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Ventilsteuerung

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Die Nockenwelle steuert in einem Verbrennungsmotor das Öffnen und Schießen der Ventile. Anders als bei der Bewegung von Kurbelwelle und Zylinder gibt es in diesem Fall keinen direkten mathematischen Zusammenhang zwischen der Drehung der Nockenwelle und der Stellung des Ventils. Die Nocke wurde mit einem Spline erzeugt und wir haben in XPresso keine Möglichkeit auf Zwischenpunkte des Spline zuzugreifen.
Das Ventil folgt in seiner Bewegung exakt der Kontur der Nocke und wird dabei von der Ventilfeder gegen die Nocke gedrückt.

Das Aussehen der Nocke bestimmt die Öffnungszeiten des Ventils, bei Sportnockenwellen sind die Öffnungzeiten schärfer und die Kontur sieht anders aus. Die Bewegung des Ventils läßt sich sicher auch über eine Zeitkurve steuern aber ich möchte hier einen anderen Weg gehen.
Wir drehen die Nockenwelle jeweils um 1 Grad weiter und erzeugen am unteren Ende der Nocke einen Splinepunkt (Spline Kontur). So erzeugen wir im Prinzip ein Abrollbild der Nocke.

Wir benutzen das Spline nur als Speicher für die Position des Ventils. Mit dem Node Punkt können wir problemlos darauf zugreifen. Das ist zwar etwas umständlich aber so können wir exakt beliebige Bewegungen definieren.

Zuerst müssen wir die Nockenwelle drehen, das machen wir wie bei der Kurbelwelle (siehe Motor).

Das Ventil bekommt noch folgende XPresso-Expression.

Zuerst wandeln wir den Drehwinkel der Nockenwelle mit dem Node Winkel in Grad um, die Positionen des Ventils sind ja in 360 Punkten im Spline Kontur gespeichert. Da der Drehwinkel in der Animation auch Werte über 360 erreicht müssen wir diesen Parameter auf 360 begrenzen. Das machen wir mit dem Node Bereichswandler.

Mit dieser Einstellung erreichen wir das der Ausgang alle 360 ° wieder auf Null geht. Jetzt müssen wir diesen Parameter nur noch in eine Integer Zahl umwandeln. Dazu benutzen wir die XGroup Round.

Jetzt können wir mit dem Node Punkt auf die y Position zugreifen und steuern so die Position des Ventils.

Bei der Feder handelt es sich um ein Sweep-NURBS mit einer Helix als Pfad. Über den Parameter Höhe der Helix steuern wir die Bewegung der Feder.

Beim anderen Ventil ist die Nocke um 90 ° verdreht. Zum Drehwinkel der Nockenwelle addieren wir daher einen Offset von 270 °.

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