EP1607589A1 - Adjustment device for adjusting the relative rotational engle position of a camshaft in relation to a crankshaft of an internal combustion engine - Google Patents
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- EP1607589A1 EP1607589A1 EP05012085A EP05012085A EP1607589A1 EP 1607589 A1 EP1607589 A1 EP 1607589A1 EP 05012085 A EP05012085 A EP 05012085A EP 05012085 A EP05012085 A EP 05012085A EP 1607589 A1 EP1607589 A1 EP 1607589A1
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Definitions
- the invention relates to an adjusting device for the rotational angular position of the camshaft Reciprocating internal combustion engine relative to the crankshaft, with an adjusting that as Three-shaft transmission with a crankshaft-fixed drive shaft, a camshaft-fixed output shaft and an adjusting shaft is formed, which is non-rotatably connected to the rotor of a variable displacement motor is connected, wherein the adjusting stops for limiting the angle of rotation between the camshaft and the crankshaft.
- An adjusting device of the type mentioned with an epicyclic gear as adjusting and an EC motor as the variable displacement motor has a camshaft gear, which via a drive chain with a rotationally fixed on the Crankshaft of the internal combustion engine arranged gear is drivingly connected.
- the camshaft gear is rotatably mounted on the camshaft and rotatably with the drive shaft of the variable speed connected.
- the output shaft of the variable speed is rotatably mounted on the camshaft and the adjusting shaft is connected to the rotor of the adjusting motor in drive connection.
- the stator of the adjustment motor is fixed to the engine block bolted to the reciprocating internal combustion engine.
- crankshaft Drive shaft connected to a stop element in the use position with camshaft rotationally fixed Counter-stop elements cooperates. Due to the attacks, the Angle of rotation of the camshaft relative to the crankshaft to a meaningful in practice range of values limited.
- the stop and counter-stop elements are arranged such that a defined phase position results when a counter-stop element against the stop element is positioned.
- the adjusting motor is connected to a drive device, which in certain situations, such as after starting the internal combustion engine, the stopper element is positioned against a counter-stop element to provide phasing perform.
- the variable displacement motor is pulse width modulated via an output stage controlled with a predetermined pulse-pause ratio.
- variable displacement motor varies depending on the battery voltage and the engine temperature is energized and therefore reaches different torques and speeds.
- the object of the invention is to provide an adjusting device of the type mentioned, which allows a long service life or life.
- This object is achieved in that the adjusting motor is connected in a control loop, which is designed to control the phase velocity of the rotation angle.
- the phase velocity of the rotation angle is independent thereby from the respective operating conditions of the adjusting motor, so that with the crankshaft fixed Drive shaft connected stop element always about the same speed against the connected to the camshaft fixed output shaft of the variable speed Counter stop element is positioned.
- the phase velocity preferably corresponds the maximum twisting speed, at which the stop certainly does not damage becomes.
- a stationary gear ratio between the adjusting shaft and the output shaft when the drive shaft is stationary wherein the adjusting device has a device for outputting a crankshaft speed signal and a device for outputting a rotational speed signal for the rotor speed ⁇ Em of the adjusting motor, these devices are connected to a signal processing device, which is designed to form a desired value signal for the rotor speed from the crankshaft speed signal, the stationary gear ratio and a target value for the phase velocity, and wherein the setpoint signal is connected to a rotor speed setpoint input of the control loop.
- an adjusting device for the rotational angle position of the camshaft usually anyway existing sensors for measuring the crankshaft speed and the rotor speed of the adjusting motor for the control of the phase velocity can be shared.
- the control loop is by means of a mode selector switch switchable at least between a first and a second operating mode, wherein in the first mode, the phase velocity of the rotation angle and in the second mode, the rotor speed of the adjusting motor is controlled. It can the second mode in an internal combustion engine, wherein the crankshaft speed with a inductive sensor that measures the teeth of one on the crankshaft, for example detected on a flywheel arranged sprocket, during the starting process of the internal combustion engine be used as long as the sensor is not a tooth of the ring gear has detected and / or the measurement signal for the crankshaft speed due to the low Speed of the crankshaft is still relatively disturbed.
- control loop with the help of the operating mode switch in at least one another operating mode is switchable, in which the rotor speed of the adjusting motor with at least a control parameter deviating from a control parameter of the second operating mode, is regulated.
- the control parameters for the regulation of the rotor speed of the variable displacement motor can thereby be adapted to the respective operating state of the adjusting motor so that the rotor speed is largely independent of the operating conditions the adjusting device and in particular largely independent of the temperature of the Transmission oil of the variable speed can be controlled.
- the adjusting motor is an electric motor and the control loop is in at least one mode by means of the mode selector switch is switchable, in which the operating voltage and / or the operating current of the adjusting motor is regulated. The regulation can then even better to the respective operating conditions adapted to the adjusting motor.
- the mode selector switch at least one input for one of the operating state of the reciprocating internal combustion engine dependent operating state signal, said input having means for Determining the operating state of the reciprocating internal combustion engine is connected, and wherein the mode switch is designed such that the operating mode of the control loop is set in dependence on the at least one operating state signal. It can the operating mode of the control loop, for example, depending on the operating temperature of the Combustion engine are set, assuming that the operating temperature the adjusting motor and thus the electrical resistance of the motor winding and the transmission oil temperature of the variable speed drive from the operating temperature of the internal combustion engine is dependent.
- control loop has a limiting device for the torque of Servomotor has, and if the limiting device preferably on the when adjusting the adjusting shaft occurring torque values is tuned that a Limitation of the torque occurs only when positioning against a stop.
- This measure is the power consumption and thus the heating of the adjusting motor limited when the adjusting shaft is positioned against the stop.
- the limitation of the torque can be done, for example, in the manner that the operating current and / or the operating voltage of the adjusting motor to a predetermined maximum value is (are) limited.
- the adjusting device has a stop detection device which provides a first input for the phase velocity signal and a second input for a torque limiting signal connected to the limiting means has, wherein the stop detection device is formed is that when limiting the torque of the adjusting motor and a simultaneous decrease in the phase velocity, positioning the camshaft against a stop is detected.
- the stop detection device makes it easy to Way to detect the positioning of the adjusting against the stop and with help a known, the stop associated reference position a phase adjustment perform.
- a generally designated 1 adjusting device for the rotational angle position of the camshaft relative to the crankshaft of a reciprocating internal combustion engine not shown in detail in the drawing has an adjusting gear, as a three-shaft transmission with a crankshaft fixed Drive shaft, a camshaft fixed output shaft and an adjusting shaft formed is.
- the adjusting mechanism may be a planetary gear, preferably a planetary gear.
- the drive shaft is rotatably connected to a camshaft gear 2, which in in itself known manner via a chain or a toothed belt with a on the crankshaft of the Internal combustion engine rotatably arranged crankshaft gear in drive connection stands.
- the output shaft is rotatably connected to the camshaft 3, which in Fig. 1 only partially is shown.
- the adjusting shaft is rotatably connected to the rotor of an adjusting motor, which is arranged in Fig. 1 at the back of the adjusting device 1.
- the adjusting is integrated in the hub of the camshaft gear 2.
- the Adjustment device stops on, by a fixedly connected to the drive shaft stop element 4 and counter-stop elements 5 are formed.
- the counter-stop elements 5 are firmly connected to the camshaft 3 and act in the use position with the stop element 4 together.
- an EC motor which controls the phase velocity the angle of rotation is connected in a control circuit 6 shown schematically in Fig. 2.
- the control circuit 6 is designed such that during normal operation of the reciprocating internal combustion engine the phase velocity during positioning of the stop element 4 against one of the counter-stop elements 5 is set in each case such that the stop safely not damaged.
- the rotational speed ⁇ Cnk of the crankshaft is expediently measured with the aid of an inductive sensor which detects the passage of the teeth of a toothed ring arranged on the crankshaft, for example on a flywheel.
- the rotor speed ⁇ Em of the variable displacement motor is preferably measured by means of magnetic field sensors arranged on the stator of the EC motor, which detects the passage of magnetic segments which are arranged on the circumference of the permanent magnet rotor of the EC motor.
- the signal processing device 7 has an output 8 for the rotor speed setpoint signal ⁇ Em, Tgt , which is connected to a rotor speed setpoint input 9 of a controller 10.
- the controller 10 also has an actual value input 11 connected to the magnetic field sensors of the EC motor, to which a speed measuring signal ⁇ Em, Act of the adjusting motor is applied.
- a control deviation is formed in the controller 10 .
- a signal I Ctrl is formed for the winding current of the adjusting motor in such a way that the control deviation is reduced when the corresponding winding current is output to the adjusting motor.
- the signal I Ctrl for the winding current is limited by means of a current-limiting device 12 to a permissible value range.
- An output of the current limiting device 12 is connected to an input of an I / U converter 13, which converts the limited winding current signal into a corresponding signal deformed for an applied to the winding of the adjusting electric voltage. These is set to a permissible value range by means of a voltage limiting device 14 limited and then on an unspecified in the drawing power amplifier the winding of the adjusting motor applied.
- the control loop is by means of a mode switch 15 between a first and a second mode switchable.
- the mode switch 15 In the first mode, the phase velocity the angle of rotation and in the second mode, the rotor speed of the adjusting motor regulated.
- the mode switch 15 has an input 16 for one of the operating state the reciprocating internal combustion engine dependent operating state signal.
- the mode selector 15 is designed such that the operating mode of the control loop in dependence is adjusted by the operating condition signal.
- the second mode in which the rotor speed the adjusting motor is controlled comes during the starting phase of the internal combustion engine for use when the crankshaft speed measurement signal is not yet available or is still subject to relatively large disturbances. Once the speed of the internal combustion engine exceeds a predetermined limit, is switched to the first mode to to control the phase velocity of the twist angle.
- FIGS. 3 to 7 show an actual value signal for the phase angle (FIG. 3), the signals for the rotational speeds of the three shafts of the variable speed gear (FIGS. 4 and 5), the signals for the winding current (FIG. 6) and the winding voltage (FIG. 7) using an example of a stop travel shown graphically.
- the phase angle before beginning the stop travel (t ⁇ 0.7s) about 280 degrees crankshaft (Fig. 3).
- the rotor speed is thereby the adjusting motor and the rotational speeds of the camshaft and the drive shaft of the adjusting motor at about 2500 rpm.
- the rotor speed (shown in dashed lines in Fig. 4) of the adjusting motor goes back at about 2500 rpm at t ⁇ 0.753s.
- the current consumption and thus the torque limited by the adjusting motor are the current consumption and thus the torque limited by the adjusting motor.
- the adjusting device 1 has a stop detection device 17, which has a first input for the phase velocity signal and one with the Voltage limiting device 14 connected second input for a torque limiting signal Has.
- the stop detection device is designed such that at a limiting of the torque or the winding voltage of the adjusting motor and a simultaneous decrease in the phase velocity positioning of the camshaft third is detected against a stop.
- Fig. 2 it can be seen that the stop detection device 17 for reducing the Current consumption of the adjusting motor during positioning of the stop element 4 against the counter-stop element 5 is connected to the current-limiting device 12.
- control circuit 6, the mode switch 15 and the Stop detection device 17 also in the form of a computer program in a microcontroller can be implemented.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle, mit einem Verstellgetriebe, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebwelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist, die drehfest mit dem Rotor eines Verstellmotors verbunden ist, wobei die Verstellvorrichtung Anschläge zum Begrenzen des Verdrehwinkels zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle aufweist.The invention relates to an adjusting device for the rotational angular position of the camshaft Reciprocating internal combustion engine relative to the crankshaft, with an adjusting that as Three-shaft transmission with a crankshaft-fixed drive shaft, a camshaft-fixed output shaft and an adjusting shaft is formed, which is non-rotatably connected to the rotor of a variable displacement motor is connected, wherein the adjusting stops for limiting the angle of rotation between the camshaft and the crankshaft.
Eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art mit einem Umlaufgetriebe als Verstellgetriebe und einem EC-Motor als Verstellmotor ist aus der Praxis bekannt. Die Vorrichtung weist ein Nockenwellenzahnrad auf, das über eine Antriebskette mit einem drehfest auf der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine angeordneten Zahnrad in Antriebsverbindung steht. Dabei ist das Nockenwellenzahnrad verdrehbar auf der Nockenwelle gelagert und drehfest mit der Antriebswelle des Verstellgetriebes verbunden. Die Abtriebswelle des Verstellgetriebes ist drehfest auf der Nockenwelle angeordnet und die Verstellwelle steht mit dem Rotor des Verstellmotors in Antriebsverbindung. Der Stator des Verstellmotors ist fest mit dem Motorblock der Hubkolben-Verbrennungsmaschine verschraubt. Bei stillstehender Antriebswelle liegt zwischen der Verstellwelle und der Abtriebswelle eine durch das Verstellgetriebe vorgegebene Getriebeübersetzung vor, die so genannte Standgetriebeübersetzung. Wenn sich die Verstellwelle dreht, vergrößert bzw. verkleinert sich je nach Drehrichtung der Verstellwelle relativ zum Nockenwellenzahnrad die Getriebeübersetzung zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle. Dadurch ergibt sich eine Veränderung der Drehwinkellage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ermöglich im Vergleich zu einer entsprechenden Hubkolben-Verbrennungsmaschine ohne eine Nockenwellenverstellvorrichtung eine bessere Zylinderfüllung der Verbrennungsmaschine, wodurch Kraftstoff eingespart, der Schadstoffausstoß reduziert und/oder die Ausgangsleitung der Verbrennungsmaschine erhöht werden kann.An adjusting device of the type mentioned with an epicyclic gear as adjusting and an EC motor as the variable displacement motor is known in practice. The device has a camshaft gear, which via a drive chain with a rotationally fixed on the Crankshaft of the internal combustion engine arranged gear is drivingly connected. The camshaft gear is rotatably mounted on the camshaft and rotatably with the drive shaft of the variable speed connected. The output shaft of the variable speed is rotatably mounted on the camshaft and the adjusting shaft is connected to the rotor of the adjusting motor in drive connection. The stator of the adjustment motor is fixed to the engine block bolted to the reciprocating internal combustion engine. When stationary drive shaft is between the adjusting shaft and the output shaft predetermined by the adjusting Gear ratio before, the so-called stationary gear ratio. When the adjusting shaft turns, increases or decreases depending on the direction of rotation of the adjusting relative To the camshaft gear, the gear ratio between the input and the output shaft. This results in a change in the angular position of the camshaft relative to the crankshaft. The camshaft adjusting allow in comparison to a corresponding Reciprocating internal combustion engine without a camshaft adjusting device a better cylinder filling of the internal combustion engine, which saves fuel, the Reduces emissions and / or increases the output line of the internal combustion engine can be.
Damit auch beim Auftreten eines eventuellen Störungsfalls in der Verstellvorrichtung die Motorfunktion des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden kann, ist mit der kurbelwellenfesten Antriebwelle ein Anschlagelement verbunden, das in Gebrauchstellung mit nockenwellendrehfesten Gegenanschlagelementen zusammenwirkt. Durch die Anschläge wird der Verdrehwinkel der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auf einen in der Praxis sinnvollen Wertebereich begrenzt. Die Anschlag- und Gegenanschlagelemente sind derart angeordnet, dass sich eine definierte Phasenlage ergibt, wenn ein Gegenanschlagelement gegen das Anschlagelement positioniert ist. Der Verstellmotor ist mit einer Ansteuereinrichtung verbunden, welche in bestimmten Situationen, wie zum Beispiel nach dem Starten des Verbrennungsmotors, das Anschlagelement gegen ein Gegenanschlagelement positioniert, um einen Phasenabgleich durchzuführen. Dabei wird der Verstellmotor über eine Endstufe pulsweitenmoduliert mit einem vorgegebenen Puls-Pausen-Verhältnis angesteuert. Dies hat jedoch den Nachteil, das der Verstellmotor je nach vorliegender Batteriespannung und Motortemperatur unterschiedlich bestromt wird und deshalb unterschiedliche Drehmomente und Drehzahlen erreicht. Beim Positionieren des Anschlagelements gegen das Gegenanschlagelement kann es deshalb zu einem Verschleiß oder sogar einer Beschädigung des Anschlagelements und/oder Gegenanschlagelements kommen.So that even when a possible incident occurs in the adjustment the Engine function of the internal combustion engine can be maintained, is with the crankshaft Drive shaft connected to a stop element in the use position with camshaft rotationally fixed Counter-stop elements cooperates. Due to the attacks, the Angle of rotation of the camshaft relative to the crankshaft to a meaningful in practice range of values limited. The stop and counter-stop elements are arranged such that a defined phase position results when a counter-stop element against the stop element is positioned. The adjusting motor is connected to a drive device, which in certain situations, such as after starting the internal combustion engine, the stopper element is positioned against a counter-stop element to provide phasing perform. The variable displacement motor is pulse width modulated via an output stage controlled with a predetermined pulse-pause ratio. However, this has the disadvantage the variable displacement motor varies depending on the battery voltage and the engine temperature is energized and therefore reaches different torques and speeds. When positioning the stop element against the counter-stop element, it can therefore to wear or even damage the stopper element and / or Counter stop element come.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Standzeit bzw. Lebensdauer ermöglicht.The object of the invention is to provide an adjusting device of the type mentioned, which allows a long service life or life.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Verstellmotor in einen Regelkreis geschaltet ist, der zur Regelung der Phasengeschwindigkeit des Verdrehwinkels ausgebildet ist.This object is achieved in that the adjusting motor is connected in a control loop, which is designed to control the phase velocity of the rotation angle.
In vorteilhafter Weise ist die Phasengeschwindigkeit des Verdrehwinkels dadurch unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Verstellmotors, so dass das mit der kurbelwellenfesten Antriebwelle verbundene Anschlagelement stets etwa mit derselben Geschwindigkeit gegen das mit der nockenwellenfesten Abtriebswelle des Verstellgetriebes verbundene Gegenanschlagelement positioniert wird. Dabei entspricht die Phasengeschwindigkeit vorzugsweise der maximalen Verdrehgeschwindigkeit, bei welcher der Anschlag sicher nicht beschädigt wird.Advantageously, the phase velocity of the rotation angle is independent thereby from the respective operating conditions of the adjusting motor, so that with the crankshaft fixed Drive shaft connected stop element always about the same speed against the connected to the camshaft fixed output shaft of the variable speed Counter stop element is positioned. In this case, the phase velocity preferably corresponds the maximum twisting speed, at which the stop certainly does not damage becomes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt zwischen der Verstellwelle und der
Abtriebswelle bei stillstehender Antriebswelle eine Standgetriebeübersetzung vor, wobei die
Verstellvorrichtung eine Einrichtung zur Ausgabe eines Kurbelwellen-Drehzahlsignals und eine
Einrichtung zur Ausgabe eines Drehzahlsignals für die Rotordrehzahl ωEm des Verstellmotors
aufweist, wobei diese Einrichtungen mit einer Signalverarbeitungseinrichtung verbunden
sind, die zur Bildung eines Sollwert-Signals für die Rotordrehzahl aus dem Kurbelwellen-Drehzahlsignal,
der Standgetriebeübersetzung und einem Sollwert für die Phasengeschwindigkeit
ausgebildet ist, und wobei das Sollwert-Signals mit einem Rotordrehzahl-Sollwerteingang
des Regelkreises verbunden ist. Die Phasengeschwindigkeit ν kann nach der Formel
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Regelkreis mit Hilfe eines Betriebsartenumschalters zumindest zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsart umschaltbar, wobei in der ersten Betriebsart die Phasengeschwindigkeit des Verdrehwinkels und in der zweiten Betriebsart die Rotordrehzahl des Verstellmotors geregelt wird. Dabei kann die zweite Betriebsart bei einem Verbrennungsmotor, bei dem die Kurbelwellendrehzahl mit einem induktiven Sensor gemessen wird, der die Zähne eines auf der Kurbelwelle beispielsweise an einem Schwungrad angeordneten Zahnkranzes detektiert, beim Startvorgang des Verbrennungsmotors zur Anwendung kommen, solange der Sensor noch keinen Zahn des Zahnkranzes erkannt hat und/oder das Messsignal für die Kurbelwellendrehzahl aufgrund der geringen Drehzahl der Kurbelwelle noch relativ stark gestört ist.In an advantageous embodiment of the invention, the control loop is by means of a mode selector switch switchable at least between a first and a second operating mode, wherein in the first mode, the phase velocity of the rotation angle and in the second mode, the rotor speed of the adjusting motor is controlled. It can the second mode in an internal combustion engine, wherein the crankshaft speed with a inductive sensor that measures the teeth of one on the crankshaft, for example detected on a flywheel arranged sprocket, during the starting process of the internal combustion engine be used as long as the sensor is not a tooth of the ring gear has detected and / or the measurement signal for the crankshaft speed due to the low Speed of the crankshaft is still relatively disturbed.
Vorteilhaft ist, wenn der Regelkreis mit Hilfe des Betriebsartenumschalters in mindestens eine weitere Betriebsart umschaltbar ist, in welcher die Rotordrehzahl des Verstellmotors mit mindestens einem, von einem Regelparameter der zweiten Betriebsart abweichenden Regelparameter, geregelt wird. Die Regelparameter für die Regelung der Rotordrehzahl des Verstellmotors können dadurch an den jeweiligen Betriebszustand des Verstellmotors angepasst werden, so dass die Rotordrehzahl weitgehend unabhängig von den Betriebsbedingungen des Verstelleinrichtung und insbesondere weitgehend unabhängig von der Temperatur des Getriebeöls des Verstellgetriebes geregelt werden kann.It is advantageous if the control loop with the help of the operating mode switch in at least one another operating mode is switchable, in which the rotor speed of the adjusting motor with at least a control parameter deviating from a control parameter of the second operating mode, is regulated. The control parameters for the regulation of the rotor speed of the variable displacement motor can thereby be adapted to the respective operating state of the adjusting motor so that the rotor speed is largely independent of the operating conditions the adjusting device and in particular largely independent of the temperature of the Transmission oil of the variable speed can be controlled.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Verstellmotor ein Elektromotor und der Regelkreis ist mit Hilfe des Betriebsartenumschalters in mindestens eine Betriebsart umschaltbar ist, in der die Betriebsspannung und/oder der Betriebsstrom des Verstellmotors geregelt wird. Die Regelung kann dann noch besser an die jeweiligen Betriebsbedingungen des Verstellmotors angepasst werden.In an expedient embodiment of the invention, the adjusting motor is an electric motor and the control loop is in at least one mode by means of the mode selector switch is switchable, in which the operating voltage and / or the operating current of the adjusting motor is regulated. The regulation can then even better to the respective operating conditions adapted to the adjusting motor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Betriebsartenumschalter mindestens einen Eingang für ein vom Betriebszustand der Hubkolben-Verbrennungsmaschine abhängiges Betriebszustandssignal auf, wobei dieser Eingang mit einer Einrichtung zur Feststellung des Betriebszustands der Hubkolben-Verbrennungsmaschine verbunden ist, und wobei der Betriebsartenumschalter derart ausgebildet ist, dass die Betriebsart des Regelkreis in Abhängigkeit von dem mindestens einen Betriebszustandssignal einstellt wird. Dabei kann die Betriebsart des Regelkreis beispielsweise in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Verbrennungsmaschine eingestellt werden, wobei davon ausgegangen wird, dass die Betriebstemperatur des Verstellmotors und somit der elektrische Widerstand der Motorwicklung und die Getriebeöltemperatur des Verstellgetriebes von der Betriebstemperatur der Verbrennungsmaschine abhängig ist.In a preferred embodiment of the invention, the mode selector switch at least one input for one of the operating state of the reciprocating internal combustion engine dependent operating state signal, said input having means for Determining the operating state of the reciprocating internal combustion engine is connected, and wherein the mode switch is designed such that the operating mode of the control loop is set in dependence on the at least one operating state signal. It can the operating mode of the control loop, for example, depending on the operating temperature of the Combustion engine are set, assuming that the operating temperature the adjusting motor and thus the electrical resistance of the motor winding and the transmission oil temperature of the variable speed drive from the operating temperature of the internal combustion engine is dependent.
Vorteilhaft ist, wenn der Regelkreis eine Begrenzungseinrichtung für das Drehmoment des Verstellmotors aufweist, und wenn die Begrenzungseinrichtung vorzugsweise derart auf die beim Verstellen der Verstellwelle auftretenden Drehmomentwerte abgestimmt ist, dass eine Begrenzung des Drehmoments nur beim Positionieren gegen einen Anschlag auftritt. Durch diese Maßnahme wird die Leistungsaufnahme und somit die Erwärmung des Verstellmotors begrenzt, wenn die Verstellwelle gegen den Anschlag positioniert ist. Bei einem in ein Kraftfahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor wird dabei außerdem auch die Batterie des Kraftfahrzeugs geschont. Die Begrenzung des Drehmoments kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass der Betriebsstrom und/oder die Betriebsspannung des Verstellmotors auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird (werden).It is advantageous if the control loop has a limiting device for the torque of Servomotor has, and if the limiting device preferably on the when adjusting the adjusting shaft occurring torque values is tuned that a Limitation of the torque occurs only when positioning against a stop. By This measure is the power consumption and thus the heating of the adjusting motor limited when the adjusting shaft is positioned against the stop. In one in a motor vehicle built-in internal combustion engine is also the battery of the motor vehicle spared. The limitation of the torque can be done, for example, in the manner that the operating current and / or the operating voltage of the adjusting motor to a predetermined maximum value is (are) limited.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verstellvorrichtung eine Anschlagerkennungseinrichtung auf, die einen ersten Eingang für das Phasengeschwindigkeitssignal und einen mit der Begrenzungseinrichtung verbundenen zweiten Eingang für ein Drehmoment-Begrenzungssignal aufweist, wobei die Anschlagerkennungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einem Begrenzen des Drehmoments des Verstellmotors und einer gleichzeitigen Abnahme der Phasengeschwindigkeit ein Positionieren der Nockenwelle gegen einen Anschlag detektiert wird. Die Anschlagerkennungseinrichtung ermöglicht es, auf einfache Weise das Positionieren der Verstellwelle gegen den Anschlag zu detektieren und mit Hilfe einer bekannten, dem Anschlag zugeordneten Referenzposition einen Phasenabgleich durchzuführen.In an advantageous embodiment of the invention, the adjusting device has a stop detection device which provides a first input for the phase velocity signal and a second input for a torque limiting signal connected to the limiting means has, wherein the stop detection device is formed is that when limiting the torque of the adjusting motor and a simultaneous decrease in the phase velocity, positioning the camshaft against a stop is detected. The stop detection device makes it easy to Way to detect the positioning of the adjusting against the stop and with help a known, the stop associated reference position a phase adjustment perform.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zu deren Kurbelwelle,
- Fig. 2
- einen Regelkreis zur Regelung der Phasengeschwindigkeit des Verdrehwinkels zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle sowie zur Regelung der Drehzahl eines elektrischen Verstellmotors der Verstellvorrichtung,
- Fig. 3
- eine graphische Darstellung des Verlaufs des Phasenwinkels, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate der Phasenwinkel in Grad Kurbelwelle aufgetragen ist,
- Fig. 4
- eine graphische Darstellung des Verlaufs eines Sollwertsignals und eines Istwertsignals für die Drehzahl des Verstellmotors, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute aufgetragen ist,
- Fig.5
- eine graphische Darstellung des Verlaufs der Drehzahl der Eingangswelle (durchgezogene Linie) und des Verlaufs der Nockenwellendrehzahl (strichlinierte Linie) eines Verstellgetriebes der Verstellvorrichtung, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute aufgetragen ist,
- Fig. 6
- eine graphische Darstellung des Wicklungsstroms des Verstellmotors, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Stromstärke in Ampère aufgetragen ist, und
- Fig. 7
- eine graphische Darstellung der Wicklungsspannung des Verstellmotors, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Spannung in Volt aufgetragen ist.
- Fig. 1
- an adjusting device for adjusting the rotational angle position of the camshaft of a reciprocating internal combustion engine relative to the crankshaft thereof,
- Fig. 2
- a control circuit for controlling the phase velocity of the angle of rotation between the camshaft and the crankshaft and for controlling the rotational speed of an electric adjusting motor of the adjusting device,
- Fig. 3
- a graph of the course of the phase angle, wherein the abscissa represents the time in seconds and the ordinate of the phase angle in degrees crankshaft,
- Fig. 4
- a graphical representation of the course of a setpoint signal and an actual value signal for the speed of the variable displacement motor, wherein the abscissa represents the time in seconds and the ordinate the speed in revolutions per minute,
- Figure 5
- a graph of the course of the rotational speed of the input shaft (solid line) and the curve of the camshaft speed (dashed line) of a variable displacement of the adjusting device, wherein the abscissa time in seconds and the ordinate the speed in revolutions per minute is plotted
- Fig. 6
- a graph of the winding current of the variable displacement motor, wherein the abscissa is the time in seconds and on the ordinate the current in amperes, and
- Fig. 7
- a graph of the winding voltage of Verstellmotors, wherein the abscissa in seconds and the ordinate in the voltage in volts is plotted.
Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Verstellvorrichtung für die Drehwinkellage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Hubkolben-Verbrennungsmaschine weist ein Verstellgetriebe auf, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebwelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist. Das Verstellgetriebe kann ein Umlaufgetriebe sein, vorzugsweise ein Planetengetriebe.A generally designated 1 adjusting device for the rotational angle position of the camshaft relative to the crankshaft of a reciprocating internal combustion engine not shown in detail in the drawing has an adjusting gear, as a three-shaft transmission with a crankshaft fixed Drive shaft, a camshaft fixed output shaft and an adjusting shaft formed is. The adjusting mechanism may be a planetary gear, preferably a planetary gear.
Die Antriebwelle ist drehfest mit einem Nockenwellenzahnrad 2 verbunden, das in an sich
bekannter Weise über eine Kette oder einen Zahnriemen mit einem auf der Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors drehfest angeordneten Kurbelwellenzahnrad in Antriebsverbindung
steht. Die Abtriebwelle ist drehfest mit der Nockenwelle 3 verbunden, die in Fig. 1 nur teilweise
dargestellt ist. Die Verstellwelle ist drehest mit dem Rotor eines Verstellmotors verbunden,
der in Fig. 1 an der Rückseite der Verstellvorrichtung 1 angeordnet ist. Das Verstellgetriebe ist
in der Nabe des Nockenwellenzahnrads 2 integriert.The drive shaft is rotatably connected to a
Zum Begrenzen des Verdrehwinkels zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle weist die
Verstellvorrichtung Anschläge auf, die durch ein fest mit der Antriebwelle verbundenes Anschlagelement
4 und Gegenanschlagelemente 5 gebildet sind. Die Gegenanschlagelemente 5
sind fest mit der Nockenwelle 3 verbundenen und wirken in Gebrauchstellung mit dem Anschlagelement
4 zusammen. To limit the angle of rotation between the camshaft and the crankshaft, the
Adjustment device stops on, by a fixedly connected to the drive
Als Verstellmotor ist ein EC-Motor vorgesehen, der zur Regelung der Phasengeschwindigkeit
des Verdrehwinkels in einen in Fig. 2 schematisch dargestellten Regelkreis 6 geschaltet ist.
Der Regelkreis 6 ist derart ausgelegt, dass im normalen Betrieb des Hubkolben-Verbrennungsmotors
die Phasengeschwindigkeit beim Positionieren des Anschlagelements 4 gegen
eines der Gegenanschlagelemente 5 jeweils derart eingestellt wird, dass der Anschlag sicher
nicht beschädigt wird.As an adjustment motor, an EC motor is provided, which controls the phase velocity
the angle of rotation is connected in a
Zur Regelung der Phasengeschwindigkeit werden die Drehzahl ωCnk der Kurbelwelle und die
Rotordrehzahl ωEm des Verstellmotors mit Hilfe von Sensoren gemessen. Aus den so ermittelten
Messsignalen und der bekannten Standgetriebeübersetzung ig des Verstellgetriebes wird
mit Hilfe einer Signalverarbeitungseinrichtung 7 ein Sollwert für die Rotordrehzahl ωEm,Tgt des
Verstellmotors berechnet:
Die Drehzahl ωCnk der Kurbelwelle wird zweckmäßigerweise mit Hilfe eines induktiven Sensors gemessen, der das Vorbeilaufen der Zähne eines auf der Kurbelwelle beispielsweise an einem Schwungrad angeordneten Zahnkranzes detektiert. Die Rotor-Drehzahl ωEm des Verstellmotors wird vorzugsweise mit Hilfe von am Stator des EC-Motors angeordneten Magnetfeldsensoren gemessen, die das Vorbeilaufen von Magnetsegmenten detektiert, die am Umfang des permanentmagnetischen Rotors des EC-Motors angeordnet sind.The rotational speed ω Cnk of the crankshaft is expediently measured with the aid of an inductive sensor which detects the passage of the teeth of a toothed ring arranged on the crankshaft, for example on a flywheel. The rotor speed ω Em of the variable displacement motor is preferably measured by means of magnetic field sensors arranged on the stator of the EC motor, which detects the passage of magnetic segments which are arranged on the circumference of the permanent magnet rotor of the EC motor.
In Fig. 2 ist erkennbar, dass die Signalverarbeitungseinrichtung 7 einen Ausgang 8 für das
Rotordrehzahl-Sollwertsignal ωEm,Tgt aufweist, der mit einem Rotordrehzahl-Sollwerteingang 9
eines Reglers 10 verbunden ist. Der Regler 10 hat außerdem einen mit den Magnetfeldsensoren
des EC-Motors verbundenen Istwert-Eingang 11, an dem ein Drehzahlmesssignal ωEm,Act
des Verstellmotors anliegt. In dem Regler 10 wird Rotordrehzahl-Sollwertsignal ωEm,Tgt und
dem Drehzahlmesssignal ωEm,Act eine Regelabweichung gebildet. In Abhängigkeit von der Regelabweichung
wird ein Signal ICtrl für den Wicklungsstrom des Verstellmotors derart gebildet,
dass sich bei Ausgabe des entsprechenden Wicklungsstroms an den Verstellmotor die Regelabweichung
reduziert. Das Signal ICtrl für den Wicklungsstrom wird mit Hilfe einer Strom-Begrenzungseinrichtung
12 auf einen zulässigen Wertebereich begrenzt.In FIG. 2 it can be seen that the signal processing device 7 has an
Ein Ausgang der Strom-Begrenzungseinrichtung 12 ist mit einem Eingang eines I/U-Konverters
13 verbunden, welcher das begrenzte Wicklungsstromsignal in ein entsprechendes Signal
für eine an die Wicklung des Verstellmotors anzulegende elektrische Spannung umformt. Diese
wird mit Hilfe einer Spannungs-Begrenzungseinrichtung 14 auf einen zulässigen Wertebereich
begrenzt und danach über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Endstufe an
die Wicklung des Verstellmotors angelegt. An output of the current limiting
Der Regelkreis ist mit Hilfe eines Betriebsartenumschalters 15 zwischen einer ersten und
einer zweiten Betriebsart umschaltbar. In der ersten Betriebsart wird die Phasengeschwindigkeit
des Verdrehwinkels und in der zweiten Betriebsart die Rotordrehzahl des Verstellmotors
geregelt. Der Betriebsartenumschalter 15 hat einen Eingang 16 für ein vom Betriebszustand
der Hubkolben-Verbrennungsmaschine abhängiges Betriebszustandssignal. Der Betriebsartenumschalter
15 ist derart ausgebildet, dass die Betriebsart des Regelkreises in Abhängigkeit
von dem Betriebszustandssignal einstellt wird. Die zweite Betriebsart, bei der die Rotordrehzahl
des Verstellmotors geregelt wird, kommt während der Startphase des Verbrennungsmotors
zur Anwendung, wenn das Messsignal für Kurbelwellendrehzahl noch nicht vorliegt oder
noch mit relativ großen Störungen behaftet ist. Sobald die Drehzahl des Verbrennungsmotors
einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird auf die erste Betriebsart umgeschaltet, um
die Phasengeschwindigkeit des Verdrehwinkels zu regeln.The control loop is by means of a
In Fig. 3 bis 7 sind ein Istwertsignal für den Phasenwinkel (Fig. 3), die Signale für die Drehzahlen der drei Wellen des Verstellgetriebes (Fig. 4 und 5), die Signale für den Wicklungsstrom (Fig. 6) und die Wicklungsspannung (Fig. 7) anhand eines Beispiels für eine Anschlagfahrt graphisch dargestellt. Wie in Fig. 3 erkennbar ist, beträgt der Phasenwinkel vor Beginn der Anschlagfahrt (t≤0.7s) etwa 280 Grad Kurbelwelle (Fig. 3). Dabei liegen die Rotor-Drehzahl des Verstellmotors und die Drehzahlen der Nockenwelle und der Antriebswelle des Verstellmotors etwa bei 2500 U/Min.FIGS. 3 to 7 show an actual value signal for the phase angle (FIG. 3), the signals for the rotational speeds of the three shafts of the variable speed gear (FIGS. 4 and 5), the signals for the winding current (FIG. 6) and the winding voltage (FIG. 7) using an example of a stop travel shown graphically. As can be seen in Fig. 3, the phase angle before beginning the stop travel (t≤0.7s) about 280 degrees crankshaft (Fig. 3). The rotor speed is thereby the adjusting motor and the rotational speeds of the camshaft and the drive shaft of the adjusting motor at about 2500 rpm.
Bei der Anschlagfahrt wird eine Sollphasengeschwindigkeit von 300 Grad Kurbelwelle
gefordert. Aus dieser gewünschten Phasengeschwindigkeit wird der Sollwert für die Rotordrehzahl
ωEm,Tgt des Verstellmotors ermittelt und der Verstellmotor wird entsprechend
bestromt. An der strichlinierten Linie in Fig. 4 ist deutlich erkennbar, dass die Rotordrehzahl
des Verstellmotors ab t=0,7s ansteigt. Dadurch dreht sich die Nockenwelle 3 nicht mehr mit
der Drehzahl des Nockenwellenzahnrads 2 sondern mit einer geringeren Drehzahl, die in Fig.
5 strichliniert dargestellt ist. Dies führt zu einer Erhöhung des aktuellen Phasenwinkels von
280 Grad Kurbelwelle bei t=0,7s auf etwa 290 Grad Kurbelwelle bei t≥0,747s.During stop travel, a target phase velocity of 300 degrees crankshaft is required. From this desired phase velocity of the setpoint value for the rotor speed ω Em, Tgt of the adjustment motor is determined and the variable motor is energized accordingly. It can clearly be seen from the dashed line in FIG. 4 that the rotor speed of the adjusting motor increases from t = 0.7 s. As a result, the camshaft 3 no longer rotates at the speed of the
Beim Erreichen des Anschlags kann der Phasenwinkel nicht mehr weiter reduziert werden. Deswegen geht die Rotordrehzahl (in Fig. 4 strichliniert dargestellt) des Verstellmotors zurück auf etwa 2500 U/Min bei t≥0,753s. Dabei werden die Stromaufnahme und somit das Drehmoment des Verstellmotors begrenzt.When reaching the stop, the phase angle can no longer be reduced. Therefore, the rotor speed (shown in dashed lines in Fig. 4) of the adjusting motor goes back at about 2500 rpm at t≥0.753s. Here are the current consumption and thus the torque limited by the adjusting motor.
Um dies zu ermöglichen, weist die Verstellvorrichtung 1 eine Anschlagerkennungseinrichtung
17 auf, die einen ersten Eingang für das Phasengeschwindigkeitssignal und einen mit der
Spannungs-Begrenzungseinrichtung 14 verbundenen zweiten Eingang für ein Drehmoment-Begrenzungssignal
hat. Die Anschlagerkennungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass bei
einem Begrenzen des Drehmoments bzw. der Wicklungsspannung des Verstellmotors und einer
gleichzeitigen Abnahme der Phasengeschwindigkeit ein Positionieren der Nockenwelle 3
gegen einen Anschlag detektiert wird.To make this possible, the adjusting device 1 has a
In Fig. 2 ist erkennbar, dass die Anschlagerkennungseinrichtung 17 zum Reduzieren der
Stromaufnahme des Verstellmotors während Positionierung des Anschlagelements 4 gegen
das Gegenanschlagelement 5 mit der Strom-Begrenzungseinrichtung 12 verbunden ist.In Fig. 2 it can be seen that the
Erwähnt werden soll noch, dass der Regelkreis 6, der Betriebsartenumschalter 15 und die
Anschlagerkennungseinrichtung 17 auch in Form eines Computerprogramms in einen Mikrocontroller
implementiert sein können. It should also be mentioned that the
- 11
- Verstellvorrichtungadjustment
- 22
- Nockenwellenzahnradcamshaft gear
- 33
- Nockenwellecamshaft
- 44
- Anschlagelementstop element
- 55
- GegenanschlagelementCounter-stop element
- 66
- Regelkreisloop
- 77
- SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
- 88th
- Ausgang für das Winkelgeschwindigkeits-SollwertsignalOutput for angular velocity command signal
- 99
- Rotordrehzahl-SollwerteingangRotor speed setpoint input
- 1010
- Reglerregulator
- 1111
- Istwert-EingangActual value input
- 1212
- Strom-BegrenzungseinrichtungCurrent limiter
- 1313
- I/U-KonverterI / V converter
- 1414
- Spannungs-BegrenzungseinrichtungVoltage limiting device
- 1515
- BetriebsartenumschalterMode switch
- 1616
- Eingangentrance
- 1717
- AnschlagerkennungseinrichtungStop detection device
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