凸轮轴调节器和用于确定凸轮轴调节器的设定的方法与流程

本发明涉及一种凸轮轴调节器，其用于调节在内燃机的凸轮轴和曲轴之间的相位角。此外，本发明涉及一种方法，借助所述方法能够检测这种凸轮轴调节器的设定。

背景技术：

例如从DE 10 2012 213 539 A1中已知一种用于确定可调节的凸轮轴的相位的方法。在该方法的范围内使用不同的测量设备，所述测量设备一方面设置在凸轮轴上并且另一方面设置在内燃机的曲轴上。也在DE 101 08 055 C1中公开的方法以相应的方式工作，以借助曲轴传感器和凸轮轴传感器来控制内燃机。

技术实现要素：

本发明所基于的目的是：以相对于所述现有技术尤其简单的、鲁棒的方式确定内燃机的凸轮轴调节器的设定，其中可以在内燃机静止和运转时进行测量。

所述目的根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的凸轮轴调节器来实现，以及通过一种根据权利要求10的用于测量凸轮轴的设定的方法来实现，即该方法用于确定在内燃机的曲轴和凸轮轴之间的相位角。本发明的在下面结合测量方法阐述的设计方案和优点相应地也适用于设备，即凸轮轴调节器，并且反之亦然。

凸轮轴调节器以已知的方式用于调节在内燃机的凸轮轴和曲轴之间的相位角，其中凸轮轴调节器的调节模块能够借助于执行器、尤其电动马达或液压元件操纵。

调节模块包括驱动元件以及从动元件，所述驱动元件可通过曲轴、例如经由链传动装置或皮带传动装置驱动，所述从动元件可相对于驱动元件受限制地转动并且与内燃机的凸轮轴固定地连接。凸轮轴能够设为用于操纵内燃机的、例如汽油发动机或柴油发动机的进气阀或排气阀。

信号发生器位置固定地处于内燃机上，测量电路与所述信号发生器感应式地耦合，所述测量电路集成到作为整体可旋转的调节模块中。通过该测量装置形成至少一个振荡电路，所述测量装置包括信号发生器和测量电路。至少一个振荡电路部件具有与在内燃机的曲轴和凸轮轴之间的相位角相关的电特性，所述振荡器部件位于测量电路的侧部上，即位于调节模块中或调节模块上。

因此，凸轮轴调节器的设定借助测量装置检测，所述测量装置包括静止部件和旋转部件，其中仅静止部件具有导线连接的馈电部。旋转部件具有两个可相对彼此枢转的组件，即一方面为凸轮轴调节器的驱动元件且另一方面为凸轮轴以及与其固定连接的部件。在两个组件之间围成的角度的检测与凸轮轴调节器的设定的检测意义相同。对于确定凸轮轴调节器的设定，凸轮轴的角位置的检测不是必须的，然而其能够是可选存在的。

具有与在凸轮轴和曲轴之间的相位角相关的电特性的振荡电路部件能够以具有可变电感的线圈的形式提供，所述振荡电路设置在整体上可旋转的调节模块的侧部上。附加地或替选地，调节模块也能够具有电阻或电容，所述电阻或电容具有可变的电特性。在所有情况下，相关构件的电特性与在调节模块的驱动元件和从动元件之间的角位置相关，即与凸轮轴调节器的设定相关。集成到调节模块中的一个或多个振荡电路部件反作用于位置固定的信号发生器。特别地，在旋转的线圈和测量装置的位置固定的线圈之间的耦合强度与测量装置的旋转部件上的所设定的电感以及频率相关。尤其能够评估信号衰减和相位。在调节模块的侧部上的电感的变化引起频率的变化，其中出现最强的衰减。因此，能够通过检测从测量装置的旋转部件反馈到测量装置的位置固定的部件的信号明确地推断出凸轮轴调节器的设定。这在内燃机运行时、即在凸轮轴旋转时和在曲轴静止时是适用的。

对于技术背景参考DE 10 2012 215 957 A1和WO 2011/134955 A2，其中DE 10 2012 215 957 A1示出紧凑的旋转轴承(Resolverlager)，WO 2011/134955 A2涉及具有角度传感器的滚动轴承装置。此外，对于该技术背景参考DE 10 2008 039 376 B4，该文献公开一种用于感应式地扫描机械辊式计数机构的分度标记的设备。

根据一个优选的设计方案，设置在调节模块的侧部上的测量电路包括两个串联的电感。在此，第一电感具有与凸轮轴调节器的设定相关的可变的特性，而第二电感是不可变化的，并且仅用于在测量电路和信号发生器之间的感应式耦合。同样如第二电感，位置固定的电感是不可变化的，所述位置固定的电感能够算作信号发生器。位置固定的电感和设置在调节模块的侧部上的第二电感在几何结构上优选构成为，使得在测量装置的旋转部件和静止部件之间的间距的小的变化或在相关部件之间的偏心几乎对振荡电路的电特性没有影响。这例如能够通过如下方式实现：两个所述线圈中的一个具有比另一线圈更小的直径，使得较小的线圈相对于较大线圈的移动对线圈之间的耦合几乎没有影响。

振荡电路部件，尤其线圈、电阻或电容，能够由多个子部件形成，所述振荡电路部件的电特性与凸轮轴调节器的设定相关，其中第一子部件与调节模块的驱动元件固定地连接，而第二子部件与调节模块的从动元件固定地连接。在可调节的线圈作为具有可变特性的振荡电路部件的情况下，子部件中的一个构成为引导电流的部件，并且另一子部件构成为不引导电流的部件。

根据可变电感的第一可行的设计方案，引导电流的子部件为具有空间结构的线圈，并且不引导电流的子部件为埋入该线圈中的且能够相对于所述线圈枢转的铁芯。

根据可变电感的第二可行的设计方案，引导电流的子部件构成为基本上面状的构造，尤其构成为所谓的印制电路，而不引导电流的子部件构成为板环，所述板环能够相对于例如作为印制电路或装配的电路板存在的线圈枢转并且具有至少一个部段，所述部段具有在板环的环周方向上变化的宽度。在此，线圈和板环处于彼此平行的平面中。原则上，例如从EP 2 225 816 B1中已知一种具有可通电的绕组的复合电路板，所述绕组起到线圈的作用。

在优选的设计方案中，电动马达设作为凸轮轴调节器的执行器。可算作信号发生器的、位置固定的电感优选固定在电动马达的壳体的端侧上。可由作为执行器的电动马达操纵的调节模块优选构成为三轴变速器，其中具有变化的电特性的振荡电路部件优选设置在三轴变速器的变速器壳体的朝向电动马达的端侧上。

尤其有利的是如下事实：借助根据本发明的方法能够测量在两个可相互枢转的、可彼此旋转的元件之间的、即在调节模块的驱动元件和从动元件之间的角度，而与两个所述元件是否相互旋转并且必要时以何种转速旋转无关。可从测量装置的位置固定的部件中检测到的可旋转的元件的特性仅与这两个可旋转的元件彼此间的角位相关，而不与由可旋转的元件构成的装置的角位或运动状态相关。

附图说明

下面，根据附图详细阐述本发明的多个实施例。其中示出：

图1示出凸轮轴调节器，其具有电执行器和用于测量在曲轴和凸轮轴之间的相位角的设备，

图2示出适合于根据图1的装置可调节的电感的不同的实施方式，

图3至5示出用于根据图1的装置的振荡电路的不同的电路变型形式。

具体实施方式

在图1中绘制整体用附图标记1表示的凸轮轴调节器，关于其基本功能示例地参考DE 10 2008 039 009 A1以及DE 10 2011 083 800 A1。

凸轮轴调节器1包括执行器2、即具有位置固定的壳体3的电动马达；以及调节模块4，也称作调节变速器，所述调节变速器构成为三轴变速器。用附图标记5表示的轴与电动马达2的马达轴以及与调节模块4的调节轴固定地连接，或者与所述马达轴或变速器轴中的至少一个相同。齿轮起到调节模块4的驱动元件6的作用，所述齿轮与调节模块4的变速器壳体固定地连接。调节模块4的用附图标记8表示的从动元件与内燃机的凸轮轴固定地连接，并且以驱动元件6的转速旋转，只要轴5也以相同的转速旋转的话。相反，如果轴5的转速与驱动元件6的转速不同，那么以高的减速比调节从动元件8。该调节过程为相对于相同的未进一步示出的内燃机的曲轴调节凸轮轴的相位角。调节变速器4例如构成为斜盘式变速器(Taumelscheibengetriebe)或轴变速器。

在电动马达2的壳体3上固定有整体用附图标记9表示的信号发生器的部件。在图1中示出信号发生器线圈10，所述信号发生器线圈的电感为L₀(参见图3至5)。信号发生器线圈10位于电动马达2的朝向调节模块4的端侧上。信号发生器9的其他的部件例如能够位于壳体3之内或者相对于具有凸轮轴调节器1的内燃机位置固定地处于另一侧上。

在信号发生器线圈10和集成到调节模块4中的测量电路11之间存在感应式耦合，在图1中可见所述测量电路的传输线圈12。在根据图1的简化的视图中，传输线圈12位于信号发生器线圈10的径向内部。同样地，信号发生器线圈10和传输线圈12能够处于彼此相邻的平面中。在任何情况下，在所述线圈10、12之间的间距最高为几毫米。

在图3至5中示出信号发生器9的和测量电路11的可行的设计方案，所述设计方案能够集成到根据图1的凸轮轴调节器1中。通过所述设计方案实现振荡电路，其中在所有情况下，仅对于凸轮轴调节器1的静止部件设有导线连接的馈电部。分别由频率发生器13提供电能，所述频率发生器是信号发生器9的一部分并且产生数量级为几kHz至MHz的可变化的电信号。在信号发生器9和测量电路11之间的耦合通过标记k的双箭头来说明。

在根据图3的实施例中，信号发生器9除了信号发生器线圈10之外还包括具有电容C的电容器14，由此已经形成完整的振荡电路。该振荡电路的特性通过测量电路11来影响，所述测量电路除了传输线圈12之外还具有调节线圈15。调节线圈15的电感称作为第一电感L₁，传输线圈12的电感称作第二电感L₂。第一电感L₁的值与在调节模块4的驱动元件6和从动元件8之间的角位置相关，即与凸轮轴调节器1的设定相关，对此借助图2更详细地探讨。由于耦合k，提供在测量电路11和信号发生器9之间的反馈，所述反馈与凸轮轴1的设定相关。特别地，在包括信号发生器线圈10的振荡电路中，能确定与频率相关的衰减，其中出现最强衰减的频率与测量电路11的电特性相关、尤其与第一电感L₁的值相关。

根据图4的测量装置与测量装置3的区别在于：包括频率发生器13的电流回路不具有电容作为单独的构件，而代替于此，电容器16是测量电路11的一部分。此外，同样如在根据图3的实施例中，传输线圈12以及调节线圈15是根据图4的用于测量凸轮轴调节器1的设定的装置的部件。

根据图5的实施例将根据图3和图4的实施例的特征组合并且包括分别具有电容C₀和C₁的电容器17、19，所述电容器处于分别具有信号发生器10和传输线圈12的电流回路中。

在根据图3至5的每个结构形式中，调节线圈15被设为具有与在凸轮轴和曲轴之间的相位角相关的电特性的振荡电路部件。替选于此，在测量电路11之内，电容C、C₁或未示出的电阻也例如能够具有与在调节模块4的驱动元件6和从动元件8之间的扭转角相关的电特性。同样能够实现如下实施方式：其中能够调节测量电路11的多个部件，使得将与凸轮轴调节器1的设定相关的信号反馈至测量装置的位置固定的部件。

在图2中绘制调节线圈15的可行的变型形式，所述变型形式可选地能够装入根据图1的凸轮轴调节器1中并且能够集成到根据图3至5的每个电路装置中。调节线圈15在所有情况下包括引导电流的部件19——狭义上的线圈——作为第一子部件，并且包括不引导电流的部件20作为第二子部件，所述第二子部件影响第一子部件19的特性。

根据调节线圈15的在图2中在上方绘制的结构形式，引导电流的第一部件19为具有空间结构的线圈，作为不引导电流的部件20的可枢转的铁芯21埋入所述空间结构中。在此，子部件19、20分别与凸轮轴调节器1的驱动元件6和从动元件8固定地连接，使得在子部件19、20之间的角度描述在所述元件6、8之间的角度进而描述凸轮轴调节器1的设定。与图2中上方的简化图不同，引导电流的部件19也能够以多个单独线圈的形式实现，分开的铁芯21分别埋入到所述部件中，其中由全部铁芯21构成的装置形成第二子部件20。

调节线圈15在图2中在中间绘制的结构形式具有相应的功能。在该情况下，调节线圈15的引导电流的部件19，即狭义上的线圈，实现为印制电路。因此基本上位于一个平面中的第一子部件19平行于板环22设置，所述板环类似于铁芯21起到不引导电流的第二部件20的作用。板环22具有四个相互过渡的、分别延伸经过90度的区段23，所述区段分别具有沿板环22的环周方向上变化的宽度。区段23与四个单线圈24共同地作用，所述单线圈共同形成调节线圈15的构成为印制电路的引导电流的部件19。调节线圈15的该结构形式的特征在于，在凸轮轴调节器1的轴向方向上的尤其扁平的结构进而对于调节模块4的朝向执行器2的端侧的极其小的空间需求。

调节线圈15的在图2中在下方绘制的结构形式仅具有唯一的引导电流的部件19，所述引导电流的部件与不引导电流的部件20的楔形部25共同作用。在此，引导电流的部件19，即单线圈24，位于整个环形的不引导电流的部件20的楔形部25的径向外部。与所示出的结构形式不同，也能够设有多个、例如四个或六个单线圈24，楔形部25分别与所述单线圈相对置，所述楔形部例如分别延伸经过最大90°和最大60°的角度。

附图标记列表

C 电容

C₀ 电容

C₁ 电容

k 耦合

L₀ 电感

L₁ 电感

L₂ 电感

1 凸轮轴调节器

2 执行器、电动马达

3 壳体

4 调节模块

5 轴

6 驱动元件

7 变速器壳体

8 从动元件

9 信号发生器

10 信号发生器线圈

11 测量电路

12 传输线圈

13 频率发生器

14 电容器

15 调节线圈

16 电容器

17 电容器

18 电容器

19 引导电流的部件、第一子部件

20 不引导电流的部件、第二子部件

21 铁芯

22 板环

23 区段

24 单线圈

25 楔形部