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Die Erfindung betrifft ein Wellengetriebe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1.
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Neuartige Startverfahren von Verbrennungskraftmaschinen erfordern eine bestimmte Positionierung der Kurbelwelle in einem bestimmten Winkelbereich, wodurch insbesondere eine optimale Stellung der Ventile der Verbrennungskraftmaschine bei der Zündung erreicht wird. Dies wird beispielsweise durch eine Zielpositionierung der Kurbelwelle bei einem Auslauf dieser, während des Anhaltens der Verbrennungskraftmaschine erreicht. Weiterhin kann mittels diverser Maßnahmen wie beispielsweise einer Drosselklappe zusätzlich das Wellengetriebe der Verbrennungskraftmaschine gebremst werden. Hierbei soll bei einer Regelung des Auslaufs der Kurbelwelle ein Zielkorridor für die Drehzahl der Kurbelwelle eingehalten werden.
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Aus der
DE 10 2004 006 337 A1 ist eine Vorrichtung zur Winkelverstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einer Phasenverstellvorrichtung, welche ein Antrieb zur Verstellung einer Winkelbeziehung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle umfasst. Bei der Vorrichtung ist es vorgesehen, dass im Bereich der Nockenwelle eine Feststellvorrichtung zum Feststellen der Nockenwelle angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wellengetriebe derart weiter zu entwickeln, dass eine Winkelposition einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kurbelwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gegeben.
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Das erfindungsgemäße Wellengetriebe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Steuertrieb, welcher mit einer Kurbelwelle und mit wenigstens einer Nockenwelle verbunden ist. Weiterhin umfasst der Steuertrieb eine Verstelleinrichtung, mittels welcher die wenigstens eine Nockenwelle verstellbar ist. Schließlich umfasst der Steuertrieb eine Bremseinrichtung, mittels welcher bei einem Auslauf der Kurbelwelle, während des Anhaltens der Verbrennungskraftmaschine, die Kurbelwelle gezielt in eine vorbestimmte Winkelposition bremsbar ist.
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Um eine Winkelposition des Wellengetriebes einzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bremseinrichtung zumindest teilweise durch die Verstelleinrichtung gebildet ist, wodurch ein Bremsmoment auf die Kurbelwelle übertragbar ist.
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Für einen vorteilhaften Betrieb des Wellengetriebes kann der mit der Kurbelwelle und mit der wenigstens einen Nockenwelle verbundene Steuertrieb die Drehmomente des Wellengetriebes beispielsweise mittels eines Übertragungselements, etwa eines Zahnriemens, einer Steuerkette usw., übertragen. Die Verstelleinrichtung und die Bremseinrichtung können ebenfalls mit dem Zahnriemen verbunden sein, weitere Übertragungsmöglichkeiten wie beispielsweise Zahnräder oder eine direkte Verbindung an einer der Wellen sind ebenfalls möglich. Erfindungsgemäß ist die Bremseinrichtung zumindest teilweise durch die Verstelleinrichtung gebildet, wodurch die beiden Komponenten zumindest aneinander zugeordnet sind und bei einem Betrieb des Wellengetriebes zumindest teilweise interagieren. Insbesondere wird bei einer Bremsung der Kurbelwelle mittels der Bremseinrichtung, die Nockenwelle mittels der Verstelleinrichtung, zumindest teilweise in eine vorbestimmte Winkelposition verstellt. Vorteilhaft ist dabei ein Abfallen der Drehzahl der Kurbelwelle beim Auslauf dieser, während des Anhaltens der Verbrennungskraftmaschine, wodurch die Winkelposition der Kurbelwelle mittels der Verstelleinrichtung und zumindest teilweise mittels der Bremseinrichtung einstellbar ist. Weiterhin kann insbesondere mittels der Positionierung der Kurbelwelle eine optimale Stellung der Zylinder bei der Zündung der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden. Mit anderen Worten umfasst die Bremseinrichtung zumindest teilweise die Verstelleinrichtung zum Verstellen der Nockenwelle und beispielsweise eine Drosselklappe zum Bremsen der Kurbelwelle.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Verstelleinrichtung ein Antriebselement aufweist, mittels welchem die wenigstens eine Nockenwelle zwischen einem Frühanschlag und einem Spätanschlag verstellbar ist. Bei dem Frühanschlag liegt ein Verstellelement der Verstelleinrichtung an einer Frühanschlagsfläche der wenigstens einen Nockenwelle an. Bei dem Spätanschlag liegt das Verstellelement an einer von der Frühanschlagsfläche unterschiedlichen und davon entfernten Spätanschlagsfläche der wenigstens einen Nockenwelle an. Bei einer vollständigen Verstellung des Verstellelements zur Spätanschlagfläche und somit die Verstellung der wenigstens einen Nockenwelle zum Spätanschlag ist mittels des Antriebselement das Bremsmoment in Richtung hin zum Spätanschlag erzeugbar. Mittels des Steuertriebs ist das Bremsmoment des Antriebelements auf die Kurbelwelle übertragbar.
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Die Verstellung des Verstellelements zwischen der Spätanschlagsfläche zu der Frühanschlagfläche und zurück ist mittels einer Rotationsbewegung der Verstelleinrichtung um die Achse der Nockenwelle möglich. Weitere Verstellungsarten wie beispielsweise eine translatorische Bewegung mittels eines Seilzugs sind ebenfalls möglich. Bei dem Auslauf der Kurbelwelle während des Anhaltens der Verbrennungskraftmaschine, wird das Verstellelement vollständig zur Spätanschlagsfläche mittels des Antriebselements verstellt. Das Antriebselement kann beispielsweise als ein Stellmotor ausgebildet sein, wobei das Verstellelement mittels des Antriebelements gegen die Spätanschlagsfläche gedrückt und dadurch das Bremsmoment erzeugt wird. Insbesondere wird das Bremsmoment mittels des Steuertrieb auf die Kurbelwelle übertragen und diese dadurch wenigstens teilweise gebremst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist es vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung und/oder das Antriebselement elektrisch verstellbar sind. Mittels einer elektrischen Steuereinheit ist ein Ein- und Ausschalten der Verstelleinrichtung und/oder des Antriebselements möglich, hierbei kann beispielsweise eine gekoppelte elektronische Recheneinrichtung dazu ausgebildet sein, je nach Drehzahl der Kurbelwelle eine Winkelposition der Nockenwelle zu regeln und einen Strom für das Antriebselement zu steuern.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die wenigstens eine Nockenwelle als eine Einlassnockenwelle ausgebildet ist, und dass das Wellengetriebe wenigstens eine weitere, zweite Nockenwelle aufweist, welche als eine Auslassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und mit dem Steuertrieb verbunden ist. Es kann mittels der Positionierung der Einlassnockenwelle insbesondere eine optimale Stellung der Ventile der Verbrennungskraftmaschine bei einer Zündung dieser erreicht werden. Da die Wellen des Steuertriebs miteinander verbunden sind, ist es möglich, die Verstelleinrichtung an der Auslassnockenwelle anzuordnen und das Bremsmoment ebenfalls über den Steuertrieb an die Kurbelwelle zu übertragen.
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Schließlich ist es in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen, dass das erzeugte Bremsmoment bevorzugt 0,6 Nm beträgt. Eine Regelung zwischen 0 Nm und 0,6 Nm ist hierbei möglich, wobei diese insbesondere stufenlos, beispielsweise mittels des elektrisch schaltbaren Antriebselements, ausgeführt wird.
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Zusammenfassend unterstützt die Verstelleinrichtung, die wenigstens eine Nockenwelle, bei einer Positionierung zu einer für einen Neustart der Verbrennungskraftmaschine optimalen Winkelposition der Ventile. Bei einer Verstellung des Verstellelements der Verstelleinrichtung zur Spätanschlagsfläche hin, wird mittels eines elektrisch betreibbaren Antriebselements ein Bremsmoment erzeugt, welches über den Steuertrieb auf die Kurbelwelle übertragen wird und wodurch ein zielgenaues Abstellen der Kurbelwelle und eine optimale Positionierung der Ventile der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Figurenbeschreibungen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wellengetriebes mit zwei Nockenwellen und einer Kurbelwelle; und
- 2 ein erstes Diagramm, in welchem eine Drehzahl der Kurbelwelle und eine Phasenlage einer der Nockenwellen gemeinsam über der Zeit aufgetragen sind und ein zweites Diagramm, in welchem eine Ansteuerung und ein Strom eines Stellmotors gemeinsam über der Zeit aufgetragen sind, wobei das erste Diagramm und das zweite Diagramm in ihrer Zeitachse übereinstimmen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wellengetriebes 10 für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Steuertrieb 12, welcher eine Kurbelwelle 14 und wenigstens eine Nockenwelle 16 umfasst. Durch den Steuertrieb 12 sind die Kurbelwelle 14 und die Nockenwelle 16 miteinander verbunden. Weiterhin umfasst der Steuertrieb 12 eine Verstelleinrichtung 18, mittels welcher die Nockenwelle 16 verstellbar ist. Schließlich umfasst der Steuertrieb 12 eine Bremseinrichtung 20, mittels welcher bei einem Auslauf der Kurbelwelle 14 während des Anhaltens der Verbrennungskraftmaschine, diese gezielt in eine vorbestimmte Winkelposition bremsbar ist und wodurch wenigstens ein Zylinder der Verbrennungskraftmaschine für einen Neustart derart optimal positioniert wird, dass beispielsweise ein Kurbelzapfen im oberen Totpunkt angeordnet ist, wobei ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemischt im entsprechenden Brennraum komprimiert gehalten wird.
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Um eine Winkelposition des Wellengetriebes 10 einzustellen, ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung 20 zumindest teilweise durch die Verstelleinrichtung 18 gebildet ist, wodurch ein Bremsmoment B auf die Kurbelwelle mittels des Steuertriebs 12 übertragbar ist.
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Bei einem Betrieb bzw. während eines Betriebs des Wellengetriebes 10 überträgt der Steuertrieb 12 die Drehmomente des Wellengetriebes 10 zwischen der Kurbelwelle 14 und der Nockenwelle 16, beispielsweise mittels eines Übertragungselements 22, etwa eines Zahnriemens oder einer Steuerkette. Die Verstelleinrichtung 18 und die Bremseinrichtung 20 sind ebenfalls mit dem Übertragungselement 22 verbunden, wobei weitere Übertragungsmittel, wie Zahnräder oder eine direkte Verbindung an einer der Wellen 14, 16 ebenfalls möglich sind. Die Bremseinrichtung 20 ist zumindest teilweise durch die Verstelleinrichtung 18 gebildet, wodurch die Verstelleinrichtung 18 und die Bremseinrichtung 20 zumindest einander zugeordnet sind und bei dem Betrieb des Wellengetriebes 10 miteinander interagieren.
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Die Nockenwelle 16 wird in einem Bremsen der Kurbelwelle 14 mittels der Verstelleinrichtung 18 in eine vorbestimmte Winkelposition verstellt. Weiterhin wird mittels der Positionierung der Kurbelwelle 14 eine optimale Stellung der Zylinder bei der Zündung der Verbrennungskraftmaschine erreicht. Die Bremseinrichtung 20 umfasst zumindest teilweise die Verstelleinrichtung 18 und beispielsweise eine Drosselklappe zum Bremsen der Kurbelwelle 14.
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Das Wellengetriebe 10 weist ein Antriebselement 24 auf, mittels welchem die Nockenwelle 16 zwischen einem Frühanschlag 25 und einem Spätanschlag 27 verstellbar ist. Bei dem Frühanschlag 25 liegt ein Verstellelement 30 der Verstelleinrichtung 18 an einer Frühanschlagsfläche 26 der Nockenwelle 16 an. Bei dem Spätanschlag 27 liegt das Verstellelement 30 an einer von der Frühanschlagsfläche 26 unterschiedlichen und davon entfernten Spätanschlagsfläche 28 der Nockenwelle 16 an. Bei einem vollständigen Verstellen der Nockenwelle 16 zum Spätanschlag 27 wird mittels des Antriebselements 24 das Bremsmoment B in Richtung hin zum Spätanschlag 27 erzeugt, wodurch mittels des Steuertriebs 12 das Bremsmoment B auf die Kurbelwelle 14 übertragen wird.
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Das Verstellen des Verstellelements 30 zwischen dem Spätanschlag 27 und dem Frühanschlag 25 ist mittels einer Rotationsbewegung der Verstelleinrichtung 18 um die Achse der Nockenwelle 16 möglich, weitere Verstellungsarten, wie eine translatorische Bewegung mittels eines Seilzugs sind ebenfalls möglich. Bei dem Auslauf während des Anhaltens der Verbrennungskraftmaschine, wird das Verstellelement 30 vollständig zur Spätanschlagsfläche 28 mittels des Antriebselements 24 verstellt. Das Antriebselement 24 kann beispielsweise als ein Stellmotor ausgebildet sein, wobei das Verstellelement 30 gegen die Spätanschlagsfläche 28 mittels des Antriebselements 24 gedrückt und dadurch das Bremsmoment B erzeugt wird, welches insbesondere auf die Kurbelwelle 14 übertragen wird und diese zumindest teilweise bremst.
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Weiterhin ist/sind die Verstelleinrichtung 18 und/oder das Antriebselement 24 elektrisch verstellbar. Mittels einer elektrischen Steuereinheit ist ein Ein- und Ausschalten der Verstelleinrichtung 18 und/oder des Antriebselements 24 möglich, hierbei kann beispielsweise eine gekoppelte elektronische Recheneinrichtung 32 dazu ausgebildet sein, je nach Drehzahl der Kurbelwelle 14 eine Winkelposition der Nockenwelle 16 zu regeln und einen Strom für das Antriebselement 24 zu steuern.
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Das Wellengetriebe 10 weist wenigstens eine weitere, zweite Nockenwelle 34 auf, welche als eine Auslassnockenwelle der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und mit dem Steuertrieb 12 verbunden ist. Da die Wellen 14, 16, 34 des Steuertriebs 12 miteinander verbunden sind, ist es möglich, die Verstelleinrichtung 18 der Bremseinrichtung 20 an der Auslassnockenwelle 34 anzuordnen, da der Steuertrieb 12 das Bremsmoment B ebenfalls an die Kurbelwelle 14 überträgt.
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Insbesondere beträgt das erzeugte Bremsmoment B 0,6 Nm. Eine Regelung zwischen 0 Nm und 0,6 Nm ist hierbei möglich, wobei die Regelung insbesondere stufenlos, beispielsweise mittels des elektrisch schaltbaren Antriebselements 24 ausgeführt wird.
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2 zeigt ein erstes Diagramm D1, in welchem eine Drehzahl der Kurbelwelle 14 und eine Phasenlage der Nockenwelle 16 gemeinsam über der Zeit aufgetragen sind. Weiterhin zeigt 2 ein zweites Diagramm D2, in welchem eine Ansteuerung und ein Stromverlauf des als Stellmotor ausgebildeten Antriebelements 24 gemeinsam über der Zeit aufgetragen sind. Das erste Diagramm D1 und das zweite Diagramm D2 stimmen in ihrer Zeitachse überein.
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2 stellt verschiedene Schritte dar, wobei die Schritte in der Zeitachse die Änderung der Drehzahl der Kurbelwelle 14 und die Phasenlage der Nockenwelle 16 darstellen. In einem ersten Schritt 36 wird die Verbrennungskraftmaschine angehalten, wodurch der Auslauf dieser beginnt, während die Kurbelwelle 14 angehalten wird. Dabei wird die Verstelleinrichtung 18 derart angesteuert, dass die Winkelposition in Richtung hin zum Spätanschlag 27 verstellt wird. In einem zweiten Schritt 38 wird die Spätanschlagsfläche 28 mittels des Verstellelements 30 erreicht. Bei einem weiteren Erhöhen des Drehmoments der Verstelleinrichtung 18, wird mittels des der Bremseinrichtung 20 angeordneten Antriebelements 24 ein Bremsmoment B übertragen, wodurch die Nockenwelle 16 und die Kurbelwelle 14 gebremst werden. In einem dritten Schritt 40 beträgt die Drehzahl 0 U/Min, wodurch die Kurbelwelle 14 im Stillstand ist und das Antriebselement 24 der Bremseinrichtung 20 nicht weiter angesteuert wird.
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Das zweite Diagramm D2 zeigt bezogen auf die Zeitachse des ersten Diagramms D1 den ersten Schritt 36, in dem die Ansteuerung und der Strom des Antriebelements 24 keine Veränderung zwischen einem Betrieb und einem Auslauf der Verbrennungskraftmaschine aufweisen. Das bedeutet, dass in dem Schritt 36 sowohl die Ansteuerung als auch der Strom konstant sind. Im zweiten Schritt 38 wird mittels eines Stroms das Antriebelement 24 angesteuert, wodurch insbesondere das weitere Bremsen mittels des Bremsmoments B stattfindet. Schließlich wird im dritten Schritt 40 die höchste Leistung des Antriebelements 24 mittels der Stromzufuhr dargestellt, wobei bei dem Anhalten der Kurbelwelle 14 die Ansteuerung des Antriebelements 24 gestoppt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wellengetriebe
- 12
- Steuertrieb
- 14
- Kurbelwelle
- 16
- Nockenwelle
- 18
- Verstelleinrichtung
- 20
- Bremseinrichtung
- 22
- Übertragungselement
- 24
- Antriebselement
- 25
- Frühanschlag
- 26
- Frühanschlagsfläche
- 27
- Spätanschlag
- 28
- Spätanschlagsfläche
- 30
- Verstellelement
- 32
- Elektronische Recheneinrichtung
- 34
- Auslassnockenwelle
- 36
- Erster Schritt
- 38
- Zweiter Schritt
- 40
- Dritter Schritt
- B
- Bremsmoment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004006337 A1 [0003]
