DE10116707B4

DE10116707B4 - Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10116707B4
Application number: DE10116707.5A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Scheidt Martin
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: DE10116707A1; US20030005899A1; US6505587B1

Abstract

Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle (3) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, aufweisend: • ein Antriebsrad (4), welches über einen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb (5) mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, • und einen Elektromotor (7), der mit der Nockenwelle (3) der Brennkraftmaschine in Drehmoment-Übertragungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass • der Elektromotor (7) direkt oder über einen Zwischentrieb an einem Ende (8) der Nockenwelle (3) angeflanscht und als Primärantrieb der Nockenwelle (3) sowie als Stellantrieb zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels ausgebildet ist, • während das Antriebsrad (4) mit einem definierten Verdrehspiel am anderen Ende (9) der Nockenwelle (3) beweglich befestigt und als Zwangssynchronisiereinrichtung des Elektromotors (7) innerhalb des Verdrehspiels sowie als Sekundärantrieb der Nockenwelle (3) vorgesehen ist, • wobei der Elektromotor (7) mit einem Drehzahlregler (10) verbunden ist, mit dem die Drehzahl des Elektromotors (7) gegenüber der Drehzahl des Antriebsrades (4) zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels synchronisier- und veränderbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Neben den bekannten hydraulischen Vorrichtungen zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine sind auch eine Vielzahl von Vorrichtungen, bekannt, bei denen die Relativverdrehung der Nockenwelle mit Hilfe von Elektromotoren erfolgt. Eine derartige Vorrichtung geht beispielsweise aus der DE 198 04 942 A1 hervor. Die elektrische Winkelverstellung der Nockenwelle hat sich dabei gegenüber der hydraulischen Winkelverstellung insofern als vorteilhaft erwiesen, dass die benötigte elektrische Energie bereits vor dem Anlassen der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht und auch von der Bereitstellung her nicht den Limitierungen eines Hydrauliksystems unterliegt. Besonders nachteilig an solchen Hydrauliksystemen ist dabei die drehzahl- und temperaturabhängige Fördercharakteristik des hydraulischen Druckmittels, die bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder bei niedrigen Temperaturen des Druckmittels nur eine relativ langsame Winkelverstellung der Nockenwelle zuläßt.
Eine für die elektrische Winkelverstellung gattungsbildende Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise durch die DE 198 07 315 A1 bekannt. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem über einen Kettentrieb mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Antriebsrad und aus einem mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine in Drehmoment-Übertragungsverbindung stehenden elektrischen Stellmotor, wobei zwischen dem Stellmotor und der Nockenwelle ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe angeordnet ist. Dieses Zahnradgetriebe besteht wiederum aus einem an der Nockenwelle befestigten Außenrotor mit Innenverzahnung und aus einem am Antriebsrad befestigten Innenrotor mit Außenverzahnung, wobei der Stellmotor, das Antriebsrad und der Innenrotor des Zahnradgetriebes eine Baueinheit bildet, die über den Außenrotor des Zahnradgetriebes mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung steht. Die Relativverdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle erfolgt dann durch eine dem Innenrotor des Zahnradgetriebes über den Stellmotor überlagerte Drehwinkelbewegung, die über den Außenrotor des Zahnradgetriebes auf die Nockenwelle untersetzt wird.
Diese an sich sehr vorteilhafte Lösung hat jedoch ebenso wie auch andere bekannte Lösungen, bei denen die Relativverdrehung der Nockenwelle durch ein zwischen einem Elektromotor und der Nockenwelle zwischengeschaltetes Planeten-, Exzenter- oder Schraubgetriebe und dergleichen erzeugt wird, den Nachteil, dass die verwendeten Untersetzungsgetriebe zur Vermeidung von aus den Wechselmomenten der Nockenwelle resultierenden nachteiligen Geräuschen entweder sehr präzise ausgeführt oder mit zusätzlichen Spielausgleichselementen versehen werden müssen und durch die somit zwangsläufig entstehende Erhöhung der Herstellungskosten für ein solches elektrisches Verstellsystem keine preiswerte Alternative mehr zu hydraulischen Verstellsystemen darstellen. Darüber hinaus sind derartige Untersetzungsgetriebe zur Erreichung einer weitestgehenden Selbsthemmung zumeist mit hohen Untersetzungsverhältnissen ausgeführt, die in nachteiliger Weise auch die Zahnspiele im Getriebe vergrößert mit untersetzen und somit nur eine unpräzise Winkelverstellung der Nockenwelle ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu konzipieren, welche durch Ausbildung als elektrisches Verstellsystem die Vorteile solcher Verstellsysteme aufweist und bei kostengünstiger sowie funktionssicherer Ausführung sogleich die Nachteile eines zwischen einem Elektromotor und der Nockenwelle zwischengeschalteten Untersetzungsgetriebes vermeidet.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der Elektromotor direkt oder über einen Zwischentrieb an einem Ende der Nockenwelle angeflanscht und als Primärantrieb der Nockenwelle sowie als Stellantrieb zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels ausgebildet ist, während das Antriebsrad mit einem definierten Verdrehspiel am anderen Ende der Nockenwelle beweglich befestigt und als Zwangssynchronisiereinrichtung des Elektromotor innerhalb des Verdrehspiels sowie als Sekundärantrieb der Nockenwelle vorgesehen ist. Dabei ist der Elektromotor zusätzlich mit einem Drehzahlregler verbunden, mit dem die Drehzahl des Elektromotors gegenüber der Drehzahl des Antriebsrades zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels synchronisier- und veränderbar ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist dabei das am anderen Ende der Nockenwelle befestigte Antriebsrad mit seiner Radnabe in einem Axiallager drehbar gelagert, dessen Lagerbegrenzungen einerseits durch einen durchmesserverringerten Absatz in der Nockenwelle und andererseits durch die umlaufende Randpartie einer drehfest an der Stirnseite des anderen Endes der Nockenwelle befestigten Ringscheibe gebildet werden. Diese Ringscheibe ist bevorzugt durch eine axiale Befestigungsschraube zentral an der Stirnseite der Nockenwelle verschraubt und derart mit einer abgewinkelten Randpartie ausgebildet, dass sie hülsenartig das Ende der Nockenwelle umschließt und mit der Stirnseite ihrer Abwinkelung die Lagerbegrenzung des Axiallagers für das Antriebsrad bildet. Es ist jedoch auch möglich, die Ringscheibe ohne eine solche Abwinkelung ihrer Randpartie auszubilden und/oder in anderer geeigneter Weise an der Stirnseite der Nockenwelle zu befestigen. Zwischen der Ringscheibe und dem erwähnte Absatz in der Nockenwelle ist dann die Radnabe des Antriebsrades auf den druchmesserverringerten Teil der Nockenwelle drehbar gelagert, wobei es bei einem innerhalb eines Riementriebes angeordneten Antriebsrad noch von Vorteil ist, zwischen dessen Radnabe und der Nockenwelle zusätzlich eine Lagerbuchse zur Trockenschmierung anzuordnen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal dieser das Antriebsrads der erfindungsgemäßen Vorrichtung axial fixierenden nockenwellenfesten Ringscheibe ist es, dass diese zusätzlich einen radialen Mitnehmersteg aufweist, der in eine kreisringsegmentförmige Kammer in der Felge des Antriebsrades hineinragt. Die Summe der Winkel zwischen den als Anschlagflächen ausgebildeten Begrenzungswänden dieser Kammer und den Seitenkanten des Mitnehmersteges entspricht dabei dem definierten Verdrehspiel des Antriebsrades bzw. dem maximalen Verstellwinkel der Nockenwelle, in dessen Bereich keine unzulässigen Steuerzeiten der von der Nockenwelle betätigten Gaswechselventile der Brennkraftmaschine auftreten können. Die Kammer für den Mitnehmersteg kann dabei als örtliche, durch Einprägen, Einformen oder dergleichen hergestellte Vertiefung oder auch als spanend oder spanlos hergestellter Durchbruch in der Felge des Antriebsrades ausgebildet sein.
Des weiteren zeichnet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dadurch auch, dass die für den Start der Brennkraftmaschine notwendige Basisposition der Nockenwelle je nach deren Ausführung als Einlass- oder Auslassnockenwelle jeweils in Anschlagstellung des Mitnehmersteges der Ringscheibe an einer der beiden Begrenzungswände der Kammer im Antriebsrad festgelegt und durch ein aus einer bremsenden oder einer beschleunigenden Drehzahlregelung des Elektromotors gegenüber dem Antriebsrad resultierendes sowie zusätzlich auf den Mitnehmersteg wirkendes Haltemoment fixierbar ist. Bei einer Einlassnockenwelle entspricht diese Basisposition zumeist einer „späten” Steuerzeit der Gaswechselventile, die bei einer antriebsradseitig im Uhrzeigersinn drehenden Einlassnockenwelle durch eine gegenüber dem Antriebsrad bremsende Drehzahlregelung des Elektromotors, durch welche der Mitnehmersteg an der Einlassnockenwelle an der entgegen der Drehrichtung des Antriebsrades angeordneten Begrenzungswand der Kammer im Antriebsrad anschlägt, fixiert werden kann. Die Basisposition einer Auslassnockenwelle entspricht dagegen zumeist einer „frühen” Steuerzeit der Gaswechselventile, welche bei einer ebenfalls antriebsradseitig im Uhrzeigersinn drehenden Auslassnockenwellen durch eine gegenüber dem Antriebsrad beschleunigende Drehzahlregelung des Elektromotors, die ein Anschlagen des Mitnehmersteges an der Auslassnockenwelle an der in Drehrichtung des Antriebsrades angeordneten Begrenzungswand der Kammer im Antriebsrad bewirkt, fixiert werden kann. Dadurch kann vor allem beim Start der Brennkraftmaschine aber auch während der Nockenwellenverstellung im Betrieb der Brennkraftmaschine ein aus den Wechselmomenten der Nockenwelle resultierendes Klappern zwischen dem Mitnehmersteg an der Nockenwelle und den Begrenzungswänden der Kammer im Antriebsrad wirksam vermieden werden.
In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird es schließlich noch vorgeschlagen, dem Drehzahlregler des Elektromotors eine elektronische Kontrolleinrichtung vorzuschalten, mit welcher unter Auswertung der Daten einer Einrichtung zur Positionserfassung der Kurbelwelle und einer Einrichtung zur Positionserfassung der Nockenwelle sowie weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine der Drehzahlregler des Elektromotors gesteuert werden kann. Der Drehzahlregler kann dabei als an sich bekanntes Potentiometer oder dergleichen ausgebildet sein, welches auf der Basis unterschiedlicher Bestromungen des Elektromotors unterschiedliche Drehzahlen an diesem bewirkt, während die Einrichtungen zur Positionserfassung von Nockenwelle und Kurbelwelle bevorzugt als ebenfalls an sich bekannte Induktions- oder Fotosensoren ausgebildet sind, die mit entsprechend angeordneten Triggerscheiben an Nockenwelle und Kurbelwelle zusammenwirken. Die in der Kontrolleinrichtung erfassten weiteren Betriebsparameter werden dabei beispielsweise durch die Motorlast, die Motortemperatur und die Motordrehzahl gebildet, die zusammen mit den erfassten Positionen von Nockenwelle und Kurbelwelle ausgewertet und in ein entsprechendes Steuersignal für den Drehzahlregler des Elektromotors umgewandelt werden. Durch die permanente Erfassung und Auswertung dieser Daten in der Kontrolleinrichtung ist es somit möglich, auf alle Betriebszustände der Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden Veränderung der Drehzahl des Elektromotors und damit mit einer veränderten Winkelstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle zu reagieren. Die Einstellung eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels erfolgt dabei ausgehend von der Basisposition der Nockenwelle grundsätzlich derart, dass zunächst die Drehzahl der Nockenwelle zur Drehzahl des Antriebsrades synchronisiert wird, um von dieser Synchrondrehzahl aus durch Bremsen oder Beschleunigen des Elektromotors die Winkelverstellung der Nockenwelle einzuleiten. Nach Erreichen des Verstellwinkels der Nockenwelle erfolgt dann erneut eine Synchronisierung der Drehzahl des Elektromotors gegenüber der Drehzahl des Antriebsrades und von dort aus die nächste Winkelverstellung der Nockenwelle, wobei in allen Stellungen des Mitnehmersteges außerhalb seiner Anschlagstellungen in der Kammer des Antriebsrades das Antriebsrad „leer” mitläuft.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten elektromotorisch betriebenen Vorrichtungen den Vorteil auf, dass durch den direkten Antrieb der Nockenwelle mittels Elektromotor zur Winkelverstellung der Nockenwelle kein zwischen dem Elektromotor und der Nockenwelle zwischen geschaltetes Untersetzungsgetriebe mehr notwendig ist. Da somit auch alle Aufwendungen und Maßnahmen zum Spielausgleich und zur Selbsthemmung innerhalb solcher Getriebe entfallen und das Antriebsrad der Nockenwelle zusätzlich als konventionelles Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgebildet werden kann, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vor allem erhebliche Kostenvorteile gegenüber den bekannten elektrischen Verstellsystemen auf und stellt zugleich auch eine preiswerte Alternative zu den bekannten hydraulischen Verstellsystemen dar. Darüber hinaus gewährleistet der direkte Antrieb der Nockenwelle über den Elektromotor jederzeit eine spielfreie präzisen Winkelverstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, wobei durch die mechanische Zwangssynchronisierung der Nockenwelle über den Mitnehmersteg an der Nockenwelle und die Kammer im Antriebsrad zusätzlich sichergestellt ist, dass auch bei Störungen, beim Abschalten und beim Anlassen der Brennkraftmaschine keine unzulässigen Steuerzeiten der von der Nockenwelle betätigten Gaswechselventile auftreten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und ist in den zugehörigen Zeichnung schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
1 eine räumliche Darstellung eines mit zwei obenliegenden Nockenwellen ausgebildeten Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit an einer der Nockenwellen angeordneter erfindungsgemäß ausgebildeter Vorrichtung;
2 eine Draufsicht auf das Antriebsrad einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung;
3 einen Querschnitt durch das an der Nockenwelle montierte Antriebsrad einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht deutlich der Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen 2, 3 hervor, von denen die konkret als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 3 mit einer Vorrichtung zur Relativverdrehung der Nockenwelle 3 gegenüber der nicht näher dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsrad 4, welches über einen Riementrieb 5 mit dem Kurbelwellen-Riemenrad 6 der Brennkraftmaschine verbunden ist und aus einem Elektromotor 7, der mit der Nockenwelle 3 der Brennkraftmaschine in Drehmoment-Übertragungsverbindung steht.
Des weiteren ist 1 entnehmbar, dass der Elektromotor 7 erfindungsgemäß direkt an dem einen Ende 8 der Nockenwelle 3 angeflanscht ist und somit den Primärantrieb der Nockenelle 3 sowie den Stellantrieb zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels bildet, während das Antriebsrad 4 mit einem definierten Verdrehspiel am anderen Ende 9 der Nockenwelle 3 beweglich befestigt und innerhalb dieses Verdrehspiels als Zwangs-synchronisiereinrichtung des Elektromotors 7 sowie als Sekundärantrieb der Nockenwelle 3 ausgebildet ist. Dabei ist der Elektromotor 7 zusätzlich mit einem Drehzahlregler 10 verbunden, mit dem die Drehzahl des Elektromotors 7 zum Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels synchronisierbar und zum Einstellen eines neuen Nockenwellen-Verstellwinkels veränderbar ist.
Die 2 und 3 zeigen darüber hinaus, dass das am anderen Ende 9 der Nockenwelle 3 befestigte Antriebsrad 4 zur Realisierung des Verdrehspiels mit seiner Radnabe 11 in einem Axiallager 12 drehbar gelagert ist, dessen Lagerbegrenzungen einerseits durch einen durchmesserverringerten Absatz 13 in der Nockenwelle 3 und andererseits durch die umlaufende Randpartie 14 einer drehfest an der Stirnseite der Nockenwelle 3 befestigten Ringscheibe 15 gebildet werden. In 3 ist dabei deutlich zu sehen, dass die Ringscheibe 15 durch eine axiale Befestigungsschraube 27 am anderen Ende 9 der Nockenwelle 3 verschraubt ist und in konkreter Ausführung eine abgewinkelte Randpartie 14 aufweist, die das andere Ende 9 der Nockenwelle 3 hülsenartig umschließt und mit ihrer Stirnseite eine der Lagerbegrenzungen des Axiallagers 12 für das Antriebsrad 4 bildet. Zur verbesserten Radiallagerung des in konkretem Fall als Riemenrad ausgebildeten Antriebsrades 4 ist zwischen dessen Radnabe 11 und der Nockenwelle 3 noch zusätzlich eine ebenfalls in 3 angedeutete Lagerbuchse 26 angeordnet, die eine Trockenschmierung der bei Riementrieben von Schmierflüssigkeiten freizuhaltenden Lagerung des Antriebsrades 4 gewährleistet.
Weiterhin ist aus den 2 und 3 ersichtlich, dass die Ringscheibe 15 an der Nockenwelle 3 zusätzlich einen radialen Mitnehmersteg 16 aufweist, der in eine kreisringsegmentförmige Kammer 17 in der Felge 18 des Antriebsrades 4 hineinragt. Diese Kammer 17 ist als örtliche Vertiefung in der Felge 18 des Antriebsrades 4 ausgebildet, die bei den dargestellten, aus einem Sinterstahl bestehenden Antriebsrad 4 bei dessen Herstellung mit eingeformt wurde. Die Segmentgröße der Kammer 17 und die Breite des Mitnehmersteges 16 ist dabei so gewählt, dass die Summe der in 2 sichtbaren Winkel zwischen den als Anschlagflächen für den Mitnehmersteg 16 ausgebildeten Begrenzungswänden 19, 20 der Kammer 17 und den Seitenkanten 21, 22 des Mitnehmersteges 16 dem definierten Verdrehspiel des Antriebsrades 4 bzw. dem maximalen Verstellwinkel der Nockenwelle 3 entspricht.
Anhand der Darstellung gemäß 2 ist schließlich auch ersichtlich, dass die vor allem für den Start der Brennkraftmaschine notwendige Basisposition der als Auslassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle 3 durch die Anschlagstellung des Mitnehmersteges 16 der Ringscheibe 15 an der Begrenzungswand 19 der Kammer 17 im Antriebsrad 4 festgelegt ist, wobei diese Anschlagstellung des Mitnehmersteges 16 einer „frühen” Steuerzeit der von der Nockenwelle 3 betätigten Gaswechselventile der Brennkraftmaschine entspricht. In dieser Basisposition ist die Nockenwelle 3 durch ein aus einer beschleunigten Drehzahlregelung des Elektromotors 7 gegenüber dem Antriebsrad 4 zusätzlich auf den Mitnehmersteg 16 wirkendes Haltemoment fixierbar, um ein aus den Wechselmomenten der Nockenwelle 3 resultierendes Klappern des Mitnehmersteges 16 in der Kammer 17 beim Start der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Die dafür erforderliche Drehzahlregelung des Elektromotors 7 wir dabei ebenso wie die zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels notwendige Drehzahlregelung durch eine dem Drehzahlregler 10 des Elektromotors 7 vorgeschaltete, in 1 lediglich angedeutete, elektronische Kontrolleinrichtung 23 gesteuert, welche ihrerseits, wie in 1 ebenfalls nur schematisch dargestellt, mit einer Einrichtung 24 zur Positionserfassung der Kurbelwelle und mit einer Einrichtung 25 zur Positionserfassung der Nockenwelle 3 sowie mit weiteren nicht näher dargestellten Meßpunkten zu Erfassung verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verbunden ist. Von dieser elektronischen Kontrolleinrichtung 23 werden die von den Einrichtungen 24, 25 und den anderen Meßpunkten erfaßten Daten ausgewertet und in ein Signal umgewandelt, mit dem der Drehzahlregler 10 des Elektromotors 7 so gesteuert wird, dass die Nockenwelle 3 in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine optimierte Winkelstellung zur Kurbelwelle aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2: Nockenwelle
3: Nockenwelle
4: Antriebsrad
5: Riementrieb
6: Kurbelwellen-Riemenrad
7: Elektromotor
8: das eine Ende von 3
9: das andere Ende von 3
10: Drehzahlregler
11: Radnabe
12: Axiallager
13: Absatz
14: Randpartie
15: Ringscheibe
16: Mitnehmersteg
17: Kammer
18: Felge
19: Begrenzungswand
20: Begrenzungswand
21: Seitenkante
22: Seitenkante
23: Kontrolleinrichtung
24: Einrichtung
25: Einrichtung
26: Lagerbuchse
27: Befestigungsschraube

Claims

Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle (3) gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, aufweisend: • ein Antriebsrad (4), welches über einen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb (5) mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, • und einen Elektromotor (7), der mit der Nockenwelle (3) der Brennkraftmaschine in Drehmoment-Übertragungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass • der Elektromotor (7) direkt oder über einen Zwischentrieb an einem Ende (8) der Nockenwelle (3) angeflanscht und als Primärantrieb der Nockenwelle (3) sowie als Stellantrieb zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels ausgebildet ist, • während das Antriebsrad (4) mit einem definierten Verdrehspiel am anderen Ende (9) der Nockenwelle (3) beweglich befestigt und als Zwangssynchronisiereinrichtung des Elektromotors (7) innerhalb des Verdrehspiels sowie als Sekundärantrieb der Nockenwelle (3) vorgesehen ist, • wobei der Elektromotor (7) mit einem Drehzahlregler (10) verbunden ist, mit dem die Drehzahl des Elektromotors (7) gegenüber der Drehzahl des Antriebsrades (4) zum Einstellen und Halten eines geregelten Nockenwellen-Verstellwinkels synchronisier- und veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das am anderen Ende (9) der Nockenwelle (3) befestigte Antriebsrad (4) mit seiner Radnabe (11) in einem Axiallager (12) drehbar gelagert ist, dessen Lagerbegrenzungen einerseits durch einen durchmesserverringerten Absatz (13) in der Nockenwelle (3) und andererseits durch die umlaufende Randpartie (14) einer drehfest an der Stirnseite der Nockenwelle (3) befestigten Ringscheibe (15) gebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (15) zusätzlich einen radialen Mitnehmersteg (16) aufweist, der in eine kreisringsegmentförmige Kammer (17) in der Felge (18) des Antriebsrades (4) hineinragt, wobei die Summe der Winkel zwischen den als Anschlagflächen ausgebildeten Begrenzungswänden (19, 20) der Kammer (17) und den Seitenkanten (21, 22) des Mitnehmersteges (16) dem definierten Verdrehspiel des Antriebsrades (4) bzw. dem maximalen Verstellwinkel der Nockenwelle (3) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Start der Brennkraftmaschine notwendige Basisposition der Nockenwelle (3) je nach deren Ausführung als Einlass- oder Auslassnockenwelle jeweils in Anschlagstellung des Mitnehmersteges (16) der Ringscheibe (15) an einer der beiden Begrenzungswände (19, 20) der Kammer (17) im Antriebsrad (4) festgelegt und durch ein aus einer bremsenden oder beschleunigenden Drehzahlregelung des Elektromotors (7) gegenüber dem Antriebsrad (4) zusätzlich auf den Mitnehmersteg (16) wirkendes Haltemoment fixierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregler (10) des Elektromotors (7) mit einer elektronischen Kontrolleinrichtung (23) verbunden ist, mit welcher unter Auswertung der Daten einer Einrichtung (24) zur Positionserfassung der Kurbelwelle und einer Einrichtung (25) zur Positionserfassung der Nockenwelle (3) sowie weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine der Drehzahlregler (10) des Elektromotors (7) steuerbar ist.