DE102015225131A1 - Camshaft adjusting device and engine control - Google Patents

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Matthias Weinmann
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung (100) zum Einstellen der Phasenlage einer Nockenwelle (10), insbesondere relativ zu einer Kurbelwelle (12), mit einem Stellantrieb (20), einem Stellrad (30) als Abtriebselement und einer Sensoreinheit (60), welche eine erste Sensorkomponente (61) und eine zweite Sensorkomponente (62) aufweist, bei welcher das Stellrad (30) eingangsseitig mit dem Stellantrieb (20) gekoppelt oder koppelbar und durch diesen antreibbar ist und ausgangsseitig mit der Nockenwelle (10) und mit deren Phasenlage koppelbar oder gekoppelt ist, das Stellrad (30) oder der Stellantrieb (20) mitbewegbar angebracht die erste Sensorkomponente (61) aufweist, die zweite Sensorkomponente (62) ortsfest und außerhalb des Stellrades (30) bzw. Stellantriebes (20) angeordnet ist und die Sensoreinheit (60) ausgebildet ist, einen Abstand, eine Lage und/oder eine Orientierung zwischen den Sensorkomponenten (61, 62) zu erfassen.The present invention relates to a camshaft adjusting device (100) for adjusting the phase position of a camshaft (10), in particular relative to a crankshaft (12), with an actuator (20), a setting wheel (30) as the output element and a sensor unit (60) a first sensor component (61) and a second sensor component (62), in which the setting wheel (30) on the input side coupled to the actuator (20) or coupled and driven by this and the output side with the camshaft (10) and with their phase position can be coupled or coupled, the thumbwheel (30) or the actuator (20) along movably mounted the first sensor component (61), the second sensor component (62) stationary and outside of the adjusting wheel (30) or actuator (20) is arranged and the sensor unit (60) is adapted to detect a distance, a position and / or an orientation between the sensor components (61, 62).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung und eine Motorsteuerung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Nockenwellenverstelleinrichtung zum Einstellen der Phasenlage einer Nockenwelle, insbesondere relativ zu einer Kurbelwelle.The present invention relates to a camshaft adjusting device and a motor controller. The present invention particularly relates to a camshaft adjusting device for adjusting the phase position of a camshaft, in particular relative to a crankshaft.

Üblicherweise wird die relative Phasenlage einer Nockenwelle in Relation zu einer steuernden und antreibenden Kurbelwelle z.B. über ein Nockenwellengeberrad in Verbindung mit einem entsprechenden Kurbelwellengeberrad ermittelt. Aus der Gestalt der beiden Geberräder mit einer umlaufenden Anordnung entsprechender Geberzähne kann durch Abgriff während der Bewegung der Räder die relative Phasenlage von Nockenwelle und Kurbelwelle zueinander ermittelt werden.Usually, the relative phasing of a camshaft in relation to a controlling and driving crankshaft is e.g. determined via a Nockenwellengeberrad in conjunction with a corresponding Kurbelwellengeberrad. From the shape of the two donor wheels with a circumferential arrangement of corresponding donor teeth can be determined by tapping during the movement of the wheels, the relative phase angle of the camshaft and crankshaft to each other.

Dazu ist jedoch ein rotierendes System notwendig, so dass es insbesondere im Hinblick auf eine Erstsynchronisation schwierig ist, für Start eines Motorsystems zu Beginn der Inbetriebnahme die relative Phasenlage von Kurbelwelle und Nockenwelle zueinander vorab zu ermitteln, um dann über eine Nockenwellenverstelleinrichtung eine für die Aufnahme des Betriebes günstige Ausrichtung zu bestätigen oder zu einzustellen.For this purpose, however, a rotating system is necessary, so that it is difficult, in particular with regard to a Erstsynchronisation to determine the start of an engine system at the start of commissioning the relative phase of crankshaft and camshaft to each other in advance, then via a camshaft adjusting a for receiving the Operation to confirm or adjust favorable orientation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Phasenlage der Nockenwelle erkennbar ist, ohne dass es einer Rotationsbewegung zu deren Ermittlung bedarf. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass eine Nockenwellenverstelleinrichtung zum Einstellen der Phasenlage einer Nockenwelle, insbesondere relativ zu einer Kurbelwelle, geschaffen wird mit einem Stellantrieb, einem Stellrad als Abtriebselement und einer Sensoreinheit, welche eine erste Sensorkomponente und eine zweite Sensorkomponente aufweist und bei welcher (i) das Stellrad eingangsseitig mit dem Stellantrieb gekoppelt oder koppelbar und durch diesen antreibbar ist und ausgangsseitig mit der Nockenwelle und mit deren Phasenlage koppelbar oder gekoppelt ist, (ii) das Stellrad oder der Stellantrieb mitbewegbar angebracht die erste Sensorkomponente aufweist, (iii) die zweite Sensorkomponente ortsfest und außerhalb des Stellrades bzw. Stellantriebes angeordnet ist und (iv) die Sensoreinheit ausgebildet ist, einen Abstand, eine Lage und/oder eine Orientierung zwischen den Sensorkomponenten zu erfassen. Ein Kernaspekt bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen ist also das Vorsehen einer Sensoreinheit mit einer mit dem Stellrad der Nockenwellenverstelleinrichtung mitbewegten ersten Sensorkomponente und einer dazu relativ ruhenden und nicht mitbewegten zweiten Sensorkomponente. Durch diese Kombination aus erster und zweiter Sensorkomponente lässt sich zu jedem Zeitpunkt und unabhängig von einem Bewegungszustand der Nockenwelle aus dem Abstand, der Lage und/oder der Orientierung zwischen den Sensorkomponenten die Phasenlage der zu Grunde liegenden Nockenwelle ermitteln. Insbesondere ist dies vor einem Startvorgang möglich und erlaubt somit eine Überprüfung und ggf. Vorabeinstellung der Motorsteuerung, um in kurzer Zeit und mit wenig Aufwand einen optimalen Startvorgang zu gewährleisten.The camshaft adjusting device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage over that the phase position of the camshaft can be seen without the need for a rotational movement to determine. This is inventively achieved with the features of claim 1, characterized in that a camshaft adjusting device for adjusting the phase position of a camshaft, in particular relative to a crankshaft, is provided with an actuator, a control wheel as the output element and a sensor unit, which a first sensor component and a second sensor component and in which (i) the setting wheel is coupled on the input side to the actuator or can be coupled and driven by the latter and can be coupled or coupled on the output side with the camshaft and with its phase position, (ii) the adjusting wheel or the actuator mounted movably has the first sensor component, (iii) the second sensor component is arranged stationary and outside the setting wheel or actuator, and (iv) the sensor unit is designed to detect a distance, a position and / or an orientation between the sensor components. A key aspect in the procedure according to the invention is therefore the provision of a sensor unit with a first sensor component which is moved along with the adjusting wheel of the camshaft adjusting device and a second sensor component which is relatively stationary and does not move with it. As a result of this combination of first and second sensor components, the phase angle of the underlying camshaft can be determined at any time and independently of a movement state of the camshaft from the distance, the position and / or the orientation between the sensor components. In particular, this is possible before a starting process and thus allows a review and possibly pre-adjustment of the engine control in order to ensure an optimal starting operation in a short time and with little effort.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung wird ein Abbilden von Phasenlage der Nockenwelle und Phasenlage des Stellrades in Bezug aufeinander besonders einfach, indem die Kopplung zwischen Stellrad und Nockenwelle derart eingerichtet ist, dass eine Phasenlage der Nockenwelle eindeutig oder eineindeutig zu einer Phasenlage des Stellrades korrespondiert.In an advantageous development of the camshaft adjusting device according to the invention, a mapping of the phase position of the camshaft and the phasing of the adjusting wheel with respect to each other is particularly simple in that the coupling between the adjusting wheel and the camshaft is set up in such a way that a phase angle of the camshaft clearly or unambiguously corresponds to a phase position of the setting wheel.

Es können unterschiedliche physikalische Messprinzipien und Messgrößen zur Ermittlung der relativen Lage, des Abstandes und/oder der Orientierung der beiden Sensorkomponenten zueinander herangezogen werden. Different physical measuring principles and measured variables can be used to determine the relative position, the distance and / or the orientation of the two sensor components relative to each other.

Besonders einfach gestaltet sich der Aufbau der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung dann, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung (i) die erste Sensorkomponente am Stellrad drehfest als Ohmsches Widerstandselement, insbesondere als Widerstandsstreifen und/oder in Kreisringsegmentform konzentrisch zu einer Achse des Stellrades, und mit einem ersten elektrischen Abgriff ausgebildet ist und (ii) die zweite Sensorkomponente einen zweiten elektrischen Abgriff derart aufweist oder bildet, dass der Wert des Ohmschen Widerstandes des sich zwischen den elektrischen Abgriffen erstreckenden Bereichs des Ohmschen Widerstandselementes ein Maß für die Phasenlage des Stellrades ist.The design of the camshaft adjusting device according to the invention is particularly simple if, according to a preferred development (i), the first sensor component on the setting wheel is non-rotatable as an ohmic resistance element, in particular as a resistance strip and / or in a circular ring segment shape concentric with an axis of the setting wheel, and with a first electrical tapping and (ii) the second sensor component has or forms a second electrical tap such that the value of the ohmic resistance of the region of the ohmic resistance element extending between the electrical taps is a measure of the phase angle of the control wheel.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann es vorgesehen sein, dass (i) eine der Sensorkomponenten einen Magneten aufweist oder bildet und die andere der Sensorkomponenten einen oder mehrere Magnetsensoren aufweist oder bildet, wobei der Magnet insbesondere an der und/oder rotationssymmetrisch zu der Achse des Stellrades ausgebildet ist und/oder einen tangential verlaufendem Polwechsel aufweist.Alternatively or additionally, it may be provided that (i) one of the sensor components comprises or forms a magnet and the other of the sensor components has or forms one or more magnetic sensors, wherein the magnet is in particular formed on and / or rotationally symmetrical to the axis of the setting wheel is and / or has a tangential pole change.

Eine besonders kompakte Bauweise der Nockenwellenverstelleinrichtung ergibt sich dann, wenn der Stellantrieb einen Schneckenantrieb aufweist oder bildet, insbesondere mit einer mit einer Antriebswelle gekoppelten oder verbundenen Schnecke, welche vorzugsweise mit dem Stellrad oder einem Teil davon als Schneckenrad kämmt. A particularly compact construction of the camshaft adjusting device results when the actuator has or forms a worm drive, in particular with a worm coupled or connected to a drive shaft, which preferably meshes with the setting wheel or a part thereof as a worm wheel.

Neben feldbasierten Abgriffsmethoden zur Ableitung des Abstandes, der Lage und/oder der Orientierung der beiden Sensorkomponenten relativ zueinander sind auch strikt mechanische Bestimmungsmethoden denkbar.In addition to field-based tap methods for deriving the distance, the position and / or the orientation of the two sensor components relative to one another, strictly mechanical determination methods are also conceivable.

So ist es gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung möglich, dass die erste Sensorkomponente einen von der Schnecke beweglich mitführbaren Mitnehmer aufweist oder bildet.Thus, according to another advantageous embodiment of the camshaft adjusting device according to the invention, it is possible that the first sensor component has or forms a driver which can be carried along by the worm.

Bei einer anderen alternativen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Nockenwelleneinrichtung kann über den Betrieb des Stellantriebes, insbesondere aus dessen Elektromotor, die relative Phasenlage der angetriebenen oder verstellten Nockenwelle abgeleitet werden.In another alternative embodiment of the camshaft device according to the invention can be derived via the operation of the actuator, in particular from the electric motor, the relative phase position of the driven or displaced camshaft.

So ist es bei einer anderen alternativen Ausgestaltungsform vorgesehen, dass welcher der Stellantrieb einen bürstenlosen Elektromotor als Antrieb aufweist, welcher insbesondere ausgebildet ist, bei einem Einschalten als Referenz einen festen Anschlag anzufahren.Thus, it is provided in another alternative embodiment that which the actuator has a brushless electric motor as a drive, which is in particular designed to approach a fixed stop when switched on as a reference.

Um das Verstellen einer Nockenwelle zu ermöglichen, insbesondere gegenüber einer zu Grunde liegenden Kurbelwelle, werden entsprechende mechanische Elemente zu Kopplung benötigt.In order to enable the adjustment of a camshaft, in particular with respect to an underlying crankshaft, corresponding mechanical elements are required for coupling.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung ist es vorgesehen, dass eine Koppeleinheit ausgebildet ist zur Kopplung des Stellrades und zum Übertragen eines Verstellmomentes an die Nockenwelle, wobei die Koppeleinheit insbesondere zur Kopplung eines Nockenwellenantriebselementes, vorzugsweise einer Steuerkette oder eines Steuerriemens, und eines Antriebsmomentes an die Nockenwelle ausgebildet ist.In an advantageous development of the camshaft adjusting device according to the invention, it is provided that a coupling unit is designed for coupling the adjusting wheel and for transmitting an adjusting torque to the camshaft, wherein the coupling unit in particular for coupling a camshaft drive element, preferably a timing chain or a timing belt, and a drive torque to the Camshaft is formed.

Eine besonders kompakte Bauweise für die Koppeleinheit ergibt sich dann, wenn diese gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ein Planetengetriebe aufweist oder bildet, insbesondere mit zumindest einem Teil des Stellrades als Sonnenrad, einem Teil eines Steuer- und Antriebsrades der Nockenwelle als Hohlrad und/oder mit einem Planetenträger an der Nockenwelle drehfest angebracht.A particularly compact design for the coupling unit is obtained when this has a planetary gear according to an advantageous development or forms, in particular with at least a portion of the setting wheel as a sun gear, a part of a control and drive wheel of the camshaft as a ring gear and / or with a planet carrier attached to the camshaft rotationally fixed.

Die Ausgestaltung der Koppeleinheit als ein oder mit einem Planetengetriebe ist nicht zwingend. Die Koppeleinheit muss nur sicherstellen, dass simultan Verstellmoment und Antriebsmoment an die Nockenwelle übertragbar sind.The design of the coupling unit as one or with a planetary gear is not mandatory. The coupling unit only has to ensure that simultaneous adjustment torque and drive torque can be transmitted to the camshaft.

Eine Weiterbildung der Nockenwellenverstelleinrichtung ist mit einem Nockenwellengeberrad ausgebildet, welches drehfest mit der Nockenwelle gekoppelt ist und welches einen Zahn und eine Lücke aufweist, wobei sich Zahn und Lücke in Bezug auf die Nockenwellenachse am Nockenwellengeberrad axialsymmetrisch gegenüberstehen und in Bezug auf die Nockenwellenachse jeweils einen Winkelbereich umspannen, welcher zu einem Verstellbereich der Nockenwellenverstelleinrichtung korrespondiert.A further development of the camshaft adjusting device is formed with a Nockenwellengeberrad which is rotatably coupled to the camshaft and which has a tooth and a gap, with tooth and gap with respect to the camshaft axis on the Nockenwellengeberrad axially symmetrical face and with respect to the camshaft axis each span an angular range which corresponds to an adjustment range of the camshaft adjusting device.

In vorteilhafter Weise kann dabei ein Nockenwellengeberradsensor ausgebildet sein, welcher gegenüber dem Nockenwellengeberrad ortsfest angeordnet ist und welcher eingerichtet ist, Zahn und Lücke des Nockenwellengeberrades und insbesondere deren Flanken zu detektieren, um insbesondere so die Absolutlage der Nockenwelle und folglich der Kurbelwelle zu ermitteln.In an advantageous manner, a camshaft sensor wheel sensor can be formed which is arranged stationarily with respect to the camshaft sensor wheel and which is set up to detect tooth and gap of the camshaft sensor wheel and, in particular, their flanks, in order in this way to determine the absolute position of the camshaft and consequently of the crankshaft.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorsteuerung mit einer Kurbelwelle, eine von der Kurbelwelle über ein Nockenwellenantriebselement steuer- und antreibbaren Nockenwelle und einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung.Furthermore, the present invention relates to an engine control with a crankshaft, a camshaft which can be controlled and driven by the crankshaft via a camshaft drive element and a camshaft adjusting device according to the invention.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.Embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung und deren Anwendung bei einer Nockenwelle illustriert. 1 is a schematic view illustrating an embodiment of the camshaft adjusting device according to the invention and its application in a camshaft.

2 ist eine schematische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen Kurbelwelle, Nockenwelle und Nockenwellenverstelleinrichtung erläutert. 2 is a schematic diagram that explains the relationship between the crankshaft, camshaft and camshaft adjustment.

3 bis 5 zeigen in perspektivischer Seitenansicht Aspekte verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Nockenwellenverstelleinrichtungen. 3 to 5 show in perspective side view aspects of various embodiments camshaft adjusting devices according to the invention.

6 ist ein schematisches Diagramm, welches die Bestimmung der Absolutlage der Nockenwelle und damit der Kurbelwelle erläutert. 6 is a schematic diagram which explains the determination of the absolute position of the camshaft and thus the crankshaft.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.The following are with reference to the 1 to 5 Embodiments of the Invention described in detail. Identical and equivalent as well as equivalent or equivalent elements and components are designated by the same reference numerals. Not in every case of their occurrence, the detailed description of the designated elements and components is reproduced.

Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.The illustrated features and other properties can be isolated in any form of each other and combined with each other, without departing from the gist of the invention.

Bevor auf die Details der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung 100 der Nockenwellenanordnung 80 und der Motorsteuerung 90 gemäß 1 eingegangen wird, soll anhand der schematischen Darstellung aus 2 zunächst der Zusammenhang zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwellen 10 erläutert werden.Before looking at the details of the embodiment of the camshaft adjusting device according to the invention 100 the camshaft assembly 80 and the engine control 90 according to 1 will be discussed, based on the schematic representation 2 First, the relationship between the crankshaft and the camshafts 10 be explained.

2 ist eine schematische Darstellung eines teils einer Motorsteuerung 90 mit einer Nockenwellenanordnung 80, die den Zusammenhang zwischen Kurbelwelle 12, Nockenwelle 10 und Nockenwellenverstelleinrichtung 100 erläutert. 2 is a schematic representation of a part of a motor control 90 with a camshaft arrangement 80 showing the relationship between crankshaft 12 , Camshaft 10 and camshaft adjusting device 100 explained.

Gemäß 2 ist die dort dargestellte Kurbelwelle 12, welche um eine Kurbelwellenachse 13 rotierbar gelagert ist, über ein Kurbelwellenkettenrad 12-1 oder Kurbelwellenriemenrad mittels einer Steuerkette 51 oder eines Steuerriemens als Nockenwellenantriebs- oder -steuerelement 50 mit zwei Nockenwellen 10, z. B. einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle, die um Nockenwellenachsen 11 rotierbar gelagert sind, gekoppelt.According to 2 is the crankshaft shown there 12 which is about a crankshaft axis 13 rotatably mounted, via a Kurbelwellenkettenrad 12-1 or crankshaft pulley by means of a timing chain 51 or a timing belt as a camshaft drive or control element 50 with two camshafts 10 , z. An intake camshaft and an exhaust camshaft about camshaft axes 11 rotatably mounted, coupled.

Dabei greift die Steuerkette 51 über die Antriebs- oder Steuerräder 44 der Nockenwellen 10 auf diese zu. Zur Ermittlung der Phasenlage der Nockenwellen 10 ist im Bereich des jeweiligen Antriebs- oder Steuerrades 44 eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung 100 ausgebildet, welche über eine vorgesehene Sensoreinheit 60 die Phasenlage der jeweiligen Nockenwelle 10 ermittelt.The timing chain engages 51 via the drive or control wheels 44 the camshafts 10 towards this. For determining the phase position of the camshafts 10 is in the range of the respective drive or steering wheel 44 a camshaft adjusting device according to the invention 100 formed, which via a provided sensor unit 60 the phase angle of the respective camshaft 10 determined.

1 zeigt im Detail eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung 100 im Zusammenhang mit einer Nockenwellenanordnung 80. 1 shows in detail an embodiment of the camshaft adjusting device according to the invention 100 in the context of a camshaft arrangement 80 ,

Bei der schematischen Darstellung gemäß 1 wird die um die Nockenwellenachse 11 drehbar gelagerte Nockenwelle 10 über ein Planetengetriebe als Koppeleinheit 40 angetrieben und hinsichtlich der Phasenlage eingestellt.In the schematic representation according to 1 becomes the around the camshaft axis 11 rotatably mounted camshaft 10 via a planetary gear as a coupling unit 40 driven and adjusted in terms of the phase position.

Dazu ist die Nockenwelle 10 drehfest mit einem Planetenträger oder Planetensteg 41 verbunden, welcher eine Mehrzahl von Umlaufrädern oder Planetenrädern 42 trägt. Die Planetenräder 42 kämmen einerseits mit einem Hohlrad 45, welches Teil des Antriebs- und Steuerrades 44 der Nockenwelle 10 ist und auf seiner Außenumfassungsfläche eine Außenverzahnung 46 aufweist. Diese Außenverzahnung 46 kämmt z.B. mit einer Steuerkette 51 oder mit einem Steuerriemen eines vorgesehenen Nockenwellenantriebselementes 50.This is the camshaft 10 rotationally fixed with a planet carrier or planetary web 41 connected, which a plurality of planetary gears or wheels 42 wearing. The planet wheels 42 on the one hand with a ring gear 45 which part of the drive and steering wheel 44 the camshaft 10 is and on its outer peripheral surface an external toothing 46 having. This external toothing 46 combs eg with a timing chain 51 or with a timing belt of a camshaft drive element provided 50 ,

Die Planetenräder 42 kämmen des Weiteren mit einem ersten Zentralrad oder Sonnenrad 43, welches als Teil 33 des Stellrades 30 zum Verstellen der Phasenlage der Nockenwelle 10 ausgebildet ist und mit diesem über eine gemeinsame Achse 32 mit einem Stellradteil 31 des Stellrades 30 mit Außenverzahnung 34 drehfest verbunden ist.The planet wheels 42 further combing with a first central wheel or sun gear 43 which as part 33 of the adjusting wheel 30 for adjusting the phase position of the camshaft 10 is formed and with this on a common axis 32 with an adjusting wheel part 31 of the adjusting wheel 30 with external teeth 34 rotatably connected.

Wie oben bereits erwähnt, ist die Ausgestaltung der Koppeleinheit 40 als ein oder mit einem Planetengetriebe nicht zwingend. Die Koppeleinheit 40 muss nur sicherstellen, dass simultan Verstellmoment und Antriebsmoment an die Nockenwelle 10 übertragbar sind.As already mentioned above, the embodiment of the coupling unit 40 as one or with a planetary gear not mandatory. The coupling unit 40 just make sure that simultaneously adjusting torque and drive torque to the camshaft 10 are transferable.

Die Außenverzahnung 34 des Stellradteiles 31 kämmt mit der Schnecke 23 des Stellantriebes 20. Die Schnecke 23 wird über eine Antriebswelle 22 vom Antrieb 21, z.B. einem Elektromotor, angetrieben.The external toothing 34 of the adjusting wheel part 31 combs with the snail 23 of the actuator 20 , The snail 23 is via a drive shaft 22 from the drive 21 , eg an electric motor, driven.

An dem Stellradteil 31 mit der Außenverzahnung 34 drehfest verbunden ist eine erste Sensorkomponente 61 einer Sensoreinheit 60. Diese kann mehrere Positionen – in 1 ist eine alternative Position 61‘ dargestellt – einnehmen, welche hervorgerufen werden durch die Drehung des Stellrades 30.At the wheel part 31 with the external teeth 34 rotatably connected is a first sensor component 61 a sensor unit 60 , This can be several positions - in 1 is an alternative position 61 ' represented - occupied, which are caused by the rotation of the setting wheel 30 ,

Gegenüber der ersten Sensorkomponente 61 ortsfest angeordnet ist eine zweite Sensorkomponente 62 der Sensoreinheit 60 ausgebildet.Opposite the first sensor component 61 Fixedly arranged is a second sensor component 62 the sensor unit 60 educated.

Die Sensoreinheit 60 ist in der Lage, die relative Entfernung, die Lage und/oder die Orientierung der ersten und zweiten Sensorkomponenten 61 und 62 zueinander zu detektieren und ein entsprechendes Detektionssignal zu generieren und bereitzustellen.The sensor unit 60 is capable of determining the relative distance, location and / or orientation of the first and second sensor components 61 and 62 to detect each other and to generate and provide a corresponding detection signal.

Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist dazu in diesem Zusammenhang eine Steuereinheit 70 vorgesehen, welche über eine erste Steuer- und Messleitung 71 mit der zweiten Sensorkomponente 62 verbunden ist, um z. B. ein entsprechendes Detektionssignal aufzunehmen, welches repräsentativ ist für die relative Entfernung, Lage und/oder Orientierung der ersten und zweiten Sensorkomponenten 61 und 62 der Sensoreinheit 60 in Bezug aufeinander.In the embodiment according to 1 is in this context a control unit 70 provided, which via a first control and measuring line 71 with the second sensor component 62 is connected to z. B. record a corresponding detection signal, which is representative of the relative distance, location and / or orientation of the first and second sensor components 61 and 62 the sensor unit 60 in relation to each other.

Auf der Grundlage der Bewertung der empfangenen Signale von der Sensoreinheit 60 kann die Steuereinheit 70 entsprechende Steuersignale über die zweite Steuer- und Messleitung 72 u.a. an die Antriebseinheit 20 und deren Antrieb 21 aussenden, um über die Kopplung über Antriebswelle 22, Schnecke 23 und Außenverzahnung 34 des Stellrades 30 eine Anpassung der Phasenlage der Kurbelwelle 10 zu bewirken.On the basis of the evaluation of the received signals from the sensor unit 60 can the control unit 70 corresponding control signals via the second control and measuring line 72 including the drive unit 20 and their drive 21 send out about the coupling via drive shaft 22 , Slug 23 and external teeth 34 of the adjusting wheel 30 an adjustment of the phase angle of the crankshaft 10 to effect.

In 1 ist auch noch eine Nockenwellenabsolutsensoreinrichtung 65 gezeigt, die bei bekannten Nockenwellenphasenverstellungen meist auf der verstellten Nockenwelle sitzt und ein rotierendes System sowie eine bekannte Phasenlage voraussetzt. Diese Nockenwellenabsolutsensoreinrichtung 65 weist ein Nockenwellengeberrad 66 mit mindestens einem Zahn 68 – hier von 180° Winkelausdehnung – und mindestens einer Lücke 69 – hier ebenfalls mit 180° Winkelausdehnung – auf. Dazu ist noch ein Nockenwellengeberradsensor 67 notwendig, der unten erläutert wird. Die Nockenwellenabsolutsensoreinrichtung 65 ist eingerichtet, die absolute Lage der Nockenwelle 10 und damit auch der Kurbelwelle 12 zu ermitteln.In 1 is also still a Nockenwellenabsolutsensoreinrichtung 65 shown, which sits in known camshaft phasing mostly on the misaligned camshaft and requires a rotating system and a known phase position. This camshaft absolute sensor device 65 has a Nockenwellengeberrad 66 with at least one tooth 68 - here of 180 ° angular extent - and at least one gap 69 - here also with 180 ° angular extent - on. This is still a Nockenwellengeberradsensor 67 necessary, which is explained below. The camshaft absolute sensor device 65 is set up, the absolute position of the camshaft 10 and thus also the crankshaft 12 to investigate.

3 zeigt in perspektivischer Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung 100, bei welcher die Sensoreinheit 60 wiederum von einer ersten Sensorkomponente 61 und einer zweiten Sensorkomponente 62 gebildet wird. 3 shows a perspective side view of an embodiment of the camshaft adjusting device according to the invention 100 in which the sensor unit 60 again from a first sensor component 61 and a second sensor component 62 is formed.

Bei der Ausführungsform gemäß 3 besteht die erste Sensorkomponente 61 der Sensoranordnung 60 u.a. aus einem Ohmschen Widerstandselement 61-1, welches drehfest am Stellrad 30 angebracht ist. Das Ohmsche Widerstandselement 61-1 besitzt bei diesem Beispiel die Gestalt eines Kreisliniensegments, welches konzentrisch zur Achse 11 der Nockenwelle 10 am Stellrad 30 angeordnet ist, insbesondere an dessen Stellradteil 31 mit Außenverzahnung 34.In the embodiment according to 3 consists of the first sensor component 61 the sensor arrangement 60 including an ohmic resistance element 61-1 , which rotatably on the wheel 30 is appropriate. The ohmic resistance element 61-1 In this example, it has the shape of a circle segment which is concentric with the axis 11 the camshaft 10 on the wheel 30 is arranged, in particular at its Stellradteil 31 with external teeth 34 ,

In 3 ist schematisch auch die separat zum Stellrad 30 und ortsfest angeordnete zweite Sensorkomponente 62 der Sensoreinheit 60 dargestellt. Diese wirkt als erster elektrischer Abgriff 62-1 und liefert mit einem zweiten elektrischen Abgriff 61-2 als Teil der ersten Sensorkomponente 61 den Kern eines elektrischen Messkreises zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes zwischen dem ersten und zweiten Abgriff 62-1 und 61-2, welcher ein Maß der Phasenlage des Stellrades 30 und mithin der Nockenwelle 10 im Bezug auf die Drehachse 11 wiedergibt.In 3 is also schematically the separate to the thumbwheel 30 and stationarily arranged second sensor component 62 the sensor unit 60 shown. This acts as a first electrical tap 62-1 and supplies with a second electrical tap 61-2 as part of the first sensor component 61 the core of an electrical measuring circuit for determining the electrical resistance between the first and second tap 62-1 and 61-2 , which is a measure of the phase angle of the setting wheel 30 and therefore the camshaft 10 in relation to the axis of rotation 11 reproduces.

Die 4 zeigt ebenfalls in perspektivischer Seitenansicht zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Nockenwellenverstelleinrichtung 100, die sich hinsichtlich der Details zur Realisierung der Sensoreinheiten 60 voneinander unterscheiden.The 4 also shows a perspective side view of two alternative embodiments of the camshaft adjusting device according to the invention 100 concerning the details of the realization of the sensor units 60 differ from each other.

Bei einer ersten Ausführungsform der zu Grunde liegenden Sensoreinheit 60, die in 4 im unteren Bereich dargestellt ist, ist als erste Sensorkomponente 61 ein Magnet 61-3 im Bereich der Achse des Stellrades 30 mit tangential verlaufendem Polwechsel 64 ausgebildet. Demgegenüber ist die dazugehörige zweite Sensorkomponente 62 als separat zum Stellrad 30 und ortsfest angeordnete Anordnung mit einem oder mehreren Magnetsensoren 62-2 ausgebildet. Durch die Rotation des Magneten 61-3 um die Drehachse des Stellrades 30, welche hier mit der Drehachse 11 der Nockenwelle 10 zusammenfällt, ändert sich die Orientierung des Magneten 61-3 und dessen Anordnung von Magnetpolen. Diese Änderung oder die Magnetpolausrichtung selbst können über den Magnetsensor 62-1 detektiert werden. Über die Kopplung der Phasenlage des Stellrades 30 mit der Phasenlage der Nockenwelle 10 lassen sich dann aus der Anordnung der Polgeometrie die Daten zur Phasenlage der Nockenwelle 10 ableiten.In a first embodiment of the underlying sensor unit 60 , in the 4 is shown in the lower area, is the first sensor component 61 a magnet 61-3 in the area of the axis of the adjusting wheel 30 with tangential pole change 64 educated. In contrast, the associated second sensor component 62 as separate to the setting wheel 30 and fixed arrangement with one or more magnetic sensors 62-2 educated. By the rotation of the magnet 61-3 around the axis of rotation of the setting wheel 30 which here with the rotation axis 11 the camshaft 10 coincides, the orientation of the magnet changes 61-3 and its arrangement of magnetic poles. This change or the magnetic pole alignment itself can be done via the magnetic sensor 62-1 be detected. About the coupling of the phase angle of the setting wheel 30 with the phasing of the camshaft 10 can then be from the arrangement of the pole geometry, the data on the phase angle of the camshaft 10 derived.

Im oberen Bereich der 4 ist eine alternative oder zusätzliche Ausführungsform für die Sensoreinheit 60 ausgebildet. Diese besteht aus einem Mitnehmer 61-4 als erster Sensorkomponente 61. Der Mitnehmer 61-4 greift mit seinem unteren Bereich in die Schneckenwindungen der Schnecke 23 ein. Somit wird über den Antrieb über die Antriebswelle 22 und den Motor 21 der Mitnehmer 61-4 in Richtung des Pfeiles 63 beim Betrieb mitbewegt. Über den Abstandssensor 62-2 als zweiter Sensorkomponente 62 der Sensoreinheit 60 kann dann die Position des Mitnehmers 61-4 und über die Kopplung zwischen Phasenlage des Stellrades 30 und der Nockenwelle 10 aus der Position des Mitnehmers 61-4 auf die Phasenlage der Nockenwelle 10 geschlossen werden.In the upper area of the 4 is an alternative or additional embodiment for the sensor unit 60 educated. This consists of a driver 61-4 as first sensor component 61 , The driver 61-4 engages with its lower part in the snail turns of the snail 23 one. Thus, via the drive via the drive shaft 22 and the engine 21 the driver 61-4 in the direction of the arrow 63 moved during operation. About the distance sensor 62-2 as a second sensor component 62 the sensor unit 60 then can the position of the driver 61-4 and via the coupling between the phase angle of the setting wheel 30 and the camshaft 10 from the position of the driver 61-4 on the phase angle of the camshaft 10 getting closed.

5 erläutert in einer schematischen Seitenansicht noch einmal die relative Phasenlage der ersten und zweiten Sensorkomponenten 61 und 62 der Sensoreinheit 60 relativ zueinander, die über das Ohmsche Widerstandselement 61-1 und die ersten und zweiten elektrischen Abgriffe 62-1 und 61-2 realisiert werden. 5 explains in a schematic side view again the relative phase angle of the first and second sensor components 61 and 62 the sensor unit 60 relative to each other via the ohmic resistance element 61-1 and the first and second electrical taps 62-1 and 61-2 will be realized.

Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Die relative Phasenlage kann herkömmlicherweise z.B. über ein Nockenwellengeberrad in Verbindung mit dem Kurbelwellengeberrad berechnet. Hierzu ist ein rotierendes System notwendig. Bei der so genannten Erstsynchronisation ist eine möglichst ruhige Phasenlage notwendig, damit ein kurzer Nockenwellen- oder NW-Zahn nicht als ein langer Zahn interpretiert wird, falls die Drehzahl der Nockenwelle niedriger ist als erwartet (Ventilfederkräfte).These and other features and characteristics of the present invention will be further elucidated with reference to the following statements:
The relative phase position can conventionally be calculated, for example, via a camshaft sensor wheel in conjunction with the crankshaft sensor wheel. For this purpose, a rotating system is necessary. In the so-called initial synchronization, a phase angle that is as quiet as possible is necessary so that a short camshaft or NW tooth is not interpreted as a long tooth if the speed of the camshaft is lower than expected (valve spring forces).

Ein Ziel der Erfindung dient dem Erkennen der NW-Phasenlage bei Drehzahl Null über eine Phasensensor, um z.B. die Luftfüllung über das eingeschlossene Volumen im Zustand oder Prozess Einlassventil schließt sofort bereitstellen zu können sowie um eine schnellstmögliche Synchronisation, , also die KW-Position auf 720° KW bei nicht verriegelten NW-Stellern bei nicht verriegelten NW-Stellern zu ermöglichen.An object of the invention is to detect the NW phase position at zero speed via a Phase sensor, for example, to be able to provide the air filling on the enclosed volume in the state or process intake valve immediately and to enable the fastest possible synchronization, ie the KW position to 720 ° CA for unlocked NW-Steles with unlocked NW-Stations ,

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine relativer NW-Phasensensor bereitgestellt, dieser detektiert die Verstellung der NW relativ zur KW (KW: Kurbelwelle), und zwar auch bei Drehzahl Null.According to one aspect of the invention, a relative NW phase sensor is provided, which detects the adjustment of the NW relative to the KW (crankshaft), even at zero speed.

Hier können z.B. folgende Konzepte unterschieden werden:Here, e.g. the following concepts can be distinguished:

(1) Potentiometersensor(1) Potentiometer sensor

In der Darstellung der 3 ist das Übersetzungsverhältnis so gewählt, dass der Streifen des Widerstandselementes 61-1 210° lang ist, was auf der Nockenwelle 70° NW entspricht, was einem 140°-KW-Verstellbereich zur Detektion entspricht. Dies kann aber beliebig ausgelegt werden.In the presentation of the 3 the gear ratio is chosen so that the strip of the resistive element 61-1 210 °, which corresponds to 70 ° NW on the camshaft, which corresponds to a 140 ° -KW adjustment range for detection. But this can be interpreted arbitrarily.

Der Streifen des Widerstandselementes 61-1 wird als Relativphasensensor verwendet, welcher auch bei Drehzahl Null eine Relativphase von der Kurbelwelle 12 zur Nockenwelle 10 liefert.The strip of the resistance element 61-1 is used as a relative phase sensor which, even at zero speed, a relative phase of the crankshaft 12 to the camshaft 10 supplies.

Für einen 140°-KW-Verstellbereich der NW kann man z.B. 210° zum Abtasten vorsehen, wobei die Genauigkeitsanforderung an den Relativphasensensor abhängig sind von Übersetzungsverhältnis im Planetengetriebe der Koppeleinheit 40.For a 140 ° -KW adjustment range of the NW can be provided, for example, 210 ° for scanning, the accuracy requirement for the relative phase sensor are dependent on transmission ratio in the planetary gear of the coupling unit 40 ,

(2) Axialer Magnetsensor(2) Axial magnetic sensor

Bei der Ausführungsform in der Mitte und im unteren Bereich von 4 sitzt die erste Sensorkomponente 61 als Magnet 61-3 auf dem Schneckenradteil 31 des Stellrades 30.In the embodiment in the middle and in the lower part of 4 sits the first sensor component 61 as a magnet 61-3 on the worm wheel part 31 of the adjusting wheel 30 ,

(3) Wegsensor(3) displacement sensor

In 4 ist im oberen Bereich ein axialer Wegsensor an der Schnecke 23 mit Verschiebung entlang der Achse der Motorwelle 21 gezeigt.In 4 is in the upper part of an axial displacement sensor on the screw 23 with displacement along the axis of the motor shaft 21 shown.

(4) Motorabgriff(4) engine tap

Alternativ oder zusätzlich kann ein bürstenloser E-Motor oder dergleichen als Antrieb 21 der Antriebseinheit an der Schnecke 23 verwendet werden, der aktiv bei jedem Einschalten einen Anschlag als Referenz anfährt. Die Grundadaption benötigt einmaliges Anfahren beider Endanschläge, nachfolgend ist dann die Anzahl E-Motor-Umdrehungen für den gesamten Verstellbereich bekannt.Alternatively or additionally, a brushless electric motor or the like as a drive 21 the drive unit on the worm 23 used, which actively approaches each stop as a reference. The basic adaptation requires a single start of both end stops, then the number of E-motor revolutions for the entire adjustment range is known.

Es stellen sich u.a. erfindungsgemäß folgende Vorteile ein:

  • (I) Die Steuerzeiten und damit die Ventil- öffnet-/-schließt-Zeitpunkte relativ zur KW sind zu jedem Zeitpunkt genau bekannt und benötigen – nicht wie heute – ein rotierendes System mit „wenig“ Flanken pro Umdrehung. Die für die Luftfüllung wichtige Einlass-schließt-Zeit ist genauer bekannt als bisher beim rotierenden Konzept. Beim Miller- oder Atkinson-Brennverfahren wird über eine frühere oder spätere Einlass-schließt-Zeit die Füllung gesteuert. Bei einer Einlass-schließt-Zeit von ca. 90° KW vor ZOT macht ein Fehler von 1° KW eine größere Volumenänderung als bei 150° KW vor ZOT. D.h., es ist eine deutlich höhere Genauigkeit der NW-Phasenlage erforderlich, diese ist mit dem erfindungsgemäßen relativen NW-Phasensensor erfüllbar.
  • (II) Es besteht ein Vorteil gegenüber den bisher bekannten Schnellstartgeberrädern auf der NW. Diese funktionieren nur dann, wenn das System starr ist, d.h. in einer Position verriegelt, und dann gedreht wird. Dies erlaubt keine Verstellung während der Startphase. Erfindungsgemäß ist kein rotierendes System für Relativphasensensierung notwendig. Es ist eine Zyl-1-Erkennung auch bei extrem verdrehter Nockenwellenphase möglich.
  • (III) Es bestehen Vorteile gegenüber hochgenauen NW-Phasenstellern. Diese Steller berechnen die Relativphase aus der KW-Drehzahl und eigener Drehzahl. Die eigene Drehzahl ist hoch aufgelöst. Die KW-Drehzahl bestimmt damit auch die Güte der Relativphasenlage. Bei niedrigen Drehzahlen und bei der Drehzahl Null bestimmt die Genauigkeit der KW – heute z.B. ein Geberrad mit Information alle 6° KW – die Güte der Relativphasenlage. Die Genauigkeit einer Verstellung ist im Stillstand ist bis zu 6°KW falsch. Wenn die KW-Lücke gerade am KW-Sensor anliegt, ist sie bis zur Länge der Lücke falsch. Dies ist für einen Dekompressionsdirektstart unbrauchbar, da es zu einer falschen Luftfüllung führt.
  • (IV) Wenn ein absoluter NW-Lagesensor vorhanden ist, also die NW-Lage bekannt ist, kann über den beschriebenen erfindungsgemäßen Relativphasensensor auch eine KW-Position im Stillstand detektiert werden, dies entspricht also einer Synchronisation von KW-NW bei Drehzahl Null.
  • (V) Wenn kein absoluter NW-Lagesensor vorhanden ist, ist eine Erstsynchronisation auch mit einem nicht verriegelten NW-Steller möglich, als Vorteil gegenüber NW-Schnellstartgeberrädern.
According to the invention, the following advantages arise, among others:
  • (I) The timing and thus the valve opening / closing times relative to the KW are well known at any time and require - unlike today - a rotating system with "few" edges per revolution. The inlet-closing time, which is important for the air filling, is more well-known than previously with the rotating concept. In the Miller or Atkinson combustion process, the filling is controlled over an earlier or later inlet close time. At an inlet close time of about 90 ° CA before ZOT, a 1 ° CA error makes a larger volume change than at 150 ° CA before ZOT. That is, a significantly higher accuracy of the NW phase position is required, this can be achieved with the relative NW phase sensor according to the invention.
  • (II) There is an advantage over the hitherto known fast-starting gear wheels on the NW. These only work if the system is rigid, ie locked in one position, and then rotated. This does not allow adjustment during the starting phase. According to the invention, no rotating system for relative phase detection is necessary. It is a Zyl-1 detection possible even with extremely twisted camshaft phase.
  • (III) There are advantages over highly accurate NW phasers. These actuators calculate the relative phase from the KW speed and its own speed. The own speed is high. The KW speed thus determines the quality of the relative phase position. At low speeds and at zero speed determines the accuracy of the KW - today, for example, a sensor wheel with information every 6 ° KW - the quality of the relative phase position. The accuracy of an adjustment is at standstill is up to 6 ° CA wrong. If the HC gap is just at the KW sensor, it is wrong up to the length of the gap. This is useless for a decompression direct start because it leads to a wrong air filling.
  • (IV) If an absolute NW position sensor is present, that is to say the NW position is known, a KW position at standstill can also be detected via the described relative phase sensor according to the invention, this corresponds to a synchronization of KW-NW at zero speed.
  • (V) If there is no absolute NW position sensor, initial synchronization is possible even with an unlocked NW positioner, as an advantage over NW quick start encoder wheels.

6 erläutert mit einem schematischen Diagramm die Bestimmung der Absolutlage der Nockenwelle 10 und damit der Kurbelwelle 11 mittels einer Nockenwellenabsolutsensoreinrichtung 65. 6 explains with a schematic diagram the determination of the absolute position of the camshaft 10 and thus the crankshaft 11 by means of a camshaft absolute sensor device 65 ,

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht in der Synchronisation von Kurbelwelle 12 (KW) und Nockenwelle 10 (NW) und darin, die Absolutlage der Nockenwelle 10 und damit der Kurbelwelle 12 zu ermitteln. Es soll insbesondere zuverlässig und schnell bestimmt werden, wo sich die Kurbelwelle 10 auf den 720° KW befindet.Another object of the invention is the synchronization of crankshaft 12 (KW) and camshaft 10 (NW) and therein, the absolute position of the camshaft 10 and thus the crankshaft 12 to investigate. In particular, it should be determined reliably and quickly, where the crankshaft 10 located on the 720 ° KW.

Herkömmlicherweise wird wie folgt vorgegangen:

  • – Es wird ein hydraulische Steller (VVT-H) verwendet, diese sind auf ca. 70° KW Verstellbereich begrenzt, da ansonsten die Leckage im Steller nicht serientauglich wäre.
  • – Diese Versteller sind mit einem Verriegelungsstift ausgestattet, welcher die Relativphase während des Motorstarts auf einer bestimmten Phase hält.
  • – Beim Start bewegt sich die KW 12 und man kann dann über folgende Arten Synchronisieren: – Es liegt vor ein eindeutiger NW-Pegel in jeder der zwei KW-Lücken (720°KW). – Länge eines Segments auf dem NW-Geberrad mit typischerweise 3 bis 5 Zähnen mit unterschiedlicher Zahn-/Lückenlänge. Es sind teilweise mehr als 10 Zähne bekannt, dann aber äquidistant, es liegen also keine unterschiedlich langen Zähne/Lücken vor.
  • – Die so genannten NW-Schnellstartgeberräder zeichnen sich durch unterschiedlich lange Zähne und Lücken aus: – An der KW 10 werden die Zähne beim Start gezählt (6°KW beim 60-2 Geberrad), Über die Anzahl Zähne kann bei konstanter Relativphase, also bei verriegelter Steller oder bei erfindungsgemäß über den Verstellwinkel, der jederzeit bekannt ist, die Länge jedes Segmentes am NW-Geberrad bestimmt werden. – Damit ist die KW-Position je nach Abstellposition bereits vor dem Erreichen der ersten KW-Lücke bekannt.
  • – Bei elektrischen Stellern (VVT-E) können größere Verstellbereiche abgedeckt werden.
  • – Elektrische Steller, die ständig mitdrehen, wobei die Relativphase dabei über Drehzahldifferenz zur KW verstellt wird, haben unter anderem folgende Eigenschaften: – Sie haben vor allem beim Start durch die hohen NW-Wechselmomente sowie durch die großen Drehzahlgradienten das Problem, dass die Relativphase nicht konstant gehalten wird. – Sie müssen darüber hinaus zunächst einen Referenzanschlag anfahren, eil die Relativphase aus der Differenz KW-Drehzahl zu VVT-E-Drehzahl berechnet wird. – Sie können beim Start die Relativphase nicht konstant halten, somit ist keine verlässliche Synchronisation über Schnellstartgeberrad möglich.
Conventionally, the procedure is as follows:
  • - A hydraulic actuator (VVT-H) is used, these are limited to an adjustment range of approx. 70 ° KW, otherwise the leakage in the actuator would not be suitable for series production.
  • - These adjusters are equipped with a locking pin, which keeps the relative phase during the engine start on a certain phase.
  • - When starting the KW moves 12 and you can then synchronize via the following ways: - There is a definite NW level in each of the two CW gaps (720 ° CA). - Length of a segment on the NW donor wheel with typically 3 to 5 teeth with different tooth / gap length. There are sometimes more than 10 teeth known, but then equidistant, so there are no different lengths of teeth / gaps.
  • - The so-called NW-Schnellstartgeberräder are characterized by different lengths of teeth and gaps: - At the KW 10 the teeth are counted at the start (6 ° KW at 60-2 The number of teeth can be determined at constant relative phase, ie at locked actuator or according to the invention on the adjustment, which is always known, the length of each segment on the NW-sensor wheel. - Thus, the KW position is known depending on the parking position before reaching the first KW gap.
  • - With electric actuators (VVT-E) larger adjustment ranges can be covered.
  • - Electric actuators, which rotate constantly, the relative phase is adjusted over speed difference to KW, have among other things the following characteristics: - You have especially at the start by the high NW alternating torques and by the large speed gradients the problem that the relative phase is not is kept constant. - In addition, you must first approach a reference stop when the relative phase is calculated from the difference between the KW speed and the VVT-E speed. - You can not keep the relative phase at start constant, so no reliable synchronization via quick start encoder wheel is possible.

Demgegenüber ergeben sich folgende Vorteile bei der Erfindung:
Es kann eine Erstsynchronisation auch mit einem nicht verriegelten NW-Steller erfolgen, das ist vorteilhaft z.B. im Vergleich zu NW-Schnellstartgeberrädern.In contrast, there are the following advantages in the invention:
It can also be done with a non-locked NW-controller initial synchronization, which is advantageous, for example, compared to NW-Schnellstartgeberrädern.

In der schematischen Darstellung des Graphen 110 der 6 ist das Halbmondgeberrad 66 auf der NW 10 in der Grundstellung gemäß Spur 112 (ENW1 Grundstellung) sowie in 180°KW verstellt gemäß Spur 113 (ENW1 verstellt) gezeigt.In the schematic representation of the graph 110 of the 6 is the half moon giver wheel 66 on the NW 10 in the basic position according to track 112 (ENW1 basic position) and adjusted in 180 ° KW according to track 113 (ENW1 displaced) shown.

Die Spur 111 zeigt das Kurbelwellensignal mit Zähnen 117 und Lücke 118. Die Marke 114 kennzeichnet beispielhaft eine Abstellposition der Kurbelwelle 12. Diese ist jedoch unbekannt. Wenn sich die KW 12 nach rechts bewegt, können die Zähne 117 der KW 12 gezählt werden. Bei der fallenden Flanke in der Grundstellung 112 der ENW1 wäre dann bereits die Position der KW 12 auf 720°KW bekannt, ohne zuvor die KW-Lücke 118 in der Mitte des Bildes gesehen zu haben.The track 111 shows the crankshaft signal with teeth 117 and gap 118 , The mark 114 indicates, by way of example, a parking position of the crankshaft 12 , This is unknown. When the KW 12 moved to the right, the teeth can 117 the KW 12 be counted. At the falling edge in the basic position 112 the ENW1 would then already be the position of KW 12 known at 720 ° KW, without first the KW gap 118 to have seen in the middle of the picture.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen relativen Phasensensor 62-1, z.B. mit Abgriff am Widerstandsstreifen 61-1, ist stets die relative Lage der NW 10 zur KW 12 bekannt.By the inventively provided relative phase sensor 62-1 , eg with tapping on the resistance strip 61-1 , is always the relative position of the NW 10 to the KW 12 known.

Im Graphen 110 der 6 bezeichnen die Bereiche 115 und 116 noch Abschnitte mit 180o KW und die Bereiche 121 und 122 zeigen die Verstellungen einer Einlass- bzw. einer Auslassnockenwelle.In the graph 110 of the 6 denote the areas 115 and 116 still sections with 180o KW and the areas 121 and 122 show the adjustments of an intake and an exhaust camshaft.

Für eine Erstsynchronisation – KW-Position und NW-Position sind unbekannt – benötigt man mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine der beiden nachfolgenden Konstellationen:

  • (1) Es liegt vor eine der beiden KW-Lücken mit einer eindeutige NW-Pegelinformation in Bezug auf Zahn 68 und Lücke 69 des Nockenwellengeberrades 66, also high oder low in den Spuren 112, 113 aus 6. Ein Zahn 68 und die gegenüberliegende Lücke 69 am Nockenwellengeberrad 66 müssen mindestens so groß sein, wie der angestrebte Verstellbereich der Phasenlage der Nockenwelle 10. Bei einem Verstellbereich von zum Beispiel 140°KW ergeben sich 70°NW am Zahn 68 auf dem NW-Geberrad 66 und gegenüber eine 70° NW-Lücke 69. Anordnung KW-Lücke zu Nockenwellenzahn 68 Halbmond muss entsprechend gewählt werden.
  • (2) Es liegt eine steigende/fallende NW-Flanke vor. Dann kann aus der bekannten relativen Phasenverstellung zwischen Nockenwelle 10 und Kurbelwelle 12 und der Flanke auf die KW-Position geschlossen werden. Vorteilhaft ist dabei, dass die KW-Position schneller verfügbar ist. Dieser Vorteil kann sich positiv auswirken, wenn man kurz parkt und in dem Moment weiterfahren möchte, wenn gerade alle Steuergeräte deaktiviert wurden, das Fahrzeug also schläft. Dann wirkt sich die Synchronisation auf die Startzeit aus.
For a first synchronization - KW position and NW position are unknown - one needs with the inventive arrangement one of the following two constellations:
  • (1) It is in front of one of the two KW gaps with a unique NW level information with respect to tooth 68 and gap 69 of the camshaft encoder wheel 66 , so high or low in the tracks 112 . 113 out 6 , A tooth 68 and the opposite gap 69 on the camshaft sensor wheel 66 must be at least as large as the desired adjustment range of the phase angle of the camshaft 10 , With an adjustment range of 140 ° KW, for example, 70 ° NW results on the tooth 68 on the NW encoder wheel 66 and opposite a 70 ° NW gap 69 , Arrangement KW gap to camshaft tooth 68 Crescent must be chosen accordingly.
  • (2) There is a rising / falling NW edge. Then, from the known relative phase adjustment between the camshaft 10 and crankshaft 12 and the flank to be closed to the KW position. It is advantageous that the KW position is available faster. This advantage can have a positive effect if you park for a short while and want to continue driving at the moment when all the ECUs have been deactivated, ie the vehicle is asleep. Then the synchronization affects the start time.

Claims (12)

Nockenwellenverstelleinrichtung (100) zum Einstellen der Phasenlage einer Nockenwelle (10), insbesondere relativ zu einer Kurbelwelle (12), – mit einem Stellantrieb (20), einem Stellrad (30) als Abtriebselement und einer Sensoreinheit (60), welche eine erste Sensorkomponente (61) und eine zweite Sensorkomponente (62) aufweist, – bei welcher: – das Stellrad (30) eingangsseitig mit dem Stellantrieb (20) gekoppelt oder koppelbar und durch diesen antreibbar ist und ausgangsseitig mit der Nockenwelle (10) und mit deren Phasenlage koppelbar oder gekoppelt ist, – das Stellrad (30) oder der Stellantrieb (20) mitbewegbar angebracht die erste Sensorkomponente (61) aufweist, – die zweite Sensorkomponente (62) ortsfest und außerhalb des Stellrades (30) bzw. Stellantriebes (20) angeordnet ist und – die Sensoreinheit (60) ausgebildet ist, einen Abstand, eine Lage und/oder eine Orientierung zwischen den Sensorkomponenten (61, 62) zu erfassen.Camshaft adjusting device ( 100 ) for adjusting the phase position of a camshaft ( 10 ), in particular relative to a crankshaft ( 12 ), - with an actuator ( 20 ), a thumbwheel ( 30 ) as output element and a sensor unit ( 60 ), which a first sensor component ( 61 ) and a second sensor component ( 62 ), - in which: - the thumbwheel ( 30 ) on the input side with the actuator ( 20 ) coupled or coupled and can be driven by this and the output side with the camshaft ( 10 ) and can be coupled or coupled with their phase position, - the setting wheel ( 30 ) or the actuator ( 20 ) mitbewegbar attached the first sensor component ( 61 ), - the second sensor component ( 62 ) stationary and outside the setting wheel ( 30 ) or actuator ( 20 ) is arranged and - the sensor unit ( 60 ), a distance, a position and / or an orientation between the sensor components ( 61 . 62 ) capture. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach Anspruch 1, bei welcher die Kopplung zwischen Stellrad (30) und Nockenwelle (10) derart eingerichtet ist, dass eine Phasenlage der Nockenwelle (10) eindeutig oder eineindeutig zu einer Phasenlage des Stellrades (30) korrespondiert.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to claim 1, wherein the coupling between adjusting wheel ( 30 ) and camshaft ( 10 ) is arranged such that a phase angle of the camshaft ( 10 ) unambiguous or one-to-one with a phase angle of the setting wheel ( 30 ) corresponds. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher (i) die erste Sensorkomponente (61) am Stellrad (30) drehfest als Ohmsches Widerstandselement (61-1), insbesondere als Widerstandsstreifen und/oder in Kreisringsegmentform konzentrisch zu einer Achse (11) des Stellrades (30), und mit einem ersten elektrischen Abgriff (61-2) ausgebildet ist und (ii) die zweite Sensorkomponente (62) einen zweiten elektrischen Abgriff (62-1) derart aufweist oder bildet, dass der Wert des Ohmschen Widerstandes des sich zwischen den elektrischen Abgriffen (61-2, 62-1) erstreckenden Bereichs des Ohmschen Widerstandselementes (61-1) ein Maß für die Phasenlage des Stellrades (30) ist.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein (i) the first sensor component ( 61 ) on the adjusting wheel ( 30 ) non-rotatable as an Ohmic resistance element ( 61-1 ), in particular as resistance strips and / or in the form of a circular ring segment concentric with an axis ( 11 ) of the adjusting wheel ( 30 ), and with a first electrical tap ( 61-2 ) and (ii) the second sensor component ( 62 ) a second electrical tap ( 62-1 ) such that the value of the ohmic resistance of the between the electrical taps ( 61-2 . 62-1 ) extending portion of the ohmic resistance element ( 61-1 ) a measure of the phase angle of the adjusting wheel ( 30 ). Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, – bei welcher (i) eine der Sensorkomponenten (61, 62) einen Magneten (61-3) aufweist oder bildet und die andere der Sensorkomponenten (62, 61) einen oder mehrere Magnetsensoren (62-2) aufweist oder bildet, – wobei der Magnet (61-3) insbesondere an der und/oder rotationssymmetrisch zu der Achse (11) des Stellrades (30) ausgebildet und/oder einen tangential verlaufenden Polwechsel aufweist.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, - in which (i) one of the sensor components ( 61 . 62 ) a magnet ( 61-3 ) or the other of the sensor components ( 62 . 61 ) one or more magnetic sensors ( 62-2 ) or wherein the magnet ( 61-3 ) in particular on and / or rotationally symmetrical to the axis ( 11 ) of the adjusting wheel ( 30 ) and / or has a tangentially extending pole change. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Stellantrieb (20) einen Schneckenantrieb aufweist oder bildet, insbesondere mit einer mit einer Antriebswelle (22) gekoppelten oder verbundenen Schnecke (22), welche vorzugsweise mit dem Stellrad (30) oder einem Teil davon als Schneckenrad kämmt.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the actuator ( 20 ) has or forms a worm drive, in particular with one with a drive shaft ( 22 ) coupled or connected screw ( 22 ), which preferably with the setting wheel ( 30 ) or part of it as a worm wheel meshes. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Anspruch, bei welcher die erste Sensorkomponente (61) einen von der Schnecke (22) beweglich mitführbaren Mitnehmer (61-4) aufweist oder bildet.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the first sensor component ( 61 ) one of the snail ( 22 ) movable carriage ( 61-4 ) or forms. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Stellantrieb (20) einen bürstenlosen Elektromotor als Antrieb (21) aufweist, welcher insbesondere ausgebildet ist, bei einem Einschalten als Referenz einen festen Anschlag anzufahren.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the actuator ( 20 ) a brushless electric motor as a drive ( 21 ), which is in particular designed to approach a fixed stop when switched on as a reference. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche eine Koppeleinheit (40) aufweist zur Kopplung des Stellrades (30) und zum Übertragen eines Verstellmomentes an die Nockenwelle (10), wobei die Koppeleinheit (40) insbesondere zur Kopplung eines Nockenwellenantriebselementes (50), vorzugsweise einer Steuerkette (51) oder eines Steuerriemens, und eines Antriebsmomentes an die Nockenwelle (10) ausgebildet ist.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, which comprises a coupling unit ( 40 ) has for coupling the adjusting wheel ( 30 ) and for transmitting an adjusting torque to the camshaft ( 10 ), wherein the coupling unit ( 40 ) in particular for coupling a camshaft drive element ( 50 ), preferably a timing chain ( 51 ) or a timing belt, and a drive torque to the camshaft ( 10 ) is trained. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Koppeleinheit (40) ein Planetengetriebe aufweist oder bildet, insbesondere mit zumindest einem Teil (33) des Stellrades (30) als Sonnenrad (43), einem Teil eines Steuer- und Antriebsrades (44) der Nockenwelle (10) als Hohlrad und/oder mit einem Planetenträger (41) an der Nockenwelle (10) drehfest angebracht.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the coupling unit ( 40 ) has or forms a planetary gear, in particular with at least one part ( 33 ) of the adjusting wheel ( 30 ) as sun wheel ( 43 ), a part of a control and drive wheel ( 44 ) of the camshaft ( 10 ) as a ring gear and / or with a planet carrier ( 41 ) on the camshaft ( 10 ) rotatably mounted. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, – mit einem Nockenwellengeberrad (66), welches drehfest mit der Nockenwelle (10) gekoppelt ist und welches einen Zahn (68) und eine Lücke (69) aufweist – wobei sich Zahn (68) und Lücke (69) in Bezug auf die Nockenwellenachse (11) am Nockenwellengeberrad (66) axialsymmetrisch gegenüberstehen und in Bezug auf die Nockenwellenachse (11) jeweils einen Winkelbereich umspannen, welcher zu einem Verstellbereich der Nockenwellenverstelleinrichtung (100) korrespondiert.Camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of the preceding claims, - with a Nockenwellengeberrad ( 66 ), which rotatably with the camshaft ( 10 ) and which one tooth ( 68 ) and a gap ( 69 ) - where tooth ( 68 ) and gap ( 69 ) with respect to the camshaft axis ( 11 ) on the camshaft sensor wheel ( 66 axially symmetric and with respect to the camshaft axis ( 11 ) each span an angular range, which is to an adjustment of the camshaft adjusting device ( 100 ) corresponds. Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach Anspruch 10, mit einem Nockenwellengeberradsensor (67), welcher gegenüber dem Nockenwellengeberrad (66) ortsfest angeordnet ist und welcher eingerichtet ist Zahn (68) und Lücke (69) des Nockenwellengeberrades (66) und insbesondere deren Flanken zu detektieren. Camshaft adjusting device ( 100 ) according to claim 10, with a camshaft sensor wheel sensor ( 67 ), which is opposite the camshaft sensor wheel ( 66 ) is stationary and which is set tooth ( 68 ) and gap ( 69 ) of the camshaft sensor wheel ( 66 ) and in particular to detect their edges. Motorsteuerung, mit: – einer Kurbelwelle (12), – einer von der Kurbelwelle (12) über ein Nockenwellenantriebselement (50) steuer- und antreibbaren Nockenwelle (10) und – einer Nockenwellenverstelleinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.Engine control, comprising: - a crankshaft ( 12 ), - one of the crankshaft ( 12 ) via a camshaft drive element ( 50 ) controllable and drivable camshaft ( 10 ) and - a camshaft adjusting device ( 100 ) according to one of claims 1 to 11.
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