EP2459852B1 - Nockenwelle mit nockenwellenversteller - Google Patents

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EP2459852B1
EP2459852B1 EP10814687.9A EP10814687A EP2459852B1 EP 2459852 B1 EP2459852 B1 EP 2459852B1 EP 10814687 A EP10814687 A EP 10814687A EP 2459852 B1 EP2459852 B1 EP 2459852B1
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EP
European Patent Office
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camshaft
tube
elements
actuator
camshaft tube
Prior art date
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EP10814687.9A
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English (en)
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Jonathan Heywood
Sebastian Wappler
Mario Lindner
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Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
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    • F01L2820/041—Camshafts position or phase sensors

Definitions

  • the invention relates to a camshaft for actuating the gas exchange valves of an internal combustion engine, with a camshaft tube, a hydraulic camshaft adjuster, a valve for controlling the camshaft adjuster supplied hydraulic fluid and arranged in the interior of the camshaft tube actuator for actuating the valve, which secured in the axial direction against displacement is.
  • a camshaft having the features of the preamble of claim 1 is from the document WO 2009/009328 A1 known.
  • the actuator is formed in this known camshaft as an electromagnet (solenoid), which does not rotate with a rotation of the camshaft with the camshaft tube.
  • the solenoid is always arranged cylinder head fixed, ie it is firmly connected to the cylinder head of the engine. Two different embodiments are described how the solenoid can be arranged in the interior of the camshaft. According to a first embodiment, the solenoid is mounted on the one hand via a arranged in the interior of the camshaft tube bearing element and on the other hand via a tubular connecting element and an end piece fixedly connected to the cylinder head of the engine.
  • tubular shaft or torque tube 116 can also be used to guide cables to power the solenoid.
  • the solenoid over the first embodiment has an increased length and is directly attached even to the cylinder head / engine block of the engine, so that can be dispensed with the required in the first embodiment, the bearing element and the tubular connecting element.
  • the invention is based on the object a camshaft for actuating the gas exchange valves of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1 indicate that has a low weight and in addition to the actuator and possibly the valve even more functional elements in the interior of the camshaft can be integrated. It should also be possible to arrange at the camshaft adjuster opposite end of the camshaft, an oil or vacuum pump, which is driven by the camshaft.
  • the actuating device for actuating the valve is designed as an electromagnetic or piezoelectric actuator and rotationally fixed connected to the camshaft tube. Therefore, in the present invention, the actuator rotates with the camshaft and no separate holding and connecting elements are required for holding the actuator in the camshaft tube and attaching it to the cylinder head. Also, an extension of the actuator in the axial direction to directly, ie without separate holding and connecting elements, to attach to the cylinder head / engine block is not required. The arranged next to the actuator interior of the camshaft tube remains free and can be used for the introduction of other functional elements in the camshaft or for other uses.
  • an oil or vacuum pump can be arranged in the invention easily, which is driven by the camshaft.
  • the designer has compared to the known from the prior art solution on other opportunities for the use of existing by the camshaft rotation drive energy.
  • the actuating device is non-positively or positively or force and positively pressed into the interior of the camshaft tube.
  • the actuator can not or only with greater difficulty removed from the camshaft tube, for example, if it is defective. In the case of a defect of the actuator then usually the entire camshaft must be replaced.
  • the connection between the actuating device and the camshaft tube is a releasable connection.
  • a detachable connection may be, for example, a latching connection or a screw connection.
  • crankshaft tube In order to be able to supply power to the actuating device, rotationally fixedly provided in the interior of the camshaft tube with this connected power supply means.
  • These may e.g. be designed as electrical lines, which are connected on the one hand with the camshaft tube and on the other hand with the actuating device.
  • the power supply means the current is fed via non-rotatably connected to the camshaft tube elements according to an embodiment of the invention.
  • These elements may e.g. be arranged on the outer circumference of the camshaft tube or in the interior of the camshaft tube.
  • the elements may be e.g. be designed as annular brushes, slip rings or induction coils.
  • the non-rotatably connected to the camshaft tube elements may be associated with stationary means by which the current for the supply of the actuator is transmitted to the co-rotating with the camshaft elements or induced in these elements.
  • These stationary means can e.g. be designed as stationary brushes, sliding contacts or electromagnetic coils.
  • the non-rotatably connected to the camshaft tube elements encoder elements and the stationary means have sensor elements of a camshaft position determining device.
  • the components required for power transmission can be used simultaneously to form a required anyway in most applications position determining device for determining the rotational position of the camshaft.
  • the valve is arranged in the interior of the camshaft tube and rotatably connected thereto. This integration of the valve into the interior of the camshaft tube, the actuation of the valve is facilitated by the actuator and it can be required for the camshaft axial space to be further reduced.
  • Fig. 1 shows a camshaft according to the invention in axial half-section.
  • a hydraulic phaser 2 is arranged in a conventional manner.
  • Such camshaft adjusters have drive elements which are directly or indirectly connected to the crankshaft of the internal combustion engine and driven by the latter.
  • Nockenwellenversteller with the camshaft tube 1 connected adjustment, which can be rotated by hydraulic actuation relative to the drive elements to realize a phase adjustment of the camshaft relative to the crankshaft.
  • Such known camshaft adjuster 2 are controlled by hydraulic valves. This means that a hydraulic phaser over a hydraulic valve in a manner required for the desired adjustment, the adjustment causing hydraulic fluid is supplied. By the hydraulic fluid of the camshaft tube 1 rotatably connected part of the camshaft adjuster 2 is rotated relative to the portion of the camshaft adjuster 2 driven by the crankshaft.
  • the hydraulic valve 3 is arranged in the interior 4 of the camshaft and rotatably connected to the camshaft tube 1.
  • the hydraulic valve 3 actuated actuator 5 is disposed in the interior 4 of the camshaft tube 1 and rotatably connected thereto.
  • the actuating device 5 is designed as an electromagnetic or piezoelectric or electrical actuator.
  • the actuator 5 is in the embodiment according to Fig. 1 been pressed into the camshaft tube 1, so that it is non-positively and / or positively connected to the camshaft tube 1.
  • the connection between the actuating device 5 and the camshaft tube 1 can also be designed as a releasable connection.
  • the actuator 5, for example, with the inner wall of the camshaft tube 1 form a clearance and be axially fixed by a introduced into the camshaft tube 1 or cooperating with this fixing.
  • a fixing element may for example be a snap ring which is inserted into a corresponding groove in the inner wall of the camshaft tube 1.
  • a locking lug on the actuating device would be conceivable, which engages in a corresponding recess in the camshaft tube 1.
  • a releasable connection between the actuator 5 and the camshaft tube 1 has the advantage that the actuator 5 can be easily replaced if it is damaged. It is not necessary in this case to replace the entire camshaft.
  • the rotatably connected to the camshaft tube 1 actuator 5 is supplied via non-rotatably connected to the camshaft tube 1 power supply means 6 with power.
  • These are in Fig. 1 only indicated schematically. In the illustrated embodiment, the power supply takes place from the radial direction from outside the camshaft tube 1.
  • the power supply means 6 may be formed differently and arranged differently. This will be discussed further below.
  • the actuating device 5 has an actuating pin 11.
  • the actuating pin 11 acts on a displaceable in the axial direction control piston of the hydraulic valve 3, by which in turn the camshaft adjuster supplied hydraulic fluid is controlled.
  • the actuating pin 11 operates against a return spring 12, through which the control piston of the valve 3 is pushed back into an initial position or is withdrawn when no force is exerted on the control piston 11 of the actuating pin.
  • Fig. 2 is shown a first way, as the actuator 5, the necessary power can be supplied.
  • the power supply means 6 are rotatably connected to the camshaft tube first connected element 7 connected.
  • the element 7 is designed as a co-rotating with the camshaft brush element.
  • the element 7 is associated with a stationary means 8, by which the current for the supply of the actuator 5 is transmitted to the element 7.
  • the means 8 according to the embodiment according to Fig. 2 it is a stationary arranged brush element.
  • Fig. 3 illustrated embodiment is one compared to Fig. 2 another power supply device provided.
  • the rotatably connected to the camshaft tube 1 element 7 is formed as a slip ring.
  • the slip ring acts together with an associated means 8, which is designed as a sliding contact.
  • the current required for the actuator 5 is generated by induction.
  • the rotatably connected to the camshaft tube 1 element 7 has a first induction coil 13.
  • the element 7 is associated with a stationary means 8, which also has a coil 14 which can be supplied with power.
  • the in the Fig. 2, 3 and 4 shown possibilities for the supply of power to the actuator 5 are merely exemplary. Other arrangements and configurations of the power supply devices are conceivable.
  • the power supply does not have to be in the radial direction, but it can also be done in the axial direction.
  • the power supply means can be integrated into the interior 4 of the camshaft tube 1 and the power supply can be effected in the axial direction.
  • Fig. 5 shows one opposite Fig. 1 modified embodiment of the invention.
  • the actuating device 5 is formed integrally with the hydraulic valve 3 in this embodiment of the invention.
  • the housing of the actuating device 5 is integrally formed with the housing of the valve 3 or that these two housing formed at least as a built assembly which can be pre-assembled in the camshaft before assembly. This allows a simpler installation can be achieved.
  • the control piston of the hydraulic valve 3 is not actuated via an actuating pin 11 of the actuator 5, as shown in FIG Fig. 1 is shown, but that the control piston of the valve 3 is fixedly connected to the armature of the electromagnetic actuator 5, or that the control piston of the valve 3 itself forms the armature of the electromagnetic actuator 5.
  • the actuator 5 is supplied via rotatably connected to the camshaft tube 1 lines 15 with power.
  • a first induction coil 13 is arranged rotationally fixed.
  • the first induction coil 13 rotates together with the camshaft tube 1 relative to a stationarily arranged and current-carrying second coil 14. In this way, the required for the actuation of the actuator 5 current is generated by induction in the induction coil 13 and fed via lines 15 of the actuator.
  • Fig. 6 shows an embodiment of the invention with a taking place in the axial direction of power supply to the actuator 5.
  • a slip ring sleeve 16 is used rotatably.
  • the slip ring sleeve 16 has slip rings 17, 18.
  • a stationary line feed 19 is arranged, which is in contact with the rotating slip rings 17, 18 via sliding contacts 20, 21.
  • the line feed 19 has current-carrying wires, via which the current required for the activation of the actuating device 5 is supplied to the sliding contacts 20, 21.
  • the control current is transmitted to the lines 15 and the actuator 5 is supplied.
  • the line feed 19 is held centered in the interior of the slip ring sleeve 16.
  • the annular element 22 may optionally have a seal against oil (eg from the vicinity of the camshaft).
  • the annular element 22 may also be designed as a bearing, for example as a roller bearing.
  • a trained as a bearing element 22 may also include a sealing element, so that in addition to the bearing function and a sealing function is met.
  • a donor element 9 is integrated in the non-rotatably connected to the camshaft tube 1 element 7 with the first induction coil 13.
  • the co-rotating donor element 9 may, for example, a stepped metallic sensor ring such. be known from the prior art basically known so-called trigger wheel.
  • the sensor ring may be e.g. be formed of plastic with cast metallic particles or as a sensor ring made of plastic with integrated metallic segments.
  • a sensor element 10 is integrated in the stationarily arranged means 8, which is associated with the non-rotatably connected to the camshaft tube 1 element 7, in addition to the second current-charged induction coil 14, a sensor element 10 is integrated.
  • known camshaft position sensors such as e.g. so-called Hall sensors or magnetoresistive position sensors in question.
  • other sensor elements can be used. It is not important according to the invention which donor element or which sensor element or which combination of donor element and sensor element is used, but that the donor element and the sensor element are integrated in the elements 7 and means 8 of the power supply device. A separate camshaft position determining device is therefore not required.
  • the arranged in the stationary means 8 sensor element 10 is connected via lines 23 to an evaluation and control unit, not shown.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle zur Betätigung der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors, mit einem Nockenwellenrohr, einem hydraulischen Nockenwellenversteller, einem Ventil zur Steuerung der dem Nockenwellenversteller zugeführten Hydraulikflüssigkeit und einer in dem Innenraum des Nockenwellenrohrs angeordneten Betätigungseinrichtung zum Betätigen des Ventils, die in axialer Richtung gegen Verschieben gesichert ist.
  • Eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der Druckschrift WO 2009/009328 A1 bekannt. Die Betätigungseinrichtung ist bei dieser bekannten Nockenwelle als Elektromagnet (Solenoid) ausgebildet, der bei einer Rotation der Nockenwelle nicht mit dem Nockenwellenrohr mitrotiert. Der Solenoid ist stets zylinderkopffest angeordnet, d.h. er ist fest mit dem Zylinderkopf des Motors verbunden. Es werden zwei unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben, wie der Solenoid im Innenraum der Nockenwelle angeordnet werden kann. Nach einer ersten Ausführungsform ist der Solenoid einerseits über ein im Innenraum des Nockenwellenrohrs angeordnetes Lagerelement gelagert und andererseits über ein rohrförmiges Verbindungselement und ein Endstück fest mit dem Zylinderkopf des Motors verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verbindungselement (tubular shaft or torque tube 116) auch für die Führung von Kabeln zur Stromversorgung des Solenoids genutzt werden kann. Nach einer zweiten Ausführungsform weist der Solenoid gegenüber der ersten Ausführungsform eine vergrößerte Länge auf und ist unmittelbar selbst am Zylinderkopf/Motorblock des Motors befestigt, so dass auf das bei der ersten Ausführungsform erforderliche Lagerelement und auf das rohrförmige Verbindungselement verzichtet werden kann.
  • Die aus der WO 2009/009328 A1 bekannten Lösungen zur Anordnung der Betätigungseinrichtung im Innenraum des Nockenwellenrohrs weisen unter anderem den Nachteil auf, dass fast der gesamte Innenraum des Nockenwellenrohrs entweder durch das rohrförmige Verbindungselement (Ausführungsform 1) oder durch den verlängerten Solenoiden (Ausführungsform 2) beansprucht wird und somit für die Integration weiterer Bauteile (wie z.B. Ölabscheidungseinrichtungen zu Reinigung von Blow-by-Gas) oder für andere Verwendungen nicht genutzt werden kann. Daher können weitere Funktionselemente nicht mehr in den Innenraum des Nockenwellenrohrs integriert werden. Bei der Ausführungsform 1 ist außerdem wegen des im Innenraum des Nockenwellenrohrs angeordneten Lagerelements eine Innenbearbeitung des Nockenwellenrohrs erforderlich, um die hohen Genauigkeitsanforderungen für eine ordnungsgemäße Aufnahme des Lagers zu erfüllen. Auch ist das Gesamtgewicht der bekannten Nockenwelle aufgrund der Verbindungs- und Lagerelemente zum Halten des Solenoids bzw. aufgrund der größeren Länge des Solenoids hoch.
  • Ein weiterer Nachteil der aus der WO 2009/009328 A1 bekannten Lösungen ist, dass wegen der Halte- und Verbindungselemente, mit denen die Betätigungseinrichtung im Innenraum des Nockenwellenrohrs gehalten und mit dem Zylinderkopf verbunden ist, an dem dem Nockenwellenversteller gegenüberliegenden Ende der Nockenwelle keine Ölpumpe oder Vakuumpumpe angeordnet und über die Nockenwelle angetrieben werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Nockenwelle zur Betätigung der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 anzugeben, die ein geringes Gewicht aufweist und bei der neben der Betätigungseinrichtung und ggf. dem Ventil auch noch weitere Funktionselemente in den Innenraum der Nockenwelle integriert werden können. Auch soll es möglich sein, an dem dem Nockenwellenversteller gegenüber liegenden Ende der Nockenwelle eine Öl- oder Vakuumpumpe anzuordnen, die von der Nockenwelle antreibbar ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist die Betätigungseinrichtung zum Betätigen des Ventils als elektromagnetische oder piezoelektrische Betätigungseinrichtung ausgebildet und drehfest mit dem Nockenwellenrohr verbunden. Daher dreht sich die Betätigungseinrichtung bei der vorliegenden Erfindung mit der Nockenwelle mit und es sind keine gesonderten Halte- und Verbindungselemente zum Halten der Betätigungseinrichtung im Nockenwellenrohr und zu deren Befestigung an dem Zylinderkopf erforderlich. Auch eine Verlängerung der Betätigungseinrichtung in axialer Richtung, um sie direkt, d.h. ohne gesonderte Halte- und Verbindungselemente, an dem Zylinderkopf/dem Motorblock zu befestigen, ist nicht erforderlich. Der neben der Betätigungseinrichtung angeordnete Innenraum des Nockenwellenrohrs bleibt frei und kann für das Einbringen anderer Funktionselemente in die Nockenwelle oder für andere Verwendungen genutzt werden.
  • Die entfallenden gesonderten Halte- und Verbindungselemente bzw. der Verzicht auf die Verlängerung der Betätigungseinrichtung in axialer Richtung und deren direkter Befestigung am Zylinderkopf/Motorblock führen zu erheblichen Gewichtseinsparungen. Ein im Innenraum des Nockenwellenrohrs angeordnetes Lagerelement zur Aufnahme der Betätigungseinrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich, so dass durch die Erfindung auch diesbezüglich Gewicht und Kosten (insbesondere Material- und Fertigungskosten) eingespart werden.
  • An dem dem Nockenwellenversteller gegenüber liegenden Ende der Nockenwelle kann bei der Erfindung ohne Weiteres eine Öl- oder Vakuumpumpe angeordnet werden, welche von der Nockenwelle antreibbar ist. Damit verfügt der Konstrukteur im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung über weitere Möglichkeiten zur Ausnutzung der durch die Nockenwellendrehung vorhandenen Antriebsenergie.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Betätigungseinrichtung kraftschlüssig oder formschlüssig oder kraft- und formschlüssig in den Innenraum des Nockenwellenrohrs eingepresst. In diesem Fall kann die Betätigungseinrichtung nicht oder nur mit größeren Schwierigkeiten aus dem Nockenwellenrohr entfernt werden, wenn sie z.B. defekt ist. Im Fall eines Defekts der Betätigungseinrichtung muss dann in der Regel die gesamte Nockenwelle ersetzt werden. Um dies zu vermeiden kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung und dem Nockenwellenrohr eine lösbare Verbindung ist. Eine solche lösbare Verbindung kann z.B. eine Rastverbindung oder eine Schraubverbindung sein.
  • Um der Betätigungseinrichtung Strom zuführen zu können, sind im Innenraum des Nockenwellenrohrs drehfest mit diesem verbundene Stromzuführungsmittel vorgesehen. Diese können z.B. als elektrische Leitungen ausgebildet sein, die einerseits mit dem Nockenwellenrohr und andererseits mit der Betätigungseinrichtung verbunden sind.
  • Den Stromzuführungsmitteln wird nach einer Ausführungsform der Erfindung der Strom über drehfest mit dem Nockenwellenrohr verbundene Elemente zugeleitet. Diese Elemente können z.B. am Außenumfang des Nockenwellenrohrs oder im Innenraum des Nockenwellrohrs angeordnet sein. So können die Elemente z.B. als ringförmige Bürsten, Schleifringe oder Induktionsspulen ausgebildet sein.
  • Den drehfest mit dem Nockenwellenrohr verbundenen Elementen können stationäre Mittel zugeordnet sein, durch welche der Strom für die Versorgung der Betätigungseinrichtung auf die mit der Nockenwelle mitdrehenden Elemente übertragen oder in diesen Elementen induziert wird. Diese stationären Mittel können z.B. als stationäre Bürsten, Schleifkontakte oder elektromagnetische Spulen ausgebildet sein.
  • Im Rahmen der Stromübertragung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die mit dem Nockenwellenrohr drehfest verbundenen Elemente Geberelemente und die stationären Mittel Sensorelemente einer Nockenwellenpositionsbestimmungseinrichtung aufweisen. Auf diese Weise können die für die Stromübertragung erforderlichen Bauteile gleichzeitig dazu genutzt werden, eine in den meisten Anwendungsfällen ohnehin erforderliche Positionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Drehposition der Nockenwelle zu bilden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auch das Ventil im Innenraum des Nockenwellenrohrs angeordnet und drehfest mit diesem verbunden. Durch diese Integration auch des Ventils in den Innenraum des Nockenwellenrohrs wird die Betätigung des Ventils durch die Betätigungseinrichtung erleichtert und es kann der für die Nockenwelle benötigte axiale Bauraum weiter reduziert werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Nockenwelle im axialen Halbschnitt,
    Fig. 2
    eine erste Möglichkeit der Stromzuführung für die Stromversorgung der Betätigungseinrichtung,
    Fig. 3
    eine zweite Möglichkeit für die Stromzuführung zur Betätigungseinrichtung,
    Fig. 4
    eine dritte Möglichkeit für die Stromzuführung zu der Betätigungseinrichtung,
    Fig. 5
    eine erfindungsgemäße Nockenwelle in einer gegenüber Fig. 1 anderen Ausführungsform,
    Fig. 6
    eine erfindungsgemäße Nockenwelle in einer gegenüber Fig. 1 und Fig. 5 anderen Ausführungsform,
    Fig. 7
    eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit einer in die Stromzuführungseinrichtung integrierten Nockenwellenpositionsbestimmungseinrichtung.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwelle im axialen Halbschnitt. Auf dem in Fig. 1 linken Ende des Nockenwellenrohrs 1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 2 in an sich bekannter Art und Weise angeordnet. Derartige Nockenwellenversteller weisen Antriebselemente auf, welche direkt oder indirekt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden und von dieser angetrieben sind. Außerdem weisen derartige bekannte Nockenwellenversteller mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Verstellelemente auf, welche durch hydraulische Betätigung relativ zu den Antriebselementen verdreht werden können, um eine Phasenverstellung der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle zu realisieren.
  • Derartige bekannte Nockenwellenversteller 2 werden über hydraulische Ventile angesteuert. Dies bedeutet, dass einem hydraulischen Nockenwellenversteller über ein hydraulisches Ventil in einer für die gewünschte Verstellung erforderlichen Weise die die Verstellung bewirkende Hydraulikflüssigkeit zugeleitet wird. Durch die Hydraulikflüssigkeit wird der mit dem Nockenwellenrohr 1 drehfest verbundene Teil des Nockenwellenverstellers 2 relativ zu dem von der Kurbelwelle angetriebenen Teil des Nockenwellenverstellers 2 verdreht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle gemäß Fig. 1 ist das hydraulische Ventil 3 im Innenraum 4 der Nockenwelle angeordnet und drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbunden.
  • Auch die das hydraulische Ventil 3 betätigende Betätigungseinrichtung 5 ist im Innenraum 4 des Nockenwellenrohres 1 angeordnet und drehfest mit diesem verbunden. Erfindungsgemäß ist die Betätigungseinrichtung 5 als elektromagnetischer oder piezoelektrischer oder elektrischer Aktuator ausgebildet.
  • Da die Betätigungseinrichtung 5 drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbunden ist, ist es nicht erforderlich, separate Befestigungseinrichtungen vorzusehen, mit denen die Betätigungseinrichtung mittelbar oder unmittelbar mit dem Motorblock/dem Zylinderkopf des Motors verbunden ist. Der gesamte, sich in Fig. 1 von der Betätigungseinrichtung 5 ausgehend nach rechts, d.h. sich zu dem dem Nockenwellenversteller gegenüber liegenden Nockenwellenende hin, erstreckende Innenraum 4 des Nockenwellenrohrs 1 bleibt frei, so dass in diesem freien Bereich des Innenraums 4 zum Beispiel weitere Funktionselemente einer Nockenwelle integriert werden können. Denkbar wäre hier zum Beispiel die Integration einer Ölabscheidevorrichtung zum Abtrennen von Öl aus sogenanntem Blow-by-Gas. Aber auch andere Nutzungsmöglichkeiten für den freibleibenden Innenraum 4 sind bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle möglich.
  • Die Betätigungseinrichtung 5 ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in das Nockenwellenrohr 1 eingepresst worden, so dass sie kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Nockenwellenrohr 1 verbunden ist. Alternativ kann die Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung 5 und dem Nockenwellenrohr 1 auch als lösbare Verbindung ausgestaltet sein. In diesem Fall kann die Betätigungseinrichtung 5 beispielsweise mit der Innenwand des Nockenwellenrohrs 1 eine Spielpassung bilden und durch ein in das Nockenwellenrohr 1 eingebrachtes oder mit dieser zusammenwirkendes Fixierelement axial fixiert werden. Ein solches Fixierelement kann zum Beispiel ein Sprengring sein, der in eine entsprechende Nut in der Innenwand des Nockenwellenrohrs 1 eingesetzt wird. Auch wäre eine Rastnase an der Betätigungseinrichtung denkbar, die in eine entsprechende Ausnehmung in dem Nockenwellenrohr 1 eingreift. Diese Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig. 1 allerdings nicht dargestellt.
  • Eine lösbare Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung 5 und dem Nockenwellenrohr 1 hat den Vorteil, dass die Betätigungseinrichtung 5 auf einfache Weise ausgewechselt werden kann, sollte sie einmal beschädigt sein. Es ist in diesem Fall nicht erforderlich, die gesamte Nockenwelle auszutauschen.
  • Die drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Betätigungseinrichtung 5 wird über drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Stromzuführungsmittel 6 mit Strom versorgt. Diese sind in Fig. 1 nur schematisch angedeutet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Stromzuführung aus der radialen Richtung von außerhalb des Nockenwellenrohrs 1. Die Stromzuführungsmittel 6 können unterschiedlich ausgebildet und unterschiedlich angeordnet sein. Darauf wird weiter unten näher eingegangen.
  • Die Betätigungseinrichtung 5 weist einen Betätigungsstift 11 auf. In Abhängigkeit von der dem Betätigungselement 5 zugeführten Stromstärke bzw. von der an das Betätigungselement 5 angelegten Spannung wird der Betätigungsstift 11 in Axialrichtung verschoben. Der Betätigungsstift 11 wirkt auf einen in Axialrichtung verschiebbaren Steuerkolben des hydraulischen Ventils 3 ein, durch den wiederum die dem Nockenwellenversteller zugeleitete Hydraulikflüssigkeit gesteuert wird. Dabei arbeitet der Betätigungsstift 11 gegen eine Rückstellfeder 12, durch welche der Steuerkolben des Ventils 3 in eine Ausgangsstellung zurückgedrückt wird bzw. zurückgezogen wird, wenn von dem Betätigungsstift 11 keine Kraft auf den Steuerkolben ausgeübt wird.
  • In Fig. 2 ist eine erste Möglichkeit dargestellt, wie der Betätigungseinrichtung 5 der notwendige Strom zugeführt werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Stromzuführungsmittel 6 mit einem drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundenen Element 7 verbunden. Das Element 7 ist als mit der Nockenwelle mitdrehendes Bürstenelement ausgebildet. Dem Element 7 ist ein stationäres Mittel 8 zugeordnet, durch welches der Strom für die Versorgung der Betätigungseinrichtung 5 auf das Element 7 übertragen wird. Bei dem Mittel 8 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 handelt es sich um ein stationär angeordnetes Bürstenelement.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine im Vergleich zu Fig. 2 andere Stromzuführungseinrichtung vorgesehen. Das drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Element 7 ist als Schleifring ausgebildet. Der Schleifring wirkt zusammen mit einem ihm zugeordneten Mittel 8, welches als Schleifkontakt ausgebildet ist.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist wiederum eine andere Stromzuführeinrichtung vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der für die Betätigungseinrichtung 5 benötigte Strom durch Induktion erzeugt. Das drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Element 7 weist eine erste Induktionsspule 13 auf. Dem Element 7 ist ein stationäres Mittel 8 zugeordnet, welches ebenfalls eine mit Strom versorgbare Spule 14 aufweist. Durch die Relativbewegung zwischen dem Element 7 und dem Mittel 8 während einer Drehbewegung des Nockenwellenrohrs 1 wird der für die Betätigungseinrichtung 5 benötigte Strom durch Induktion in der ersten Induktionsspule 13 erzeugt.
  • Die in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Möglichkeiten für die Zuführung von Strom zu der Betätigungseinrichtung 5 sind lediglich beispielhaft. Andere Anordnungen und Ausbildungen der Stromzuführungseinrichtungen sind denkbar. Die Stromzuführung muss nicht in radialer Richtung erfolgen, sondern sie kann auch in axialer Richtung erfolgen. Ferner können auch die Stromzuführungsmittel in den Innenraum 4 des Nockenwellenrohres 1 integriert sein und die Stromzuführung kann in Axialrichtung erfolgen.
  • Fig. 5 zeigt ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Betätigungseinrichtung 5 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung einteilig mit dem hydraulischen Ventil 3 ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Gehäuse der Betätigungseinrichtung 5 mit dem Gehäuse des Ventils 3 einteilig ausgebildet ist oder dass diese beiden Gehäuse zumindest als eine gebaute Baugruppe ausgebildet sind, die vor der Montage in die Nockenwelle vormontiert werden kann. Dadurch kann eine einfachere Montage erreicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Steuerkolben des hydraulischen Ventils 3 nicht über einen Betätigungsstift 11 der Betätigungseinrichtung 5 betätigt wird, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, sondern dass der Steuerkolben des Ventils 3 mit dem Magnetanker der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 5 fest verbunden ist, oder dass der Steuerkolben des Ventils 3 selbst den Magnetanker der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 5 bildet. Die Betätigungseinrichtung 5 wird über drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Leitungen 15 mit Strom versorgt. Auf der Außenseite des Nockenwellenrohrs 1 ist eine erste Induktionsspule 13 drehfest angeordnet. Die erste Induktionsspule 13 rotiert zusammen mit dem Nockenwellenrohr 1 relativ zu einer stationär angeordneten und stromdurchflossenen zweiten Spule 14. Auf diese Weise wird der für die Betätigung der Betätigungseinrichtung 5 erforderliche Strom durch Induktion in der Induktionsspule 13 erzeugt und über die Leitungen 15 der Betätigungseinrichtung zugeführt.
  • Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer in axialer Richtung erfolgenden Stromzuführung zu der Betätigungseinrichtung 5. In den Innenraum 4 des Nockenwellenrohrs 1 ist eine Schleifringhülse 16 drehfest eingesetzt. Die Schleifringhülse 16 weist Schleifringe 17, 18 auf. Im Inneren der Schleifringhülse 16 ist eine stationäre Leitungszuführung 19 angeordnet, die über Schleifkontakte 20, 21 mit den umlaufenden Schleifringen 17, 18 in Kontakt steht. Die Leitungszuführung 19 weist stromführende Drähte auf, über die der für die Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 5 erforderliche Strom den Schleifkontakten 20, 21 zugeführt wird. Über die Schleifringe 17, 18 wird der Steuerstrom auf die Leitungen 15 übertragen und der Betätigungseinrichtung 5 zugeführt.
  • Über ein ringförmiges Element 22 ist die Leitungszuführung 19 im Innenraum der Schleifringhülse 16 zentriert gehalten. Das ringförmige Element 22 kann optional eine Dichtung gegen Öl (z.B. aus der Umgebung der Nockenwelle) aufweisen. Das ringförmige Element 22 kann auch als Lager, z.B. als Wälzlager, ausgebildet sein. Ein als Lager ausgebildetes Element 22 kann auch ein Dichtungselement umfassen, so dass neben der Lagerfunktion auch eine Dichtfunktion erfüllt wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle ist es vorteilhaft in besonders einfacher Weise möglich, eine in vielen Fällen ohnehin erforderliche Nockenwellenpositionsbestimmungseinrichtung in die Stromzuführungseinrichtung für die Stromversorgung der Betätigungseinrichtung 5 zu integrieren. Dies ist beispielhaft in Fig. 7 am Beispiel der induktiven Stromversorgungseinrichtung gemäß Fig. 4, 5 dargestellt.
  • In das drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundene Element 7 mit der ersten Induktionsspule 13 ist ein Geberelement 9 integriert. Das mitdrehende Geberelement 9 kann beispielsweise ein abgesetzter metallischer Sensorring wie z.B. ein aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekanntes sogenanntes Triggerrad sein. Alternativ kann der Sensorring z.B. aus Kunststoff mit eingegossenen metallischen Partikeln ausgebildet sein oder als Sensorring aus Kunststoff mit integrierten metallischen Segmenten.
  • In das stationär angeordnete Mittel 8, das dem drehfest mit dem Nockenwellenrohr 1 verbundenen Element 7 zugeordnet ist, ist zusätzlich zur zweiten strombeaufschlagten Induktionsspule 14 ein Sensorelement 10 integriert. Als Sensorelement 10 kommen bekannte Nockenwellenpositionssensoren wie z.B. sogenannte Hall-Sensoren oder magnetoresistive Positionssensoren in Frage. Je nach Ausführungsform des Geberelementes 9 können auch andere Sensorelemente verwendet werden. Wichtig ist erfindungsgemäß nicht, welches Geberelement bzw. welches Sensorelement oder welche Kombination von Geberelement und Sensorelement verwendet wird, sondern dass das Geberelement und das Sensorelement in die Elemente 7 und Mittel 8 der Stromzuführungseinrichtung integriert sind. Eine gesonderte Nockenwellenpositionsbestimmungseinrichtung ist daher nicht erforderlich.
  • Das in dem stationären Mittel 8 angeordnete Sensorelement 10 ist über Leitungen 23 mit einer nicht dargestellten Auswerte- und Steuereinheit verbunden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nockenwellenrohr
    2
    Nockenwellenversteller
    3
    Ventil
    4
    Innenraum
    5
    Betätigungseinrichtung
    6
    Stromzuführungsmittel
    7
    Element
    8
    Mittel
    9
    Geberelement
    10
    Sensorelement
    11
    Betätigungsstift
    12
    Rückstellfeder
    13
    Induktionsspule
    14
    Spule
    15
    Leitungen
    16
    Schleifringhülse
    17
    Schleifring
    18
    Schleifring
    19
    Leitungszuführung
    20
    Schleifkontakt
    21
    Schleifkontakt
    22
    Element
    23
    Leitungen

Claims (7)

  1. Nockenwelle zur Betätigung der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors, mit einem Nockenwellenrohr (1), einem hydraulischen Nockenwellenversteller (2), einem Ventil (3) zur Steuerung der dem Nockenwellenversteller (2) zugeführten Hydraulikflüssigkeit und einer in dem Innenraum (4) des Nockenwellenrohrs (1) angeordneten Betätigungseinrichtung (5) zum Betätigen des Ventils (3), die in axialer Richtung gegen Verschieben gesichert ist, wobei die Betätigungseinrichtung (5) als elektromagnetischer, piezoelektrischer oder elektrischer Aktuator ausgebildet und drehfest mit dem Nockenwellenrohr (1) verbunden ist.
  2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Betätigungseinrichtung (5) und dem Nockenwellenrohr (1) eine lösbare Verbindung ist.
  3. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (4) des Nockenwellenrohrs (1) drehfest mit diesem verbundene Stromzuführungsmittel (6) zum Zuführen von Strom zu der Betätigungseinrichtung (5) vorgesehen sind.
  4. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass drehfest mit dem Nockenwellenrohr (1) verbundene Elemente (7) vorgesehen sind, über die den Stromzuführungsmitteln (6) der Strom zuleitbar ist.
  5. Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den drehfest mit dem Nockenwellenrohr (1) verbundenen Elementen (7) stationäre Mittel (8) zugeordnet sind, durch welche der Strom für die Versorgung der Betätigungseinrichtung (5) auf die Elemente (7) übertragen oder in den Elementen (7) induziert wird.
  6. Nockenwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Nockenwellenrohr (1) drehfest verbundenen Elemente (7) Geberelemente (9) und die stationären Mittel (8) Sensorelemente (10) einer Nockenwellenpositionsbestimmungseinrichtung aufweisen.
  7. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) im Innenraum (4) des Nockenwellenrohrs (1) angeordnet und drehfest mit diesem verbunden ist.
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