DE102008010638B4 - Electromechanical camshaft adjustment system and method for adjusting a camshaft using such a camshaft adjustment system - Google Patents

Electromechanical camshaft adjustment system and method for adjusting a camshaft using such a camshaft adjustment system Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Verstellung einer Nockenwelle mittels eines elektromechanischen Nockenwellenverstellsystems umfassend ein Dreiwellengetriebe mit einer mit einem Nockenwellenkettenrad eines Verbrennungsmotors verbundenen ersten Welle, einer mit einer Nockenwelle verbundenen zweiten Welle und einer mit einer Rotorwelle eines elektrischen Verstellmotors verbundenen Verstellwelle, dadurch gekennzeichnet, dass in Betriebszuständen in denen keine Verstellung der Nockenwelle erfolgen soll, die Drehzahl der Verstellwelle um einen konstanten Wert variiert wird.Method for adjusting a camshaft by means of an electromechanical camshaft adjustment system comprising a three-shaft gear with a first shaft connected to a camshaft chain wheel of an internal combustion engine, a second shaft connected to a camshaft and an adjustment shaft connected to a rotor shaft of an electric adjustment motor, characterized in that in operating states in which no The camshaft is to be adjusted, the speed of the adjustment shaft is varied by a constant value.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung betrifft eine Verstellung einer Nockenwelle mittels eines elektromechanischen Nockenwellenverstellsystems gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Nockenwellenverstellsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to an adjustment of a camshaft by means of an electromechanical camshaft adjustment system according to the preamble of appended claim 1. The invention also relates to a camshaft adjustment system according to the preamble of claim 7.

Elektromechanische Nockenwellenverstellsysteme bestehen aus einem Elektromotor, einem Getriebe und einem Steuergerät. Ein solches Nockenwellenverstellsystem ist beispielsweise in der US 6,981,478 B2 beschrieben.Electromechanical camshaft adjustment systems consist of an electric motor, a gearbox and a control unit. Such a camshaft adjustment system is, for example, in U.S. 6,981,478 B2 described.

Bei elektromechanischen Nockenwellenverstellsystemen werden üblicherweise Dreiwellengetriebe verwendet, bei denen eine erste Welle des Getriebes, gewöhnlich die Nockenwelle, mit dem Nockenwellenkettenrad eines Verbrennungsmotors verbunden ist, eine zweite Welle (Kurbelwelle) mit der Nockenwelle antriebswirksam über das Nockenwellenkettenrad verbunden ist und eine dritte Welle, die Verstellwelle, mit der Rotorwelle eines elektrischen Verstellmotors (Elektromotor) verbunden ist. Die Verstellwelle dient der Verstellung der relativen Winkellage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle. Der Stator des Elektromotors ist vorzugsweise im Zylinderkopf befestigt, dies bedeutet, dass sich der Stator nicht mitdreht.In electromechanical camshaft phasing systems, three-shaft transmissions are commonly used, in which a first shaft of the transmission, usually the camshaft, is connected to the camshaft sprocket of an internal combustion engine, a second shaft (crankshaft) is drivingly connected to the camshaft via the camshaft sprocket, and a third shaft, the timing shaft , is connected to the rotor shaft of an electric variable motor (electric motor). The adjustment shaft is used to adjust the relative angular position between the camshaft and crankshaft. The stator of the electric motor is preferably fixed in the cylinder head, which means that the stator does not rotate.

Beispiele für derartige Dreiwellengetriebe sind Taumelscheibengetriebe und Innenexzentergetriebe, welche in der WO 2006/018080 A1 beschrieben sind. Hier- zu gehören auch die aus der WO 2005/080757 A1 bekannten Wellgetriebe und die in der US 2007/0051332 A1 und US 2003/0226534 A1 enthaltenen Getriebe.Examples of such three-shaft gears are swash plate gears and internal eccentric gears, which in the WO 2006/018080 A1 are described. This also includes those from the WO 2005/080757 A1 well-known strain wave gear and in the U.S. 2007/0051332 A1 and US 2003/0226534 A1 included gearbox.

Wenn keine Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle erfolgen soll, ist es erforderlich, dass sich der Elektromotor-Rotor und damit auch die Verstellwelle des Dreiwellengetriebes mit der Nockenwellenkettenraddrehzahl synchron drehen. Damit hat die Verstellwelle eine relative Drehzahl von 0 U/min in Bezug zum Nockenwellenkettenrad. In diesem Fall beträgt die relative Drehzahl des Außenrings des zur Lagerung der Verstellwelle dienenden Verstellwellenlagers 0 U/min relativ zum Innenring des Verstellwellenlagers.If the camshaft is not to be adjusted relative to the crankshaft, it is necessary for the electric motor rotor and thus also the adjustment shaft of the three-shaft transmission to rotate synchronously with the speed of the camshaft sprocket. This means that the adjusting shaft has a relative speed of 0 rpm in relation to the camshaft sprocket. In this case, the relative speed of the outer ring of the adjusting shaft bearing used to mount the adjusting shaft is 0 rpm relative to the inner ring of the adjusting shaft bearing.

Erfahrungsgemäß kann der oben beschriebene Fall zu ca. 50 % der Betriebszeit des Verbrennungsmotors auftreten. Beträgt die Betriebszeit eines Motors etwa 6000 Stunden, bedeutet dies praktisch 3000 Stunden „statischer“ Lagerbetrieb. Gleichzeitig müssen jedoch während der gesamten Lebensdauer des Motors die in den Getriebe-Verzahnungen erzeugten radialen Kräfte durch das Lager übertragen werden.Experience has shown that the case described above can occur for around 50% of the operating time of the combustion engine. If the operating time of a motor is around 6000 hours, this means practically 3000 hours of “static” bearing operation. At the same time, however, the radial forces generated in the gear teeth must be transmitted through the bearing throughout the life of the motor.

In der Praxis ist dieser Fall mit relativer Umdrehung von null im Verstellwellenlager äußerst kritisch für die Verstellwellenlagerung, da die Gefahr von Riffelbildung besteht.In practice, this case, with zero relative rotation in the adjusting shaft bearing, is extremely critical for the adjusting shaft bearing, since there is a risk of corrugation.

Ein Nockenwellenversteller, der nach einem Verfahren wie in DE 102 51 347 A1 betrieben wird, kann daher vorzeitig ausfallen. Verschärft wird die Ausfallrisiko noch dadurch, wenn der Nockenwellenversteller, wie in DE 22 33 151 A1 beschrieben, Maßnahmen zur Schwingungsunterdrückung erfolgen. Die statische Verschiebung des Nockenwellenwinkels gemäß DE 10 2006 035 384 A1 kann die Riffelbildung ebenso wenig verhindern wie die Berücksichtigung des kombinierten Ventilfederdrehmoments der DE 10 2004 058 930 A1 , das für das Lager des Nockenwellenverstellers bei Nichtverstellung sich nicht auswirkt. Das in DE 10 2004 037 262 A1 zur Beruhigung eines Zugmitteltriebs durch einen Nockenwellenversteller vorgestellte Verfahren ist geeignet, Schwingungen im Zugmitteltrieb zu verringern. Das Problem der Riffelbildung wird durch das Verfahren nicht gelöst.A camshaft phaser, which is produced according to a method as in DE 102 51 347 A1 is being operated can therefore fail prematurely. The risk of failure is exacerbated if the camshaft adjuster, as in DE 22 33 151 A1 described, measures for vibration suppression take place. The static displacement of the camshaft angle according to DE 10 2006 035 384 A1 cannot prevent the formation of corrugations, nor can taking into account the combined valve spring torque of the DE 10 2004 058 930 A1 , which has no effect on the bearing of the camshaft adjuster if it is not adjusted. This in DE 10 2004 037 262 A1 The method presented for calming a traction mechanism by means of a camshaft adjuster is suitable for reducing vibrations in the traction mechanism. The problem of corrugation is not solved by the method.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Verstellung einer Nockenwelle mittels eines elektromechanischen Nockenwellenverstellsystems zur Verfügung zu stellen, mit dem die für die Verstellwellenlagerung kritischen Betriebszustände weitestgehend vermieden werden können und dadurch die Gefahr der Riffelbildung reduziert werden kann, wobei durch das Verfahren nur allenfalls geringe Zusatzkosten entstehen sollen.The object of the present invention is therefore to provide a method for adjusting a camshaft by means of an electromechanical camshaft adjustment system, with which the operating conditions that are critical for the adjustment shaft bearing can be largely avoided and the risk of corrugation can be reduced as a result, the method only small additional costs should arise.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 bzw. ein Nockenwellenverstellsystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7.A method according to the appended claim 1 or a camshaft adjustment system according to the independent claim 7 serves to solve the object according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in Betriebszuständen in denen keine Verstellung der Nockenwelle erfolgen soll, die Drehzahl der Verstellwelle um einen konstanten Wert schwankt. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Drehzahl der Verstellwelle periodisch um einen konstanten Wert schwankt.The method according to the invention is characterized in that in operating states in which the camshaft is not to be adjusted, the speed of the adjustment shaft fluctuates by a constant value. It has proven to be particularly advantageous here if the speed of the adjustment shaft fluctuates periodically around a constant value.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die erfindungsgemäß realisierte Verstellung der Verstellwelle relativ zum Nockenwellenkettenrad eine kontinuierliche Drehung im Verstellwellenlager während der oben beschriebenen kritischen Betriebszustände bewirkt wird. Dadurch, dass auch zu diesen Zeitpunkten eine relative Bewegung zwischen Innenring und Außenring des Verstellwellenlagers bewirkt wird, können diese hinsichtlich der Lebensdauer der Verstellwellenlagerung kritischen Betriebszustände, in denen die relative Drehzahl des Außenrings des Verstellwellenlagers 0 U/min relativ zum Innenring des Verstellwellenlagers beträgt, vermieden werden.A particular advantage of the solution according to the invention is that the adjustment of the adjustment shaft relative to the camshaft sprocket caused by the adjustment of the adjustment shaft according to the invention causes a continuous rotation in the adjustment shaft bearing during the critical operating states described above. Because even at these times there is relative movement between the inner ring and outer ring of the adjusting shaft bearing, these operating states, which are critical with regard to the service life of the adjusting shaft bearing and in which the relative speed of the outer ring of the adjusting shaft bearing is 0 rpm relative to the inner ring of the adjusting shaft bearing, can be avoided.

Das Vermeiden dieser kritischen Betriebszustände ist sehr vorteilhaft, da ein Auftreten von Riffelbildung im Lager weitestgehend verhindert werden kann. Es kommt zu einer erheblichen Erhöhung der Lebensdauer der Verstellwellenlagerung und damit auch des gesamten Verstellsystems.The avoidance of these critical operating conditions is very advantageous since the occurrence of corrugation in the bearing can be largely prevented. There is a significant increase in the service life of the adjustment shaft bearing and thus also of the entire adjustment system.

Da es sich bei der erfindungsgemäßen Lösung lediglich um eine Steuerstrategie handelt, bei der keine zusätzlichen Bauelemente benötigt werden, entstehen hierdurch keine zusätzlichen Kosten. Gleichzeitig können die Betriebskosten erheblich gesenkt werden, da die Verstellwellenlagerung längere Zeit eingesetzt werden kann.Since the solution according to the invention is merely a control strategy in which no additional components are required, no additional costs arise as a result. At the same time, the operating costs can be significantly reduced because the adjustment shaft bearing can be used for a longer period of time.

Die erfindungsgemäß realisierte Verstellung der Verstellwelle muss klein genug sein, damit die vom Anwender geforderte Winkelgenauigkeit eingehalten werden kann. Gleichzeitig muss die Verstellung der Verstellwelle groß genug sein, dass eine ständige hin und her Drehung im Verstellwellenlager stattfindet, um den kritischen Fall des „statischen“ Lagerbetriebs zu vermeiden. Die Bewegung der Verstellwelle bringt zwei Effekte mit sich. Zum einen bewirkt sie die gewünschte relative Bewegung zwischen dem Innenring und dem Außenring des Verstellwellenlagers. Andererseits erzeugt sie eine leichte Verstellung der Nockenwelle. Dieser zweite Effekt ist nicht erwünscht und muss daher weitestgehend vermieden werden.The adjustment of the adjusting shaft implemented according to the invention must be small enough so that the angular accuracy required by the user can be maintained. At the same time, the displacement of the adjustment shaft must be large enough that there is constant back and forth rotation in the adjustment shaft bearing in order to avoid the critical case of "static" bearing operation. The movement of the adjusting shaft has two effects. On the one hand, it causes the desired relative movement between the inner ring and the outer ring of the adjusting shaft bearing. On the other hand, it creates a slight adjustment of the camshaft. This second effect is not desired and must therefore be avoided as far as possible.

Von Vorteil ist es, wenn das Schwanken der Verstellwelle durch ein zum Ansteuern des Verstellmotors verwendetes Steuersignal erzeugt wird. Hierbei hat sich die Verwendung eines Steuersignals in Form einer Sinus-Welle als günstig erwiesen. Bei anderen Ausführungsformen kann das Steuersignal eine Rechteck-Welle sein. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Steuersignale erfolgen. Als Steuersignal kann jede Art von Signalen verwendet werden, welche ein Schwanken der Verstellwelle erzeugen.It is advantageous if the fluctuation of the adjusting shaft is generated by a control signal used to activate the adjusting motor. Here, the use of a control signal in the form of a sine wave has proven to be beneficial. In other embodiments, the control signal may be a square wave. However, there should be no restriction to the control signals mentioned. Any type of signal that produces a swaying of the adjusting shaft can be used as the control signal.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Steuersignal entgegengesetzt zu einer aufgrund des Nockenwellenwechselmoments hervorgerufenen Bewegung der Nockenwelle eingeprägt. Die Nockenwelle schwankt nämlich unabhängig von dem zum Ansteuern des Verstellmotors verwendeten Steuersignal aufgrund des Nockenwellenwechselmoments und/oder der Steifigkeit des Ventiltriebs. Diese Bewegung der Nockenwelle wird jedoch nicht gewünscht und sollte daher möglichst vermieden werden. Hierdurch, dass das Steuersignal entgegengesetzt zu der Nockenwellenbewegung eingeprägt wird, kann die Schwankung der Nockenwelle vollständig bzw. nahezu vollständig kompensiert werden, was sich wiederum positiv auf die Lebensdauer auswirkt.In an advantageous embodiment, the control signal is applied in the opposite direction to a movement of the camshaft caused by the camshaft changing torque. This is because the camshaft fluctuates independently of the control signal used to actuate the adjusting motor because of the camshaft alternating torque and/or the rigidity of the valve train. However, this movement of the camshaft is not desired and should therefore be avoided if possible. Due to the fact that the control signal is impressed in the opposite direction to the camshaft movement, the fluctuation of the camshaft can be completely or almost completely compensated, which in turn has a positive effect on the service life.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Verstellwelle in einem Wälzlager gelagert. Das Wälzlager kann hierbei als Kugellager oder Nadellager ausgeführt sein. Es können Kugellager mit verschiedenen Anzahlen von Wälzkörpern, wobei üblicherweise zwischen 6 und 60 Wälzkörper zum Einsatz kommen, verwendet werden. Gleiches gilt für Nadellager. Auch hier liegt die Anzahl der Wälzkörper gewöhnlich zwischen 6 und 60. Bei anderen Ausführungsformen kann die Verstellwellenlagerung auch mehrere Lager umfassen. Beispielsweise kann eine Kombination von mehreren Wälzlagerarten verwendet werden. Eine derartige Lagerung ist zum Beispiel in der WO 2006/018080 A1 beschrieben.In an expedient embodiment, the adjustment shaft is mounted in a roller bearing. The roller bearing can be designed as a ball bearing or needle bearing. Ball bearings with different numbers of rolling elements can be used, with between 6 and 60 rolling elements usually being used. The same applies to needle bearings. Here, too, the number of rolling bodies is usually between 6 and 60. In other embodiments, the adjustment shaft bearing can also include a plurality of bearings. For example, a combination of several types of roller bearings can be used. Such storage is, for example, in WO 2006/018080 A1 described.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Dreiwellengetriebe ein Taumelscheibengetriebe, ein Innenexzentergetriebe oder ein Wellgetriebe ist. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Getriebe erfolgen.Furthermore, it is advantageous if the three-shaft gear is a swash plate gear, an internal eccentric gear or a strain wave gear. However, there should be no restriction to the transmissions mentioned.

Von der erfindungsgemäßen Lösung können alle Getriebe profitieren, bei denen ähnliche, wie die einleitend beschriebenen kritischen Betriebszustände auftreten. Dabei ist es nebensächlich, welches Übersetzungsverhältnis vorliegt und ob das Übersetzungsverhältnis gleichförmig ist oder nicht.All transmissions in which critical operating states similar to those described in the introduction occur can benefit from the solution according to the invention. It is irrelevant what the transmission ratio is and whether the transmission ratio is uniform or not.

Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch bei kombinierten Getrieben, wie beispielsweise mehrstufigen Getrieben mit Reihen- oder Parallelschaltung einsetzen.The solution according to the invention can also be used in combined transmissions, such as multi-stage transmissions with series or parallel connection.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

  • 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes typisches Verhalten von Wellen eines Dreiwellengetriebes;
  • 2 ein durch Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgerufene Verhalten der drei Wellen eines Dreiwellengetriebes zu einem Zeitpunkt, in dem keine Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle erfolgt.
Further advantages, details and developments of the present invention result from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing. Show it:
  • 1 a typical behavior of shafts of a three-shaft transmission known from the prior art;
  • 2 a behavior of the three shafts of a three-shaft transmission caused by application of a method according to the invention at a time when the camshaft is not being adjusted relative to the crankshaft.

1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes typisches Verhalten der drei Wellen eines Dreiwellengetriebes. Ein typisches Dreiwellengetriebe umfasst eine mit einem Nockenwellenkettenrad eines Verbrennungsmotors verbundene erste Welle, eine mit einer Nockenwelle verbundene zweite Welle und eine mit einer Rotorwelle eines elektrischen Verstellmotors verbundene Verstellwelle. Als Verstellwellenlagerung kommt im gewählten Anwendungsfall ein Kugellager mit 24 Wälzkörpern zum Einsatz. 1 shows a typical behavior of the three shafts of a three-shaft transmission known from the prior art. A typical three-shaft transmission includes one with a camshaft chain wheel of an internal combustion engine, a first shaft connected to a camshaft, and an adjustment shaft connected to a rotor shaft of an electric adjustment motor. In the selected application, a ball bearing with 24 rolling elements is used as the adjustment shaft bearing.

Im oberen Diagramm der 1 ist der Drehzahlverlauf dargestellt und im unteren Diagramm der Verstellwinkel sowie die Differenzdrehzahl zwischen dem Kugellagerinnenring und dem Kugellageraußenring.In the top diagram of the 1 the speed curve is shown and in the lower diagram the adjustment angle and the differential speed between the ball bearing inner ring and the ball bearing outer ring.

In den Bereichen, wo keine Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle erfolgen soll, in denen sich also der Verstellwinkel D nicht ändert, müssen alle drei Wellen des Getriebes die gleichen Drehzahlen haben. Bei einer Kurbelwellendrehzahl A von 2000 U/min beträgt die Nockenwellenkettendrehzahl 1000 U/min und damit auch die Verstellmotorrotordrehzahl B bzw. Verstellwellendrehzahl 1000 U/min. Daraus ergibt sich für die Nockenwellendrehzahl ebenfalls 1000 U/min. Damit besitzt die Verstellwelle eine relative Drehzahl von 0 U/min in Bezug zum Nockenwellenkettenrad. Die Nockenwelle verstellt daher relativ zum Nockenwellenkettenrad nicht. Die relative Drehzahl des Kugellagerinnenrings zum Kugellageraußenring des Verstellwellenlagers C beträgt in diesem Fall 0 U/min. Diese für die Verstellwellenlagerung kritischen Betriebszustände sind im unteren Diagramm mit S beschriftet.In the areas where the camshaft is not to be adjusted relative to the crankshaft, i.e. in which the adjustment angle D does not change, all three shafts of the transmission must have the same speed. At a crankshaft speed A of 2000 rpm, the camshaft chain speed is 1000 rpm and thus the variable motor rotor speed B or variable shaft speed is 1000 rpm. This also results in 1000 rpm for the camshaft speed. This means that the adjusting shaft has a relative speed of 0 rpm in relation to the camshaft sprocket. The camshaft therefore does not adjust relative to the camshaft sprocket. The relative speed of the ball bearing inner ring to the ball bearing outer ring of the adjustment shaft bearing C is 0 rpm in this case. These operating states, which are critical for the adjustment shaft bearing, are labeled with S in the diagram below.

2 zeigt ein durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgerufenes Verhalten der drei Wellen des Dreiwellengetriebes zu einem Zeitpunkt, in dem keine Verstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle erfolgen soll. Diese so genannten „statischen“ Betriebszustände sind in 1 mit S bezeichnet. Zur Vermeidung dieser hinsichtlich des Verschleißverhaltens der Verstellwellenlagerung kritischen Betriebszustände sieht die Erfindung eine sehr leichte hin und her Verstellung der Verstellwelle um einen konstanten Wert relativ zum Nockenwellenkettenrad vor. Diese überlagerte hin und her Verstellung wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass der Verstellmotor mit einem bestimmten Steuersignal angesteuert wird. Bei der Wahl des Steuersignals muss lediglich sichergestellt werden, dass durch dieses ein schwankender Winkel an der Verstellwelle erzeugt wird. Im gewählten Ausführungsbeispiel wird der Verstellmotor mit einem Steuersignal in Form einer Sinuswelle angesteuert. 2 shows a behavior of the three shafts of the three-shaft transmission caused by application of the method according to the invention at a point in time when the camshaft should not be adjusted relative to the crankshaft. These so-called "static" operating states are in 1 marked with S. In order to avoid these operating states, which are critical with regard to the wear behavior of the adjustment shaft bearing, the invention provides for a very slight back and forth adjustment of the adjustment shaft by a constant value relative to the camshaft sprocket. This superimposed back and forth adjustment is preferably effected in that the adjustment motor is driven with a specific control signal. When selecting the control signal, it must only be ensured that this generates a fluctuating angle on the adjustment shaft. In the selected embodiment, the adjusting motor is driven with a control signal in the form of a sine wave.

In 2 ist im oberen Diagramm wiederum der Drehzahlverlauf dargestellt. Dem unteren Diagramm kann der Verstellwinkel sowie die Position des Kugellagerinnenringes relativ zum Kugellageraußenring entnommen werden. Beim gewählten Beispiel beträgt die Kurbelwellendrehzahl A 2000 U/min. Die Verstellmotordrehzahl B bzw. Verstellwellendrehzahl müsste in diesem Fall eigentlich 1000 U/min betragen. Erfindungsgemäß wird der Verstellmotor jedoch mit einem Steuersignal im Form einer Sinus-Welle mit einem Nennwert von 1000 U/min angesteuert. Die Frequenz und Amplitude der Sinus-Welle erzeugt eine schwankende Bewegung an der Verstellwelle, die zwei Effekte hat. Zum einen findet eine relative Bewegung zwischen dem Innenring und dem Außenring des Verstellwellenlagers statt (siehe unteres Diagramm Kurve E). Zum anderen wird hierdurch eine leichte Verstellung der Nockenwelle erzeugt (siehe unteres Diagramm Kurve D). Während der erste Effekt erwünscht ist, sollte der zweite Effekt möglichst vermieden bzw. minimiert werden. Die Frequenz und die Amplitude der Sinus-Welle sind daher so auszuwählen, dass der erste Effekt unterstützt wird und der zweite Effekt gering gehalten wird. Dies ist möglich aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes.In 2 the speed curve is again shown in the upper diagram. The lower diagram shows the adjustment angle and the position of the inner ring of the ball bearing relative to the outer ring of the ball bearing. In the selected example, the crankshaft speed A is 2000 rpm. In this case, the adjustment motor speed B or adjustment shaft speed should actually be 1000 rpm. According to the invention, however, the variable displacement motor is driven with a control signal in the form of a sine wave with a nominal value of 1000 rpm. The frequency and amplitude of the sine wave creates a wobbling motion on the adjustment shaft that has two effects. On the one hand, there is a relative movement between the inner ring and the outer ring of the adjusting shaft bearing (see lower diagram, curve E). On the other hand, this results in a slight adjustment of the camshaft (see lower diagram, curve D). While the first effect is desirable, the second effect should be avoided or minimized as much as possible. The frequency and the amplitude of the sine wave should therefore be selected in such a way that the first effect is supported and the second effect is kept low. This is possible due to the gear ratio of the gearbox.

Bei einem Übersetzungsverhältnis des Getriebes von 1:-66 dreht sich die Nockenwelle einmal im Gegenuhrzeigersinn relativ zum Nockenwellenkettenrad, wenn die Verstellwelle 66-mal relativ zum Nockenwellenkettenrad im Uhrzeigersinn gedreht wird. Erfahrungen besagen, dass die Gefahr der Riffelbildung deutlich steigt, wenn der oszillierende Schwenkwinkel zwischen Innen- und Außenring kleiner als der doppelte Wälzkörperteilungswinkel ist. Bei einem Verstellwellenlager in Form eines Kugellagers mit 24 Wälzkörpern, sollte die Frequenz und Amplitude der Sinus-Welle daher so gewählt werden, dass ein Schwenkwinkel E an der Verstellwelle von etwa ±15° erzeugt wird. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses von 1:-66 schwankt der Verstellwinkel D an der Nockenwelle in einem deutlich kleineren Winkel. Die Verstellwinkelschwankung beträgt beim gewählten Beispiel ±115°/66=±0,23° Nockenwelle=±0,46° Kurbelwelle. Somit wird das Ziel erreicht, dass der für die Lebensdauer der Verstellwellenlagerung positive Effekt der zur erzeugenden relativen Bewegung zwischen Innenring und Außenring unterstützt wird und der dabei zwangsläufig auftretende negative Beieffekt der Verstellung der Nockenwelle minimiert wird. Hierdurch kann die Gefahr der Riffelbildung deutlich gesenkt werden. Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Verstellwellenlagerung ist weniger verschleißanfällig und kann daher wesentlich länger verwendet werden, was nicht zu letzt auch zu Kosteneinsparungen führt.With a gear ratio of 1:-66, the camshaft rotates once counterclockwise relative to the camshaft sprocket when the timing shaft rotates 66 times clockwise relative to the camshaft sprocket. Experience has shown that the risk of rippling increases significantly when the oscillating swivel angle between the inner and outer ring is less than twice the rolling element pitch angle. In the case of an adjusting shaft bearing in the form of a ball bearing with 24 rolling elements, the frequency and amplitude of the sine wave should therefore be selected in such a way that a pivoting angle E of around ±15° is generated at the adjusting shaft. Due to the transmission ratio of 1:-66, the adjustment angle D on the camshaft fluctuates at a significantly smaller angle. In the selected example, the adjustment angle fluctuation is ±115°/66=±0.23° camshaft=±0.46° crankshaft. This achieves the goal of supporting the positive effect of the relative movement between the inner ring and outer ring for the service life of the adjusting shaft bearing and minimizing the inevitably occurring negative side effect of the adjustment of the camshaft. This can significantly reduce the risk of corrugation. An adjusting shaft bearing operated with the method according to the invention is less susceptible to wear and can therefore be used for a significantly longer time, which not least also leads to cost savings.

BezugszeichenlisteReference List

AA
Kurbelwellendrehzahlcrankshaft speed
BB
Verstellmotordrehzahlvariable speed motor
CC
Differenzdrehzahl zwischen Kugellagerinnenring und KugellageraußenringDifferential speed between ball bearing inner ring and ball bearing outer ring
DD
Verstellwinkeladjustment angle
EE
Position des Kugellagerinnenringes relativ zum KugellageraußenringPosition of the ball bearing inner ring relative to the ball bearing outer ring
SS
„statischer“ Betriebsfall“static” operating case

Claims (13)

Verfahren zur Verstellung einer Nockenwelle mittels eines elektromechanischen Nockenwellenverstellsystems umfassend ein Dreiwellengetriebe mit einer mit einem Nockenwellenkettenrad eines Verbrennungsmotors verbundenen ersten Welle, einer mit einer Nockenwelle verbundenen zweiten Welle und einer mit einer Rotorwelle eines elektrischen Verstellmotors verbundenen Verstellwelle, dadurch gekennzeichnet, dass in Betriebszuständen in denen keine Verstellung der Nockenwelle erfolgen soll, die Drehzahl der Verstellwelle um einen konstanten Wert variiert wird.Method for adjusting a camshaft by means of an electromechanical camshaft adjustment system comprising a three-shaft gear with a first shaft connected to a camshaft chain wheel of an internal combustion engine, a second shaft connected to a camshaft and an adjustment shaft connected to a rotor shaft of an electric adjusting motor, characterized in that in operating states in which no The camshaft is to be adjusted, the speed of the adjustment shaft is varied by a constant value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Verstellwelle periodisch um einen konstanten Wert variiert wird.procedure after claim 1 , characterized in that the speed of the adjusting shaft is varied periodically by a constant value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern der Drehzahl der Verstellwelle durch ein zum Ansteuern des Verstellmotors verwendetes Steuersignal bewirkt wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the changing of the speed of the adjusting shaft is effected by a control signal used to control the adjusting motor. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal entgegengesetzt zu einer aufgrund eines Nockenwellenwechselmoments hervorgerufenen Bewegung der Nockenwelle eingeprägt wird.procedure after claim 3 , characterized in that the control signal is applied in the opposite direction to a movement of the camshaft caused by a camshaft changing moment. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal eine Sinus-Welle ist.procedure after claim 3 or 4 , characterized in that the control signal is a sine wave. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal eine Rechteck-Welle ist.procedure after claim 3 or 4 , characterized in that the control signal is a square wave. Nockenwellenverstellsystem zur Verstellung einer Nockenwelle umfassend ein Dreiwellengetriebe mit einer mit einem Nockenwellenkettenrad eines Verbrennungsmotors verbundenen ersten Welle, einer mit einer Nockenwelle verbundenen zweiten Welle und einer mit einer Rotorwelle eines elektrischen Verstellmotors verbundenen Verstellwelle, dadurch gekennzeichnet, dass in Betriebszuständen in denen keine Verstellung der Nockenwelle erfolgt, die Drehzahl der Verstellwelle um einen konstanten Wert schwankt.Camshaft adjustment system for adjusting a camshaft, comprising a three-shaft gear with a first shaft connected to a camshaft chain wheel of an internal combustion engine, a second shaft connected to a camshaft and an adjusting shaft connected to a rotor shaft of an electric adjusting motor, characterized in that in operating states in which the camshaft is not adjusted , the speed of the adjustment shaft fluctuates around a constant value. Nockenwellenverstellsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankung der Drehzahl der Verstellwelle durch ein Steuerverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 bewirkt wird.camshaft adjustment system claim 7 , characterized in that the fluctuation of the speed of the adjusting shaft by a control method according to one of Claims 1 until 7 is effected. Nockenwellenverstellsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle in einem Wälzlager gelagert ist.camshaft adjustment system claim 7 or 8th , characterized in that the adjustment shaft is mounted in a roller bearing. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Kugellager oder ein Nadellager ist.procedure after claim 9 , characterized in that the roller bearing is a ball bearing or a needle bearing. Nockenwellenverstellsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle in mehreren Wälzlagern gelagert ist.Camshaft adjustment system according to one of Claims 7 until 10 , characterized in that the adjusting shaft is mounted in several roller bearings. Nockenwellenverstellsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle in mindestens einem Kugellager und mindestens einem Nadellager gelagert ist.camshaft adjustment system claim 11 , characterized in that the adjusting shaft is mounted in at least one ball bearing and at least one needle bearing. Nockenwellenverstellsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwellengetriebe ein Taumelscheibengetriebe, ein Innenexzentergetriebe oder ein Wellgetriebe ist.Camshaft adjustment system according to one of Claims 7 until 12 , characterized in that the three-shaft gear is a swash plate gear, an internal eccentric gear or a strain wave gear.
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