WO2012025287A1 - Ventiltrieb eines verbrennungskolbenmotors - Google Patents

Ventiltrieb eines verbrennungskolbenmotors Download PDF

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WO2012025287A1
WO2012025287A1 PCT/EP2011/061473 EP2011061473W WO2012025287A1 WO 2012025287 A1 WO2012025287 A1 WO 2012025287A1 EP 2011061473 W EP2011061473 W EP 2011061473W WO 2012025287 A1 WO2012025287 A1 WO 2012025287A1
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brake rotor
permanent magnet
camshaft
input element
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Frank Richter
Reiner Keller
Markus Wannags
Ilja Imgrunt
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F01L2800/12—Fail safe operation

Definitions

  • the invention relates to a valve train of a combustion piston engine, comprising a superposition gear with two input elements and an output element comprehensive adjusting device for phase adjustment of a camshaft according to the preamble of patent claim 1.
  • Known adjusting devices for phase adjustment of a camshaft are designed as hydraulic turntable or as electromechanical turntable, which are arranged directly between the provided with a chain or toothed belt sprocket hub and the rotatably connected to the camshaft axis of the camshaft sprocket.
  • a disadvantage of such direct rotary adjusting devices are the high translation forces caused by the low translation and the high control effort for setting a specific phase angle.
  • the superposition gear generally has two input elements and an output element, wherein the first input element, for example via a chain or toothed belt drive, is in drive connection with the crankshaft, the second input element is in communication with a controllable actuator, and the output element is non-rotatably connected to the camshaft.
  • a superposition gear is preferably a simple planetary gear or one consisting of components of two Planetenrad arrangementsn coupled planetary gear used.
  • the actuator may be used as a servo-controlled rotary drive, such as a rotary actuator. be designed as an electric motor or as a hydraulic turntable, or as a controllable braking device.
  • a particularly simple and cost-effective in terms of their structure and controllability braking device is designed as a controllable friction brake, a housing-fixed electromagnet with a magnetic body and a magnetic coil and a rotatably and axially slidably connected to the second input element and by the magnetic field of the electromagnet against a housing-fixed friction surface includes releasable brake rotor. Since the second input elements in the unbraked state would rotate faster than the first input element, a certain phase angle of the associated camshaft is maintained by the setting of a specific, acting on the brake rotor and thus on the second input element mean braking torque. Starting from this phase position of the camshaft, an adjustment is achieved early by a brief increase in the braking torque and late by a brief reduction in the braking torque.
  • a first such adjusting device for the phase adjustment of a camshaft with a superimposition gearbox and a braking device operatively connected thereto is known from DE 10 2006 01 1 806 A1.
  • the superposition gear of this actuator is designed as a coupled planetary gear with two sun gears with different diameters. formed and a number of rotatably mounted two-stage planetary gear planet carrier, wherein the first input element are formed by the planet carrier, the second input element by the smaller sun gear, and the output member by the larger sun gear.
  • the braking device is designed as an electromagnetically controllable friction brake, which comprises a housing-fixed electromagnet with a magnetic body and a magnetic coil and a rotatably and axially slidably connected to the smaller sun gear and by the magnetic field of the electromagnet against a arranged on the magnetic body friction surface brake rotor.
  • electromagnet is switched off the disc-shaped brake rotor is pressed by a spring axially against the planet carrier, whereby at least one locking element engages in a corresponding recess of the planet carrier, whereby the planetary gear is locked in and rigidly rotates.
  • the superposition gear of this adjusting device is designed as a simple planetary gear with a sun gear, a plurality of rotatably mounted planetary planet carrier and a ring gear, wherein the first input element by the planet carrier, the second input element by the sun gear and the output member by the Ring gear are formed.
  • another generic adjusting device for the phase adjustment of a camshaft according to DE 10 2008 043 673 A1 has an inverse control characteristic.
  • the superposition gear is formed as in the adjusting device according to DE 10 2006 028 554 A1 as a simple planetary gear.
  • the rotatably mounted and axially displaceable on a rigidly connected to the sun gear shaft mounted brake rotor is arranged axially outside of the electromagnet and clamped by a spring axially against a freely rotatably mounted pressure plate.
  • the pressure plate is disposed axially within the electromagnet adjacent to the planet carrier and has control cam for engagement in recesses of the planet carrier and of the control lugs of the ring gear, whereby a lock of the planet carrier with the ring gear in an emergency position is reached with the electromagnet off.
  • the brake rotor is pressed with the solenoid switched off by the spring against a housing-fixed friction surface.
  • the thrust washer When the electromagnet is turned on, the thrust washer is axially pulled away from the planet carrier against the restoring force of the spring and thus releases the lock between the planet carrier and the ring gear.
  • the brake rotor is axially pulled away from the housing-fixed friction surface according to the strength of the magnetic field against the restoring force of the spring and thus reduces the effective braking torque.
  • a disadvantage of the known adjusting devices for phase adjustment of a camshaft is thus the permanent power consumption of the electromagnet during operation of the internal combustion piston engine and the respective adjusting device. Also, in each case, a relatively strong magnetic field is required in order to achieve against the restoring force of the spring, a sufficiently high braking torque for adjusting and holding the respective phase angle of the camshaft.
  • the invention has the object, a valve train of a combustion piston engine with an adjusting device for phase adjustment of a camshaft of the type mentioned in terms of to develop a lower energy consumption and a simplified structure of the adjusting device.
  • the invention is therefore based on a known valve train of a combustion piston engine, which has a superposition gear with two input elements and an output element comprehensive adjusting device for phase adjustment of a camshaft.
  • the first input element is, e.g. via a chain or toothed belt drive, with a crankshaft in drive connection
  • the second input element is in operative connection with a controllable braking device
  • the output element is non-rotatably connected to the camshaft.
  • the braking device is designed as an electromagnetically controllable friction brake, which comprises a housing-fixed electromagnet with a magnetic body and a magnetic coil and a rotatably and axially slidably connected to the second input element and can be pressed by the magnetic field of the electromagnet against a housing-fixed friction surface brake rotor.
  • the permanent magnet is advantageously designed and arranged such that the camshaft is automatically held in a defined initial position or adjusted in the engine start and a failure of the power supply of the electromagnet and / or its control by the set base braking torque. This ensures that the electromagnet must be turned on only to adjust the current phase position of the camshaft, and that on a special safety device (Fail Save), as provided in the known actuators positive locking between the brake rotor and the second input element of the superposition gear or between the first input element and the output element of the superposition gearing, can be dispensed with.
  • a special safety device as provided in the known actuators positive locking between the brake rotor and the second input element of the superposition gear or between the first input element and the output element of the superposition gearing
  • the permanent magnet could be arranged radially inside or outside the electromagnet or on the side facing away from the electromagnet axially adjacent to the brake rotor.
  • this would disadvantageously lead to increased construction costs and larger dimensions of the braking device. Therefore, it is provided herein that the permanent magnet is disposed within the magnetic flux of the electromagnet, so that the magnetic body of the electromagnet and the adjacent portion of the brake rotor is used to form a closed magnetic flux circuit of the permanent magnet. In addition, this will improve the superposition of the magnetic fields of both magnets and thus the controllability of the resulting braking torque.
  • Such an arrangement of the permanent magnet may expediently be realized in such a way that the permanent magnet is annular and has an axial alignment of its poles (N, S), and in a corresponding Chenden radially inner or outer recess of the magnetic body of the electromagnet is arranged.
  • the permanent magnet is annular and has a radial orientation of its poles (N, S), and in a corresponding axially outer, i. arranged on the side remote from the brake rotor arranged recess of the magnetic body of the electromagnet.
  • the adjustment of the phase angle of the camshaft now takes place in a simple manner in that the magnetic field of the permanent magnet for increasing the braking torque acting on the brake rotor, i. for adjusting the camshaft in the early direction, amplified by a suitable control device by a rectified polarity of the electromagnet and to reduce the braking torque acting on the brake rotor, i. for adjusting the camshaft toward late, is attenuated by an opposite polarity of the electromagnet.
  • the brake rotor can be provided between the first input element and the output element of the superposition gear effective limit stops for limiting the adjustment of the phase adjustment of the camshaft to a permissible phase angle range.
  • FIG. 1 shows a detail of a valve train with an adjusting device according to the invention for the phase adjustment of a camshaft in a longitudinal center section
  • 2 shows a second variant of the adjusting device according to the invention for the phase adjustment of a camshaft according to FIG. 1.
  • FIG. 1 A partially depicted in Fig. 1 valve train of a combustion piston engine is provided with an adjusting device 1 for phase adjustment of a camshaft 2, which includes a superposition gear 3 with two input elements 4, 5 and an output element 6 and a controllable braking device 7.
  • the superposition gear 3 is exemplified as a simple planetary gear 8 with a sun gear 9, a plurality of rotatably mounted planet gears 10 bearing planetary carrier 1 1 and a ring gear 12 is formed.
  • the planet carrier 1 1 forms the first input element 4 and is provided with a sprocket gear 13, via which by means of a timing chain, not shown, a positive drive connection with the crankshaft of the internal combustion piston engine.
  • the sun gear 9 forms the second input element 5, which is in operative connection with the braking device 7.
  • the ring gear 12 forms the output element 6 and is connected via a plurality of screws 14 rigidly connected to the camshaft 2.
  • the braking device 7 is designed as an electromagnetically controllable friction brake 15 and comprises a housing-fixed electromagnet 1 6 with a U-shaped and made of a ferromagnetic material magnetic body 17 and a magnetic coil 18 and a mecanicaxialverzahnung 19 rotationally fixed and axially displaceable on the axial extended outer teeth 20 of the sun gear 9 mounted brake rotor 21st At least in the region adjacent to the magnetic body 17, the brake rotor 21 consists of a ferromagnetic material, so that it is pressed with the electromagnet 1 6 by the generated magnetic field axially against friction surfaces 22 of the magnetic body 17 and thus an effective on the sun gear 9 braking torque is generated.
  • a permanent magnet 23 is now provided, which in the present case is of annular design, an axial orientation of the poles N, S has, and in a corresponding radially outer recess 24 of the magnetic body 17 of the electromagnet 1 6 is arranged.
  • the permanent magnet 23 is disposed within the magnetic flux of the electromagnet 1 6, whereby on the one hand, the superposition of the magnetic fields of both magnets 1 6, 23 improves and on the other the common use of the magnetic body 17 to amplify the magnetic field and its friction surfaces 22 for braking the brake rotor 21st by both magnets 1 6, 23 is made possible.
  • the advantageous function of the adjusting device 1 according to the invention is that a constant magnetic field is generated by the permanent magnet 23 and thus without energy expenditure, pressed by the brake rotor 21 against the friction surfaces 22 of the magnetic body 17 and thus effective on the sun gear 9 of the superposition gear 3 base -Bremsmoment is generated.
  • the permanent magnet 23 is preferably dimensioned such that the camshaft 2 at engine start and in case of failure of the power supply of the electromagnet 1 6 and / or its control by the set base braking torque is automatically held in a defined home position or adjusted in this. This can be dispensed with a respectively provided in the known adjusting devices each positive locking between the brake rotor 21 and the planet carrier 1 1 or between the planetary carrier 1 1 and the ring gear 12, which is associated with a space gain and cost savings.
  • a second variant of the adjusting device 1 according to the invention for adjusting the phase of a camshaft 2 differs from the variant shown in FIG. 1 only in that the ring-shaped permanent magnet 23 'now has a radial orientation of its poles (N, S) and in a corresponding axially outer, that is arranged on the side facing away from the brake rotor 21 side recess 24 'of the magnetic body 17 of the electromagnet 1 6 is arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer ein Überlagerungsgetriebe (3) mit zwei Eingangselementen (4, 5) und einem Ausgangselement (6) umfassenden Stellvorrichtung (1) zur Phasenverstellung einer Nockenwelle (2), deren erstes Eingangselement (4) mit einer Kurbelwelle in Triebverbindung steht, deren zweites Eingangselement (5) mit einer steuerbaren Bremseinrichtung (7) in Wirkverbindung steht, und deren Ausgangselement (6) drehfest mit der Nockenwelle (2) verbunden ist, wobei die Bremseinrichtung (7) als eine elektromagnetisch steuerbare Reibungsbremse (15) ausgebildet ist, die einen gehäusefesten Elektromagneten (16) mit einem Magnetkörper (17) und einer Magnetspule (18) sowie einen drehfest und axial verschiebbar mit dem zweiten Eingangselement (5) verbundenen und durch das Magnetfeld des Elektromagneten (16) gegen eine gehäusefeste Reibfläche (22) drückbaren Bremsrotor (21) umfasst. Zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Vereinfachung des Aufbaus der Stellvorrichtung (1) ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass axial benachbart zu dem Bremsrotor (21) ein Permanentmagnet (23, 23') angeordnet ist, durch dessen Magnetfeld der Bremsrotor (21) zur Einstellung eines Basis- Bremsmomentes mit einer entsprechenden Basis-Anpresskraft gegen eine ge- häusefeste Reibfläche (22) drückbar ist.

Description

Ventiltrieb eines Verbrennunqskolbenmotors
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer ein Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement umfassenden Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Aufgrund steigender Anforderungen bezüglich der Leistung, des Drehmoments, des Kraftstoffverbrauchs und des Emissionsverhaltens sind moderne Viertakt- Verbrennungskolbenmotoren fast ausnahmslos mit Stellvorrichtungen zur Phasenverstellung der Einlass- und/oder Auslassnockenwellen versehen, mittels der die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und/oder Auslassventile im Wesentlichen drehzahl- und lastabhängig verändert werden können. Durch eine geeignete Phasenverstellung der Einlass- und Auslassnockenwellen sind ein stabiler Leerlauf, ein erhöhtes Drehmoment bei niedrigen Motordrehzahlen, eine erhöhte Maximalleistung und verringerte Schadstoffemissionen im Teillastbetrieb des betreffenden Verbrennungskolbenmotors erreichbar.
Bekannte Stellvorrichtungen zur Phasenverstellung einer Nockenwelle sind als hydraulische Drehsteller oder als elektromechanische Drehsteller ausgebildet, die unmittelbar zwischen der mit einem Ketten- oder Zahnriemenzahnkranz versehenen Nabe und der drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Achse des Nockenwellenrades angeordnet sind. Nachteilig an derartigen direkten Drehstellvorrichtungen sind jedoch die durch die geringe Übersetzung bedingten hohen Stellkräfte und der hohe Steuerungsaufwand für die Einstellung eines bestimmten Phasenwinkels.
Zur Verbesserung der Steuerungseigenschaften sind daher Versteilvorrichtungen zur Phasenverstellung einer Nockenwelle vorgeschlagen worden, bei denen im Ventiltrieb zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ein mit einem Stellantrieb in Triebverbindung stehendes Überlagerungsgetriebe angeordnet ist. Das Überlagerungsgetriebe weist allgemein zwei Eingangselemente und ein Ausgangselement auf, wobei das erste Eingangselement, z.B. über einen Ketten- oder Zahnriementrieb, mit der Kurbelwelle in Triebverbindung steht, das zweite Eingangselement mit einem steuerbaren Stellantrieb in Verbindung steht, und das Ausgangselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist.
Als Überlagerungsgetriebe wird bevorzugt ein einfaches Planetengetriebe oder ein aus Komponenten von zwei Planetenradsätzen bestehendes gekoppeltes Planetengetriebe verwendet. Der Stellantrieb kann als ein hilfskraftgesteuerter Drehantrieb, wie z.B. als Elektromotor oder als hydraulischer Drehsteller, oder als eine steuerbare Bremseinrichtung ausgebildet sein.
Eine hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Steuerbarkeit besonders einfache und kostengünstige Bremseinrichtung ist als eine steuerbare Reibungsbremse ausgebildet, die einen gehäusefesten Elektromagneten mit einem Magnetkörper und einer Magnetspule sowie einen drehfest und axial verschiebbar mit dem zweiten Eingangselement verbundenen und durch das Magnetfeld des Elektromagneten gegen eine gehäusefeste Reibfläche drückbaren Bremsrotor umfasst. Da das zweite Eingangselementen im ungebremsten Zustand schneller als das erste Eingangselement rotieren würde, wird durch die Einstellung eines bestimmten, auf den Bremsrotor und damit auf das zweite Eingangselement wirksamen mittleren Bremsmomentes eine bestimmte Phasenlage der zugeordneten Nockenwelle eingehalten. Ausgehend von dieser Phasenlage der Nockenwelle wird eine Verstellung nach früh durch eine kurzzeitige Erhöhung des Bremsmomentes und nach spät durch eine kurzzeitige Verringerung des Bremsmomentes erreicht.
Eine erste derartige Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle mit einem Überlagerungsgetriebe und einer mit diesem in Wirkverbindung stehenden Bremseinrichtung ist aus der DE 10 2006 01 1 806 A1 bekannt. Das Überlagerungsgetriebe dieser Stellvorrichtung ist als ein gekoppeltes Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern mit unterschiedlichen Durchmes- sern und Zähnezahlen sowie einem mehrere drehbar gelagerte zweistufige Planetenräder tragenden Planetenträger ausgebildet, wobei das erste Eingangselement durch den Planetenträger, das zweite Eingangselement durch das kleinere Sonnenrad, und das Ausgangselement durch das größere Sonnenrad gebildet sind.
Die Bremseinrichtung ist als eine elektromagnetisch steuerbare Reibungsbremse ausgebildet, die einen gehäusefesten Elektromagneten mit einem Magnetkörper und einer Magnetspule sowie einen drehfest und axial verschiebbar mit dem kleineren Sonnenrad verbundenen sowie durch das Magnetfeld des Elektromagneten gegen eine an dem Magnetkörper angeordnete Reibfläche drückbaren Bremsrotor umfasst. Bei abgeschaltetem Elektromagneten wird der scheibenförmige Bremsrotor von einer Feder axial gegen den Planetenträger gedrückt, wodurch mindestens ein Verriegelungselement in eine entsprechende Ausnehmung des Planetenträgers einrastet, wodurch das Planetengetriebe in sich blockiert ist und starr umläuft. Bei eingeschaltetem Elektromagneten wird der Bremsrotor gegen die Rückstellkraft der Feder axial nach außen gegen die Reibfläche des Magnetkörpers gezogen, wodurch die Kopplung zwischen dem kleineren Sonnenrad sowie dem Planetenträger aufgehoben und das kleinere Sonnenrad entsprechend dem wirksamen Bremsmoment abgebremst wird.
Eine hinsichtlich ihres funktionalen Aufbaus weitgehend identische Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle ist in der DE 10 2006 028 554 A1 beschrieben. Im Unterschied zu der vorgenannten Stellvorrichtung ist das Überlagerungsgetriebe dieser Stellvorrichtung als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere drehbar gelagerte Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad ausgebildet, wobei das erste Eingangselement durch den Planetenträger, das zweite Eingangselement durch das Sonnenrad und das Ausgangselement durch das Hohlrad gebildet sind. Eine weitere gattungsgemäße Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle gemäß der DE 10 2008 043 673 A1 weist dagegen eine inver- se Steuerungscharakteristik auf. Das Überlagerungsgetriebe ist wie bei der Stellvorrichtung nach der DE 10 2006 028 554 A1 als ein einfaches Planetengetriebe ausgebildet. Der drehfest und axial verschiebbar auf einer starr mit dem Sonnenrad verbundenen Welle gelagerte Bremsrotor ist dagegen axial außerhalb des Elektromagneten angeordnet und über eine Feder axial gegenüber einer frei drehbar gelagerten Druckscheibe verspannt. Die Druckscheibe ist axial innerhalb des Elektromagneten benachbart zu dem Planetenträger angeordnet und weist Steuernocken zum Eingriff in Ausnehmungen des Planetenträgers und von Steuernasen des Hohlrades auf, wodurch bei abgeschaltetem Elektromagneten eine Verriegelung des Planetenträgers mit dem Hohlrad in einer Notlaufposition erreichbar ist. Außerdem wird der Bremsrotor bei abgeschaltetem Elektromagneten durch die Feder gegen eine gehäusefeste Reibfläche gedrückt. Bei eingeschaltetem Elektromagneten wird die Druckscheibe gegen die Rückstellkraft der Feder axial von dem Planetenträger weggezogen und damit die Verriegelung zwischen dem Planetenträger und dem Hohlrad gelöst. Zugleich wird der Bremsrotor entsprechend der Stärke des Magnetfeldes gegen die Rückstellkraft der Feder axial von der gehäusefesten Reibfläche weggezogen und damit das wirksame Bremsmoment reduziert.
Nachteilig an den bekannten Stellvorrichtungen zur Phasenverstellung einer Nockenwelle ist somit der permanente Energieverbrauch des Elektromagneten während des Betriebs des Verbrennungskolbenmotors und der jeweiligen Stellvorrichtung. Ebenfalls ist bei diesen Stellvorrichtungen jeweils ein relativ starkes Magnetfeld erforderlich, um gegen die Rückstellkraft der Feder ein ausreichend hohes Bremsmoment zum Einstellen und Halten des jeweiligen Phasenwinkels der Nockenwelle zu erzielen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit einer Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle der eingangs genannten Art im Hinblick auf einen geringeren Energieverbrauch und einen vereinfachten Aufbau der Stellvorrichtung weiterzubilden.
Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass axial benachbart zu dem Bremsrotor ein Permanentmagnet angeordnet ist, durch dessen Magnetfeld der Bremsrotor zur Einstellung eines Basis-Bremsmomentes mit einer entsprechenden Basis- Anpresskraft gegen eine gehäusefeste Reibfläche drückbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventiltriebs sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, der eine ein Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement umfassende Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle aufweist. Das erste Eingangselement steht, z.B. über einen Ketten- oder Zahnriementrieb, mit einer Kurbelwelle in Triebverbindung, das zweite Eingangselement steht mit einer steuerbaren Bremseinrichtung in Wirkverbindung, und das Ausgangselement ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Die Bremseinrichtung ist als eine elektromagnetisch steuerbare Reibungsbremse ausgebildet, die einen gehäusefesten Elektromagneten mit einem Magnetkörper und einer Magnetspule sowie einen drehfest und axial verschiebbar mit dem zweiten Eingangselement verbundenen sowie durch das Magnetfeld des Elektromagneten gegen eine gehäusefeste Reibfläche drückbaren Bremsrotor umfasst.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Permanentmagneten axial benachbart zu dem Bremsrotor wird nun ein weitgehend konstantes Magnetfeld erzeugt, durch das der Bremsrotor bei abgeschaltetem Elektromagneten mit einer bestimmten Basis-Anpresskraft gegen eine gehäusefeste Reibfläche gedrückt und somit ein auf das zweite Eingangselement wirksames Basis- Bremsmoment eingestellt wird. Zur Einstellung eines von diesem Basis-Brems- moment abweichenden Bremsmoments ist nun nur noch eine Erhöhung oder Verringerung der Basis-Anpresskraft mittels des Elektromagneten erforderlich, was gegenüber den bekannten Stellvorrichtungen einen deutlich geringeren Energieaufwand erfordert.
Der Permanentmagnet ist vorteilhaft derart ausgebildet und angeordnet, dass die Nockenwelle beim Motorstart und bei einem Ausfall der Spannungsversorgung des Elektromagneten und/oder seiner Steuerung durch das eingestellte Basis-Bremsmoment selbsttätig in einer definierten Grundstellung gehalten oder in diese verstellt wird. Hierdurch wird erreicht, dass der Elektromagnet nur zur Verstellung der aktuellen Phasenlage der Nockenwelle eingeschaltet werden muss, und dass auf eine spezielle Sicherheitsvorrichtung (Fail Save), wie eine bei den bekannten Stellvorrichtungen vorgesehene formschlüssige Verriegelung zwischen dem Bremsrotor und dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes oder zwischen dem ersten Eingangselement und dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes, verzichtet werden kann.
Im Prinzip könnte der Permanentmagnet radial innerhalb oder außerhalb des Elektromagneten oder auf der von dem Elektromagneten abgewandten Seite axial benachbart zu dem Bremsrotor angeordnet sein. Dies würde jedoch nachteilig zu einem erhöhten Bauaufwand und größeren Abmessungen der Bremseinrichtung führen. Daher ist vorliegend vorgesehen, dass der Permanentmagnet innerhalb des Magnetflusses des Elektromagneten angeordnet ist, so dass der Magnetkörper des Elektromagneten und der angrenzende Abschnitt des Bremsrotors zur Bildung eines geschlossenen Magnetflusskreises des Permanentmagneten genutzt wird. Zudem wird hierdurch die Überlagerung der Magnetfelder beider Magnete und somit die Steuerbarkeit des resultierenden Bremsmomentes verbessert.
Eine derartige Anordnung des Permanentmagneten kann zweckmäßig derart realisiert sein, dass der Permanentmagnet ringförmig ausgebildet ist und eine axiale Ausrichtung seiner Pole (N, S) aufweist, sowie in einer entspre- chenden radial inneren oder äußeren Ausnehmung des Magnetkörpers des Elektromagneten angeordnet ist.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Permanentmagnet ringförmig ausgebildet ist und eine radiale Ausrichtung seiner Pole (N, S) aufweist, sowie in einer entsprechenden axial äußeren, d.h. auf der dem Bremsrotor abgewandten Seite angeordneten Ausnehmung des Magnetkörpers des Elektromagneten angeordnet ist.
Die Verstellung des Phasenwinkels der Nockenwelle erfolgt nun auf einfache Weise dadurch, dass das Magnetfeld des Permanentmagneten zur Erhöhung des auf den Bremsrotor wirksamen Bremsmomentes, d.h. zur Verstellung der Nockenwelle in Richtung früh, mittels einer geeigneten Steuerungsvorrichtung durch eine gleichgerichtete Polung des Elektromagneten verstärkt und zur Verringerung des auf den Bremsrotor wirksamen Bremsmomentes, d.h. zur Verstellung der Nockenwelle in Richtung spät, durch eine entgegengerichtete Polung des Elektromagneten abgeschwächt wird.
Zur Absicherung gegen Montagefehler der Stelleinrichtung und gegen einen übermäßigen Verschleiß an der gehäusefesten Bremsfläche und an dem Bremsrotor können zwischen dem ersten Eingangselement und dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wirksame Endanschläge zur Begrenzung des Verstellbereichs der Phasenverstellung der Nockenwelle auf einen zulässigen Phasenwinkelbereich vorgesehen sein.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Ventiltriebs mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle in einem Längsmittelschnitt, und Fig. 2 eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung zur Phasenverstellung einer Nockenwelle nach Fig. 1 .
Ein in Fig. 1 ausschnittweise abgebildeter Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors ist mit einer Stellvorrichtung 1 zur Phasenverstellung einer Nockenwelle 2 versehen, die ein Überlagerungsgetriebe 3 mit zwei Eingangselementen 4, 5 und einem Ausgangselement 6 sowie eine steuerbare Bremseinrichtung 7 umfasst. Vorliegend ist das Überlagerungsgetriebe 3 beispielhaft als ein einfaches Planetengetriebe 8 mit einem Sonnenrad 9, einem mehrere drehbar gelagerte Planetenräder 10 tragenden Planetenträger 1 1 und einem Hohlrad 12 ausgebildet. Der Planetenträger 1 1 bildet das erste Eingangselement 4 und ist mit einem Kettenzahnkranz 13 versehen, über den mittels einer nicht abgebildeten Steuerkette eine formschlüssige Triebverbindung mit der Kurbelwelle des Verbrennungskolbenmotors besteht. Das Sonnenrad 9 bildet das zweite Eingangselement 5, das mit der Bremseinrichtung 7 in Wirkverbindung steht. Das Hohlrad 12 bildet das Ausgangselement 6 und ist über mehrere Schrauben 14 starr mit der Nockenwelle 2 verbunden.
Die Bremseinrichtung 7 ist als eine elektromagnetisch steuerbare Reibungsbremse 15 ausgebildet und umfasst einen gehäusefesten Elektromagneten 1 6 mit einem im Querschnitt U-förmigen und aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Magnetkörper 17 und einer Magnetspule 18 sowie einen über eine Innenaxialverzahnung 19 drehfest und axial verschiebbar auf der axial verlängerten Außenverzahnung 20 des Sonnenrades 9 gelagerten Bremsrotor 21 . Zumindest im an den Magnetkörper 17 angrenzenden Bereich besteht der Bremsrotor 21 aus einem ferromagnetischen Material, so dass dieser bei eingeschaltetem Elektromagneten 1 6 durch das erzeugte Magnetfeld axial gegen Reibflächen 22 des Magnetkörpers 17 gedrückt und somit ein auf das Sonnenrad 9 wirksames Bremsmoment erzeugt wird.
Erfindungsgemäß ist nun ein Permanentmagnet 23 vorgesehen, der vorliegend ringförmig ausgebildet ist, eine axiale Ausrichtung der Pole N, S auf- weist, und in einer entsprechenden radial äußeren Ausnehmung 24 des Magnetkörpers 17 des Elektromagneten 1 6 angeordnet ist. Hierdurch ist der Permanentmagnet 23 innerhalb des Magnetflusses des Elektromagneten 1 6 angeordnet, wodurch zum einen die Überlagerung der Magnetfelder beider Magnete 1 6, 23 verbessert und zum anderen die gemeinsame Nutzung des Magnetkörpers 17 zur Verstärkung des Magnetfeldes und dessen Reibflächen 22 zur Abbremsung des Bremsrotors 21 durch beide Magnete 1 6, 23 ermöglicht wird.
Die vorteilhafte Funktion der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 besteht darin, dass durch den Permanentmagneten 23 und somit ohne Energieaufwand ein konstantes Magnetfeld erzeugt wird, durch das der Bremsrotor 21 gegen die Reibflächen 22 des Magnetkörpers 17 gedrückt und somit ein auf das Sonnenrad 9 des Überlagerungsgetriebes 3 wirksames Basis-Bremsmoment erzeugt wird.
Der Permanentmagnet 23 ist bevorzugt derart dimensioniert, dass das die Nockenwelle 2 beim Motorstart und bei einem Ausfall der Spannungsversorgung des Elektromagneten 1 6 und/oder seiner Steuerung durch das eingestellte Basis-Bremsmoment selbsttätig in einer definierten Grundstellung gehalten oder in diese verstellt wird. Dadurch kann auf eine bei den bekannten Stellvorrichtungen jeweils vorgesehene formschlüssige Verriegelung zwischen dem Bremsrotor 21 und dem Planetenträger 1 1 bzw. zwischen dem Planetenträger 1 1 und dem Hohlrad 12 verzichtet werden, was mit einem Bauraumgewinn und mit Kosteneinsparungen verbunden ist.
Zur Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle 2 wird das Magnetfeld des Permanentmagneten 23 zur Erhöhung des auf den Bremsrotor 21 wirksamen Bremsmomentes, d.h. zur Verstellung der Nockenwelle 2 in Richtung früh, durch eine gleichgerichtete Polung des Elektromagneten 1 6 verstärkt und zur Verringerung des auf den Bremsrotor 21 wirksamen Bremsmomentes, d.h. zur Verstellung der Nockenwelle 2 in Richtung spät, durch eine entgegengerichtete Polung des Elektromagneten 1 6 abgeschwächt. Durch die Verstellung des auf den Bremsrotor 21 wirksamen Bremsmomentes relativ zu dem durch den Permanentmagneten 23 erzeugten Basis-Bremsmomentes ist der Energieverbrauch des Elektromagneten 1 6 gegenüber den bekannten Stellvorrichtungen deutlich niedriger, und die Steuerbarkeit des Bremsmomentes durch eine erhöhte Dynamik verbessert.
Eine in Fig. 2 abgebildete zweite Variante der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 1 zur Phasenverstellung einer Nockenwelle 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 abgebildeten Variante nur dadurch, dass der ringförmig ausgebildete Permanentmagnet 23' nunmehr eine radiale Ausrichtung seiner Pole (N, S) aufweist und in einer entsprechenden axial äußeren, d.h. auf der von dem Bremsrotor 21 abgewandten Seite angeordneten Ausnehmung 24' des Magnetkörpers 17 des Elektromagneten 1 6 angeordnet ist.
Bezuqszeichen
Stellvorrichtung
Nockenwelle
Überlagerungsgetriebe
Erstes Eingangselement
Zweites Eingangselement
Ausgangselement
Bremseinrichtung
Planetengetriebe
Sonnenrad
0 Planetenrad
1 Planetenträger
2 Hohlrad
3 Kettenzahnkranz
14 Schraube
15 Reibungsbremse
1 6 Elektromagnet
17 Magnetkörper
18 Magnetspule
19 Innenverzahnung
20 Außenverzahnung
21 Bremsrotor
22 Reibfläche
23, 23' Permanentmagnet
24, 24' Ausnehmung
N Pol von Permanentmagnet
S Pol von Permanentmagnet

Claims

Patentansprüche
1 . Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer ein Überlagerungsgetriebe (3) mit zwei Eingangselementen (4, 5) und einem Ausgangselement (6) umfassenden Stellvorrichtung (1 ) zur Phasenverstellung einer Nockenwelle (2), deren erstes Eingangselement (4) mit einer Kurbelwelle in Triebverbindung steht, deren zweites Eingangselement (5) mit einer steuerbaren Bremseinrichtung (7) in Wirkverbindung steht, und deren Ausgangselement (6) drehfest mit der Nockenwelle (2) verbunden ist, wobei die Bremseinrichtung (7) als eine elektromagnetisch steuerbare Reibungsbremse (15) ausgebildet ist, die einen gehäusefesten Elektromagneten (1 6) mit einem Magnetkörper (17) und einer Magnetspule (18) sowie einen drehfest und axial verschiebbar mit dem zweiten Eingangselement (5) verbundenen und durch das Magnetfeld des Elektromagneten (1 6) gegen eine gehäusefeste Reibfläche (22) drückbaren Bremsrotor (21 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass axial benachbart zu dem Bremsrotor (21 ) ein Permanentmagnet (23, 23') angeordnet ist, durch dessen Magnetfeld der Bremsrotor (21 ) zur Einstellung eines Basis-Bremsmomentes mit einer entsprechenden Basis-Anpresskraft gegen eine gehäusefeste Reibfläche (22) drückbar ist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (23, 23') derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Nockenwelle (2) beim Motorstart und bei einem Ausfall der Spannungsversorgung des Elektromagneten (1 6) und/oder seiner Steuerung durch das eingestellte Basis-Bremsmoment selbsttätig in einer definierten Grundstellung gehalten oder in diese verstellt wird.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (23, 23') innerhalb des Magnetflusses des Elektromagneten (1 6) angeordnet ist.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (23) ringförmig ausgebildet ist und eine axiale Ausrichtung seiner Pole (N, S) aufweist, sowie in einer entsprechenden radial inneren oder äußeren Ausnehmung (24) des Magnetkörpers (17) des Elektromagneten (1 6) angeordnet ist.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (23') ringförmig ausgebildet ist und eine radiale Ausrichtung seiner Pole (N, S) aufweist, sowie in einer entsprechenden axial äußeren Ausnehmung (24') des Magnetkörpers (17) des Elektromagneten (1 6) angeordnet ist.
6. Ventiltrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld des Permanentmagneten (23, 23') zur Erhöhung des auf den Bremsrotor (21 ) wirksamen Bremsmomentes mittels einer Steuerungsvorrichtung durch eine gleichgerichtete Polung des Elektromagneten (1 6) verstärkbar und zur Reduzierung des auf den Bremsrotor (21 ) wirksamen Bremsmomentes durch eine entgegengerichtete Polung des Elektromagneten (1 6) verringerbar ist.
7. Ventiltrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Eingangselement (4) und dem Ausgangselement (6) des Überlagerungsgetriebes (3) wirksame Endanschläge zur Begrenzung des Verstellbereichs der Phasenverstellung der Nockenwelle (2) auf einen zulässigen Phasenwinkelbereich vorgesehen sind.
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