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EP1537299A1 - Phasenverstellvorrichtung - Google Patents

Phasenverstellvorrichtung

Info

Publication number
EP1537299A1
EP1537299A1 EP03797163A EP03797163A EP1537299A1 EP 1537299 A1 EP1537299 A1 EP 1537299A1 EP 03797163 A EP03797163 A EP 03797163A EP 03797163 A EP03797163 A EP 03797163A EP 1537299 A1 EP1537299 A1 EP 1537299A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase adjustment
camshaft
adjustment device
sensor
crankshaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03797163A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Neubauer
Markus Wilke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Engineering GmbH
Original Assignee
AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10315317.9A external-priority patent/DE10315317B4/de
Application filed by AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH filed Critical AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Publication of EP1537299A1 publication Critical patent/EP1537299A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/352—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/024—Belt drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2201/00—Electronic control systems; Apparatus or methods therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/02—Formulas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/04—Sensors
    • F01L2820/041—Camshafts position or phase sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams
    • Y10T74/2102—Adjustable

Definitions

  • the invention relates to a phase adjustment device for adjusting the angle of rotation of a camshaft relative to the angle of rotation of a crankshaft.
  • the crankshaft drives one or more camshafts via a primary drive, which is designed, for example, as a toothed belt.
  • a camshaft gear is attached to each camshaft, via which the primary drive drives the camshaft.
  • the rotation angle of the crankshaft is translated at any time, 720 ° crankshaft rotation angle ⁇ ⁇ being converted into 360 ° camshaft rotation angle ⁇ N.
  • an internal combustion engine can be optimized, in particular with regard to fuel consumption, exhaust gas emissions and running culture, if the system coupled via the primary drive between the camshaft and crankshaft can be changed and the phase between the two shafts is thereby adjusted.
  • AI sensor devices are attached to sense the phase adjustment on the camshaft and the crankshaft or on the camshaft wheel, which sense the actual position of the camshaft relative to the actual position of the crankshaft or the camshaft wheel, thereby reducing the positions or the speeds of the shafts can also be determined.
  • Such a sensor device can, for. B. realized by non-contact Hall sensors.
  • a disadvantage of such a construction is that discrete angle marks have to be attached to the camshaft and crankshaft, which can then be scanned by the sensors.
  • the number of these angular marks on the camshaft depends on the number of cylinders or the periodic camshaft alternating torque. Because it is not possible to attach any number of angle marks to the camshaft, the measurement accuracy of the position detection depends on the distance between two adjacent angle marks. The longer the period of time that is required to sense two adjacent angle marks, the less precise the measurement result, i.e. the phase adjustment cannot be determined exactly.
  • the object of the invention is to provide a phase adjustment device which determines an accurate measured value for the phase adjustment even at low speeds or even when the crankshaft is at a standstill and can thus regulate the phase adjustment to the desired value even in the lower speed range.
  • the phase adjustment device comprising a drive and a gearbox which has a high transmission ratio relative to the camshaft, a high translation means that the speed of the sensed part of the phase adjustment device at least during the adjustment depending on the adjustment direction is many times greater or less than the speed of the camshaft.
  • the advantages of the invention are that a higher resolution with regard to the position of the camshaft can be achieved, since individual mechanical components of the phase adjuster have a higher or lower adjustment speed than the speed of the camshaft, at least during the adjustment, depending on the adjustment direction.
  • the sensors for such phase adjustment devices can be integrated easily and inexpensively. Such a structure has a higher quality when measuring the phase adjustment.
  • Phase adjustment devices can also be used to precisely control internal combustion engines at low speed or from a standing start.
  • the sensor on the phase shift plate either the position of the electric motor rotor or the position of a gear part that has a different speed when adjusted compared to the camshaft due to the translation.
  • incremental sensors which can be attached externally to the motor or which are already integrated in some electric motors, for example as Hall sensors, have proven particularly advantageous.
  • the position of the rotor can also be determined by measuring electrical quantities of the running electric motor, in particular the counter-induction voltage.
  • FIG. 1 Camshaft with phase adjustment device
  • FIG. 2 phase adjustment device with incremental sensor on the rotor of an electric motor
  • FIG. 3 phase adjustment device with incremental sensor on the drive axis of an electric motor
  • FIG. 4 phase adjustment device with incremental sensor on a gear part
  • FIG. 5 phase adjustment device with voltage measurement on the electric motor.
  • Figure 1 shows a camshaft 9 with phase adjustment device 1.
  • the crankshaft 12 drives the camshaft gear 8 via a primary drive 7.
  • the respective position or speed of the crankshaft 12 is detected by a sensor 13.
  • This position information is forwarded to a control unit (not shown) and made available for further processing.
  • the crankshaft 12 drives the camshaft 9 via the primary drive 7 and the camshaft gear 8 coupled to it.
  • the position or speed of the camshaft 9 is also detected with the aid of a sensor 11.
  • four camshaft markings 10 are attached to the camshaft in the application example, so that at a known speed of the crankshaft z. B. can measure the time that has passed between sensing a crankshaft marking and a camshaft marking.
  • this time span can be offset to a phase adjustment angle, which represents the phase adjustment between camshaft 9 and crankshaft 12, which is caused by phase adjuster 1.
  • phase adjustment angle represents the phase adjustment between camshaft 9 and crankshaft 12, which is caused by phase adjuster 1.
  • the phase adjuster 1 has at least At least one further sensor device 14, which can detect different positions or speeds of moving, in particular rotating or tumbling, components 3, 4, 6 in the phase adjuster.
  • This phase adjuster 1 can act on the camshaft gear 8 or directly on the camshaft 9 so that it is accelerated or decelerated with respect to the primary drive 7 and thus also the crankshaft 12. If the phase adjuster 1 is to have no influence on the camshaft 9, it adapts to the movement of the camshaft gear 8.
  • the phase adjuster 1 shown here includes a drive 2, 4 and a gear 5, the gear being moved by the electric motor 2 via a drive shaft 4. This gear 5 acts on the camshaft gear 8 or the camshaft
  • the speed of the components 3, 4, 6 on the electric motor 2 and in the transmission 5 of the phaser 1 are proportional to the camshaft speed. That is, if a component of the phase adjuster 1 changes its position, the position of the camshaft 9 is also changed in a predetermined manner. However, the phaser 1 are on the side of the rotational speeds significantly higher or lower, at least during the adjustment depending on the direction of adjustment the rotational speed of the camshaft 9. In a phase adjuster 1 with the swash plate transmissions, the relative rotational speed of the electric motor 2 'during the adjustment about 60 times higher than as the adjustment speed of the camshaft 9.
  • the position of the camshaft can be determined even at low speeds of the crankshaft 12 Determine 9, because then the high gear ratio (in the application example 60: 1) allows a fine measurement of the relative adjustment of the camshaft.
  • the phase adjustment between camshaft 9 and crankshaft 12 can be determined, for example, as follows:
  • the current speed of the crankshaft 12 is calculated from the crankshaft signals that arise when the crankshaft markings (not shown) are detected by the sensor.
  • the speed of the camshaft gear 8 is calculated from the crankshaft speed.
  • the rotational speed of a component 3, 4, 6 of the phase adjustment 1 is determined by means of the phase adjustment device sensor 14, with which the
  • Angle of rotation of this component is calculated as an absolute or relative value.
  • the relative rotation between this component 3, 4, 6 and the primary drive 7 is calculated from the speeds or the angles of rotation of a component 3, 4, 6 of the phase adjustment device 1 and the primary drive 7.
  • the phase adjustment can be measured by: bringing the phase adjuster 1 into a position that serves as a reference mark (the end stops of the phase adjuster 1 are particularly suitable for this), then the actual angle determination and the regulation of the phase position are carried out alone based on the first actual angle. If the shaft speed increases again, the adjustment is made again with the second actual angle.
  • Such sensor device 14 for detecting the position of a component 3, 4, 6 of the phase adjuster can, as shown in FIG. 2, have an incremental sensor 19 which, for. B. detected by marks 15 on the rotor 3 of the electric motor 2, the movement of the phase adjuster 1. At least the number of rotations of the rotor 3 are recorded here. Likewise, in the case of several markings 15 on the rotor 3, the position of the rotor 3 can also be changed during one revolution. be specified more precisely. Is the translation between the rotor 3 and camshaft 9 known and this is z. B. 60: 1, the position of the camshaft can be determined even at low speeds or at a standstill to about 1/60 within one revolution of the camshaft 9.
  • An example of an incremental sensor 19 is the Hall sensor, which may already be integrated in the electric motor 2, for example. External sensors such. B. in the form of light barriers can be used for the measurements. These can also easily sense markings 15 which indicate a rotation or a specific position.
  • Such an incremental sensor 19 can alternatively, as shown in FIG. 3, be attached to the drive shaft 4 between the electric motor 2 and gear 5 or directly to a gear part 6 as shown in FIG. For this purpose, the corresponding parts also have markings 16, 17 which the corresponding sensor 19 can measure.
  • phase adjustment devices 1 that, due to the gear ratio, a part 3, 4, 6 of the phase adjustment device 1, the speed or position of which is measured, at least during the adjustment, depending on the adjustment direction, a higher or lower speed than the speed of the camshaft 9 having .
  • FIG. 5 shows that the position of a rotating part 3 of the phase adjustment device 1 can be determined even without a discrete sensor system. This is done, for example, by electronically communicating dc motors, the mutual induction voltage of the non-current-carrying coil is measured. The speed or the position of the rotor 3 in the electric motor 2 can then be sensed with this value. For this there is a sensor 18 for measuring an electrical one
  • phase adjuster primary drive camshaft gear camshaft 0 camshaft marking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Phasenverstellvorrichtung (1), die einen Antrieb (2) mit Antriebswelle (4) und ein Getriebe (5) umfasst, zum Verstellen der Phase zwischen Nockenwelle (9) und Kurbelwelle (12). Erfindungsgemäss umfasst die Phasensverstellvorrichtung (1) eine Sensorvorrichtung (14, 15, 16, 17, 18, 18), mit der die Drehzahl oder die Position einer komponente (2, 3, 4, 5, 6) der Phasenverstellvorrichtung (1) gemessen wird. Dadurch wird eine höhere Auflösung bezüglich der Position der Nockenwelle erreicht.

Description

Phasenverstellvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Phasenverstellvorrichtung zum Verstellen des Drehwinkels einer Nockenwelle ge- genüber dem Drehwinkel einer Kurbelwelle.
Bei Brennkraftmaschinen treibt die Kurbelwelle über einen Primärantrieb, der beispielsweise als Zahnriemen ausgebildet ist, eine oder mehrere Nockenwellen an. Dazu ist an jeder Nockenwelle ein Nockenwellenrad befestigt, über welches der Primärantrieb die Nockenwelle antreibt. Dabei erfolgt zu jedem Zeitpunkt eine Ü- bersetzung des Drehwinkels der Kurbelwelle, wobei 720° Kurbelwellendrehwinkel φκ in 360° Nockenwellendrehwin- kel φN umgesetzt werden. Das Verhältnis der beiden
Drehwinkel ist durch diese Kopplung konstant. In den meisten /Anwendungen ergibt diese feste Kopplung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle ein Verhältnis von:
φN(t) 1
Φκ(t)
Jedoch lassen sich die Betriebseigenschaften einer Brennkraftmaschine optimieren, insbesondere hinsicht- lieh des Kraftstoff erbrauchs, der Äbgasemission und der Laufkultur, wenn das über den Primärantrieb gekoppelte System zwischen der Nockenwelle und Kurbelwelle verändert werden kann und dadurch die Phase zwischen den beiden Wellen verstellt wird. In der DE 100 38 354 AI sind zur Sensierung der Phasenverstellung an der Nockenwelle und der Kurbelwelle oder am Nockenwellenrad Sensorvorrichtungen angebracht, welche die Ist-Position der Nockenwelle gegen- über der Ist-Position der Kurbelwelle oder des Nockenwellenrades sensieren,' wodurch die Positionen oder auch die Drehzahlen der Wellen ermittelt werden können. Eine solche Sensorvorrichtung kann dabei z. B. durch berührungsfrei arbeitende Hall-Sensoren reali- siert werden.
Nachteilig bei einem solchen Aufbau ist es, dass diskrete Winkelmarken an der Nockenwelle und Kurbelwelle angebracht werden müssen, die dann von den Sensoren abgetastet werden können. Die Anzahl dieser Winkelmarken an der Nockenwelle ist abhängig von der Zylinderzahl bzw. dem periodischen Nockenwellen-Wechselmoment. Weil nicht beliebig viele Winkelmarken an der Nockenwelle angebracht werden können, ist die Messgenauig- keit der Positionserfassung abhängig vom Abstand zweier benachbarter Winkelmarken. Je länger der Zeitraum ist, der für die Sensierung zweier benachbarter Winkelmarken benötigt wird, desto ungenauer ist das Messergebnis, das heißt die Phasenverstellung kann nicht exakt ermittelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Phasenverstellvorrichtung aufzuzeigen, die auch bei niedrigen Drehzahlen oder sogar bei Stillstand der Kurbelwelle einen genauen Messwert für die Phasenverstellung ermittelt und somit die Phasenverstellung auch im unteren Drehzahlbereich auf den gewünschten Wert regeln kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst, hierbei werden zusätzliche
Sensoren direkt an oder in der Phasenverstellvorrichtung angebracht, wobei die Phasenverstellvorrichtung einen Antrieb und ein Getriebe umfasst, das eine hohe Übersetzung gegenüber der Nockenwelle aufweist, wobei eine hohe Übersetzung bedeutet, dass die Drehzahl von dem sensierten Teil der Phasenverstellvorrichtung zumindest während der Verstellung je nach Verstellrichtung um ein Vielfaches größer oder kleiner ist als die Drehzahl der Nockenwelle.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine höhere Auflösung bezüglich der Position der Nockenwelle erreicht werden kann, da einzelne mechanische Komponenten des Phasenverstellers zumindest bei der Ver- Stellung je nach Verstellrichtung eine höhere oder niedrigere Verstelldrehzahl aufweisen als die Drehzahl der Nockenwelle. Die Sensoren für solche Phasenver- stellvorrichtungen sind einfach und kostengünstig integrierbar. Ein solcher Aufbau weist eine höhere Güte bei der Messung der Phasenverstellung auf. Mit solchen
Phasenverstellvorrichtungen lassen sich auch Brennkraftmaschinen bei niedriger Drehzahl bzw. aus dem Stand exakt regeln.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den TJn- teransprüchen. Hierbei kann der Sensor am Phasenvers- teller entweder die Position des Elektromotor-Rotors oder aber die Stellung eines Getriebeteils, das bei Verstellung im Vergleich zur Nockenwelle aufgrund der Übersetzung eine unterschiedliche Drehzahl aufweist, erfassen. Bei der Bestimmung der Position des Elektromotor-Rotors erweisen sich Inkrementalsensoren als besonders vorteilhaft, die sowohl extern am Motor angebracht werden können oder aber bei manchen Elektromotoren bereits beispielsweise als Hall-Sensor integriert sind. Alternativ, das heißt ohne diskrete Senso- rik, können auch durch die Messung elektrischer Größen des laufenden Elektromotors, insbesondere die Gegenin- duktionsSpannung, Rückschlüsse auf die Position des Rotors erfolgen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1: Nockenwelle mit Phasenverstellvorrichtung;
Figur 2 : Phasenverstellvorrichtung mit Inkremental- sensor am Rotor eines Elektromotors;
Figur 3 : Phasenverstellvorrichtung mit Inkremental- sensor an der Antriebsachse eines Elektromotors ;
Figur 4: Phasenverstellvorrichtung mit Inkremental- sensor an einem Getriebeteil;
Figur 5 Phasenverstellvorrichtung mit Spannungsmes- ser am Elektromotor.
Figur 1 zeigt eine Nockenwelle 9 mit Phasenverstellvorrichtung 1. Hierbei treibt die Kurbelwelle 12 über einen Primärantrieb 7 das Nockenwellenrad 8 an. Hier- bei wird die jeweilige Position oder Drehzahl der Kurbelwelle 12 mit einem Sensor, 13 erfasst. Diese Positionsinformation wird an eine nicht abgebildete Steuereinheit weitergeleitet und zur weiteren Bearbeitung bereitgestellt. Die Kurbelwelle 12 treibt über den Primärantrieb 7 und dem damit gekoppelten Nockenwellenrad 8 die Nockenwelle 9 an. Auch die Position oder Drehzahl der Nockenwelle 9 wird mit Hilfe eines Sensors 11 erfasst. Hierfür sind an der Nockenwelle im Anwendungsbeispiel vier Nockenwellenmarkierungen 10 angebracht, so dass bei bekannter Drehzahl der Kurbelwelle z. B. die Zeit gemessen werden kann, die zwischen der Sensierung einer Kurbelwellenmarkierung und einer Nockenwellenmarkierung vergangen ist. Diese Zeitspanne kann in einer nicht abgebildeten Signalver- arbeitung zu einem Phasenverstellwinkel verrechnet werden, der die Phasenverstellung zwischen Nockenwelle 9 und Kurbelwelle 12 darstellt, die vom Phasenversteller 1 verursacht wird. Bei niedrigen Drehzahlen bzw. Stillstand der Kurbelwelle 12 ist der Zeitraum zwi- sehen der Erfassung einer Kurbelwellenmarkierung und einer Nockenwellenmarkierung 10 zu groß. Allein mit dem Nockenwellensensor 11 und dem Kurbelwellensensor 13 kann bei niedrigen Drehzahlen die Phasenverstellung nicht oder nur sehr ungenau ermittelt werden. Aus die- sem Grund befindet sich am Phasenversteller 1 mindes- tens eine weitere Sensorvorrichtung 14, die verschiedene Positionen oder Drehzahlen von sich bewegenden, insbesondere rotierenden oder taumelnden, Komponenten 3, 4, 6 im Phasenversteller erfassen kann. Dieser Pha- senversteller 1 kann hierbei auf das Nockenwellenrad 8 oder direkt auf die Nockenwelle 9 einwirken, so dass sie gegenüber dem Primärantrieb 7 und damit auch der Kurbelwelle 12 beschleunigt oder verzögert wird. Soll der Phasenversteller 1 keinen Einfluss auf die Nocken- welle 9 haben, so passt er sich der Bewegung des Nockenwellenrades 8 an. Der hier dargestellte Phasenversteller 1 beinhaltet einen Antrieb 2, 4 und ein Getriebe 5, wobei das Getriebe durch den Elektromotor 2 über eine Antriebswelle 4 bewegt wird. Dieses Getriebe 5 wirkt auf das Nockenwellenrad 8 bzw. die Nockenwelle
9 ein. Die Drehzahl der Komponenten 3, 4, 6 am Elektromotor 2 und im Getriebe 5 des Phasenverstellers 1 sind proportional zu der Nockenwellendrehzahl. Das heißt, verändert eine Komponente des Phasenverstellers 1 seine Position, so wird auch die Position der Nockenwelle 9 in vorgegebener Weise verändert. Jedoch sind auf der Seite des Phasenverstellers 1 die Drehzahlen zumindest bei der Verstellung abhängig von der Verstellrichtung wesentlich höher oder geringer als die Drehzahl der Nockenwelle 9. Bei einem Phasenversteller 1 mit Taumelscheibengetrieben ist die relative Drehzahl des Elektromotors' 2 während der Verstellung etwa 60 mal höher als die Verstelldrehzahl der Nockenwelle 9. Erfasst man die Anzahl der Drehungen im Pha- senversteller 1, so kann man auch bei niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle 12 die Position der Nockenwelle 9 ermitteln, da dann die hohe Übersetzung (im Anwendungsbeispiel 60:1) eine Feinmessung der relativen Verstellung der Nockenwelle erlaubt. Eine Bestimmung der Phasenverstellung zwischen Nockenwelle 9 und Kur- beiwelle 12 kann beispielsweise wie folgt vonstatten gehen :
Aus den Kurbelwellensignalen, die entstehen, wenn die nicht dargestellten Kurbelwellenmarkierungen vom Sensor erfasst werden, wird die aktuelle Dreh- zahl der Kurbelwelle 12 errechnet.
Aus der Kurbelwellendrehzahl wird die Drehzahl des Nockenwellenrades 8 berechnet .
Mittels des Phasenverstellvorrichtungssensors 14 wird die Drehzahl einer Komponente 3, 4, 6 der Phasenverstellung 1 ermittelt, mit der auch der
Verdrehwinkel dieser Komponente als Absolut- oder Relativwert berechnet wird.
Aus den Drehzahlen bzw. den Verdrehwinkeln einer Komponente 3, 4, 6 der Phasenverstellvorrichtung 1 und dem Primärantrieb 7 wird die relative Verdrehung zwischen dieser Komponente 3, 4, 6 und dem Primärantrieb 7 berechnet.
Mittels der Übersetzung der Phasenverstellvorrichtung ist der Zusammenhang zwischen: ■ der relativen Verdrehung zwischen einer Komponente 3, 4, 6 der Phasenverstellvorrichtung 1 und dem Primäran rieb 7 und damit auch der Kurbelwelle 12 bekannt, damit ist auch die relative Verdrehung der No- ckenwelle 9 gegenüber dem Primärantrieb 7 und damit auch gegenüber der Kurbelwelle 12 be- kannt, wobei sich ein erster Istwinkel aus der aktuellen Phasenlage der Nockenwelle 9 gegenüber der Kurbelwelle 12 ergibt. Dieser erste Istwinkel wird nun mit dem Istwinkel des Sensorsystems aus Nocken- und Kurbelwellen-
Sensor 11, 13, die einen zweiten Istwinkel bilden, abgeglichen; dies erfolgt vorzugsweise dann, wenn der zweite Istwinkel aufgrund einer entsprechend hohen Kurbelwellen-Drehzahl eine ausreichende Güte besitzt.
Im Bereich sehr kleiner Kurbelwellendrehzahlen und im Stillstand kann die Phasenverstellung gemessen werden, indem: der Phasenversteller 1 in eine Position gebracht wird, die als Referenzmarke dient (hierfür eignen sich besonders die Endanschläge des Phasenverstellers 1) dann erfolgt die Istwinkelbestimmung und die Regelung der Phasenlage allein auf Basis des ersten Istwinkels. Steigen die Kurbewellendrehzahlen wieder an, erfolgt wieder der Abgleich mit dem zweiten Istwinkel.
Solche Sensorvorrichtung 14 zur Erfassung der Position einer Komponente 3, 4, 6 des Phasenverstellers kann, wie in Figur 2 gezeigt, einen Inkrementalsensor 19 aufweisen, der z. B. über Markierungen 15 am Rotor 3 des Elektromotors 2 die Bewegung des Phasenversteller 1 erfasst. Hierbei werden zumindest die Anzahl der Drehungen des Rotors 3 erfasst. Gleichfalls können, im Falle mehrerer Markierungen 15 auf dem Rotor 3 auch die Position des Rotors 3 während einer Umdrehung ge- nauer spezifiziert werden. Ist die Übersetzung zwischen Rotor 3 und Nockenwelle 9 bekannt und beträgt diese z. B. 60:1 kann die Position der Nockenwelle auch bei niedrigen Drehzahlen oder im Stillstand auf ca. 1/60 innerhalb einer Umdrehung der Nockenwelle 9 bestimmt werden. Als Beispiel für einen Inkrementalsensor 19 ist der Hallsensor zu nennen, der beispielsweise bereits im Elektromotor 2 integriert sein kann. Auch externe Sensoren z. B. in Form von Lichtschranken können für die Messungen verwendet werden. Auch diese können auf einfache Weise Markierungen 15 sensieren, die eine Umdrehung oder eine bestimmte Position anzeigen. Ein solcher Inkrementalsensor 19 kann auch alternaiv, wie in Figur 3 dargestellt, an der Antriebswelle 4 zwischen Elektromotor 2 und Getriebe 5 oder direkt an einem Getriebeteil 6 wie in Figur 4 dargestellt angebracht sein. Hierfür weisen dann die entsprechenden Teile gleichfalls Markierungen 16, 17 auf, die der entsprechende Sensor 19 vermessen kann. Wichtig bei derartigen Phasenverstellvorrichtungen 1 ist nur, dass bedingt durch die Getriebeübersetzung, ein Teil 3, 4, 6 der Phasenverstellvorrichtung 1, dessen Drehzahl oder Position gemessen wird, zumindest während der Verstellung je nach Verstellrichtung eine höhere oder geringere Drehzahl als die Drehzahl der Nockenwelle 9 aufweist .
In Figur 5 wird gezeigt, dass auch ohne diskrete Sen- sorik die Position eines rotierenden Teiles 3 der Pha- senverstellvorrichtung 1 ermittelt werden kann. Dies erfolgt beispielsweise, indem bei elektronisch kommu- tierten Gleichstrommotoren die GegeninduktionsSpannung der nicht stromdurchflossenen Spule gemessen wird. Mit diesem Wert kann dann die Drehzahl bzw. die Position des Rotors 3 im Elektromotor 2 sensiert werden. Hier- für ist ein Sensor 18 zur Messung einer elektrischen
Größe, insbesondere der Gegeninduktionsspannung in der Phasenverstellvorrichtung 1 angebracht.
Für eine solche Phasenverstellvorrichtung eignen sich auch alle anderen Sensortypen und Messverfahren, mit denen die Drehzahl bzw. Position einer Komponente des Phasenverstellers ermittelt werden kann.
Bezugszeichenliste :
I Phasenverstellvorrichtung 2 Antrieb
3 Elektromotorrotor
4 Antriebswelle
5 Getriebe
6 Komponente des Phasenverstellers Primärantrieb Nockenwellenrad Nockenwelle 0 Nockenwellenmarkierung I Nockenwellensensor 2 Kurbelwelle 3 Kurbelwellensensor 4 Phasenverstellvorrichtungssensor 5 Markierung am Rotor 6 Markierung an der Antriebswelle 7 Markierung am Getriebe 8 Sensorvorrichtung 9 Inkrementalsensor

Claims

Patentansprüche :
1) Phasenverstellvorrichtung (1), einen Antrieb (2) mit Antriebswelle (4) und ein Getriebe (5) umfas- send, zum Verstellen der Phase zwischen Nockenwelle (9) und Kurbelwelle (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstellvorrichtung (1) eine Sensorvorrichtung (14, 15, 16, 17, 18, 19) umfasst, mit der die Drehzahl oder die Position ei- ner -Komponente (2, 3, 4, 5, 6) der Phasenverstellvorrichtung (1) gemessen wird.
2) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass aus den Relativ- drehzahlen oder Relativdrehwinkeln zwischen Kurbelwelle (12) und Phasenverstellvorrichtung (1) unter Berücksichtigung der Übersetzung Verdrehungen der Nockenwelle (9) im Bezug zur Kurbelwelle (12) berechnet werden.
3) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelabgleich zwischen der Sensorik an der Phasenverstellvorrichtung (1) und der Nockenwelle (9) stattfindet.
4) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Antrieb (2) ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung einen Inkrementalsensor (19) umfasst, der die Bewe- gung des Elektromotorrotors (3) erfasst. 5) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung einen Inkrementalsensor (19) umfasst, der die Bewegung der Antriebswelle (4) oder eines Getrie- beteils (6) im Getriebe (5) erfasst.
6) Phasenverstellvorrichtung (1) nach einem der Patentansprüche 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Inkrementalsensor (19) ein Hall-Sensor ist.
7) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall- Sensor im Elektromotor (2) integriert ist.
8) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Antrieb (2) ein Elektromotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvor'richtung einen Sensor (18) zur Messung einer elektrischen Größe umfasst, mit der die Drehzahl des Elektromotors (2) bestimmt wird.
9) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Sen- sorvorrichtung (18) gemessene elektrische Größe die Gegeninduktionsspannung der stromlosen Spule des Elektromotors (2) ist.
10) Phasenverstellvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während der Verstellung Teile der Phasenverstellvorrichtung (1) entsprechend der Getriebeübersetzung je nach Verstellrichtung eine höhere oder geringere Drehzahl als die Drehzahl der Nockenwelle (9) aufweisen.
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