezug auf die in 3 dargestellte Ausführungsform, weisen der erste, zweite und dritte Nockenvorsprung 54A, 54B, 54C der ersten und zweiten Nockensätze 46A, 46B unterschiedliche maximale Nockenhöhen auf, aber die ersten und zweiten Nockenvorsprünge 54A, 54B des dritten Nockensatzes 46C weisen die gleichen maximalen Nockenhöhen auf. 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. Dementsprechend, versteht sich, dass es für den ersten, zweiten und dritten Nockenvorsprung 54A, 54B, 54C durchaus möglich ist, aufgrund der unterschiedlichen Hubhöhen H1, H2, H3 einen unterschiedlichen Hub auf den Nockensätze 46A, 46B, 46C und 46D aufzuweisen. Unter Rückbezug auf die Figuren, entspricht die maximale Nockenhöhe der Nockenvorsprünge 54A, 54B, 54C dem Ventilhub der Einlass- und Auslassventile 26, 30. Die Nockenwellenanordnung 33 kann den Ventilhub der Einlass- und Auslassventile 26, 30 durch Einstellen der axialen Position der Nockenvorsprünge 54A, 54C, 54D bezogen auf die Basiswelle 35 anpassen. Dies kann eine Null-Hub-Nockenform beinhalten, wenn es gewünscht wird. Die Nockenvorsprünge 54A, 54B, 54C jeder Gruppe der Nockenvorsprünge 50 sind in verschiedenen axialen Positionen entlang der Längsachse X angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf 3–4 können sich die Nockensätze 46A, 46B, 46C, 46D relativ zu der Basiswelle 35 zwischen einer ersten Position (3) und einer zweiten Position (4) über den Schaltstift 64A oder 64B und die in der Trommelnocke 56A definierte Steuernut 60A bewegen. Um dies zu tun, wirkt der Trommelnocken 56A physisch mit dem Stellglied 34A zusammen, was bewirkt, dass sich die axial bewegbare Struktur 44 in Richtung 210 bewegt; Ähnlich greift das Stellglied 34B mit dem Schaltstift 64C oder 64D mit der in der Trommelnocke 56B definierten Steuernut 60B ein, was dazu führt, dass sich die axial bewegliche Struktur in die entgegengesetzte Richtung 212 bewegt. Wie vorstehend erörtert, beinhalten die Trommelnocken 56A, 56B jeweils einen Trommelnockenkörper 58 und definieren eine Steuernut 60A, 60B die sich in den Trommelnockenkörper 58 erstreckt. Die Steuernut 60A, 60B ist entlang mindestens eines Teils des Umfangs der jeweiligen Trommelnocken 56A, 56B verlängert.
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Unter jetziger Bezugnahme auf 5 und 6A–6C, definiert der Trommelnocken 56 der vorliegenden Offenbarung eine Steuernut 60 im Trommelnocken 56, wie dargestellt. Für Zwecke der 5, 6A–6C, kann Stift 64 entweder der erste Stift 64A oder Stift 64B (in 3 und 4 dargestellt) sein. In dem in 5 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel sind verschiedenen Bereichen der Steuernut 60 dargestellt. Solche Bereiche beinhalten: (1) Stift-Eingriffsbereich 62; (2) ersten Schaltbereich 63; (3) Ausgleichsbereich 66; (4) zweiten Schaltbereich 68; und (5) Ausrückbereich 70. Die Nockenwelle 33 der vorliegenden Offenbarung beinhaltet somit einen Trommelnocken 56, der zwei Schaltbereiche – ersten Schaltbereich 63 und zweiten Schaltbereich 68 – beinhalten kann. Das Ziel der zweistufigen Konstruktion unter Verwendung von zwei Schaltbereichen besteht darin, die Lasten 82, die auf die Außenwand 86 der Steuernutwand 60 (nachdem der Stift 64 den ersten Schaltbereich 63 durchquert) aufgebracht werden, zu reduzieren, wodurch die Produktbeständigkeit erhöht wird.
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Der allgemeine Gedanke der vorliegenden Offenbarung ist, dass der Stellgliedstift 64 in die Steuernut 60 im Stift-Eingriffsbereich 62 eintritt und der Nockensatz (und die axial bewegliche Struktur, die schematisch als 44 dargestellt ist) sich verschiebt, wenn der Stift 64 die „erste Schubwand“ 72) an einem ersten Eintrittsbereich 76 berührt und dann den ersten Schaltbereich 63 durchläuft. Es versteht sich, dass der erste Eintrittsbereich 76 der Bereich ist, indem der Eingriffsbereich 62 in den ersten Schaltbereich 63 übergeht. Nach Abschluss der Durchquerung des ersten Schaltbereichs 63 tritt der Stift in den Ausgleichsbereich 66 ein und kann auf die äußere Rastwand 86 im Ausgleichsbereich auftreffen. Wie in 6B gezeigt ist, ist die Dicke 88 der äußeren Rastwand 86 relativ wesentlich, so dass die äußere Rastwand 86 eine Dicke 88 aufweist, die größer ist als die Ausrückrastwanddicke 96. Daher kann die äußere Rastwand 86 den Stoßbelastungen 82 von dem Stift 64 standhalten, nachdem der Stift aus dem ersten Schaltbereich 63 herauskommt. Dementsprechend sieht die vorliegende Offenbarung eine dauerhaftere variable Nockenwelle vor.
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Dementsprechend erfährt der Stift 64 aufgrund des fehlenden Eingriffs mit der ersten Schubwand 72 und einem Aufpralleingriff mit der äußeren Rastwand 86 keine Lasten mehr. Daher wird der Stift 64 „axial stationär“, wenn der Stift 64 gerade durch den Ausgleichsbereich 66 der Steuernut 60 läuft. Es versteht sich, dass axial stationär bedeutet, dass der Stellgliedstift 64 nicht mehr gegen eine Seitenwand (erste Schubwand 72) der Nut 60 gedrückt wird, da der Stift 64 in einem Bereich ist, in dem die Steuernut 60 einen geraden Weg hat und der Stift 64 wird nicht gegen die ersten und zweiten Schubwände 72, 73 der Steuernut 60 gedrückt.
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Der Stellgliedstift 64 kann dann bewirken, dass die axial bewegliche Struktur eine zweite Verschiebung weiter entlang der Basiswelle 35 über den zweiten Schaltbereich 68 innerhalb der gleichen Nut 60 vornimmt, wobei der Stift 64 wieder die zweite Schubwand 73 an einem zweiten Eingangsbereich 78 und kontaktiert und daher die axial bewegliche Struktur 44 entlang der Basiswelle in den zweiten Schaltbereich 68 drückt. Es versteht sich, dass der zweite Eingangsbereich der Bereich ist, in dem der Ausgleichsbereich in den zweiten Schaltbereich 68 übergeht. Wenn der Stift 64 die Steuernut 60 im zweiten Schaltbereich 68 durchquert, wird der Trommelnocken 56 mit seiner zugeordneten axial bewegliche Struktur 44 weiter entlang der Basiswelle 35 bewegt, bis der Stift 64 nach dem Eingriff mit der äußeren Ausrückwand 92 seine endgültige axiale Position im Ausrückbereich 70 erreicht. Bei fortschreitender Bewegung des Stiftes 64 in den Ausrückbereich 70 wird der Stift 64 wieder axial stationär, da der Stift 64 nicht mehr gegen die zweite Schubwand 73 gedrückt wird und daher der Stift 64 von dem Trommelnocken 56 durch Rückzug des Stelltriebs gelöst werden kann.
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Angesichts der Tatsache, dass die Bewegung des Stifts von dem Eingriffsbereich 62 zum Ausrückbereich 70 in zwei Stufen über den ersten Schaltbereich 63 und den zweiten Schaltbereich 68 (jeweils in den 6B und 6C dargestellt) erfolgt, wird die von dem Trommelnocken 56 aufgrund des Stellgliedstifts 64 erfahrene Last aufgrund der erhöhten Dicke 88 der äußeren Rastwand 86 verringert. Darüber hinaus behält diese Konfiguration der vorliegenden Offenbarung dieselbe Breite des Trommelnockens bei, während die Haltbarkeit signifikant verbessert wird. Es versteht sich, dass Packungsprobleme in Bezug auf Nockenwellen kritisch sind, und daher Konstruktionsbeschränkungen die Breite des Trommelnockens 56 beschränken. Dementsprechend erfährt der Trommelnocken 56 eine geringe Belastung an der Steuernut 60 sowie eine erhöhte Lebensdauer des Trommelnockens 56. Es versteht sich, dass diese zweistufige Konfiguration auf alle Steuernuten angewendet werden kann und sehr effektiv bei der Erhöhung der Haltbarkeit von hoch konzentrierten Nockensätzen mit geringem Packungsraum sein kann.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.
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Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.
