Hintergrund der Erfindung Bei modernen Brennkraftmaschinen dient ein Nockenwellenverstell er zur Varia- tion der Steuerzeiten der Gaswechselventile, wodurch eine Verbrauchs-und Leistungsverbesserung über den gesamten Last-und Drehzahlbereich erreicht wird. Es ist bekannt, dass Nockenwellenversteller hydraulisch betätigt werden können. Herkömmliche, hydraulisch betätigte Nockenwellenversteller (Axialkol- benversteller, Flügelzelle, Schwenk-und Segmentflügler) haben den Vorteil, dass das zur Ansteuerung benötigte Hydraulikventil nicht direkt axial vor dem Versteller angeordnet werden muss, sondern dezentral an einer Stelle ange- bracht werden kann, wo genügend Bauraum für das Ventil zur Verfügung steht.

Das Öl wird über Bohrungen im Zylinderkopf zum Versteller geleitet. Dadurch bauen hydraulische Nockenwellenversteller sehr kurz und können auch unter

beengten Einbaubedingungen eingebaut werden. Da bei herkömmlichen, hyd- raulischen Nockenwellenverstellern die Verstellung durch den Druck von Mo- toröl erfolgt, hängt die Funktion des Nockenwellenverstellers stark von der Temperatur des Motoröl ab. Bei niedrigen Temperaturen und somit dickflüssi- gem Öl reagiert der Nockenwellenversteller nicht oder nur träge durch den ge- ringen Volumenstrom. Bei hohen Temperaturen und somit sehr dünnflüssigem Öl baut sich kein hoher Druck auf, weswegen auch unter dieser Bedingung nur eine langsame Verstellung erfolgt. Außerdem hängt der Öldruck und damit die Funktion des Nockenwellenverstellers von der Drehzahl des Verbrennungsmo- tors ab.

Diese Nachteile entfallen bei einem aus Elektromotor und Verstellgetriebe auf- gebauten elektrischen Nockenwellenversteller. Wie jedoch beispielsweise der Offenlegung DE 4110195 A1 entnommen werden kann, ist dieser herkömm- licherweise derart ausgebildet, dass der Elektromotor axial vor dem Verstelige- triebe angeordnet ist und damit viel axialer Bauraum benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kur- belwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die die Vorteile der elektri- schen Nockenwellenversteller mit dem Vorteil einer sehr kurzen Bauweise ähn- lich wie bei den hydraulischen Vorrichtungen vereint.

Beschreibung der Erfindung Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1,2, 6,10 und 14 dadurch gelöst, dass der Verstellmotor als ein Elektromotor ausgebildet ist. Entweder ist er räumlich getrennt von einem Verstellgetriebe platziert, wobei das von ihm er- zeugte Verstellmoment entweder durch eine flexible Welle mechanisch auf das Verstellgetriebe übertragen wird oder einen Verdichter antreibt, dessen Druck-

luft über einen Pneumatikmotor auf das Verstellgetriebe wirkt, oder eine Pumpe für Hydraulikflüssigkeit antreibt, die über einen Hydromotor auf das Verstellge- triebe wirkt. Oder er ist radial oder parallel zur Nockenwelle angeordnet, und das von ihm erzeugte Verstellmoment wird über ein Zahnradgetriebe bzw. ei- nen Sekundärtrieb auf die Verstellwelle übertragen.

Im ersten Fall kann der Elektromotor beliebig platziert werden. Das von ihm erzeugte Verstellmoment wird durch die flexible Welle übertragen. Die flexible Welle kann-wie eine Tachowelle-an den Einbauraum variabel angepasst werden und überträgt dabei die Rotation und das Moment von der Elektromo- torwelle auf die Verstellwelle des Verstellgetriebes. Weil der Wirkungsgrad dieser Übertragung sehr hoch ist, kann die räumliche Trennung von Verstellge- triebe und Elektromotor realisiert werden. Um den Stromhaushalt der Umge- bung der Brennkraftmaschine nicht zu sehr zu belasten, hat es sich als beson- ders vorteilhaft herausgestellt, einen leistungsmäßig kleinen, aber schnell rotie- renden Elektromotor zu verwenden. Sein Moment wird dann über die flexible Welle auf die Verstellwelle des Verstellgetriebes übertragen, dessen Überset- zungsverhältnis zweckmäßigerweise im Bereich 1 : 50 bis 1 : 120 liegt.

Im zweiten Fall ist das Verstellgetriebe nicht direkt mit einem Elektromotor ver- bunden, sondern mit einem Pneumatikmotor. Der wesentliche Vorteil des Pneumatikmotors liegt darin, dass der Motor axial wesentlich kürzer baut als ein direkt zur Verstellung eingesetzter Elektromotor, bzw. teilweise in den Bau- raum des Getriebes integriert werden kann. Die Drehrichtung des Pneumatik- motors wird über ein Wegeventil gesteuert, das die benötigte Druckluft von einem Verdichter bezieht, der seinerseits von einem Elektromotor angetrieben wird. Es ist von Vorteil, ein Wegeventil zu verwenden, das unbetätigt in Sperr- position steht. Sowohl Verdichter als auch Elektromotor sind dezentral zum Verstellgetriebe an einer Stelle angeordnet, an der genügend Bauraum zur Verfügung steht. Zur Vermeidung von Druckschwankungen im Betrieb wird zwischen Verdichter und Wegeventil ein Druckbehälter angeordnet, der mögli- che Druckschwankungen ausgleicht. Auch dieser kann beliebig platziert wer- den. Ein weiterer Vorteil des Druckbehälters ist, dass auch beim Start der

Brennkraftmaschine genügend Druck zum Betreiben des Pneumatikmotors zur Verfügung steht, wenn durch den Verdichter noch nicht genügend Druck er- zeugt wurde. Insbesondere das Kaltstartverhalten der Brennkraftmaschine wird somit verbessert. Damit bei Stillstand des Elektromotors die Druckluft nicht aus dem Druckbehälter entweicht, wird zwischen ihm und dem Verdichter ein Rück- schlagventil angeordnet.

Der Verdichter kann auch statt über einen Elektromotor über einen Riemen vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Allerdings ist dann die Verdich- terdrehzahl von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig, während bei Einsatz eines Elektromotors der Verdichter immer unabhängig vom Verbren- nungsmotor betrieben werden kann. Als Alternative kann bei Antrieben mit ei- nem Riemen auch ein Motor mit variablem Fördervolumen, z. B. ein doppelhu- biger Flügelzellenmotor, eingesetzt werden.

Im dritten Fall erfolgt die Verstellung über einen Hydromotor. Der Aufbau und die Funktionsweise des Systems entsprechen denen des elektrisch pneumati- schen Systems, außer dass als Medium anstatt Luft ein Fluid verwendet wird.

Das Wegeventil kann beispielsweise durch ein Proportionalventil, zwei 3/2- Wegeventile, vier 2/2-Wegeventile oder durch eine regelbare Pumpe und ein 4/2-Wegeventil in Schalt-oder Proportionalausführung dargestellt werden. Der Vorteil bei diesem System liegt darin, dass höhere Drücke erzeugt werden können. Nachteilig ist der etwas höhere Aufwand bezüglich der Rückführung des Fluids. Als Fluid kann das Öl des Motorölkreislaufs, aber auch ein anderes, zusätzliches Fluid verwendet werden, das nicht so starken Betriebstemperatur- schwankungen ausgesetzt ist. Aufgrund des Druckbehälters steht der Druck schon in der Startphase der Brennkraftmaschine zur Verfügung. Somit kann der Hydromotor zuverlässiger betrieben werden als eine hydraulische Vorrich- tung zur Drehwinkelverstellung.

Sollte radial zur Verstellwelle Bauraum vorhanden sein, ist es auch möglich, den Verstellmotor als Elektromotor auszubilden und ihn radial anzuordnen.

Sein Verstellmoment wird über ein Zahnradgetriebe, dessen Übersetzungsver-

hältnis vorzugsweise 1 : 1 ist, angetrieben. Als Getriebeausbildungen sind dabei beispielsweise Kegelradgetriebe, Schneckengetriebe oder Schraubradgetriebe denkbar. Der Vorteil dieses Systems ist, dass man weder Druckluftaggregate benötigt noch muss eine Integration in einen Fluidkreislauf erfolgen. Das Sys- tem ist somit einfacher im Aufbau, unanfällig gegenüber Undichtigkeiten und damit wartungsfreundlicher.

Als fünfte Lösung wird vorgeschlagen, den Verstellmotor parallel zum Verstell- getriebe anzuordnen. Die Momentenübertragung von der Verstellmotorwelle auf das Verstellgetriebe erfolgt dann mittels eines Sekundärtriebs. Dieser Se- kundärtrieb kann beispielsweise als Riementrieb, als Kettentrieb, als Kardan- trieb oder als zusätzliche Stirnradstufe ausgebildet sein. Der Vorteil dieser An- ordnung sind die gleichen wie beim radial angeordneten Elektromotor : Man benötigt weder Druckluftaggregate noch muss eine Integration in einen Flu- idkreislauf erfolgen. Das System ist somit einfacher im Aufbau, unanfällig ge- genüber Undichtigkeiten und damit wartungsfreundlicher.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert und ist in den dazugehörigen Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Systems mit Elektromotor, flexibler Welle, Verstellgetriebe und Nockenwelle ; Figur 2 eine schematische Darstellung eines elektrisch- pneumatischen Systems mit Elektromotor, Verdichter, Rückschlagventil, Druckbehälter, Wegeventil, Pneumatik- motor, Verstellgetriebe und Nockenwelle ;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines elektrisch- hydraulischen Systems mit Elektromotor, Pumpe, Rück- schlagventil, Druckbehälter, Wegeventil, Hydromotor, Ver- stellgetriebe und Nockenwelle ; Figur 4 eine Querschnittsdarstellung eines elektromechanischen Systems mit radial angeordneter Verstellmotorwelle ; Figur 5 einen Querschnitt eines elektromechanischen Systems mit parallel angeordnetem Verstellmotor.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Aus Figur 1 geht die prinzipielle Anordnung der Komponenten einer Verste- vorrichtung 1 zum elektromechanischen Verstellen der relativen Drehwinkella- ge einer Nockenwelle 2 gegenüber einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstell- getriebe 3, das ein kurbelwellenfestes Antriebsteil 4, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und eine mit einer Verstellmotorwelle 5 eines Elektromotors 6 ver- bundene Verstellwelle 7 aufweist, hervor. Das vom Elektromotor 6 erzeugte Verstellmoment der Verstellmotorwelle 5 wird von einer flexiblen Welle 8 me- chanisch auf die Verstellwelle 7 übertragen. Dadurch ist eine räumliche Tren- nung von Elektromotor 6 und Verstellgetriebe 3 möglich ; die dargestellte räum- liche Lage der Komponenten der Verstellvorrichtung 1 ist nur als beispielhaft anzusehen, weil die flexible Welle 8 an den Einbauraum anpassbar ist.

Figur 2 zeigt die prinzipielle Anordnung der Komponenten einer Verstellvorrich- tung 1'zum elektromechanischen Verstellen der relativen Drehwinkellage einer Nockenwelle 2'gegenüber einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) einer Brenn- kraftmaschine mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe 3', das ein kurbelwellenfestes Antriebsteil 4', ein nockenwellenfestes Ab- triebsteil und eine von einem Pneumatikmotor 13 angetriebene Verstellwelle 7' aufweist. Das von einem Elektromotor 6'erzeugte Verstellmoment der Ver-

stellmotorwelle 5'treibt einen Verdichter 9 an, der einen Druckbehälter 10 mit Druckluft versorgt. Zwischen Druckbehälter 10 und Verdichter 9 ist dabei ein Rückschlagventil 11 angeordnet, damit schon beim Start der Brennkraftma- schine und noch nicht laufendem Verdichter Druckluft zur Verfügung steht. Der Druckbehälter 10 steht mit einem Wegeventil 12 in Schalt-oder Proportional- ausführung, das beispielsweise als 4/3-Wegeventil mit zwei Magnetspulen aus- gebildet ist, in Druckluftverbindung. Das Wegeventil 12 bedient einen Pneumatikmotor 13, der mit der Verstellwelle 7'des Verstellgetriebes 3'dreh- fest verbunden ist.

Figur 3 zeigt die prinzipielle Anordnung der Komponenten einer Verstellvorrich- tung 1"zum elektromechanischen Verstellen der relativen Drehwinkellage ei- ner Nockenwelle 2"gegenüber einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstell- getriebe 3", das ein kurbelwellenfestes Antriebsteil 4", ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und eine von einem Hydromotor 16 angetriebene Verstellwelle 7" aufweist. Das von einem Elektromotor 6"erzeugte Verstellmoment der Ver- stellmotorwelle 5"treibt eine Pumpe 14 an, die Fluid in einen unter Druck ste- henden Hydrospeicher 15 pumpt. Zwischen Hydrospeicher 15 und Pumpe 14 ist dabei ein Rückschlagventil 11"angeordnet, damit schon beim Start der Brennkraftmaschine und noch nicht laufender Pumpe Fluid unter Druck zur Verfügung steht. Der Hydrospeicher 15 steht mit einem Wegeventil 12", das beispielsweise als Proportionalventil ausgebildet ist, in Verbindung. Das We- geventil 12"bedient einen Hydromotor 16, der mit der Verstellwelle 7"des Ver- stellgetriebes 3"drehfest verbunden ist.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die wesentlichen Komponenten einer Verstellvorrichtung 1 (Figur 1) zum elektromechanischen Verstellen der relati- ven Drehwinkellage einer Nockenwelle 2 (Figur 1) gegenüber einer Kurbelwel- le (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe 3 (Figur 1), das ein kurbelwellenfestes An- triebsteil, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und eine mit einer Verstellmotor- welle 5 eines Elektromotors 6 verbundene Verstellwelle 7 aufweist, wobei der

Elektromotor 6 radial angeordnet ist. Das vom Elektromotor 6 erzeugte Ver- stellmoment der Verstellmotorwelle 5 wird von einem Zahnradgetriebe 17 me- chanisch auf die Verstellwelle 7 übertragen. Dadurch ist eine radiale Anord- nung von Elektromotor 6 und Verstellwelle 7 möglich.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die wesentlichen Komponenten einer Verstellvorrichtung 1 (Figur 1) zum elektromechanischen Verstellen der relati- ven Drehwinkellage einer Nockenwelle 2 (Figur 1) gegenüber einer Kurbelwel- le (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine mit einem als Dreiwellengetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe 3 (Figur 1), das ein kurbelwellenfestes An- triebsteil, ein nockenwellenfestes Abtriebsteil und eine mit einer Verstellmotor- welle 5 eines Elektromotors 6 verbundene Verstellwelle 7 aufweist, wobei der Elektromotor parallel zur Verstellwelle angeordnet ist. Das vom Elektromotor 6 erzeugte Verstellmoment der Verstellmotorwelle 5 wird von einem Sekundär- trieb 18 mechanisch auf die Verstellwelle 7 übertragen. In Figur 5 ist der Se- kundärtrieb als Riementrieb dargestellt.

Sämtliche offenbarte Lösungen haben zum Vorteil, dass der Elektromotor nicht mehr vor der Verstellwelle angeordnet werden muss, wodurch eine erhebliche Bauraumverkürzung möglich ist. Sie lassen es zu den Elektromotor beliebig im Motorraum zu platzieren, was zudem größere Freiheiten bei der Gestaltung der gesamten Brennkraftmaschine lässt.

Bezugszahlenliste 1, 1', 1"Verstellvorrichtung zum elektromechanischen Verstellen der rela- tiven Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbel- welle einer Brennkraftmaschine 2,2', 2" Nockenwelle 3,3', 3" Verstellgetriebe 4,4', 4" nockenwellenfestes Abtriebsteil des Verstellgetriebes 5,5', 5" Verstellmotorwelle des Elektromotors 6,6', 6"Elektromotor 7,7', 7" Verstellwelle 8 flexible Welle 9 Verdichter 10 Druckbehälter 11, 11"Rückschlagventil 12, 12"Wegeventil 13 Pneumatikmotor 14 Pumpe 15 Hydrospeicher 16 Hydromotor 17 Zahnradgetriebe 18 Sekundärtrieb 19 Motorhalterung