DE10205034A1

DE10205034A1 - Device for the controlled adjustment of the relative rotational position between a crankshaft and a camshaft

Info

Publication number: DE10205034A1
Application number: DE10205034A
Authority: DE
Inventors: Kai Lehmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2003-08-21
Also published as: US20030145816A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum geregelten Verstellen der relativen Drehlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad, das über einen Verstellmechanismus mit einem elektrischen Stellmotor triebmäßig mit der Nockenwelle verbunden ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass das Antriebsrad mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes gekoppelt ist, wobei das Hohlrad über mindestens ein Planetenrad ein Sonnenrad antreibt, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, und das Planetenrad an einem Planetenträger drehbar gelagert ist, der von der Motorwelle des Stellmotors über ein Stellgetriebe gehäusefest abgestützt wird und um definierte Winkelbeträge verdreht werden kann.The invention relates to a device for the controlled adjustment of the relative rotational position between a crankshaft and a camshaft of a reciprocating internal combustion engine with a driven by the crankshaft drive wheel, which is connected via an adjusting mechanism with an electric servomotor drivingly connected to the camshaft. DOLLAR A It is proposed that the drive wheel is coupled to a ring gear of a planetary gear, wherein the ring gear drives a sun gear via at least one planet gear, which is rotatably connected to the camshaft, and the planet gear is rotatably mounted on a planet carrier, of the motor shaft the servomotor is supported fixed to the housing by a control gear and can be rotated by defined angular amounts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum geregelten Verstellen der relativen Drehlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for controlled adjustment the relative rotational position between a crankshaft and a Camshaft according to the preamble of claim 1.

Bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen, die im Viertaktverfahren arbeiten, wird die Steuerwelle, die Nockenwelle, zum Betätigen von Gaswechselventilen mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben. Die Steuerzeiten der Gaswechselventile, insbesondere der Einlassventile, beeinflussen vor allem das erreichbare Maximum des Mitteldrucks und damit des Drehmoments und dessen Lage im nutzbaren Drehzahlband sowie der erreichbaren Leistung bei Nenndrehzahl. Mit Steuerzeiten, die in allen Betriebsbereichen der Hubkolbenbrennkraftmaschine konstant sind, können die Forderungen nach einem optimalen Drehmomentverlauf über der Drehzahl, einer hohen Leistung und geringen Abgasemissionen insbesondere bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem breiten Drehzahlband, z. B. bei Ottomotoren, nicht erfüllt werden. Daher werden die Steuerzeiten in Abhängigkeit von Betriebsparametern, insbesondere der Motordrehzahl, variiert, indem z. B. die Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle während des Betriebs geändert wird. Dies wird in Abhängigkeit von Betriebskennwerten, -kennlinien und/oder -kennfeldern gesteuert oder geregelt. Da es für die vorliegende Erfindung unerheblich ist, ob gesteuert oder geregelt wird, soll im Folgenden unter "regeln" auch "steuern" subsumiert werden, ohne darauf jedes Mal hinzuweisen. In reciprocating internal combustion engines operating in four-stroke mode, becomes the control shaft, the camshaft, for actuating Gas exchange valves with half the speed of the crankshaft driven. The Control times of the gas exchange valves, in particular of the intake valves, especially affect the achievable maximum of medium pressure and so that the torque and its location in the usable speed range and the achievable power at rated speed. With control times, in all operating ranges of reciprocating internal combustion engine are constant, the demands for an optimal Torque curve over the speed, high power and low Exhaust emissions, especially in reciprocating internal combustion engines with a wide speed band, z. B. in gasoline engines, not met. Therefore, the control times are dependent on Operating parameters, in particular the engine speed, varies by z. B. the Rotational position of camshaft to crankshaft changed during operation becomes. This will depend on operating characteristics, characteristics and / or maps controlled or regulated. Since it is for the present invention is irrelevant, whether controlled or regulated, will be subsumed below under "rules" also "control", without pointing it out every time.

Aus der DE 36 07 256 A1 ist eine Vorrichtung zum geregelten Verstellen der relativen Drehlage eines getriebenen zu einem treibenden Maschinenteil bekannt, insbesondere der relativen Drehlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Dabei wird die Nockenwelle von der Kurbelwelle über einen Zahnriemen und ein außen verzahntes Antriebsrad angetrieben. Ein Stellmotor steht einerseits über seine Antriebswelle mit der Nockenwelle und andererseits über sein Gehäuse mit dem Antriebsrad jeweils unmittelbar in drehfester Verbindung, so dass eine drehfeste Verbindung von Nockenwelle und Antriebsrad durch ein vom Stellmotor bewirktes Haltemoment erreicht wird. Durch Betätigen des Stellmotors kann die relative Drehlage des Antriebsrads und damit der Kurbelwelle zur Nockenwelle verändert werden. Der Stellmotor wirkt wie eine Kupplung und ändert nur die Drehlage, ohne die Übersetzung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle zu beeinflussen. Da sich das Gehäuse des Stellmotors mit dem Antriebsrad dreht, müssen die elektrische Leistung und die Steuersignale über Schleifkontakte übertragen werden. Außerdem erhöht die Masse des Stellmotors die rotierenden Massen der Nockenwelle und ihres Antriebs und damit die Trägheitskräfte. From DE 36 07 256 A1 a device for controlled Adjusting the relative rotational position of a driven to a driving Machine part known, in particular the relative rotational position of a Camshaft to a crankshaft of an internal combustion engine. there is the camshaft from the crankshaft via a timing belt and driven an externally toothed drive wheel. A servomotor stands on the one hand via its drive shaft with the camshaft and on the other hand, via its housing with the drive wheel in each case directly in non-rotatable connection, so that a non-rotatable connection of Camshaft and drive wheel by a holding torque caused by the actuator is reached. By pressing the servomotor, the relative Rotary position of the drive wheel and thus the crankshaft to the camshaft to be changed. The servomotor acts like a clutch and changes only the rotational position, without the translation from the crankshaft to Camshaft to influence. Since the housing of the servomotor with the drive wheel rotates, the electric power and the Control signals are transmitted via sliding contacts. In addition, increased the mass of the servomotor the rotating masses of the camshaft and their drive and thus the inertial forces.

Aus der EP 0 254 058 A2 ist eine Verstelleinrichtung für eine Nockenwelle zum Steuern der Gasein- und Auslassventile von Verbrennungsmotoren bekannt. Die Nockenwelle besteht aus einer hohlen Außenwelle und einer darin über Lager gelagerte hohlen Innenwelle. Während die Steuernocken für die einen Ventile, Einlassventile oder Auslassventile, auf der hohlen Außenwelle fest aufgeschrumpft sind, sind die Nocken für die anderen Ventile auf der Außenwelle schwenkbar gelagert und mit der hohlen Innenwelle drehfest verbunden. Die Verstelleinrichtung kann die relative Drehlage der Innenwelle zur Außenwelle und damit die Drehlage der Auslassventile zu den Einlassventilen über einen begrenzten Drehwinkelbereich ändern. Dabei ändern sich gleichzeitig die Drehlagen der Außenwelle und der Innenwelle zu einem Antriebsrad, das von der Kurbelwelle angetrieben wird. From EP 0 254 058 A2 an adjusting device for a Camshaft for controlling the gas inlet and outlet valves of Internal combustion engines known. The camshaft consists of a hollow Outer shaft and a hollow inner shaft mounted therein via bearings. While the control cams for the one valves, intake valves or Exhaust valves, on the hollow outer shaft are firmly shrunk, are the cams for the other valves on the outer shaft pivotally mounted and rotatably connected to the hollow inner shaft. The Adjustment can the relative rotational position of the inner shaft to Outer shaft and thus the rotational position of the exhaust valves to the Change inlet valves over a limited rotation angle range. there At the same time, the rotational positions of the outer shaft and the Inner shaft to a drive wheel, which is driven by the crankshaft becomes.

Die Vorrichtung umfasst ein Planetengetriebe, bei dem das Antriebsrad als Planetenradträger dient, indem an ihm über Planetenbolzen die Planetenräder drehbar gelagert sind. Die Planetenräder kämmen einerseits mit einem Hohlrad, das über eine Seitenscheibe drehfest mit dem Gehäuse eines Stellmotors verbunden ist, und andererseits mit einem Sonnenrad, das drehfest auf der Innenwelle sitzt. Die Motorwelle des Stellmotors ist ebenfalls drehfest mit der Innenwelle und somit mit dem Sonnenrad verbunden. Soll die Drehlage zwischen den Nocken der Einlassventile bzw. der Auslassventile während des Betriebs der Brennkraftmaschine unverändert bleiben, so wird der Stellmotor elektrisch so gesteuert, dass abwechselnd drehrichtungsmäßig entgegen gerichtete Stellimpulse auf die Innenwelle ausgeübt werden, mit der Folge, dass bei ausreichend hoher Impulsfrequenz praktisch eine starre Verbindung zwischen der Außenwelle und er Innenwelle gegeben ist, so dass das Planetengetriebe im Block mit dem Stellmotor und dem Antriebsrad umläuft. Zur Veränderung der Winkellage muss der Stellmotor lediglich so gesteuert werden, dass seine Motorwelle verdreht wird. Ein festgelegtes Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes, das die Übersetzung des Nockenwellenantriebs nicht beeinflusst, bestimmt, in welchem Maße die Nocken gegeneinander und relativ zum Antriebsrad verdreht werden. Der Stellmotor kann abhängig von Kenngrößen gesteuert werden, die von bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine abhängig sind. Dadurch ist die Winkellage der Nocken zueinander entsprechend den Betriebsverhältnissen einstellbar bzw. regelbar. Auch hierbei erhöht der Stellmotor die trägen Massen. The device comprises a planetary gear in which the Drive wheel serves as a planetary carrier by placing on it via planet pins the planet gears are rotatably mounted. The planetary gears are combing on the one hand with a ring gear, which rotatably via a side window is connected to the housing of a servomotor, and on the other hand with a sun gear that is non-rotatably mounted on the inner shaft. The Motor shaft of the servomotor is also non-rotatable with the inner shaft and thus connected to the sun gear. Should the rotational position between the cam of the intake valves and the exhaust valves during the Operation of the internal combustion engine remain unchanged, so will the Actuator electrically controlled so that alternately Directionally directed opposite control impulses exerted on the inner shaft be, with the result that at sufficiently high pulse frequency practically a rigid connection between the outer shaft and he Inner shaft is given so that the planetary gear in the block with the Servomotor and the drive wheel rotates. To change the Angular position, the servomotor must only be controlled so that his Motor shaft is twisted. A fixed gear ratio of the planetary gear, which is the translation of the camshaft drive does not affect the extent to which the cams be rotated against each other and relative to the drive wheel. The servomotor can be controlled depending on parameters that are determined by certain Operating conditions of the internal combustion engine are dependent. This is the angular position of the cams to each other according to Operating conditions adjustable or adjustable. Also this increases the Actuator the inert masses.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Verstellen der relativen Drehlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle zu schaffen, durch die der Bauraum für den Antrieb der Nockenwelle verkleinert wird und bei dem das Gehäuse des Stellmotors relativ zum Gehäuse der Brennkraftmaschine fest steht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object of the invention is to provide a device for Adjusting the relative rotational position between a crankshaft and a Camshaft to create, through which the space for the drive Camshaft is reduced and in which the housing of the servomotor is fixed relative to the housing of the internal combustion engine. The task is achieved by the features of claim 1 according to the invention. Advantageous embodiments and further developments of the invention result from the dependent claims.

Nach der Erfindung ist das der Nockenwelle zugeordnete Antriebsrad, das in der Regel über einen Zahnriemen oder eine Kette von der Kurbelwelle angetrieben wird, mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes gekoppelt, wobei das Hohlrad über mindestens ein Planetenrad ein Sonnenrad antreibt, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. According to the invention, the camshaft associated drive wheel, that usually has a timing belt or a chain of the Crankshaft is driven, with a ring gear of a planetary gear coupled, wherein the ring gear via at least one planetary gear Sun gear drives, which is rotatably connected to the camshaft.

Das Planetenrad ist drehbar an einem Planetenträger gelagert, der sich über ein Getrieberad und dem elektrischen Stellmotor gehäusefest abstützt. Da der Stellmotor den Planetenradträger zunächst im Gehäuse fixiert, ergibt sich zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad ein konstantes Untersetzungsverhältnis i₂, das zweckmäßigerweise größer 1 ist, und das zusammen mit dem Untersetzungsverhältnis i₁ zwischen der Kurbelwelle und dem Antriebsrad im Produkt das gesamte Untersetzungsverhältnis i_ges ergibt. Dadurch kann das Untersetzungsverhältnis i₂ kleiner zwei gewählt werden und die Untersetzungsstufe zwischen der Kurbelwelle und dem Antriebsrad kleiner dimensioniert werden. Hinzu kommt, dass das Gehäuse des Stellmotors drehfest mit dem Gehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden ist, so dass sich eine einfache Verbindung zur Stromversorgung und zu den Steuereinheiten ergibt, und die trägen Massen nur unwesentlich erhöht werden. In vorteilhafter Weise kann die Steuereinheit unmittelbar am Stellmotor angebracht sein oder in diesen integriert werden, wodurch sich eine kompakte Bauweise und kurze Signalwege ergeben. The planet gear is rotatably mounted on a planet carrier, which is supported fixed to the housing via a gear wheel and the electric servomotor. Since the servo motor first fixes the planet carrier in the housing, resulting between the ring gear and the sun gear, a constant reduction ratio i ₂ , which is expediently greater than 1, and this together with the reduction ratio i ₁ between the crankshaft and the drive wheel in the product the entire reduction ratio i _totals . As a result, the reduction ratio i ₂ smaller two can be selected and the reduction stage between the crankshaft and the drive wheel are dimensioned smaller. In addition, the housing of the servomotor rotatably connected to the housing of the reciprocating internal combustion engine, so that there is a simple connection to the power supply and to the control units, and the inertial masses are only slightly increased. Advantageously, the control unit can be mounted directly on the servo motor or integrated into it, resulting in a compact design and short signal paths.

Der Bauraum kann ferner dadurch reduziert werden, dass das Antriebsrad und das Hohlrad des Planetengetriebes einstückig ausgebildet sind. In gleicher Weise kann das Getrieberad unmittelbar am Planetenträger angeformt sein und so ein Bauteil mit diesem bilden. Die relative Drehlage zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle wird durch den elektrischen Stellmotor verändert, indem er über seine Motorwelle und ein Abtriebselement das Getrieberad um einen gewünschten Winkelbetrag verdreht, der durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern vorgegeben wird. Als Antriebselement können alle aus der Getriebetechnik bekannten und geeigneten Übertragungsmittel verwendet werden. Als einfache und zweckmäßige Lösung hat sich ein Ritzel auf der Motorwelle des Stellmotors erwiesen, das mit dem außen verzahnten Getrieberad am Planetenträger kämmt. Es können aber auch Kegelräder oder andere Getriebeelemente verwendet werden, die eine möglichst spielfreie Übertragung der Stellmomente mit einem geringen Geräuschniveau ergeben, z. B. können schräg verzahnte Getrieberäder eingesetzt werden, die auch gegeneinander spielfrei verspannt sein können. The space can also be reduced by the Drive and the ring gear of the planetary gear formed integrally are. In the same way, the gear directly on Planet carrier be formed and so form a component with this. The relative rotational position between the crankshaft and the camshaft is changed by the electric servomotor, passing over his Motor shaft and an output element, the gear around a desired angle twisted by the control device in Dependent on operating parameters is given. As Drive element can all known and suitable from the transmission technology Transmission means are used. As simple and functional Solution has a pinion on the motor shaft of the servomotor proven that with the externally toothed gear on the planet carrier combs. But it can also be bevel gears or other transmission elements be used, which is a play-free transfer of Set torques with a low noise level, z. B. can helical gears are used, which also can be braced against each other without play.

Die Reaktionsmomente des Planetenträgers werden über den Stellmotor am Gehäuse abgestützt. Damit auch ohne Bestromung des Stellmotors die Position des Planetenträgers gehalten wird, kann der Stellmotor mit einer Motorbremse ausgestattet sein. Eine einfache Lösung ergibt sich ferner, wenn der Stellmotor den Planetenträger durch ein selbsthemmendes Getriebe verstellt, z. B. indem das Getrieberad als Schneckenrad ausgebildet ist und mit einer Schnecke auf der Motorwelle des Stellmotors kämmt. Durch die Selbsthemmung reichen die Reibungskräfte aus, um das Getrieberad und damit den Planetenträger in seiner Position zu halten. The reaction moments of the planet carrier are via the servomotor supported on the housing. So even without energization of the servomotor the position of the planet carrier is held, the servomotor equipped with a motor brake. A simple solution results Furthermore, when the servomotor the planet carrier by a self-locking gear adjusted, z. B. by the gear as Worm wheel is formed and with a worm on the Motor shaft of servomotor meshes. Due to the self-locking are enough Friction forces to the gear and thus the planet carrier to hold in his position.

Die Stellmomente des Stellmotors können dadurch reduziert werden, dass der Stellmotor das Getrieberad über mehrere Getriebestufen antreibt. Ferner kann es vorteilhaft sein, das Getrieberad oder ein mit diesem triebmäßig verbundenes Bauteil in Richtung eines Stützmoments durch ein vorgespanntes Federelement zu belasten. Bei einer Stellbewegung entgegen der Abstützkraft wird das Stellmoment durch das Antriebsmoment der Nockenwelle unterstützt, so dass ohne nennenswerten Aufwand das Federelement vorgespannt werden kann. Bei einer Verstellung in Richtung des Stützmoment, entgegen den Antriebsmomenten, wird der Stellmotor durch das vorgespannte Federelement unterstützt, so dass in beiden Stellrichtungen ein angeglichenes Stellmoment erreicht wird. The actuating moments of the servomotor can be reduced thereby, that the servomotor the gear over several gear stages drives. Furthermore, it may be advantageous to the gear or a with this drive-connected component in the direction of a Supporting moments to be loaded by a prestressed spring element. At a Actuating movement against the supporting force is the adjusting torque Supports the drive torque of the camshaft, so without significant effort the spring element can be biased. at an adjustment in the direction of the supporting moment, contrary to Drive torque, the servomotor is biased by the Supported spring element, so that in both Stellrichtungen a adapted Stellmoment is achieved.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the following Drawing description. In the drawing is an embodiment of the invention shown. The description and claims contain numerous Features in combination. The skilled person will become the characteristics expediently also consider individually and to meaningful further Combine combinations.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 shows a schematic structure of a device according to the invention,

Fig. 2 einen schematischen Teillängsschnitt durch eine Stelleinrichtung und Fig. 2 is a schematic partial longitudinal section through an adjusting device and

Fig. 3 eine schematische Ansicht in Richtung eines Pfeils III in Fig. 2. Fig. 3 is a schematic view in the direction of an arrow III in Fig. 2.

In einem Gehäuse 1 der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, z. B. in einem Steuergehäuse, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung untergebracht. Sie umfasst ein außen verzahntes Antriebsrad 3, das mittels eines nicht näher dargestellten Zahnriemens von einer Kurbelwelle angetrieben wird. Das Antriebsrad 3 ist mit einem Hohlrad 4 drehfest gekoppelt. Es kann auch mit dem Hohlrad 4 ein Bauteil bilden, indem seine Verzahnung an dem äußeren Umfang des Hohlrads 4 angeformt ist (Fig. 2). Das Hohlrad 4 kämmt mit mindestens einem Planetenrad 6, das seinerseits ein Sonnenrad 5 des Planetengetriebes antreibt. Das Sonnenrad 5 sitzt drehfest auf einer Nockenwelle 2, die im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist und auf der das Antriebsrad 3 mittels eines Lagers 20 und ein Planetenträger 7 mittels eines weiteren Lagers 19 drehbar gelagert sind. An dem Planetenträger 7 ist das Planetenrad 6 drehbar gelagert. In der Regel sind mehrere, über den Umfang verteilte Planetenräder 6 vorgesehen. In a housing 1 of the internal combustion engine, not shown, for. B. in a control housing, the device of the invention is housed. It comprises an externally toothed drive wheel 3 , which is driven by a crankshaft by means of a toothed belt, not shown. The drive wheel 3 is rotatably coupled to a ring gear 4 . It can also form with the ring gear 4 is a member by its toothing is formed on the outer periphery of the ring gear 4 (Fig. 2). The ring gear 4 meshes with at least one planet gear 6 , which in turn drives a sun gear 5 of the planetary gear. The sun gear 5 is non-rotatably mounted on a camshaft 2 , which is rotatably mounted in the housing 1 and on which the drive wheel 3 by means of a bearing 20 and a planet carrier 7 by means of another bearing 19 are rotatably mounted. At the planet carrier 7 , the planet gear 6 is rotatably mounted. As a rule, a plurality of circumferentially distributed planet gears 6 are provided.

Ein elektrischer Stellmotor 10, dessen Motorgehäuse am Gehäuse 1 befestigt ist, ist über seine Motorwelle 11 und einem Stellgetriebe mit dem Planetenträger 7 triebmäßig gekoppelt. Das Stellgetriebe umfasst ein Ritzel 9 auf der Motorwelle 11 und ein Getrieberad 8, das mit dem Planetenträger 7 fest verbunden ist, und vorzugsweise mit diesem ein Bauteil bildet. Das Ritzel 9 und das Getrieberad 8 können in zahlreichen Variationen ausgeführt sein, z. B. als gerade verzahnte oder schräg verzahnte Stirnräder, als Schnecke bzw. Schneckenrad, als Spindel bzw. Spindelrad, oder als Kegelräder oder dgl. Es kann auch zwischen der Motorwelle 11 und dem Planetenträger 7 ein Stellgetriebe mit mehreren Getriebestufen vorgesehen sein. An electric servomotor 10 , the motor housing is fixed to the housing 1 , is coupled via its motor shaft 11 and a control gear with the planet carrier 7 drivingly. The actuating gear comprises a pinion 9 on the motor shaft 11 and a gear 8 , which is fixedly connected to the planet carrier 7 , and preferably forms a component with this. The pinion 9 and the gear 8 can be designed in numerous variations, for. B. as a straight toothed or helical spur gears, as a worm or worm wheel, as a spindle or spindle wheel, or as bevel gears or the like. It may also be provided between the motor shaft 11 and the planet carrier 7, a control gear with multiple gear stages.

Durch das Haltemoment des Stellmotors 10 wird der Planetenträger 7 im Gehäuse 1 festgehalten, so dass sich bei einem Antrieb über das Antriebsrad 3 in Richtung eines Pfeils 15 die Planetenräder 6 in Richtung der Pfeile 16 drehen und das Sonnenrad 5 mit der Nockenwelle 2 in Richtung des Pfeils 17 angetrieben werden. Bei fixierter Stellung des Planetenträgers 7 nimmt die Nockenwelle 2 eine definierte relative Drehlage zur Kurbelwelle ein. Soll diese Drehlage geändert werden, wird der Stellmotor 10 betätigt, dessen Motorwelle 11 mit dem angeformten Ritzel 9 in Form einer Schnecke um einen definierten Winkelbereich in Richtung der Pfeile 18 verstellt wird. Das Maß der Verstellung wird durch eine elektronische Steuereinheit 12 in Abhängigkeit der relevanten Betriebsparameter der Hubkolbenbrennkraftmaschine bestimmt. Entsprechend der Drehung des Ritzels 9 wird das Getrieberad 8 in Richtung der Pfeile 14 verdreht und dann in der neuen Position gehalten. By holding torque of the servomotor 10 of the planet carrier 7 is held in the housing 1 , so that rotate in a drive via the drive wheel 3 in the direction of an arrow 15, the planet gears 6 in the direction of the arrows 16 and the sun gear 5 with the camshaft 2 in the direction of Arrow 17 are driven. In a fixed position of the planet carrier 7 , the camshaft 2 assumes a defined relative rotational position to the crankshaft. If this rotational position to be changed, the servo motor 10 is actuated, the motor shaft 11 is adjusted with the molded pinion 9 in the form of a screw about a defined angular range in the direction of the arrows 18 . The degree of adjustment is determined by an electronic control unit 12 as a function of the relevant operating parameters of the reciprocating internal combustion engine. According to the rotation of the pinion 9 , the gear 8 is rotated in the direction of the arrows 14 and then held in the new position.

Damit die Position des Planetenträgers 7 auch erhalten bleibt, wenn der Stellmotor stromlos ist, ist es zweckmäßig, den Stellmotor mit einer federbelasteten Motorbremse auszustatten, die beim Unterbrechen der Stromversorgung schließt, sei es beim Abschalten des Stellmotors 10 oder beim Ausfall der Stromversorgung. Anstelle der Motorbremse kann auch ein Stellgetriebe 8, 9 mit Selbsthemmung verwendet werden, bei dem es durch Reibkräfte möglich ist, das erforderliche Moment am Gehäuse 1 abzustützen. Hierzu eignen sich insbesondere Schnecken- oder Spindelgetriebe. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich beliebig große Verstellwinkel realisieren. Thus, the position of the planet carrier 7 is also maintained when the actuator is de-energized, it is expedient to equip the actuator with a spring-loaded motor brake that closes when the power is interrupted, either when switching off the servo motor 10 or the power failure. Instead of the engine brake, a control gear 8 , 9 can be used with self-locking, in which it is possible by frictional forces to support the required torque on the housing 1 . For this purpose, in particular worm or spindle gear are suitable. With the device according to the invention, arbitrarily large adjustment can be realized.

Durch das Antriebsmoment am Antriebsrad 3 wird am Stellgetriebe 8, 9 ein entsprechendes entgegen gerichtetes Stützmoment erzeugt. Bei einer Verstellung entgegen dem Stützmoment wird das Stellmoment des Stellmotors 10 durch das Antriebsmoment für die Nockenwelle 2 unterstützt, während es bei einer Verstellung in entgegengesetzter Richtung neben den Reibmomenten und Massenträgheitsmomenten zusätzlich das aus dem Antriebsmoment resultierende, am Stellgetriebe abzustützende Moment überwinden muss. Zur gleichmäßigen Belastung des Stellmotors 10 wird daher gemäß einer Ausführung der Erfindung das Getrieberad 8 oder ein mit diesem triebmäßig verbundenes Bauteil, z. B. das Ritzel 9 oder die Motorwelle 11 oder der Planetenträger 7 durch ein vorgespanntes Federelement 13 in Richtung des Stützmoments belastet. Das Federelement 13, das z. B. eine Spiralfeder oder ein beliebiges anderes, geeignetes Federelement sein kann, unterstützt den Stellmotor 10 bei einer Verstellung in Richtung des Abstützmoments, während es bei entgegengesetzter Stellbewegung entsprechend vorgespannt wird. By the drive torque at the drive wheel 3 , a corresponding opposite directed support torque is generated on the actuating gear 8 , 9 . In an adjustment against the support torque, the control torque of the servomotor 10 is supported by the drive torque for the camshaft 2 , while in addition to the torque resulting from the drive torque, must be overcome at an adjustment in the opposite direction in addition to the friction torque and inertia moments torque to be supported. For uniform loading of the servomotor 10 is therefore according to an embodiment of the invention, the gear 8 or a drive connected with this component, for. B. the pinion 9 or the motor shaft 11 or the planet carrier 7 loaded by a biased spring element 13 in the direction of the supporting torque. The spring element 13 , the z. B. may be a coil spring or any other suitable spring element, supports the servomotor 10 at an adjustment in the direction of the Abstützmoments, while it is biased according to the opposite actuating movement.

Die gesamte Untersetzung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 2 i_ges muss bei einer Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine zwei zu eins betragen. Um die Bauteile des Antriebs der Nockenwelle 2 klein zu halten, ist es zweckmäßig, die gesamte Untersetzung auf eine erste Untersetzung i₁ zwischen der Kurbelwelle und dem Antriebsrad und auf eine zweite Untersetzung i₂ des Planetengetriebes zwischen dem Hohlrad 4 und dem Sonnenrad 5 aufzuteilen. Damit ergibt sich eine gesamte Untersetzung i_ges gleich dem Produkt aus den Teiluntersetzungen i₁ und i₂. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eröffnet damit zahlreiche Möglichkeiten, den für den Nockenwellenantrieb zur Verfügung stehenden Bauraum optimal zu nutzen und durch kleine Bauteile das Gewicht und die trägen Massen der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu reduzieren. The total reduction between the crankshaft and the camshaft 2 i _ges must be two to one in a four-stroke reciprocating internal combustion engine. In order to keep the components of the drive of the camshaft 2 small, it is expedient to divide the entire reduction ratio to a first reduction i ₁ between the crankshaft and the drive wheel and to a second reduction i _{2 of} the planetary gear between the ring gear 4 and the sun gear 5 . This results in a total reduction i _ges equal to the product of the partial reductions i ₁ and i ₂ . The device of the invention thus opens up numerous possibilities to optimally use the available space for the camshaft space and to reduce the weight and the inertial masses of the reciprocating internal combustion engine by small components.

Claims

1. A device for the controlled adjustment of the relative rotational position between a crankshaft and a camshaft of a reciprocating internal combustion engine with a driven by the crankshaft drive wheel, which is connected via an adjusting mechanism with an electric servomotor drivingly connected to the camshaft, characterized in that the drive wheel ( 3 ) a ring gear ( 4 ) of a planetary gear is coupled, wherein the ring gear ( 4 ) via at least one planet ( 6 ) drives a sun gear ( 5 ) which is rotatably connected to the camshaft ( 2 ), and the planet gear ( 6 ) on a planet carrier ( 7 ) is rotatably mounted, which is supported by the motor shaft ( 11 ) of the servomotor ( 10 ) via a control gear ( 8 , 9 ) fixed to the housing and can be rotated by defined angular amounts.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the planetary gear from the ring gear ( 4 ) to the sun gear ( 5 ) has a reduction ( 12 ) greater than one.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive wheel ( 3 ) and the ring gear ( 4 ) are integral.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting gear ( 8 , 9 ) has a plurality of gear stages.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating gearing (8, 9) has an externally toothed gear (8) which is connected firmly to the planet carrier (7) and is driven by a pinion (9) on the motor shaft ( 11 ) of the servomotor ( 10 ) sits.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting gear ( 8 , 9 ) is a worm or spindle gear, the worm wheel or helical gear ( 8 ) with the planet carrier ( 7 ) and its worm or spindle ( 9 ). with the motor shaft ( 11 ) of the servomotor ( 10 ) is connected.

7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the gear wheel ( 8 ) and the planet carrier ( 7 ) are integrally formed.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the servomotor ( 10 ) comprises a spring-loaded motor brake, which closes when the power is interrupted.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting gear ( 8 , 9 ) is designed to be self-locking.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gear ( 8 ) or a drivingly connected thereto component is loaded in the direction of a supporting moment by a prestressed spring element ( 13 ).

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the servomotor ( 10 ) comprises a control unit ( 12 ) which controls the adjustment of the camshaft ( 2 ) in dependence on operating characteristics of the internal combustion engine and / or regulates.