JP2004516413A

JP2004516413A - 内燃機関を運転するための方法

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Publication number: JP2004516413A
Application number: JP2002551387A
Authority: JP
Inventors: アーナーペーター; ビザンツアンドレーアス; アッカーマンマンフレート; デプトナーリヒャルト; ヴェッセルスジークベルト; ジーバーウド
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: US6986335B2; DE50102771D1; US20040025835A1; JP3848256B2; EP1345788B1; WO2002049868A1; DE10063751A1; EP1345788A1

Abstract

電気的なエネルギ蓄え器（２１）を充電する電気機械（１６）と固く連結されている、自動車に組み込まれた、制御された吸気弁と排気弁とを備えた内燃機関（１０）を運転するための方法において、内燃機関（１０）のエンジンブレーキ運転またはブレーキ運転において運転者により期待される自動車の制動特性または減速特性を維持したまま回生出力を取得するために、弁制御への干渉によって、電気機械の制動出力と内燃機関の制動出力との総和が車両減速のいかなる時点でも、「コンベンショナル」な弁制御を有する慣用の内燃機関により送出される制動出力に相当するように内燃機関の引きずり出力または制動出力をコントロールする。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、自動車に組み込まれた、制御された吸気弁と排気弁とを備えた内燃機関を運転するための方法に関する。
【０００２】
クランクシャフトに、「スタータジェネレータ」として働く電気機械がクラッチなしに直結されているような、弁制御される内燃機関を運転するための公知の方法（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３２０７４号明細書）では、内燃機関のスタート前もしくは加速前に吸気弁および排気弁が弁制御ユニットによって調節され、この場合、内燃機関では事実上、圧縮が行われなくなる。その場合、スタータジェネレータは比較的小さな出力を用いたモータ運転において周波数変換器を介して行われるバッテリからの給電時に内燃機関のクランクシャフトを小さな出力で始動加速させ、この場合、スタータジェネレータは内燃機関の慣性モーメントと内燃機関の摩擦とを克服するだけでよい。このような立ち上げ運転は、点火もしくは噴射もしくは混合気調整が遮断された状態で行われる。前記弁自体の調節は自体公知の形式で、直接的な相応する弁行程制御またはカムシャフトとクランクシャフトとの間の制御角度の相応する変更により行われる。回転数センサにより検出されかつ主制御ユニットへ送出された内燃機関の回転数が所定の最低回転数に到達すると、前記弁は弁制御ユニットと弁作動駆動装置とを介して調節され、この場合、内燃機関の点火が接続された後に運転に応じた燃焼過程が導入されるようになる。この場合、前もってスタータジェネレータのモータ運転においてスタータジェネレータにより付与されたはずみエネルギの助力により、内燃機関は短時間にスタートされかつ加速される。内燃機関が点火されるやいなや、スタータジェネレータはモータ運転から遮断されて、ジェネレータ運転へ切り換えられる。ジェネレータ運転においてスタータジェネレータはバッテリを後充電することができる。
【０００３】
このような方法は、出力要求を課せられない内燃機関の運転段階において内燃機関を遮断するか、または燃焼シリンダの一部を点火や圧縮なしに単に連行回転させることができるようにするために、そして再び出力要求が課せられた際に運動エネルギの送出によって内燃機関の再スタートを導入するために使用される。このことは燃料消費量の低減および有害物質エミッションの低減をもたらす。
【０００４】
内燃機関と、内燃機関のクランクシャフトに連結された、内燃機関のクランクシャフトにおける回転不均一性をアクティブに減衰するために働く電気機械とを有する公知の駆動システム（欧州特許第０８４７４８８号明細書）では、内燃機関も、電気機械も、マイクロコンピュータ制御装置によって制御される。内燃機関の制御の枠内では、マイクロコンピュータ制御装置は次に挙げる制御役割を引き受ける：燃料供給制御、スロットルバルブ制御、燃料噴射制御、点火制御、弁制御、給気圧コントロール、排ガス再循環制御およびスタートストップ制御。回転不均一性の減衰は、電気機械が、迅速に交番するトルク、つまり正の回転不均一性の場合には制動トルクを、負の回転不均一性の場合には駆動トルクを発生させるように行われる。電気機械は駆動作用またはジェネレータ制動作用を付加的に得るために、前記トルクに正のトルクもしくは負のトルクを重畳させる。
【０００５】
ハイブリッド駆動装置として使用される、同じく公知のこのような形式の駆動システム（ドイツ連邦共和国特許第３２２７８１０号明細書）では、内燃機関のクランクシャフトと、ジェネレータ、スタータジェネレータおよび／または走行モータとして運転される電気機械との間に、切換可能な付加的なクラッチが設けられている。これにより、車輪がエンジンを駆動しようとする「エンジンブレーキ運転」において車両に加えられるエンジンブレーキ作用が遮断され、ひいては車両のできるだけ多くの運動エネルギが回生されて、エネルギ蓄え器、たとえば車両バッテリへ戻し蓄えされ、車両の惰行段階（Ａｕｓｒｏｌｌｐｈａｓｅ）が延長されるか、または弱負荷領域において純然たる電気的な走行が実施され得るようになる。
【０００６】
発明の利点
自動車の弁制御される内燃機関を運転するための本発明による方法には、次のような利点がある。すなわち、弁制御への干渉により、車両に加えられる内燃機関の制動作用を連続的に減少させることができ、こうして、ジェネレータとして動作する電気機械のための、一層高い駆動出力が提供されているので、車両減速時には高度の回生出力を達成し、できるだけ多くのエネルギを回収して、エネルギ蓄え器に蓄えることができる。前で最後に説明した公知の駆動システムにおいては、付加的なクラッチを開放することによってしか、つまり内燃機関を電気機械から分離することによってしか、同様に高い回生出力が達成されない。しかもこの場合、クラッチは高められた製造手間を生ぜしめると同時に、摩耗を受ける付加的な構成部分にもなる。それに対して本発明による駆動システムでは、このようなクラッチを完全に不要にすることができる。
【０００７】
電気機械の制動モーメントによってのみ生ぜしめられる車両の減速特性または制動特性は、汎用的または「コンベンショナル」な弁制御が行われる慣用的な内燃機関の減速特性または制動特性とは著しく異なるので、本発明によれば内燃機関によってなお制動出力への寄与が行われる。これにより、アクセルペダルから足を放す「アクセルオフ」の際または制動の際に車両の運転者にとっては違和感のない、予期した通りの使い慣れた「エンジンブレーキ」作用が相変わらず生ぜしめられる。
【０００８】
この場合、内燃機関の制動出力のコントロールは、電気機械により送出される制動出力に関連して、電気機械の制動出力と内燃機関の制動出力との総和が車両減速のいかなる時点でも、コンベンショナルな弁制御を有する内燃機関により送出される制動出力に相当するように実施されると有利である。「コンベンショナルな弁制御」とは、たとえば制御カムを備えたカムシャフトの回動、カムシャフトの切換および／または制御カム等の空間的プロフィルによる吸気弁および排気弁への影響付与を含めた、吸気弁および排気弁の、制御カムを備えたカムシャフトにより規定された種々の開閉時期および弁行程を有する汎用の弁制御を意味する。
【０００９】
弁制御への干渉の本発明による方法を用いると、さらに、内燃機関のクランクシャフトに対する電気機械の種々異なる配置形式を実現することができる。すなわち、電気機械は、内燃機関と電気機械との間に第２のクラッチを備えたスタータジェネレータの場合に必然的にそうなるように内燃機関とクランクシャフトに設けられた走行クラッチとの間に配置される必要はない。電気機械は、たとえば内燃機関の、走行クラッチとは反対の側でクランクシャフトに配置されるか、または内燃機関のパワートレーンから取り出されて、ベルト駆動装置または伝動装置を介してクランクシャフトに結合され得る。
【００１０】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の方法の有利な改良および改善が可能となる。
【００１１】
本発明の有利な実施態様では、弁制御への干渉が、前記弁の開放時間および／または前記弁の行程の、閉弁に到るまでの連続的な低減の方向で行われる。前記弁の開放時間および／または弁行程のこのような連続的な制御に基づき、内燃機関の制動出力または引きずり出力を、限界値「コンベンショナルな弁制御」と限界値「完全な閉弁」との間で、上に記載したように簡単かつ極めて正確に制御することができる。この場合、干渉は吸気弁と排気弁とに対して行うことができるが、しかし択一的には吸気弁の弁制御に対してのみこのような干渉を行うこともできる。この場合に得られる回生ポテンシャルは、全ての弁に対して干渉を行う場合に比べてもそれほど低くはならならい。そればかりか、制御手間は著しく少なくなる。したがって、吸気弁のみへの単独干渉の場合の方が、コスト−効率比（Ｋｏｓｔｅｎ−Ｎｕｔｚｅｎ−Ｖｅｒｈａｅｌｔｎｉｓ）は著しく好都合となる。
【００１２】
本発明の択一的な別の有利な実施態様では、弁制御への干渉が、内燃機関の意図的な減圧の方向で行われる。この場合に、内燃機関の意図的な減圧は、排気弁の開放時間および／または行程の制御によって生ぜしめられる。この場合に燃焼シリンダ内の圧力レベルひいてはこれに関連した摩擦が高められ、回収された圧縮出力の一部を補償するので、少しだけ少ない回生出力が得られる。
【００１３】
本発明による方法のさらに別の有利な実施態様では、弁制御および電気機械のジェネレータ運転およびモータ運転のコントロールが、エネルギ蓄え器、特にバッテリの充電状態に関連して実施され、この場合、充電状態の少なくとも４つの段階が考慮されると有利である。たとえば長時間のエンジンブレーキ運転（降坂走行）時にエネルギ蓄え器が徐々にフル充電状態となって、電気機械により供給されるジェネレータ電流を受容しきれなくなってくると、弁制御への干渉が行われ、この場合、弁制御は上限値である「コンベンショナルな弁制御」に徐々に近づいてゆく。すなわち、内燃機関の制動出力が占める割合がますます増大してゆくことになる。エネルギ蓄え器が再び充電電流を受容できるようになると、前記弁を下限値である「完全な閉弁」の方向に連続的に制御することにより、内燃機関の制動モーメントは再び低下される。
【００１４】
エネルギ蓄え器の充電状態、特にバッテリの充電状態の少なくとも４つの段階を設定することにより、種々異なる搭載電源負荷の場合でも充電状態が平均レベルからあまり偏倚しなくなり、ひいてはエネルギ蓄え器がエンジンブレーキ運転において、内燃機関の制動特性を再現するための適当なジェネレータ制動モーメントを発生させるために十分なジェネレータ電流を受容し得るようにジェネレータ電流と充電電流とを分配することができるようになる。
【００１５】
本発明のさらに別の有利な実施態様では、弁制御および電気機械のコントロールが、自動車のブレーキマネージメントと結び付けられる。このブレーキマネージメントでは、運転者により作動され得る常用ブレーキが使用されるが、しかし既存のＡＢＳ（アンチロックブレーキシシステム）またはトラクションコントロール（ＡＳＲ）を一緒に併用することもできる。
【００１６】
このようなブレーキマネージメントは本発明のさらに別の有利な実施態様では、エンジンブレーキ運転の場合に、ブレーキペダル操作によりリリースされた、連続的に増大してゆくブレーキ圧において、ジェネレータ運転で動作する電気機械も内燃機関もその最大制動モーメントを送出し、それでも所要の車両減速が達成され得なかった場合にしか常用ブレーキの制動作用が導入されないように設定される。
【００１７】
実施例の説明
図１に示したブロック回路図には、弁制御される内燃機関（ＶＭ）１０が示されている。この内燃機関１０は走行クラッチ１１と変速機１２とを介して自動車の駆動ホイール１３を駆動する。内燃機関１０の燃焼シリンダに設けられた公知の吸気弁および排気弁（図示しない）は、弁制御ユニット１４によって、前記弁を操作する弁作動駆動装置１５を介して制御される。図１には図示していないが、図４〜図１０から判るように、弁作動駆動装置１５は公知の形式でカムシャフトを有しており、このカムシャフトは複数の制御カムを備えている。これらの制御カムは、たとえばスイングアームタイプのロッカアーム（Ｓｃｈｌｅｐｐｈｅｂｅｌ）またはシーソタイプのロッカアーム（Ｋｉｐｐｈｅｂｅｌ）またはバケット形タペットに作用する。このロッカアームまたはバケット形タペットは弁ステムを介して、対応する弁、つまり吸気弁もしくは排気弁を開閉し、この場合、開放時点および閉鎖時点は弁制御ユニット１４によって規定されて、たとえばクランクシャフトと、クランクシャフトにより駆動されるカムシャフトとの間の制御角度を変えることによって変更される。内燃機関１０は電気機械（ＥＭ）１６と固く連結されており、しかもこの場合、電気機械１６のロータシャフトが内燃機関１０のクランクシャフトに相対回動不能に結合されているか、または電気機械１６のロータがクランクシャフトに相対回動不能に装着されている。
【００１８】
弁制御される内燃機関１０を運転するための装置は、弁作動駆動装置１５を備えた弁制御ユニット１４の他に、燃料供給および混合気形成もしくは内燃機関１０の個々の燃焼シリンダ内での噴射および点火を制御する、エンジン制御のための制御ユニット１７と、常用ブレーキのための制御ユニット１８と、電気機械１６のためのコントロール装置１９とを有している。コントロール装置１９によって、電気機械１６により形成された目下のジェネレータ電流は、電気的な消費器２０のための供給電流と、一般的な電気的なエネルギ蓄え器の例として挙げられている電気的なバッテリ２１のための充電電流とに分配される。
【００１９】
個々の制御ユニット１４，１７，１８とコントロール装置１９とには、主制御ユニット２２が作用する。この主制御ユニット２２は、個々の制御ユニットで変換される制御信号を発生させる。バッテリ２１はバッテリ監視装置２３によってバッテリ電流Ｉ_Ｂａｔとバッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔとバッテリ温度θ_Ｂａｔとに関して監視され、これらからバッテリ２１の充電状態が求められ、この充電状態は主制御ユニット２２へ伝送される。別の影響量として、主制御ユニット２２には、電気機械１６のジェネレータ電流Ｉ_ＥＭおよびジェネレータ電圧Ｕ_ＥＭ、内燃機関１０の回転数ｎ、運転者によりブレーキペダルを介して形成されるブレーキ圧ｐならびに運転者により操作され得るアクセルペダルのアクセルペダルストロークｓが供給される。最後の３つの影響量、つまり内燃機関１０の回転数ｎ、ブレーキ圧ｐならびにアクセルペダルストロークｓは、センサ２４，２５，２６によって検出されて、電気的な信号として主制御ユニット２２へ伝送される。
【００２０】
アクセルペダルから足を放す、いわゆる「アクセルオフ」の状態から、運転者による常用ブレーキの操作に到るまでのブレーキ運転および内燃機関１０のエンジンブレーキ運転において車両の運動エネルギを回収するためには（回生）、この運転段階で、弁制御ユニット１４によって個々の弁作動駆動装置１５を介して行われる吸気弁および排気弁のコンベンショナルな弁制御に対して主制御ユニット２２によって干渉が行われ、この場合、前記弁が完全に閉鎖されるまで前記弁の開放時間および／または弁行程が連続的に減じられる。これにより、内燃機関１０によりエンジンブレーキ運転において形成される制動モーメントは連続的に減少し、前記弁が完全に閉鎖された状態に保持されたときに最小値に到達する。このときに車両の運動エネルギは電気機械１６を駆動するために利用される。電気機械１６はバッテリ２１を充電するための相応するジェネレータ電流を発生させる。それと同時に、主制御ユニット２２から電気機械１６のコントロール装置１９への干渉を行うことによって、電気機械１６のジェネレータ電流は、電気機械１６により形成されたジェネレータ制動モーメントが、コンベンショナルな弁制御時、つまり回生なしの弁制御時に生じる、内燃機関１０による従来通りの車両減速、つまり使用者にとって違和感のない車両減速に相当するようにコントロールされる。
【００２１】
このような車両減速の再現がどの程度に完全に達成されるのかは、ブレーキ段階におけるバッテリの充電状態に関連している。つまりバッテリが電気機械１６により形成されたジェネレータ電流を完全に受容し得るのか、または部分的にしか受容し得ないのかに関連している。この場合、２つの事例は区別されるべきであり、両事例については図３に示した線図につき詳しく説明する：
事例１では、所望の車両減速を生ぜしめるために電気機械１６の構成サイズが十分であり、バッテリ２１は、この車両減速時に形成されたジェネレータ電流を受容するために十分に空の充電容量を有している。
【００２２】
下位事例１．１では、ブレーキペダルが操作されておらず、アクセルペダルも操作されていないか、または軽度にしか操作されていない。吸気弁および排気弁は、弁制御への主制御ユニット２２の干渉により閉じられている。主制御ユニット２２はエンジン回転数ｎとブレーキ圧ｐとアクセルペダルストロークｓとに関連して、電気機械１６により送出されるジェネレータ制動モーメントが所望の車両減速を生ぜしめるように電気機械１６のジェネレータ電流を制御する。アクセルペダルが操作されていない状態では、電気機械１６により送出されるジェネレータ出力はほぼ一定であり、ジェネレータ電流はバッテリ２１を連続的に充電する（図３の最上位の線図参照）。アクセルペダルが軽度に操作されると、ジェネレータ出力は抑制コントロールされ、そして相応してバッテリ２１のための充電電流が減少する。
【００２３】
下位事例１．２では、ブレーキペダルが軽度に操作されるので、「ブレーキ圧と時間との関係」を示す線図から判るように、ブレーキ圧はゆっくりと増大してゆく。主制御ユニット２２によりコントロール装置１９を介して導入されたジェネレータ電流コントロール（「ジェネレータ出力と時間との関係」を示す線図）は、ブレーキ圧がゼロの際に車両減速の再現のための電流と共に開始し、そして所望の車両減速が得られるまで連続的に電流を増大させる。
【００２４】
バッテリ２１による回生出力の完全な受け容れの前記事例をできるだけ頻繁に実現するためには、電気機械１６のジェネレータ運転（および場合によってはモータ運転）のコントロールならびに弁制御が、バッテリ２１の充電状態に関連して実施される。この場合に、この実施例では、バッテリ２１の充電状態の４つの段階が規定される。しかもこの場合、図３の上側の線図に書き込まれているように、第１および第２の下限値（ＵＧ）ならびに第１および第２の上限値（ＯＧ）が規定される。バッテリ２１の充電状態はバッテリ監視装置２３によって検出される。このためには、このバッテリ監視装置２３がバッテリ電流Ｉ_Ｂａｔとバッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔとバッテリ温度θ_Ｂａｔとを測定する。個々の段階が上回られたり下回られたりすることは、バッテリ監視装置２３によって主制御ユニット２２へ報知される。主制御ユニット２２はコントロール装置１９における相応するコントロール過程をリリースする。電気機械１６のコントロールはこの場合、種々異なる搭載電源負荷においても、つまり電気的な消費器２０の種々異なる電流消費量においても、バッテリ充電状態が平均的なレベルから僅かにしか偏倚しないように行われる。
【００２５】
説明のために、図３には、回生段階以外のあらゆる走行状態に関する事例３、事例４および事例５が例示的に示されている。図３の下側の２つの線図から判るように、常用ブレーキは操作されておらず、弁制御はコンベンショナルである。すなわち、主制御ユニット２２は弁制御ユニット１４に影響を与えない。事例３では、バッテリ２１の充電状態が第１の下限値（１．ＵＧ）と第１の上限値（１．ＯＧ）との間にある。ジェネレータ電流は、電気的な消費器２０にちょうど過不足のない電流が供給されるようにコントロールされている。アクセルペダルの踏み込みによって内燃機関１０が全負荷にまでもたらされると（図３の上から２番目の線図）、ジェネレータ電流は一時的に抑制コントロールされる（図３の上から４番目の線図）。バッテリ２１は搭載電源（消費器２０）にバッテリ電流を供給し、バッテリ２１の充電状態は低下する。ジェネレータ電流の抑制コントロールは、バッテリ充電状態の第２の下限値（２．ＵＧ）への接近によるか、または規定された時間制限（Ｚｅｉｔｓｃｈｒａｎｋｅ）によって制限される。
【００２６】
事例４では、バッテリ２１が完全に充電されており、ジェネレータ電流は、搭載電源にちょうど過不足のない電流が供給されるようにコントロールされている。バッテリ２１の充電状態が第２の上限値（２．ＯＧ）を上回ると、ジェネレータ電流は抑制コントロールされ、全搭載電源出力がバッテリ２１から取り出される。バッテリ充電状態が第２の下限値を下回った後では（事例５）、ジェネレータは最大ジェネレータ電流が得られるようにコントロールされ、その結果、バッテリ充電状態は第１の下限値に近づく。これにより、再び事例３が、上で説明したように適用される。
【００２７】
電気機械１６がモータ運転を可能にする場合には、事例３および事例４に一点鎖線により書き込まれているように、モータ運転が全負荷段階では一時的に、その他の運転領域では、こうして効率が増大され得る限り、より長い時間にわたって行われる。第２の下限値が下回れると（図３の事例５）、モータ運転は断念される。ジェネレータ運転の接続またはモータ運転の遮断は、所定の時間傾斜（Ｚｅｉｔｒａｍｐｅ）に沿って連続的に行われ、この場合、慣用的な内燃機関の時定数が再現される。
【００２８】
図３に示した事例２では、バッテリ２１が、回生時に提供されたジェネレータ電流を受容し得ないか、または部分的にしか受容し得ないような充電状態に到達している。この事例では、電気機械１６により送出されたジェネレータ電流は、コンベンショナルな弁制御時にエンジンブレーキ運転において生じる車両減速の一部が再現されるようなジェネレータ制動モーメントが電気機械１６により発生させられるようにコントロールされる。車両減速の残りの部分は内燃機関１０によって、調節されたアクセルペダルストロークに関連した、弁制御への適合された干渉に基づき提供される。この場合、ジェネレータ電流が減少するにつれて、前記弁は、内燃機関により送出された制動モーメントが相応して増大するように制御され、そしてジェネレータ電流が増大するにつれて、前記弁は、内燃機関により送出された制動モーメントが相応して減少するように制御される。事例２では、まずアクセルペダルが軽度に操作され、ブレーキペダルは操作されていない。回生出力を有用にするためには、前記弁が完全に閉鎖される。電気機械１６を用いて、目下必要とされる小さな車両減速が完全に再現される。アクセルペダルが非操作位置へ戻されると、車両減速は高められなければならない。しかし、電気機械１６は、より大きなジェネレータ制動モーメントを発生させることができない。なぜならば、バッテリがもはや充電電流を受け容れないからである。吸気弁および排気弁の制御時間および／または弁行程の、主制御ユニット２２によりリリースされた連続的な変化により、内燃機関１０の付加的なエンジン制動モーメントが形成される。このエンジン制動モーメントは電気機械１６のジェネレータ制動モーメントと一緒になって所望の車両減速を生ぜしめる。さらに強力な車両減速を得るために運転者によってブレーキが操作されると、ブレーキ圧は連続的に増大する（図３の「ブレーキ圧と時間との関係を示す線図」参照）。センサ２５により主制御ユニット２２へ報知されたブレーキ圧増大に基づき、吸気弁および排気弁の制御時間もしくは制御時間と弁行程とは、コンベンショナルな弁制御時に内燃機関がその最大制動モーメントを送出するようになるまで連続的に変化させられる。必要となる車両減速が電気機械１６の最大ジェネレータ制動モーメントと内燃機関１０の最大制動モーメントとによっても実現され得ない場合には、ブレーキ圧増大は遅延されて常用ブレーキのブレーキ作用の投入をもたらす。常用ブレーキのブレーキ作用の増大は図３において最下位の線図に示されている。弁制御および電気機械１６のコントロールとブレーキマネージメントとのこのようなカップリングによって、所要の車両減速が生ぜしめられると同時に、最大可能な回生および使用者にとって違和感のない、使い慣れた車両特性が得られる。
【００２９】
前で説明した、事例２のためのコントロールは、ジェネレータ制動モーメントを用いて所望の車両減速を完全に再現するために電気機械１６の構成サイズが不十分である場合も同様に適用される。この場合では、所要の制動モーメントの残りの部分が、内燃機関１０の弁制御への干渉、ひいてはこれに関連したエンジン制動モーメントの意図的な調節により形成される。
【００３０】
電気機械１６のコントロールおよび内燃機関１０の弁制御の、前で説明した全ての過程においては、バッテリ２１の充電状態の値または時間に関連して設定されるヒステリシスが規定される。さらに、コンベンショナルな弁制御において生じるような時定数が、電気機械１６のコントロールおよび内燃機関１０の弁制御を介して再現される。
【００３１】
図２には、内燃機関１０を運転するための装置の変化実施例がブロック回路図で示されている。図２に示した実施例は次の点で、図１につき説明した実施例とは異なっている。すなわち、図２の実施例では、主制御ユニット２２に、制御ユニット１７のエンジン制御の少なくとも１つの信号、たとえば回転数信号またはエンジンブレーキ運転時の燃料カットオフのための信号が供給される。この信号はアクセルペダルストロークに対して択一的に、主制御ユニット２２により弁制御ユニット１４とコントロール装置１９とを制御するために使用される。また、コントロール装置１９の信号、たとえば回転数信号も、主制御ユニット２２で処理され得る。さらに、常用ブレーキのための制御ユニット１８によって主制御ユニット２２のブレーキ制御の信号が提供される。さらに、主制御ユニット２２には、常用ブレーキの操作時に送出されるストップランプスイッチ２７の信号も供給され得る。前で説明した、内燃機関１０の弁制御への干渉および電気機械１６のコントロールの作用形式は、この実施例の場合にもほとんど同じではあるが、ただしこの場合には、アクセルペダルストロークの代わりにエンジン制御からの制御信号が使用され、そしてブレーキ圧センサ２５が不要にされ、その代わりに常用ブレーキのための制御ユニット１８の信号が利用される。ブレーキ圧考慮に対して択一的に、ストップランプスイッチ２７の信号が使用されると、ブレーキペダルが操作された場合にエンジン制動モーメントの連続的な増大の代わりに全エンジン制動モーメントが投入される。このような択一的な手段の利便性は、付加的なギヤ段検知により、下側のギヤ段では回生が断念されるように弁制御および電気機械１６のコントロールが主制御ユニット２２によって改善されると向上され得る。その場合、変速機１２から引き出されたギヤ段検知信号は、図２に一点鎖線で示した信号線路を介して主制御ユニット２２に供給される。
【００３２】
前で説明したように、弁制御ユニット１４の弁制御への主制御ユニット２２による干渉は、吸気弁に関しても排気弁に関しても行われる。しかし、吸気弁への干渉だけでも高い回生ポテンシャルが有用にされることが判った。この回生ポテンシャルは全ての弁への干渉を行った場合に比べてもそれほど低くならない。しかも、制御手間は著しく減じられる。コスト−効率比（Ｋｏｓｔｅｎ−Ｎｕｔｚｅｎ−Ｖｅｒｈａｅｌｔｎｉｓ）は、吸気弁だけへの単独干渉の場合の方が、全ての弁への干渉を行う場合よりも好都合となる。
【００３３】
図４〜図６には、弁制御ユニット１４を備えた吸気弁３０のための弁作動駆動装置１５の３つの実施例が示されている。吸気弁３０は皿形の弁頭部３１を有しており、この弁頭部３１は内燃機関１０のシリンダヘッド３２に形成された弁座３３と協働する。吸気弁３０はさらに、弁頭部３１を行程運動のために駆動する弁リフタまたは弁ステム３４を有している。弁ステム３４は弁閉鎖ばね３５によって負荷され、この場合、弁頭部３１は弁座３３に圧着され、こうして吸気弁３０は閉鎖された状態に保持される。弁ステム３４は図４の実施例ではシーソタイプのロッカアーム３６を介して操作される。このロッカアーム３６は、ほぼ真ん中で旋回支承部３７に取り付けられている。ロッカアーム３６の一方のレバー端部は弁ステム３４の端部に接触しており、他方のレバー端部は弁閉鎖ばね３５のばね圧を受けて制御カム３８に接触している。この制御カム３８は公知の形式で、内燃機関１０のクランクシャフトを介して駆動されるカムシャフト３９と共に回転する。ロッカアーム３６が、図４に実線で描いた位置を占めていると、カムシャフト３９の回転と共にロッカアーム３６は制御カム３８によって連続的に昇降運動させられる。これにより、弁ステム３４は図４で見て、制御カム３８が１回転する毎に吸気弁３０を開閉させるための１回の行程を実施する。クランクシャフトに対してカムシャフト３９を相対的に回動させる（制御角変更）か、またはカムシャフト３９に沿って制御カム３８を回動させることにより、吸気弁３０の開閉時期を変えることができる。このことは「コンベンショナルな弁制御」と呼ばれる。
【００３４】
弁制御に対して意図的な干渉を行うためには、ロッカアーム３６の旋回支承部３７が移動可能である。このためには旋回支承部３７が、弁制御ユニット１４に設けられた旋回可能な制御レバー４０に配置されている。制御レバー４０を旋回させることにより、旋回支承部３７が移動させられ、ひいてはロッカアーム３６が移動させられ、この場合、ロッカアーム３６の、図４で見て左側のてこ腕が制御カム３８からますます大きく持ち上げられるようになる。制御レバー４０、旋回支承部３７およびロッカアーム３６の、図４に破線で示した位置において、左側のてこ腕は制御カム３８から、この制御カム３８がロッカアーム３６をもはや旋回させることができなくなるような間隔を有している。この位置では、吸気弁３０は制御カム３８の回転の間、常時閉じられたままとなる。弁制御はその下限である「完全な閉弁」に達している。旋回支承部３７とロッカアーム３６との前記両極端位置の間では、吸気弁３０の開放時間や弁ステム３４もしくは弁頭部３１の弁行程を連続的に調節することができる。この場合、図４に実線で示した位置からの旋回支承部３７の移動量が増大するにつれて、吸気弁３０の開放時間はますます短くなり、最終的には旋回支承部３７の図４に破線で示した位置において吸気弁３０は閉じられたままとなる。当然ながら、以下に図５につき説明するように、旋回支承部３７をハイドロリックシリンダにより移動させることも可能である。その場合、自動的な弁クリアランス調節のための「ハイドロプランジャ」を備えた弁作動駆動装置において、このようなハイドロリックシリンダがハイドロプランジャに組み込まれていてよいか、あるいはハイドロプランジャが弁行程を変えるために改良される。
【００３５】
図５に示した実施例では、弁作動駆動装置１５のシーソタイプのロッカアーム３６の代わりにスイングアームタイプのロッカアーム４１が使用される。このスイングアームタイプのロッカアーム４１の一方のレバー端部は旋回支承部３７に旋回可能に取り付けられており、ロッカアーム４１の他方のレバー端部には、弁閉鎖ばね３５（図５には図示しない）の作用を受けて弁ステム３４が、動力が伝達されるように支持されている。制御カム３８を備えたカムシャフト３９はロッカアーム４１の、弁ステム３４とは反対の側でロッカアーム４１のほぼ真ん中に作用している。ロッカアーム４１の旋回支承部３７は制御ピストン４２に配置されており、この制御ピストン４２は弁制御ユニット１４に設けられたハイドロリックシリンダ４３内で移動可能である。ロッカアーム４１が、図５に実線で示した位置を占めていると、吸気弁３０は回転するカムシャフト３９の制御カム３８によってコンベンショナルに制御され、この場合、吸気弁３０の開閉時間は制御カム３８の形状により規定されており、そしてクランクシャフトに対してカムシャフト３９を相対的に回動させることによって吸気弁３０の開閉時間に影響を与えることができる。ハイドロリックシリンダ４３内の制御ピストン４２を下方へ向かって移動させることにより旋回支承部３７が、図５に破線で示した位置へ移動させられると、ロッカアーム４１は制御カム３８によってもはや操作され得なくなり、吸気弁３０は常時閉じられたままとなる。主制御ユニット２２によりハイドロリックシリンダ４３を適宜に制御することによって、ロッカアーム４１の旋回支承部３７の位置を前記両終端位置の間で連続的に調節することができる。これにより、吸気弁３０の開放時間および／または弁行程を連続的に変化させることが可能となる。
【００３６】
図６に示した弁作動駆動装置１５では、図４に示したシーソタイプのロッカアーム３６の場合と同様にスイングアームタイプのロッカアーム４１の旋回支承部３７が、弁制御ユニット４１に設けられた制御レバー４０に配置されている。主制御ユニット２２の相応する制御信号によって、図６に実施線と破線とで示した２つの終端位置の間で制御レバー４０を連続的に旋回させることができるので、前で説明した実施例の場合と同様に、図６に実施線と破線とで示した両終端位置の間でロッカアーム４１を移動させることができる。破線で示した旋回位置では、制御カム３８が再びロッカアーム４１との係合から解除されているので、吸気弁３０は閉じられたままとなる。
【００３７】
本発明による方法の別の択一的な実施態様では、弁制御に対して内燃機関１０の意図的な減圧（Ｄｅｋｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）の方向で干渉を行うことにより、車両減速時での内燃機関１０のエンジンブレーキ運転段階またはブレーキ運転段階における内燃機関１０の回生エネルギが有効に利用される。意図的な減圧は排気弁の開放時間および／または弁行程を制御することにより生ぜしめられ、この場合、コンベンショナルな弁制御から出発して、排気弁の開放時間および／または弁行程はエンジンブレーキ運転段階中での最大許容可能となる開放保持にまで増大される。その他の点では、弁制御および電気機械１６のコントロールのために、前で説明したものと同じ哲学を適用することができる。
【００３８】
図７〜図１０には、弁制御ユニット１４によって排気弁４４の弁作動駆動装置１５に対する干渉を行うための種々の実施例が示されている。排気弁４４の構造は図４〜図６に示した吸気弁３０の構造と合致しているので、同一の構成部分には同じ符号が付されている。弁作動駆動装置１５はスイングアームタイプのロッカアーム４１を備えており、このロッカアーム４１は弁ステム３４を負荷していて、旋回支承部３７に旋回可能に支承されている。弁閉鎖ばね３５のばね力を受けて、ロッカアーム４１はカムシャフト３９の制御カム３８に接触している。
【００３９】
図７および図８の実施例では、排気弁４４の意図的な減圧が制御くさび４５；４５′によって達成される。この制御くさび４５；４５′は弁ステム３４とロッカアーム４１との間（図７）もしくはロッカアーム４１と制御カム３８との間（図８）に押し込まれる。制御くさび４５の送り量に応じて、減圧量が調節される。なぜならば、排気弁４４はもはや完全に閉じることができず、排気弁４４の閉鎖位置では弁頭部３１と弁座３３との間に多かれ少なかれある程度の環状ギャップが残るからである。
【００４０】
図９に示した排気弁４４の実施例では、矢印４６で示したようにスイングアームタイプのロッカアーム４１の旋回支承部３７を移動させることによって意図的な減圧が達成される。このような移動は、たとえば制御くさび４７により実現され得る。この制御くさび４７は旋回支承部３７の鉛直方向の移動を生ぜしめるので、ロッカアーム４１は破線で示した位置へ旋回し、これによって通常では排気弁４４が閉じられた状態となるはずの制御カム３８の回転位置においても、弁頭部３１は弁座３３から持ち上げられたままとなる。排気弁４４は開かれている。弁頭部３１と弁座３３との間に残った環状ギャップの大きさにより、減圧の程度を調節することができる。
【００４１】
図１０に示した実施例では、意図的な減圧のためにカムシャフト３９が移動させられる。この実施例では、カムシャフト３９が旋回レバー４８に旋回可能に取り付けられている。二重矢印４９の方向に小さな旋回角度だけこの旋回レバー４８を旋回させることができる。これにより、図１０に示した移動量ａだけカムシャフト３９を移動させることができる。これにより、制御カム３８の閉鎖位置においてロッカアーム４１は下方へ向かって通常よりも強く予荷重もしくはプリロードをかけられるので、ロッカアーム４１は弁ステム３４を介して排気弁４４の開放を生ぜしめる。この場合にも、旋回レバー４８の旋回度により、排気弁４４の残留開放の程度を調節し、ひいては減圧量を決定することができる。
【００４２】
本発明は上で説明した実施例に限定されるものではない。すなわち、機械的な弁作動駆動装置１５の代わりに、別のあらゆる弁作動駆動装置、たとえば電子式の弁作動駆動装置またはエレクトロハイドロリック式の弁作動駆動装置を使用することもできる。この場合、本発明による方法が電磁式の弁制御において使用されることが特に有利である。なぜならば、回生出力を取得するための弁制御への意図的な干渉が特に簡単に行われるからである。
【００４３】
図４〜図８につき説明した実施例における弁作動駆動装置１５は吸気弁および排気弁または吸気弁の連続的な閉鎖を行う弁制御においても、内燃機関の意図的な減圧およびこのために行われる排気弁の連続的な開放を行う弁制御においても、相互に使用され得る。このためには調節方向を逆転させるだけでよい。
【００４４】
さらに、制御くさび４５は弁閉鎖ばね３５のためのストッパを形成することができるか、あるいは図８に示した実施例とは異なり、カムシャフト３９とスイングアームタイプのロッカアーム４１もしくはシーソタイプのロッカアームまたは弁に設けられた別のコンポーネント、たとえばバケット形タペットとの間に支持されている。
【００４５】
さらに、車両バッテリの代わりに、電気的なエネルギのための別の蓄え器、たとえばコンデンサを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施例による、自動車の弁制御される内燃機関を運転するための装置を示すブロック回路図である。
【図２】
本発明の第２実施例による、自動車の弁制御される内燃機関を運転するための装置を示すブロック回路図である。
【図３】
バッテリ充電状態、アクセルペダルストロークおよびブレーキ圧ならびに常用ブレーキとのカップリングとに関連して弁制御および電気機械のコントロールを説明するための種々の時間線図である。
【図４】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第１実施例を示す概略図である。
【図５】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第２実施例を示す概略図である。
【図６】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第３実施例を示す概略図である。
【図７】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第４実施例を示す概略図である。
【図８】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第５実施例を示す概略図である。
【図９】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第６実施例を示す概略図である。
【図１０】
弁制御を行う弁作動駆動装置の第７実施例を示す概略図である。

Claims

電気的なエネルギ蓄え器、特にバッテリ（２１）を充電する電気機械（１６）と固く連結されている、自動車に組み込まれた、制御された吸気弁と排気弁とを備えた内燃機関（１０）を運転するための方法において、内燃機関（１０）のエンジンブレーキ運転またはブレーキ運転において電気機械（１６）の回生出力を取得するために弁制御への干渉によって、自動車の運転者にとって違和感のない、自動車の使い慣れた制動特性または減速特性が達成されるように内燃機関（１０）の引きずり出力または制動出力をコントロールすることを特徴とする、内燃機関を運転するための方法。
内燃機関の制動出力を、電気機械（１６）により送出される電気的な制動出力に関連して、電気機械（１６）の制動出力と内燃機関（１０）の制動出力との総和が車両減速のいかなる時点でも、コンベンショナルな弁制御を有する内燃機関により送出される制動出力に相当するようにコントロールする、請求項１記載の方法。
弁制御への干渉を、前記弁の開放時間および／または前記弁の行程の、閉弁に到るまでの連続的な低減の方向で行う、請求項１または２記載の方法。
弁制御への干渉を、吸気弁（３０）でのみ行う、請求項３記載の方法。
弁制御への干渉を、内燃機関（１０）の意図的な減圧の方向で行う、請求項１または２記載の方法。
内燃機関（１０）の意図的な減圧を、排気弁（４４）の開放時間および／または行程の制御によって生ぜしめる、請求項５記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のジェネレータ運転およびモータ運転のコントロールを、エネルギ蓄え器（２１）の充電状態、有利には充電状態の少なくとも４つの段階に関連して実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のコントロールを、自動車のブレーキマネージメントとカップリングさせる、請求項７記載の方法。
エンジンブレーキ運転においてエネルギ蓄え器（２１）の充電容量が十分に空である場合に前記弁を閉鎖し、電気機械（１６）により送出されるジェネレータ電流を、コンベンショナルな弁制御の場合にエンジンブレーキ運転において生じる車両減速が再現されるようなジェネレータ制動モーメントが電気機械（１６）により発生させられるようにコントロールする、請求項３、４または７記載の方法。
エンジンブレーキ運転においてエネルギ蓄え器（２１）の充電容量が制限された程度に空である場合に、電気機械（１６）により送出されるジェネレータ電流を、コンベンショナルな弁制御の場合にエンジンブレーキ運転において生じる車両減速の一部が再現されるようなジェネレータ制動モーメントが電気機械（１６）により発生させられるようにコントロールし、車両減速の残りの部分を内燃機関（１０）によって、調節されたアクセルペダルストロークに関連した、弁制御への適合された干渉に基づいて発生させる、請求項３、４または７記載の方法。
ジェネレータ電流が減少するにつれて、内燃機関（１０）により送出される制動モーメントが相応して増大するように前記弁を制御し、ジェネレータ電流が増大するにつれて、内燃機関（１０）により送出される制動モーメントが相応して減少するように前記弁を制御する、請求項１０記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のジェネレータ運転またはモータ運転のコントロールを、エンジン回転数、アクセルペダルストロークおよびブレーキ圧に関連して実施する、請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のコントロールのために、自動車の常用ブレーキの制御またはストップランプスイッチ（２７）から引き出された少なくとも１つの信号を使用する、請求項９から１２までのいずれか１項記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のコントロールのために、内燃機関の混合気および／または点火のための制御から引き出された少なくとも１つの信号を使用する、請求項９から１３までのいずれか１項記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のコントロールのために、車両変速機（１２）のギヤ段検知から引き出された少なくとも１つの信号を使用する、請求項１３または１４記載の方法。
エンジンブレーキ運転において、ブレーキペダル操作によりリリースされたブレーキ圧が連続的に増大する場合に常用ブレーキのブレーキ作用を、ジェネレータ運転で動作する電気機械（１６）の最大制動モーメントと、内燃機関（１０）の最大制動モーメントとが達成されたときにはじめて活性化させる、請求項８から１５までのいずれか１項記載の方法。
弁制御および電気機械（１６）のコントロールにおける切換過程を、エネルギ蓄え器（２１）の充電状態に関連しているか、または時間に関連しているヒステリシスを用いて行う、請求項８から１６までのいずれか１項記載の方法。
弁制御および／または電気機械（１６）のコントロールの際に、コンベンショナルな弁制御を用いて運転される内燃機関（１０）の走行特性における時定数を再現する、請求項８から１７までのいずれか１項記載の方法。
弁制御への干渉のために、前記弁（３０；４１）の弁ステム（３４）を操作するシーソタイプまたはスイングアームタイプのロッカアーム（３６，４１）の旋回支承部（３７）または該ロッカアーム（３６，４１）を操作するための制御カム（３８）を支持するカムシャフト（３９）の支承部を、機械的な手段、ニューマチック的な手段またはハイドロリック的な手段によって、たとえば旋回または線状移動により移動させる、請求項１から１８までのいずれか１項記載の方法。
機械的な移動のために、弁ステム（３４）とシーソタイプまたはスイングアームタイプのロッカアーム（４１）との間または該ロッカアーム（４１）と制御カム（３８）との間に押し込まれる調節くさび（４５，４５′）を使用するか、または前記ロッカアーム（３６；４１）の旋回支承部（３７）が配置されている旋回レバー（４０）またはカムシャフト（３９）が支承されている旋回レバー（４８）を使用する、請求項１９記載の方法。