WO2008089864A1 - Adjusting device for axial adjustment of a camshaft by means of an adjusting actuator - Google Patents

Adjusting device for axial adjustment of a camshaft by means of an adjusting actuator Download PDF

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WO2008089864A1
WO2008089864A1 PCT/EP2007/063270 EP2007063270W WO2008089864A1 WO 2008089864 A1 WO2008089864 A1 WO 2008089864A1 EP 2007063270 W EP2007063270 W EP 2007063270W WO 2008089864 A1 WO2008089864 A1 WO 2008089864A1
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WO
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camshaft
axial
rotor part
spindle
adjusting device
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PCT/EP2007/063270
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Schäfer
Sebastian Zwahr
Original Assignee
Schaeffler Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F01L13/0042—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams being profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • 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

Definitions

  • Adjustment device for the axial adjustment of a camshaft by means of a
  • the present invention relates to an adjusting device for adjusting a shaft, in particular a camshaft of an internal combustion engine, which rotates about a fixed camshaft axis in a housing and the adjustment via an adjustment in the axial direction along the camshaft axis, wherein a Verstellaktuator is provided by means of which axial adjustment via an axial gear in the camshaft can be introduced.
  • the small valve lift at low load causes the opening angle of the intake valve only a fraction of the usual opening angle at full load.
  • an increased negative pressure is formed in the cylinder during the intake stroke, which can be compensated loss-free in the subsequent compression stroke.
  • a high flow velocity prevails in the area of the valve seat due to this high negative pressure, which has the result that the flow has strong turbulences and these turbulences continue into the cylinder.
  • the mixture preparation is significantly improved, especially in Otto direct injection. This can be achieved that unburned hydrocarbons are lowered in the exhaust and the efficiency of the internal combustion engine increases.
  • the resulting higher burning speed causes even at higher loads in spite of the later start of combustion a timely combustion, with higher loads, the charge movement can be intensified by a later opening of the intake valve because of the then prevailing higher negative pressure also. This results in a lower peak pressure, a lower tendency to knock and in particular a lower nitrogen oxide formation, without having to accept consumption disadvantages.
  • the required shift of the opening times and the closing times of the intake valves and possibly also of the exhaust valves can be effected by known, arranged in the drive train between the crankshaft and camshaft phasing.
  • space cam which are arranged on the camshaft and are in operative connection with the valve, the opening and closing times of the valves can be changed, wherein furthermore the space cams in No- Have the longitudinal axis of the ski shaft a slope, so that also the valve lift is variable.
  • a thus formed three-dimensional cam, on which the stroke information is stored, must therefore not only be adjusted in its angular phase with respect to the angular phase of the crankshaft, but additionally requires an axial adjustment in the direction of the camshaft axis.
  • adjusting devices are provided, which are installed either concentric with the camshaft axis or otherwise in the region of the cylinder head in order to effect an axial adjustment of the camshaft.
  • devices are known by means of which the cams on the camshaft itself are adjustable in the axial direction, so that the adjustment causes the same effect as the axial adjustment of the entire camshaft.
  • the device for phase adjustment and for the axial adjustment of the camshaft can be designed individually, with devices are also known, both of which provide adjustment and form a structural unit.
  • an adjusting device for the independent adjustment of the phase and axial position of a shaft, in particular a camshaft of an internal combustion engine is disclosed.
  • a phasenversteller and an axial adjuster is provided which cooperate with the at least one space cam on the camshaft.
  • the adjusting device for axial displacement of the camshaft in the direction of the camshaft axis is designed as an electromechanical actuator.
  • the electromechanical actuator in this case has a high-speed brushless Gleichstromverstellmotor with a housing-fixed stator and a downstream high-setting control gear.
  • the stator is part of an electric motor, which, for example, according to the principle of a worm gear drives a worm wheel by means of a worm, the worm wheel cooperating with an axial gear, so that the high-speed electric motor has a very slow axial Can cause movement within the camshaft.
  • This is done, for example, via a spindle spindle nut arrangement, the spindle nut being designed as a worm wheel or at least in operative connection with the worm wheel.
  • the spindle can perform an axial movement, which transmits the axial adjustment information to the camshaft with the constructive addition of a rotary decoupling.
  • adjusting devices for the axial adjustment of a camshaft
  • an adjusting device which includes an electronic control circuit which processes signals received at its input which are determined by various parameters of the motor.
  • the camshaft is able to move axially with greater distances and, as required, to control the static angular position of the valve-controlling eccentric.
  • the cams also have this an axially internalized profile, so that the axial adjustment of the shaft affects the opening and closing times of the valves, whereby the running of the motor can be changed in the desired manner according to the relevant parameters.
  • the axial adjustment is made possible by means of a gearbox arrangement, which is based on a gear transmission, which interacts with a worm thread.
  • This requires a servomechanism which picks up the output signals of the electronic control and must make an automatic adjustment by means of a motor.
  • This embodiment also has the disadvantage that the adjusting device has only very limited dynamics and has a considerable space requirement. Furthermore, the efficiency is very low, in particular, the tendency to wear between the gear transmission and the servo mechanism must be considered a significant drawback.
  • the patent US 6,474,281 B1 discloses a valve control mechanism for an internal combustion engine, wherein an axial adjustment of the camshaft is provided for controlling the valve lift.
  • the valve control mechanism includes an acceleration / deceleration device having a piston received in and axially slidable within a cylinder, wherein the axial position of the piston is hydraulically controlled and the piston is mechanically coupled to the camshaft, wherein the axial displacement of the piston leads to an axial displacement of the camshaft, and a conversion device is provided, which converts the axial displacement of the piston and the camshaft in a rotational displacement of the camshaft to modify the rotational phase of the camshaft.
  • the invention is therefore based on the object to provide an adjusting device for adjusting a camshaft of an internal combustion engine, which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art and independent of the phase adjustment stepless axial adjustment of the camshaft having a large adjustment dynamics.
  • the invention includes the technical teaching that the Verstellaktuator is formed of a housed in the housing stator and a connected via the axial gear with the camshaft in operative connection rotor part, wherein the rotor part rotates in the camshaft not axially adjusting state in synchronism with this, and wherein the axial displacement of the camshaft by means of a magnetic power coupling from the stator to the rotor part in this torque is introduced, so that a difference in the rotational speed of the rotor part relative to the speed of the camshaft can be generated to provide by means of the axial gear an axial adjustment of the camshaft.
  • the invention relates to a Verstellaktuator, which is initially formed similar to an electric motor of a stator and a rotor part.
  • Rotor part rotates synchronously with the camshaft, the rotor part also with
  • the rotor part is brought into connection with the camshaft in its rotation, wherein the connection takes place via an axial gear.
  • the stator of the Verstellaktuators for example, be arranged rotationally within the housing, wherein the housing is introduced, for example, by the cylinder head of the internal combustion engine or a housing of the adjusting device itself. Therefore, the stator does not rotate with, and forms the electromagnetic opposite pole to the rotor part.
  • the stator part or the rotor part has an electrical winding, which can be energized in order to generate a corresponding magnetic field. The magnetic field acts on the rotor part, and causes a torque in the rotor part.
  • the rotor part rotates in the case of the coaxial arrangement with the camshaft with camshaft speed. If the rotor part is decelerated or accelerated, ie, the rotational speed of the rotor part is either increased or decreased in relation to the rotational speed of the camshaft, an adjustment is produced in the axial gear, which in turn makes it possible to change the axial position of the camshaft. Therefore, according to the invention, an arrangement is created which causes an adjustment of the axial gear only by an electromagnetic force acting on the rotor part, without requiring a rotary decoupling.
  • the rotary decoupling takes place in the sense of the present invention by the separation of the adjusting actuator into a stator part and in a rotor part, wherein the coupling is generated only by a magnetic flux of force.
  • a magnetic field can be generated by the energization, which acts on the rotor part such that it is delayed from the basic speed of the camshaft. This causes an axial adjustment of the camshaft in a first direction. If a magnetic field in the stator part is caused by a special energization of the stator part, which accelerates the rotor part in relation to the camshaft rotational speed, an axial movement in the camshaft against the first direction of movement is produced via the axial gear.
  • the stator part is formed like a hollow cylinder and coaxial with the rotor part and the stator part radially surrounds the rotor part, so that the Verstellaktuator is designed in the manner of a radial flux motor.
  • the electric motor is characterized in that the rotor rotates in the low or not energized state to obtain the position of the stator always in synchronism with the camshaft speed.
  • the stator and the rotor part are formed like a disk and arranged plane-parallel to each other, so that the Verstellaktua- tor is designed in the manner of an axial flux.
  • a first faceplate with a second faceplate are opposite, the first faceplate forming the stator part and the second faceplate forming the rotor part.
  • magnetic coils are radially arranged in the stator part on the circumference, which cause a rotating magnetic field by a special energization, a torque can be transmitted to the rotor part, wherein the rotor part can have, for example, circumferentially arranged permanent magnets.
  • the design of an axial flow motor is provided, which is particularly preferable when a limited axial space is available, whereas the radial flux motor can be provided when a limited radial space is available.
  • the axial gear in the form of a spindle gear is formed, wherein the spindle gear comprises a spindle on which a spindle nut is movable.
  • the spindle-spindle nut principle can be abstracted in the sense of the present invention to the effect that the pitch of the spindle thread is greatly increased and rolling elements can be arranged as a means for transmitting power between the spindle nut and the spindle. These can run entlag a helical path, so that small rotations of the spindle relative to the spindle nut already enable greater axial displacements of the camshaft.
  • the pitch of the spindle thread is chosen to be very small, so that, similar to a fine thread, a large number of revolutions are necessary in order to produce a specific axial adjustment path of the camshaft.
  • the design of the axial gear in the context of the present invention is not limited to the principle of the spindle-Spindelmutter- arrangement, because it is also any further design conceivable to the To make rotational speed difference between the rotor part and the camshaft usable to move the camshaft axially.
  • the Verstellaktuator is arranged axially to the camshaft axis, wherein the spindle is rotationally connected to the camshaft and the spindle nut is formed with the rotor part as a rotational body, the rotor part and the spindle nut not only coaxial and rotationally fixed to each other are arranged, but the spindle nut forms the rotor part itself.
  • the Verstellaktuator and the axial gear are arranged concentrically to each other on a common adjustment axis, wherein the adjustment axis is arranged parallel spaced from the camshaft axis.
  • the adjusting actuator may comprise the stator part and at least the rotor part, wherein the axial gear comprises at least the spindle and the spindle nut, wherein all components are arranged concentrically to each other on the Verstellachse.
  • the Verstellaktuator and the axial gear are not arranged concentrically to the camshaft in the cylinder head, but can be installed parallel to the camshaft.
  • a transmission means is provided, which ensures a high degree of flexibility with respect to the installation variants.
  • the principle of the adjustment is to create a speed difference between the rotational movement of the rotor part and the rotational movement of the camshaft in response to the desired axial adjustment of the camshaft, the rotor part by means of the magnetic power coupling through the stator to a higher or lower speed than the camshaft speed accelerated or delayed ,
  • the rotor part can even go to zero be braked or take an opposite direction of rotation to cause a particularly rapid adjustment of the camshaft.
  • An advantageous constructional implementation of the adjusting actuator can be to form it in the manner of a brushless DC motor, a roller, a bell or a pancake motor.
  • This can be configured as a high-revving and low-wear engine, since it must constantly rotate during operation of the internal combustion engine.
  • a control or regulation is necessary, into which the information of the changing engine speed also flows. If the speed of the crankshaft is increased without a change in the axial position of the camshaft is desired, so no speed difference between the rotor part and the camshaft should occur.
  • the camshaft is prestressed in the axial direction by means of a spring element in order to bring the camshaft into a defined axial position without force being applied by the adjusting actuator.
  • a phaser may be provided, which is disposed on the camshaft opposite to the adjusting actuator at the end.
  • the spring element may be designed as a helical compression spring, which biases the camshaft against the axial slope of the space cam to counteract the Axialkraftkomponente, which arises in the power flow between the camshaft and the Abgriffselement, and compensate for the sum of Axialkraftkomponenten all cams.
  • the helical compression spring can be arranged so that it is supported against a collar on the camshaft and co-rotates with the rotation of the camshaft. Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.
  • Figure 1 is a schematic representation of the adjusting device with a Verstellakturator, which is designed as a radial flux motor;
  • Figure 2 is a schematic representation of the adjusting device with a
  • Figure 3 is a schematic representation of the axial gear, which is arranged between the Verstellaktuator and the camshaft;
  • Figure 4 shows a further embodiment of the axial gear between the
  • Figure 5 shows an arrangement of the Verstellaktuators and the axial gear in a parallel arrangement to the camshaft.
  • the adjusting device 1 shown in Figure 1 is shown schematically and abstracted in a side view.
  • the adjusting device 1 acts for axial adjustment on a camshaft 2, which is rotatably mounted, for example, in a cylinder head of an internal combustion engine or in a camshaft housing, wherein the housing is shown schematically and is provided with the reference numeral 3.
  • the adjusting device 1 extends concentrically around the camshaft axis 4, wherein the Verstellaktuator is formed from the stator 6 and from the rotor part 7.
  • the stator part 6 is fixed in the housing 3 ordered, wherein the rotor part 7 is rotatably connected to the camshaft axis 4 with the input side of the axial gear 5.
  • the rotational movement is represented by a corresponding arrow.
  • the axial gear 5 allows an axial adjustment of the camshaft 2, which is represented by a double arrow. If the rotational speed of the rotor part 7 is changed with respect to the rotational speed of the camshaft 2, the axial position of the camshaft 2 changes. Therefore, the axial gear 5 converts a rotational speed difference between the input shaft on which the rotor part 7 is arranged and the camshaft 2 into an axial displacement the camshaft 2 um.
  • the introduction of the speed difference takes place via an energization of the stator 6, so that via an electromagnetic power coupling to the rotor part 7, a torque is introduced. If the stator part is not energized, the rotor part 7 rotates only with the camshaft speed 2. Axial fixations or axial bearings of the rotor part 7 and the axial gear 5 are not shown due to the simplified representation.
  • the camshaft drive wheel 14 On the right side in the image plane, the camshaft drive wheel 14 is shown, which is driven by means of the crankshaft and initiates the rotational movement in the camshaft 2.
  • the camshaft drive gear 14 is connected to an axial decoupler 15 so that the camshaft drive gear 14 can assume an axially fixed position and the camshaft 2 can move axially or rotationally relative to the camshaft drive gear 14.
  • a phaser can be installed within the axial decoupler 15 in conjunction with the camshaft drive wheel.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the adjusting device 1, wherein the Verstellaktuator is formed of a stator 6 and a rotor part 7, which are designed in terms of their design as Axialpoundmotor.
  • the stator part 6 is arranged resting in the housing 3, and comprises a winding which can be energized. If the winding of the stator 6 is energized, so is applied via an electromagnetic power coupling in the axial direction of the rotor 7 with a torque.
  • both the stator 6 and the rotor part 7 are designed like a disk, so that a total of the direction of extension of the camshaft axis 4 is a very short design.
  • Figure 2 shows a spring element 13, which is designed as a helical compression spring.
  • the spring member 13 exerts a pressing force between the axial decoupler 15 and the camshaft 2, so that the camshaft 2 is biased in an axial direction.
  • the axial force introduced by the spring element causes the camshaft 2 to be biased in the direction counteracting the axial force component of the space cams, which arises when the space cams cooperate with a tapping element.
  • a force component is created in the axial direction, which can be compensated by means of the spring element 13 in such a way that the camshaft 2 is arranged essentially free of axial force in the rest state.
  • FIG 3 shows an embodiment of the axial gear 5, which is arranged between the Verstellaktuator, consisting of the stator 6 and the rotor part 7 and the camshaft 2.
  • the axial gear 5 comprises a spindle 8 and a spindle nut 9, wherein both the camshaft 2, the spindle 8, the spindle nut 9 and the Verstellaktuator are each arranged concentrically on the camshaft axis 4.
  • the spindle 8 has a spindle thread, onto which the spindle nut 9 is screwed, the spindle nut 9 being axially and rotationally connected to the camshaft 2.
  • the coupling of the spindle nut 9 with the spindle 8 causes an axial adjustment of the spindle nut 9 via the thread, wherein the axial adjustment in FIG the camshaft 2 is transferred.
  • the difference in the speed of the spindle 8 to the speed of the spindle nut 9 is generated by the spindle 8 is rotationally connected to the rotor part 7, which rotates within the stator 6. If a torque is introduced via the stator part onto the rotor part 7, then the torque continues into the spindle 8, so that the adjustment can be effected.
  • Figure 4 shows another embodiment of the axial gear 5, wherein according to this embodiment, the spindle 8 is axially and rotationally connected to the camshaft 2 in connection. Furthermore, the spindle nut 9 is connected to the rotor part 7 in an axial and rotationally fixed manner, so that a total of one rotary body 10 is formed, which rotates within the stator part 6.
  • the axial adjustment of the camshaft 2 takes place in the same way as already described above. Therefore, in the rotary body 10 by means of energization of the stator 6, a torque can be introduced, so that the spindle nut 9 is adjusted on the thread of the spindle 8 and the axial adjustment of the camshaft 2 is caused.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the arrangement of the adjusting actuator relative to the camshaft 2. While the camshaft 2 rotates about the camshaft axis 4, the adjusting actuator with the stator part 6 and the rotor part 7 is arranged on a phaser axis 11. Coaxial with the arrangement of the stator 6 and the rotor part 7 is also the axial gear, comprising the spindle 8 and the spindle nut 9 is arranged. The axial movement of the spindle nut 9 is transmitted to the camshaft 2 by means of a transmission means 12. Changes the speed of the spindle 8 relative to the rotational speed of the spindle nut 9, so this moves on the spindle 8 in the direction of the adjuster axis 11.
  • a gear stage 16 serves to drive the axial gear formed from the spindle 8 and the spindle nut 9, so that the rotor part 7 can co-rotate.
  • the present invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.

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Abstract

The invention relates to an adjusting device (1) for adjusting a shaft, particularly a camshaft (2) of an internal combustion engine, which rotates about a camshaft axis (4) that is fixedly arranged in a housing (3), the adjustment being effected via an adjusting path in the axial direction along the camshaft axis (4). According to the invention, an adjusting actuator is provided by means of which the axial adjustment can be introduced via an axial gearing (5) into the camshaft (2), the adjusting actuator being formed by a stator part (6) which is accommodated in the housing (3) and a rotor part (7) which is in operative connection with the camshaft (2) via the axial gearing (5). The rotor part (7) is in synchronous rotation with the camshaft (2) when the latter is not in an axially adjustable state. In order to axially adjust the camshaft (2) by means of a magnetic force coupling from the stator part (6) to the rotor part (7), a torque can be introduced into the rotor part (7) such that a difference between the rotational speed of the rotor part (7) and the rotational speed of the camshaft (2) can be produced, thereby providing an axial adjustment of the camshaft (2) by means of the axial gearing (5).

Description

Verstellvorrichtung zur axialen Verstellung einer Nockenwelle mittels eines Adjustment device for the axial adjustment of a camshaft by means of a
VerstellaktuatorsVerstellaktuators
Beschreibungdescription
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Welle, insbesondere eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, welche um eine in einem Gehäuse fest angeordnete Nockenwellenachse rotiert und die Verstellung über einen Verstellweg in axialer Richtung entlang der Nockenwellenachse erfolgt, wobei ein Verstellaktuator vorgesehen ist, mittels dessen die axiale Verstellung über ein Axialgetriebe in die Nockenwelle einleitbar ist.The present invention relates to an adjusting device for adjusting a shaft, in particular a camshaft of an internal combustion engine, which rotates about a fixed camshaft axis in a housing and the adjustment via an adjustment in the axial direction along the camshaft axis, wherein a Verstellaktuator is provided by means of which axial adjustment via an axial gear in the camshaft can be introduced.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Brennkraftmaschinen werden häufig mittels einer Quantitätssteuereinrichtung lastabhängig angesteuert, so dass in Abhängigkeit der geforderten Last eine Änderung der gemischten Menge hervorgerufen wird. Dies erfolgt mittels einer unterschiedlichen Drosselstellung einer Drosselklappe innerhalb der Quantitätssteuereinrichtung, welche innerhalb des Ansaugbereichs der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Drosselregelung ist dabei mit dem Nachteil behaftet, dass diese einen Drosselverlust aufweist, der mit abnehmendem Drosselquerschnitt innerhalb der Quantitätssteuereinrichtung mit sinkender Last ansteigt. Dieser Verlust kann durch eine drosselfreie Laststeuerung jedoch vermieden werden. Hierfür existieren alternative Einrichtungen zur Laststeuerung, welche nicht auf einer Drosselklappe basieren, die einen unterschiedlichen Drosselquerschnitt innerhalb des Ansaugtraktes bewirken. Die Laststeuerung erfolgt über Einlassventile mit einem variablen Hub und entsprechend gesteuertem Zeitquerschnitt. Ein großer Ventilhub entspricht dabei einer hohen Last, wohingegen ein kleiner Ventilhub lediglich eine kleine Last durch die Brennkraftmaschine bereitstellt.Internal combustion engines are frequently controlled as a function of load by means of a quantity control device, so that a change in the mixed quantity is produced as a function of the required load. This is done by means of a different throttle position of a throttle valve within the quantity control device, which is arranged within the intake of the internal combustion engine. The throttle control is associated with the disadvantage that it has a throttle loss, which increases with decreasing throttle area within the quantity control device with decreasing load. However, this loss can be avoided by a throttle-free load control. For this purpose, there are alternative devices for load control, which are not based on a throttle flap, which cause a different throttle area within the intake tract. The load control takes place via inlet valves with a variable stroke and correspondingly controlled time cross section. A large valve lift corresponds to a high load, whereas a small valve lift provides only a small load by the internal combustion engine.
Der kleine Ventilhub bei Niedriglast bewirkt, dass der Öffnungswinkel des Einlassventils nur dann einen Bruchteil des bei Volllast üblichen Öffnungswinkels ausmacht. Dadurch bildet sich während des Einlasstaktes ein erhöhter Unterdruck im Zylinder, der im darauffolgenden Kompressionstakt verlustfrei ausge- glichen werden kann. Während der Öffnungsdauer der Einlassventile herrscht dabei aufgrund dieses hohen Unterdrucks im Bereich des Ventilsitzes eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, welche zur Folge hat, dass die Strömung starke Turbulenzen aufweist, und sich diese Turbulenzen in den Zylinder fortsetzen. Dadurch wird die Gemischaufbereitung insbesondere bei ottomotori- scher Direkteinspritzung deutlich verbessert. Damit kann erreicht werden, dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas gesenkt werden und der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine steigt.The small valve lift at low load causes the opening angle of the intake valve only a fraction of the usual opening angle at full load. As a result, an increased negative pressure is formed in the cylinder during the intake stroke, which can be compensated loss-free in the subsequent compression stroke. During the opening period of the intake valves, a high flow velocity prevails in the area of the valve seat due to this high negative pressure, which has the result that the flow has strong turbulences and these turbulences continue into the cylinder. As a result, the mixture preparation is significantly improved, especially in Otto direct injection. This can be achieved that unburned hydrocarbons are lowered in the exhaust and the efficiency of the internal combustion engine increases.
Die dadurch bedingte höhere Brenngeschwindigkeit bewirkt auch bei höheren Lasten trotz des späteren Brennbeginns ein rechtzeitiges Brennende, wobei bei höheren Lasten die Ladungsbewegung durch ein späteres Öffnen des Einlassventils wegen des dann herrschenden höheren Unterdrucks ebenfalls intensiviert werden kann. Damit ergibt sich ein niedrigerer Spitzendruck, eine geringere Klopfneigung und insbesondere eine geringere Stickoxidbildung, ohne Verbrauchsnachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die hierfür erforderliche Verschiebung der Öffnungszeiten und der Schließzeiten der Einlassventile und ggf. auch der Auslassventile lassen sich durch bekannte, im Antriebsstrang zwischen Kurbel- und Nockenwelle angeordnete Phasenversteller bewirken.The resulting higher burning speed causes even at higher loads in spite of the later start of combustion a timely combustion, with higher loads, the charge movement can be intensified by a later opening of the intake valve because of the then prevailing higher negative pressure also. This results in a lower peak pressure, a lower tendency to knock and in particular a lower nitrogen oxide formation, without having to accept consumption disadvantages. The required shift of the opening times and the closing times of the intake valves and possibly also of the exhaust valves can be effected by known, arranged in the drive train between the crankshaft and camshaft phasing.
Jedoch lassen sich über sogenannte Raumnocken, welche auf der Nockenwelle angeordnet sind und mit dem Ventil in Wirkverbindung stehen, die Öffnungsund Schließzeiten der Ventile verändern, wobei ferner die Raumnocken in No- ckenwellenlängsachse eine Steigung aufweisen, so dass ebenfalls der Ventilhub veränderbar ist. Ein so ausgebildeter dreidimensionaler Nocken, auf dem die Hubinformation abgelegt ist, muss daher nicht nur in seiner Winkelphase gegenüber der Winkelphase der Kurbelwelle verstellt werden, sondern erfor- dert zusätzlich eine axiale Verstellung in Richtung der Nockenwellenachse.However, so-called space cam, which are arranged on the camshaft and are in operative connection with the valve, the opening and closing times of the valves can be changed, wherein furthermore the space cams in No- Have the longitudinal axis of the ski shaft a slope, so that also the valve lift is variable. A thus formed three-dimensional cam, on which the stroke information is stored, must therefore not only be adjusted in its angular phase with respect to the angular phase of the crankshaft, but additionally requires an axial adjustment in the direction of the camshaft axis.
Dazu sind Verstellvorrichtungen vorgesehen, welche entweder konzentrisch zur Nockenwellenachse oder in sonstiger Weise im Bereich des Zylinderkopfes eingebaut sind, um eine axiale Verstellung der Nockenwelle zu bewirken. Fer- ner sind Vorrichtungen bekannt, mittels derer die Nocken auf der Nockenwelle selbst in Axialrichtung verstellbar sind, so dass die Verstellung den gleichen Effekt hervorruft, wie die axiale Verstellung der gesamten Nockenwelle. Die Vorrichtung zur Phasenverstellung sowie zur Axialverstellung der Nockenwelle können einzeln ausgeführt sein, wobei auch Vorrichtungen bekannt sind, wel- che beide Verstellmöglichkeiten bieten und eine bauliche Einheit bilden.For this purpose, adjusting devices are provided, which are installed either concentric with the camshaft axis or otherwise in the region of the cylinder head in order to effect an axial adjustment of the camshaft. Furthermore, devices are known by means of which the cams on the camshaft itself are adjustable in the axial direction, so that the adjustment causes the same effect as the axial adjustment of the entire camshaft. The device for phase adjustment and for the axial adjustment of the camshaft can be designed individually, with devices are also known, both of which provide adjustment and form a structural unit.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift DE 103 30 871 A1 ist eine Verstellvorrichtung zur unabhängigen Verstellung der Phasen- und Axiallage einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine offenbart. Hierin ist ein Pha- senversteller sowie ein Axialversteller vorgesehen, welche mit dem wenigstens einen Raumnocken auf der Nockenwelle zusammenwirken. Damit ist eine Variation des Ventilhubes möglich, wobei die Verstellvorrichtung zur axialen Ver- Stellung der Nockenwelle in Richtung der Nockenwelleachse als ein elektrome- chanischer Steller ausgebildet ist. Der elektromechanische Steller weist dabei einen hochdrehenden bürstenlosen Gleichstromverstellmotor mit einem gehäusefesten Stator und einem nachgeschalteten hochuntersetzenden Stellgetriebe auf. Der Stator ist Bestandteil eines Elektromotors, welcher beispielsweise nach dem Prinzip eines Schneckenradgetriebes ein Schneckenrad mittels einer Schnecke antreibt, wobei das Schneckenrad mit einem Axialgetriebe zusammenwirkt, so dass der hochdrehende Elektromotor eine sehr langsame axiale Bewegung innerhalb der Nockenwelle hervorrufen kann. Dies geschieht beispielsweise über eine Spindel-Spindelmutteranordnung, wobei die Spindelmut- ter als Schneckenrad oder zumindest in Wirkverbindung mit dem Schneckenrad ausgebildet ist. Innerhalb der Spindelmutter kann die Spindel eine Axial- bewegung ausführen, welche unter konstruktiver Hinzunahme einer rotatorischen Entkopplung die axiale Verstellinformation auf die Nockenwelle überträgt.From the published patent application DE 103 30 871 A1 an adjusting device for the independent adjustment of the phase and axial position of a shaft, in particular a camshaft of an internal combustion engine is disclosed. Herein, a phasenversteller and an axial adjuster is provided which cooperate with the at least one space cam on the camshaft. Thus, a variation of the valve lift is possible, wherein the adjusting device for axial displacement of the camshaft in the direction of the camshaft axis is designed as an electromechanical actuator. The electromechanical actuator in this case has a high-speed brushless Gleichstromverstellmotor with a housing-fixed stator and a downstream high-setting control gear. The stator is part of an electric motor, which, for example, according to the principle of a worm gear drives a worm wheel by means of a worm, the worm wheel cooperating with an axial gear, so that the high-speed electric motor has a very slow axial Can cause movement within the camshaft. This is done, for example, via a spindle spindle nut arrangement, the spindle nut being designed as a worm wheel or at least in operative connection with the worm wheel. Within the spindle nut, the spindle can perform an axial movement, which transmits the axial adjustment information to the camshaft with the constructive addition of a rotary decoupling.
Damit sich die Spindel nicht mitdreht ist ein Führungsstift vorgesehen, welcher wiederum in einem Langloch innerhalb der Spindel angeordnet werden muss. Diese Ausführung ist sehr aufwendig, da eine Vielzahl von konstruktiven Ausgestaltungen erforderlich ist, um die Drehbewegung des hochdrehenden Elektromotors auf die langsame axiale Verstellbewegung der Nockenwelle zu übertragen. Insbesondere ist eine rotatothsche Entkopplung notwendig, welche beispielsweise als Wälzlagerung ausgeführt werden muss. Auch bei einem sehr hochdrehenden Elektromotor ist die Verstelldynamik der Nockenwellenverstellung stark begrenzt, da im gesamten Getriebestrang eine hohe Untersetzung erforderlich ist. Aufgrund der Vielzahl an reibbehafteten Komponenten ist zusätzlich der Wirkungsgrad stark begrenzt, wobei die Anordnung einen erheblichen Platzbedarf aufweist, da der Elektromotor mit dem Schneckenradgetriebe insgesamt mindestens zwei Wellen benötigt, welche 90° zueinander angeordnet werden müssen. Auch hierdurch erhöht sich der Platzbedarf erneut.So that the spindle does not rotate with a guide pin is provided, which in turn must be arranged in a slot within the spindle. This embodiment is very expensive, since a variety of structural configurations is required to transmit the rotational movement of the high-speed electric motor to the slow axial displacement movement of the camshaft. In particular, a Rotatothsche decoupling is necessary, which must be performed, for example, as roller bearings. Even with a very high-speed electric motor the Verstelldynamik the camshaft adjustment is severely limited, as in the entire gear train, a high reduction ratio is required. Due to the large number of frictional components, the efficiency is additionally severely limited, the arrangement requiring considerable space, since the electric motor with the worm gear requires a total of at least two shafts which must be arranged at 90 ° to one another. This also increases the space required again.
Weitere bekannte Ausführungen von Verstellvorrichtungen zur axialen Verstellung einer Nockenwelle sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 35 36 742 A1 bekannt. Hierin ist eine Verstellvorrichtung offenbart, welche eine elektronische Steuerschaltung umfasst, die an ihrem Eingang erhaltene Signale verarbeitet, die von verschiedenen Parametern des Motors bestimmt werden. Die Nockenwelle ist dabei in der Lage, sich mit größeren Wegen axial zu verschieben und je nach Erfordernis ist, um die statische Winkelstellung der die Ventil steuernden Excenter zu kontrollieren. Die Nocken besitzen dabei ferner ein axial verinnerlichtes Profil, so dass die axiale Verstellung der Welle die Öffnungs- und Verschlusszeiten der Ventile beeinflusst, wodurch der Lauf des Motors entsprechend den betreffenden Parametern in der gewünschten Weise verändert werden kann. Die axiale Verstellung wird dabei mittels einer Getrie- beanordnung ermöglicht, welche auf einem Zahnradgetriebe basiert, das mit einem Schneckengewinde zusammenwirkt. Dafür ist ein Servomechanismus erforderlich, der die Ausgangssignale der elektronischen Steuerung aufnimmt, und eine automatische Verstellung mittels eines Motors vornehmen muss. Auch diese Ausführung ist mit dem Nachteil behaftet, dass die Verstellvorrichtung eine nur sehr begrenzte Dynamik aufweist, und einen erheblichen Platzbedarf hat. Ferner ist der Wirkungsgrad sehr gering, wobei insbesondere die Verschleißneigung zwischen dem Zahnradgetriebe und dem Servomechanismus als erheblicher Nachteil gewertet werden muss.Other known versions of adjusting devices for the axial adjustment of a camshaft are known, for example from the published patent application DE 35 36 742 A1. Disclosed herein is an adjusting device which includes an electronic control circuit which processes signals received at its input which are determined by various parameters of the motor. The camshaft is able to move axially with greater distances and, as required, to control the static angular position of the valve-controlling eccentric. The cams also have this an axially internalized profile, so that the axial adjustment of the shaft affects the opening and closing times of the valves, whereby the running of the motor can be changed in the desired manner according to the relevant parameters. The axial adjustment is made possible by means of a gearbox arrangement, which is based on a gear transmission, which interacts with a worm thread. This requires a servomechanism which picks up the output signals of the electronic control and must make an automatic adjustment by means of a motor. This embodiment also has the disadvantage that the adjusting device has only very limited dynamics and has a considerable space requirement. Furthermore, the efficiency is very low, in particular, the tendency to wear between the gear transmission and the servo mechanism must be considered a significant drawback.
Die Patentschrift US 6,474,281 B1 offenbart einen Ventilsteuermechanismus für eine Brennkraftmaschine, wobei zur Steuerung des Ventilhubes eine axiale Verstellung der Nockenwelle vorgesehen ist. Der Ventilsteuermechanismus umfasst eine Beschleunigungs- /und Verlangsamungseinrichtung mit einem Kolben, der in einem Zylinder aufgenommen und in diesem axial verschiebbar ist, wobei die axiale Position des Kolbens hydraulisch gesteuert wird und der Kolben mechanisch mit der Nockenwelle gekoppelt ist, wobei die axiale Verschiebung des Kolbens zu einer axialen Verschiebung der Nockenwelle führt, und eine Umsetzungseinrichtung vorgesehen ist, die die axiale Verschiebung des Kolbens und der Nockenwelle in eine Rotationsverschiebung der Nocken- welle umsetzt, um die Rotationsphase der Nockenwelle zu modifizieren. Damit wird zwar eine Phasenverstellung erreicht, welche mit der axialen Verstellung der Nockenwelle zusammenwirkt, jedoch ist das Maß der Phasenverstellung mit dem Maß der Axialverstellung der Nockenwelle über die Umsetzungseinrichtung vorgegeben, da diese nicht variabel ausgebildet ist. Damit ergibt sich der Nachteil, dass die Phasenverstellung der Nockenwelle nicht unabhängig von der axialen Verstellung der Nockenwelle erzeugt werden kann, so dass die Möglichkeiten der Variation der Ventilsteuerung dadurch stark eingeschränkt sind.The patent US 6,474,281 B1 discloses a valve control mechanism for an internal combustion engine, wherein an axial adjustment of the camshaft is provided for controlling the valve lift. The valve control mechanism includes an acceleration / deceleration device having a piston received in and axially slidable within a cylinder, wherein the axial position of the piston is hydraulically controlled and the piston is mechanically coupled to the camshaft, wherein the axial displacement of the piston leads to an axial displacement of the camshaft, and a conversion device is provided, which converts the axial displacement of the piston and the camshaft in a rotational displacement of the camshaft to modify the rotational phase of the camshaft. Thus, although a phase adjustment is achieved, which cooperates with the axial adjustment of the camshaft, however, the degree of phase adjustment with the extent of the axial adjustment of the camshaft on the conversion device is predetermined, since this is not variably formed. This has the disadvantage that the phase adjustment of the camshaft can not be generated independently of the axial displacement of the camshaft, so that the Possibilities of variation of the valve control are severely limited.
Aufgabenstellungtask
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Verstellvorrichtung zur Verstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche die voran genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine von der Phasenverstellung unabhängige stufenlose Axialverstellung der No- ckenwelle mit einer großen Verstelldynamik aufweist.The invention is therefore based on the object to provide an adjusting device for adjusting a camshaft of an internal combustion engine, which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art and independent of the phase adjustment stepless axial adjustment of the camshaft having a large adjustment dynamics.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Verstellvorrichtung gemäß dem O- berbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of an adjusting device according to the term of claim 1 in conjunction with its characterizing features. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Verstellaktuator aus einem im Gehäuse aufgenommenen Statorteil und einem über das Axialgetriebe mit der Nockenwelle in Wirkverbindung gebrachten Rotorteil gebildet ist, wobei der Rotorteil im die Nockenwelle nicht axial verstellenden Zustand synchron mit dieser rotiert, und wobei zur axialen Verstellung der Nockenwelle mittels einer magnetischen Kraftkopplung vom Statorteil auf den Rotorteil in diesen ein Drehmoment einleitbar ist, so dass eine Differenz der Drehzahl des Rotorteils relativ zur Drehzahl der Nockenwelle erzeugbar ist, um mittels des Axialgetriebes eine axiale Verstellung der Nockenwelle zu schaffen.The invention includes the technical teaching that the Verstellaktuator is formed of a housed in the housing stator and a connected via the axial gear with the camshaft in operative connection rotor part, wherein the rotor part rotates in the camshaft not axially adjusting state in synchronism with this, and wherein the axial displacement of the camshaft by means of a magnetic power coupling from the stator to the rotor part in this torque is introduced, so that a difference in the rotational speed of the rotor part relative to the speed of the camshaft can be generated to provide by means of the axial gear an axial adjustment of the camshaft.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstellaktuator, welcher zunächst ähnlich einem Elektromotor aus einem Statorteil und einem Rotorteil gebildet ist. DerThe invention relates to a Verstellaktuator, which is initially formed similar to an electric motor of a stator and a rotor part. Of the
Rotorteil rotiert synchron mit der Nockenwelle, wobei der Rotorteil auch mitRotor part rotates synchronously with the camshaft, the rotor part also with
Nockenwellendrehzahl selbst oder, im Falle einer zwischengeschalteten Ge- triebestufe, wenigstens proportional zur Drehzahl der Nockenwelle rotiert. Somit ist der Rotorteil mit der Nockenwelle in seiner Rotation in Verbindung gebracht, wobei die Verbindung über ein Axialgetriebe erfolgt. Der Statorteil des Verstellaktuators kann beispielsweise innerhalb des Gehäuses verdrehfest angeordnet sein, wobei das Gehäuse beispielsweise durch den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder ein Gehäuse der Verstellvorrichtung selbst eingebracht ist. Der Statorteil rotiert daher nicht mit, und bildet den elektromagnetischen Gegenpol zum Rotorteil. Der Statorteil oder der Rotorteil weist eine elektrische Wicklung auf, welche bestromt werden kann, um ein entsprechen- des Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld wirkt dabei auf den Rotorteil ein, und bewirkt ein Drehmoment im Rotorteil.Camshaft speed itself or, in the case of an intermediate drive stage, at least proportional to the speed of the camshaft rotates. Thus, the rotor part is brought into connection with the camshaft in its rotation, wherein the connection takes place via an axial gear. The stator of the Verstellaktuators, for example, be arranged rotationally within the housing, wherein the housing is introduced, for example, by the cylinder head of the internal combustion engine or a housing of the adjusting device itself. Therefore, the stator does not rotate with, and forms the electromagnetic opposite pole to the rotor part. The stator part or the rotor part has an electrical winding, which can be energized in order to generate a corresponding magnetic field. The magnetic field acts on the rotor part, and causes a torque in the rotor part.
Für selbsthemmende Gewinde erfolgt im gering oder im nicht bestromten Zustand des Statorteils keine Änderung der axialen Position der Nockenwelle. Ist das Gewinde im Axialgetriebe nicht selbsthemmend, so erfolgt eine geregelte Bestromung des Statorteils, um für jeden Betriebszustand die erforderliche Position im Axialgetriebe aufrecht zu erhalten oder entsprechend zu ändern, da ein Gegendrehmoment erforderlich ist. Ist der Rotorteil koaxial zur Nockenwelle ausgebildet, so befindet sich lediglich das Axialgetriebe zwischen dem Rotorteil und der Nockenwelle. Im Ruhezustand, wenn der Statorteil nicht bestromt wird, wirken keine elektromagnetischen Kräfte auf den Rotorteil, so dass die Nockenwelle die Drehbewegung über das Axialgetriebe direkt auf den Rotorteil überträgt. Damit rotiert der Rotorteil im Falle der koaxialen Anordnung mit der Nockenwelle mit Nockenwellendrehzahl. Wird der Rotorteil verzögert oder be- schleunigt, d.h., wird die Drehzahl des Rotorteils gegenüber der Drehzahl der Nockenwelle entweder erhöht oder verringert, so wird im Axialgetriebe eine Verstellung hervorgerufen, welche wiederum eine Änderung der axialen Position der Nockenwelle ermöglicht. Daher entsteht erfindungsgemäß eine Anordnung, welche lediglich durch eine elektromagnetische Krafteinwirkung auf den Rotorteil eine Verstellung des Axialgetriebes hervorruft, ohne eine rotatorische Entkopplung zu benötigen. Die rotatorische Entkopplung erfolgt im Sinne der vorliegenden Erfindung durch die Trennung des Stellaktuators in einen Stator- teil und in einen Rotorteil, wobei die Kopplung lediglich über einen magnetischen Kraftfluss erzeugt wird.For self-locking thread occurs in the low or non-energized state of the stator no change in the axial position of the camshaft. If the thread in the axial gear is not self-locking, then there is a regulated energization of the stator to maintain the required position in the axial gear for each operating condition or to change accordingly, since a counter torque is required. If the rotor part is formed coaxially with the camshaft, then only the axial gearbox is located between the rotor part and the camshaft. In the idle state, when the stator is not energized, no electromagnetic forces act on the rotor part, so that the camshaft transmits the rotational movement via the axial gear directly to the rotor part. Thus, the rotor part rotates in the case of the coaxial arrangement with the camshaft with camshaft speed. If the rotor part is decelerated or accelerated, ie, the rotational speed of the rotor part is either increased or decreased in relation to the rotational speed of the camshaft, an adjustment is produced in the axial gear, which in turn makes it possible to change the axial position of the camshaft. Therefore, according to the invention, an arrangement is created which causes an adjustment of the axial gear only by an electromagnetic force acting on the rotor part, without requiring a rotary decoupling. The rotary decoupling takes place in the sense of the present invention by the separation of the adjusting actuator into a stator part and in a rotor part, wherein the coupling is generated only by a magnetic flux of force.
Wird der Statorteil bestromt, so kann durch die Bestromung ein Magnetfeld erzeugt werden, welches derart auf den Rotorteil wirkt, dass dieser gegenüber der Grunddrehzahl der Nockenwelle verzögert wird. Damit wird eine axiale Verstellung der Nockenwelle in einer ersten Richtung hervorgerufen. Wird durch eine spezielle Bestromung des Statorteils ein Magnetfeld im Statorteil hervorgerufen, welches den Rotorteil gegenüber der Nockenwellendrehzahl be- schleunigt, so wird über das Axialgetriebe eine axiale Bewegung in der Nockenwelle entgegen der ersten Bewegungsrichtung hervorgerufen. Mit diesem Prinzip lässt sich auf einfache Weise und lediglich über eine elektromagnetische Kopplung eines feststehenden Statorteils gegenüber einem rotierenden Rotorteil eine axiale Verstellung der Nockenwelle sowohl in einer ersten als auch in einer zweiten Richtung der Nockenwellenachse ermöglichen. Durch die direkte Übertragung der Verstellung auf das Axialgetriebe ist eine sehr hohe Verstelldynamik erreichbar, wobei der erforderliche Platzbedarf minimal ist. Da weder ein Schneckengetriebe noch eine sonstige mechanische Kraftübertragung erforderlich ist, zeichnet sich die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen sowohl des Verstellaktuators als auch des eingesetzten Axialgetriebes und insbesondere der Anordnung des Verstellaktuators beschrieben.If the stator is energized, then a magnetic field can be generated by the energization, which acts on the rotor part such that it is delayed from the basic speed of the camshaft. This causes an axial adjustment of the camshaft in a first direction. If a magnetic field in the stator part is caused by a special energization of the stator part, which accelerates the rotor part in relation to the camshaft rotational speed, an axial movement in the camshaft against the first direction of movement is produced via the axial gear. With this principle, an axial adjustment of the camshaft in a first and in a second direction of the camshaft axis can be made possible in a simple manner and only via an electromagnetic coupling of a fixed stator part with respect to a rotating rotor part. Due to the direct transmission of the adjustment to the axial gear a very high Verstelldynamik can be achieved, the space required is minimal. Since neither a worm gear nor any other mechanical power transmission is required, the device according to the present invention is characterized by a very high efficiency. In the following, various embodiments of both the Verstellaktuators and the inserted axial gear and in particular the arrangement of the Verstellaktuators will be described.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Statorteil hohlzylinderartig ausgebildet und koaxial zum Rotorteil angeordnet ist und der Statorteil den Rotorteil radial umschließt, so dass der Verstellaktuator nach Art eines Radialflussmotors ausgebildet ist. Damit entsteht eine Anordnung, wie sie bereits aus gewöhnlichen Elektromotoren be- kannt ist. Jedoch zeichnet sich der Elektromotor dadurch aus, dass der Rotor im nicht oder nur gering bestromten Zustand zum Erhalt der Position des Stators immer synchron mit der Nockenwellendrehzahl rotiert. Es ist auch denkbar, dass der Statorteil und der Rotorteil scheibenartig ausgebildet und planparallel zueinander angeordnet sind, so dass der Verstellaktua- tor nach Art eines Axialflussmotors ausgebildet ist. In einer abstrakten Betrach- tung stehen sich dabei eine erste Planscheibe mit einer zweiten Planscheibe gegenüber, wobei die erste Planscheibe den Statorteil und die zweite Planscheibe den Rotorteil bildet. Sind im Statorteil auf dem Umfang Magentspulen radial angeordnet, welche durch eine spezielle Bestromung ein rotierendes Magnetfeld hervorrufen, so kann auf den Rotorteil ein Drehmoment übertragen werden, wobei der Rotorteil beispielsweise umfangsseitig angeordnete Permanentmagnete aufweisen kann. Damit ist die Bauart eines Axialflussmotors geschaffen, welche insbesondere dann zu bevorzugen ist, wenn ein begrenzter axialer Bauraum zur Verfügung steht, wohingegen der Radialflussmotor vorgesehen sein kann, wenn ein begrenzter radialer Bauraum ver- fügbar ist.According to a first advantageous embodiment of the invention it is provided that the stator part is formed like a hollow cylinder and coaxial with the rotor part and the stator part radially surrounds the rotor part, so that the Verstellaktuator is designed in the manner of a radial flux motor. This results in an arrangement as already known from ordinary electric motors. However, the electric motor is characterized in that the rotor rotates in the low or not energized state to obtain the position of the stator always in synchronism with the camshaft speed. It is also conceivable that the stator and the rotor part are formed like a disk and arranged plane-parallel to each other, so that the Verstellaktua- tor is designed in the manner of an axial flux. In an abstract view, a first faceplate with a second faceplate are opposite, the first faceplate forming the stator part and the second faceplate forming the rotor part. If magnetic coils are radially arranged in the stator part on the circumference, which cause a rotating magnetic field by a special energization, a torque can be transmitted to the rotor part, wherein the rotor part can have, for example, circumferentially arranged permanent magnets. Thus, the design of an axial flow motor is provided, which is particularly preferable when a limited axial space is available, whereas the radial flux motor can be provided when a limited radial space is available.
Es ist vorteilhaft, wenn das Axialgetriebe in Gestalt eine Spindelgetriebes ausgebildet ist, wobei das Spindelgetriebe eine Spindel umfasst, auf weicher eine Spindelmutter verfahrbar ist. Das Spindel-Spindelmutter-Prinzip kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch dahingehend abstrahiert werden, dass die Steigung des Spindelgewindes stark vergrößert wird und Wälzkörper als Mittel zur Kraftübertragung zwischen der Spindelmutter und der Spindel angeordnet sein können. Diese können entlag einer Schraubenbahn verlaufen, so dass geringe Verdrehungen der Spindel gegenüber der Spindelmutter bereits größe- re axiale Verschiebungen der Nockenwelle ermöglichen.It is advantageous if the axial gear in the form of a spindle gear is formed, wherein the spindle gear comprises a spindle on which a spindle nut is movable. The spindle-spindle nut principle can be abstracted in the sense of the present invention to the effect that the pitch of the spindle thread is greatly increased and rolling elements can be arranged as a means for transmitting power between the spindle nut and the spindle. These can run entlag a helical path, so that small rotations of the spindle relative to the spindle nut already enable greater axial displacements of the camshaft.
Andererseits besteht die Möglichkeit, dass die Steigung des Spindelgewindes sehr klein gewählt wird, so dass ähnlich eines Feingewindes eine Vielzahl von Umdrehungen notwendig sind, um einen bestimmten axialen Verstellweg der Nockenwelle hervorzurufen. Die Bauart des Axialgetriebes ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch nicht auf das Prinzip der Spindel-Spindelmutter- Anordnung beschränkt, denn es ist auch jede weitere Bauart denkbar, um die Drehzahldifferenz zwischen dem Rotorteil und der Nockenwelle nutzbar zu machen, um die Nockenwelle axial zu verschieben. Somit ist nicht festgelegt, ob der Rotorteil mit der Spindel verdrehfest in Verbindung gebracht ist, und die Spindelmutter axial und/oder verdrehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, oder ob die Anordnung umgedreht wird, so dass die Spindel mit der Nockenwelle in Verbindung gebracht ist, und der Rotorteil verdrehfest mit der Spindelmutter angeordnet ist. Im letzteren Fall besteht die Möglichkeit, dass der Verstellaktuator axial zur Nockenwellenachse angeordnet ist, wobei die Spindel verdrehfest mit der Nockenwelle verbunden ist und die Spindelmutter mit dem Rotorteil als ein Rotationskörper ausgebildet ist, so können der Rotorteil und die Spindelmutter nicht nur koaxial und verdrehfest zueinander angeordnet werden, sondern die Spindelmutter bildet den Rotorteil selbst.On the other hand, there is the possibility that the pitch of the spindle thread is chosen to be very small, so that, similar to a fine thread, a large number of revolutions are necessary in order to produce a specific axial adjustment path of the camshaft. However, the design of the axial gear in the context of the present invention is not limited to the principle of the spindle-Spindelmutter- arrangement, because it is also any further design conceivable to the To make rotational speed difference between the rotor part and the camshaft usable to move the camshaft axially. Thus, it is not determined whether the rotor part is rotationally fixed in connection with the spindle, and the spindle nut is axially and / or rotationally connected to the camshaft, or whether the arrangement is reversed so that the spindle is brought into contact with the camshaft, and the rotor part is arranged rotationally fixed with the spindle nut. In the latter case, there is the possibility that the Verstellaktuator is arranged axially to the camshaft axis, wherein the spindle is rotationally connected to the camshaft and the spindle nut is formed with the rotor part as a rotational body, the rotor part and the spindle nut not only coaxial and rotationally fixed to each other are arranged, but the spindle nut forms the rotor part itself.
Vorteilhafterweise sind der Verstellaktuator und das Axialgetriebe auf einer gemeinsamem Verstellachse konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Verstellachse parallel beabstandet zur Nockenwellenachse angeordnet ist. Der Verstellaktuator kann den Statorteil und wenigstens den Rotorteil umfassen, wobei das Axialgetriebe zumindest die Spindel und die Spindelmutter umfasst, wobei alle Komponenten konzentrisch zueinander auf der Verstellerachse an- geordnet sind. Damit sind der Verstellaktuator sowie das Axialgetriebe nicht konzentrisch zur Nockenwelle im Zylinderkopf angeordnet, sondern können parallel verlaufend zur Nockenwelle eingebaut werden. Zur Übertragung der Axialbewegung zwischen der Nockenwelle und der Spindel oder der Spindelmutter ist ein Übertragungsmittel vorgesehen, welches eine hohe Flexibilität bezüglich der Einbauvarianten gewährleistet.Advantageously, the Verstellaktuator and the axial gear are arranged concentrically to each other on a common adjustment axis, wherein the adjustment axis is arranged parallel spaced from the camshaft axis. The adjusting actuator may comprise the stator part and at least the rotor part, wherein the axial gear comprises at least the spindle and the spindle nut, wherein all components are arranged concentrically to each other on the Verstellachse. Thus, the Verstellaktuator and the axial gear are not arranged concentrically to the camshaft in the cylinder head, but can be installed parallel to the camshaft. For transmitting the axial movement between the camshaft and the spindle or the spindle nut, a transmission means is provided, which ensures a high degree of flexibility with respect to the installation variants.
Gemäß dem Prinzip der Verstellvorrichtung ist zur Schaffung einer Drehzahldifferenz zwischen der Drehbewegung des Rotorteils und der Drehbewegung der Nockenwelle in Abhängigkeit der gewünschten axialen Verstellrichtung der Nockenwelle der Rotorteil mittels der magnetischen Kraftkopplung durch den Statorteil auf eine höhere oder eine niedrigere Drehzahl als die Nockenwellendrehzahl beschleunigbar oder verzögerbar. Der Rotorteil kann sogar auf Null abgebremst werden oder eine entgegengesetzte Drehrichtung einnehmen, um eine besonders schnelle Verstellung der Nockenwelle hervorzurufen.According to the principle of the adjustment is to create a speed difference between the rotational movement of the rotor part and the rotational movement of the camshaft in response to the desired axial adjustment of the camshaft, the rotor part by means of the magnetic power coupling through the stator to a higher or lower speed than the camshaft speed accelerated or delayed , The rotor part can even go to zero be braked or take an opposite direction of rotation to cause a particularly rapid adjustment of the camshaft.
Eine vorteilhafte konstruktive Umsetzung des Verstellaktuators kann darin be- stehen, diesen nach Art eines bürstenlosen Gleichstrommotors, eines Walzen- eines Glocken- oder eines Scheibenläufermotors auszubilden. Dieser kann als hochdrehender und besonders verschleißarmer Motor ausgestaltet sein, da dieser im Betrieb der Brennkraftmaschine permanent mitdrehen muss. Zur e- lektrischen Ansteuerung des Verstellaktuators ist eine Steuerung bzw. Rege- lung notwendig, in die auch die Information der sich ändernden Motordrehzahl einfließt. Wird die Drehzahl der Kurbelwelle erhöht, ohne dass eine Veränderung der axialen Position der Nockenwelle gewünscht ist, so sollte keine Drehzahldifferenz zwischen dem Rotorteil und der Nockenwelle auftreten. Sofern der Rotorteil sowie die mit dem Rotorteil mitrotierenden Komponenten im Axial- getriebe ein Rotationsträgheitsmoment umfassen, muss dieses durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Statorteils ausgeglichen werden, so dass nicht allein aufgrund einer Massenträgheit eine Drehzahldifferenz entsteht.An advantageous constructional implementation of the adjusting actuator can be to form it in the manner of a brushless DC motor, a roller, a bell or a pancake motor. This can be configured as a high-revving and low-wear engine, since it must constantly rotate during operation of the internal combustion engine. For the electrical actuation of the adjusting actuator, a control or regulation is necessary, into which the information of the changing engine speed also flows. If the speed of the crankshaft is increased without a change in the axial position of the camshaft is desired, so no speed difference between the rotor part and the camshaft should occur. If the rotor part and the components co-rotating with the rotor part in the axial gear comprise a rotational moment of inertia, this must be compensated for by appropriate electrical control of the stator part, so that a speed difference does not arise solely due to inertia.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Verstellvorrichtung ist die No- ckenwelle mittels eines Federelements in Axialrichtung vorgespannt, um ohne Kraftbeaufschlagung durch den Verstellaktuator die Nockenwelle in eine definierte axiale Position zu bringen. Zur Phasenverstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle kann ein Phasenversteller vorgesehen sein, welche gegenüberliegend zum Verstellaktuator endseitig an der Nockenwelle ange- ordnet ist. Das Federelement kann als Schraubendruckfeder ausgeführt sein, welche die Nockenwelle entgegen der axialen Steigung der Raumnocken vorspannt, um die Axialkraftkomponente, welche im Kraftfluss zwischen der Nockenwelle und dem Abgriffselement entsteht, entgegenzuwirken, und die Summe der Axialkraftkomponenten aller Nocken auszugleichen. Die Schrauben- druckfeder kann so angeordnet werden, dass diese gegen einen Bund auf der Nockenwelle abgestützt ist, und mit der Rotation der Nockenwelle mitrotiert. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.According to an advantageous development of the adjusting device, the camshaft is prestressed in the axial direction by means of a spring element in order to bring the camshaft into a defined axial position without force being applied by the adjusting actuator. For phase adjustment of the camshaft with respect to the crankshaft, a phaser may be provided, which is disposed on the camshaft opposite to the adjusting actuator at the end. The spring element may be designed as a helical compression spring, which biases the camshaft against the axial slope of the space cam to counteract the Axialkraftkomponente, which arises in the power flow between the camshaft and the Abgriffselement, and compensate for the sum of Axialkraftkomponenten all cams. The helical compression spring can be arranged so that it is supported against a collar on the camshaft and co-rotates with the rotation of the camshaft. Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.
Ausführungsbeispielembodiment
Es zeigt:It shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Verstellvorrichtung mit einem Verstellakturator, welcher als Radialflussmotor ausgebildet ist;Figure 1 is a schematic representation of the adjusting device with a Verstellakturator, which is designed as a radial flux motor;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Verstellvorrichtung mit einemFigure 2 is a schematic representation of the adjusting device with a
Verstellaktuator, welcher als Axialflussmotor ausgebildet ist;Verstellaktuator, which is designed as Axialflussmotor;
Figur 3 eine schematische Darstellung des Axialgetriebes, welches zwischen dem Verstellaktuator und der Nockenwelle angeordnet ist;Figure 3 is a schematic representation of the axial gear, which is arranged between the Verstellaktuator and the camshaft;
Figur 4 eine weitere Ausführungsform des Axialgetriebes zwischen derFigure 4 shows a further embodiment of the axial gear between the
Nockenwelle und dem Verstellaktuator; undCamshaft and the Verstellaktuator; and
Figur 5 eine Anordnung des Verstellaktuators sowie des Axialgetriebes in einer parallelen Anordnung zur Nockenwelle.Figure 5 shows an arrangement of the Verstellaktuators and the axial gear in a parallel arrangement to the camshaft.
Die in Figur 1 gezeigte Verstellvorrichtung 1 ist schematisch und abstrahiert in einer Seitenansicht dargestellt. Die Verstellvorrichtung 1 wirkt zur axialen Verstellung auf eine Nockenwelle 2, welche beispielsweise in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine oder in einem Nockenwellengehäuse drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse schematisch dargestellt ist und mit dem Bezugs- zeichen 3 versehen ist. Die Verstellvorrichtung 1 erstreckt sich konzentrisch um die Nockenwellenachse 4, wobei der Verstellaktuator aus dem Statorteil 6 sowie aus dem Rotorteil 7 gebildet ist. Der Statorteil 6 ist fest im Gehäuse 3 an- geordnet, wobei der Rotorteil 7 drehbar um die Nockenwellenachse 4 mit der Eingangsseite des Axialgetriebes 5 verbunden ist. Die Rotationsbewegung ist durch einen entsprechenden Pfeil dargestellt. Das Axialgetriebe 5 ermöglicht eine axiale Verstellung der Nockenwelle 2, welche durch einen Doppelpfeil dargestellt ist. Wird die Drehzahl des Rotorteils 7 gegenüber der Drehzahl der Nockenwelle 2 verändert, so verändert sich die axiale Position der Nockenwelle 2. Daher wandelt das Axialgetriebe 5 eine Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle, auf der der Rotorteil 7 angeordnet ist und der Nockenwelle 2 in eine axiale Verschiebung der Nockenwelle 2 um.The adjusting device 1 shown in Figure 1 is shown schematically and abstracted in a side view. The adjusting device 1 acts for axial adjustment on a camshaft 2, which is rotatably mounted, for example, in a cylinder head of an internal combustion engine or in a camshaft housing, wherein the housing is shown schematically and is provided with the reference numeral 3. The adjusting device 1 extends concentrically around the camshaft axis 4, wherein the Verstellaktuator is formed from the stator 6 and from the rotor part 7. The stator part 6 is fixed in the housing 3 ordered, wherein the rotor part 7 is rotatably connected to the camshaft axis 4 with the input side of the axial gear 5. The rotational movement is represented by a corresponding arrow. The axial gear 5 allows an axial adjustment of the camshaft 2, which is represented by a double arrow. If the rotational speed of the rotor part 7 is changed with respect to the rotational speed of the camshaft 2, the axial position of the camshaft 2 changes. Therefore, the axial gear 5 converts a rotational speed difference between the input shaft on which the rotor part 7 is arranged and the camshaft 2 into an axial displacement the camshaft 2 um.
Die Einleitung der Drehzahldifferenz erfolgt über eine Bestromung des Statorteils 6, so dass über eine elektromagnetische Kraftkopplung auf den Rotorteil 7 ein Drehmoment eingebracht wird. Ist der Statorteil nicht bestromt, so rotiert der Rotorteil 7 lediglich mit der Nockenwellendrehzahl 2. Axiale Fixierungen bzw. axiale Lagerungen des Rotorteils 7 sowie des Axialgetriebes 5 sind aufgrund der vereinfachten Darstellung nicht gezeigt. Auf der rechten Seite in der Bildebene ist das Nockenwellenantriebsrad 14 gezeigt, welches mittels der Kurbelwelle angetrieben wird und die Drehbewegung in die Nockenwelle 2 einleitet. Damit ein axialer Versatz der Nockenwelle 2 ermöglicht ist, ist das No- ckenwellenantriebsrad 14 mit einem axialen Entkoppler 15 verbunden, so dass das Nockenwellenantriebsrad 14 eine axial feste Position einnehmen kann und sich die Nockenwelle 2 gegenüber dem Nockenwellenantriebsrad 14 axial - oder verdrehfest verschieben kann. Optional besteht die Möglichkeit, dass innerhalb des axialen Entkopplers 15 in Verbindung mit dem Nockenwellenan- triebsrad ein Phasenversteller eingebaut werden kann.The introduction of the speed difference takes place via an energization of the stator 6, so that via an electromagnetic power coupling to the rotor part 7, a torque is introduced. If the stator part is not energized, the rotor part 7 rotates only with the camshaft speed 2. Axial fixations or axial bearings of the rotor part 7 and the axial gear 5 are not shown due to the simplified representation. On the right side in the image plane, the camshaft drive wheel 14 is shown, which is driven by means of the crankshaft and initiates the rotational movement in the camshaft 2. So that an axial offset of the camshaft 2 is made possible, the camshaft drive gear 14 is connected to an axial decoupler 15 so that the camshaft drive gear 14 can assume an axially fixed position and the camshaft 2 can move axially or rotationally relative to the camshaft drive gear 14. Optionally, there is the possibility that within the axial decoupler 15 in conjunction with the camshaft drive wheel, a phaser can be installed.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verstellvorrichtung 1 , wobei der Verstellaktuator aus einem Statorteil 6 und einem Rotorteil 7 gebildet ist, welche hinsichtlich ihrer Bauform als Axialflussmotor ausgebildet sind. Rotiert die Nockenwelle 2 um die Nockenwellenachse 4, so rotiert im Ruhezustand des Verstellaktuators der Rotorteil 7, welcher über das Axialgetriebe 5 mit der Nockenwelle 2 verbunden ist, ebenfalls mit Nockenwellendrehzahl. Der Statorteil 6 ist ruhend im Gehäuse 3 angeordnet, und umfasst eine Wicklung, welche bestromt werden kann. Wird die Wicklung des Statorteils 6 bestromt, so wird über eine elektromagnetische Kraftkopplung in axialer Richtung der Rotoreil 7 mit einem Drehmoment beaufschlagt. Dabei sind sowohl der Statorteil 6 als auch der Rotorteil 7 scheibenartig ausgeführt, so dass insgesamt in Erstre- ckungsrichtung der Nockenwellenachse 4 eine sehr kurze Bauform entsteht.Figure 2 shows a further embodiment of the adjusting device 1, wherein the Verstellaktuator is formed of a stator 6 and a rotor part 7, which are designed in terms of their design as Axialflussmotor. If the camshaft 2 rotates about the camshaft axis 4, the rotor part 7, which is connected to the camshaft 2 via the axial gear 5, also rotates with the camshaft rotational speed when the adjusting actuator is at rest. The stator part 6 is arranged resting in the housing 3, and comprises a winding which can be energized. If the winding of the stator 6 is energized, so is applied via an electromagnetic power coupling in the axial direction of the rotor 7 with a torque. In this case, both the stator 6 and the rotor part 7 are designed like a disk, so that a total of the direction of extension of the camshaft axis 4 is a very short design.
Ferner zeigt Figur 2 ein Federelement 13, welches als Schraubendruckfeder ausgeführt ist. Das Federelement 13 übt eine Druckkraft zwischen dem axialen Entkoppler 15 und der Nockenwelle 2 aus, so dass die Nockenwelle 2 in einer axialen Richtung vorgespannt ist. Die durch das Federelement eingeleitete Axialkraft bewirkt, dass die Nockenwelle 2 in der Richtung vorgespannt ist, die der Axialkraftkomponente der Raumnocken entgegenwirkt, welche entsteht, wenn die Raumnocken mit einem Abgriffselement zusammenwirken. Im Kraft- fluss des Abgriffselements im Eingriff mit den Raumnocken entsteht eine Kraftkomponente in axialer Richtung, welche mittels des Federelements 13 derart ausgeglichen werden kann, dass die Nockenwelle 2 im Ruhezustand im Wesentlichen axial kraftfrei angeordnet ist.Furthermore, Figure 2 shows a spring element 13, which is designed as a helical compression spring. The spring member 13 exerts a pressing force between the axial decoupler 15 and the camshaft 2, so that the camshaft 2 is biased in an axial direction. The axial force introduced by the spring element causes the camshaft 2 to be biased in the direction counteracting the axial force component of the space cams, which arises when the space cams cooperate with a tapping element. In the force flow of the tapping element in engagement with the space cams, a force component is created in the axial direction, which can be compensated by means of the spring element 13 in such a way that the camshaft 2 is arranged essentially free of axial force in the rest state.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Axialgetriebes 5, welches zwischen dem Verstellaktuator, bestehend aus dem Statorteil 6 und dem Rotorteil 7 sowie der Nockenwelle 2 angeordnet ist. Das Axialgetriebe 5 umfasst eine Spindel 8 sowie eine Spindelmutter 9, wobei sowohl die Nockenwelle 2, die Spindel 8, die Spindelmutter 9 und der Verstellaktuator jeweils konzentrisch auf der Nockenwellenachse 4 angeordnet sind. Die Spindel 8 weist ein Spindelgewinde auf, auf das die Spindelmutter 9 aufgeschraubt ist, wobei die Spindelmutter 9 axial - und verdrehfest mit der Nockenwelle 2 in Verbindung steht. Rotiert die Nockenwelle 2 und damit die Spindelmutter 9 mit einer Drehzahl, welche von der Drehzahl der Spindel 8 abweicht, so bewirkt die Kopplung der Spindelmut- ter 9 mit der Spindel 8 über das Gewinde eine axiale Verstellung der Spindelmutter 9, wobei die axiale Verstellung in die Nockenwelle 2 übergeleitet wird. Die Differenz der Drehzahl der Spindel 8 zur Drehzahl der Spindelmutter 9 wird erzeugt, indem die Spindel 8 verdrehfest mit dem Rotorteil 7 verbunden ist, welcher innerhalb des Statorteils 6 rotiert. Wird über den Statorteil auf den Rotorteil 7 ein Drehmoment eingeleitet, so setzt sich das Drehmoment in die Spindel 8 fort, so dass die Verstellung bewirkt werden kann.Figure 3 shows an embodiment of the axial gear 5, which is arranged between the Verstellaktuator, consisting of the stator 6 and the rotor part 7 and the camshaft 2. The axial gear 5 comprises a spindle 8 and a spindle nut 9, wherein both the camshaft 2, the spindle 8, the spindle nut 9 and the Verstellaktuator are each arranged concentrically on the camshaft axis 4. The spindle 8 has a spindle thread, onto which the spindle nut 9 is screwed, the spindle nut 9 being axially and rotationally connected to the camshaft 2. If the camshaft 2 and therefore the spindle nut 9 rotate at a speed which deviates from the rotational speed of the spindle 8, the coupling of the spindle nut 9 with the spindle 8 causes an axial adjustment of the spindle nut 9 via the thread, wherein the axial adjustment in FIG the camshaft 2 is transferred. The difference in the speed of the spindle 8 to the speed of the spindle nut 9 is generated by the spindle 8 is rotationally connected to the rotor part 7, which rotates within the stator 6. If a torque is introduced via the stator part onto the rotor part 7, then the torque continues into the spindle 8, so that the adjustment can be effected.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Axialgetriebes 5, wobei gemäß dieses Ausführungsbeispiels die Spindel 8 axial- und verdrehfest mit der Nockenwelle 2 in Verbindung gebracht ist. Ferner ist die Spindelmutter 9 mit dem Rotorteil 7 axial- und verdrehfest verbunden, so dass insgesamt ein Rota- tionskörper 10 gebildet wird, welcher innerhalb des Statorteils 6 rotiert. Die axiale Verstellung der Nockenwelle 2 erfolgt auf gleiche Weise wie oben stehend bereits beschrieben. Daher kann in den Rotationskörper 10 mittels einer Bestromung des Statorteils 6 ein Drehmoment eingeleitet werden, so dass sich die Spindelmutter 9 auf dem Gewinde der Spindel 8 verstellt und die axiale Verstellung der Nockenwelle 2 hervorgerufen wird.Figure 4 shows another embodiment of the axial gear 5, wherein according to this embodiment, the spindle 8 is axially and rotationally connected to the camshaft 2 in connection. Furthermore, the spindle nut 9 is connected to the rotor part 7 in an axial and rotationally fixed manner, so that a total of one rotary body 10 is formed, which rotates within the stator part 6. The axial adjustment of the camshaft 2 takes place in the same way as already described above. Therefore, in the rotary body 10 by means of energization of the stator 6, a torque can be introduced, so that the spindle nut 9 is adjusted on the thread of the spindle 8 and the axial adjustment of the camshaft 2 is caused.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung des Verstellak- tuators relativ zur Nockenwelle 2. Während die Nockenwelle 2 um die Nockenwellenachse 4 rotiert, ist der Verstellaktuator mit dem Statorteil 6 und dem Ro- torteil 7 auf einer Verstellerachse 11 angeordnet. Koaxial zur Anordnung des Statorteils 6 und des Rotorteils 7 ist ferner das Axialgetriebe, umfassend die Spindel 8 und die Spindelmutter 9 angeordnet. Die axiale Bewegung der Spindelmutter 9 wird mittels eines Übertragungsmittels 12 auf die Nockenwelle 2 übertragen. Ändert sich die Drehzahl der Spindel 8 gegenüber der Drehzahl der Spindelmutter 9, so verfährt diese auf der Spindel 8 in Richtung der Verstellerachse 11. Die axiale Verschiebung wird auf das Übertragungsmittel 12 übertragen, was durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Mit einer Lagerung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung ist das Übertragungsmittel 12 mit der Nockenwelle 2 verbunden, so dass diese innerhalb des Übertragungs- mittels 12 rotieren kann. Somit wird eine Anordnung der Verstellvorrichtung 1 geschaffen, wobei der Verstellaktuator nicht koaxial mit der Nockenwelle 2 angeordnet ist, was aus konstruktiven Gründen in Abhängigkeit vom Raumange- bot zum Einbau des Verstellaktuators eine vorteilhafte Ausführungsform darstellen kann. Eine Zahnradstufe 16 dient zum Antrieb des aus der Spindel 8 und der Spindelmutter 9 gebildeten Axialgetriebes, sodass der Rotorteil 7 mitrotieren kann.FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the arrangement of the adjusting actuator relative to the camshaft 2. While the camshaft 2 rotates about the camshaft axis 4, the adjusting actuator with the stator part 6 and the rotor part 7 is arranged on a phaser axis 11. Coaxial with the arrangement of the stator 6 and the rotor part 7 is also the axial gear, comprising the spindle 8 and the spindle nut 9 is arranged. The axial movement of the spindle nut 9 is transmitted to the camshaft 2 by means of a transmission means 12. Changes the speed of the spindle 8 relative to the rotational speed of the spindle nut 9, so this moves on the spindle 8 in the direction of the adjuster axis 11. The axial displacement is transmitted to the transmission means 12, which is indicated by a double arrow. With a storage in both the radial and in the axial direction of the transmission means 12 is connected to the camshaft 2, so that they can rotate within the transmission 12 by means. Thus, an arrangement of the adjusting device 1 is provided, wherein the Verstellaktuator is not arranged coaxially with the camshaft 2, which for structural reasons, depending on the Raumange- offered for installation of Verstellaktuators can represent an advantageous embodiment. A gear stage 16 serves to drive the axial gear formed from the spindle 8 and the spindle nut 9, so that the rotor part 7 can co-rotate.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. The present invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Verstellvorrichtung1 adjustment
2 Nockenwelle2 camshaft
3 Gehäuse3 housing
4 Nockenwellenachse4 camshaft axis
5 Axialgetriebe5 axial gear
6 Statorteil6 stator part
7 Rotorteil7 rotor part
8 Spindel8 spindle
9 Spindelmutter9 spindle nut
10 Rotationskörper10 rotating bodies
11 Verstellerachse11 adjuster axle
12 Übertragungsmittel12 transmission means
13 Federelement13 spring element
14 Nockenwellenantriebsrad14 camshaft drive wheel
15 axialer Entkoppler15 axial decoupler
16 Zahnrad stufe 16 gear stage

Claims

Patentansprüche claims
1. Verstellvorrichtung (1 ) zur Verstellung einer Welle, insbesondere einer Nockenwelle (2) einer Brennkraftmaschine, welche um eine in einem1. adjusting device (1) for adjusting a shaft, in particular a camshaft (2) of an internal combustion engine, which by one in a
Gehäuse (3) fest angeordnete Nockenwellenachse (4) rotiert und die Verstellung über einen Verstellweg in axialer Richtung entlag der Nockenwellenachse (4) erfolgt, wobei ein Verstellaktuator vorgesehen ist, mittels dessen die axiale Verstellung über ein Axialgetriebe (5) in die Nockenwelle (2) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass derHousing (3) fixedly arranged camshaft axis (4) rotates and the adjustment via an adjustment in the axial direction entlag the camshaft axis (4), wherein a Verstellaktuator is provided by means of which the axial adjustment via an axial gear (5) in the camshaft (2 ), characterized in that the
Verstellaktuator aus einem im Gehäuse (3) aufgenommenen StatorteilAdjusting actuator made of a stator part accommodated in the housing (3)
(6) und einem über das Axialgetriebe (5) mit der Nockenwelle (2) in Wirkverbindung gebrachten Rotorteil (7) gebildet ist, wobei der Rotorteil(6) and a via the axial gear (5) with the camshaft (2) brought into operative connection rotor part (7) is formed, wherein the rotor part
(7) im die Nockenwelle (2) nicht axial verstellenden Zustand synchron mit dieser rotiert, und wobei zur axialen Verstellung der Nockenwelle (2) mittels einer magnetischen Kraftkopplung vom Statorteil (6) auf den Rotorteil (7) in diesen ein Drehmoment einleitbar ist, sodass eine Differenz der Drehzahl des Rotorteils (7) relativ zur Drehzahl der Nockenwelle (2) erzeugbar ist, um mittels des Axialgetriebes (5) eine axiale Verstellung der Nockenwelle (2) zu schaffen.(7) in the camshaft (2) not axially adjusting state synchronously rotates with this, and wherein for the axial adjustment of the camshaft (2) by means of a magnetic force coupling from the stator (6) on the rotor part (7) in these a torque is introduced, so that a difference of the rotational speed of the rotor part (7) relative to the rotational speed of the camshaft (2) can be generated to provide by means of the axial gear (5) an axial adjustment of the camshaft (2).
2. Verstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Statorteil (6) hohlzylinderartig ausgebildet und koaxial zum Rotorteil (7) angeordnet ist und der Statorteil (6) den Rotorteil (7) radial umschließt, sodass der Verstellaktuator nach Art eines Radialflussmotors ausgebildet ist.2. Adjusting device (1) according to claim 1, characterized in that the stator part (6) is formed like a hollow cylinder and coaxial with the rotor part (7) and the stator (6) radially surrounds the rotor part (7), so that the Verstellaktuator in the manner of Radial flux motor is formed.
3. Verstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorteil (6) und der Rotorteil (7) scheibenartig ausgebil- det und planparallel zueinander angeordnet sind, sodass der Verstellaktuator nach Art eines Axialflussmotors ausgebildet ist. 3. Adjusting device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the stator part (6) and the rotor part (7) disk-like ausgebil det and are arranged plane-parallel to each other, so that the Verstellaktuator is designed in the manner of an axial flux.
4. Verstellvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialgetriebe (5) in Gestalt eines Spindelgetriebes ausgebildet ist, wobei das Spindelgetriebe eine Spindel (8) um- fasst, auf weicher eine Spindelmutter (9) verfahrbar ist.4. Adjusting device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial gear (5) is designed in the form of a spindle gear, wherein the spindle gear comprises a spindle (8) on soft a spindle nut (9) movable is.
5. Verstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (8) verdrehfest mit dem Rotorteil (7) und die Spindelmutter (9) axial- und/oder verdrehfest mit der Nockenwelle (2) verbunden ist.5. Adjusting device (1) according to claim 4, characterized in that the spindle (8) against rotation with the rotor part (7) and the spindle nut (9) axially and / or rotationally fixed to the camshaft (2) is connected.
6. Verstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellaktuator koaxial zur der Nockenwellenachse (4) angeordnet ist, wobei die Spindel (8) verdrehfest mit der Nockenwelle (2) verbunden ist und die Spindelmutter (9) mit dem Rotorteil (7) als ein Rotati- onskörper (10) ausgebildet ist.6. Adjusting device (1) according to claim 4, characterized in that the Verstellaktuator coaxial with the camshaft axis (4) is arranged, wherein the spindle (8) rotationally connected to the camshaft (2) and the spindle nut (9) with the rotor part (7) is designed as a rotary body (10).
7. Verstellvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellaktuator, umfassend den Statorteil (6) und den Rotorteil (7) und die Spindel (8) sowie die auf dieser angeord- nete Spindelmutter (9) auf einer Verstellerachse (11 ) konzentrisch zueinander angeordnet sind, und wobei die Verstellerachse (11 ) parallel beabstandet zur Nockenwellenachse (4) angeordnet ist.7. adjusting device (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Verstellaktuator comprising the stator (6) and the rotor part (7) and the spindle (8) and arranged on this spindle nut (9) are arranged concentrically to each other on a Verstellachse (11), and wherein the Verstellachse (11) parallel spaced from the camshaft axis (4) is arranged.
8. Verstellvorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Axialbewegung zwischen der Spindel (8) oder der Spindelmutter (9) und der Nockenwelle (2) ein Übertragungsmittel (12) vorgesehen ist.8. Adjusting device (1) according to claim 7, characterized in that for transmitting the axial movement between the spindle (8) or the spindle nut (9) and the camshaft (2) a transmission means (12) is provided.
9. Verstellvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass zur Schaffung einer Drehzahldifferenz zwischen der Drehbewegung des Rotorteils (7) und der Drehbewegung der Nockenwelle (2) in Abhängigkeit der gewünschten axialen Verstell- richtung der Nockenwelle (2) der Rotorteil (7) mittels der magnetischen Kraftkopplung durch den Statorteil (6) auf eine höhere oder eine niedrigere Drehzahl als die Nockenwellendrehzahl beschleunigbar oder verzögerbar ist.9. adjusting device (1) according to any one of the preceding claims, character- ized in that to create a speed difference between the rotational movement of the rotor part (7) and the rotational movement of the camshaft (2) in dependence of the desired axial adjustment direction of the camshaft (2) of the rotor part (7) by means of the magnetic force coupling through the stator (6) to a higher or lower speed than the camshaft speed is accelerated or delayed.
10. Verstellvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens aus dem Statorteil (6) und dem Rotorteil (7) gebildete Verstellaktuator nach Art eines bürstenlosen Gleichstrommotors, eines Walzen- eines Glocken- oder eines Scheiben- läufermotors ausgebildet ist.10. Adjusting device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least from the stator (6) and the rotor part (7) formed Verstellaktuator in the manner of a brushless DC motor, a roller of a bell or a disc rotor motor is.
11. Verstellvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) mittels eines Federelementes (13) in axialer Richtung vorgespannt ist, um ohne Kraftbeauf- schlagung mittels des Verstellaktuators die Nockenwelle (2) in eine definierte axiale Position zu bringen.11. Adjusting device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the camshaft (2) by means of a spring element (13) is biased in the axial direction in order without Kraftbeauf- by means of Verstellaktuators the camshaft (2) in a defined axial Position.
12. Verstellvorrichtung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Nockenwelle (2) einen Phasenversteller umfasst, der am gegenüberliegenden Ende zum12. Adjusting device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of the camshaft (2) comprises a phaser, which at the opposite end to
Verstellaktuator an der Nockenwelle (2) angeordnet ist. Adjusting actuator on the camshaft (2) is arranged.
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