DE102016214632A1

DE102016214632A1 - Stellantrieb für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102016214632A1
Application number: DE102016214632.7A
Authority: DE
Inventors: Bastian Hain; Peter Zierer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Ein Stellantrieb für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Verschiebeläuferbremsmotor (2) und ein diesem nachgeschaltetes Stellgetriebe (3). Der Stellantrieb ist für einen elektrischen Nockenwellenversteller sowie für eine Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft einen in einem Verbrennungsmotor verwendbaren, insbesondere für einen elektrischen Nockenwellenversteller oder für eine Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses geeigneten, Stellantrieb.
Ein Stellantrieb eines Verbrennungsmotors, nämlich Hubkolbenmotors, in einem Kraftfahrzeug ist in vielen Fällen aus einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe aufgebaut.
Verschiedene zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignete Stellvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 10 2004 009 128 A1 , aus der DE 10 2013 220 220 A1 , sowie aus der DE 10 2014 202 060 A1 bekannt. In allen Fällen handelt es sich um elektrische Nockenwellenversteller mit einem Wellgetriebe als Stellgetriebe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten, sich durch vielfältige Einsatzmöglichkeiten und hohe Betriebssicherheit auszeichnenden Stellantrieb für einen Verbrennungsmotor anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Stellantrieb weist einen Verschiebeläuferbremsmotor und ein diesem nachgeschaltetes Stellgetriebe, insbesondere Untersetzungsgetriebe, auf.
Hinsichtlich prinzipieller Eigenschaften eines Verschiebeläuferbremsmotors wird beispielhaft auf die DE 43 38 557 C1 hingewiesen.
Der Verschiebeläuferbremsmotor des erfindungsgemäßen Stellantriebs weist eine Bremse auf, welche ohne Zufuhr elektrischer Energie selbsttätig bis zum Stillstand bremst. Erst bei Versorgung des Verschiebeläuferbremsmotors mit elektrischer Energie wird dessen Bremse gelöst. Bei der Bremse handelt es sich um eine durch Federkraft belastete Bremse. Der Läufer des Verschiebeläuferbremsmotors ist vorzugsweise konisch geformt und mit einer Bremsscheibe drehfest verbunden. Die Anordnung, welche den Läufer, das heißt Rotor, und die Bremsscheibe umfasst, ist als Ganzes innerhalb des Verschiebeläuferbremsmotors in Axialrichtung verschiebbar.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in der Regel ein Nockenwellenversteller ausschließlich bei der Einlassnockenwelle eines Verbrennungsmotors zum Einsatz kommt. Fällt der Elektromotor eines elektrischen Nockenwellenverstellers aus, so wird durch die Nockenwellenreibung das Verstellsystem in Richtung „spät“ verstellt. Die Verstellrichtung „spät“ bedeutet, dass eine spätere Öffnungszeit der Ventile, nämlich Einlassventile, bezogen auf die Phasenlage zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle, eingestellt wird. Dieser gewünschte Effekt, was die Nockenwellenverstellung auf der Einlassseite betrifft, wird durch die Reibung im Elektromotor des Nockenwellenverstellers verstärkt. Der Nockenwellenversteller auf der Einlassseite des Verbrennungsmotors weist damit ein sicheres Verhalten auch im Fehlerfalle auf.
Im Gegensatz zur Einlassnockenwelle ist bei der Auslassnockenwelle die im Fehlerfall idealerweise einzunehmende Position, das heißt „fail safe“ Position, die Einstellung „früh“. Von daher wäre eine einfache Transferierung des Prinzips eines elektrischen Nockenwellenverstellers, wie er auf der Einlassseite eines Verbrennungsmotors verwendbar ist, auf dessen Auslassseite unter dem Gesichtspunkt der Betriebssicherheit nicht ideal.
Die beschriebenen Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch eliminiert, dass der Elektromotor des Stellantriebes bei Energieausfall selbsttätig gestoppt wird. Damit sind Fehlerfälle wie ein Durchbrennen, der Abfall eines Steckers, ein Kabelbruch, ein Steuergerätefehler, oder der Ausfall einer Endstufe, welche den Elektromotor ansteuert, abgedeckt.
Bei der Verwendung des Stellantriebs zur Verstellung einer Nockenwelle, nämlich Ausgangsnockenwelle, ist dem Verschiebeläuferbremsmotor vorzugsweise ein Stellgetriebe mit negativem Übersetzungsverhältnis, das heißt ein sogenanntes Negativ-Getriebe, nachgeschaltet. Mit Hilfe des Negativgetriebes wird die Ausgangsnockenwelle im Fehlerfall zuverlässig in Richtung „früh“ verstellt.
Der Stellantriebe ist weiterhin verwendbar in einer Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors. In diesem Fall ist das Stellgetriebe ausgangsseitig mit einer Exzenterwelle gekoppelt, welche über ein Nebenpleuel mit weiteren Komponenten des Kurbeltriebs des Hubkolbenmotors zusammenwirkt. Im Fehlerfall wird durch die Ausbildung des Elektromotors als Verschiebeläuferbremsmotor jede weitere Verstellung der Exzenterwelle gestoppt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
1 in schematischer Schnittdarstellung einen Stellantriebe für einen Verbrennungsmotor.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Stellantrieb ist zur Verwendung in einem Nockenwellenversteller ebenso wie zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors geeignet. Der Stellantrieb 1 ist aus einem Elektromotor 2, nämlich Verschiebeläuferbremsmotor, und einem diesen nachgeschalteten Stellgetriebe 3, nämlich Untersetzungsgetriebe, aufgebaut. Bei dem Stellgetriebe 3 handelt es sich beispielsweise um ein Wellgetriebe.
Eine Motorwelle 4 des Verschiebeläuferbremsmotors 2 ist mit einer Eingangswelle 5 des Stellgetriebes 3 drehfest gekoppelt, wobei optional eine Ausgleichskupplung, beispielsweise Oldham-Kupplung, zwischen die Wellen 4, 5 geschaltet ist. Mit einer Ausgangswelle 6 des Stellgetriebes 3 ist je nach Einbausituation entweder eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt.
Im Gehäuse 7 des Verschiebeläuferbremsmotors 2 befinden sich ein konischer Läufer 8, das heißt Rotor, und ein der Form des Rotors 8 angepasster Stator 9. Ebenso wie der Rotor 8 ist auch eine Bremsscheibe 10 starr auf der Motorwelle 4 angeordnet. Die Anordnung aus Motorwelle 4, Rotor 8 und Bremsscheibe 10 ist mit Hilfe von Lagerungen 11 im Gehäuse 7 rotierbar und zugleich begrenzt in Axialrichtung verschiebbar gelagert.
Solange der Elektromotor 2 nicht bestromt wird, presst eine Feder 12 die Bremsscheibe 10 gegen eine Bremsfläche 13, welche entweder direkt durch das Gehäuse 7 oder durch mindestens ein mit dem Gehäuse 7 verbundenes Teil gebildet ist.
Sobald der Verschiebeläuferbremsmotor 2 bestromt wird, verengt sich ein konischer Luftspalt 14 zwischen dem Läufer 8 und dem Stator 9, was zum Abheben der Bremsscheibe 10 von der Bremsfläche 13 gegen die Kraft der Feder 12 führt. In diesem Zustand ist der Verschiebeläuferbremsmotor 2 entsprechend einem Elektromotor ohne Bremse betreibbar.
Im Fall der Verwendung des Stellantriebs 1 als elektrischer Nockenwellenversteller ist das Gehäuse des Stellgetriebes 3 um die mit R bezeichnete Rotationsachse, welche in diesem Fall mit der Rotationsachse der Nockenwelle identisch ist, drehbar. Die Phasenrelation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle des Verbrennungsmotors bleibt unverändert, so lange die Eingangswelle 5 des Stellgetriebes 3 mit Nockenwellendrehzahl rotiert. Fällt die Energieversorgung des Stellantriebs 1 aus, was mit einer Blockierung des Verschiebeläuferbremsmotors 2 einhergeht, so wird unverzüglich eine Verstellung der fest mit der Ausgangswelle 6 verbundenen oder identischen Nockenwelle in Richtung „früh“ eingeleitet. Dies entspricht der Verstellung der Nockenwelle in die „fail safe“ Position.
Im Fall der Verwendung des Stellantriebs 1 zur Variation des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors ist die Ausgangswelle 6 dagegen mit einer Exzenterwelle fest verbunden oder identisch. In diesem Fall führt der Ausfall der Energieversorgung des Verschiebeläuferbremsmotors 2 dazu, dass die Ausgangswelle 6 nicht weiter verstellt wird, das heißt das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors unverändert bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Stellantrieb
2: Verschiebeläuferbremsmotor, Elektromotor
3: Stellgetriebe
4: Motorwelle
5: Eingangswelle
6: Ausgangswelle
7: Gehäuse
8: Rotor, Läufer
9: Stator
10: Bremsscheibe
11: Lagerung
12: Feder
13: Bremsfläche
14: Luftspalt
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004009128 A1 [0003]
DE 102013220220 A1 [0003]
DE 102014202060 A1 [0003]
DE 4338557 C1 [0006]

Claims

Stellantrieb für einen Verbrennungsmotor, mit einem Verschiebeläuferbremsmotor (2) und einem diesem nachgeschalteten Stellgetriebe (3).
Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebeläuferbremsmotor (3) einen konischen Läufer (8) und eine mit diesem drehfest verbundene Bremsscheibe (10) aufweist.
Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgetriebe (3) ein negatives Übersetzungsverhältnis aufweist und ausgangsseitig mit einer Nockenwelle, insbesondere Auslassnockenwelle, gekoppelt ist.
Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgetriebe (3) ausgangsseitig mit einer zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eines Hubkolbenmotors vorgesehenen Exzenterwelle gekoppelt ist.