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Title:
DRIVE DEVICE FOR ADJUSTING A CONTROL SHAFT OF A FULLY VARIABLE VALVE DRIVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/110388
Kind Code:
A1
Abstract:
Drive devices for adjusting a control shaft (22) of a fully variable valve drive of an internal combustion engine, comprising an electric motor (10) with a driveshaft (20) and a transmission (26) coupled to the electric motor (10), are known, wherein an output element (38) of the transmission (26) is coupled to a control shaft (22) of a fully variable valve drive. The aim of the invention is to arrange such a drive axially to the control shaft (22) such that no installation space is required radially to the valve drive. According to the invention, this is achieved in that the rotational axes of the transmission (26) are arranged parallel to the control shaft (22) and the driveshaft (20) of the electric motor (10).

Inventors:
BREUER, Michael (Alfred-Pierburg-Strasse 1, Neuss, 41460, DE)
MOORMANN, Stefan (Alfred-Pierburg-Strasse 1, Neuss, 41460, DE)
SADOWSKI, Christoph (Alfred-Pierburg-Strasse 1, Neuss, 41460, DE)
Application Number:
EP2018/082846
Publication Date:
June 13, 2019
Filing Date:
November 28, 2018
Export Citation:
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Assignee:
PIERBURG GMBH (Alfred-Pierburg-Straße 1, Neuss, 41460, DE)
International Classes:
F01L13/00; F01L1/352
Domestic Patent References:
WO2003078806A12003-09-25
Foreign References:
EP2960546A12015-12-30
US20100059005A12010-03-11
DE10120449A12002-10-31
EP3165724A12017-05-10
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE TER SMITTEN EBERLEIN-VAN HOOF RÜTTEN PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB (Burgunderstr. 29, Düsseldorf, 40549, DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle (22) eines vollvariablen Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor (10) mit einer Antriebswelle (20) und einem mit dem Elektromotor (10) gekoppelten Getriebe (26), wobei ein Abtriebsglied (38) des Getriebes (26) mit einer Steuerwelle (22) eines vollvariablen Ventiltriebs gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Drehachsen des Getriebes (26) und der Antriebswelle (20) des Elektromotors (10) parallel zur Steuerwelle (22) angeordnet sind. 2. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach

Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Antriebswelle (20) des Elektromotors (10) und die Steuerwelle (22) koaxial zueinander angeordnet sind.

3. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Getriebe (26) ein Exzentergetriebe ist.

4. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (20) des Elektromotors (10) in axialer Verlängerung der Steuerwelle (22) angeordnet ist.

5. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

als Abtriebsglied (38) ein Hohlrad dient, welches zu einem axialen Ende der Steuerwelle (22) fixiert ist.

6. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Exzenter des Exzentergetriebes (26) auf der Antriebswelle (20) des Elektromotors (10) befestigt ist oder einstückig mit der

Antriebswelle (20) ausgebildet ist.

7. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Antriebswelle (20) des Elektromotors (10) in der Steuerwelle (22) gelagert ist.

8. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Planetenräder (30, 32) des Getriebes (26) auf dem Exzenter (27) gelagert sind.

9. Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebes einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Elektromotor (10) ein elektronisch kommutierter Innenläufermotor ist.

Description:
B E S C H R E I B U N G Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor mit einer Antriebswelle und einem mit dem Elektromotor gekoppelten Getriebe, wobei ein Abtriebsglied des Getriebes mit einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebs gekoppelt ist. Mechanisch steuerbare, vollvariable Ventiltriebe sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt und dienen der Reduzierung des Kraftstoffbedarfs sowie der Reduktion von Emissionen. Zur Änderung des Ventilhubes wird eine Steuerwelle verwendet. Durch eine Änderung des Ventilhubs in Abhängigkeit der Last der Verbrennungskraftmaschine wird eine Effizienzsteigerung erreicht.

In der EP 3 165 724 Al wird ein vollvariabler Ventiltrieb mit Ein- und Ausgangsventilen beschrieben, die über eine Mimik aktuierbar sind. Die Mimik enthält eine Steuerwelle mit Nocken, die auf den Ventiltrieb wirken, so dass durch Drehung der Steuerwelle der Hub der Ventile sowohl in der Hubhöhe als auch in seiner Phase verstellt werden kann. Die Drehung der Steuerwelle erfolgt über einen elektronischen Aktor, der radial zur Steuerwelle angeordnet ist und aus einem Schneckengetriebe besteht, wobei die Schnecke auf der Ausgangswelle des Elektromotors angeordnet ist und auf ein Zahnrad wirkt, welches auf der Steuerwelle befestigt ist. Nachteilig ist der Bauraumbedarf des radial gelagerten Aktors samt Getriebe, da der Bauraum radial zur Steuerwelle durch weitere Bauteile der Verbrennungskraftmaschine beschränkt ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für die Steuerwelle zu entwickeln, der den aufgezeigten Nachteil des benötigten Bauraumbedarfs in radialer Richtung zur Steuerwelle reduziert und somit den beschränkten Platz im Bereich der Steuerwelle in radialer Richtung einspart

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebs einer

Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass die Drehachsen des Getriebes und der Antriebswelle des Elektromotors parallel zur Steuerwelle angeordnet sind, wird radialer Bauraum eingespart, da die Erstreckungsrichtung eines derartigen Aktors vollständig in axialer Richtung anzuordnen ist.

Vorzugsweise ist die Antriebswelle des Elektromotors und die Steuerwelle koaxial zueinander ausgerichtet, so dass zusätzlicher radialer Bauraum eingespart wird und die Lagerung erleichtert wird. Insbesondere sind die Wellen dabei fluchtend zueinander angeordnet.

In einer vorteilhaften Ausführung wird als Getriebe ein Exzentergetriebe verwendet, da diese Exzentergetriebe eine kompakte Bauweise und eine hohe Untersetzung haben. Des Weiteren weisen diese Getriebe eine hohe Lebensdauer und einen geringen Bauraum auf und es können hohe Untersetzungen in wenigen Getriebestufen realisiert werden. Vorzugsweise ist die Antriebswelle des Elektromotors in axialer Verlängerung der Steuerwelle angeordnet, sodass kein Versatz zwischen der Antriebswelle und der Steuerwelle entsteht, sodass Bauraum eingespart wird und ein direkter Kraftübertrag existiert.

In einer vorteilhaften Ausführung ist das Hohlrad des Getriebes auf einem Ende der Steuerwelle fixiert und dient als Abtriebsglied. Dadurch werden zusätzliche Bauteile gespart, sodass die Montage einfacher ist und Bauraum eingespart wird.

Vorzugsweise ist an die Antriebswelle des Elektromotors der Exzenter fixiert oder der Exzenter ist einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet, wodurch Bauteile eingespart werden, sodass der Antrieb kostengünstiger ist.

In einer vorteilhaften Ausführung ist die Antriebswelle des Elektromotors in der Steuerwelle gelagert. Dadurch werden Querkräfte durch die Lager der Steuerwelle aufgenommen, so dass auf zusätzliche Lagerstellen zur Lagerung der Antriebswelle verzichtet werden kann, wodurch der Aktor eine kürzere axiale Länge aufweist. Vorteilhaft sind die Planetenräder auf dem Exzenter gelagert, da somit Quer- und Biegekräfte reduziert werden und eine höhere Lebensdauer erreicht wird.

Bevorzugt ist die Verwendung eines elektronisch kommutierten Innenläufermotors, der einen niedrigen Energieverbrauch bei geringem Verschleiß aufweist.

Die Verwendung des axial angeordneten Antriebs spart insgesamt Bauraum ein. Insbesondere entfällt eine zusätzliche radiale Erstreckung des Aktors, so dass eine gute Zugänglichkeit des Aktors vorhanden ist, ohne dass zusätzlicher radialer Bauraum geschaffen werden muss, der üblicherweise in Verbrennungsmotoren stark beschränkt ist. Zusätzlich werden Bauteile eingespart, was zu einem leichteren Gewicht führt, die Montage erleichtert und Baukosten einspart. Durch die kompakte Bauweise des Getriebes ist eine leckagearme Verwendung möglich. Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zur Verstellung einer Steuerwelle eines vollvariablen Ventiltriebs einer Verbrennungskraftmaschine ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zur Drehung einer Steuerwelle.

Die Antriebsvorrichtung weist einen Elektromotor 10 auf, der in einem Motorgehäuse 12 angeordnet ist und als elektronisch kommutierter Innenläufermotor ausgebildet ist. Der Elektromotor besteht aus einem Stator 14 mit Wicklungen 16, welche zur Erzeugung einer Drehbewegung eines Rotors 18 des Elektromotors 10 bestromt werden. Der Rotor ist auf einer Antriebswelle 20 befestigt, deren Ende aus dem Motorgehäuse 12 durch eine Öffnung 15 im Motorgehäuse 12 in einen Raum 13 ragt, der durch einen Ventildeckel 24 eines Verbrennungsmotors verschlossen ist und in dem eine Steuerwelle 22 eines variablen Ventiltriebs angeordnet ist. In eine Ausnehmung am Ende der Steuerwelle 22 ragt das Ende der Antriebswelle 20 und ist dort mittels eines Nadellagers gelagert. Auf der Antriebswelle 20 ist ein Exzenter 27 fixiert oder einstückig mit der Antriebswelle 20 ausgebildet. Der Exzenter 27 trägt ein Nadellager 28, über welches ein erstes Planetenrad 32 und ein zweites Planetenrad 30 gelagert werden, die drehfest zueinander angeordnet sind. Das zweite Planetenrad 30 weist hierzu im radial inneren Bereich einen sich axial in eine innere Öffnung des ersten Planetenrades 32 erstreckenden ringförmigen Fortsatz 34 auf, auf dem das erste Planetenrad 32 aufgepresst oder anderweitig befestigt ist. Das erste Planetenrad 32 kämmt mit einem ersten Hohlrad 36, welches an einer Innenwand des Ventildeckels 24 befestigt ist. Das zweite Planetenrad 30 ist mit einem Abtriebsglied 38 gekoppelt, welches als zweites Hohlrad ausgeführt ist, das fest innerhalb eines sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprungs der Steuerwelle 22 angeordnet ist, der sich von einem plattenförmigem Element erstreckt, das fest auf dem Ende der Steuerwelle 22 angeordnet ist oder einstückig mit dieser ausgebildet ist. Bei einer Drehung der Antriebswelle 20 des Elektromotors 10 wird die Drehbewegung durch den Exzenter 27 auf das erste Planetenrad 32 und das zweite Planetenrad 30 übertragen. Durch das Abrollen des ersten Planetenrades 32 im ersten gehäusefesten und damit stillstehenden Hohlrad 36 erfolgt somit eine zwangsweise Drehung des zweiten Planetenrades 30, welches die Drehbewegung auf das als zweites Hohlrad ausgeführte Abtriebsglied 38 überträgt, das fest mit der Steuerwelle 22 verbunden ist, sodass sich die Steuerwelle 22 dreht.

Durch diese Art des Getriebes werden sehr hohe Untersetzungen erreicht, so dass eine extrem genaue Winkelverstellung der Steuerwelle ermöglicht wird. Durch die kompakte Bauweise der drehfest verbundenen Planetenräder benötigt das Getriebe wenig Bauraum. Durch die parallele Anordnung des Motors zum Getriebe und die Anordnung der Antriebswelle als axiale Verlängerung der Steuerwelle, wird kein Bauraum radial zum Ventiltrieb benötigt, da die Erstreckungsrichtung des Aktors komplett in axialer Richtung ist, wodurch der durch weitere Bauteile der Verbrennungskraftmaschine beschränkte radiale Bauraum eingespart wird. Durch die Lagerung der Antriebswelle innerhalb der Steuerwelle werden Querkräfte auf die Lagerung der Steuerwelle geführt, was zu einer längeren Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt. Es sollte deutlich sein, dass verschiedene konstruktive Modifikationen im Vergleich zu der beschriebenen Ausführungsform möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. So kann anstatt des Axialspaltmotors ein elektronisch kommutierter Innenläufermotor verwendet werden, welcher parallel zum Getriebe angeordnet ist, wodurch kein Bauraum radial zum Ventiltrieb notwendig ist und der Aktor komplett in axialer Erstreckungsrichtung angeordnet ist. Anstatt des Exzentergetriebes kann ein mindestens zweistufiges Planetengetriebe genutzt werden, wobei ein erstes Sonnenrad an der Antriebswelle fixiert oder einstückig mit dieser gefertigt ist. Durch eine drehfeste Kopplung des ersten Planetenrades mit dem zweiten Planetenrad, wird eine Drehung der Antriebswelle auf das drehfest in der Steuerwelle gelagerte zweite Hohlrad übertragen.