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Die Erfindung betrifft ein Ventiltriebsystem für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Ein Ventiltriebsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 031 241 A1 bekannt.
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Ein Ziel der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren ist die Verbrauchsreduzierung und die Senkung der Schadstoffemissionen wegen sich verschärfender gesetzlicher Reglementierungen. Hierbei trägt die Abgasrückführung bzw. die Verwendung von Restgas beim Verbrennungsprozess einen erheblichen Anteil zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen bei.
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Bei der Abgasrückführung wird zwischen einer internen und externen Abgasrückführung unterschieden. Bei einer externen Abgasrückführung werden im Wesentlichen Abgase in das Ansaugrohr des Verbrennungsmotors zur Vermischung mit Frischluft eingeleitet. Der einzuleitenden Restgasanteil wird dabei durch ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) gesteuert. Interne Restgase entstehen bei der Verbrennung und können sich in geringem Maße im oberen Bereich des Brennraums sammeln. Ferner können die internen Restgase im Wesentlichen bei gleichzeitig offenen Einlass- und Auslassventilen aus dem Ansaugkanal in das Ansaugrohr zurückgesaugt werden. Generell wird dabei der interne Restgasanteil durch die Ventilsteuerzeiten im Ladungswechsel gesteuert. Zur kontinuierlichen Änderung der Öffnungsdauer der Auslassventile ist beispielsweise ein variabler Ventiltrieb aus der eingangs genannten
DE 10 2005 031 241 A1 bekannt.
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Der variable Ventiltrieb umfasst dabei eine Nockenwelle und einen schaltbaren Schlepphebel. Die Nockenwelle weist eine Außenwelle und eine Innenwelle auf, die zur Außenwelle relativ verdrehbar ist. Die Außenwelle und die Innenwelle weisen jeweils unterschiedliche Nockenprofile auf, durch die ein Auslassventil mit einem Vollhub oder einem Teilhub beaufschlagt wird. Das Nockenprofil der Innenwelle ist im Vergleich zum Nockenprofil der Außenwelle kleiner ausgebildet. Bei einer Verdrehung der Innenwelle gegenüber der Außenwelle ist somit der Vollhub des Auslassventils mit dem kleineren Teilhub der Innenwelle verlängerbar.
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Hierbei ist nachteilig, dass lediglich die Schließdauer des Auslassventils verlängert wird. Mit anderen Worten wird das Auslassventil beim Schließen durch den Teilhubnocken in einer geöffneten Position für eine bestimmte Zeit gehalten. Um eine möglichst große Menge an Restgas rückzuführen, ist ein großer Hub des Auslassventils erforderlich. Die Hubhöhe des Auslassventils bei der Restgasrückführung ist daher durch den oberen Totpunkt des Zylinderkolbens begrenzt. Dies hat den Nachteil, dass bei der Verlängerung der Schließdauer des Auslassventils ein erhöhter Aufwand sowie eine bauliche Einschränkung bei der Bestimmung des optimalen Verhältnisses zwischen maximalem Auslassventilhub in der Halteposition und der erforderlichen Restgasmenge zu berücksichtigen ist. Des Weiteren ist nachteilig, dass die Öffnungsdauer des Auslassventils ebenso zeitlich stark eingeschränkt ist. Somit ist eine Rückführung der internen Restgasmenge nur begrenzt möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventiltriebsystem für eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem durch eine verbesserte interne Abgasrückführung eine Reduzierung der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine erreicht wird. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Ventiltriebsystem durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Ventiltriebsystem für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Nockenfolger und einer Nockenwelle anzugeben. Die Nockenwelle umfasst eine hohle Außenwelle und eine Innenwelle, wobei die Innenwelle innerhalb der Außenwelle konzentrisch angeordnet und gegenüber der Außenwelle verdrehbar ist. Ferner umfasst die Nockenwelle wenigstens ein mehrteilig ausgebildetes Nockenelement, das wenigstens einen ersten Teilnocken, der drehfest mit der Außenwelle verbunden ist, und wenigstens einen zweiten Teilnocken aufweist, der verdrehbar auf der Außenwelle angeordnet und drehfest mit der Innenwelle verbunden ist. Die Teilnocken weisen eine unterschiedliche Nockenkontur auf. Der Nockenfolger ist zur Übertragung eines Ventilhubs mit einem Ventil, insbesondere Auslassventil, wirkverbunden. Der Nockenfolger ist mit dem Nockenelement derart koppelbar oder gekoppelt, dass nach einem ersten Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, ein zweiter Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, erfolgt. Die Teilnocken sind zur variablen Einstellung eines Öffnungszeitpunkts des zweiten Ventilhubs gegeneinander phasenverschiebbar und/oder eine Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs ist durch die Teilnocken variabel, insbesondere kontinuierlich, einstellbar.
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Die Erfindung hat verschiedene Vorteile:
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Bei der Kopplung des Nockenfolgers mit dem Nockenelement erfolgt vorteilhaft nach dem ersten Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, ein zweiter Ventilhub (Second Event) des Ventils, insbesondere Auslassventils. Der Nockenfolger wirkt dabei mit dem Nockenelement zusammen. Zur Übertragung des zweiten Ventilhubs auf das Ventil, insbesondere Auslassventil, wirkt der Nockenfolger vorzugsweise mit dem zweiten Teilnocken des Nockenelements zusammen. Vorteilhaft sind die Teilnocken zur variablen Einstellung des Öffnungszeitpunkts bzw. des Öffnungsbeginns gegeneinander phasenverschiebbar. Dadurch wird eine erhöhte Flexibilität bei der internen Abgasrückführung erreicht. Vorzugsweise ist dabei der zweite Teilnocken der Innenwelle gegenüber dem ersten Teilnocken der Außenwelle verdrehbar.
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Zusätzlich oder alternativ zum Öffnungszeitpunkt sieht die Erfindung vor, das durch die Teilnocken die Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs variabel, insbesondere kontinuierlich, einstellbar ist. Durch die variable Einstellung der Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs kann vorteilhaft die Menge des zurückzuführenden Restgases kontinuierlich eingestellt werden. Dadurch wird eine Reduzierung der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine erreicht.
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Zur variablen Einstellung der Ventilöffnungsdauer des Ventils, insbesondere Auslassventils, kann der erste Teilnocken einen oder mehrere Nockenkonturen aufweisen. Dabei kann der zweite Teilnocken mit dem ersten Teilnocken eine gemeinsame Nockenkontur bilden. Vorzugsweise wirkt der Nockenfolger mit der gemeinsamen Nockenkontur des ersten Teilnockens und des zweiten Teilnockens zur Übertragung des zweiten Ventilhubs auf das Ventil, insbesondere Auslassventil, zusammen. Zur variablen Einstellung der Ventilöffnungsdauer kann der zweite Teilnocken gegenüber dem ersten Teilnocken verdrehbar sein. Dabei ist die gemeinsame Nockenkontur verlängerbar oder verkürzbar. Somit ist die Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs des Ventils, insbesondere Auslassventils, variabel einstellbar.
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Dies hat den Vorteil, dass die rückzuführende Restgasmenge aus dem Auslasskanal gezielt einstellbar ist. Wird eine große Menge an Restgas benötigt, kann das Ventil, insbesondere Auslassventil, länger geöffnet werden, wodurch mehr Restgas in das Ansaugrohr und somit in den Brennraum gesaugt wird. Mit anderen Worten wird hierbei der zweite Teilnocken gegenüber dem ersten Teilnocken derart verdreht, dass die gemeinsame Nockenkontur der Teilnocken verlängert wird. Das Ventil, insbesondere Auslassventil, schließt somit später. Ist eine geringere Restgasmenge erforderlich, kann der zweite Teilnocken gegenüber dem ersten Teilnocken gedreht werden, wodurch die gemeinsame Nockenkontur verkürzt wird. Das Ventil, insbesondere Auslassventil, schließt somit früher.
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Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass der Nockenfolger im ungekoppelten Zustand nach dem ersten Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, keinen zweiten Ventilhub (Second Event) auf das Ventil, insbesondere Auslassventil, überträgt. Hierbei erfolgt vorzugsweise ausschließlich der erste Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils. Mit anderen Worten überträgt der Nockenfolger lediglich den ersten Ventilhub auf das Ventil. Der zweite Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, kann somit vorteilhafterweise durch den Nockenfolger zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wirkt das Nockenelement mit dem Nockenfolger derart zusammen, dass der zweite Ventilhub des Auslassventils zu einem dritten Ventilhub eines Einlassventils zeitgleich, insbesondere parallel, erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine große Hubhöhe des zweiten Ventilhubs ermöglicht wird. Der Kolben wird hierbei im Kolbenraum nach unten bewegt und saugt eine Frischgasfüllung in den Brennraum. Dies entspricht einem Ansaugtakt der Brennkraftmaschine. Im Ansaugtakt erfolgt vorteilhafterweise der zweite Ventilhub des Auslassventils, wodurch der erforderliche Restgasanteil aus dem Auslasskanal angesaugt wird. Der zweite Ventilhub erfolgt nach dem ersten Ventilhub des Auslassventils. Mit anderen Worten bildet der erste Ventilhub des Auslassventils ein separates Event, insbesondere First Event, das ein separates Öffnen und Schließen des Auslassventils umfasst. Der zweite Ventilhub bildet ebenso ein separates Event, insbesondere Second Event, das ein weiteres separates Öffnen und Schließen des Auslassventils umfasst. Somit kann schnell eine große Restgasmenge rückgeführt werden, wodurch Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine reduziert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Teilnocken eine unterschiedliche maximale Ventilhubhöhe auf. Die maximale Ventilhubhöhe des ersten Teilnockens kann dabei größer sein als die maximale Ventilhubhöhe des zweiten Teilnockens. Vorzugsweise ist durch den ersten Teilnocken auf das Auslassventil ein größerer Ventilhub übertragbar als durch den zweiten Teilnocken. Durch die maximale Ventilhubhöhe des ersten Teilnockens kann das Auslassventil vollständig geöffnet werden. Dies kann einem Vollhub des Auslassventils entsprechen. Durch die maximale Ventilhubhöhe des zweiten Teilnockens kann das Auslassventil teilweise geöffnet werden. Dies kann einem Teilhub des Auslassventils entsprechen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Teilnocken wenigstens einen dritten Teilnocken, der am ersten Teilnocken angeordnet und mit der Außenwelle drehfest verbunden ist. Der dritte Teilnocken kann mit dem ersten Teilnocken einstückig ausgebildet sein. Das Nockenelement kann somit durch den ersten Teilnocken, den zweiten Teilnocken und den dritten Teilnocken gebildet sein. Die Ausbildung des Nockenelements ist nicht auf die vorstehend genannte Anzahl von Teilnocken eingeschränkt.
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Vorzugsweise ist der dritte Teilnocken zum ersten Teilnocken phasenverschoben angeordnet. Mit anderen Worten kann der dritte Teilnocken mit einer Nockenspitze zur Nockenspitze des ersten Teilnockens verdreht angeordnet sein. Der Öffnungszeitpunkt des zweiten Ventilhubs des Auslassventils ist dabei durch die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Teilnocken und dem dritten Teilnocken definiert.
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Hierbei ist vorteilhaft, dass der dritte Teilnocken mit dem zweiten Teilnocken eine gemeinsame Nockenkontur bilden kann. Vorzugsweise wirkt der Nockenfolger mit der gemeinsamen Nockenkontur des dritten Teilnockens und des zweiten Teilnockens zur Übertragung des zweiten Ventilhubs auf das Auslassventil zusammen. Zur variablen Einstellung der Ventilöffnungsdauer kann der zweite Teilnocken gegenüber dem dritten Teilnocken verdrehbar sein. Dabei ist die gemeinsame Nockenkontur verlängerbar oder verkürzbar. Somit kann die Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs des Auslassventils vorteilhafterweise variabel eingestellt werden.
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Es ist denkbar, dass das Nockenelement wenistens zwei dritte Teilnocken aufweist, die jeweils am ersten Teilnocken einander gegenüber angeordnet sind. Der erste Teilnocken kann dabei mit den zwei dritten Teilnocken koaxial angeordnet sein. Die zwei dritten Teilnocken können eine identische Nockenkontur aufweisen. Ferner können die zwei dritten Teilnocken mit ihren Nockenspitzen am Nockenelement gleich ausgerichtet sein. Mit anderen Worten können die zwei dritten Teilnocken den selben Drehwinkel aufweisen. Die dritten Teilnocken können drehfest am ersten Teilnocken angeordnet sein. Ferner kann das Nockenelement wenigstens zwei zweite Teilnocken umfassen, die jeweils an einem dritten Teilnocken einander gegenüber angeordnet sind. Die dritten Teilnocken können dabei mit den zwei zweiten Teilnocken koaxial angeordnet sein. Die zwei zweiten Teilnocken können eine identische Nockenkontur aufweisen. Ferner können die zwei zweiten Teilnocken mit ihren Nockenspitzen am Nockenelement gleich ausgerichtet sein. Mit anderen Worten können die zwei zweiten Teilnocken den selben Drehwinkel aufweisen.
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Die zweiten Teilnocken können gegen die zwei dritten Teilnocken und somit gegen den ersten Teilnocken verdrehbar sein. Der Nockenfolger kann mit den zweiten Teilnocken und den dritten Teilnocken derart zusammenwirken, dass nach dem ersten Ventilhub des Auslassventils ein zweiter Ventilhub des Auslassventils erfolgt. Ferner kann der Nockenfolger mit den zweiten Teilnocken und den dritten Teilnocken derart zusammenwirken, das die Ventilöffnungsdauer des Auslassventils durch eine Relativverdrehung der zweiten Teilnocken gegenüber den dritten Teilnocken variabel einstellbar ist. Hierbei wird vorteilhaft eine flexible Steuerung der internen Abgasrückführung ermöglicht, wodurch Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine reduziert werden.
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Weiter vorzugsweise ist der zweite Teilnocken am dritten Teilnocken angeordnet. Die Teilnocken können koaxial zueinander angeordnet sein. Mit anderen Worten können der erste Teilnocken, der zweite Teilnocken und der dritte Teilnocken koaxial zueinander angeordnet sein. Der zweite Teilnocken kann am dritten Teilnocken anliegend oder vom dritten Teilnocken beabstandet angeordnet sein. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise des Nockenelements, wodurch Bauraum an der Nockenwelle eingespart wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Teilnocken eine Nockenlauffläche auf, die mit einer Nockenlauffläche des dritten Teilnockens flächenbündig abschließt. Dies hat den Vorteil, dass eine breite gemeisame Nockenlauffläche gebildet wird, durch die der zweite Ventilhub des Auslassventils auf den Nockenfolger und somit auf das Auslassventil übertragbar ist. Durch die breite gemeisame Nockenlauffläche wird eine Hubkraft vom zweiten und dritten Teilnocken gleichmäßig auf den Nockenfolger übertragen. Dies hat den Vorteil, dass eine Lebensdauer des Nockenfolgers durch eine gleichmäßige Lastaufnahme erhöht wird.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wirken der zweite Teilnocken und der dritte Teilnocken mit dem Nockenfolger zur variablen Einstellung, insbesondere kontinuierlichen Verstellung, der Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs des Auslassventils zusammen. Hierbei ist der zweite Teilnocken gegenüber dem dritten Teilnocken phasenverschiebbar. Mit anderen Worten kann durch eine Verdrehung bspw. des zweiten Teilnockens gegenüber des dritten Teilnockens die gemeinsame Nockenkontur bzw. die gemeinsame Nockenlauffläche in Umfangsrichtung der Teilnocken verlängert oder verkürzt werden. Eine verlängerte Nockenkontur ermöglicht eine erhöhte Rückführungsmenge von Restgas. Eine verkürzte Nockenkontur ermöglicht eine verringerte Rückführungsmenge von Restgas. Die variable Einstellung der Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs (Second Event) des Auslassventils ermöglicht daher eine anforderungsspezifische Rückführung von Restgas, insbesondere internem Abgas, aus dem Auslasskanal. Dadurch ist eine optimierte Verbrennung einstellbar, wodurch Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine reduziert werden.
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Vorzugsweise bildet der zweite Teilnocken und/oder der dritte Teilnocken am Nockenelement den zweiten Ventilhub des Auslassventils. Hierbei wird eine vom ersten Teilnocken entkoppelte Einstellung des zweiten Ventilhubs ermöglicht. Durch Funktionstrennung wird eine Bauteilflexibilität des Nockenelements erhöht, wodurch die Einsatzmöglichkeit des Nockenelements verbessert wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Nockenfolger, insbesondere Rollenschlepphebel, schaltbar ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass zum ersten Ventilhub des Auslassventils der zweite Ventilhub (Second Event) des Auslassventils bei Bedarf zuschaltbar oder abschaltbar ist. Ferner ermöglicht dies eine kontinuierliche Einstellung der internen Abgasrückführung.
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Generell hat die Erfindung den Vorteil, dass durch die Kombination des schaltbaren Nockenfolgers mit der vorstehend genannten Nockenwelle beim Dieselmotor eine Stickoxid-Reduzierung ermöglicht wird. Ferner wird vorteilhaft das Verbrennungsverfahren der homogenen Kompressionszündung (HCCI) in Form des Diesotto-Motors ermöglicht, wobei eine CO2-Reduzierung der Brennkraftmaschine erreicht wird.
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Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmschine, bei dem
- - eine Nockenwelle wenigstens ein Nockenelement aufweist, das durch Drehung der Nockenwelle wenigstens einen Ventilhub auf einen Nockenfolger überträgt;
- - der Nockenfolger mit dem Nockenelement derart koppelbar oder gekoppelt ist, das der wenigstens eine Ventilhub auf ein Ventil, insbesondere Auslassventil, übertragen wird;
- - der Nockenfolger derart geschaltet wird, dass nach einem ersten Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, ein zweiter Ventilhub des Ventils, insbesondere Auslassventils, zur Gasrückführung erfolgt, und
- - das Nockenelement wenigstens einen ersten Teilnocken und wenigstens einen zweiten Teilnocken aufweist, die zur variablen Einstellung eines Öffnungszeitpunkts des zweiten Ventilhubs gegeneinander phasenverschoben werden und/oder durch die eine Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs des Ventils, insbesondere Auslassventils, variabel, insbesondere kontinuierlich, eingestellt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Ventiltriebs weist das Nockenelement wenigstens einen dritten Teilnocken auf, gegen den der zweite Teilnocken durch Drehung der Innenwelle zur variablen Einstellung, insbesondere kontinuierlichen Verstellung, der Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs phasenverschoben wird.
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Zu den Vorteilen des Verfahrens zur Steuerung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmschine wird auf die im Zusammenhang mit dem Ventiltriebsystem erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf das Ventiltriebsystem genannte Merkmale aufweisen.
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Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Ventiltriebsystem ausgestaltet sein kann.
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In diesen zeigen,
- 1a eine perspektivische Ansicht eines mehrteilig ausgebildeten Nockenelements eines Ventiltriebsystems nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
- 1b eine perspektivische Ansicht des Nockenelements nach 1;
- 2a eine Querschnittsansicht des Nockenelements nach 1 in einer ersten Drehstellung;
- 2b eine Querschnittsansicht des Nockenelements nach 1 in einer zweiten Drehstellung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Nockenwelle mit einem Nockenelement nach 1;
- 4 eine schematische Darstellung der Nockenwelle nach 3 und einer weiteren Nockenwelle;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines schaltbaren Nockenfolgers;
- 6 eine perspektivische Darstellung eines Nockenelements eines Ventiltriebsystems nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
- 7 eine Längsschnittansicht durch ein Ventiltriebsystem nach dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Nockenelement nach 6;
- 8 eine schematische Darstellung einer Nockenwelle mit einem Nockenelement nach 6;
- 9 eine schematische Darstellung der Nockenwelle, nach 8 und einer weiteren Nockenwelle;
- 10 ein Diagramm mit einem Ventilhubverlauf des Nockenelements nach 1a bis 2b und 6 für ein Auslassventil, und
- 11 ein Diargramm mit einem Ventilhubverlauf des Nockenelements nach 1a bis 2b für ein Auslassventil.
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1a und 1b zeigen eine perspesktivische Ansicht eines mehrteilig ausgebildeten Nockenelements 33 eines nicht dargestellten Ventiltriebsystems 10 nach einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Das Nockenelement 33 umfasst einen ersten Teilnocken 34 und zwei zweite Teilnocken 36. Der erste Teilnocken 34 weist zwei dritte Teilnocken 35 auf. Ferner weisen der erste Teilnocken 34 eine Nockenlauffläche 34a und die dritten Teilnocken 35 jeweils eine Nockenlauffläche 35a auf. Der erste Teilnocken 34 ist mit den zwei dritten Teilnocken 35 einstückig ausgebildet. Der erste Teilnocken 34 kann auch von den dritten Teilnocken 35 getrennt ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann der erste Teilnocken 34 einen separaten Nocken bilden. Ferner können die dritten Teilnocken 35 ebenso jeweils als separater Nocken ausgebildet sein.
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Der erste Teilnocken 34 und die zwei dritten Teilnocken 35 sind koaxial zueinander angeordnet. Dabei ist jeweils ein dritter Teilnocken 35 am ersten Teilnocken 34 gegenüber angeordnet. Die Teilnocken 34, 35 weisen eine gemeinsame Längsachse auf. Die zwei dritten Teilnocken 35 weisen identische Nockenlaufflächen 35a auf. Die zwei dritten Teilnocken 35 können auch unterschiedliche Nockenlaufläche 35a aufweisen. Ferner bildet jeweils eine Nockenlauffläche 35a der dritten Teilnocken 35 ein axiales Ende des ersten Teilnockens 34. Die dritten Teilnocken 35 sind mit der jeweilgen Nockenlauffläche 35a am ersten Teilnocken 34 zueinander gespiegelt ausgebildet. Mit anderen Worten sind die dritten Teilnocken 35 um eine gedachte Symmetrieebene, die orthogonal zur Längsachse angeordnet ist, am ersten Teilnocken 34 gespiegelt ausgebildet.
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Der erste Teilnocken 34 weist eine Nockenkontur 39a auf, die durch einen Nockengrundkreis, eine Nockenspitze mit einer maximalen Ventilhubhöhe 44a, eine ansteigende Nockenflanke und eine abfallende Nockenflanke gebildet ist. Die Nockenkontur 39a entspricht dabei einer allgemein bekannten Nockenkontur. Die zwei dritten Teilnocken 35 weisen eine identische Nockenkontur 39b auf. Hierbei ist die Nockenkontur 39b ebenso durch einen Nockengrundkreis, eine Nockenspitze mit einer maximalen Ventilhubhöhe 44b, eine ansteigende Nockenflanke und eine abfallende Nockenflanke gebildet. Der erste Teilnocken 34 und die dritten Teilnocken 35 weisen eine unterschiedliche maximale Ventilhubhöhe 44 auf. Die maximale Ventilhubhöhe 44a des ersten Teilnockens 34 ist dabei größer als die maximale Ventilhubhöhe 44b des dritten Teilnockens 35. Mit anderen Worten ist die Nockenspitze des ersten Teilnockens 34 ausgehend von der Längsachse größer ausgebildet als die Nockenspitze des dritten Teilnockens 35.
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Die dritten Teilnocken 35 sind am ersten Teilnocken 34 derart ausgebildet, dass die dritten Teilnocken 35 zum ersten Teilnocken 34 verdreht, insbesondere phasenverschoben, sind. Mit anderen Worten sind die Nockenspitzen der dritten Teilnocken 35 gegen die Nockenspitze des ersten Teilnockens 34 in Umfangsrichtung der Teilnocken 34, 35 verdreht ausgerichtet. Die dritten Teilnocken 35 sind dabei um den selben Winkelwert gegen den ersten Teilnocken 34 verdreht ausgerichtet. Die dritten Teilnocken 35 sind am ersten Teilnocken 34 drehfest ausgebildet.
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Ferner umfassen der erste Teilnocken 34 und die zwei dritten Teilnocken 35 eine axiale Durchgangsbohrung, die im Wesentlichen einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser einer nicht dargestellten Nockenwelle 30 entspricht. Auf die weitere Ausgestaltung der Nockenwelle 30 wird später näher eingegangen.
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Wie in 1a und 1b ersichtlich, weist das Nockenelement 33 zwei zweite Teilnocken 36 auf. Die zweiten Teilnocken 36 sind identisch ausgebildet. Der jeweilige Teilnocken 36 weist eine Nockenkontur 39c auf, die durch einen Nockengrundkreis, eine Nockenspitze mit einer maximalen Ventilhubhöhe 44c, einer ansteigenden Nockenflanke und einer abfallenden Nockenflanke gebildet ist. Die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 kann zur Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 identisch ausgebildet sein. Die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 kann auch in Umfangsrichtung länger oder kürzer als die Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 ausgebildet sein. Der zweite Teilnocken 36 kann eine Nockenlauffläche 36a aufweisen, die mit der Nockenlauffläche 35a des dritten Teilnockens 35 flächenbündig abschließt. Die maximalen Ventilhubhöhen 44b, 44c des zweiten Teilnockens 36 und des dritten Teilnockens 35 sind somit identisch.
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Ferner umfassen die zwei zweiten Teilnocken 35 jeweils eine axiale Durchgangsbohrung, die einen Innendurchmesser aufweist. Der Innendurchmesser ist dabei derart ausgebildet, dass die zweiten Teilnocken 35 auf der nicht dargestellten Nockenwelle 30 vedrehbar sind.
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Die Nockenlauffläche 35a des dritten Teilnockens 35 bildet mit der Nockenlauffläche 36a des zweiten Teilnockens 36 eine gemeinsame Nockenlauffläche. Dabei kann die Nockenlauffläche 35a des dritten Teilnockens 35 länger als die Nockenlauffläche 36a des zweiten Teilnockens 36 ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die Nockenlauffläche 35a des dritten Teilnockens 35 kürzer als die Nockenlauffläche 36a des zweiten Teilnockens 36 ausgebildet ist.
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Jeweils ein zweiter Teilnocken 36 ist an jeweils einem dritten Teilnocken 35 angeordnet. Der zweite Teilnocken 36 ist mit dem dritten Teilnocken 35 und mit dem ersten Teilnocken 34 koaxial angeordnet. Die zweiten Teilnocken 36 sind an den dritten Teilnocken 35 verdrehbar angeordnet. Mit anderen Worten sind die zweiten Teilnocken 36 gegenüber den dritten Teilnocken 35 verdrehbar. Die zweiten Teilnocken 36 sind am Nockenelement 33 identisch ausgerichtet. Die zweiten Teilnocken 36 sind dabei mit dem selben Winkelwert ausgerichtet. Der jeweilige zweite Teilnocken 36 ist mit der Nockenlauffläche 36a zur Nockenlauffläche 35a des jeweiligen dritten Teilnockens 35 hin am Nockenelement 33 angeordnet.
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Wie in 1a und 1b gezeigt, weist das Nockenelement 33 eine zentrale Nockenlauffläche 34a des ersten Teilnockens 34 auf, von der ausgehend in Richtung der Längsachse symmentrisch nach außen die Nockenlaufflächen 35a der dritten Teilnocken 35 ausgebildet sind. An die Nockenlaufflächen 35a der dritten Teilnocken 35 grenzen die Nockenlaufflächen 36a der zweiten Teilnocken 36 an. Zwischen der jeweiligen Nockenlauffläche 35a und der Nockenlauffläche 34a ist ein Spalt ausgebildet. Die Nockenlaufflächen 35a der dritten Teilnocken 35 können auch direkt angrenzend an die Nockenlauffläche 34a des ersten Teilnockens 34 angeordnet sein. Der eingezeichnete Pfeil zeigt die Drehrichtung des Nockenelements 33 an.
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Gemäß 1a sind die zweiten Teilnocken 36 gegenüber den dritten Teilnocken 35 geringfügig verdreht gezeigt. Die gemeinsame Nockenlauffläche der Teilnocken 35, 36 ist nur gering verlängert. Die zweiten Teilnocken 36 können zu den dritten Teilnocken 35 derart verdreht ausgerichtet sein, dass die Nockenlauffläche 36a der zweiten Teilnocken 36 mit der Nockenlauffläche 35a der dritten Teilnocken 35 konturbündig abschließt. Mit anderen Worten kann der zweite Teilnocken 36 zum dritten Teilnocken 35 derart ausgerichtet sein, dass die gemeisame Nockenlauffläche der Teilnocken 35, 36 unverändert ist.
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In 1b sind die zweiten Teilnocken 36 gegenüber den dritten Teilnocken 35 derart verdreht ausgerichtet, dass deren gemeinsame Nockenlauffläche maximal verlängert ist. Generell ist denkbar, dass die zweiten Teilnocken 36 in Umfangsrichtung über die Nockenlaufflächen 35a der dritten Teilnocken 35 hinaus verdrehbar sind. Dabei würden die zweiten Teilnocken 36 einen dritten Ventilhub des Auslassventils bewirken.
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2a und 2b zeigen eine Querschnittsansicht des Nockenelements 33 gemäß 1a und 1b in einer ersten und einer zweiten Drehstellung. Gemäß 2a ist der zweite Teilnocken 36 am Nockenelement 33 derart verdreht ausgerichtet, dass die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 mit der Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 bündig abschließt. Hierbei bilden die Nockenlauffläche 39b des dritten Teilnockens 35 und die Nockenlauffläche 39c des zweiten Teilnockens 36 die gemeinsame Nockenlauffläche. Diese gemeinsame Nockenlauffläche des dritten Teilnockens 35 und des zweiten Teilnockens 36 bildet dabei eine minimale Nockenkontur des zweiten Ventilhubs (Second Events) des Auslassventils. Dies entspricht der ersten Drehstellung, die die Nullstellung des zweiten Teilnockens 36 bildet.
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Es ist auch denkbar, dass die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 radial nach außen größer ist als die Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35. Mit anderen Worten kann die Nockenkontur 39b des zweiten Teilnockens 36 die Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 radial nach außen teilweise oder vollständig überragen. Ebenso kann die Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 radial nach außen teilweise oder vollständig überragen. Weisen die Teilnocken 35, 36 radial nach außen unterschiedlich große Nockenkonturen 39b, 39c auf, entsteht bei einer Verdrehung der Teilnocken 35, 36 gegeneinander ein Übergabebereich, bspw. für einen nicht dargestellten Nockenfolger 20. Der Übergabebereich kann dabei derart ausgestaltet sein, dass der Nockenfolger 20 kontinuierlich, insbesondere ruckfrei, vom dritten Teilnocken 35 auf den zweiten Teilnocken 36 überführbar ist.
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In 2b ist der zweite Teilnocken 36 derart am Nockenelement 33 verdreht ausgerichtet, dass die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 die Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 verlängert. Mit anderen Worten ist der zweiten Teilnocken 36 gegenüber den dritten Teilnocken 35 derart verdreht ausgerichtet, dass deren gemeinsam wirksame, insbesondere auf einen nicht dargestellten Nockenfolger 20, Nockenlauffläche verlängert ist.
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Gemäß 3 ist eine schematische Darstellung der Nockenwelle 30 mit dem Nockenelement 33 nach 1a bis 2b gezeigt. Die Nockenwelle 30 umfasst dabei eine hohle Außenwelle 31 und eine Innenwelle 32. Die Innenwelle 32 ist innerhalb der Außenwelle 31 konzentrisch angeordnet und gegenüber der Außenwelle 31 verdrehbar. Die Nockenwelle 30 umfasst das mehrteilig ausgebildetes Nockenelement 33. Die Ausgestaltung des Nockenelements 33 entspricht dabei der Ausgestaltung des Nockenelements 33, wie vorstehend in 1a bis 2b beschrieben.
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Der erste Teilnocken 34 ist drehfest mit der Außenwelle 31 verbunden. Ferner ist der zweite Teilnocken 36 verdrehbar auf der Außenwelle 31 angeordnet und drehfest mit der Innenwelle 32 verbunden. Der zweite Teilnocken 36 kann durch ein nicht dargestelltes Verbindungselement mit der Innenwelle 32 drehfest verbunden sein. Das Verbindungselement kann durch einen Stift, eine Verbindungswelle, einen Bolzen oder ein anderes nicht genanntes Verbindungselement mit der Innenwelle 32 drehfest verbunden sein. Dabei kann der zweite Teilnocken 36 fest oder durch ein Verschieben des Verbindungselements mit der Innenwelle 32 verbunden, insbesondere verriegelt sein. Das Verbindungselement kann zur Kopplung des zweiten Teilnockens 36 mit der Innenwelle 32 hydraulisch verschiebbar sein. Es ist auch denkbar, dass das Verbindungselement elektrisch verschiebbar ist. Das Verbindungselement kann auch mechanisch verschiebbar sein. Wird somit die Innenwelle 32 gegenüber der hohlen Außenwelle 31 verdreht, so werden ebenso die zweiten Teilnocken 36 gegenüber dem ersten Teilnocken 34 und den dritten Teilnocken 35 verdreht.
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Die Nockenwelle 30 umfasst ferner einen weiteren Nocken 38 ein Verstellrad 62 und ein erstes Schaltrad 63. Das Verstellrad 62 ist mit der Innenwelle 32 der Nockenwelle 30 drehfest verbunden. Das Verstellrad 62 ist dabei an einem freien Ende der Innenwelle 32 angeordnet, das ein freies Ende der hohlen Außenwelle 31 überragt. Das erste Schaltrad 63 ist mit der hohlen Außenwelle 31 der Nockenwelle 30 drehfest verbunden, wobei das erste Schaltrad 63 am freien Ende der Außenwelle 31 angeordnet ist. Das Verstellrad 62 und das erste Schaltrad 63 können eine Verzahnung aufweisen. Die Nockenwelle 30 kann auch mehrere nicht dargestellte weitere Nocken 38 sowie mehrere Nockenelemente 33 aufweisen. Gemäß 3 umfasst die Nockenwelle 30 des Weiteren zwei Lagerstellen 37 und ein weiteres Nockenwellenbauteil 66. Die Nockenwelle 30 kann auch noch weitere nicht dargestellte Nockenwellenbauteile umfassen.
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Die Nockenwelle 30 wirkt zur Übertragung eines oder mehrerer Ventilhübe 41 mit einem Nockenfolger 20 gemäß 5 zusammen. Der Nockenfolger 20 ist in 3 nicht dargestellt. Wie in 5 gezeigt, ist der Nockenfolger 20 schaltbar ausgebildet. Konkret ist der Nockenfolger 20 durch einen schaltbaren Rollenschlepphebel 20a gebildet. Der Nockenfolger 20 kann auch durch einen schaltbaren Tassenstößel gebildet sein. Der Nockenfolger 20 kann auch durch einen anderen schaltbaren Nockenfolger 20 gebildet sein.
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Der schaltbare Rollenschlepphebel 20a weist einen inneren Primärhebel 22 und einen äußeren Sekundärhebel 23 auf. Der innere Primärhebel 22 weist eine Nockenrolle 24 auf, die am Primärhebel 22 drehbar gelagert angeordnet ist. Der äußere Sekundärhebel 23 ist rahmenförmig ausgebildet und umschließt den inneren Primärhebel 22 teilweise. Der äußere Sekundärhebel 23 weist zwei Folgerlaufflächen 21 auf, die am Rahmen des Sekundärhebels 23 ausgebildet sind. Der äußere Sekundärhebel 23 ist am inneren Primärhebel 22 derart angeordnet, dass sich die Folgerlaufflächen 21 im Wesentlichen in einer Querrichtung zum Rollenschlepphebel 20a mit der Nockenrolle 24 auf einer gemeinsamen Querachse befinden.
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Der äußere Sekundärhebel 23 ist ferner mit dem inneren Primärhebel 22 durch einen Gelenkstift 25 drehbar, insbesondere kippbar, verbunden. Der Rollenschlepphebel 20a weist des Weiteren eine Schaltelement 26 auf, durch die der äußere Sekundärhebel 23 mit dem inneren Primärhebel 22 verdrehfest, insbesondere kippfest, koppelbar ist. Das Schaltelement 26 kann durch eine Schubstange oder eine Betätigungswelle gebildet sein. Das Schaltelement 26 kann auch durch einen Schaltstift oder ein anderes nicht genanntes Schaltelement 26 gebildet sein. Das Schaltelement 26 kann zur Kopplung des Sekundärhebels 23 mit dem Primärhebel 22 hydraulisch verschiebbar sein. Es ist auch denkbar, dass das Schaltelement 26 elektrisch verschiebbar ist. Das Schaltelement 26 kann auch mechanisch verschiebbar sein.
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In 5 ist der schaltbare Rollenschlepphebel 20a in einer Lösestellung gezeigt. Dabei ist der äußere Sekundärhebel 23 vom inneren Primärhebel 22 entriegelt. Mit anderen Worten ist der Sekundärhebel 23 mit dem Primärhebel 22 durch das Schaltelement 26 nicht verbunden. Hierbei ist ein Verkippen des äußeren Sekundärhebels 23 unabhängig vom inneren Primärhebel 22 ermöglicht. In der Lösestellung des schaltbaren Rollenschlepphebels 20a folgt der Sekundärhebel 23 nicht der Hubbewegung des Primärhebels 22, die der Primärhebel 22 durch zusammenwirken mit der nicht dargestellten Nockenlauffläche 39a des ersten Teilnockens 34 aufnimmt. Die Lösestellung entspricht somit einem ungeschalteten Zustand des Rollenschlepphebels 20a. In der Lösestellung wirkt somit der Rollenschlepphebel 20a lediglich mit der Nockenlauffläche 39a des ersten Teilnockens 34 zusammen. Dabei wird der erste Ventilhub 41a auf das Auslassventil übertragen. Der äußere Sekundärhebel 23 ist hierbei vom inneren Primärhebel 22 des Rollenschlepphebels 20a entkoppelt. Mit anderen Worten wird im ungeschalteten Zustand des Rollenschlepphebels 20a ausschließlich der erste Ventilhub 41a auf das Auslassventil übertragen.
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In einer nicht dargestellten Arretierstellung ist das Schaltelement 26 in Richtung des inneren Primärhebels 22 verschoben. Der Sekundärhebel 23 ist in der Arretierstellung mit dem Primärhebel 22 verdrehfest verbunden. In der Arretierstellung des schaltbaren Rollenschlepphebels 20a folgt der Sekundärhebel 23 der Hubbewegung des Primärhebels 22, die der Primärhebel 22 durch zusammenwirken mit der nicht dargestellte Nockenwelle 30 aufnimmt. Die Arretierstellung entspricht dem geschalteten Zustand des Rollenschlepphebels 20a. In der Arretierstellung wirkt somit der Rollenschlepphebel 20a mit der Nockenlauffläche 39a des ersten Teilnockens 34 und mit der gemeinsamen Nockenlauffläche der Teilnocken 35, 36 zusammen. Hierbei wird der erste Ventilhub 41a durch die Nockenlauffläche 39a des ersten Teilnockens 34 auf den Rollenschlepphebel 20a und somit auf das Auslassventil übertragen. Ferner wird hierbei durch die gemeisame Nockenlauffläche der Teilnocken 35, 36 nach dem ersten Ventilhub 41a der zweite Ventilhub 41b (Second Event) auf den Rollenschlepphebel 20a und somit auf das Auslassventil übertragen. Der äußere Sekundärhebel 23 ist dabei mit dem inneren Primärhebel 22 des Rollenschlepphebels 20a gekoppelt. Mit anderen Worten wird im geschalteten Zustand des Rollenschlepphebels 20a zusätzlich zum ersten Ventilhub 41a der zweite Ventilhub 41b auf das Auslassventil übertragen.
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In der folgenden Beschreibung wird der schaltbarer Rollenschlepphebel 20a allgemein als Nockenfolger 20 bezeichnet. Der Nockenfolger 20 weist hierbei die im Zusammenhang mit dem schaltbaren Rollenschlepphebel 20a genannten Merkmale auf.
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Bei dem nicht dargestellten Ventiltriebsystem 10 gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wirkt der Nockenfolger 20 mit der Nockenwelle 30 gemäß 3 zusammen. Dabei ist der Nockenfolger 20 zur Übertragung eines oder mehrerer Ventilhhübe 41 mit wenigstens einem nicht dargestellten Auslassventil wirkverbunden. Ferner ist der Nockenfolger 20 mit dem Nockenelement 33 derart koppelbar oder gekoppelt, dass nach einem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils ein zweiter Ventilhub 41b des Auslassventils erfolgt.
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Der koppelbare Zustand des Nockenfolger 20 mit dem Nockenelement 33 entspricht der vorstehend beschriebenen Lösestellung des Nockenfolgers 20. Hierbei wirkt der Nockenfolger 20 durch den inneren Primärhebel 22 bzw. die Nockenrolle 24 mit dem ersten Teilnocken 34 hubübertragend zusammen. Durch das Zusammenwirken des inneren Primärhebels 22 des Nockenfolgers 20 mit dem ersten Teilnocken 34 des Nockenelements 33 wird der erste Ventilhub 41a auf das Auslassventil übertragen. Der erste Ventilhub 41a entspricht dabei einem Vollhub des Auslassventils zum Auslass von Abgasen aus dem Brennraum. In der Lösestellung des Nockenfolgers 20 erfolgt nach dem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils kein zweiter Ventilhub 41b (Second Event) des Auslassventils. Der Nockenfolger 20 tastet hierbei lediglich die Nockenkontur 39a des ersten Teilnockens 34 ab. Es erfolgt somit nach dem ersten Ventilhub 41a kein zweiter Ventilhub 41b zur internen Abgasrückführung bzw. zur Rückführung von Restgas aus dem Auslasskanal in den Brennraum, insbesondere das Ansaugrohr.
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Im gekoppelten Zustand des Nockenfolgers 20 mit dem Nockenelement 33 befindet sich der Nockenfolger 20 in der vorstehend beschriebenen Arrtierstellung. Hierbei wirkt der Nockenfolger 20 durch den inneren Primärhebel 22 bzw. die Nockenrolle 24 mit dem ersten Teilnocken 34 hubübertragend zusammen. Durch das Zusammenwirken des inneren Primärhebels 22 des Nockenfolgers 20 mit dem ersten Teilnocken 34 des Nockenelements 33 wird der erste Ventilhub 41a auf das Auslassventil übertragen. Der Nockenfolger 20 tastet hierzu die Nockenkontur 39a des ersten Teilnockens 34 ab. Der erste Ventilhub 41a entspricht, wie vorstehend beschrieben, einem Vollhub des Auslassventils zum Auslass von Abgasen aus dem Brennraum.
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Ferner wirkt der Nockenfolger 20 im gekoppelten Zustand durch den äußeren Sekundärhebel 23 mit dem zweiten Teilnocken 36 und dem dritten Teilnocken 35 ebenso hubübertragend zusammen. Durch das Zusammenwirken des äußeren Primärhebels 23 des Nockenfolgers 20 mit dem zweiten Teilnocken 36 und dem dritten Teilnocken 35 des Nockenelements 33 wird der zweite Ventilhub 41b auf das Auslassventil übertragen. Der Nockenfolger 20 tastet hierzu die Nockenkontur 39b des dritten Teilnockens 35 und/oder die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 ab. Der zweite Teilnocken 36 und der dritte Teilnocken 35 bilden am Nockenelement 33 den zweiten Ventilhub 41b des Auslassventils. Der zweite Ventilhub 41b entspricht dabei einem Teilhub des Auslassventils zum Rückführen von Restgas aus dem Auslasskanal in den Brennraum, insbesondere das Ansaugrohr. In der Arretierstellung des Nockenfolgers 20 erfolgt somit nach dem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils der zweite Ventilhub 41b (Second Event) des Auslassventils.
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Der zweite Ventilhub 41b ist zum ersten Ventilhub 41a des Auslassventils durch den Nockenfolger 20 entsprechend der erforderlichen Betriebsbedingung zuschaltbar (Arretierstellung) oder abschaltbar (Lösestellung).
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Wie in 3 gezeigt, sind der erste Teilnocken 34 und die dritten Teilnocken 35 mit der hohlen Außenwelle 31 der Nockenwelle 30 drehfest verbunden. Ferner sind die zweiten Teilnocken 36 mit der Innenwelle 32 der Nockenwelle 30 drehfest verbunden. Wird somit die Innenwelle 32 gegenüber der hohlen Außenwelle 31 verdreht, werden die zweiten Teilnocken 36 gegenüber den dritten Teilnocken 35 gleichermaßen verdreht. Durch die Verdrehung der Innenwelle 32 und somit der zweiten Teilnocken 36 kann eine Ventilöffnungsdauer 43 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils variabel, insbesondere kontinuierlich, eingestellt werden.
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Es ist auch denkbar, dass der zweite Teilnocken 36 mit der Außenwelle 31 drehfest verbunden ist. Ferner kann hierbei der erste Teilnocken 34 verdrehbar auf der Außenwelle 31 angeordnet und drehfest mit der Innenwelle 32 verbunden sein. Der erste Teilnocken 36 kann dabei durch ein nicht dargestelltes Verbindungselement, wie in 3 beschrieben, mit der Innenwelle 32 drehfest verbunden sein. Somit kann der erste Teilnocken 34 gegenüber dem zweiten Teilnocken 36 verdrehbar sein. Wird daher die Innenwelle 32 gegenüber der hohlen Außenwelle 31 verdreht, werden der erste Teilnocken 34 und die dritten Teilnocken 35 gegenüber den zweiten Teilnocken 36 gleichermaßen verdreht. Durch die Verdrehung der Innenwelle 32 und somit des ersten Teilnocken 34 mit den dritten Teilnocken 36 kann eine Ventilöffnungsdauer 43 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils variabel, insbesondere kontinuierlich, eingestellt werden.
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Wie in 1a und 1b beschrieben, bilden die Nockenlaufflächen 35a, 36a der Teilnocken 35, 36 eine gemeinsame Nockenlauffläche, wobei die Länge der gemeinsamen Nockenlauffläche durch Verdrehung der zweiten Teilnocken 36 variabel veränderbar ist. Zur variablen Einstellung, insbesondere kontinuierlichen Verstellung, der Ventilöffnungsdauer 43 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils wirken die dritten Teilnocken 35 und die zweiten Teinocken 36 mit dem schaltbaren Nockenfolger 20 zusammen.
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In 4 ist eine Nockenwelle 30 gemäß 3 gezeigt, die mit einer Einlassnockenwelle 65 verschaltet ist. Die Nockenwelle 30 bildet dabei eine Auslassnockenwelle. Die Einlassnockenwelle 65 umfasst eine Trägerwelle 68, zwei Nocken 38a, zwei Lagerstellen 37, eine Schaltrad 64 und einen Phasensteller 61. Die Trägerwelle 68 kann als Vollwelle oder Hohlwelle ausgebildet sein. Die Nockenwelle 30 ist mit der Einlassnockenwelle 65 derart verschaltet, dass die Drehbewegung der Nockenwellen 30, 65 entsprechend der eforderlichen Betriebsbedinungen der Brennkraftmschine aufeinander abstimmbar sind. Ferner können die Nockenwellen 30, 65 eine definierte Phasenlage zueinander aufweisen.
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Der Phasensteller 61 der Einlassnockenwelle 65 ist mit dem Verstellrad 62 der Nockenwelle 30 verschaltet. Durch den Phasensteller 61 der Einlassnockenwelle 65 ist die Innenwelle 32 der Nockenwelle 30 phasenverstellbar, insbesondere verdrehbar. Mit anderen Worten sind die zweiten Teilnocken 36 der Nockenwelle 30 durch den Phasensteller 61 der Einlassnockenwelle 65 verdrehbar. Durch den Phasensteller 61 der Einlassnockenwelle 65 ist somit die Öffnungsdauer 43 des zweiten Ventilshubs 41b des Auslassventils variabel, insbesondere kontinuierlich, einstellbar. Der Phasensteller 61 kann hydraulisch und/oder elektrisch betätigt sein. Mit anderen Worten kann die Phasenverstellung der Innenwelle 32 der Nockenwelle 30 hydraulisch und/oder elektrisch erfolgen. Ferner ist auch denkbar, dass die Phasenverstellung der Innenwelle 32 der Nockenwelle 30 auch mechanisch erfolgt. Generell kann der Phasensteller 61 auch an und/oder in der Nockenwelle 30 angeordnet sein.
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6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Nockenelements 33 eines nicht dargestellten Ventiltriebsystems 10 nach einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Das Nockenelement 33 ist mehrteilig ausgebildet. Das Nockenelement 33 umfasst dabei einen ersten Teilnocken 34 und zwei zweite Teilnocken 36. Die Teilnocken 34, 36 sind hierbei getrennt. Die zweiten Teilnocken 36 sind gegenüber dem ersten Teilnocken 34 verdrehbar. Die Ausgestaltung, Ausrichtung sowie die Anordnung des ersten Teilnockens 34 entspricht jeweils jener, wie in 1a bis 2b beschrieben. Ferner entspricht die Ausgestaltung, Ausrichtung sowie die Anordnung des zweiten Teilnockens 36 denen des dritten Teilnockens 35, wie in 1a bis 2b beschrieben.
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Die Ausgestaltung des Nockenelements 33 entspricht der Ausgestaltung des Nockenelements 33, wie in 1a bis 2b beschrieben. Im Unterschied zum Nockenelement 33 gemäß 1a bis 2b weist das Nockenelement 33 bzw. der erste Teilnocken 34 keine dritten Teilnocken 35 auf.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass der erste Teilnocken 34 mit den zweiten Teilnocken 36 einstückig ausgebildet ist. Hierbei kann das Nockenelement 33 vollständig mit der Innenwelle 32 der nicht dargestellten Nockenwelle 30 gemäß 3 und 4 drehfest verbunden sein. Bei einer Verdrehung der Innenwelle 32 der Nockenwelle 30 wird hierbei das gesamte Nockenelement 33, d.h. der erste Teilnocken 34 und die zweiten Teilnocken 36 verdreht, insbesondere zu einer nicht dargestellten Einlassnockenwelle 65 phasenverstellt.
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7 zeigt eine Längsschnittansicht durch ein Ventiltriebsystem 10 nach dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Das Ventiltriebsystem 10 umfasst den Nockenfolger 20 gemäß 5 und eine Nockenwelle 30. Die Nockenwelle 30 weist eine hohle Außenwelle 31 und eine Innenwelle 32 auf. Die Innenwelle 32 ist innerhalb der Außenwelle 31 konzentrisch angeordnet und gegenüber der Außenwelle 31 verdrehbar. Die Nockenwelle 30 umfasst ferner ein Nockenelement 33 gemäß 6. Der erste Teilnocken 34 des Nockenelements 33 ist dabei drehfest mit der Außenwelle 31 verbunden. Der zweite Teilnocken 36 des Nockenelements 33 ist verdrehbar auf der Außenwelle 31 angeordnet und drehfest mit der Innenwelle 32 verbunden. Die Teilnocken 34, 36 weisen eine unterschiedliche Nockenkontur 39 auf. Ferner ist der schaltbare Nockenfolger 20 zur Übertragung eines Ventilhubs 41 mit einem nicht dargestellten Auslassventil wirkverbunden. Das Ventiltriebsystem 10 kann im Wesentlichen in einem Zylinderkopfgehäuse 67 angeordnet sein.
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Die Nockenwelle 30 gemäß 7 umfasst ferner einen weiteren Nocken 38 und einen weiteren Nockenfolger 27, insbesondere einen Rollenschlepphebel. Der Nockenfolger 27 ist hierbei nicht-schaltbar ausgebildet und kann zur Übertragung eines Ventilhubs auf ein weiteres nicht dargestelltes Auslassventil mit dem weiteren Nocken 38 zusammenwirken.
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Bei dem Ventiltriebsystem 10 gemäß 7 wirkt der Nockenfolger 20 mit der Nockenwelle 30 zusammen. Der Nockenfolger 20 ist mit dem Nockenelement 33 derart koppelbar oder gekoppelt, dass nach einem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils ein zweiter Ventilhub 41b des Auslassventils erfolgt.
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Der koppelbare Zustand des Nockenfolger 20 mit dem Nockenelement 33 entspricht der in 5 beschriebenen Lösestellung des Nockenfolgers 20. Im gekoppelten Zustand des Nockenfolgers 20 mit dem Nockenelement 33 befindet sich der Nockenfolger 20 in der Arrtierstellung, die in 5 beschrieben ist. Hierbei wirkt der Nockenfolger 20 durch den inneren Primärhebel 22 mit dem ersten Teilnocken 34 hubübertragend zusammen. Durch das Zusammenwirken des inneren Primärhebels 22 des Nockenfolgers 20 mit dem ersten Teilnocken 34 des Nockenelements 33 wird der erste Ventilhub 41a auf das Auslassventil übertragen. Der Nockenfolger 20 tastet hierzu die Nockenkontur 39a des ersten Teilnockens 34 ab. Der erste Ventilhub 41a entspricht, wie vorstehend beschrieben, einem Vollhub des Auslassventils.
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Ferner wirkt der Nockenfolger 20 im gekoppelten Zustand durch den äußeren Sekundärhebel 23 mit dem zweiten Teilnocken 36 ebenso hubübertragend zusammen. Durch das Zusammenwirken des äußeren Primärhebels 23 des Nockenfolgers 20 mit den zweiten Teilnocken 36 des Nockenelements 33 wird der zweite Ventilhub 41b auf das Auslassventil übertragen. Der Nockenfolger 20 tastet hierzu die Nockenkontur 39c des zweiten Teilnockens 36 ab. Der zweite Teilnocken 36 bildet am Nockenelement 33 den zweiten Ventilhub 41b des Auslassventils. Der zweite Ventilhub 41b entspricht dabei einem Teilhub des Auslassventils zum Rückführen von Restgas aus dem Auslasskanal in den Brennraum, insbesondere das Ansaugrohr. In der Arretierstellung des Nockenfolgers 20 erfolgt nach dem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils der zweite Ventilhub 41b (Second Event) des Auslassventils.
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Der zweite Ventilhub 41b ist zum ersten Ventilhub 41a des Auslassventils durch den Nockenfolger 20 entsprechend der erforderlichen Betriebsbedingung zuschaltbar (Arretierstellung) oder abschaltbar (Lösestellung).
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Gemäß 7 kann durch die Verdrehung der Innenwelle 32 und somit der zweiten Teilnocken 36 ein Öffnungszeitpunkt 42 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils variabel eingestellt werden. Die zweiten Teilnocken 36 werden dazu gegen den ersten Teilnocken 34 phasenverschoben.
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8 und 9 zeigen schematische Darstellungen der Nockenwelle 30 gemäß 7 sowie der weiteren Nockenwelle 65 gemäß 4. Die Verdrehung des zweiten Teilnockens 36 erfolgt, wie in 3 und 4 beschrieben. Im Unterschied zur Verdrehung der zweiten Teilnocken 36 gemäß 3 und 4, kann eine Verdrehung der zweiten Teilnocken 36 gemäß 8 und 9 ausschließlich variabel Einstellung des Öffnungszeitpunkts 42 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils bewirken. Durch Verdrehung der zweiten Teilnocken 36 kann hierbei keine Öffnungsdauer des zweiten Ventilhubs verändert werden.
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In 10 und 11 ist ein Diagramm mit einem Ventilhubverlauf eines Nockenelements 33 für ein Auslassventil und ein Ventilhubverlauf eines Einlassventils gezeigt. Das Diagramm gemäß 10 zeigt ein Koordinatensystem, in dem der Ventilhub eines Auslassventils über die Phasenlage eines rotierenden Nockelementes 33 gemäß 1a bis 2a sowie gemäß 6 aufgetragen ist. Das Diagramm gemäß 11 zeigt ein Koordinatensystem, in dem der Ventilhub eines Auslassventils über die Phasenlage des rotierenden Nockelementes 33 gemäß 1a bis 2a aufgetragen ist.
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Der Ventilhubverlauf 47 im linken Bereich des Koordinatensystems zeigt den ersten Ventilhub 41a des Auslassventils mit einer maximalen Ventilhubhöhe 44a. Der erste Ventilhub 41a entspricht einem Vollhub des Auslassventils. Das Auslassventil wird dabei vollständig geöffnet. Der Ventilhubverlauf 47 des ersten Ventilhubs 41a ist durch eine ansteigende Nockenflanke und eine abfallende Nockenflanke des ersten Teilnockens 34 des Nockenelements 33 gebildet. Ferner weist der Ventilhubverlauf 47 einen Übergangsbereich 46 auf, der an die abfallende Nockenflanke des ersten Teilnockens 34 angrenzt. Der Übergangsbereich 46 bildet einen Wendepunkt des Ventilhubverlaufs 47 des Auslassventils. Im Wendepunkt weist das Auslassventil eine geringe Ventilhubposition auf. Mit anderen Worten kann das Auslassventil im Wendepunkt annähernd geschlossen sein. Das Auslassventil kann im Wendepunkt nicht zur Gänze geschlossen sein. Das Auslassventil kann im Wendepunkt auch vollständig geschlossen sein.
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Der Ventilhubverlauf 47 im rechten Bereich des Koordinatensystems zeigt den vorstehend genannten Übergangsbereich 46 und den zweiten Ventilhub 41b (Second Event) des Auslassventils mit einer maximalen Ventilhubhöhe 44b. Der Wendepunkt entspricht dem Öffnungszeitpunkt 42 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils. Der zweite Ventilhub 41b entspricht einem Teilhub des Auslassventils. Das Auslassventil wird dabei teilweise geöffnet. Der Ventilhubverlauf 47 des zweiten Ventilhubs 41b ist durch eine ansteigende Nockenflanke und eine abfallende Nockenflanke des zweiten Teilnockens 36 und/oder dritten Teilnockens 35 des Nockenelements 33 gebildet. Der Übergangsbereich 46 grenzt somit an die abfallende Nockenflanke des ersten Teilnockens 34 und die ansteigende Nockenflanke des zweiten Teilnockens 36 und/oder des dritten Teilnockens 35 an.
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Konkret umfasst somit der zweite Ventilhub 41b (Second Event) des Auslassventils eine separate ansteigende Flanke und eine abfallende Flanke. Die separate ansteigende Flanke des zweiten Ventilshubs 41b des Auslassventils bildet eine separate Öffnungsflanke zum Öffnen des Auslassventils. Die separate absteigende Flanke des zweiten Ventilhubs 41b bildet eine separate Schließflanke zum Schließen des Auslassventils. Ferner kann der zweite Ventilhub 41b des Auslassventils bei der maximalen Ventilhubhöhe 44b ein Plateau mit gleichbleibender Ventilhubhöhe 44b des zweiten Ventilhubs 41b umfassen.
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Der Übergangsbereich 47 bzw. der Wendepunkt ist zwischen dem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils und dem zweiten Ventilhub 41b des Auslassventils dazwischenliegend vorgesehen. Mit anderen Worten kann das Auslassventil durch den ersten Ventilhub 41a vollständig geöffnet sein und durch den zweiten Ventilhub 41b teilweise geöffnet sein, wobei das Auslassventil im Übergangsbereich 47 annähernd geschlossen ist. Somit erfolgt nach dem ersten Ventilhub 41a des Auslassventils der zweite Ventilhub 41b des Auslassventils. Das Auslassventil kann auch durch den ersten Ventilhub 41a nur teilweise geöffnet sein. In 10 und 11 ist gut erkennbar, dass der erste Ventilhub 41a des Auslassventils größer als der zweite Ventilhub 41b des Auslassventils ist. Der zweite Ventilhub 41b des Auslassventils dient dabei zur internen Abgasrückführung.
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10 zeigt im rechten Bereich des Koordinatensystems eine strichlierte Verlängerung der maximalen Ventilhubhöhe des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils. Konkret entspricht der Ventilhubverlauf 47 gemäß 10 des Auslassventils dem schaltbaren Nockenfolger 20 in Arretierstellung in Zusammenwirkung mit derm Nockenelemente 33 gemäß 1a bis 2b oder dem Nockenelement 33 gemäß 6, wobei die zweiten Teilnocken 36 des Nockenelements 33 gemäß 1a bis 2b gegenüber den dritten Teilnocken 35 nicht verdreht sind. Durch die Verdrehung der zweiten Teilnocken 36 des Nockenelements 33 gemäß 6 gegenüber dem ersten Teilnocken 34 ist der Öffnungszeitpunkt des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils variabel einstellbar, insbesondere zeitlich verschiebbar.
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Die erkennbare strichlierte Linie stellt einen Bereich zur variablen Einstellung der Ventilöffnungsdauer 43 des zweiten Ventilhubs 41b des Auslassventils dar. In 11 ist diese strichlierte Linie als Volllinie dargestellt. Hierbei sind im Unterschied zu 10 die zweiten Teilnocken 36 gegenüber den dritten Teilnocken 35 verdreht, wodurch die Ventilöffnungsdauer 43 verlängert ist. Dies ermöglicht es mehr Restgas rückzuführen.
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Die Diagramme zeigen im rechten Bereich der Koordinatensystem einen Ventilhubverlauf 45 eines weiteren Auslassventils und/oder eine Einlassventils. Hierbei wirkt das Nockenelement 33 mit dem Nockenfolger 20 derart zusammen, dass der zweite Ventilhub 41b des Auslassventils zu einem dritten Ventilhub des Einlassventils und/oder des weiteren Auslassventils zeitgleich, insbesondere parallel, erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltriebsystem
- 20
- Nockenfolger
- 21
- Folgerlauffläche
- 22
- innerer Primärhebel
- 23
- äußerer Sekundärhebel
- 24
- Nockenrolle
- 25
- Gelenkstift
- 26
- Schaltelement
- 27
- weiterer Nockenfolger
- 30
- Nockenwelle
- 31
- hohle Außenwelle
- 32
- Innenwelle
- 33
- Nockenelement
- 34
- erster Teilnocken
- 34a
- Nockenlauffläche des ersten Teilnockens
- 35
- dritter Teilnocken
- 35a
- Nockenlauffläche des dritten Teilnockens
- 36
- zweiter Teilnocken
- 36a
- Nockenlauffläche des zweiten Teilnockens
- 37
- Lagerstelle
- 38
- weiterer Nocken
- 38a
- Nocken der Einlassnockenwelle
- 39
- Nockenkontur der Teilnocken
- 39a
- Nockenkontur des ersten Teilnockens
- 39b
- Nockenkontur des dritten Teilnockens
- 39c
- Nockenkontur des zweiten Teilnockens
- 41
- Ventilhub des Auslassventils
- 41a
- erster Ventilhub des Auslassventils
- 41b
- zweiter Ventilhub des Auslassventils
- 42
- Öffnungszeitpunkt des zweiten Ventilhubs
- 43
- Ventilöffnungsdauer des zweiten Ventilhubs
- 44
- maximale Ventilhubhöhe der Teilnocken
- 44a
- maximale Ventilhubhöhe des ersten Teilnockens
- 44b
- maximale Ventilhubhöhe des dritten Teilnockens
- 44c
- maximale Ventilhubhöhe des zweiten Ventilhubs
- 45
- Ventilhubverlauf des Einlassventils oder des weiteren Auslassventils
- 46
- Übergangsbereich
- 47
- Ventilhubverlauf des Auslassventils
- 51
- Drehrichtung des Nockenelements
- 61
- Phasensteller
- 62
- Verstellrad
- 63
- erstes Schaltrad
- 64
- zweites Schaltrad
- 65
- weitere Nockenwelle
- 66
- Nockenwellenbauteil
- 67
- Zylinderkopfgehäuse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005031241 A1 [0001, 0003]
