DE102007054979A1

DE102007054979A1 - Ventiltriebvorrichtung

Info

Publication number: DE102007054979A1
Application number: DE102007054979A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Ing. Meintschel; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Alexander Von Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-11-17
Filing date: 2007-11-17
Publication date: 2009-05-20
Also published as: WO2009062587A1; EP2207949A1; JP2011503426A; CN101861449A; US20100242873A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere ener Brennkraftmaschine, mit zumindest einem über eine Schaltkulisse (10a; 10b; 10c) axial verschiebbaren Nockenelement (11a; 11b; 11c), das dazu vorgesehen ist, einen verstellbaren Ventiltrieb zu realisieren, und mit einer Sensoreinheit (12a; 12b; 12c), die dazu vorgesehen ist, eine axiale Schaltstellung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) zu bestimmen. Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit (12a; 12b; 12c) zumindest ein erstes zumindest teilweise an eine axiale Bewegung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) gekoppeltes Sensorelement (13a; 13b; 13c) aufweist, mittels dessen durch ein korrespondierendes Sensorelement (14a; 14b; 14c) die Schaltstellung bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Ventiltriebvorrichtungen, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem über eine Schaltkulisse axial verschiebbaren Nockenelement, das dazu vorgesehen ist, einen verstellbaren Ventiltrieb zu realisieren, und mit einer Sensoreinheit, die dazu vorgesehen ist, eine axiale Schaltstellung des Nockenelements zu bestimmen, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Zuverlässigkeit einer Bestimmung der Schaltstellung des Nockenelements zu erhöhen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem über eine Schaltkulisse axial verschiebbaren Nockenelement, das dazu vorgesehen ist, einen verstellbaren Ventiltrieb zu realisieren, und mit einer Sensoreinheit, die dazu vorgesehen ist, eine axiale Schaltstellung des Nockenelements zu bestimmen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest ein erstes zumindest teilweise an eine axiale Bewegung des Nockenelements gekoppeltes Sensorelement aufweist, mittels dem durch ein korrespondierendes Sensorelement die Schaltstellung bestimmbar ist. Unter „axial" soll dabei hier und im Folgenden insbesondere axial in Bezug auf eine Rotationsachse des Nockenelements verstanden werden. Unter „bestimmen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Sensoreinheit ein von einer Recheneinheit auswertbares Signal bereitstellt, mittels dem die Recheneinheit den Schaltzustand definieren kann. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Schaltstellung des Nockenelements direkt bestimmt werden, wodurch insbesondere eine Zuverlässigkeit der Bestimmung der Schaltstellung steigt. Vorzugsweise ist dabei das passive erste Sensorelement mit dem Nockenelement verbunden und wird von dem korrespondierenden aktiven Sensorelement, das stationär angeordnet ist, sensiert.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit berührungslos ausgeführt ist. Dadurch kann eine besonders verschleißarme Sensoreinheit realisiert werden. Insbesondere ist dabei ein induktives Verfahren vorteilhaft.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest ein zweites zumindest teilweise an eine rotative Bewegung des Nockenelements gekoppeltes Sensorelement aufweist, mittels dem durch ein korrespondierendes Sensorelement eine Phasenlage bestimmbar ist. Dadurch kann die Sensoreinheit sinnvoll erweitert werden.
Vorzugsweise ist das zweite Sensorelement als ein Sensorrad ausgebildet. Mittels eines Sensorrades kann die Phasenlage besonders einfach bestimmt werden. Es sind aber auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende zweite Sensorelemente zur Bestimmung der Phasenlagen denkbar. Vorzugsweise ist dabei das korrespondierende Sensorelement als aktives Sensorelement und einstückig mit dem aktiven Sensorelement zur Bestimmung der axialen Schaltstellung ausgeführt. Dadurch kann ein zusätzliches aktives Sensorelement eingespart werden, wodurch sich insbesondere Baukosten reduzieren lassen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das erste Sensorelement dazu vorgesehen ist, eine Topologie zu definieren. Unter einer Topologie soll dabei insbesondere eine Formung einer Oberfläche verstanden werden. Durch eine solche Ausgestaltung kann einfach ein bestimmbares Signal erzeugt werden, insbesondere durch ein induktives Messverfahren. Alternativ kann auch eine Materialeigenschaft verändert werden, wodurch ebenfalls ein einfach sensierbares Sensorelement geschaltet werden kann.
Vorzugsweise ist die Topologie eindeutig einer Schaltstellung zuordenbar. Dadurch kann besonders einfach die Schaltstellung bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung möglich. Vorzugsweise ist dabei das Sensorrad zahnradartig ausgeführt, wobei das Sensorelement als eine ausgefüllte Zahnlücke ausgebildet ist. Alternativ ist es aber auch möglich, das Sensorelement als einen ausgelassenen Zahn des Sensorrades auszuführen.
Vorzugsweise weist die Ventiltriebvorrichtung dabei zumindest zwei axiale Abschnitte auf, die dazu vorgesehen sind, die Schaltstellungen zu definieren. Durch axiale Abschnitte, insbesondere durch axiale Abschnitte des Nockenelements mit ei ner unterschiedlichen Topologie, kann einfach zwischen den unterschiedlichen Schaltstellungen des Nockenelements unterschieden werden. Vorzugsweise ist dabei das eine Sensorelement, vorzugsweise das aktive Sensorelement, stationär angeordnet, und detektiert in der einen Schaltstellung den einen axialen Abschnitt und in der anderen Schaltstellung den anderen axialen Abschnitt.
Dabei wird vorgeschlagen, dass das erste Sensorelement vollständig in einem der Abschnitte angeordnet ist. Dadurch kann besonders einfach die Topologie des entsprechenden Abschnitts definiert werden. Insbesondere kann dadurch eine unterschiedliche Geometrie der Abschnitte erreicht werden. Vorzugsweise ist zwischen den axialen Abschnitten des Sensorrades eine umlaufende Nut mit einer ebenen Topologie angeordnet, wodurch die Abschnitte des Sensorrades besser trennbar sind. Insbesondere ist dabei eine mehrteilige Ausführung des Sensorrades vorteilhaft, wobei vorzugsweise die Teile des Sensorrades beabstandet ausgeführt sind, wodurch sich zwischen den Teilen des Sensorrades eine umlaufende Nut ergibt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Schaltvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, das erste Sensorelement zu schalten, aufweist. Durch ein schaltbares Sensorelement kann ebenfalls einfach auf eine Schaltstellung geschlossen werden, insbesondere wenn das Sensorelement in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Nockenelements geschalten wird.
Vorteilhafterweise ist dabei die Schaltvorrichtung dazu vorgesehen, mittels des ersten Sensorelements die Topologie in Abhängigkeit von der axialen Schaltstellung des Nockenelements zu verändern. Dadurch kann besonders einfach eine mit tels der Sensoreinheit sensierbare Veränderung, mittels der die Schaltstellung bestimmt werden kann, erreicht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine Ventiltriebvorrichtung mit einer ersten Ausführung einer Sensoreinheit,
2 ein Sensorelement der Ventiltriebvorrichtung aus 1,
3 eine weitere Ansicht des Sensorelements,
4 eine Ventiltriebvorrichtung mit einer zweiten Ausführung einer Sensoreinheit,
5 die Sensoreinheit aus 4 in einem Querschnitt,
6 eine Ventiltriebvorrichtung mit einer dritten Ausführung einer Sensoreinheit und
7 die Sensoreinheit aus 6 in einem Querschnitt.
1 zeigt eine Ventiltriebvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem über eine Schaltkulisse 10a axial verschiebbaren Nockenelement 11a, das auf einer hier nicht näher dargestellten Nockenwelle angeordnet ist und mittels dem ein schaltbarer Ventiltrieb für nicht näher dargestellte Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden kann. Ein zweites ebenfalls über die Schaltkulisse 10a verschiebbares Nockenelement ist hier nicht näher dargestellt.
Die Ventiltriebvorrichtung weist eine Sensoreinheit 12a auf, mittels der eine axiale Schaltstellung des Nockenelements 11a bestimmt werden kann.
Die axiale Schaltstellung des Nockenelements 11a wird mittels eines ersten Sensorelements 13a der Sensoreinheit 12a bestimmt, das an eine axiale Bewegung des Nockenelements 11a gekoppelt ist. Ein korrespondierendes Sensorelement 14a, das als ein aktives Sensorelement 14a ausgeführt ist, ist stationär angeordnet. Die Sensoreinheit 12a ist dabei berührungslos ausgeführt.
Weiter kann die Sensoreinheit 12a mittels des gleichen aktiven Sensorelements 14a und eines zweiten Sensorelements 15a, das an eine rotative Bewegung des Nockenelements 11a gekoppelt ist, eine Phasenlage des Nockenelements 11a bestimmen. Das zweite Sensorelement 15a ist dazu als ein Sensorrad ausgebildet, das drehfest mit dem Nockenelement 11a verbunden ist. Es weist zwei axiale Abschnitte 17a, 18a auf. Ein mittlerer Abstand 29a zwischen den Abschnitten 17a, 18a des zweiten Sensorelements 15a entspricht einem axialen Schaltweg des Nockenelements 11a (2).
Beide Teile des als Sensorrad ausgebildeten zweiten Sensorelements 15a weisen eine zahnradartige Struktur auf, durch die in das aktive Sensorelement 14a Strompulse induziert werden, mittels denen die Phasenlage bestimmt werden kann. Als erstes Sensorelement 13a ist bei dem ersten Abschnitt des zweiten Sensorelements 15a eine der Zahnlücken 20a zwischen den Zähnen 21a des als Sensorrad ausgebildeten zweiten Sensorelements 15a ausgefüllt. Das erste Sensorelement 13a ist dabei einstückig mit dem zweiten Sensorelement 15a ausgeführt und definiert somit eine von dem aktiven Sensorelement 14a sensierte Topologie 16a.
Jeder Abschnitt 17a, 18a ist damit eindeutig einer Schaltstellung des Nockenelements 11a zuordbar. Der erste Abschnitt 17a des zweiten Sensorelements 15a weist aufgrund des ersten Sensorelements 13a eine Unregelmäßigkeit auf, die zur Bestimmung der Schaltstellung des Nockenelements 11a genutzt wird. Der zweite Abschnitt 18a des zweiten Sensorelements 15a weist umlaufend regelmäßig angeordnete Zahnlücken 20a und Zähne 21a auf.
Befindet sich das Nockenelement 11a in einer ersten Schaltstellung, weist ein Signalverlauf des aktiven Sensorelements 14a bei konstanter Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Signalen einen vergrößerten Abstand auf als zwischen den übrigen Signalen. Befindet sich das Nockenelement 11a in der zweiten Schaltstellung, ist der Signalverlauf des aktiven Sensorelements 14a regelmäßig mit gleichen Abständen zwischen allen Signalen. Dadurch kann mittels der Sensoreinheit 12a sowohl die Schaltstellung als auch die Phasenlage des Nockenelements 11a bestimmt werden.
In den 4 und 5 ist eine weitere Ausgestaltung einer Ventiltriebvorrichtung mit einer Sensoreinheit 12b gezeigt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 durch die Buchstaben b und c in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den 4 bis 7 ersetzt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 verwiesen werden kann.
Das Ausführungsbeispiel in den 4 und 5 weist ein zweites Sensorelement 15b auf, das eine axiale Breite hat, die zumindest gleich groß ist wie ein axialer Schaltweg eines Nockenelements 11b. Das zweite Sensorelement 15b ist als ein Sensorrad ausgebildet und weist eine zahnradartige Struktur auf. Einer der Zähne 21b des zweiten Sensorelements 15b ist dabei als ein erstes Sensorelement 13b ausgebildet. Mittels des ersten Sensorelements 13b ist eine Topologie des zweiten Sensorelements 15b schaltbar.
In einer ersten Schaltstellung des Nockenelements 11b ist das erste Sensorelement 13b eingefahren und weist eine radiale Höhe auf, die in etwa einem Grundkreisniveau des als Sensorrad ausgebildeten zweiten Sensorelements 15b entspricht (4). In einer zweiten Schaltstellung des Nockenelements 11b ist das erste Sensorelement 13b ausgefahren und weist eine radiale Höhe auf, die insbesondere größer ist als die radiale Höhe in der ersten Schaltstellung des Nockenelements 11b und die im Wesentlichen einer radialen Höhe der übrigen Zähne 21b des zweiten Sensorelements 15b entspricht (5). Unter einer „radialen Höhe" soll dabei insbesondere ein radialer Abstand einer in Umfangsrichtung verlaufenden Oberfläche des ersten Sensorelements 13b von einer Rotationsachse 22b des Nockenelements 11b verstanden werden.
Um eine Topologie 16b des zweiten Sensorelements 15b in Abhängigkeit von einer axialen Schaltstellung des Nockenelements 11b zu verändern, weist die Sensoreinheit 12b eine Schaltvorrichtung 19b auf, mittels der die radiale Höhe des ersten Sensorelements 13b geändert werden kann.
Die Schaltvorrichtung 19b weist eine Aussparung 23b auf, die in eine Nockenwelle 26b eingebracht ist. Die Aussparung 23b weist an einem Ende eine radial nach außen verlaufende Schräge 24b auf. In der ersten Schaltstellung des Nockenelements 11b ist das erste Sensorelement 13b in die Aussparung 23b eingefahren. Eine Federeinheit 25b mit einer Spiralfeder übt dazu auf das erste Sensorelement 13b eine radial nach innen gerichtete Kraft aus. In der zweiten Schaltstellung des Nockenelements 11b wird das erste Sensorelement 13b über die Schräge 24b radial nach außen gedrückt. Das erste Sensorelement 13b, das zweite Sensorelement 15b und das Nockenelement 11b sind dazu für eine axiale Bewegung fest miteinander verbunden.
Mittels der fest angeordneten Zähne 21b des zweiten Sensorelements 15b kann somit einfach eine Phasenlage des Nockenelements 11b bestimmt werden. Mittels des Signalverlaufs, der von der Schaltstellung des ersten Sensorelements 13b abhängt, kann die Schaltstellung des Nockenelements 11b bestimmt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventiltriebvorrichtung mit einer Sensoreinheit 12c, die ein als Sensorrad ausgebildetes zweites Sensorelement 15c mit einer veränderbaren Topologie 16c aufweist, ist in den 6 und 7 gezeigt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Sensorelement 15c fest mit einer Nockenwelle 26c der Ventiltriebvorrichtung verbunden. Das zweite Sensorelement 15c ist als eine Lochscheibe ausgeführt, wobei eine Haupterstreckungsebene des zweiten Sensorelements 15c senkrecht zu einer Rotationsachse 22c eines Nockenelements 11c bzw. der Nockenwelle 26c verläuft. Ein aktives Sensorelement 14c, das mittels des zweiten Sensorelements 15c eine Phasenlage des Nockenelements 11c bestimmt, ist parallel zu der Rotationsachse 22c angeordnet.
Weiter weist die Sensoreinheit 12c ein erstes Sensorelement 13c auf, das über eine Haltevorrichtung 27c fest mit dem Nockenelement 11c verbunden ist und die damit eine Schaltvor richtung 19c bildet. Das erste Sensorelement 13c ist auf einer dem aktiven Sensorelement 14c abgewandten Seite des zweiten Sensorelements 15c angeordnet und weist eine Größe auf, die einer Größe einer korrespondierenden Öffnung 28c des als Lochscheibe ausgebildeten zweiten Sensorelements 15c entspricht.
In einer ersten Schaltstellung befindet sich das erste Sensorelement 13c außerhalb der Öffnungen 28c des zweiten Sensorelements 15c, wodurch das aktive Sensorelement 14c alle Öffnungen 28c detektiert. In einer zweiten Schaltstellung des Nockenelements 11c füllt das erste Sensorelement 13c eine der Öffnungen 28c des zweiten Sensorelements 15c aus, wodurch sich ein Signal des aktiven Sensorelements 14c ändert. Aufgrund des Signals des aktiven Sensorelements 14c kann somit sowohl die Phasenlage als auch die Schaltstellung des Nockenelements 11c bestimmt werden.

Claims

Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem über eine Schaltkulisse (10a; 10b; 10c) axial verschiebbaren Nockenelement (11a; 11b; 11c), das dazu vorgesehen ist, einen verstellbaren Ventiltrieb zu realisieren, und mit einer Sensoreinheit (12a; 12b; 12c), die dazu vorgesehen ist, eine axiale Schaltstellung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12a; 12b; 12c) zumindest ein erstes zumindest teilweise an eine axiale Bewegung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) gekoppeltes Sensorelement (13a; 13b; 13c) aufweist, mittels dem durch ein korrespondierendes Sensorelement (14a; 14b; 1c) die Schaltstellung bestimmbar ist.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12a; 12b; 12c) berührungslos ausgeführt ist.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (12a; 12b; 12c) zumindest ein zweites zumindest teilweise an eine rotative Bewegung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) gekoppeltes Sensorelement (15a; 15b; 15c) aufweist, mittels dem durch ein korrespondierendes Sensorelement (13a; 13b; 13c) eine Phasenlage bestimmbar ist.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sensorelement (15a; 15b; 15c) als ein Sensorrad ausgebildet ist.
Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (13a; 13b; 13c) dazu vorgesehen ist, eine Topologie (16a; 16b; 16c) zu definieren.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Topologie (16a; 16b; 16c) eindeutig einer Schaltstellung zuordenbar ist.
Ventiltriebvorrichtung zumindest nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (13a; 13b; 13c) Sensorelement und das zweite Sensorelement (15a; 15b; 15c) zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind.
Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zumindest zwei axiale Abschnitte (17a, 18a), die dazu vorgesehen sind, die Schaltstellungen zu definieren.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (13a) vollständig in einem der Abschnitte (17a, 18a) angeordnet ist.
Ventiltriebvorrichtung zumindest nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (19b; 19c), die dazu vorgesehen ist, das erste Sensorelement (13b; 13c) zu schalten.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (19b; 19c) dazu vorgesehen ist, mittels des ersten Sensorelements (13b; 13c) die Topologie (16b; 16c) in Abhängigkeit von der axialen Schaltstellung des Nockenelements (11b; 11c) zu verändern.
Verfahren für eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem über eine Schaltkulisse (10a; 10b; 10c) axial verschiebbaren Nockenelement (11a; 11b; 11c), das dazu vorgesehen ist, einen verstellbaren Ventiltrieb zu realisieren, und mit einer Sensoreinheit (12a; 12b; 12c), die dazu vorgesehen ist, eine axiale Schaltstellung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) zu bestimmen, insbesondere für eine Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstellung mittels zumindest eines ersten zumindest teilweise an eine axiale Bewegung des Nockenelements (11a; 11b; 11c) gekoppelten Sensorelements (13a; 13b; 13c) bestimmbar ist.