本發(fā)明涉及一種凸輪軸調(diào)節(jié)器，其用于調(diào)節(jié)在內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸和曲軸之間的相位角。此外，本發(fā)明涉及一種方法，借助所述方法能夠檢測(cè)這種凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定。

背景技術(shù)：

例如從DE 10 2012 213 539 A1中已知一種用于確定可調(diào)節(jié)的凸輪軸的相位的方法。在該方法的范圍內(nèi)使用不同的測(cè)量設(shè)備，所述測(cè)量設(shè)備一方面設(shè)置在凸輪軸上并且另一方面設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的曲軸上。也在DE 101 08 055 C1中公開的方法以相應(yīng)的方式工作，以借助曲軸傳感器和凸輪軸傳感器來控制內(nèi)燃機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所基于的目的是：以相對(duì)于所述現(xiàn)有技術(shù)尤其簡單的、魯棒的方式確定內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定，其中可以在內(nèi)燃機(jī)靜止和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

所述目的根據(jù)本發(fā)明通過一種具有權(quán)利要求1的特征的凸輪軸調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)，以及通過一種根據(jù)權(quán)利要求10的用于測(cè)量凸輪軸的設(shè)定的方法來實(shí)現(xiàn)，即該方法用于確定在內(nèi)燃機(jī)的曲軸和凸輪軸之間的相位角。本發(fā)明的在下面結(jié)合測(cè)量方法闡述的設(shè)計(jì)方案和優(yōu)點(diǎn)相應(yīng)地也適用于設(shè)備，即凸輪軸調(diào)節(jié)器，并且反之亦然。

凸輪軸調(diào)節(jié)器以已知的方式用于調(diào)節(jié)在內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸和曲軸之間的相位角，其中凸輪軸調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)模塊能夠借助于執(zhí)行器、尤其電動(dòng)馬達(dá)或液壓元件操縱。

調(diào)節(jié)模塊包括驅(qū)動(dòng)元件以及從動(dòng)元件，所述驅(qū)動(dòng)元件可通過曲軸、例如經(jīng)由鏈傳動(dòng)裝置或皮帶傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，所述從動(dòng)元件可相對(duì)于驅(qū)動(dòng)元件受限制地轉(zhuǎn)動(dòng)并且與內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸固定地連接。凸輪軸能夠設(shè)為用于操縱內(nèi)燃機(jī)的、例如汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣閥或排氣閥。

信號(hào)發(fā)生器位置固定地處于內(nèi)燃機(jī)上，測(cè)量電路與所述信號(hào)發(fā)生器感應(yīng)式地耦合，所述測(cè)量電路集成到作為整體可旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)模塊中。通過該測(cè)量裝置形成至少一個(gè)振蕩電路，所述測(cè)量裝置包括信號(hào)發(fā)生器和測(cè)量電路。至少一個(gè)振蕩電路部件具有與在內(nèi)燃機(jī)的曲軸和凸輪軸之間的相位角相關(guān)的電特性，所述振蕩器部件位于測(cè)量電路的側(cè)部上，即位于調(diào)節(jié)模塊中或調(diào)節(jié)模塊上。

因此，凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定借助測(cè)量裝置檢測(cè)，所述測(cè)量裝置包括靜止部件和旋轉(zhuǎn)部件，其中僅靜止部件具有導(dǎo)線連接的饋電部。旋轉(zhuǎn)部件具有兩個(gè)可相對(duì)彼此樞轉(zhuǎn)的組件，即一方面為凸輪軸調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)元件且另一方面為凸輪軸以及與其固定連接的部件。在兩個(gè)組件之間圍成的角度的檢測(cè)與凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定的檢測(cè)意義相同。對(duì)于確定凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定，凸輪軸的角位置的檢測(cè)不是必須的，然而其能夠是可選存在的。

具有與在凸輪軸和曲軸之間的相位角相關(guān)的電特性的振蕩電路部件能夠以具有可變電感的線圈的形式提供，所述振蕩電路設(shè)置在整體上可旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)模塊的側(cè)部上。附加地或替選地，調(diào)節(jié)模塊也能夠具有電阻或電容，所述電阻或電容具有可變的電特性。在所有情況下，相關(guān)構(gòu)件的電特性與在調(diào)節(jié)模塊的驅(qū)動(dòng)元件和從動(dòng)元件之間的角位置相關(guān)，即與凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定相關(guān)。集成到調(diào)節(jié)模塊中的一個(gè)或多個(gè)振蕩電路部件反作用于位置固定的信號(hào)發(fā)生器。特別地，在旋轉(zhuǎn)的線圈和測(cè)量裝置的位置固定的線圈之間的耦合強(qiáng)度與測(cè)量裝置的旋轉(zhuǎn)部件上的所設(shè)定的電感以及頻率相關(guān)。尤其能夠評(píng)估信號(hào)衰減和相位。在調(diào)節(jié)模塊的側(cè)部上的電感的變化引起頻率的變化，其中出現(xiàn)最強(qiáng)的衰減。因此，能夠通過檢測(cè)從測(cè)量裝置的旋轉(zhuǎn)部件反饋到測(cè)量裝置的位置固定的部件的信號(hào)明確地推斷出凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定。這在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)、即在凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)和在曲軸靜止時(shí)是適用的。

對(duì)于技術(shù)背景參考DE 10 2012 215 957 A1和WO 2011/134955 A2，其中DE 10 2012 215 957 A1示出緊湊的旋轉(zhuǎn)軸承(Resolverlager)，WO 2011/134955 A2涉及具有角度傳感器的滾動(dòng)軸承裝置。此外，對(duì)于該技術(shù)背景參考DE 10 2008 039 376 B4，該文獻(xiàn)公開一種用于感應(yīng)式地掃描機(jī)械輥式計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)的分度標(biāo)記的設(shè)備。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，設(shè)置在調(diào)節(jié)模塊的側(cè)部上的測(cè)量電路包括兩個(gè)串聯(lián)的電感。在此，第一電感具有與凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定相關(guān)的可變的特性，而第二電感是不可變化的，并且僅用于在測(cè)量電路和信號(hào)發(fā)生器之間的感應(yīng)式耦合。同樣如第二電感，位置固定的電感是不可變化的，所述位置固定的電感能夠算作信號(hào)發(fā)生器。位置固定的電感和設(shè)置在調(diào)節(jié)模塊的側(cè)部上的第二電感在幾何結(jié)構(gòu)上優(yōu)選構(gòu)成為，使得在測(cè)量裝置的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間的間距的小的變化或在相關(guān)部件之間的偏心幾乎對(duì)振蕩電路的電特性沒有影響。這例如能夠通過如下方式實(shí)現(xiàn)：兩個(gè)所述線圈中的一個(gè)具有比另一線圈更小的直徑，使得較小的線圈相對(duì)于較大線圈的移動(dòng)對(duì)線圈之間的耦合幾乎沒有影響。

振蕩電路部件，尤其線圈、電阻或電容，能夠由多個(gè)子部件形成，所述振蕩電路部件的電特性與凸輪軸調(diào)節(jié)器的設(shè)定相關(guān)，其中第一子部件與調(diào)節(jié)模塊的驅(qū)動(dòng)元件固定地連接，而第二子部件與調(diào)節(jié)模塊的從動(dòng)元件固定地連接。在可調(diào)節(jié)的線圈作為具有可變特性的振蕩電路部件的情況下，子部件中的一個(gè)構(gòu)成為引導(dǎo)電流的部件，并且另一子部件構(gòu)成為不引導(dǎo)電流的部件。

根據(jù)可變電感的第一可行的設(shè)計(jì)方案，引導(dǎo)電流的子部件為具有空間結(jié)構(gòu)的線圈，并且不引導(dǎo)電流的子部件為埋入該線圈中的且能夠相對(duì)于所述線圈樞轉(zhuǎn)的鐵芯。

根據(jù)可變電感的第二可行的設(shè)計(jì)方案，引導(dǎo)電流的子部件構(gòu)成為基本上面狀的構(gòu)造，尤其構(gòu)成為所謂的印制電路，而不引導(dǎo)電流的子部件構(gòu)成為板環(huán)，所述板環(huán)能夠相對(duì)于例如作為印制電路或裝配的電路板存在的線圈樞轉(zhuǎn)并且具有至少一個(gè)部段，所述部段具有在板環(huán)的環(huán)周方向上變化的寬度。在此，線圈和板環(huán)處于彼此平行的平面中。原則上，例如從EP 2 225 816 B1中已知一種具有可通電的繞組的復(fù)合電路板，所述繞組起到線圈的作用。

在優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，電動(dòng)馬達(dá)設(shè)作為凸輪軸調(diào)節(jié)器的執(zhí)行器?？伤阕餍盘?hào)發(fā)生器的、位置固定的電感優(yōu)選固定在電動(dòng)馬達(dá)的殼體的端側(cè)上?？捎勺鳛閳?zhí)行器的電動(dòng)馬達(dá)操縱的調(diào)節(jié)模塊優(yōu)選構(gòu)成為三軸變速器，其中具有變化的電特性的振蕩電路部件優(yōu)選設(shè)置在三軸變速器的變速器殼體的朝向電動(dòng)馬達(dá)的端側(cè)上。

尤其有利的是如下事實(shí)：借助根據(jù)本發(fā)明的方法能夠測(cè)量在兩個(gè)可相互樞轉(zhuǎn)的、可彼此旋轉(zhuǎn)的元件之間的、即在調(diào)節(jié)模塊的驅(qū)動(dòng)元件和從動(dòng)元件之間的角度，而與兩個(gè)所述元件是否相互旋轉(zhuǎn)并且必要時(shí)以何種轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)無關(guān)?？蓮臏y(cè)量裝置的位置固定的部件中檢測(cè)到的可旋轉(zhuǎn)的元件的特性僅與這兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)的元件彼此間的角位相關(guān)，而不與由可旋轉(zhuǎn)的元件構(gòu)成的裝置的角位或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)。

附圖說明

下面，根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。其中示出：

圖1示出凸輪軸調(diào)節(jié)器，其具有電執(zhí)行器和用于測(cè)量在曲軸和凸輪軸之間的相位角的設(shè)備，

圖2示出適合于根據(jù)圖1的裝置可調(diào)節(jié)的電感的不同的實(shí)施方式，

圖3至5示出用于根據(jù)圖1的裝置的振蕩電路的不同的電路變型形式。

具體實(shí)施方式

在圖1中繪制整體用附圖標(biāo)記1表示的凸輪軸調(diào)節(jié)器，關(guān)于其基本功能示例地參考DE 10 2008 039 009 A1以及DE 10 2011 083 800 A1。

凸輪軸調(diào)節(jié)器1包括執(zhí)行器2、即具有位置固定的殼體3的電動(dòng)馬達(dá)；以及調(diào)節(jié)模塊4，也稱作調(diào)節(jié)變速器，所述調(diào)節(jié)變速器構(gòu)成為三軸變速器。用附圖標(biāo)記5表示的軸與電動(dòng)馬達(dá)2的馬達(dá)軸以及與調(diào)節(jié)模塊4的調(diào)節(jié)軸固定地連接，或者與所述馬達(dá)軸或變速器軸中的至少一個(gè)相同。齒輪起到調(diào)節(jié)模塊4的驅(qū)動(dòng)元件6的作用，所述齒輪與調(diào)節(jié)模塊4的變速器殼體固定地連接。調(diào)節(jié)模塊4的用附圖標(biāo)記8表示的從動(dòng)元件與內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸固定地連接，并且以驅(qū)動(dòng)元件6的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，只要軸5也以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的話。相反，如果軸5的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)元件6的轉(zhuǎn)速不同，那么以高的減速比調(diào)節(jié)從動(dòng)元件8。該調(diào)節(jié)過程為相對(duì)于相同的未進(jìn)一步示出的內(nèi)燃機(jī)的曲軸調(diào)節(jié)凸輪軸的相位角。調(diào)節(jié)變速器4例如構(gòu)成為斜盤式變速器(Taumelscheibengetriebe)或軸變速器。

在電動(dòng)馬達(dá)2的殼體3上固定有整體用附圖標(biāo)記9表示的信號(hào)發(fā)生器的部件。在圖1中示出信號(hào)發(fā)生器線圈10，所述信號(hào)發(fā)生器線圈的電感為L₀(參見圖3至5)。信號(hào)發(fā)生器線圈10位于電動(dòng)馬達(dá)2的朝向調(diào)節(jié)模塊4的端側(cè)上。信號(hào)發(fā)生器9的其他的部件例如能夠位于殼體3之內(nèi)或者相對(duì)于具有凸輪軸調(diào)節(jié)器1的內(nèi)燃機(jī)位置固定地處于另一側(cè)上。

在信號(hào)發(fā)生器線圈10和集成到調(diào)節(jié)模塊4中的測(cè)量電路11之間存在感應(yīng)式耦合，在圖1中可見所述測(cè)量電路的傳輸線圈12。在根據(jù)圖1的簡化的視圖中，傳輸線圈12位于信號(hào)發(fā)生器線圈10的徑向內(nèi)部。同樣地，信號(hào)發(fā)生器線圈10和傳輸線圈12能夠處于彼此相鄰的平面中。在任何情況下，在所述線圈10、12之間的間距最高為幾毫米。

在圖3至5中示出信號(hào)發(fā)生器9的和測(cè)量電路11的可行的設(shè)計(jì)方案，所述設(shè)計(jì)方案能夠集成到根據(jù)圖1的凸輪軸調(diào)節(jié)器1中。通過所述設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)振蕩電路，其中在所有情況下，僅對(duì)于凸輪軸調(diào)節(jié)器1的靜止部件設(shè)有導(dǎo)線連接的饋電部。分別由頻率發(fā)生器13提供電能，所述頻率發(fā)生器是信號(hào)發(fā)生器9的一部分并且產(chǎn)生數(shù)量級(jí)為幾kHz至MHz的可變化的電信號(hào)。在信號(hào)發(fā)生器9和測(cè)量電路11之間的耦合通過標(biāo)記k的雙箭頭來說明。

在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生器9除了信號(hào)發(fā)生器線圈10之外還包括具有電容C的電容器14，由此已經(jīng)形成完整的振蕩電路。該振蕩電路的特性通過測(cè)量電路11來影響，所述測(cè)量電路除了傳輸線圈12之外還具有調(diào)節(jié)線圈15。調(diào)節(jié)線圈15的電感稱作為第一電感L₁，傳輸線圈12的電感稱作第二電感L₂。第一電感L₁的值與在調(diào)節(jié)模塊4的驅(qū)動(dòng)元件6和從動(dòng)元件8之間的角位置相關(guān)，即與凸輪軸調(diào)節(jié)器1的設(shè)定相關(guān)，對(duì)此借助圖2更詳細(xì)地探討。由于耦合k，提供在測(cè)量電路11和信號(hào)發(fā)生器9之間的反饋，所述反饋與凸輪軸1的設(shè)定相關(guān)。特別地，在包括信號(hào)發(fā)生器線圈10的振蕩電路中，能確定與頻率相關(guān)的衰減，其中出現(xiàn)最強(qiáng)衰減的頻率與測(cè)量電路11的電特性相關(guān)、尤其與第一電感L₁的值相關(guān)。

根據(jù)圖4的測(cè)量裝置與測(cè)量裝置3的區(qū)別在于：包括頻率發(fā)生器13的電流回路不具有電容作為單獨(dú)的構(gòu)件，而代替于此，電容器16是測(cè)量電路11的一部分。此外，同樣如在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，傳輸線圈12以及調(diào)節(jié)線圈15是根據(jù)圖4的用于測(cè)量凸輪軸調(diào)節(jié)器1的設(shè)定的裝置的部件。

根據(jù)圖5的實(shí)施例將根據(jù)圖3和圖4的實(shí)施例的特征組合并且包括分別具有電容C₀和C₁的電容器17、19，所述電容器處于分別具有信號(hào)發(fā)生器10和傳輸線圈12的電流回路中。

在根據(jù)圖3至5的每個(gè)結(jié)構(gòu)形式中，調(diào)節(jié)線圈15被設(shè)為具有與在凸輪軸和曲軸之間的相位角相關(guān)的電特性的振蕩電路部件。替選于此，在測(cè)量電路11之內(nèi)，電容C、C₁或未示出的電阻也例如能夠具有與在調(diào)節(jié)模塊4的驅(qū)動(dòng)元件6和從動(dòng)元件8之間的扭轉(zhuǎn)角相關(guān)的電特性。同樣能夠?qū)崿F(xiàn)如下實(shí)施方式：其中能夠調(diào)節(jié)測(cè)量電路11的多個(gè)部件，使得將與凸輪軸調(diào)節(jié)器1的設(shè)定相關(guān)的信號(hào)反饋至測(cè)量裝置的位置固定的部件。

在圖2中繪制調(diào)節(jié)線圈15的可行的變型形式，所述變型形式可選地能夠裝入根據(jù)圖1的凸輪軸調(diào)節(jié)器1中并且能夠集成到根據(jù)圖3至5的每個(gè)電路裝置中。調(diào)節(jié)線圈15在所有情況下包括引導(dǎo)電流的部件19——狹義上的線圈——作為第一子部件，并且包括不引導(dǎo)電流的部件20作為第二子部件，所述第二子部件影響第一子部件19的特性。

根據(jù)調(diào)節(jié)線圈15的在圖2中在上方繪制的結(jié)構(gòu)形式，引導(dǎo)電流的第一部件19為具有空間結(jié)構(gòu)的線圈，作為不引導(dǎo)電流的部件20的可樞轉(zhuǎn)的鐵芯21埋入所述空間結(jié)構(gòu)中。在此，子部件19、20分別與凸輪軸調(diào)節(jié)器1的驅(qū)動(dòng)元件6和從動(dòng)元件8固定地連接，使得在子部件19、20之間的角度描述在所述元件6、8之間的角度進(jìn)而描述凸輪軸調(diào)節(jié)器1的設(shè)定。與圖2中上方的簡化圖不同，引導(dǎo)電流的部件19也能夠以多個(gè)單獨(dú)線圈的形式實(shí)現(xiàn)，分開的鐵芯21分別埋入到所述部件中，其中由全部鐵芯21構(gòu)成的裝置形成第二子部件20。

調(diào)節(jié)線圈15在圖2中在中間繪制的結(jié)構(gòu)形式具有相應(yīng)的功能。在該情況下，調(diào)節(jié)線圈15的引導(dǎo)電流的部件19，即狹義上的線圈，實(shí)現(xiàn)為印制電路。因此基本上位于一個(gè)平面中的第一子部件19平行于板環(huán)22設(shè)置，所述板環(huán)類似于鐵芯21起到不引導(dǎo)電流的第二部件20的作用。板環(huán)22具有四個(gè)相互過渡的、分別延伸經(jīng)過90度的區(qū)段23，所述區(qū)段分別具有沿板環(huán)22的環(huán)周方向上變化的寬度。區(qū)段23與四個(gè)單線圈24共同地作用，所述單線圈共同形成調(diào)節(jié)線圈15的構(gòu)成為印制電路的引導(dǎo)電流的部件19。調(diào)節(jié)線圈15的該結(jié)構(gòu)形式的特征在于，在凸輪軸調(diào)節(jié)器1的軸向方向上的尤其扁平的結(jié)構(gòu)進(jìn)而對(duì)于調(diào)節(jié)模塊4的朝向執(zhí)行器2的端側(cè)的極其小的空間需求。

調(diào)節(jié)線圈15的在圖2中在下方繪制的結(jié)構(gòu)形式僅具有唯一的引導(dǎo)電流的部件19，所述引導(dǎo)電流的部件與不引導(dǎo)電流的部件20的楔形部25共同作用。在此，引導(dǎo)電流的部件19，即單線圈24，位于整個(gè)環(huán)形的不引導(dǎo)電流的部件20的楔形部25的徑向外部。與所示出的結(jié)構(gòu)形式不同，也能夠設(shè)有多個(gè)、例如四個(gè)或六個(gè)單線圈24，楔形部25分別與所述單線圈相對(duì)置，所述楔形部例如分別延伸經(jīng)過最大90°和最大60°的角度。

附圖標(biāo)記列表

C 電容

C₀ 電容

C₁ 電容

k 耦合

L₀ 電感

L₁ 電感

L₂ 電感

1 凸輪軸調(diào)節(jié)器

2 執(zhí)行器、電動(dòng)馬達(dá)

3 殼體

4 調(diào)節(jié)模塊

5 軸

6 驅(qū)動(dòng)元件

7 變速器殼體

8 從動(dòng)元件

9 信號(hào)發(fā)生器

10 信號(hào)發(fā)生器線圈

11 測(cè)量電路

12 傳輸線圈

13 頻率發(fā)生器

14 電容器

15 調(diào)節(jié)線圈

16 電容器

17 電容器

18 電容器

19 引導(dǎo)電流的部件、第一子部件

20 不引導(dǎo)電流的部件、第二子部件

21 鐵芯

22 板環(huán)

23 區(qū)段

24 單線圈

25 楔形部