WO2004027222A1 - Steuereinrichtung und verfahren zum verstellen des verhältnisses der winkelgeschwindigkeiten zwischen nocken- und kurbelwelle - Google Patents

Steuereinrichtung und verfahren zum verstellen des verhältnisses der winkelgeschwindigkeiten zwischen nocken- und kurbelwelle Download PDF

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WO2004027222A1
WO2004027222A1 PCT/DE2003/002875 DE0302875W WO2004027222A1 WO 2004027222 A1 WO2004027222 A1 WO 2004027222A1 DE 0302875 W DE0302875 W DE 0302875W WO 2004027222 A1 WO2004027222 A1 WO 2004027222A1
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WO
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camshaft
crankshaft
control device
drive
electric motor
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PCT/DE2003/002875
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Detlef Axmacher
Massimiliano Gasparro
Dirk Neubauer
Frank Pachan
Lars PFÜTZENREUTER
Markus Wilke
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Aft Atlas Fahrzeugtechnik Gmbh
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Publication date
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/352—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
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    • F01L7/021—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with one rotary valve
    • F01L7/022—Cylindrical valves having one recess communicating successively with aligned inlet and exhaust ports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/02—Formulas

Definitions

  • the invention relates to a control device and a method for adjusting the ratio of the angular velocities N between ⁇ ⁇ (t) camshaft and crankshaft, according to the preamble of patent claims 1 and 6.
  • the crankshaft drives one or more camshafts via a primary drive, which is designed, for example, as a toothed belt.
  • a camshaft wheel is attached to each camshaft, via which the primary drive drives the camshaft.
  • the ratio of the two angular velocities is constant through this coupling. In most applications, this tight coupling between the camshaft and crankshaft results in a ratio of:
  • DE 100 38 354 A1 discloses a control device for adjusting the angle of rotation of a camshaft in relation to the angle of rotation of a crankshaft by means of a swashplate mechanism.
  • an additional drive also acts on the camshaft via a swashplate gear, which is arranged between the camshaft gear and the camshaft. This means that the camshaft can be adjusted relative to the crankshaft.
  • the additional drive can act on the camshaft in both directions via the swashplate mechanism, so that its angular velocity with respect to the crankshaft and thus the fixed ratio N change. ö > r (
  • the object of the invention is to show a simple and inexpensive alternative for adjusting the camshaft relative to the crankshaft.
  • the motor can be used both as a drive and as a braking device.
  • a further, second braking device proves to be advantageous in order to achieve the desired adjustment positions more quickly.
  • Figure 1 Control device with an electric motor in two-quadrant operation for driving in one direction and braking the camshaft via the adjuster.
  • Figure 2 Control device with an electric motor in two-quadrant operation for driving and braking the camshaft via the adjuster with an additional braking device.
  • FIG. 1 shows a control device 13 with an electric motor 3 in two-quadrant operation for driving and braking an adjuster 4 with a swash plate gear.
  • This control device 13 consists of a control unit 1, an output stage 2, an electric motor 3 in two-quadrant operation and a drive shaft 5, which connects the electric motor 3 to the adjuster 4.
  • the adjuster 4 has a swash plate mechanism, as is disclosed, for example, in DE 100 38 354 A1. With the The adjuster 4 can change the position of the camshaft 7 relative to the crankshaft 6 in the internal combustion engine 10.
  • the camshaft 7 is coupled via the camshaft wheel 12 and a primary drive 11 to the crankshaft 6.
  • This fixed relationship between the crankshaft 6 and the camshaft 7 can be influenced by the adjuster 4, for example for the speed-dependent adaptation of the control times, as a result of which the camshaft 7 can advance or lag behind the crankshaft 6.
  • the advancement of the camshaft 7 is brought about by the fact that the electric motor 3 additionally drives them in the direction of rotation via the drive shaft 5 and the adjuster 4 with a swash plate gear.
  • the additional drive by means of an electric motor 3 causes the camshaft 7 to rotate faster than would have been the case with the primary drive 11 alone.
  • the camshaft 7 leads somewhat ahead, which also changes the relationship between the camshaft rotation angle and the crankshaft rotation angle , This also means that the camshaft 7 has rotated relative to the camshaft gear 12. Accordingly, the combustion chambers of the internal combustion engine 10 are opened and closed earlier or later in the working cycle when the camshaft 7 is rotated by the valves. The leading of the camshaft 7 with respect to the crankshaft 6 due to the additional electric drive 3 takes place until the desired angle of rotation relationship is set and the valves are opened or closed at the desired point in time.
  • the angle of rotation is the angle of rotation of the shaft, whereby, due to the coupling via the primary drive, the crankshaft angle of rotation is between 0 ° and 720 °, while the camshaft angle of rotation can reach values of 0 ° to 360 °. Thereafter, this state can be maintained by switching off the additional electric drive 3 or also by adapting it to the angular speed that results solely from the primary drive.
  • the camshaft 7 is braked by the generator braking device of the electric motor 3 via the adjuster 4 until it is positioned in the original relationship to the crankshaft 6. In the opposite case, if the crankshaft 6 should lead the camshaft 7 by .
  • the angular velocity of the camshaft 7 is reduced with the same electric motor 3, which is also responsible for the drive. However, this then does not serve as a drive but as a braking device.
  • the electric motor 3 has a control which allows two-quadrant operation, ie with the electric motor 3, a drive shaft 5 can be driven in one direction as well as braked.
  • the electric motor 3 acts as a generator, which causes the drive shaft 5 to be braked.
  • This regenerative braking in the adjuster 4 with the swash plate gear causes the angular velocity of the camshaft 7 to be reduced. Braking continues until the desired offset between crankshaft 6 and camshaft 7 is reached.
  • the angular velocity of the camshaft 7 is again determined exclusively by the angular velocity of the crankshaft 6, which is transmitted to the camshaft sprocket of the camshaft 7 by means of primary drive 11.
  • the control of the electric motor 3 in two-quadrant operation takes place via a control device 1 with a setpoint value, which for example obtains comparison data from sensors not shown. These comparison data include, for example, the current actual values, such as the speed of the electric motor 3 and / or the positions of the camshaft 7 and crankshaft 6.
  • the control unit 1 is connected to an output stage 2, which causes the electric motor 3 to drive Performs a function or brakes as a generator.
  • This output stage 2 enables two-quadrant operation of the electric motor 3 with the aid of an inexpensive half-bridge circuit.
  • the electric motor 3 in two-quadrant operation is so advantageous because only a few power components are required for its control. In contrast to conventional electric motors e.g. B. in four-quadrant operation, which have a left and right rotation, only a half-bridge circuit is required for control. Such a circuit is less expensive, saves space and is less prone to failure.
  • an electric motor can be used to adjust the offset between the crankshaft and the camshaft, which has a drive function in one direction and which has a braking function. These two functions: driving and braking, enable the camshaft to advance or lag relative to the crankshaft, so that the fixed coupling factor between the crankshaft and camshaft can be changed.
  • the regenerative braking of the electric motor 3 can be used both so that the increase in the angular velocity of the camshaft 7 can be ended more quickly, that the camshaft is brought back to the basic setting with respect to the crankshaft, or for a negative offset between the camshaft and to achieve crankshaft.
  • FIG. 2 shows a control device 13 with an electric motor 3 in two-quadrant operation for driving and braking the adjuster 4 with an additional braking device 8.
  • the internal combustion engine 10 contains the crankshaft 6, which drives the camshaft gear 12 of the camshaft 7 via a primary drive 11.
  • the system between crankshaft 6 and camshaft gear 12 is coupled. That is, the translation of the rotary Angle of crankshaft 6, with 720 ° crankshaft rotation angle being converted into 360 ° camshaft wheel rotation angle, is fixed.
  • An adjuster 4, for example, with its swash plate gear causes the camshaft 7 to be rotated relative to the camshaft gear 12.
  • the camshaft 7 can then advance or lag with respect to the crankshaft 6, which in turn allows the combustion chambers of the internal combustion engine 10 to be opened and closed sooner or later by the valves when the camshaft 7 rotates.
  • the adjuster 4 is connected to a drive shaft 5 which is driven by an electric motor 3.
  • the electric motor 3 preferably operates in two-quadrant mode, ie the drive shaft 5 can be driven in one direction with it and it can be braked.
  • This brake device 8 is preferably mounted in such a way that it can act on the drive shaft 5 in order to reduce its angular velocity as quickly as possible.
  • the braking device 8 can, for example, also be designed mechanically, in particular hydraulically or pneumatically.
  • the control of this brake 8 takes place via a control unit 1, which works, for example, with a setpoint value to which the control is to be set.
  • this control unit 1 controls an output stage 2, which in turn either drives, switches off or brakes the electric motor.
  • the additional braking device 8 In order to be able to quickly adjust camshafts in both directions, on the one hand the properties of an electric motor 3 in two-quadrant operation and on the other hand the additional braking device is used. This means that they have a driving effect on the camshaft in one adjustment direction and brake in the other adjustment direction. As shown in FIG. 2, the additional braking devices 8 have the effect that the adjustment speed can be increased by braking more quickly because it supports the regenerative braking of the electric motor. Furthermore, the braking device 8 can be attached externally as well as a component of the electric motor 3 or the adjuster 4 or act directly on the camshaft 7. The type and position of the braking device 8 depends on the local conditions, the control tion of the braking device can take place both internally via the control unit 1 of the electric motor 3 or else via other external devices.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Steuereinrichtung und Verfahren zum Verstellen des Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeiten ωN(t) / ωK(t) zwischen Nocken- und Kurbelwelle. Bisherige Steuereinrichtungen und Verfahren zum Verdrehen der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle sehen nur einen Antrieb vor, der die Nockenwelle verglichen mit der Kurbelwelle vor- und zurückdrehen kann. Nachteilig bei solchen Anordnungen ist es, dass entweder für jede Stellrichtung zwei Antriebe in verschiedene Richtungen benötigt werden oder der Antrieb einen Rechts- und Linkslauf aufweisen muss. Bei der neuen Steuereinrichtung und dem neuen Verfahren wird das Vorlaufen der Nockenwelle durch einen Antrieb in Laufrichtung der Nockenwelle und das Nachlaufen durch eine Bremsvorrichtung erzielt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn als Antrieb ein Elektromotor im Zweiquadrantenbetrieb verwendet wird, der dann auch als Bremsvorrichtung verwendet werden kann. Solche Steuereinrichtung und Verfahren werden zum Einstellen der Steuerzeiten in Brennkraftmaschinen benötigt.

Description

Steuereinrichtung und Verfahren zum Verstellen des Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeiten zwischen Nocken- und Kurbelwelle
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zum Verstellen des Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeiten N zwischen ωκ (t) Nocken- und Kurbelwelle, gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.
Bei Brennkraftmaschinen treibt die Kurbelwelle über einen Primärantrieb, der beispielsweise als Zahnriemen ausgebildet ist, eine oder mehrere Nockenwellen an. Dazu ist an jeder Nockenwelle ein Nockenwellenrad be- festigt, über welches der Primärantrieb die Nockenwelle antreibt. Dabei erfolgt zu jedem Zeitpunkt eine Übersetzung der Winkelgeschwindigkeit ω«(t) der Kurbelwelle, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ωκ(t) die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle <»N(t) mit α>N(t) = V • ω«(t) bestimmt. Das Verhältnis der beiden Winkelgeschwindigkeiten ist durch diese Kopplung konstant. In den meisten Anwendungen ergibt diese feste Kopplung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle ein Verhältnis von:
ωκ (t) 2 '
Jedoch lassen sich die Betriebseigenschaften einer Brennkraftmaschine optimieren, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs, der Ab- gasemission und der Laufkultur, wenn das über den Primärantrieb gekoppelten System zwischen die Nockenwelle und Kurbelwelle verändert werden kann. In der DE 100 38 354 A1 wird eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle mittels Taumelscheibengetriebe offenbart. Hier wirkt ein zusätzlicher Antrieb über ein Taumelscheibengetriebe, das zwischen dem Nockenwel- lenrad und der Nockenwelle angeordnet ist, zusätzlich auf die Nockenwelle ein. Dies bewirkt, dass die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verstellt werden kann. Der zusätzliche Antrieb kann über das Taumelscheibengetriebe auf die Nockenwelle in beide Richtungen einwirken, so dass sich deren Winkelgeschwindigkeit bezüglich der Kurbelwelle und damit das feste Verhältnis N verändert. ö>r (
Nachteilig hierbei ist es jedoch, dass der Antrieb einen Rechts- und Linkslauf aufweisen muss, um die Taumelscheibe sowohl in die eine als auch in die andere Richtung zu bewegen oder aber zwei Motoren benötigt werden, die unterschiedliche Laufrichtungen aufweisen. Beim plötzlichen Umschalten von einer Laufrichtung in die andere Laufrichtung um beispielsweise die Nockenwelle in die ursprüngliche Ausgangsposition zurückzustellen werden einerseits alle Komponenten stark belastet und andererseits sind dann im Falle von Elektromotoren, die einen Rechts- und Linkslauf aufweisen Brückenschaltungen notwendig, die teuere Leistungs- bauelemente benötigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Alternative zum Verstellen der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentan- spruch 1 und 6 gelöst, wonach ein zusätzlicher Antrieb in eine Richtung die Winkelgeschwindigkeit CC>N der Nockenwelle erhöht und eine Bremsvorrichtung die Winkelgeschwindigkeit ON der Nockenwelle verringert, wobei dieser zusätzliche Antrieb keinen Einfluss auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle hat. Durch den zusätzlichen Antrieb kann die Nockenwelle bezogen auf das ausschließlich gekoppelte System von Nocken- und Kurbelwelle der Kurbelwelle etwas vorauseilen, entsprechend wird durch das Abbremsen der Nockenwelle das Vorauseilen wieder rückgängig gemacht oder aber man bewirkt, dass nun die Kurbelwelle der Nockenwelle vorauseilt, so dass die Ventile früher oder später schließen je nachdem, ob die Kurbelwelle der Nockenwelle oder die Nockenwelle der Kurbelwelle vorauseilt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein solcher Aufbau sehr kostengünstig ist, weil der Antrieb nur eine Drehrichtung aufweisen muss und somit auch dessen Ansteuerung sehr einfach ist. Gleichfalls ist eine Bremsvorrichtung sehr einfach aufzubauen, unabhängig davon, ob es eine elektromagnetische oder mechanische Bremsvorrichtung ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bei einem Elektromotor im Zweiquadrantenbetrieb kann der Motor sowohl als Antriebs- als auch als Bremsvorrichtung verwendet werden. Insbesondere in einem Ausführungsbeispiel erweist sich eine weitere, zweite Bremsvorrichtung als vorteilhaft, um die gewünschten Verstellpositionen schneller zu erreichen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 : Steuereinrichtung mit Elektromotor im Zweiquadrantenbetrieb zum Antreiben in eine Richtung und Abbremsen der Nockenwelle über den Versteller.
Figur 2: Steuereinrichtung mit Elektromotor im Zweiquadrantenbetrieb zum Antreiben und Abbremsen der Nockenwelle über den Versteller mit zusätzlicher Bremsvorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Steuereinrichtung 13 mit einem Elektromotor 3 im Zwei- quadrantenbetrieb zum Antreiben und Abbremsen eines Verstellers 4 mit Taumelscheibengetriebe. Diese Steuereinrichtung 13 besteht aus einem Steuergerät 1 , einer Endstufe 2, einem Elektromotor 3 im Zweiquadrantenbetrieb und einer Antriebswelle 5, die den Elektromotor 3 mit dem Versteller 4 verbindet. Der Versteller 4 weist ein Taumelscheibengetriebe auf, wie es beispielsweise in der DE 100 38 354 A1 offenbart ist. Mit dem Versteller 4 kann die Position der Nockenwelle 7 gegenüber der Kurbelwelle 6 in der Brennkraftmaschine 10 verändert werden. Die Nockenwelle 7 ist über das Nockenwellen rad 12 und einen Primärantrieb 11 mit der Kurbelwelle 6 gekoppelt. Dieses feste Verhältnis zwischen der Kurbelwelle 6 und der Nockenwelle 7 kann durch den Versteller 4, beispielsweise zur drehzahlabhängigen Anpassung der Steuerzeiten beeinflusst werden, wodurch die Nockenwelle 7 gegenüber der Kurbelwelle 6 vorlaufen oder nachlaufen kann. Das Vorlaufen der Nockenwelle 7 wird dadurch bewirkt, dass der Elektromotor 3 über die Antriebswelle 5 und den Versteller 4 mit Taumelscheibengetriebe diese zusätzlich in Drehrichtung antreibt. Der zusätzliche Antrieb mittels Elektromotor 3 bewirkt, dass sich die Nockenwelle 7 schneller dreht als es durch den Primärantrieb 11 allein der Fall gewesen wäre. Durch die Erhöhung des Verhältnisses - N der Winkelge- ωκ(t) schwindigkeiten ωu(t), ωκ(t) von Nockenwelle 7 und Kurbelwelle 6 eilt die Nockenwelle 7 etwas voraus, wodurch sich auch die Relation zwischen dem Nockenwellendrehwinkel und dem Kurbelwellendrehwinkel verändert. Das heißt auch, dass sich die Nockenwelle 7 relativ gegenüber dem Nockenwellenrad 12 verdreht hat. Dementsprechend werden die Brennräume der Brennkraftmaschine 10 im Arbeitsspiel bei der Drehung der No- ckenwelle 7 durch die Ventile früher oder später geöffnet und geschlossen. Das Vorauseilen der Nockenwelle 7 gegenüber der Kurbelwelle 6 bedingt durch den zusätzlichen Elektröantrieb 3 erfolgt, solange bis die gewünschte Drehwinkelrelation eingestellt ist und die Ventile zu dem gewünschten Zeitpunkt geöffnet bzw. geschlossen werden. Als Drehwinkel bezeichnet man den Verdrehwinkel der Welle, wobei, bedingt durch die Kopplung über den Primärantrieb, der Kurbelwellendrehwinkel zwischen 0° und 720° liegt, während der Nockenwellendrehwinkel Werte von 0° bis 360° erreichen kann. Danach kann durch Abschalten des zusätzliche E- lektroantriebs 3 oder auch durch dessen Angleichung auf die Winkelge- schwindigkeit, die sich allein aus dem Primärantrieb ergibt, dieser Zustand beibehalten werden. Um in die Ausgangsposition zurückzukehren wird durch die generatorische Bremsvorrichtung des Elektromotors 3 über den Versteller 4 die Nockenwelle 7 abgebremst, bis sie im ursprünglichen Verhältnis zur Kurbelwelle 6 positioniert ist. Im umgekehrten Fall, wenn die Kurbelwelle 6 der Nockenwelle 7 vorauseilen soll kann durch. diese gene- ratorische Bremsvorrichtung des Elektromotors 3 über den Versteller 4 die Nockenwelle 7 solange abgebremst werden, bis die gewünschte Drehwinkelrelation hergestellt ist. Danach kann durch Abschalten der Bremsvorrichtung 3 dieser Zustand beibehalten werden. Um in die Ausgangspositi- on zurückzukehren wird durch die Antriebsfunktion des Elektromotors 3 ü- ber den Versteller 4 die Nockenwelle 7 beschleunigt, bis sie im ursprünglichen Verhältnis zur Kurbelwelle 6 eingestellt ist.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Reduzierung der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 7 mit demselben Elektromotor 3, der auch für den Antrieb verantwortlich ist. Jedoch dient dieser dann nicht als Antrieb sondern als Bremsvorrichtung. Der Elektromotor 3 weist eine Ansteuerung auf, die einen Zweiquadrantenbetrieb erlaubt, d. h. mit dem Elektromotor 3 kann sowohl eine Antriebswelle 5 in einer Richtung angetrieben werden, als auch abgebremst werden. Beim Abbremsen wirkt der Elektromotor 3 als Generator, der bewirkt, dass die Antriebswelle 5 abgebremst wird. Dieses generatorische Abbremsen bewirkt im Versteller 4 mit dem Taumelscheibengetriebe, dass sich die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 7 reduziert. Das Abbremsen erfolgt solange, bis der gewünschte Versatz zwischen Kurbelwelle 6 und Nockenwelle 7 erreicht ist. Danach wird die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 7 wieder ausschließlich von der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 6, die mittels Primärantrieb 11 auf das Nockenwellenrad der Nockenwelle 7 übertragen wird, bestimmt. Die Ansteuerung des Elektromotors 3 im Zweiquadrantenbetrieb erfolgt über ein Steuergerät 1 mit Sollwertvorgabe, das beispielsweise Vergleichsda- ten von nicht abgebildeten Sensoren bezieht. Zu diesen Vergleichsdaten gehören beispielsweise die aktuellen IST-Werte, wie z.B. die Drehzahl des Elektromotors 3 und/oder die Positionen von Nockenwelle 7 und Kurbelwelle 6. Das Steuergerät 1 steht in Verbindung mit einer Endstufe 2, die bewirkt, dass der Elektromotor 3 eine antreibende Funktion ausübt oder generatorisch bremst. Diese Endstufe 2 ermöglicht mit Hilfe einer kostengünstigen Halbbrückenschaltung den Zweiquadrantenbetrieb des Elektromotors 3. Um den Regelkreis zwischen dem Steuergerät 1 und dem E- lektromotor 3 zu schließen, ist es notwendig, dass ein Istwert, der den Zustand des Systems, insbesondere des Elektromotors 3 beschreibt, zu er- fassen und in das Steuergerät 1 einzuspeisen. - ό -
Der Elektromotor 3 im Zweiquadrantenbetrieb ist deshalb so vorteilhaft, weil für seine Ansteuerung nur wenig Leistungsbauelemente benötigt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektromotoren z. B. im Vierquadrantenbetrieb, die einen Links- und Rechtslauf aufweisen, wird hier zur Ansteuerung nur eine Halbbrückenschaltung benötigt. Eine solche Schaltung ist kostengünstiger, platzsparender und weniger störanfällig. Die e- lementare Aussage bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass zur Verstellung des Versatzes zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle ein Elektromotor verwendet werden kann, der eine Antriebsfunktion in eine Richtung aufweist und der eine Bremsfunktion besitzt. Diese beiden Funktionen: das Antreiben und das Abbremsen, ermöglichen einen Vorlauf bzw. einen Nachlauf der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, so dass der feste Kopplungsfaktor zwischen Kurbel- und Nockenwelle verändert werden kann. Das generatorische Bremsen des Elektromotors 3 kann sowohl da- zu verwendet werden, dass die Vergrößerung der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 7 schneller beendet werden kann, dass die Nockenwelle wieder in die Grundeinstellung bzgl. der Kurbelwelle gebracht wird oder a- ber um einen negativen Versatz zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle zu erzielen.
Gleichfalls sind auch andere Variationen denkbar, die einen beliebigen Antrieb in eine Richtung und eine Bremsvorrichtung aufweisen, wobei der Antrieb nicht nur elektrischer Herkunft sein kann, sondern auch alle andere Antriebsformen, die das gleiche Ergebnis erzielen, verwendet werden können. Gleichfalls kann die Bremsvorrichtung auch unabhängig vom An- trieb aufgebaut sein und es können andere Bremsvorrichtungsformen verwendet werden, die ein Bremsen bewirken. Die Lage der Bremsvorrichtung ist unerheblich, sie kann auch entweder indirekt über das Taumelscheibengetriebe auf die Nockenwelle oder direkt auf diese einwirken.
Figur 2 zeigt eine Steuereinrichtung 13 mit Elektromotor 3 im Zweiquad- rantenbetrieb zum Antreiben und Abbremsen des Verstellers 4 mit einer zusätzlichen Bremsvorrichtung 8. Die Brennkraftmaschine 10 beinhaltet die Kurbelwelle 6, die über einen Primärantrieb 11 das Nockenwellenrad 12 der Nockenwelle 7 antreibt. Das System zwischen Kurbelwelle 6 und Nockenwellenrad 12 ist gekoppelt. Das heißt, die Übersetzung des Dreh- winkels der Kurbelwelle 6, wobei 720° Kurbelwellendrehwinkel in 360° No- ckenwellenraddrehwinkel umgesetzt werden, ist fest eingestellt. Ein Versteller 4 bewirkt beispielsweise mit seinem Taumelscheibengetriebe, dass die Nockenwelle 7 gegenüber dem Nockenwellenrad 12 verdreht werden kann. Dementsprechend kann dann die Nockenwelle 7 gegenüber der Kurbelwelle 6 vor- oder nachlaufen, wodurch wiederum die Brennräume der Brennkraftmaschine 10 im Arbeitsspiel bei der Drehung der Nockenwelle 7 durch die Ventile früher oder später geöffnet und geschlossen werden können. Der Versteller 4 ist mit einer Antriebsachse 5 verbunden, die von einem Elektromotor 3 angetrieben wird. Vorzugsweise arbeitet der Elektromotor 3 im Zweiquadrantenbetrieb, d. h. mit ihm kann die Antriebswelle 5 in eine Richtung angetrieben werden und sie kann abgebremst werden. Ferner befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Bremsanordnung 8 zwischen dem Elektromotor 3 und der Nocken- welle 7. Vorzugsweise ist diese Bremsvorrichtung 8 so angebracht, dass sie auf die Antriebswelle 5 einwirken kann, um deren Winkelgeschwindigkeit schnellst möglichst zu reduzieren. Die Bremsvorrichtung 8 kann beispielsweise auch mechanisch, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch ausgestaltet sein. Die Ansteuerung dieser Bremse 8 erfolgt über ein Steuergerät 1, welches beispielsweise mit einer Sollwertvorgabe arbeitet, auf den die Steuerung einzustellen ist. Gleichfalls wird mit diesem Steuergerät 1 eine Endstufe 2 angesteuert, die wiederum den Elektromotor entweder antreibt, ausschaltet oder abbremst.
Um Nockenwellen in beiden Richtungen schnell verstellen zu können, werden zum einen die Eigenschaften eines Elektromotors 3 im Zweiquadrantenbetrieb und zum anderen die zusätzliche Bremsvorrichtung benutzt. Dies bedeutet, dass sie in die eine Verstellrichtung treibend auf die Nockenwelle einwirken und in die andere Verstellrichtung bremsend. Wie in Figur 2 gezeigt, bewirken die zusätzlichen Bremsvorrichtungen 8, dass die Verstellgeschwindigkeit erhöht werden kann, indem eine schnellere Ab- bremsung erfolgt, weil es das generatorische Bremsen des Elektromotors unterstützt. Ferner kann die Bremsvorrichtung 8 sowohl extern angebracht sein als auch Bestandteil des Elektromotors 3 oder des Verstellers 4 oder aber direkt auf die Nockenwelle 7 einwirken. Die Art und Lage der Brems- Vorrichtung 8 richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten, die Steue- rung der Bremsvorrichtung kann sowohl intern über das Steuergerät 1 des Elektromotors 3 erfolgen oder aber auch über andere externe Vorrichtungen.

Claims

Patentansprüche
1) Steuereinrichtung (13) zum Verstellen des Verhältnisses der Winkelge- schwindigkeiten— - zwischen Nockenwelle (7) und Kurbelwelle (6), ωκ wobei die Steuereinrichtung (13) einen Versteller (4) aufweist, der die Nockenwelle (7) dreht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13)
- mindestens einen Antrieb (3), der über den Versteller (4) die Win- kelgeschwindigkeit CON der Nockenwelle (7) erhöht, und
- mindestens eine Bremsvorrichtung (3, 8) beinhaltet, welche die Winkelgeschwindigkeit CON der Nockenwelle (7) verringert.
2) Steuereinrichtung (13) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) einen Elektromotor (3) beinhaltet, der im Zweiquadrantenbetrieb sowohl als Antrieb, als auch als Bremsvorrichtung arbeitet.
3) Steuereinrichtung (13) nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine Antriebswelle (5) zwischen dem Antrieb (3) und dem Versteller (4) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvorrichtung (8) in der Nähe der Antriebswelle befestigt ist, um diese abzubremsen.
4) Steuereinrichtung (13) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvorrichtung (8) am Versteller (4) angebracht ist.
5) Steuereinrichtung (13) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteller ein Taumelscheibengetriebe aufweist. 6) Verfahren zum Verstellen des Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeiten^- zwischen Nockenwelle (7) und Kurbelwelle (6), dadurch ωκ gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (7) zur Erhöhung des Verhältnisses -JL von einem zusätzlichen Antrieb (3) in Laufrichtung be- ωκ schleunigt wird und zur Verringerung des Verhältnisses — - von einer ωκ
Bremsvorrichtung (3, 8) abgebremst wird.
7) Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (3) im Zweiquadrantenbetrieb arbeitet, wodurch die Nockenwelle sowohl angetrieben als auch abgebremst wird.
8) Verwendung einer Steuereinrichtung (13) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer solche Steuereinrichtung die Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (10) den Betriebsbedingungen angepasst werden.
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