DE3415861C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der europäischen Patent­ anmeldung 00 69 868 für eine Winkelverstellung einer Nocken­ welle gegenüber einem Antriebsrad bekannt.

Mit dieser Vorrichtung soll eine drehzahl- und lastabhängige Winkelverstellung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine er­ reicht werden, wobei über Impulsgeber und Sensoren eine Be­ zugswinkelstellung und eine Winkeldrehung der Motorkurbel­ welle, die mit dem Antriebsrad verbunden ist, festgestellt und zu einem Stellwertsignal verarbeitet werden sollen. Dieses Stellwertsignal wird dabei einem Einstellgerät, das von mehreren Antriebsmotoren antreibbar und dessen Stellung von einem Mehrgangspotentiometer als Istwertsignal angezeigt ist, aufgeschaltet. Diese Vorrichtung ist sehr aufwendig und kompliziert aufgebaut und benötigt die Bereitstellung einer beträchtlichen Verstell-Leistung. Auch die Istwerterfassung erscheint als zu ungenau, da der Istwert nicht direkt von der Nockenwelle angezeigt wird.

Aus der DE-OS 20 32 581 ist eine weitere Vorrichtung zur Ver­ änderung der Ventilsteuerzeiten bekannt, bei der die Nocken­ welle bei geringen Leistungen des Motors selbsttätig rückver­ stellt und bei größeren Leistungen vorverstellt wird. Hier­ für weist eine Kopplungseinrichtung zwei motor-drucköl-beauf­ schlagte Kolben in zylindrischen Bohrungen auf, die, gleich­ sinnig wirkend, eine Winkelverstellung bewirken sollen. Für die Rückstellung dieser Verstellung sind jedoch, abgesehen von der durch Ölaustritt zwischen dem Kolben und Zylinder er­ möglichten Rückstellung, keine Mittel angegeben, d. h. eine aktive Verstellung ist nur in einer Richtung möglich.

Die GB-PS 14 13 099 offenbart eine Steuereinrichtung für die Verstellung des Einspritzpunktes einer Einspritzpumpe, wobei die Verstellung des mit der Pumpe verbundenen Schaftes gegenüber dem angetriebenen Schaft durch Beaufschlagung mit unter Druck stehendem Öl erfolgen soll. Die Beaufschla­ gung erfolgt durch ein Proportional-Elektroventil, d. h. es ist anzunehmen, daß eine aktive Verstellung nur in einer Richtung erfolgt.

Die DE-AS 10 81 718 zeigt eine Wellenverstelleinrichtung mit als Zylinder­ rollen ausgebildeten Verstellgewichten, die jeweils zwischen Seitenkanten von Segmentteilen des Antriebs- und Abtriebsteils angeordnet sind und unter Fliehkrafteinwirkung bestrebt sind, diese gegen die Kraft von Federn ausein­ ander zu drücken. Es besteht keine umkehrbare Verstellung durch die Flieh­ kraft, es besteht keine Verriegelung. Die aufgezeigten Mittel eignen sich nur für eine drehzahlabhängige Verstellung, d. h. sind für eine von anderen Parametern abhängige Verstellung völlig ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß der mechanische Aufwand in Grenzen gehalten ist und eine Erkennung bzw. Steuerung der Winkelverstellung mit hoher Genauigkeit möglich wird.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen werden Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ge­ nannt.

Mit der Erfindung ist eine vielseitig verwendbare Vorrich­ tung zur Steuerung einer Kopplungseinrichtung verwirklicht worden, die mechanisch und hydraulisch sehr einfach aufge­ baut ist. Durch direkt an den Kopplungsgliedern Welle und Antriebsrad angeordnete Impulsgeber ist eine genaue Ver­ stellwinkelerkennung möglich geworden. Durch die digitale Aufzeichnung der die Winkelverstellung kennzeichnenden Re­ ferenz- bzw. Bezugssignale und der ausgezählten Istwert­ signale ist eine Verknüpfung mit einer abgespeicherten Kenn­ feldsteuerung ohne Analog/Digital-Umwandlung gegeben. Die Winkelverstellung kann in jeder Richtung erfolgen, ohne daß eine große Verstell-Leistung bereitgestellt werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Kopplungs­ einrichtung in einer Ansicht mit Teilschnitten,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Welle und das An­ triebsrad nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erkennung und Steuerung der Winkelverstellung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer alternativen Schaltung.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung bestehend aus einem Lagerbock 1 mit zwei Lagerstellen 2, 3, in den eine aus zwei Teilen 4, 5 gebaute Welle 6 eingesetzt ist, wobei ein Zentrierzapfen 7 des Wellenteils 4 gleichzeitig einen Lagerzapfen 8 eines eine Verzahnung 9 aufweisenden Antriebsrades 10 bildet. Das Wellenteil 4 weist im Bereich der Lagerstelle 2 zwei umlaufende Ölnuten 11, 12 auf, die mit zwei in der Lagerstelle 2 ausmündenden Ölbohrungen 13, 14 des Lagerbockes 1 fluchten. Jede dieser Bohrungen 13, 14 ist über je eine Drossel 15 mit einer Druckleitung 16 einer Ölpumpe 17 verbunden und weist eine Entlastungsbohrung 18, 19 auf, die von einem elektrisch betätigbaren Ventil 20, 21 kontrolliert wird und in ein Ölreservoir 22 ausmündet.

Von den Ölnuten 11, 12 geht jeweils eine Bohrung 23, 24 zu jeweils einem, wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen Kolben 25 aufweisenden Zylinder 26, 27, wobei die beiden Zylinder 26, 27 symmetrisch angeordnet sind. In einer die Bohrungen 23, 24 verbindenden Querbohrung 28 ist ein beidseitig federbelaste­ ter Schieber 29 angeordnet, der die Querschnitte der zu den Zylindern 26, 27 führenden Bohrungen 23, 24 verschließt, wenn Druckgleichheit in den Bohrungen 23, 24 herrscht, wobei die Stirnflächen 30, 31 des Schiebers 29 über jeweils eine Lei­ tung 32 aus einer der Bohrungen 23, 24 mit dem dort herrschen­ den Druck beaufschlagt sind.

Hierdurch wird erreicht, daß bei ungleichem Druck in den Bohrungen 23, 24, d. h. wenn eines der Ventile 20, 21 geöffnet ist, der Schieber 29 in die dann druckentlastete Bohrung eingeschoben ist, so daß die Querschnitte der Bohrungen 23, 24 geöffnet sind und Öl in einen der Zylinder 26, 27 hinein und aus dem anderen herausfließen kann. Hierdurch wird eine ent­ sprechende Verstellung der Kolben 25 erreicht, wobei der unter Druckeinwirkung aus dem Zylinder herausgedrückte Kolben 25 dann gegen eine Kugel 33 wirkt, die, wie aus Fig. 2 ersicht­ lich ist, sich an in bezug auf einen konzentrischen Umfang zur Welle 6 tangential verlaufende Reaktionskräfte verursachen­ de Flächen 34, 35 der Welle 6 und des Antriebsrades 10 abstützt, so daß eine Winkelverstellung erreicht wird. Die Winkelverstellung kann durch die symmetrisch ange­ ordneten Zylinder 26, 27 in beide Richtungen erfolgen.

Die Welle 6 und das Antriebsrad weisen Impulsgeber 36, 38 auf, die jeweils am äußeren Umfang angeordnet sind und auf am Lagerbock 1 befestigte Sensoren 37, 39 einwirken sollen.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild, aus dem die Schaltung zur Erkennung der Winkelverstellung und zur Steuerung der die Verstellung bewirkenden Ventile 20, 21 erkennbar ist.

Die Welle 6 und das Antriebsrad 10 sind als Kreise darge­ stellt und weisen die Impulsgeber 36, 38 auf, die bei An­ näherung an die Sensoren 37, 39 in diesen ein Signal er­ zeugen.

Das Signal des Impulsgebers 36 des Antriebsrades 10 wird als Referenzsignal gewertet und entspricht der maximal möglichen Winkelverstellung.

Das Signal des Impulsgebers 38 der Welle 6 eilt als Ist­ wertsignal bei der maximalen Winkelverstellung dem Refe­ renzsignal voraus und weist dann eine dem Referenzsignal gleiche Zeitlänge auf. Hierbei ist vorgesehen, daß das Istwertsignal einen Zähler 40 aktiviert und daß das Refe­ renzsignal einen weiteren Zähler 41 für die Signaldauer aktiviert und gleichzeitig den Zähler 40 mit dem Signal­ anfang stoppt. Während ihrer Aktivierung zählen die Zähler 40, 41 Takte eines mit konstanter Frequenz arbeitenden Takt­ gebers 42. Die Zählergebnisse werden einem Teiler 43 zu­ geführt, dessen Ergebnis als Verhältnis der Zählergebnisse die Winkelverstellung zwischen dem 0- und dem Maximalwert erkennen läßt. Dieses Ergebnis kann in üblicher Weise mit­ tels eines Korrekturwertspeichers 44 und ggfs. mittels weiterer Informationssignale (Drehzahl, Last etc.) in ein Korrektursignal verändert werden, das über einen Verstär­ ker 45 den Ventilen 20, 21 als elektrisches Signal zugeführt werden kann.

Fig. 4 zeigt eine alternative Schaltung, wobei die Welle 6 eine Anzahl von Impulsgebern 38 aufweist, deren Signale über den Sensor 39 von einem Zähler 46 so lange gezählt wer­ den, bis der Impulsgeber 36 des Antriebsrades 10 über den Sensor 37 ein Signal erzeugt, das den Zähler 46 stoppt. Das Zählergebnis gibt Auskunft über die Winkelverstellung, da jedem Impuls eine bestimmte Winkelverstellung zugeordnet ist, und kann mittels eines Korrekturwertspeichers 47 und ggfs. mittels weiterer Informationssignale in ein Korrektur­ signal verändert werden, das über einen Verstärker 48 den Ventilen 20, 21 als elektrisches Signal zugeführt werden kann.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Kopplungseinrichtung zur Winkelverstellung einer Welle gegenüber einem Antriebsrad, wobei die Stellungen der Welle und des Antriebsrades durch Impulsgeber und Sensoren erkennbar sind, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) daß auf den Druck eines Fluids ansprechende Kolben (25) zur Erreichung einer umkehrbaren Verstellung symmetrisch angeordnet sind,
• b) daß die in Zylindern (26, 27) gehaltenen Kolben (25) unter Belastung an Kugeln (33) anliegen, die sich an in bezug auf einen konzentrischen Umfang zur Welle (6) tangential verlaufende Reaktionskräfte verursachen­ den Flächen (34, 35) der Welle (6) und des Antriebsrades (10) abstützen, und
• c) daß die Zylinder (26, 27) über Bohrungen (23, 24), die mit Drosseln (15) und einem die Leitungsquerschnitte steuernden, in der Welle (6) befind­ lichem Schieber (29) ausgestattet sind, mit einer Quelle des Fluids (17) verbunden sind und Entlastungsbohrungen (18, 19) aufweisen, deren Quer­ schnitte durch elektrisch betätigbare Ventile (20, 21) kontrolliert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch betätigbaren Ventile (20, 21) durch Korrektursignale geschaltet werden, die aus dem Ver­ hältnis von durch die Impulsgeber (36, 38) und Sensoren (37, 39) während drehzahlsynchron wiederkehrender, gleich­ bleibender Zeitspannen festgestellten Referenz- und Ist­ wertsignalen sowie gespeicherten Sollwerten gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch betätigbaren Ventile (20, 21) durch Korrektursignale geschaltet werden, die aus einem durch die Impulsgeber (36, 38) und Sensoren (37, 39) festge­ stellten Bezugssignal und einem ausgezählten, einer be­ stimmten Winkelverstellung entsprechenden Istwertsignal sowie gespeicherten Sollwerten gebildet sind.