STEUEREINRICHTUNG ZUM VERSTELLEN DES DREHWINKELS EINER NOCKENWELLE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] In der gattungsbildenden Druckschrift DE 100 38 354 ist eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle beschrieben. Bei dieser Steuereinrichtung sind eine mit der Kurbelwelle verbundene Drehscheibe und eine mit der Nockenwelle verbundene Drehscheibe über eine Taumelscheibe eines Taumelscheibengetriebes miteinander verzahnt. Dabei weisen die Drehscheibe der Kurbelwelle und die Drehscheibe der Nockenwelle eine unterschiedliche Zahnzahl auf, wodurch zwischen den beiden Drehscheiben bei einer von einem Antrieb erzeugten Taumeldrehung der Taumelscheibe ein Versatz im Drehwinkel entsteht.

[0003] Der Versatz zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle darf einen Grenzwert nicht überschreiten, da die Brennkraftmaschine sonst nicht mehr zuverlässig nach dem Viertaktprinzip arbeiten kann. Bei einem extremen Versatz, beispielsweise bei einem Defekt des Antriebes der Taumelscheibe, können die Kolben auf die geöffneten Gaswechselventile schlagen und dabei den Zylinderkopf zerstören.

[0004] Für Anwendungen bei denen die Drehlagenverstellung auf einen vorgegebenen Winkelbereich beschränkt ist, wird in der WO 01/11201vorgeschlagen, vorzugsweise zwischen einem Abtriebsabschlussteil und einem äußeren Stator-Verschlußdeckel eine Drehbereichsbegrenzung auszubilden. Diese umfasst zwei radial nach außen vorstehende Abschlussteil-Anschlagsflächen denen je eine Stator-Anschlagsfläche so zugeordnet ist, dass die Verstellung nur innerhalb eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs möglich ist.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels der Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei der der Drehwinkel, den die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann, begrenzt ist. Zusätzlich sollen weitere Funktionalitäten in die Steuereinrichtung integriert werden, wodurch die Steuereinrichtung kompakter gestaltet, insgesamt kostengünstiger hergestellt werden kann und leistungsfähiger wird.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle mechanische Mittel zur Begrenzung der Verstellung des Drehwinkels angeordnet sind. Ist das Taumelscheibengetriebe so ausgebildet, dass die Kurbelwelle über einen Primärtrieb mit einem auf der Nockenwelle drehbar gelagerten Nockenwellenrad verbunden ist, und dass mit der Nockenwelle eine Drehscheibe verbunden ist, wobei das Nockenwellenrad und die Drehscheibe durch die Taumelscheibe des Taumelscheibengetriebes verzahnt sind, dann ist als mechanisches Mittel zur Begrenzung der Verstellung des Drehwinkels an der Drehscheibe eine Aussparung ausgebildet, in die ein am Nockenwellenrad ausgebildeter Anschlag eingreift.

[0007] In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb des Taumelscheibengetriebes eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Position des Anschlages und zur Bestimmung der Position der Aussparung angeordnet ist.

[0008] Durch die Breite der Aussparung und durch Breite des Anschlages ist der Drehwinkel bestimmt, den die Nockenwelle und die Kurbelwelle maximal gegeneinander verstellt werden kann.

[0009] Diese Sensorvorrichtung ist vorteilhaft als ein die Seitenflanken der Aussparung der Drehscheibe und die Außenflanken des Anschlags des Nockenwellenrades sensierender Hallsensor ausgebildet.

[0010] Eine derartige Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Position der Aussparung und des Anschlages kann zudem zur Bestimmung der Position der Nockenwelle und der Kurbelwelle verwendet werden.

[0011] Dabei kann die Position der Nockenwelle beispielsweise bestimmt werden, indem der Mittelpunkt zwischen den Außenflanken der Aussparung der Drehscheibe bestimmt wird. Entsprechend wird die Position der Kurbelwelle bestimmt, indem der Mittelpunkt zwischen den zweiten Flanken des Anschlages des Nockenwellenrades bestimmt wird.

[0012] Im folgenden soll die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum Versteifen des, Drehwinkels einer Nockenwelle anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit drei Figuren beschrieben und erläutert werden.

[0013] Es zeigen:

Figur 1

eine Darstellung der eine Aussparung aufweisenden Drehscheibe der Kurbelwelle und des an dem Nockenwellenrad ausgebildeten Anschlages,

Figur 2

ein Schnittbild durch das Nockenwellenrad und die Nockenwelle,

Figur 3a - 3c

drei Diagramme mit von einem Hallsensor durch die Flanken der Aussparung und den Flanken des Anschlages sensierten Signalen.

[0014] In der Fig. 1 ist ein Teil des über eine Steuerkette mit der Kurbelwelle verbundenen Nockenwellenrades 1 und ein Teil der die Drehscheibe 2 tragenden Nockenwelle dargestellt. Die Drehscheibe 2 kann entweder einstöckig mit der Nockenwelle hergestellt worden sein oder beispielsweise durch Schrauben mit der Nockenwelle verbunden sein. Das Nockenwellenrad 1 und die Drehscheibe 2 sind durch die in dieser Darstellung nicht sichtbare Taumelscheibe kraftschlüssig miteinander verbunden.

[0015] Zur Vermeidung eines zu großen Versatzes zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ist an der Drehscheibe 2 der Nockenwelle eine Aussparung 3 ausgebildet, in die ein am Nockenwellenrad 1 ausgebildeter Anschlag 4 hineinragt. Die Aussparung 3 und der Anschlag 4 sind dabei so dimensioniert, dass der Kraftschluss zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle über den Anschlag 4 erfolgen kann.
Zur Beeinflussung der Öffnungszeiten der Gaswechselventile kann die Aussparung an der Drehscheibe ein Winkelsegment von 40 bis 70 Grad einnehmen.
Die jeweilige Positionen der Aussparung 3 und des Anschlages 4 beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden durch eine Sensorvorrichtung sensiert, die als Sensor einen Hallsensor 5 aufweist. Bei der Drehung der Nockenwelle werden von dem Hallsensor 5 die Seitenkanten 3a und 3d der Aussparung 3 sowie die Aussenkanten 3b und 3c des Anschlages 4 sensiert.

[0016] In der Fig. 2 ist in einem Schnittbild die Position des Hallsensors 5 gegenüber dem Anschlag 4 des Nockenwellenrades 1 und gegenüber der Aussparung 3 der Drehscheibe 2 der Nockenwelle dargestellt. Der Anschlag 4 kann in das Nockenwellenrad 1 eingearbeitet und verschraubt sein, oder durch Fräsen einstöckig mit dem Nockenwellenrad 1 hergestellt sein.

[0017] In den Fig. 3a bis Fig. 3c sind die von dem Hallsensor sensierten Signale über dem Drehwinkel w aufgetragen. Dabei erscheint die Aussparung 3 als geringer Signalpegel zwischen den Flanken 6a und 6d. Außerhalb der Flanken 6a und 6d sensiert der Hallsensor 5 einen hohen Signalpegel, der von der Wandung der Drehscheibe 2 verursacht wird. Der Anschlag 4 erscheint innerhalb der Flanken 6a und 6d der Aussparung 3 als hoher Signalpegel geringer Breite mit den Flanken 6b und 6c. So kann durch Auswertung dieses Signalverlaufes die Position des Anschlages 4 innerhalb des Aussparung 3 der Drehscheibe 2 bestimmt werden, wodurch der aktuelle Versatzes zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle bestimmt werden kann.

[0018] Die Fig. 3a zeigt die durch die Flanken 6b und 6c charakterisierte Position des Anschlages 4 des Nockenwellenrades 1, der dem Drehzahlverlauf der Nockenwelle nachläuft. Bei einem derartigen Versatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle öffnen sich die Gaswechselventile im Arbeitsspiel früher als bei einer normalen Brennkraftmaschine mit einer starrer Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle.

[0019] Die Fig. 3b zeigt die durch die Flanken 6b und 6c charakterisierte Position des Anschlages 4 des Nockenwellenrades 1, der mit dem Drehzahlverlauf der Nockenwelle mitläuft. Dabei öffnen sich die Gaswechselventile im Arbeitsspiel wie bei einer normalen Brennkraftmaschine.

[0020] Die Fig. 3c zeigt die durch die Flanken 6b und 6c charakterisierte Position des Anschlages 4 des Nockenwellenrades 1, der dem Drehzahlverlauf der Nockenwelle vorläuft. Bei einem derartigen Versatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle öffnen sich die Gaswechselventile im Arbeitsspiel später als bei einer normalen Brennkraftmaschine.

[0021] Zudem kann durch Auswertung des Signalverlaufes die Position der Kurbelwelle und der Nockenwelle bestimmt werden, wodurch auf die sonst bei einer Brennkraftmaschine üblichen Vorrichtungen zur Bestimmung der Position der Kurbelwelle und der Nockenwelle verzichtet werden kann. Dabei werden vorteilhaft die Mittelpunkte der Flanken 6a und 6d der Aussparung 3 der Drehscheibe 2 sowie der Flanken 6b und 6c des Anschlages 4 bestimmt. Zudem können in die Drehscheibe 2 weitere Aussparungen eingebracht werden, durch welche die Position der Drehscheibe mit einer höheren Auflösung bestimmt werden kann.

[0022] Durch die Aussparung 3 der Drehscheibe 2 des Nockenwellenrades und den am Nockenwellenrad 1 ausgebildeten Anschlag 4 werden Schäden an der Brennkraftmaschine durch einen zu großen Versatz im Drehwinkel zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle vermieden.

Ansprüche

1. Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle mittels einem zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle angeordneten Taumelscheibengetriebe, wobei die Kurbelwelle über einen Primärtrieb mit der Nockenwelle verbunden ist, auf der Nockenwelle ein drehbar gelagertes, mit dem Primärtrieb verbundenes Nockenwellenrad (1) angeordnet ist, mit der Nockenwelle eine Drehscheibe (2) verbunden ist, und das Nockenwellenrad (1) und die Drehscheibe (2) durch die Taumelscheibe des Taumelscheibengetriebes verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle (2) mechanische Mittel zur Begrenzung der Verstellung des Drehwinkels angeordnet sind, wobei die mechanischen Mittel in der Form ausgebildet sind, dass an der Drehscheibe (2) eine Aussparung (3) ausgebildet ist, und dass an dem Nockenwellenrad (1) ein in die Aussparung (3) der Drehscheibe (2) greifender Anschlag (4) ausgebildet ist, und wobei innerhalb des Taumelscheibengetriebes eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Position des Anschlages (4) und zur Bestimmung der Position der Aussparung (3) angeordnet ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Breite der Aussparung (3) und durch Breite des Anschlages (4) der Drehwinkel bestimmt ist, den die Nockenwelle und die Kurbelwelle maximal gegeneinander verstellt werden können.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung als ein die Seitenflanken (3a, 3d) der Aussparung (3) der Drehscheibe (2) und ein die Außenflanken (3b, 3c) des Anschlags (4) des Nockenwellenrades (1) sensierender Hallsensor (5) ausgebildet ist.

4. Verfahren zum Betreiben der Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Position der Aussparung (3) und des Anschlages (4) die Position der Nockenwelle und der Kurbelwelle bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Nockenwelle bestimmt wird, indem der Mittelpunkt zwischen den Seitenflanken (3b, 3c) der Aussparung (3) der Drehscheibe (2) bestimmt wird, und dass die Position der Kurbelwelle bestimmt wird, indem der Mittelpunkt zwischen den Außenflanken (3b, 3c) des Anschlages (4) des Nockenwellenrades (1) bestimmt wird. Es folgt ein Blatt Zeichnungen

Claims

1. Control device for adjusting the rotational angle of a camshaft relative to the rotational angle of a crankshaft by means of a swash plate mechanism disposed between the camshaft and the crankshaft, wherein the crankshaft is connected by a primary drive to the camshaft, on the camshaft there is disposed a rotatably mounted camshaft gearwheel (1) connected to the primary drive, to the camshaft there is connected a rotary disc (2), and the camshaft gearwheel (1) and the rotary disc (2) are connected by the swash plate of the swash plate mechanism, characterized in that between the crankshaft and the camshaft (2) there are arranged mechanical means for limiting the adjustment of the rotational angle, wherein the mechanical means are configured in such a form that a recess (3) is formed on the rotary disc (2) and that on the camshaft gearwheel (1) a stop (4) is formed which reaches into the recess (3) of the rotary disc (2), and wherein within the swash plate mechanism a sensor apparatus is provided for determining the position of the stop (4) and for determining the position of the recess (3).

2. Control device according to Claim 1, characterized in that, by the width of the recess (3) and by the width of the stop (4), the rotational angle is determined by which the camshaft and the crankshaft can be maximally mutually adjusted.

3. Control device according to Claim 1, characterized in that the sensor apparatus is configured as a Hall sensor (5), which senses the side flanks (3a, 3d) of the recess (3) of the rotary disc (2) and which senses the outer flanks (3b, 3c) of the stop (4) of the camshaft gearwheel (1).

4. Method for operating the control device according to Claim 1 or 3, characterized in that the sensor apparatus for determining the position of the recess (3) and of the stop (4) is used also to determine the position of the camshaft and of the crankshaft.

5. Method according to Claim 4, characterized in that the position of the camshaft is determined by determining the midpoint between the side flanks (3a, 3d) of the recess (3) of the rotary disc (2), and in that the position of the crankshaft is determined by determining the midpoint between the outer flanks (3b, 3c) of the stop (4) of the camshaft gearwheel (1).

Revendications

1. Dispositif de commande pour ajuster l'angle de rotation d'un arbre à cames par rapport à l'angle de rotation d'un vilebrequin au moyen d'une transmission à disque en nutation disposée entre le vilebrequin et l'arbre à cames, le vilebrequin étant connecté à l'arbre à cames par le biais d'un entraînement primaire, une roue d'arbre à cames (1) montée à rotation et connectée à l'entraînement primaire étant disposée sur l'arbre à cames, un disque rotatif (2) étant connecté à l'arbre à cames, et la roue d'arbre à cames (1) et le disque rotatif (2) étant connectés par le disque en nutation de la transmission à disque en nutation, caractérisé en ce que l'on dispose entre le vilebrequin et l'arbre à cames (2) des moyens mécaniques pour limiter le réglage de l'angle de rotation, les moyens mécaniques étant réalisés de telle sorte qu'un évidement (3) soit réalisé sur le disque rotatif (2), et en ce qu'une butée (4) venant en prise dans l'évidement (3) du disque rotatif (2) est réalisée sur la roue de l'arbre à cames (1), un dispositif de capteur pour déterminer la position de la butée (4) et pour déterminer la position de l'évidement (3) étant disposé à l'intérieur de la transmission à disque en nutation.

2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de l'évidement (3) et la largeur de la butée (4) définissent l'angle de rotation duquel l'arbre à cames et le vilebrequin peuvent être décalés au maximum l'un par rapport à l'autre.

3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de capteur est réalisé sous la forme d'un capteur de Hall (5) détectant les flancs latéraux (3a, 3d) de l'évidement (3) du disque rotatif (2) et un capteur de Hall (5) détectant les flancs extérieurs (3b, 3c) de la butée (4) de la roue de l'arbre à cames (1).

4. Procédé pour faire fonctionner le dispositif de commande selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de capteur pour déterminer la position de l'évidement (3) et de la butée (4) permet de déterminer la position de l'arbre à cames et du vilebrequin.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la position de l'arbre à cames est déterminée en déterminant le centre entre les flancs latéraux (3a, 3d) de l'évidement (3) du disque rotatif (2), et en ce que la position du vilebrequin est déterminée en déterminant le centre entre les flancs extérieurs (3b, 3c) de la butée (4) de la roue de l'arbre à cames (1).

Zeichnung