DE102004001901A1

DE102004001901A1 - Nockenwelleverstelleinrichtung

Info

Publication number: DE102004001901A1
Application number: DE102004001901A
Authority: DE
Inventors: Jan Zimmermann
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: DE102004001901B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung (1) mit einem Nockenwellenversteller (2), der an einer Seite mit einer Verzahnung (3) ausgebildet ist und der ein Ventilkolben (4) zur Verstellung einer Nockenwelle (5) aufweist, und an einer der Verzahnung (3) abgewandten Seite mindestens eine Sensoreinheit (6) und eine Aktuatoreinheit (7) angeordnet sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinheit (7) und die Sensoreinheit (6) an einem Gehäuse (8) angeordnet sind und die Sensor- und die Aktuatoreinheit (6, 7) über eine Schnittstelle (9, 10, 11) mit einem Motorsteuergerät verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Nockenwellenversteller, der an einer Seite mit einer Verzahnung ausgebildet ist und der ein Ventilkolben zur Verstellung einer Nockenwelle aufweist, und an einer der Verzahnung abgewandten Seite mindestens eine Sensoreinheit und eine Aktuatoreinheit angeordnet sind.

Nockenwellenverstelleinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei werden mit einem Steuergerät verbundene Aktuatoreinheiten verwendet, die über diverse Verstellmechanismen, beispielsweise über einen Hydraulikzylinder oder ein Magnetventil, eine Winkelverdrehung der Nockenwelle bewirken. Die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile werden durch die Verdrehung der Nockenwelle phasenverschoben, wobei die Ventilöffnungsdauer und der Ventilhub unverändert bleiben. Die Sensoreinheit, die getrennt von der Aktuatoreinheit, an einer Motorstruktur, beispielsweise am Steuergehäuse oder am Zylinderkopf, montiert ist, erfasst die Position der Nockenwelle und teilt diese über ein Signal dem mit dem Sensor verbundenen Steuergerät mit. Nachteilig ist jedoch, dass derartige Nockenwellenverstelleinrichtungen aufwendig zu montieren sind sowie viel Platz einnehmen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Nockenwellenverstelleinrichtung zu schaffen, die eine kompakte Form aufweist sowie einfach und schnell montierbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß sind die Aktuatoreinheit und die Sensoreinheit an einem Gehäuse abgeordnet, wobei die Aktuatoreinheit und die Sensoreinheit über eine Schnittstelle mit einem Motorsteuergerät verbindbar sind. Vom besonderem Vorteil ist, dass sowohl die Aktuator- als auch die Sensoreinheit an dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Durch die Integration der Aktuator- und der Sensoreinheit am Gehäuse werden insbesondere Bauteile sowie Funktionselemente eingespart, wodurch sich der Handling- und der Bauaufwand verringern und die Funktionssicherheit gesteigert werden kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann das erfindungsgemäße Gehäuse einfach und kostengünstig an der Nockenwellenverstelleinrichtung positioniert werden. Ein derartig vormontiertes Gehäuse kann beispielsweise kostengünstig von einem Systemlieferanten gefertigt und „just in time" angeliefert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse als Spritzgussteil aus Kunststoff ausgebildet. Hierbei weist das Gehäuse aufgrund des verwendeten Materials ein geringes Gewicht auf. Des Weiteren kann das Gehäuse als Isolator wirken.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass Gehäuse aus Metall, insbesondere aus Aluminium auszubilden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Aktuatoreinheit und/oder die Sensoreinheit am Gehäuse kraftschlüssig, formschlüssig, stoffschlüssig, lösbar oder unlösbar verbunden. Hierbei sind diverse für den Fachmann geeignete Verbindungsmöglichkeiten denkbar, wie beispielsweise eine Klemmverbindung, eine Schraubverbindung etc., wobei es sich anbietet, derartige Verbindungsmöglichkeiten zu wählen, die zum einen platzsparend sind. Zum anderen wäre es sinnvoll eine Verbindung zu wählen, mit der schnell und einfach eventuell fehlerhafte Aktuator- oder Sensoreinheiten austauschbar sind.

Zweckmäßigerweise ist das Gehäuse mit Befestigungslöchern ausgebildet, die vorzugsweise dazu verwendet werden, das Gehäuse an der Motorstruktur, beispielsweise am Steuergehäuse oder am Zylinderkopf, zuverlässig zu befestigen.

Vorteilhafterweise sind die Aktuatoreinheit und die Sensoreinheit über eine zentrale Schnittstelle mit dem Motorsteuergerät verbunden. Die zentrale Schnittstelle ist über eine Datenleitung unter anderem mit dem Motorsteuergerät verbunden. Das Motorsteuergerät, das vorzugsweise einen Mikroprozessor umfasst, steuert über diverse Kennfelder die Aktuatoreinheit beziehungsweise letztendlich die Verdrehung der Nockenwelle. Die Verstellung der Nockenwelle wird durch unterschiedliche Parameter bestimmt, die in den Kennfeldern berücksichtigt sind. Einer der Parameter können beispielsweise der Kraftstoffverbrauch, die Verminderung der Schadstoffe im Abgas, die Leistungsmaximierung etc. sein. Die Schnittstelle, die als Stecker ausgebildet sein kann, weist hierbei eine entsprechend erhöhte Polzahl auf. Da in der Automobilindustrie derartige Stecker kostenintensiv sind, insbesondere aufgrund der hohen Anforderungen in Bezug auf die Dichtigkeit, stellt eine Reduzierung auf einen zentralen Stecker einen wesentlichen Vorteil dar. Darüber hinaus wird durch lediglich einen Stecker am Gehäuse der Bauraum und der Montageaufwand erheblich reduziert sowie ein Vertauschen der Stecker während der Montage vermieden.

Bei einer weiteren Alternative der Erfindung ist die zentrale Schnittstelle über einen Verbindungskanal mit der Sensoreinheit und der Aktuatoreinheit verbunden. Vorzugsweise sind die Sensor- und die Aktuatoreinheit innerhalb jeweils einer Tasche angeordnet. Die Tasche sowie der Verbindungskanal können erfindungsgemäß einstückig mit dem Gehäuse verbunden sein. Des Weiteren sind die Taschen der Form der Sensor- und der Aktuatoreinheit angepasst, so dass möglichst wenig Bauraum für die erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung benötigt wird. Die Sensor- und die Aktualtoreinheit sind in dieser Ausführungsform in den Taschen des Gehäuses eingebettet. Innerhalb des Verbindungskanals verlaufen Leitungen, die die Schnittstelle mit der Sensor- und der Aktuatoreinheit verbinden. Hierbei können die Leitungen am Gehäuse sowie im Verbindungskanal auf unterschiedlicher Weise angeordnet sein. Es ist denkbar, das die Leitungen, beispielsweise Leiterbahnen, umgossen sind und somit im Gehäuse integriert sind. Aufgrund der hohen Schwingungsbeanspruchungen bietet sich eine derartige Ausgestaltung an. Es sind jedoch selbstverständlich auch andere Alternativen der Befestigung der Leitungen möglich.

Vorzugsweise ist die Aktuatoreinheit zentrisch am Gehäuse angeordnet. In Abhängigkeit vom Kennfeld der Motorsteuerung wird der Aktuator angesteuert, der beispielsweise einen Stift umfassen kann, der ein- oder ausfahrbar ist. Eine Bewegung des Stiftes bewirkt, dass der mittig im Nockenwellenversteller angeordneter Ventilkolben in eine Achsrichtung verschoben wird, wodurch die Nockenwelle über beispielsweise mechanische Mittel in die gewünschte Lage verdreht wird. Die mechanischen Mittel können zum Beispiel eine Schraube mit einem Ventil sein oder eine Schrägverzahnung.

Vorzugsweise ist die Sensoreinheit ein induktiver Sensor, der insbesondere aufgrund seiner berührungslosen Arbeitsweise unempfindlich gegenüber Umwelteinflüsse ist und eine hohe Lebensdauer aufweist. Auf der der Verzahnung abgewandten Seite des Nockenwellenverstellers kann zum Beispiel eine Geberscheibe, die aus Metall ist, angeordnet sein. Der am Gehäuse befestigte Sensor ist der Geberscheibe zugewandt und ermittelt auf induktivem Weg die Position beziehungsweise die Winkelstellung der Nockenwelle. Es besteht ebenfalls in einer alternativen Ausführung die Möglichkeit mittels eines optischen Sensors die Lage der Nockenwelle zu erfassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigt:
1 eine dreidimensionale Darstellung einer Nockenwellenverstelleinrichtung,
2 eine weitere Ausführungsform einer Nockenwellenverstelleinrichtung und
3 eine alternative Ausführungsform einer Nockenwellenverstelleinrichtung.
Gemäß 1 ist eine Nockenwellenverstelleinrichtung 1 dargestellt, die einen aus Metall bestehenden Nockenwellenversteller 2 aufweist, der an einer Seite mit einer Verzahnung 3 ausgebildet ist. Als Zugmitteltrieb kann beispielsweise eine Kette oder ein Zahnriemen an der Verzahnung 3 aufgelegt werden. Hierbei ist der Nockenwellenversteller 2 über den Zugmitteltrieb mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden, die den Nockenwellenversteller 2 antreibt. An der der Verzahnung 3 abgewandten Seite ist eine Geberscheibe 12 aus Metall angeordnet, die mit einer Sensoreinheit 6 zusammenarbeitet, die an einem Gehäuse 8 angeordnet ist. Die Sensoreinheit 6, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Hall-Sensor ausgebildet ist, ist der der Verzahnung 3 gegenüberliegenden Seite beziehungsweise der Geberscheibe 12 zugewandt.
Des Weiteren weist das Gehäuse 8, das als Spritzgussteil aus Kunststoff ausgebildet ist, eine Aktuatoreinheit 7 auf. Die Aktualtor- 7 sowie die Sensoreinheit 6 sind innerhalb des Gehäuses 8 in jeweils einer Tasche 15a, 15b, das heißt in einer Art einseitig in Richtung Nockenwellenversteller offenen Umhüllung eingebettet. Hierbei ist die Aktuatoreinheit 7 zentrisch innerhalb des Gehäuses 8 positioniert. Die Umhüllung 15a, 15b dient unter anderem als Schutz vor eventuellen Beschädigungen. Des Weiteren ist die Form der Tasche 15a, 15b weitestgehend der Form der Aktuatoreinheit 7 beziehungsweise der Sensoreinheit 6 angepasst.
Am Gehäuse 8, das als Trägereinheit für die Sensor- und die Aktuatoreinheit 6, 7 dient, sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Befestigungslöcher 13 angeordnet, damit das Gehäuse 8 zuverlässig an einer nicht dargestellten Motorstruktur befestigbar ist. Die Aktuator- und die Sensoreinheit 7, 6 weisen ferner jeweils eine Schnittstelle 9, 10 in Form eines Steckers auf, über den die genannten Einheiten 6,7 mit einer nicht näher gezeigten Motorsteuereinheit verbindbar sind.
Gemäß 2 und 3 sind alternative Nockenwellenverstelleinrichtungen dargestellt. Im wesentlichen gleichbleibenden Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in der 1 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel gemäß 1.
Gemäß 2 ist eine zentrale Schnittstelle 11 am Gehäuse 8 angeordnet, die gleichzeitig für die Sensor- als auch für die Aktuatoreinheit 6, 7 ein gemeinsamer, mehrpoliger Stecker ist, über den eine Verbindung mit dem Motorsteuergerät mittels eines Kabelbaumes möglich ist. Des Weiteren ist am Gehäuse 8 ein Verbindungskanal 14 angeordnet, der die zentrale Schnittstelle 11 mit der Sensor- und der Aktuatoreinheit 6, 7 verbindet. Innerhalb des Ver bindungskanals 14 verlaufen nicht dargestellte elektrische Leitungen, die durch den Verbindungskanal 14 nach Außen geschützt sind.
In 3 ist die Funktionsweise einer Nockenwellenverstelleinrichtung 1 gut erkennbar dargestellt. Die Aktuatoreinheit 7, die mit der Sensoreinheit 6 an einem gemeinsamen Gehäuse 8 befestigt ist, ist über ein nicht dargestelltes Motorsteuergerät aktivierbar. Hierbei wird ein innerhalb des Gehäuses 8 angeordneter Stift 17 in Achsrichtung 18 bewegt, der wiederum einen innerhalb des Nockenwellenverstellers 2 positionierten Ventilkolben 4 in Achsrichtung 18 verschiebt. An der dem Stift 17 gegenüberliegenden Seite des Ventilkolbens 4 ist eine Zentralschraube mit einem Ventil 16 angeordnet, die die axiale Bewegung des Ventilkolbens 4 in eine Drehbewegung umlenkt, so dass die Nockenwelle 5 die gewünschte Verdrehung erfährt. Das Gehäuse 8 ist mittels der Befestigungslöcher 13 an einer Motorstruktur 19 befestigt.

1: Nockenwellenverstelleinrichtung
2: Nockenwellenversteller
3: Verzahnung
4: Ventilkolben
5: Nockenwelle
6: Sensoreinheit
7: Aktuatoreinheit
8: Gehäuse
9: Schnittstelle
10: Schnittstelle
11: gemeinsame Schnittstelle
12: Geberscheibe
13: Befestigungsloch
14: Verbindungskanal
15a: Tasche
15b: Tasche
16: Zentralschraube mit Ventil
17: Stift
18: Achsrichtung
19: Motorstruktur

Claims

Nockenwellenverstelleinrichtung (1) mit einem Nockenwellenversteller (2), der an einer Seite mit einer Verzahnung (3) ausgebildet ist und der ein Ventilkolben (4) zur Verstellung einer Nockenwelle (5) aufweist, und an einer der Verzahnung (3) abgewandten Seite mindestens eine Sensoreinheit (6) und eine Aktuatoreinheit (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (7) und die Sensoreinheit (6) an einem Gehäuse (8) angeordnet sind und die Sensor- und die Aktuatoreinheit (6, 7) über eine Schnittstelle (9, 10, 11) mit einem Motorsteuergerät verbindbar sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (7) zentrisch am Gehäuse (8) angeordnet ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (6) ein induktiver Sensor ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Verzahnung (3) abgewandten Seite des Nockenwellenverstellers (2) eine Geberscheibe (12) angeordnet ist und der induktive Sensor (6) der Geberscheibe (12) zugewandt ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberscheibe (12) aus Metall ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (6) ein optischer Sensor ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) ein Spritzgussteil aus Kunststoff ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) aus Metall, insbesondere aus Aluminium besteht.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (7) und/oder die Sensoreinheit (6) am Gehäuse (8) kraftschlüssig, formschlüssig, stoffschlüssig, lösbar oder unlösbar verbunden sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) Befestigungslöcher (13) aufweist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (7) und die Sensoreinheit (6) über eine zentrale Schnittstelle (11) mit dem Motorsteuergerät verbunden sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Schnittstelle (11) über einen Verbindungskanal (14) mit der Sensor- und der Aktuatoreinheit (6, 7) verbunden ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und/oder Aktuatoreinheit (6, 7) innerhalb jeweils einer Tasche (15a, 15b) angeordnet sind.
Nockenwellenverstelleinrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) mit der Tasche (15a, 15b) und dem Verbindungskanal (14) einstückig verbunden ist.