WO2005047659A1 - Nockenwellenversteller mit elektrischem antrieb - Google Patents

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WO2005047659A1
WO2005047659A1 PCT/EP2004/011189 EP2004011189W WO2005047659A1 WO 2005047659 A1 WO2005047659 A1 WO 2005047659A1 EP 2004011189 W EP2004011189 W EP 2004011189W WO 2005047659 A1 WO2005047659 A1 WO 2005047659A1
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adjustment
camshaft
gear
shaft
adjusting
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PCT/EP2004/011189
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Jens Schäfer
Martin Steigerwald
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Schaeffler Kg
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    • F01L1/344Valve-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
    • F01L1/352Valve-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
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    • F01L2001/3522Valve-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 with electromagnetic brake
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    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2201/00Electronic control systems; Apparatus or methods therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for adjusting the timing of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine, having an adjusting gear designed as a three-shaft gearbox, which has an input shaft connected to the crankshaft, an output shaft connected to the camshaft and an adjusting shaft connected to an electric adjusting motor.
  • the camshaft In order to ensure a safe engine start for an internal combustion engine with a hydraulic or electric camshaft adjuster, the camshaft must be in the so-called basic or emergency running position. This is usually late in the case of intake camshafts and early in the case of exhaust camshafts. In normal operation of the engine, the camshaft is moved to the respective base position in a controlled manner and fixed or locked there.
  • DE 41 10 195 A1 describes a device for the detachable connection and adjustment of camshafts and a crankshaft of an internal combustion engine with an adjustment gear designed as a three-shaft gearbox, which has an input shaft connected to the crankshaft, an output shaft connected to a camshaft and one with an electric adjusting motor connected adjustment shaft, with between drive and Ab- drive shaft when the adjusting shaft is stationary, there is a stationary gear ratio i 0 , the height of which is determined by the gear type (minus or positive gear) and by the adjustment direction of the camshafts in the basic or emergency running position.
  • the adjusting shaft must be braked in order to obtain deterministic behavior when the emergency running position is reached.
  • the invention is therefore based on the object of constructing an electrical camshaft adjuster in which the camshaft can be reliably adjusted into its base position even if the adjusting motor and / or the control thereof fails.
  • Negative gears have a stationary gear ratio i 0 less than 0, plus gears have a greater than 0.
  • positive stationary gear ratio i 0 the input and output shafts have the same direction of rotation, with negative stationary gear ratios i 0, opposite directions of rotation, based on a stationary adjusting shaft and the components connected to it ,
  • the output shaft rotates more slowly than the drive shaft, i.e. it is adjusted in the late direction.
  • the adjustment shaft is held on a positive gearbox with a stationary gear ratio 0 ⁇ i 0 ⁇ 1 and the drive shaft rotates clockwise, the output shaft rotates faster than the drive shaft, i.e. clockwise and thus in the direction of early adjustment.
  • the adjusting motor has failed, the adjustment shaft of a minus gear with i 0 ⁇ 0 or a plus gear with i 0 > 1 and to reach an early base position, the adjustment shaft of a plus gear with 0 ⁇ i 0 ⁇ 1 required are. It is advantageous that the adjusting motor has a permanent magnet rotor with a passive self-holding torque that rises from a central position in both directions of rotation to a maximum and then drops again.
  • the self-locking torque of the adjusting motor increased by the converted friction torque of the adjusting gear only has to have 60% - 100% of the converted, maximum, dynamic camshaft torque that reacts on the adjusting shaft, since the energy content of the peaks of the camshaft torque is low and the necessary holding torque is increased by the mean camshaft torque is determined.
  • the use of a permanent magnet rotor has the advantage over a permanent magnet stator that the current only has to be conducted into the stator fixed to the cylinder head.
  • the adjustment speed of the camshaft is preferably between 30 ° and 60 ° cam angle per second due to the selected stationary gear ratio i 0 with stationary adjustment shafts and low idling speed of the internal combustion engine. It is irrelevant whether the servomotor adjusts in one or two directions of rotation when the camshaft is returned to its basic position.
  • Known eccentric or wave gears or wobble or double planetary gears can be used as adjustment gears, for example, and the adjustment motors are designed as conventional brushless permanent magnet rotor motors or as externally excited DC motors equipped with brushes.
  • this brake as an additional brake winding in the form of a coil, which is independent of the windings of the adjusting motor phases, in order to form at least one stator tooth or the yoke. Due to its simplicity, this solution is very inexpensive and easy to implement. In principle, however, a winding of the electric adjusting motor could also be used, which is short-circuited in the event of a failure. For an optimal braking effect, the brake winding should not be wrapped around the yoke, but around a stator tooth, since the magnetic flux and therefore the braking torque is greater due to the closer distance to the rotor.
  • the circuit of the brake winding is only closed when there is no power supply to the adjusting motor. This closing can be done either by a passive component such as a relay or by an active component such as a transistor.
  • the current flow can be limited using a suitable current regulator.
  • an active current controller can be used to specifically influence the braking torque in order to specifically influence the short-circuit current and thus the braking process as a function of the speed.
  • the braking torque is a function of the total resistance, the inductance and the number of turns of the brake winding. The choice of these sizes depends on the design of the electric variable motor.
  • the maximum braking torque With increasing total resistance, the maximum braking torque remains approximately constant, but it shifts to higher speeds. In addition, the braking torque becomes weaker in the lower speed range and stronger in the upper speed range.
  • FIG. 1 a schematic representation of an adjustment gear with an adjusting motor, the stator of which is fixed to the cylinder head,
  • FIG. 2 a schematic representation of another adjustment gear with another adjustment motor, the other stator of which also rotates,
  • FIG. 3 a detail of the stator, which shows two advantageous arrangements of a brake designed as a brake winding
  • FIG. 4 a circuit diagram from which the activation of a relay 'for closing a circuit which contains the brake winding.
  • FIGS. 1 and 2 adjusting gears 1, 1 ' with electric adjusting motors 2, 2 ' are shown, which serve to adjust the angular position between the crankshaft (not shown) and the camshaft 3, 3 'of an internal combustion engine.
  • the adjustment gear 1, 1 ' is designed as a three-shaft gear, with an input shaft 4, 4 ' , an output shaft 5, 5 ' and an adjustment shaft 6, 6 ' .
  • the drive shaft 4, 4 ' is firmly connected to a drive wheel 7, 7 ' and via this by means of a gear, not shown, or toothed belt or a toothed chain with the crankshaft.
  • the output shaft 5, 5 ' is in fixed connection with the camshaft 3, 3 ' and the adjusting shaft 6, 6 ' with the rotor 8, 8 ' of the adjusting motor 2, 2 ' .
  • the stator 9 of the adjusting motor 2 is firmly connected to the cylinder head 10 and stands still, the stator 9 'of the adjusting motor 2 ' is firmly connected to the drive wheel 7 ' and rotates like the adjusting gear 1 at half the crankshaft speed.
  • the stator 9 'of the adjusting motor 2 ' rotates (see FIG. 2) with its rotor 8 ' .
  • the camshaft 3, 3 ' has a basic or emergency running position, which must be achieved for a safe start and limited operation. This is achieved with an intact adjustment motor 2, 2 'even after a stalling of the engine without difficulty, since the adjustment motor 2, 2', the camshaft 3, 3 'moved in stationary internal combustion engine or during the re-start to the base position. However, it must also be possible to restart if the adjusting motor 2, 2 'has failed in order to reach at least one workshop.
  • the adjusting gears 1, 1 ' and their stationary gear ratio i 0 are designed so that by simply setting the adjusting shafts 6, 6 ', the camshafts 3, 3 'reach their basic position when starting and the internal combustion engine thus remains startable.
  • the adjustment shaft 6, 6 ' is braked by an electrical brake 11 (FIG. 3) designed as a brake winding, by means of which an external braking torque is applied. This acts like the cogging torque in both directions of rotation of the adjusting shaft 6, 6 '.
  • the camshaft 3, 3' can be in an undefined position.
  • the camshaft 3, 3' becomes on it following starting by the rotary movement of the drive shaft 4, 4 'caused by the starter into its base position so that starting is possible.
  • FIG 3 shows a schematic diagram of a possible arrangement of the brake winding 11.
  • the brake winding 11 is either wound around the yoke 12 and / or at least one of the stator teeth 13, 13 '.
  • the number of brake windings and their number of turns are adapted to the circumstances of the adjusting motor 2, 2 '. Due to the changing magnetic flux when the adjusting motor 2, 2 'is rotating, a voltage is induced in the brake winding 11, which in turn supplies a short-circuit current when the ends are closed or the ends are short-circuited. A self-induction of the brake winding 11 acts Force back on the rotor 8, which is opposite to its direction of movement. As a result, the rotor 8 is decelerated.
  • FIGS. 4a and 4b show the circuit of the brake winding 11 in a circuit diagram.
  • the circuit of the brake winding 11 is only closed when there is no power supply to the adjusting motor 2 .
  • a short-circuit switch 14 which is designed, for example, as a relay or as a transistor, is energized as long as the adjusting motor 2 has not failed and thus keeps the circuit open and is otherwise deenergized.
  • the short-circuit switch 14 In the second case ( Figure 4b), the short-circuit switch 14 'is de-energized and the circuit is thus closed. It assumes this position if the adjusting motor 2 or its control system fail.
  • the current flow in the short circuit lines 16 can be limited by means of a suitable current regulator 15.
  • This can be designed as a resistor, but also, for example, as an electronic current regulator operated with short-circuit current.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von Steuerzeiten einer Nockenwelle (3, 3') gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe (1, 1'), das eine mit der Kurbelwelle verbundene Antriebswelle (4, 4'), eine mit der Nockenwelle verbundene Abtriebswelle (5, 5') und eine mit einem elektrischen Verstellmotor verbundene Verstellwelle aufweist. Zwischen Antriebs- und Abtriebswelle (4, 4'; 5, 5') liegt bei stillstehender Verstellwelle (6, 6') eine Standgetriebeübersetzung i0 vor, deren Höhe die Getriebegattung (Minus- oder Plusgetriebe) und die Verstellrichtung für die Basis- oder Notlaufposition der Nockenwelle (3, 3') bestimmt. Bei Ausfall des elektrischen Verstellmotors (2, 2') und/oder seiner Steuerung wird erfindungsgemäß der als Permanentmagnet ausgebildete Rotor (8, 8') und damit auch die Verstellwelle (6, 6') des elektrischen Verstellmotors durch eine als Bremswicklung ausgebildete elektrische Bremse (11) durch Selbstinduktion abgebremst, womit aufgrund der Standgetriebeübersetzung i0 die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle (3, 3') erreich- und haltbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung Nockenwellenversteller mit elektrischem Antrieb
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von Steuerzeiten einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe, das eine mit der Kurbelwelle verbundene Antriebswelle, eine mit der Nockenwelle verbundene Abtriebswelle und eine mit einem elektrischen Verstellmotor verbundene Verstellwelle aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Um bei einem Verbrennungsmotor mit hydraulischem oder elektrischem Nockenwellenversteller einen sicheren Motorstart zu gewährleisten, muss sich die Nockenwelle in der so genannten Basis- oder Notlaufposition befinden. Diese liegt bei Einlassnockenwellen üblicherweise in der Stellung spät, bei Auslass- nockenwellen in der Stellung früh. Im normalen Betrieb des Motors wird die Nockenwelle beim Abstellen geregelt in die jeweilige Basisposition gefahren und dort fixiert oder verriegelt.
Herkömmliche, hydraulisch betätigte Rotationskolbenversteller wie Flügelzel- lenversteiler, Schwenk- oder Segmentflügler besitzen eine Verriegelungseinheit. Diese fixiert den hydraulischen Versteller in seiner Basisposition, bis sich genügend Öldruck zum Verstellen der Nockenwelle aufgebaut hat. Kommt es zum Abwürgen des Motors, kann sich die Nockenwelle in einer Undefinierten Position außerhalb der Basisposition befinden. Um dann die Nockenwelle sicher in eine definierte Position zu verstellen, wird die Nockenwelle deshalb bei hydraulischen Nockenwellenverstellern mit der Basisposition in Stellung spät beim nächsten Start des Verbrennungsmotors und dem dabei fehlenden Öldruck aufgrund des Nockenwellenreibmoments, das entgegen der Nockenwellendrehrichtung wirkt, automatisch in die späte Basisposition verstellt. Liegt die Basisposition in früh, muss die Nockenwelle bei fehlendem Öldruck entgegen dem Nockenwellenreibmoment in die frühe Basisposition ver- stellt werden. Dies geschieht zumeist mit Hilfe einer Ausgleichsfeder, die ein dem Nockenwellenreibmoment entgegen gerichtetes Moment erzeugt.
Diese bei hydraulisch betätigbaren Nockenwellenverstellern üblichen Methoden zum Erreichen der Basispositionen nach Abwürgen des Verbrennungsmo- tors sind bei elektrisch angetriebenen Nockenwellenverstellern nur bedingt anwendbar. Die alleinige Verstellung aufgrund des Reibmoments ist zwar möglich, gewährleistet aber nicht in jedem Fall ein Verstellen in die Basisposition. Eine Lösung wäre, eine Spiralfeder zu montieren, die aber zusätzlichen, axialen Bauraum benötigt.
Bei elektrischen Nockenwellenverstellern sind diese Methoden sind auch nicht erforderlich, solange das Verstellmotor-System intakt ist und die Nockenwelle auch bei stehendem Verbrennungsmotor oder bei erneutem Start in die jeweilige Basisposition verstellen kann. Es können jedoch der Versteilmotor und/oder seine Steuerung ausfallen, wodurch das Erreichen der Basisposition nicht sichergestellt ist.
In der DE 41 10 195 A1 ist eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden und Verstellen von Nockenwellen und einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors beschrieben mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe, das eine mit der Kurbelwelle verbundene Antriebswelle, eine mit einer Nockenwelle verbundene Abtriebswelle und eine mit einem elektrischen Versteilmotor verbundene Verstellwelle aufweist, wobei zwischen Antriebs- und Ab- triebswelle bei stillstehender Verstellwelle eine Standgetriebeübersetzung i0 vorliegt, deren Höhe von der Getriebegattung (Minus- oder Plusgetriebe) und von der Verstellrichtung der Nockenwellen in die Basis- oder Notlaufposition bestimmt wird.
Bei jener Versteilvorrichtung wird eine leichtgängige und genaue Einstellung der Nockenwellenlage angestrebt. Damit bei Ausfall des Verstellmotor-Systems die Funktion des Verbrennungsmotors zumindest notdürftig aufrecht erhalten werden kann, ist eine Begrenzung des Verstellwinkels vorgesehen. Ein Hinweis auf das Erreichen der Basis- bzw. einer Notlaufposition in einem solchen Fall fehlt jedoch.
Des Weiteren hat es sich herausgestellt, dass die Verstellwelle abgebremst werden muss, um ein deterministisches Verhalten beim Erreichen der Notlauf- position zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Nocken- wellenversteller zu konstruieren, bei dem die Nockenwelle auch bei Ausfall des Versteilmotors und/oder der Steuerung desselben zuverlässig in ihre Basisposition verstellbar ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Nachdem einmal die Verstellwelle abgebremst bzw. festgesetzt ist, wird dann die Nockenwelle durch Drehen der Antriebswelle im niedrigen Leerlauf des Verbrennungsmotors oder - falls dieser abgewürgt wurde - beim erneuten Starten desselben auch mit ausgefallenem Verstellmotor-System in ihre Basisbzw. Notlaufposition verstellt. In dieser Stellung kann das Fahrzeug gestartet und mit gewissen Einschränkungen betrieben werden, so dass eine Werkstatt erreicht werden kann. Voraussetzung für das autonome Erreichen der Basisposition ist eine passende Standgetriebeübersetzung i0, durch die die gewünschte Getriebegattung (Plus- oder Minusgetriebe) und die Verstellrichtung (spät oder früh) bestimmt sind. Bei der Auswahl der Verstellgetriebe kommen Minus- oder Plusgetπebe in Frage. Minusgetriebe besitzen eine Standgetriebeübersetzung i0 kleiner 0, Plusgetπebe eine solche größer 0. Bei positiver Standgetriebeübersetzung i0 haben die An- und Abtriebswelle die gleiche Drehrichtung, bei negativer Standgetriebeübersetzung i0 entgegen gesetzte Drehrichtungen, bezogen auf eine stehende Verstellwelle und die mit dieser verbundenen Bauteile.
Wird bei einem Minusgetriebe die Verstellwelle festgehalten und dreht sich die Antriebswelle im Uhrzeigersinn, so dreht sich die Abtriebswelle und damit die Nockenwelle entgegen dem Uhrzeigersinn, was einer Spätverstellung ent- spricht.
Wird bei einem Plusgetriebe mit einer Standgetriebeübersetzung i0 >1 die Versteilwelle festgehalten und die Antriebswelle im Uhrzeigersinn verdreht, so dreht sich die Abtriebswelle langsamer als die Antriebswelle, das heißt, es wird in Richtung spät verstellt.
Wird bei einem Plusgetriebe mit einer Standgetriebeübersetzung 0 < i0 < 1 die Verstellwelle festgehalten und dreht sich die Antriebswelle im Uhrzeigersinn, so dreht sich die Abtriebswelle schneller als die Antriebswelle, das heißt, im Uhrzeigersinn und damit in Richtung Frühverstellung.
Diese Verhältnisse sind auf alle in Frage kommenden Verstellgetriebe anwendbar. Zusammenfassend gilt, dass bei ausgefallenem Versteilmotor zum Erreichen einer späten Basisposition das Festsetzen der Verstellwelle eines Minusgetriebes mit i0 < 0 oder eines Plusgetriebes mit i0 > 1 und zum Erreichen einer frühen Basisposition das Festsetzen der Verstellwelle eines Plusgetriebes mit 0 < i0 < 1 erforderlich sind. Es ist von Vorteil, dass der Versteilmotor einen Permanentmagnet-Rotor mit einem passiven Selbsthaltemoment besitzt, das von einer Mittellage aus in beide Drehrichtungen bis zu einem Maximum ansteigt und danach wieder abfällt. Das um das gewandelte Reibmoment des Verstellgetriebes vermehrte Selbsthaltemoment des Versteilmotors muss nur 60% - 100% des gewandelten, maximalen, dynamischen, auf die Verstellwelle rückwirkenden Nockenwellendrehmoments aufweisen, da der Energieinhalt der Spitzen des Nockenwellendrehmoments gering ist und das notwendige Haltemoment mehr durch das mittlere Nockenwellenmoment bestimmt ist. Die Verwendung eines Perma- nentmagnet-Rotors hat gegenüber einem Permanentmagnet-Stator den Vorteil, dass der Strom nur in den zylinderkopffesten Stator geleitet werden muss.
Weiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle aufgrund der gewählten Standgetriebeübersetzung i0 bei stehenden Verstellwellen und niedriger Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors vorzugsweise zwischen 30° und 60° Nockenwinkel pro Sekunde liegt. Dabei ist es ohne Belang, ob der VerStellmotor beim Rückstellen der Nockenwelle in ihre Basisposition in eine oder zwei Drehrichtungen verstellt.
Es ist erforderlich, dass in Regelstellung der Nockenwellen die Antriebs-, Abtriebs- und Verstellwellen der Verstellgetriebe mit gleicher Drehzahl umlaufen. Auf diese Weise besteht keine Relativbewegung zwischen der Kurbelwelle und den Nockenwellen.
Als Verstellgetriebe kommen beispielsweise bekannte Exzenter- oder Wellgetriebe oder Taumel- oder Doppelplanetengetriebe in Frage und die Verstellmo- toren werden als übliche bürstenlose Permanentmagnetrotor-Motoren oder als Bürsten bestückte, fremd erregte Gleichstrommotoren ausgebildet.
In Versuchen hat sich ergeben, dass die bisher beschriebenen Maßnahmen noch nicht ausreichend sind, um unter allen Betriebsbedingungen eine Verstellung in die Basisposition zu erreichen. Jedoch hat sich zudem herausgestellt, dass, sofern der Verstellmotor und/oder seine Steuerung ausfallen, die No- ckenwelle mittels einer elektrischen Bremse definiert in die Basis- bzw. Notlaufposition verstellt werden kann.
Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, diese Bremse als zusätzliche Bremswicklung in Spulenform, die von den Windungen der Verstellmotorphasen unabhängig ist, um mindestens einen Statorzahn oder das Joch auszubilden. Diese Lösung ist durch ihre Einfachheit sehr kostengünstig und lässt sich leicht implementieren. Prinzipiell ließe sich aber auch eine Wicklung des elektrischen Versteilmotors nutzen, die im Versagensfall kurzgeschlossen wird. Für eine optimale Bremswirkung sollte die Bremswicklung nicht um das Joch, sondern um einen Statorzahn gewickelt werden, da aufgrund des geringeren Ab- stands zum Rotor der magnetische Fluss und damit das Bremsmoment größer ist.
Durch den sich bei drehendem Versteilmotor ändernden magnetischen Fluss wird in der Bremswicklung eine Spannung induziert, die ihrerseits bei Schließen der Enden bzw. Kurzschließen der Enden einen Strom induziert. Durch die Selbstinduktion der Bremswicklung wirkt eine Kraft auf den Permanentmagnetrotor zurück, die seiner Bewegungsrichtung entgegen gesetzt ist. Dadurch wird der Permanentmagnetrotor verzögert.
Um zu verhindern, dass das Bremsmoment auch während des normalen Betriebs erzeugt wird, wird der Stromkreis der Bremswicklung nur dann geschlossen, wenn keine Stromversorgung des Verstell motors vorliegt. Dieses Schlie- ßen kann entweder durch ein passives Bauelement wie beispielsweise ein Relais oder durch ein aktives Bauelement, beispielsweise einen Transistor, erfolgen. Damit durch den Kurzschluss keine Schäden auftreten, kann der Strom- fluss mittels eines geeigneten Stromreglers begrenzt werden. Gegebenenfalls kann zur gezielten Beeinflussung des Bremsmoments ein aktiver Stromregler verwendet werden, um den Kurzschlussstrom und damit den Bremsvorgang in Abhängigkeit der Drehzahl gezielt zu beeinflussen. In Versuchen hat sich ergeben, dass das Bremsmoment eine Funktion des Gesamtwiderstands, der Induktivität und der Windungszahl der Bremswicklung ist. Die Wahl dieser Größen hängt von der Ausbildung des elektrischen Ver- stellmotors ab.
Mit steigendem Gesamtwiderstand bleibt zwar das maximale Bremsmoment in etwa konstant, es verschiebt sich jedoch zu höheren Drehzahlen. Außerdem wird das Bremsmoment im unteren Drehzahlbereich schwächer und im oberen Drehzahlbereich stärker.
Die Windungszahl sollte möglichst groß gewählt werden, da sich das annährend konstante Maximalmoment mit kleineren Windungszahlen zu höheren Drehzahlen verschiebt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Verstellgetriebes mit einem Versteilmotor, dessen Stator zylinderkopffest ist,
Figur 2: eine schematische Darstellung eines anderen Verstellgetriebes mit einem anderen Verstellmotor, dessen anderer Stator mit umläuft,
Figur 3: einen Ausschnitt des Stators, der zwei vorteilhafte Anordnungen einer als Bremswicklung ausgebildeten Bremse wiedergibt,
Figur 4: einen Schaltplan, aus dem die Ansteuerung eines Relais' zum Schließen eines Stromkreises, der die Bremswicklung enthält, hervorgeht. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren 1 und 2 sind Verstellgetriebe 1 , 1 ' mit elektrischen Verstellmoto- ren 2, 2' dargestellt, die zum Verstellen der Drehwinkellage zwischen der nicht dargestellten Kurbelwelle und der Nockenwelle 3, 3' eines Verbrennungsmotors dienen.
Das Verstellgetriebe 1 , 1 ' ist als Dreiwellengetriebe ausgebildet, mit einer An- triebswelle 4, 4', einer Abtriebswelle 5, 5' und einer Verstellwelle 6, 6'.
Die Antriebswelle 4, 4' ist mit einem Antriebsrad 7, 7' und über dieses mittels eines nicht dargestellten Zahnrades, oder Zahnriemens oder einer Zahnkette mit der Kurbelwelle fest verbunden.
Die Abtriebswelle 5, 5' steht mit der Nockenwelle 3, 3' und die Verstellwelle 6, 6' mit dem Rotor 8, 8' des Verstellmotors 2, 2' in fester Verbindung.
Der Stator 9 des Verstellmotors 2 ist mit dem Zylinderkopf 10 fest verbunden und steht still, der Stator 9' des Verstellmotors 2' ist mit dem Antriebsrad 7' fest verbunden und rotiert wie das Verstellgetriebe 1 mit halber Kurbelwellendrehzahl. Der Stator 9' des Verstellmotors 2' rotiert (siehe Figur 2) mit dessen Rotor 8' mit.
Die Nockenwelle 3, 3' besitzt eine Basis- bzw. Notlaufposition, die für einen sicheren Start und einen eingeschränkten Betrieb erreicht werden muss. Dies gelingt bei intaktem Verstellmotor 2, 2' auch nach einem Abwürgen des Verbrennungsmotors ohne Schwierigkeiten, da der Verstellmotor 2, 2' die Nockenwelle 3, 3' bei stehendem Verbrennungsmotor oder während des erneuten Starts in die Basisposition verstellt. Es muss aber auch bei ausgefallenem VerStellmotor 2, 2' ein erneutes Starten möglich sein, um zumindest eine Werkstatt zu erreichen. Die Verstellgetriebe 1 , 1 ' und deren Standgetriebeübersetzung i0 sind so ausgelegt, dass durch bloßes Festsetzen der Verstellwellen 6, 6' die Nockenwellen 3, 3' beim Anlassen in ihre Basisposition gelangen und der Verbrennungs- motor damit startfähig bleibt.
Bei still stehender Verstellwelle 6, 6' und rechtsdrehender Antriebswelle 4, 4' gilt für die Auslegung von i0:
Bei i0 < 0 liegt ein Minusgetriebe mit Spätverstellung vor; bei 0 < i0 < 1 ein Plus- Getriebe mit Frühverstellung und bei i0 > 1 ein Plusgetriebe mit Spätverstellung.
Das Bremsen der Verstellwelle 6, 6' erfolgt durch eine als Bremswicklung aus- gebildete elektrische Bremse 11 (Figur 3), durch die ein externes Bremsmoment eingebracht wird. Dieses wirkt gleich dem Rastmoment in beide Drehrichtungen der Verstellwelle 6, 6'.
Nach einem „Abwürgen" des Verbrennungsmotors oder nach Ausfall des Ver- Stellmotors 2, 2' kann sich die Nockenwelle 3, 3' in einer Undefinierten Position befinden. Durch das Bremsen der Verstellwelle 6, 6' wird die Nockenwelle 3, 3' beim darauf folgenden Anlassen durch die von dem Anlasser verursachte Drehbewegung der Antriebswelle 4, 4' in ihre Basisposition verstellt, so dass ein Starten möglich ist.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze einer möglichen Anordnung der Bremswicklung 11. Die Bremswicklung 11 ist entweder um das Joch 12 und/oder um mindestens einen der Statorzähne 13, 13' gewickelt. Die Anzahl der Bremswicklungen, und deren Windungszahlen sind an die Gegebenheiten des Verstellmotors 2, 2' angepasst. Durch den sich bei drehendem Verstellmotor 2, 2' ändernden magnetischen Fluss wird in der Bremswicklung 11 eine Spannung induziert, die ihrerseits bei Schließen der Enden bzw. Kurzschließen der Enden einen Kurzschlussstrom liefert. Durch die Selbstinduktion der Bremswicklung 11 wirkt eine Kraft auf den Rotor 8 zurück, die seiner Bewegungsrichtung entgegen gesetzt ist. Dadurch wird der Rotor 8 verzögert.
Figuren 4a und 4b stellen den Stromkreis der Bremswicklung 11 in einem Schaltplan dar. Um zu verhindern, dass ein Bremsmoment der Bremswicklung 11 auch während des normalen Betriebs erzeugt wird, wird der Stromkreis der Bremswicklung 11 nur dann geschlossen, wenn keine Stromversorgung des Verstellmotors 2 vorliegt. Im ersten dargestellten Fall (Figur 4a) ist ein Kurzschlussschalter 14, der beispielsweise als ein Relais oder als Transistor aus- gebildet ist, bestromt, solange der Verstellmotor 2 nicht ausgefallen ist und hält damit den Stromkreis geöffnet, und ist sonst unbestromt. Im zweiten Fall (Figur 4b) ist der Kurzschlussschalter 14' unbestromt und damit der Stromkreis geschlossen. Diese Stellung nimmt er ein, wenn der Verstellmotor 2 oder seine Steuerung ausfallen.
Damit durch den Kurzschluss keine Schäden auftreten, kann der Stromfluss in den Kurzschlussleitungen 16 mittels eines geeigneten Stromreglers 15 begrenzt werden. Dieser kann als Widerstand, aber beispielsweise auch als ein mit Kurzschlussstrom betriebener, elektronischer Stromregler ausgebildet sein.
Zusammenfassend wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer elektrischen Bremse 11 in Verbindung mit dem als Plus- oder Minusgetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe 1,1' die Nockenwelle 3,3' jederzeit, auch bei Ausfall des elektrischen Verstellmotors 2,2', sicher in ihre Basisposition verstellt. Die vorgestellte Lösung ist einfach im Aufbau und daher wenig fehleranfällig; überdies ist sie kostengünstig zu realisieren. Bezugszahlenliste , V Verstellgetriebe, 2' elektrischer Verstellmotor, 3' Nockenwelle, 4' Antriebswelle, 5' Abtriebswelle, 6' Verstellwelle, r Antriebsrad, 8' Rotor, 9' Stator0, 10' Zylinderkopf1 als Bremswicklung ausgebildete elektrische Bremse2 Joch3, 13' Statorzähne4, 14' Ku rzsch I usssch alte r5 Stromregler6 Kurzschlussleitung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Verstellen von Steuerzeiten einer Nockenwelle (3, 3') gegenüber einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe (1, 1 '), das eine mit der Kurbelwelle verbundene Antriebswelle (4, 4'), eine mit der Nockenwelle verbundene Abtriebswelle (5, 5') und eine mit einem elektrischen Verstellmotor (2, 2') verbundene Verstellwelle (6, 6') aufweist, wobei zwischen Antriebs- und Abtriebswelle (4, 4'; 5, 5') bei stillstehender Verstellwelle (6, 6') eine Standgetriebeübersetzung i0 vorliegt, deren Höhe die Getriebegattung (Minus- oder Plusgetriebe) und die Verstellrichtung der Nockenwelle (3, 3') bestimmt, die eine Basis- oder Notlauf- position besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8, 8') als Permanentmagnet ausgebildet ist, dass eine elektrische Bremse (11), die als mindestens eine, von den Motorphasen unabhängige Bremswicklung ausgebildet ist, um einen Statorzahn (13, 13') und/oder um einen Jochabschnitt (12) des elektrischen Verstellmotors (2, 2') angeordnet ist und dass die Standgetriebeübersetzung i0 derart gewählt ist, dass bei Ausfall des Verstellmotors (2, 2') und/oder seiner Steuerung nach Abbremsen der Verstellwelle die Basis- bzw. Notlaufposition der Nockenwelle (3, 3') erreich- und haltbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Spätverstellung der Nockenwelle (3, 3') ein Minusgetriebe mit i0< 0 oder ein Plusgetriebe mit i0 > 1 und für eine Frühverstellung der Nockenwelle (3, 3') ein Plusgetriebe mit 0 < i 0 < 1 vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Bremswicklung ausgebildete elektrische Bremse (11) bei stromlosem Verstellmotor automatisch betätigt und bei arbeitendem elektrischen Verstellmotor (2, 2') automatisch gelöst ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit der Vorrichtung aufgrund der gewählten Standgetriebeübersetzungen i0 bei stehender Verstellweile (6, 6') und niedriger Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors vorzugsweise zwischen 30° und 60° Nockenwellenwinkel pro Sekunde liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Regelstellung der Nockenwelle (3, 3') die Antriebs-, Abtriebs- und Verstellwelle (4, 4'; 5, 5'; 6, 6') des Verstellgetriebes (1 , 1 ') mit gleicher Drehzahl umlaufen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellgetriebe (1 , 1 ') beispielsweise als Exzenter- oder Wellengetriebe oder als Taumel- oder Doppelplanetengetriebe (Minus- oder Plusgetrie- be) und der elektrische Verstellmotor (1, 1 ') als bürstenloser oder bürstenbestückter Gleichstrommotor ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kurzschlussschalter (14, 14') vorgesehen sind, die bei stromlosem Verstell- motor (2, 2') geschlossen und bei bestromtem Verstellmotor (2, 2') geöffnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kurzschlussleitungen (16) ein mit Kurzschlussstrom betriebener Stromregler (15) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromregler (15) als ein Leitungswiderstand ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussschalter (14, 14') bei Überschreiten eines Grenzwertes des Kurzschlussstroms - vorzugsweise mit Hilfe desselben - öffnen und bei Unterschreiten desselben selbsttätig schließen.
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