CN1250866C - 内燃机不同气缸底座的凸轮轴的同时调节方法和内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机的不同气缸底座的凸轮轴相对于一根曲轴同时调节到一个预定角度额定值的一种方法，其中，这些凸轮轴操作内燃机的相应气缸底座相应进气阀或排气阀。测出这些凸轮轴的相应角度实际值的调节速度的一个差值，且具有较高调节速度的至少一根凸轮轴的角度额定值随时间变化，直至这些凸轮轴的角度实际值达到原来的角度额定值为止，其中，角度额定值的时间变化是这样进行的：消除具有较高调节速度的凸轮轴和具有最低调节速度的那根凸轮轴之间的角度实际值的分散性，并减小这些角度实际值之间的相应差值。

Description

内燃机不同气缸底座的凸轮轴的同时调节方法和内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机的不同气缸底座的凸轮轴相对于一根曲轴同时调节到一个预定角度额定值的一种方法，其中，这些凸座轮轴操作内燃机的相应气缸底座的相应进气阀或排气阀。此外，本发明涉及一种具有至少两个气缸底座和一个气门控制机构的内燃机，该气门控制机构用于每个分别带有至少一根用来操作相应气缸底的排气阀和/或进气阀的凸轮轴的气缸底座，其中，一个气缸底座的至少一根凸轮轴分别用一个凸轮轴调节器可相对于内燃机的一根曲轴调节其角度，其中设置了一个控制器，该控制器分按一个预定的额定值调节凸轮轴。
背景技术
在具有多个气缸底座的内燃机时，例如在具有一个由DE19832383A1提出的气门控制的多列式发动机的内燃机时，相应的凸轮轴借助于一个凸轮轴调节器可相对于曲轴调节其角度；在低的运行温度时，例如在冷启动阶段会出现这样的问题，即不同的气缸底座的凸轮轴得出不同的调节速度。从而在相对于曲轴的凸轮轴的相应角度位置之间导致不希望有的差值。由于这个原因，迄今为止只有在内燃机达到它的工作温度后，才允许进行凸轮轴的调节。
US5462022提出了一种凸轮轴调节方法，该方法可调节凸轮轴和曲轴之间的要求角度位置。
发明内容
本发明的目的在于，提出上述类型的一种方法和内燃机，其中不同气缸底座的凸轮轴的调节是同步进行的，而与内燃机的温度无关。
为了实现这个目的，本发明提出一种内燃机的不同气缸底座的凸轮轴相对于一根曲轴同时调节到一个预定角度额定值的方法，其中这些凸轮轴操作内燃机的相应气缸底座的相应进气阀或排气阀，其特征为，测出这些凸轮轴的相应角度实际值的调节速度的一个差值，且具有较高调节速度的至少一根凸轮轴的角度额定值随时间变化，直至这些凸轮轴的角度实际值达到原来的角度额定值为止，其中具有较高调节速度的那根凸轮轴的角度额定值的时间变化是这样进行的：消除具有较高调节速度的凸轮轴和具有最低调节速度的那根凸轮轴之间的角度实际值的分散性，并减小这些角度实际值之间的一个相应的差值。
本发明还提出一种具有至少两个气缸底座和一个气门控制机构的内燃机，该气门控制机构用于每个分别带有至少一根用来操作相应气缸底座的排气阀和/或进气阀的凸轮轴的气缸底座，其中，一个气缸底座的至少一根凸轮轴分别用一个凸轮轴调节器可相对于内燃机的一根曲轴调节其角度，其中，设置了一个控制器，该控制器根据一个预定的角度额定值进行凸轮轴的调节，其中，控制器是这样设计的，它测出凸轮轴调节器的调节速度的一个差值并使具有较高调节速度的至少一个凸轮轴调节器的角度额定值随时间变化，直至凸轮轴调节器达到原来的角度额定值为止，其中具有较高调节速度的凸轮轴调节器的角度额定值的时间变化是这样进行的：消除具有较高调节速度的凸轮轴调节器和具有最低调节速度的那个凸轮轴调节器之间的角度实际值的分散性并减小这两个角度实际值之间的相应差值。
在用本发明的上述类方法时，从凸轮轴的相应的角度实际值的调节速度中测出一个差值，且具有较高调节速度的至少一根凸轮轴的角度额定值随时间变化，直至凸轮轴的角度实际值达到原来的角度额定值为止，其中具有较高调节速度的凸轮轴的角度额定值的时间变化是这样进行的，即消除具有较高调节速度的凸轮轴和具有最低调节速度的那个凸轮轴之间的角度实际值的分散性并减小这两个角度实际值之间的差值。
此外，根据本发明，在上述类内燃机时，控制器设计成可从凸轮轴调节器的调节速度中测出一个差值，且具有较高调节速度的至少一个凸轮调节器的角度额定值随时间变化，直至凸轮轴调节器达到原来的角度额定值为止，其中具有较高调节速度的凸轮轴调节器的角度额定值的时间变化是这样进行的，即消除具有较高调节速度的凸轮调节器和具有最低调节速度的那个凸轮调节器之间的角度实际值的分散性，并减小这些实际值之间的差值。
其优点是，在内燃机的低的工作温度时，消除了凸轮的调节速度之间产生的差值。换句话说，凸轮轴是相互同步的。这样就防止了凸轮轴相对于曲轴的角度位置之间的不希望的差值，这种差值特别对内燃机的运行性能将产生不利的影响。因此在具有多个气缸底座的内燃机时，也可在低的工作温度下进行凸轮轴调节。
为了使角度额定值的变化总是在一个最佳的时间点开始而与调节速度的差值无关，在这个时间点时，具有较高调节速度的那根凸轮轴可用足够的安全性确定，即从一定的时间点起才进行具有较高调节速度的凸轮轴的角度额定值的变化，在这个时间点时，具有较高调节速度的凸轮轴的角度实际位置和具有较低调节速度的凸轮轴的角度实际位置之间产生一个预定的差值。
为了消除具有不同调节速度的凸轮轴的角度实际值的离散性或分散性，首先在这个角度额定值的变化开始时，把它作为具有较高调节速度的凸轮轴的瞬时角度实际值的起始值。为了防止具有较高调节速度的凸轮轴的角度实际值的波动超出已变化的角度额定值，在瞬时角度实际值中加入一个预测角度，该预测角度相当于具有较高调节速度的凸轮轴的角度额定值的第一次变化后这个具有较高调节速度的凸轮轴的角度实际值的一个随动。
在具有较高调节速度的凸轮轴的角度实际值最佳反馈到具有最低调节速度的凸轮轴的角度实际值上时，已变化的角度额定值在其总值上作为具有最低调节速度的凸轮轴的瞬时角度实际值和一个与时间相关的函数之和来确定，该函数值随时间接近一个预定的常数。这个与时间相关的函数例如是一个PT1函数，其参数在角度额定值的变化开始时最好根据内燃机的一个温度与已变化的角度额定值的一个起始值来确定。
只有当内燃机的一个温度低于一个预定的温度时，才宜进行具有较高调节速度的凸轮轴的角度额定值的变化。
附图说明
本发明的其他特征、优点和有利结构可从结合附图进行的下面的说明中得知。附图所示为：
图1是本发明内燃机的一种优选结构型式的示意前视图；
图2是凸轮轴同步调节用的一个控制装置的按本发明构成部分的方块图；
图3是一个PT1函数的示意图；
图4是在曲轴和凸轮轴之间的相对曲轴转角正跃变调节过程中的凸轮轴的角度实际值与角度额定值的示意图。
具体实施方式
图1简要示出的内燃机10包括两个气缸底座12和14、一根排气凸轮轴16以及第一气缸底座12的一根进气凸轮轴18、一根排气凸轮轴20以及第二气缸底座14的一根进气凸轮轴22、相应的凸轮轴调节器24、凸轮轴传感器26、一根曲轴28和一个曲轴传感器30。控制器32接收传感器26、30的信号并相应地接通凸轮轴调节器24，于是在凸轮轴16、18、20、22和曲轴28之间产生一个用于相对角度位置的要求的角度额定值。凸轮轴16、18、20、22通过曲轴28的一个传动装置34进行传动。
根据本发明，考虑了不同气缸底座12、14的凸轮轴16、18、20、22的同步。例如当两个气缸底座12、14的进气凸轮轴18和22同时相对于曲轴28调到一个新的角度额定值时，可用凸轮轴调节器24以液压方式实现这种调节。但这里可通过在一定工作状态内的凸轮轴调节器的液压操作达到凸轮轴调节器24和由此达到凸轮轴18、22的瞬时角度实际值的不同的调节速度。这在调节到该新的角度额定值的过程中导致凸轮轴的瞬时角度值的分散。换言之，可能出现这样的情况，即凸轮轴调节器之一比另一个凸轮轴调节器调节得快。虽然两根凸轮轴18、22最终达到相同的角度额定值，但一根凸轮轴比另一根凸轮轴达到该角度额定值早一些。凸轮轴相对于曲轴的相应的相对角度之间在这个时间间隔内产生的差对发动机运行和有害物质排放产生不利的影响。所以本发明建议按下述方法进行同步，该方法用表示控制器32的一部分的图2所示的方块图来进行说明。这里以进气凸轮轴18和22为例进行说明，但也类似地适用于排气凸轮轴16、20。此外，下面的说明是以其中一根凸轮轴比另一根凸轮轴调节得快一些的两根凸轮轴为例来进行的，但也可类似地适用于三个或多个气缸底座的三根或多根凸轮轴的同时调节。而且下面的说明适用于具有最低调节速度的凸轮轴与具有较高调节速度的任意另一根凸轮轴的配合。此外，下面的说明是以角度额定值的一个“正跃变”即相对于曲轴28的一个较高的相对角度为例。但这些说明也类似地适用于一个“负跃变”，即相对于曲轴28的一个较低的相对角度，其中只需把已调节的凸轮轴的实际角度值之间的关系表达“较高/超过/较大”或“较低/低于/较小”颠倒过来即可。
两根凸轮轴18、22的瞬时角度实际值被输入方块38中并相互进行比较以及确定相应的调节速度。一旦在方块38中确定这两根凸轮轴18、22不同步转动，便立即在44向下一个方块46发出一个相应的信号，而且给出包括一个预测角度的具有较高调节速度的凸轮轴的瞬时角度实际值。这个预测角度考虑了在角度额定值变化后凸轮轴调节器的随动。
在方块46中为具有较高调节速度的凸轮轴18产生一个随时间而变化的角度额定值48。此时已变化的角度额定值48是这样选择的，即具有较高调节速度的凸轮轴18的瞬时角度实际值40重新接近具有较低调节速度的凸轮轴22的瞬时角度实际值42，这在稍后还要参照图4进行更详细的说明。为了确定随时间变化的角度额定值48，方块46还收到了具有最低调节速度的凸轮轴22的瞬时角度实际值42。此外，从方块50通过连接线52输入一个在图3中示意示出的PT1函数。在方块46中，从具有最低调节速度的凸轮轴的角度实际值42的和与PT1函数的一个瞬时值中算出具有较高调节速度的凸轮轴18的已变化的角度额定值48。不论PT1函数的值是相加还是相减。只取决于凸轮轴18、22相对于曲轴朝一个较大相对角度(正跃变)或朝一个较小的相对角度(负跃变)进行的一次调节。在具有较高调节速度的凸轮轴18的角度额定值48的变化开始时，PT1函数的参数从发动机温度以及从具有最低调节速度的凸轮轴22的角度实际值42和具有较高调节速度的凸轮轴18的包括预测角度的角度实际值40之间的差中算出。PT1函数随时间变化，所以具有较高调节速度的凸轮轴18的已变化的角度额定值48也是变化的。此时被调节的凸轮轴18、22的角度实际值的分散性或离散性停止，以便具有较高调节速度的凸轮轴18的角度实际值40与具有最低调节速度的凸轮轴22的角度实际值42达到一个尽可能渐近的近似。具有较高调节速度的凸轮轴18的角度额定值48的变化和由此具有较高调节速度的凸轮轴18的角度实际值40与具有最低调节速度的凸轮轴22的角度实际值42的平衡或同步一直进行，直至这两根凸轮轴18、22达到原来的角度额定值，该角度额定值仍然适用于具有最低调节速度的凸轮轴22。只有出于合理性的理由才考虑中断条件。所以例如可停止角度额定值48的变化，并在具有最低调节速度的凸轮轴22的瞬时角度实际值42在原来角度额定值方向内增加超过已变化的角度额定值48时，可复位到原来的角度额定值。也就是说，原来作为较慢调节识别出的凸轮轴现在是具有较高调节速度的凸轮轴。该凸轮轴一方面可位于在调节过程中的系统参数的变化中或在角度额定值48的变化开始时的一个错误的识别中。这是液压操作的一个特征，不能克服这些附着效应，以致首先在朝一个新的角度实际值调节开始时，本来较快调节的凸轮轴18以其角度实际值40暂时分别保持低于本来较慢调节的凸轮轴22的角度实际值42，直至液压力克服附着力；最后，较快调节的凸轮轴18的角度实际值40在原来的角度额定值的方向内超过较慢调节的凸轮轴22的角度实际值42。
图4表示在同时同步的调节过程中，进气凸轮轴18、22的角度实际值40、42与时间的关系曲线。在垂直轴54上注出相对于曲轴的相对角度°KW。此外，在垂直轴56上表示一个信号58，该信号表示被调节的凸轮轴18、22的不同步的转动(不同的调节速度)。而在相应的水平轴60上则注出时间t。
在时间点t＝0时，凸轮轴18、22相对于曲轴的相对角度为0°KW并跃变到一个20°KW的新的角度额定值62，这个新的额定角度值在下文称做“原来的角度额定值”。这个原来的角度额定值62首先适用于两个凸轮轴18、22或其相应的凸轮轴调节器24。但由于在低温时，例如在冷启动阶段，第一气缸底座12的凸轮轴18在原来的角度额定值62的方向内比第二个气缸底座16或凸轮轴调节器的凸轮轴22的调节速度快，所以这两根凸轮轴18、22的实际角度值40、42产生分散。较快的凸轮轴18的角度实际值40比较慢的凸轮轴22的角度实际值42接近原来的角度额定值62快一些。这种情况一直保持到时间点t1。在这里，角度实际值40、42之间的差超过预定的极限，并实现这两根凸轮轴18、22的有效的同步。此时较快的凸轮轴18制动。
为此，较快的凸轮轴18的角度额定值48变化，即在起始角的方向内朝时间点t＝0(0°KW)移动。在图示正跃变的情况下，原来的角度额定值62减小到具有较高调节速度的凸轮轴18的已变化的角度额定值48，而原来的额定角度值62则继续适用于具有最低调节速度的凸轮轴22。朝时间点t1的已变化的角度额定值48由具有较高调节速度的凸轮轴18的瞬时角度实际值40加一个预测角64组成，该预测角考虑在角度额定值62减小到已变化的角度额定值48以后具有较高调节速度的凸轮轴18的凸轮轴调节器24的惯性运动。这样就防止了较快的凸轮轴18的角度实际值40波动一个已变化的角度额定值48。其中具有较高调节速度的凸轮轴18的已变化的角度额定值48是这样确定的，即它在凸轮轴18、22的调节过程中的任一时间点都位于较慢的凸轮轴42的原来的角度额定值62和实际角度值42之间。
现在结合前面图2的说明，在用PT1函数和较慢凸轮轴22的角度实际值42的情况下来计算t1和t终之间的时间间隔内的已变化的角度额定值48。在到时间点t1同步开始时，如果这个和大于较快凸轮轴18的角度实际值40，则该和作为已变化的角度额定值48。这样，角度实际值40、42的分散性先停止并随即出现角度实际值40重新接近角度实际值42。换句话说，通过对不同步转动的凸轮轴18、22的预先给定的不同的角度额定值62或48，达到了相对于曲轴28的相对角位置的很小差别的凸轮轴18和22的同步或同步转动。如图4所示，相应地跟踪了较快凸轮轴18的角度额定值48与时间的关系。这一跟踪到时间点t终终止，并通过信号58的复位来表示。
为便于比较，用虚线68表示没有本发明同步时的角度实际值40的变化。此时具有较高调节速度的凸轮轴18的角度实际值40在70时已达到原来的角度额定值62，而具有最低调节速度的凸轮轴22的角度实际值则在72才达到原来的角度额定值62。亦即在t1和t终之间的时间内，凸轮轴18和12相对于曲轴28的相对角度位置以不希望的方式明显分散而不同步。
较快凸轮轴18的角度额定值48的变化开始的时间点t1不是硬性选择的，而是可变的，因为同步的使用是由角度实际值40、42之间的差来决定的。这样就保证了也实际有一根凸轮轴调节得比其他的凸轮轴快，而且在调节速度上不只是小的波动。时间点t1在调节速度较高的差值时例如可为50毫秒，或在被调节凸轮轴18和22的调节速度的较低的差值时才为200毫秒。

Claims (9)

1.内燃机的不同气缸底座的凸轮轴相对于一根曲轴同时调节到一个预定角度额定值的一种方法，其中这些凸轮轴操作内燃机的相应气缸底座的相应进气阀或排气阀，其特征为，测出这些凸轮轴的相应角度实际值的调节速度的一个差值，且具有较高调节速度的至少一根凸轮轴的角度额定值随时间变化，直至这些凸轮轴的角度实际值达到原来的角度额定值为止，其中具有较高调节速度的那根凸轮轴的角度额定值的时间变化是这样进行的：消除具有较高调节速度的凸轮轴和具有最低调节速度的那根凸轮轴之间的角度实际值的分散性，并减小这些角度实际值之间的一个相应的差值。
2.按权利要求1的方法，其特征为，该角度额定值的变化从一定的时间点起才进行，在这个时间点时，具有较高调节速度的凸轮轴的和具有最低调节速度的凸轮轴的角度实际值之间产生一个预定的差值。
3.按权利要求1或2的方法，其特征为，该角度额定值的变化是这样进行的，在调节开始时凸轮轴的实际值与变化了的角度额定值之间的差值在数值上小于在调节开始时凸轮轴的角度实际值与原来的角度额定值之间的差值。
4.按权利要求1或2的方法，其特征为，在角度额定值开始变化时，把该角度额定值作为具有较高调节速度的凸轮轴的瞬时角度实际值的起始值。
5.按权利要求4的方法，其特征为，在具有较高调节速度的凸轮轴的瞬时角度实际值中加入一个预测角度，该预测角度相当于具有较高调节速度的凸轮轴的角度额定值的第一次变化后这个具有高调节速度的凸轮轴的角度实际值的一个随动。
6.按权利要求1或2的方法，其特征为，该已变化的角度额定值在其总值上作为具有最低调节速度的凸轮轴的瞬时角度实际值和一个与时间相关的函数之和来确定，该函数值随时间接近一个预定的常数。
7.按权利要求6的方法，其特征为，用一个PT1函数作为与时间相关的函数。
8.按权利要求7的方法，其特征为，PT1函数的参数在角度额定值的变化开始时根据内燃机的一个温度和与已变化的角度额定值的一个起始值来确定。
9.具有至少两个气缸底座(12，14)和一个气门控制机构的内燃机(10)，该气门控制机构用于每个分别带有至少一根用来操作相应气缸底座(12，14)的排气阀和/或进气阀的凸轮轴(16、18、20、22)的气缸底座(12、14)，其中，一个气缸底座(12、14)的至少一根凸轮轴(16、18、20、22)分别用一个凸轮轴调节器(24)可相对于内燃机(10)的一根曲轴(28)调节其角度，其中，设置了一个控制器(32)，该控制器根据一个预定的角度额定值(62)进行凸轮轴(16、18、20、22)的调节，其特征为，控制器(32)是这样设计的，它测出凸轮轴调节器(24)的调节速度的一个差值并使具有较高调节速度的至少一个凸轮轴调节器(24)的角度额定值(48)随时间变化，直至凸轮轴调节器(24)达到原来的角度额定值(62)为止，其中具有较高调节速度的凸轮轴调节器(24)的角度额定值(48)的时间变化是这样进行的：消除具有较高调节速度的凸轮轴调节器和具有最低调节速度的那个凸轮轴调节器之间的角度实际值(40、42)的分散性并减小这两个角度实际值(40、42)之间的相应差值。
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