DE102014001396A1

DE102014001396A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102014001396A1
Application number: DE102014001396.0A
Authority: DE
Inventors: Jochen Betsch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem zu einer Verstellung einer Nockenwellenphasenlage vorgesehenen Stellgetriebe (10a; 10b), das ein Stellelement (11a; 11b) aufweist, und mit einer elektromechanischen Bremseinheit (12a; 12b), die in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Bremsmoment auf das Stellelement (11a; 11b) einzuwirken, wobei die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Antriebseinheit (13a; 13b) aufweist, die in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Antriebsmoment auf das Stellelement (11a; 11b) einzuwirken. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Nockenwellenverstellvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Nockenwellenverstellvorrichtung.
Es sind bereits Nockenwellenverstellvorrichtungen für Brennkraftmaschinen eines Kraftfahrzeugs bekannt. Diese umfassen ein zu einer Verstellung einer Nockenwellenphasenlage vorgesehenes Stellgetriebe, das ein Stellelement aufweist, und eine elektromechanische Bremseinheit, die dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Bremsmoment auf das Stellelement einzuwirken.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine besonders komfortable und/oder verbrauchsgünstige Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nockenwellenverstellvorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 und eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkraftmaschine entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem zu einer Verstellung einer Nockenwellenphasenlage vorgesehenen Stellgetriebe, das ein Stellelement aufweist, und mit einer elektromechanischen Bremseinheit, die in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Bremsmoment auf das Stellelement einzuwirken.
Es wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Antriebseinheit aufweist, die in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Antriebsmoment auf das Stellelement einzuwirken.
Dadurch kann die Nockenwellenphasenlage unabhängig von einer durch die Brennkraftmaschine eingeleiteten Drehbewegung verstellt werden, wodurch realisiert werden kann, dass die Nockenwellenphasenlage bereits bei einer inaktiven und damit bei einer stillstehenden Brennkraftmaschine verstellt werden kann. Dadurch können vor einem Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere unabhängig von einer Nockenwellenphasenlage beim Abstellen der Brennkraftmaschine, optimale Nockenwellenphasenlagen zuverlässig eingestellt werden, wodurch das Starten der Brennkraftmaschine optimal durchgeführt werden kann. Durch die optimale Einstellung der Nockenwellenphasenlage für das Starten der Brennkraftmaschine kann die Verstellung der Nockenwellenphasenlage hinsichtlich eines Komforts und/oder eines Verbrauchs der Brennkraftmaschine verbessert werden, wodurch eine Verbrennung in der Brennkraftmaschine beim Starten optimiert werden kann. Dadurch kann eine Emission von Abgasen beim Starten der Brennkraftmaschine reduziert, ein Komfort eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine erhöht und das Starten der Brennkraftmaschine bei niedrigen Temperaturen verbessert werden. Dadurch kann eine besonders komfortable und/oder verbrauchsgünstige Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge bereitgestellt werden. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgebildet, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Bremseinheit zur Bremsbetätigung eine Aktorik aufweist und die Antriebseinheit dazu vorgesehen ist, eine Hubbewegung der Aktorik in eine Drehbewegung des Stellelements umzuwandeln. Dadurch kann die Hubbewegung der Aktorik der Bremseinheit zur Bereitstellung des Bremsmoments und zur Bereitstellung des Antriebsmoments genutzt werden, wodurch Kosten, Bauraum und Gewicht der Nockenwellenverstellvorrichtung besonders gering gehalten werden können. Es kann eine kostengünstige, bauraumoptimierte, öldruckunabhängige, schnell ansprechende, hochdynamische und eine einen hohen Stellbereich aufweisende Nockenwellenverstellvorrichtung bereitgestellt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Aktorik in Abhängigkeit von zumindest einem Bremsbetätigungsparameter zur Bereitstellung des Bremsmoments oder zur Bereitstellung des Antriebsmoments vorgesehen ist, wodurch besonders einfach zwischen der Bereitstellung des Bremsmoments und der Bereitstellung des Antriebsmoments geschaltet werden kann. Insbesondere kann durch ein Umschalten zwischen Bremsbetätigungsparametern und/oder Bremsbetätigungsparameterwerten zusätzlich zu einer Betätigung einer Bremse der Bremseinheit wenigstens ein zusätzlicher Aktorikfreiheitsgrad bereitgestellt werden, der zur Bereitstellung des Antriebsmoments und vorzugsweise zur Bereitstellung der Hubbewegung für die Verstellung der Nockenwellenphasenlage genutzt werden kann. Unter einem. „Bremsbetätigungsparameter” soll insbesondere ein von einer Steuer- und/oder Regeleinheit einstellbarer Parameter in der Bremseinheit verstanden werden, durch den eine Betätigung der Bremse der Bremseinheit zumindest teilweise definiert ist. Der Bremsbetätigungsparameter ist vorzugsweise als eine Betätigungsrichtung, ein Betätigungshub oder dergleichen ausgebildet, die insbesondere durch eine von der Steuer- und/oder Regeleinheit einstellbaren Bestromung der Aktorik der Bremseinheit, vorzugsweise durch eine Bestromungsrichtung, eine Bestromungsstärke oder dergleichen, einstellbar sind. Grundsätzlich kann der wenigstens eine Aktorikfreiheitsgrad auch anderweitig genutzt werden, wie beispielsweise zur Betätigung einer zur Verriegelung einer Winkellage des Stellelements vorgesehenen Verriegelungseinheit der Nockenwellenverstellvorrichtung.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Aktorik eine erste Betätigungsrichtung zur Bereitstellung des Bremsmoments und eine der ersten Betätigungsrichtung entgegen gerichtete zweite Betätigungsrichtung zur Bereitstellung des Antriebsmoments aufweist. Dadurch kann realisiert werden, dass die Aktorik in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung und damit der Bestromungsrichtung entweder zur Bereitstellung des Bremsmoments oder zur Bereitstellung des Antriebsmoment für die Verstellung der Nockenwellenphasenlage genutzt wird, wodurch die Nockenwellenverstellvorrichtung ohne einen hohen Zusatzaufwand optimiert werden kann. Unter einer „Betätigungsrichtung” soll insbesondere eine durch die Bestromungsrichtung einer Spule der Aktorik vorgegebene Bewegungsrichtung zumindest eines Aktors der Aktorik verstanden werden. Vorzugsweise ist eine der Betätigungsrichtungen zum Schließen der Bremse und die andere Betätigungsrichtung zum Öffnen der Bremse vorgesehen.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Aktorik einen ersten Betätigungshub zur Bereitstellung des Bremsmoments und einen sich von dem ersten Betätigungshub unterscheidenden zweiten Betätigungshub zur Bereitstellung des Antriebsmoments aufweist. Dadurch kann realisiert werden, dass die Aktorik in Abhängigkeit von dem Betätigungshub zur Bereitstellung des Antriebsmoments für die Verstellung der Nockenwellenphasenlage genutzt wird, wodurch eine alternative Ausgestaltung der Ansteuerung der Aktorik zur Bereitstellung des Antriebsmoments für die Verstellung der Nockenwellenphasenlage bereitgestellt werden kann. Unter einem Betätigungshub” soll insbesondere ein Bewegungsweg des Aktors der Aktorik entlang einer Betätigungsrichtung verstanden werden. Grundsätzlich ist es denkbar, durch eine Kombination der Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung und der Abhängigkeit des Betätigungshubs weitere Aktorikfreiheitsgrade bereitzustellen, wodurch die Nockenwellenverstellvorrichtung weiter optimiert werden kann. Beispielsweise kann die Aktorik einen ersten Betätigungshub in eine erste Betätigungsrichtung zur Bereitstellung des Bremsmoments, einen von dem ersten Betätigungshub unterscheidenden zweiten Betätigungshub in die erste Betätigungsrichtung zur Betätigung beispielsweise der Verriegelungseinheit und eine der ersten Betätigungsrichtung entgegen gerichtete zweite Betätigungsrichtung zur Bereitstellung des Antriebsmoments aufweisen. Durch die Kombination kann die Aktorik ferner beispielsweise eine erste Betätigungsrichtung zur Bereitstellung des Bremsmoments, einen ersten Betätigungshub in eine zweite Betätigungsrichtung zur Bereitstellung des Antriebsmoments und einen zweiten Betätigungshub in die zweite Betätigungsrichtung zu einer Drehrichtungsumkehr aufweisen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Bremseinheit zumindest einen zur Bereitstellung des Bremsmoments vorgesehenen Bremsbelag und zumindest ein Federelement, das wirkungsmäßig zwischen der Aktorik und dem Bremsbelag angeordnet ist, aufweist. Dadurch kann die Abhängigkeit von zumindest zwei Betätigungshüben konstruktiv einfach realisiert werden.
Besonders bevorzugt weist die Bremseinheit eine drehfest mit dem Stellelement verbundene Bremsscheibe auf, die zu einer schrittweisen Verdrehung eine Inkrementenspur umfasst, wodurch das Stellelement zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mittels der Bremsscheibe entweder schrittweise gedreht oder kontinuierlich abgebremst werden kann.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Steuer- und/oder Regeleinheit der Nockenwellenverstellvorrichtung steuerungstechnisch an die Bremseinheit angebunden ist und dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage die Bremseinheit in eine Betätigungsrichtung wiederholend anzusteuern. Dadurch kann die Nockenwellenphasenlage durch sehr kleine Hubbewegungen verstellt werden, wodurch zum Antrieb des Stellelements besonders wenig Energie benötigt wird. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Antriebseinheit einen Ratschenantrieb und/oder einen Ultraschallmotor aufweist, wodurch sehr kleine Hubbewegungen der Aktorik in eine Drehbewegung des Stellelements umgewandelt werden können.
Weiter wird eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung, vorgeschlagen, wodurch eine besonders komfortable und/oder verbrauchsgünstige Brennkraftmaschine bereitgestellt werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 stark schematisiert eine Nockenwellenverstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und
2 stark schematisiert eine alternativ ausgebildete Nockenwellenverstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt stark schematisiert einen Teil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine weist eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle auf, die sich bei laufender Brennkraftmaschine um ihre Rotationsachse dreht. Zur Betätigung von nicht näher dargestellten Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine weist die Brennkraftmaschine eine Nockenwelle 24a auf, die sich bei laufender Brennkraftmaschine um ihre Rotationsachse 25a dreht. Die Nockenwelle 24a ist antriebstechnisch an die Kurbelwelle angebunden, wodurch die Nockenwelle 24a von der Kurbelwelle angetrieben wird.
Zur Effizienzsteigerung weist die Brennkraftmaschine eine Nockenwellenverstellvorrichtung auf, die zur Anpassung von Gasventilöffnungs- und/oder Gaswechselschließzeiten während laufender Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist ein Stellgetriebe 10a auf, das die Kurbelwelle und die Nockenwelle 24a antriebstechnisch miteinander verbindet. Zur antriebstechnischen Anbindung an die Kurbelwelle weist das Stellgetriebe 10a ein Antriebsrad 26a auf. Das Antriebsrad 26a weist eine Außenverzahnung auf.
Die Brennkraftmaschine weist zur antriebstechnischen Anbindung des Stellgetriebes 10a an die Kurbelwelle ein nicht näher dargestelltes endloses Umschlingungsmittel auf, das ein Drehmoment zwischen dem Antriebsrad 26a und der Kurbelwelle überträgt. Das Umschlingungsmittel ist als eine Kette ausgebildet. Das Antriebsrad 26a ist als ein Kettenrad ausgebildet. Grundsätzlich kann das Umschlingungsmittel auch als ein Riemen und das Antriebsrad als ein Riemenrad ausgebildet sein.
Zur antriebstechnischen Anbindung an die Nockenwelle 24a weist das Stellgetriebe 10a ein Abtriebsrad 27a auf, das drehfest mit der Nockenwelle 24a verbunden ist. Das Abtriebsrad 27a ist als ein Hohlrad ausgebildet. Es ist radial innerhalb des Antriebsrads 26a angeordnet. Zur Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsrad 26a und dem Abtriebsrad 27a weist das Stellgetriebe 10a mehrere Planetenräder 28a auf, die kämmend mit dem Abtriebsrad 27a verbunden sind. Zur kämmenden Verbindung zwischen dem Abtriebsrad 27a und den Planetenrädern 28a weist das Abtriebsrad 27a eine Innenverzahnung und die Planetenräder 28a jeweils eine Außenverzahnung auf. Zur Aufnahme der Planetenräder 28a weist das Stellgetriebe 10a einen Planetenradträger 29a auf, der die Planetenräder 28a jeweils drehbar aufnimmt. Der Planetenradträger 29a ist drehfest mit dem Antriebsrad 26a verbunden, wodurch die Kurbelwelle über das Antriebsrad 26a den Planetenradträger 29a und damit die Planetenräder 28a antreibt.
Zur Verstellung einer Nockenwellenphasenlage und damit zur Anpassung der Gasventilöffnungs- und/oder Gaswechselschließzeiten weist das Stellgetriebe 10a ein Stellelement 11a auf. Das Stellelement 11a ist kämmend mit den Planetenrädern 28a verbunden. Dazu weist das Stellelement 11a eine Außenverzahnung auf. Die Planetenräder 28a sind in radialer Richtung nach außen mit dem Abtriebsrad 27a und in radialer Richtung nach innen mit dem Stellelement 11a kämmend verbunden. Der Planetenradträger 29a führt die Planetenräder 28a auf einer Kreisbahn um das Stellelement 11a. Das Stellelement 11a ist als ein Sonnenrad ausgebildet. Das Stellgetriebe 10a ist als ein Planetengetriebe ausgebildet.
Zur Bereitstellung einer Stellkraft bei aktiver, d. h. laufender Brennkraftmaschine weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine elektromechanische Bremseinheit 12a auf, die zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Bremsmoment auf das Stellelement 11a einwirkt. Die Bremseinheit 12a weist zur Bereitstellung des Bremsmoments eine Bremse 35a auf. Die Bremse 35a weist einen Bremsbelag 19a und eine Bremsscheibe 21a auf, die dazu vorgesehen sind, zur Erzeugung des Bremsmoments sich gegenseitig direkt zu kontaktieren. Die Bremse 35a ist als eine Reibbelagsbremse ausgebildet. Die aktive Brennkraftmaschine ist durch eine Kurbelwellendrehzahl ungleich Null gekennzeichnet.
Zur Einwirkung auf das Stellelement 11a ist die Bremsscheibe 21a drehfest mit dem Stellelement 11a verbunden. Zur Verbindung der Bremsscheibe 21a mit dem Stellelement 11a weist das Stellgetriebe 10a eine Stellwelle 30a auf. Die Stellwelle 30a erstreckt sich ausgehend von dem Stellelement 11a axial in Richtung der Bremsscheibe 21a. Sie ist drehfest mit dem Stellelement 11a und der Bremsscheibe 21a verbunden. Die Bremsscheibe 21a ist auf die Stellwelle 30a angespritzt. Die Stellwelle 30a ist als eine Sonnenwelle ausgebildet.
Zur Betätigung der Bremse 35a weist die Bremseinheit 12a eine Aktorik 14a auf, die eine erste Betätigungsrichtung 17a und eine zur ersten Betätigungsrichtung 17a entgegengesetzte zweite Betätigungsrichtung 18a aufweist. Die Aktorik 14a ist in die erste Betätigungsrichtung 17a und in die zweite Betätigungsrichtung 18a ansteuerbar. Die erste Betätigungsrichtung 17a ist zum Schließen der Bremse 35a und die zweite Betätigungsrichtung 18a zum Öffnen der Bremse 35a vorgesehen. Die Aktorik 14a weist einen Aktor 31a auf, der magnetisch in beide Betätigungsrichtungen 17a, 18a axial bewegbar ist. Der Aktor 31a ist fest an dem Bremsbelag 19a angebunden. Er ist an einer der Bremsscheibe 21a abgewandten Seite des Bremsbelags 19a angebunden. Zur axialen Bewegung des Aktors 31a und damit des Bremsbelags 19a weist die Aktorik 14a eine Spule 32a auf, die in zwei Bestromungsrichtungen bestrombar ist. In Abhängigkeit der Bestromungsrichtung der Spule 32a resultiert die entsprechende Betätigungsrichtung 17a, 18a.
Zur Bereitstellung einer Stellkraft bei inaktiver, d. h. stehender Brennkraftmaschine weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Antriebseinheit 13a auf, die zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Antriebsmoment auf das Stellelement 11a einwirkt. Die Antriebseinheit 13a ist teilweise durch die Bremseinheit 12a gebildet. Die Antriebseinheit 13a nutz zur Bereitstellung des Antriebsmoments die axiale Bewegung und damit eine Hubbewegung 15a des Aktors 31a der zur Bremsbetätigung vorgesehenen Aktorik 14a aus. Die Antriebseinheit 13a wandelt die Hubbewegung 15a des Aktors 31a der Aktorik 14a in eine Drehbewegung 16a des Stellelements 11a um. Durch die Drehbewegung 16a des Stellelements 11a verstellt sich die Nockenwellenphasenlage. Die inaktive Brennkraftmaschine ist durch eine Kurbelwellendrehzahl gleich Null und eine aktive Elektronik des Kraftfahrzeugs gekennzeichnet.
Zur Bereitstellung einer gewünschten Drehbewegung 16a des Stellelements 11a ist die Antriebseinheit 13a dazu vorgesehen, kleine wiederholende Hubbewegungen 15a des Aktors 31a in eine schrittweise Verdrehung des Stellelements 11a umzuwandeln. Dazu weist die Antriebseinheit 13a einen Ratschenantrieb auf. In der 1 ist der Ratschenantrieb der Übersicht halber stark schematisiert dargestellt.
Zur schrittweisen Verdrehung des Stellelements 11a weist die Bremsscheibe 21a eine Inkrementenspur 22a und einen wirkungsmäßig zwischen dem Aktor 31a und der Inkrementenspur 22a angeordneten Ratschenmechanismus 33a auf. Der Ratschenmechanismus 33a koppelt den Aktor 31a über die Inkrementenspur 22a mit der Bremsscheibe 21a in der Art, so dass die Hubbewegung 15a des Aktors 31a die Drehbewegung 16a der Bremsscheibe 21a hervorruft. Die Antriebseinheit 13a weist dazu eine Ratschenklinke 34a auf, die zur schrittweisen Verdrehung des Stellelements 11a in die Inkrementenspur 22a der Bremsscheibe 21a eingreift. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Inkrementenspur 22a auf einer radial nach außen gerichteten Mantelfläche der Bremsscheibe 21a angeordnet. Grundsätzlich kann die Inkrementenspur 22a alternativ auch an einer axial gerichteten Stirnseite der Bremsscheibe 21a angeordnet sein. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, dass die Antriebseinheit 13a zur Umwandlung kleiner wiederholender Hubbewegungen 15a des Aktors 31a in eine schrittweise Verdrehung des Stellelements 11a einen anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Mechanismus, Antrieb oder Motor aufweist, wie beispielsweise einen Ultraschallmotor, ein Uhrwerk- oder Kugelschreibermechanismus.
Die Aktorik 14a der Bremseinheit 12a ist in Abhängigkeit von einem Bremsbetätigungsparameter entweder zur Bereitstellung des Bremsmoments oder zur Bereitstellung des Antriebsmoments vorgesehen. Dabei ist die Aktorik 14a der Bremseinheit 12a bei der Hubbewegung in die erste Betätigungsrichtung 17a zur Bereitstellung des Bremsmoments und bei der Hubbewegung 15a in die der ersten Betätigungsrichtung 17a entgegen gerichtete zweite Betätigungsrichtung 18a zur Bereitstellung des Antriebsmoments vorgesehen. Die Antriebseinheit 13a wandelt die Hubbewegung 15a des Aktors 31a in das auf die Bremsscheibe 21a wirkende Antriebsmoment um. Die Hubbewegung 15a des Aktors 31a ist in die zweite Betätigungsrichtung 18a gerichtet. Die Hubbewegung 15a des Aktors 31a, die die Antriebseinheit 13a in die Drehbewegung 16a der Bremsscheibe 21a umwandelt, ist zum Öffnen der Bremse 35a vorgesehen. Somit wird die Bremse 35a zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei stehender Brennkraftmaschine wiederholend kurzzeitig geöffnet.
Zur Steuerung und Regelung weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine steuerungstechnisch an die Aktorik 14a der Bremseinheit 12a angebundene Steuer- und Regeleinheit 23a auf, die zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei laufender Brennkraftmaschine die Aktorik 14a in die erste Betätigungsrichtung 17a und zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei stehender Brennkraftmaschine die Aktorik 14a in die zweite Betätigungsrichtung 18a ansteuert. Zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei laufender Brennkraftmaschine steuert die Steuer- und Regeleinheit 23a die Aktorik 14a kontinuierlich in die erste Betätigungsrichtung 17a an und regelt dadurch das auf die Bremsscheibe 21a wirkende Bremsmoment. Zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei stehender Brennkraftmaschine steuert die Steuer- und Regeleinheit 23a die Aktorik 14a wiederholend in die zweite Betätigungsrichtung 18a an und erzeugt dadurch eine Hin- und Herbewegung des Aktors 31a.
Zur Ansteuerung der Aktorik 14a bestromt die Steuer- und Regeleinheit 23a die Spule 32a in die entsprechende, der gewünschten Betätigungsrichtung 17a, 18a zugeordneten Bestromungsrichtung. In einer der Bestromungsrichtungen schließt die Steuer- und Regeleinheit 23a die Bremse 35a, um die Verstellung der Nockenwellenphasenlage durch die Bremsmomentregelung während laufender Brennkraftmaschine zu regeln. In die andere Bestromungsrichtung öffnet die Steuer- und Regeleinheit 23a die Bremse 35a. Die Steuer- und Regeleinheit 23a wechselt zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage während stehender Brennkraftmaschine die Bestromungsrichtungen wiederholend. Sie bestromt die Spule 32a in die zweite Betätigungsrichtung 18a pulsartig und stellt dadurch kurze, sich wiederholende Hubbewegungen 15a des Aktors 31a ein, die durch die Antriebseinheit 13a, in diesem Fall durch den Ratschenantrieb, schrittweise in die Drehbewegung 16a des Stellelements 11a umgewandelt werden. Um zwischen der Verstellung der Nockenwellenphasenlage mittels des Bremsmoments und der Verstellung der Nockenwellenphasenlage mittels des Antriebsmoments zu wechseln, ändert die Steuer- und Regeleinheit 23a die Ansteuerung der Aktorik 14a hinsichtlich der Bestromungsrichtung.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen insbesondere auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 1 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 2 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnung und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 verwiesen werden.
2 zeigt stark schematisiert eine alternativ ausgebildete Nockenwellenverstellvorrichtung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist ein Stellgetriebe 10b mit einem Stellelement 11b und eine elektromechanische Bremseinheit 12b, die zur Verstellung einer Nockenwellenphasenlage bei laufender Brennkraftmaschine mit einem Bremsmoment auf das Stellelement 11b einwirkt. Des Weiteren weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Antriebseinheit 13b auf, die zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei stehender Brennkraftmaschine mit einem Antriebsmoment auf das Stellelement 11b einwirkt. Um mit dem Bremsmoment und dem Antriebsmoment auf das Stellelement 11b einzuwirken, weist die Bremseinheit 12b eine Bremsscheibe 21b mit einer Inkrementenspur 22b auf. Ferner weist die Bremseinheit 12b eine Aktorik 14b und einen Bremsbelag 19b auf, der bewegungstechnisch mit der Aktorik 14b gekoppelt ist. Der Bremsbelag 19b ist bewegungstechnisch an einen Aktor 31b gekoppelt. Zur Ansteuerung der Bremseinheit 12b weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine steuerungstechnisch an die Aktorik 14b angebundene Steuer- und Regeleinheit 23b auf.
Im Unterschied zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel weist die Aktorik 14b einen ersten Betätigungshub zur Bereitstellung des Bremsmoments und einen von dem ersten Betätigungshub unterscheidenden zweiten Betätigungshub zur Bereitstellung des Antriebsmoments auf. Der zweite Betätigungshub ist größer als der erste Betätigungshub. Die zwei Betätigungshübe sind beide in eine erste Betätigungsrichtung 17b gerichtet. Die erste Betätigungsrichtung 17b ist zum Schließen einer Bremse 35b der Bremseinheit 12b vorgesehen. Eine Hubbewegung 15b des Aktors 31b mit dem zweiten Betätigungshub ist größer als die Hubbewegung 15b des Aktors 31b mit dem ersten Betätigungshub.
Die Antriebseinheit 13b wandelt eine wiederholende Hubbewegung 15b zwischen dem ersten Betätigungshub und den zweiten Betätigungshub in eine Drehbewegung 16b des Stellelements 11b schrittweise um. Die Aktorik 14b der Bremseinheit 12b ist bei der Hubbewegung 15b in die erste Betätigungsrichtung 17b mit dem ersten Betätigungshub zur Bereitstellung des Bremsmoments und bei der Hubbewegung 15b in die erste Betätigungsrichtung 17b von dem ersten Betätigungshub in den zweiten Betätigungshub zur Bereitstellung des Antriebsmoments vorgesehen. Die Antriebseinheit 13b wandelt die Hubbewegung 15b des Aktors 31b von dem ersten Betätigungshub in den zweiten Betätigungshub in das auf die Bremsscheibe 21b wirkende Antriebsmoment zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage um.
Zur Realisierung der zwei unterschiedlichen Betätigungshübe ist der Bremsbelag 19b federnd mit dem Aktor 31b verbunden. Die Bremseinheit 12b weist ein Federelement 20b auf, das wirkungsmäßig zwischen dem Aktor 31b der Aktorik 14b und dem Bremsbelag 19b der Bremse 35b angeordnet ist. Der Aktor 31b ist an einer der Bremsscheibe 21b abgewandten Seite des Bremsbelags 19b federnd angebunden. Ab einer definierten Vorschubkraft des Aktors 31b in Richtung der Bremsscheibe 21b gibt das Federelement 20b nach und der Aktor 31b bewegt sich in Richtung der Bremsscheibe 21b von dem ersten Betätigungshub in den zweiten Betätigungshub. Diese Hubbewegung 15b von dem ersten Betätigungshub in den zweiten Betätigungshub wandelt die Antriebseinheit 13b schrittweise in die Drehbewegung 16b des Stellelements 11b um.
Zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei stehender Brennkraftmaschine steuert die Steuer- und Regeleinheit 23b die Aktorik 14b in die erste Betätigungsrichtung 17b das Federelement 20b überdrückend wiederholend an. Zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei laufender Brennkraftmaschine steuert die Steuer- und Regeleinheit 23b die Aktorik 14b in die erste Betätigungsrichtung 17b an, ohne dass der Aktor 31b das Federelement 20b überdrückt und sich in den zweiten Betätigungshub bewegt. Zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage bei stehender Brennkraftmaschine steuert die Steuer- und Regeleinheit 23b die Aktorik 14b wiederholend in die erste Betätigungsrichtung 17b in der Art an, dass der Aktor 31b das Federelement 20b überdrückt und sich wiederholend von dem ersten Betätigungshub in den zweiten Betätigungshub bewegt. Um zwischen der Verstellung der Nockenwellenphasenlage mittels des Bremsmoments und der Verstellung der Nockenwellenphasenlage mittels des Antriebsmoments zu wechseln, ändert die Steuer- und Regeleinheit 23b die Ansteuerung der Aktorik 14b hinsichtlich einer Bestromungsstärke.
Bezugszeichenliste

10: Stellgetriebe
11: Stellelement
12: Bremseinheit
13: Antriebseinheit
14: Aktorik
15: Hubbewegung
16: Drehbewegung
17: Betätigungsrichtung
18: Betätigungsrichtung
19: Bremsbelag
20: Federelement
21: Bremsscheibe
22: Inkrementenspur
23: Steuer- und Regeleinheit
24: Nockenwelle
25: Rotationsachse
26: Antriebsrad
27: Abtriebsrad
28: Planetenrad
29: Planetenradträger
30: Stellwelle
31: Aktor
32: Spule
33: Ratschenmechanismus
34: Ratschenklinke
35: Bremse

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem zu einer Verstellung einer Nockenwellenphasenlage vorgesehenen Stellgetriebe (10a; 10b), das ein Stellelement (11a; 11b) aufweist, und mit einer elektromechanischen Bremseinheit (12a; 12b), die in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Bremsmoment auf das Stellelement (11a; 11b) einzuwirken, gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit (13a; 13b), die in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage mit einem Antriebsmoment auf das Stellelement (11a; 11b) einzuwirken.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (12a; 12b) zur Bremsbetätigung eine Aktorik (14a; 14b) aufweist und die Antriebseinheit (13a; 13b) dazu vorgesehen ist, eine Hubbewegung (15a; 15b) der Aktorik (14a; 14b) in eine Drehbewegung (16a; 16b) des Stellelements (11a; 11b) umzuwandeln.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorik (14a; 14b) in Abhängigkeit von zumindest einem Bremsbetätigungsparameter zur Bereitstellung des Bremsmoments oder zur Bereitstellung des Antriebsmoments vorgesehen ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorik (14a) eine erste Betätigungsrichtung (17a) zur Bereitstellung des Bremsmoments und eine der ersten Betätigungsrichtung (17a) entgegen gerichtete zweite Betätigungsrichtung (18a) zur Bereitstellung des Antriebsmoments aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorik (14b) einen ersten Betätigungshub zur Bereitstellung des Bremsmoments und einen sich von dem ersten Betätigungshub unterscheidenden zweiten Betätigungshub zur Bereitstellung des Antriebsmoments aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (12b) zumindest einen zur Bereitstellung des Bremsmoments vorgesehenen Bremsbelag (19b) und zumindest ein Federelement (20b), das wirkungsmäßig zwischen der Aktorik (14b) und dem Bremsbelag (19b) angeordnet ist, aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (12a; 12b) eine drehfest mit dem Stellelement (11a; 11b) verbundene Bremsscheibe (21a; 21b) aufweist, die zu einer schrittweisen Verdrehung eine Inkrementenspur (22a; 22b) umfasst.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine steuerungstechnisch an die Bremseinheit (12a; 12b) angebundene Steuer- und/oder Regeleinheit (23a; 23b), die dazu vorgesehen ist, zur Verstellung der Nockenwellenphasenlage die Bremseinheit (12a; 12b) in eine Betätigungsrichtung (18a; 17b) wiederholend anzusteuern.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (13a; 13b) einen Ratschenantrieb und/oder einen Ultraschallmotor aufweist.
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.