DE10236506A1

DE10236506A1 - Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE10236506A1
Application number: DE2002136506
Authority: DE
Inventors: Detlef Axmacher; Massimiliano Gasparro; Dirk Dipl.-Ing. Neubauer; Frank Pachan; Lars Dipl.-Ing. Pfützenreuter; Markus Dr.-Ing. Wilke
Original assignee: AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-19
Also published as: WO2004020795A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle mittels einem zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle angeordneten Taumelscheibengetriebe, bei dem der Drehwinkel der Kurbelwelle, der Drehwinkel der Nockenwelle und der von dem Taumelscheibengetriebe bewirkte Versatz der Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwellen mittels eines Sensors bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 100 38 354 A1 bekannt ist.

In der gattungsbildenden Druckschrift DE 100 38 354 ist eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle beschrieben. Bei dieser Steuereinrichtung sind ein mit der Kurbelwelle verbundenes und auf der Nockenwelle drehbar gelagertes Nockenwellenrad und eine mit der Nockenwelle verbundene Drehscheibe über eine Taumelscheibe eines Taumelscheibengetriebes miteinander verzahnt. Dabei weisen das Nockenwellenrad und die Drehscheibe eine unterschiedliche Zahnzahl auf, wodurch bei einer von einem Antrieb der Taumelscheibe erzeugten Taumeldrehung ein Versatz im Drehwinkel zwischen dem Nockenwellenrad und der Drehscheibe entsteht.

Der Versatz zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle darf einen Grenzwert nicht überschreiten, da die Brennkraftmaschine sonst nicht mehr zuverlässig nach dem Viertaktprinzip arbeiten kann. Bei einem extremen Versatz können die Kolben auf die geöffneten Gaswechselventile schlagen und den Zylinderkopf zerstören.

Zur Ansteuerung des Antriebes der Taumelscheibe wird als Eingangsinformation für ein dem Taumelscheibengetriebe zugeordneten Steuergerät der Drehwinkel der Kurbelwelle sowie der Drehwinkel der Nockenwelle benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels der Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei welcher der Drehwinkel der Nockenwelle und der Drehwinkel der Kurbelwelle in einfacher Weise erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach an einem den Drehwinkel der Kurbelwelle aufweisenden ersten Motorteil eine mindestens erste Marke angebracht ist, und wonach an einem den Drehwinkel der Nockenwelle aufweisenden zweiten Motorteil mindestens eine zweite Marke angebracht ist. Die mindestens erste Marke und die mindestens zweite Marke sind dabei so angeordnet, daß beide Marken von einem einzigen Sensor zu sensieren sind.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kurbelwelle über einen Primärtrieb mit der Nockenwelle verbunden ist. Als erstes Motorteil ist ein auf der Nockenwelle drehbar gelagertes, den Primärtrieb tragendes Nockenwellenrad angeordnet. Als zweites Motorteil ist eine Drehscheibe direkt mit der Nockenwelle verbunden, wobei das Nockenwellenrad und die Drehscheibe durch die Taumelscheibe des Taumelscheibengetriebes miteinander verbunden sind.

Beispielsweise können das Nockenwellenrad und die Drehscheibe radial ineinander angeordnet und durch eine Walzenlagerung miteinander verbunden sein. Durch diese Anordnung können die mindestens erste Marke und die mindestens zweite Marke so auf dem Nockenwellenrad und auf der Drehscheibe angeordnet werden, daß sie Marken von nur einem Sensor zu sensieren sind.

In einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß entweder an dem ersten Motorteil oder an dem zweiten Motorteil genau eine Marke angebracht ist, wobei entsprechend auf dem jeweils anderen Motorteil genau zwei Marken angebracht sind.

Die erste und die zweite Marke sind so auf dem ersten Motorteil und dem zweiten Motorteil angeordnet, daß der Sensor die genau eine Marke in der Mitte zwischen den genau zwei Marken sensiert, wenn der Drehwinkel der Kurbelwelle gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle nicht verstellt ist.

In einer weiteren Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Sensor ein Hallsensor ist, wobei die mindestens erste Marke als ein mindestens erster Permanentmagnet ausgebildet ist, und wobei die mindestens zweite Marke als ein mindestens zweiter Permanentmagnet ausgebildet ist.

Dabei ist vorgesehen die Steuereinrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels der Kurbelwelle und zur Bestimmung des Drehwinkels der Nockenwelle zu verwenden.

Zudem ist vorgesehen der Steuereinrichtung zur Bestimmung der Verstellung des Drehwinkels der Kurbelwelle gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle zu verwenden.

Schließlich soll die Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Warnsignals verwendet werden, wenn die Verstellung zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle einen Grenzwerte überschreitet.

Im folgenden soll die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren beschrieben und erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Darstellung des als Nockenwellenrad ausgebildeten, mit der Kurbelwelle verbundenen ersten Motorteils, das die erste Marke trägt, und des als Drehscheibe ausgebildeten, mit der Nockenwelle verbundenen zweiten Motorteils, das die zweite Marke trägt,
2 eine Darstellung der neben dem Nockenwellenrad und der Drehscheibe angeordneten Sensors, der alle Marken des Nockenwellenrades und der Drehscheibe sensiert,
3a – 3c drei Diagramme, welche die relative Intensität des von dem Hallsensor sensierten Signale der als Permanentmagneten ausgebildeten Marken des Nockenwellenrades und der Drehscheibe über dem Drehwinkel darstellen.
Die Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle ist so aufgebaut, daß die Kurbelwelle über den Primärtrieb mit einem auf der Nockenwelle gelagerten ersten Motorteil verbunden ist. Das erste Motorteil ist dabei als Nockenwellenrad ausgebildet. Die Nockenwelle ist als zweites Motorteil mit einer Drehscheibe verbunden. Die Drehschiebe ist innerhalb des Nockenwellenrades angeordnet.
In der 1 ist ein Teil des über eine Steuerkette mit der Kurbelwelle verbundenen Nockenwellenrades 1 und ein Teil der die Drehscheibe 2 tragenden Nockenwelle dargestellt. Das Nockenwellenrad 1 und die Drehscheibe 2 sind durch die in dieser Darstellung nicht sichtbare Taumelscheibe kraftschlüssig miteinander verbunden.
An dem Nockenwellenrad 1 ist als Marke ein erster Permanentmagnet 4 angebracht. An der Drehscheibe 2 der Nockenwelle sind als Marke ein zweiter Permanentmagnet 5 und ein dritter Permanentmagnet 6 angebracht. Die drei Permanentmagnete 4, 5, 6 bilden ein gleichschenkeliges Dreieck, wenn der Drehwinkel der Kurbelwelle nicht gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle verstellt ist. Dabei steht der erste Permanentmagnet 4 des Nockenwellenrades 1 genau in der Mitte zwischen dem zweiten und dritten Permanentmagnet 5, 6 der Drehscheibe 2. Der als Hallsensor 3 ausgebildete Sensor ist dabei so angeordnet, daß er die Magnetfeder des ersten, des zweiten und des dritten Permanentmagneten 4, 5, 6 sensiert.
Der Hallsensor 3 ist mit einem dem Taumelscheibengetriebe zugeordneten Steuergerät verbunden. Das Steuergerät berechnet aus den Signalen des Hallsensors 3 den Drehwinkel der Kurbelwelle und den Drehwinkel der Nockenwelle. Daraus werden auch die Drehzahl, Drehgeschwindigkeit und die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle und der Nockenwelle ermittelt.
Zudem wird aus den Signalen des Hallsensors 3 die durch das Taumelscheibengetriebe bewirkte Verstellung des Drehwinkels der Kurbelwelle gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle bestimmt. Das Steuergerät überwacht dabei den Grenzwert, den die Verstellung des Drehwinkel der Kurbelwelle gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle maximal betragen darf. Beim erreichen des Grenzwertes erzeugt das Steuergerät ein Warnsignal, das einen die Taumelscheibe betätigenden Antrieb dar an hindert die Verstellung der Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle weiter zu vergrößern.
In der 2 ist in einem Schnittbild die Position des Hallsensors 3 gegenüber dem ersten Permanentmagneten 4 des Nockenwellenrades 1 und gegenüber dem zweiten und dritten Permanentmagneten 5, 6 der Drehscheibe 2 der Nockenwelle dargestellt.
In den 3a bis 3c sind die von dem Hallsensor 3 sensierten Signale der drei Permanentmagneten 4, 5, 6 über dem Drehwinkel w aufgetragen. Dabei erscheint der erste Permanentmagnet 4 als erste Signalspitze 7 , der zweite Permanentmagnet 5 als zweite Signalspitze 8 und der dritte Permanentmagnet 6 als dritte Signalspitze 9.
Die Position der ersten Signalspitze 7 zwischen der zweiten Signalspitze 8 und der dritten Signalspitze 9 bestimmt den Versatzes der Verstellung zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle.
Die 3a zeigt die erste Signalspitze 7 in der Mitte zwischen der zweiten Signalspitze 8 und der dritten Signalspitze 9. Dabei öffnen sich die Gaswechselventile im Arbeitsspiel wie bei einer normalen Brennkraftmaschine.
Die 3b zeigt die erste Signalspitze 7 zur zweiten Signalspitze 8 hin verschoben. Bei einem derartigen Versatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle öffnen sich die Gaswechselventile im Arbeitsspiel früher als bei einer normalen Brennkraftmaschine mit einer starrer Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle.
Die 3c zeigt die erste Signalspitze 7 zur dritten Signalspitze 9 hin verschoben. Bei einem derartigen Versatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle öffnen sich die Gaswechselventile im Arbeitsspiel später als bei einer normalen Brennkraftmaschine.
Von dem Steuergerät werden zur genauen Berechnung der Drehwinkel die Mittelpunkte der drei Signalspitzen 7, 8, 9 bestimmt.
Das Ausführungsbeispiel wurde zur verbesserten Anschauung mit den drei Permanentmagneten gewählt. Grundsätzlich reichen zur Bestimmung des Drehwinkels des Nockenwellenrades und der Drehscheibe je ein Permanentmagnet. Diese beiden Permanentmagnete müssen auch keine besondere Orientierung zueinander haben. Dem zugeordneten Steuergerät muß jedoch die Position der Marken auf dem Nockenwellenrad und auf der Drehscheibe bekannt sein, um daraus die Verstellung des Drehwinkels der Kurbelwelle gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle bestimmen zu können.
Um die Auflösung der Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu erhöhen können auf dem Nockenwellenrad und auf der Drehscheibe eine Vielzahl von Permanentmagneten angeordnet sein. Dabei muß jeweils eine Marke des Nockenwellenrades und der Drehscheibe besonders ausgebildet sein, damit das Steuergerät die Position des Nockenwellenrades und der Drehscheibe zueinander erkennt.
Durch die von einem Hallsensor zu sensierenden Permanentmagneten des Nockenwellenrades und der Drehscheibe können der Drehwinkel der Kurbelwelle und der Drehwinkel der Nockenwelle auf einfache weise bestimmt werden. Zudem wird der durch das Taumelscheibengetriebe bewirkte Versatz zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle bestimmt.

Claims

Steuereinrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle mittels einem zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle angeordneten Taumelscheibengetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß an einem den Drehwinkel der Kurbelwelle aufweisenden ersten Motorteil mindestens eine erste Marke angebracht ist, und daß an einem den Drehwinkel der Nockenwelle aufweisenden zweiten Motorteil mindestens eine zweite Marke angebracht ist, und daß die mindestens erste Marke und die mindestens zweite Marke von einem Sensor zu sensieren sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle über einen Primärtrieb mit der Nockenwelle verbunden ist, daß als erstes Motorteil ein gegenüber der Nockenwelle drehbar gelagertes, den Primärtrieb tragendes Nockenwellenrad (1) angeordnet ist, daß als zweites Motorteil mit der Nockenwelle eine Drehscheibe (2) verbunden ist, und daß das Nockenwellenrad (1) und die Drehscheibe (2) durch die Taumelscheibe des Taumelscheibengetriebes verbunden sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenwellenrad (1) und die Drehscheibe (2) radial ineinander angeordnet und durch eine Lagerung miteinander verbunden sind.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Motorteil genau eine Marke angebracht ist und an dem zweiten Motorteil genau zwei Marken angebracht sind, oder daß an dem ersten Motorteil genau zwei Marken angebracht sind und an dem zweiten Motorteil genau ein Marke angebracht ist, und daß der Sensor die genau eine Marke in der Mitte zwischen den genau zwei Marken sensiert, wenn der Drehwinkel der Kurbelwelle nicht gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle verstellt ist.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Hallsensor (3) ist, und daß die mindestens erste Marke ein mindestens erster Permanentmagnet (4) ist, und das die mindestens zweite Marke ein mindestens zweiter Permanentmagnet (5) ist.
Verwendung der Steuereinrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels der Kurbelwelle und zur Bestimmung des Drehwinkels der Nockenwelle.
Verwendung der Steuereinrichtung zur Bestimmung der Verstellung des Drehwinkels der Kurbelwelle gegenüber dem Drehwinkel der Nockenwelle.
Verwendung der Steuereinrichtung zum erzeugen eines Warnsignals, wenn die Verstellung zwischen dem Drehwinkel der Kurbelwelle und dem Drehwinkel der Nockenwelle einen Grenzwerte überschreitet.