JP2004517241A - 内燃機関の異なるシリンダーバンクのカムシャフトを同時に位置調節するための方法 - Google Patents
内燃機関の異なるシリンダーバンクのカムシャフトを同時に位置調節するための方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】本発明は、クランクシャフトに対して相対的に予め定めた角度目標値に、内燃機関の異なるシリンダーバンクのカムシャフトを同時に位置調節するための方法であって、その際、これらカムシャフトが、内燃機関のこれらシリンダーバンクに相応するそれぞれの吸気もしくは排気弁を操作する様式の上記方法に関する。この場合、カムシャフトのそれぞれの角度実際値の位置調節速度の差分が検出され、且つ、カムシャフトの角度実際値が本来の角度目標値に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフトの角度目標値が時系列的に変更され、その際、この角度目標値の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフトと、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフトとの間の角度実際値の拡散が停止され、且つ、これら角度実際値間の相応する差分が減少されるように行われる。
Description
【０００１】
本発明は、クランクシャフトに対して相対的に予め定めた角度目標値に、内燃機関の異なるシリンダーバンクのカムシャフトを同時に位置調節（Ｖｅｒｓｔｅｌｌｅｎ）するための方法であって、その際、これらカムシャフトが、内燃機関のこれらシリンダーバンクに相応するそれぞれの吸気もしくは排気弁を操作する様式の、請求項１の上位概念による上記方法に関する。本発明は、更に、少なくとも２つのシリンダーバンク、および、それぞれに少なくとも１つの、それぞれのシリンダーバンクの吸気もしくは排気弁を操作するためのカムシャフトを備えるそれぞれのシリンダーバンクのための弁制御装置を有する内燃機関であって、その際、それぞれに、少なくとも１つの、シリンダーバンクのカムシャフトが、カムシャフト調節装置によって、この内燃機関のクランクシャフトに関連してこのカムシャフトの角度において位置調節可能であり、その際、制御装置が設けられており、この制御装置が、カムシャフトの位置調節を、予め定められた目標値に依存して実行する、請求項９の上位概念による上記内燃機関に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９８ ３２ ３８３号明細書から公知の、弁制御された複数列エンジンような、多数のシリンダーバンクを有し、カムシャフト調節装置によって、この内燃機関のクランクシャフトに関連してこのカムシャフトの角度において位置調節可能である、それぞれのカムシャフトを有する、内燃機関において、低い作動温度の際、例えば冷間始動段階において、異なるシリンダーバンクのカムシャフト関して、異なる位置調節速度が生じることは、問題である。このことは、しかも、クランクシャフトに対して相対的に、カムシャフトのそれぞれの角度位置間の不都合な差分を誘起する。この理由から、従来、この内燃機関がこの内燃機関の作動温度に到達した時に初めて、カムシャフト位置調節は許容される。
【０００３】
米国特許第５，４６２，０２２号明細書からカムシャフト位置調節装置が公知であり、この装置の場合、カムシャフトとクランクシャフトとの間の所望の角度位置が制御される。
【０００４】
従って、本発明の根底をなす課題は、上述の様式の方法および内燃機関を提供することであり、その際、異なるシリンダーバンクのカムシャフトの位置調節は、この内燃機関の温度に依存して、同期調整された状態で行われる。
【０００５】
この課題は、本発明に従い、請求項１における典型的な特徴を有する上述の様式の方法によって、および請求項９における典型的な特徴を有する上述の様式の内燃機関によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項において与えられる。
【０００６】
この目的で、上述の様式の方法において、本発明により、カムシャフトのそれぞれの角度実際値の位置調節速度の差分が検出され、且つ、カムシャフトの角度実際値が本来の角度目標値に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフトの角度目標値が時系列的に変更され、その際、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトのための角度目標値の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフトと、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフトとの間の角度実際値の拡散が停止され、且つ、これら角度実際値間の相応する差分が減少されるように行われる。
【０００７】
更に、上述の様式の内燃機関において、本発明により、制御装置は、
この制御装置が、カムシャフト調節装置の位置調節速度の差分を検出し、且つ、このカムシャフト調節装置が本来の角度目標値に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフト調節装置の角度目標値を時系列的に変更するように形成されており、その際、
このより高い位置調節速度を有するカムシャフト調節装置のための角度目標値の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフト調節装置と、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフト調節装置との間の角度実際値の拡散が停止し、且つ、これら角度実際値間の相応する差分が減少するように行われる。
【０００８】
このことは、内燃機関の低い作動温度の際に生じるカムシャフトの位置調節速度間の差分が相殺されることの利点を有している。換言すれば、これらカムシャフトは、互いに同期調整される。このことは、クランクシャフトに関連するこれらカムシャフトの角度位置間の、特にこの内燃機関の走行特性に対して不利な影響をもたらす、不都合な差分を防止する。このことによって、多数のシリンダーバンクを有する内燃機関におけるカムシャフト位置調節を、同様に低い作動温度においても実施することは可能である。
【０００９】
角度目標値の変更を、位置調節速度の差分に依存して、常に、その時点においてより高い位置調節速度を有するそのカムシャフトが十分な信頼性でもって設定される最適な時点で開始するために、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度目標値の変更は、第１に、その時点においてより高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値と、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値との間で予め与えられた差分が生じる時点から実施される。
【００１０】
異なる位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の、互いに離間するような作動、即ち拡散の停止のために、先ず第一に、角度目標値の変更の開始において、この角度目標値は、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値に、開始値として設定される。変更された角度目標値を越えてのより高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の振動を防止するために、この瞬間的な角度実際値に、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトのための第１の角度目標値の変更の後の、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の追従動作に相応する予測角度が、更に加算される。
【００１１】
最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値に、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値を最適に復元するために、この角度目標値の値内における変更された角度目標値は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値と、時間に依存する関数とから成る和として設定され、この関数の値は、予め定められた一定の時間でもって接近する。この時間に依存する関数は、例えばＰＴ１−関数であり、その際、この関数の特性量が、角度目標値の変更の開始において、有利には、内燃機関の温度、およびこの変更された角度目標値の開始値に依存して設定される。
【００１２】
合目的に、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度目標値の変更は、ただ、内燃機関の温度が、予め定められた温度以下にある場合にのみ実施される。
【００１３】
本発明の更なる特徴、利点、および有利な実施形態は、従属請求項、並びに添付された図に基づいての本発明の以下の説明から与えられる。
【００１４】
図１において概略的に具体的に説明されている内燃機関１０は、２つのシリンダーバンク１２および１４、第１のシリンダーバンク１２の排気側のカムシャフト１６並びに吸気側のカムシャフト１８、第２のシリンダーバンク１４の排気側のカムシャフト２０並びに吸気側のカムシャフト２２、それぞれのカムシャフト調節装置２４、カムシャフトセンサー２６、クランクシャフト２８、およびクランクシャフトセンサー３０を備えている。制御装置３２は、これらセンサー２６、３０の信号を受信し、且つこれらカムシャフト調節装置２４を適当に通電し、従って、これらカムシャフト１６、１８、２０、２２とこのクランクシャフト２８との間の、相対的な角度位置に関する所望の角度目標値が生じる。これらカムシャフト１６、１８、２０、２２は、駆動装置３４を介して、このクランクシャフト２８によって駆動される。
【００１５】
本発明により、異なるシリンダーバンク１２、１４のカムシャフト１６、１８、２０、２２の同期調整が行われる。例えば、両方のシリンダーバンク１２、１４の吸気側のカムシャフト１８および２２が、同時に新しい角度目標値に、クランクシャフト２８に対して相対的に調節されるべき場合、このことは、カムシャフト調節装置２４によって液圧的に行われる。この場合、しかしながら、これらカムシャフト調節装置の液圧的な操作によって、所定の作動状況において、これらカムシャフト調節装置２４、および従ってカムシャフト１８、２４の瞬間的な角度実際値の異なる位置調節速度状態になる。このことは、カムシャフトの瞬間的な角度実際値の拡散（Ｄｉｖｅｒｇｉｅｒｅｎ）を、新しい角度目標値への位置調節の間に誘起する。換言すれば、これらカムシャフト調節装置の内の一方のカムシャフト調節装置が、他方のカムシャフト調節装置よりもより迅速に位置調節することが生じる。確かに両方のカムシャフト１８、２２は、最後に同じ角度目標値に到達するが、しかしながら一方のカムシャフトが、他方のカムシャフトよりもより早期に、この角度目標値に到達する。この期間内において生じる、クランクシャフトに関連するカムシャフトの、それぞれの相対的な角度の間の差分は、しかしながら、エンジン作動および諸有害物質の放出に不利な影響をもたらす。本発明により、ここで、以下の方法による同期調節が提案され、この方法を、図２の、制御装置３２の一部分を図示したブロック図に基づいて説明する。この説明は、例示的に、吸気側のカムシャフト１８および２２に関して行われるが、しかしながら、類似して同様に、排気側のカムシャフト１６、２０に関しても言えることである。更に、以下の説明は、例示的に２つのカムシャフトに関して行われ、これらカムシャフトによって、一方のカムシャフトが、他方のカムシャフトよりもより迅速に位置調節される。このことは、しかしながら、同様に類似して、３つまたはそれ以上のシリンダーバンクの、３つまたはそれ以上のカムシャフトの、同時の位置調節に関しても言えることであり、その際、以下の論究は、より高い位置調節速度を有するそれぞれ他方のカムシャフトと最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの、それぞれのペアリングに適用されるべきである。更に、以下の説明は、例示的に、角度目標値の「正の飛躍（ｐｏｓｉｔｉｖｅｎ Ｓｐｒｕｎｇ）」に関しており、即ち、クランクシャフト２８に関連してより高い相対的な角度が生じる。これらの説明は、しかしながら、類似して同様に、「負の飛躍」に関しても言えることであり、この場合、クランクシャフト２８に関連して低い相対的な角度が生じ、その際、単に、位置調節されたカムシャフトの「より高い／以上の／より大きい」もしくは「より低い／以下の／より小さい」の角度実際値の間の関連に関する表現は、逆にされるべきである。
【００１６】
ブロック３８内において、両方のカムシャフト１８、２２の瞬間的な角度実際値４０、４２が収容され、且つ互いに比較され、並びにそれぞれの位置調節速度が設定される。これら両方のカムシャフト１８、２２が非同期に作動していることが、ブロック３８内で確認されるやいなや、参照符号４４でもって、適当な信号が、更なるブロック４６に対して与えられ、且つ、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値が、予測角度（Ｐｒａｅｄｉｋｔｉｏｎｓｗｉｎｋｅｌ）を加えて引き渡される。この予測角度は、角度目標値の変更の後の、カムシャフト調節装置の追従動作を考慮に入れている。
【００１７】
ブロック４６内において、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のために、時間にわたって変更された角度目標値４８が、発生される。この場合、この変更された角度目標値４８は、後に、図４に関連して更により詳細に説明されているように、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の瞬間的な角度実際値４０が、再び、低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の瞬間的な角度実際値４２に接近するように与えられる。この時間にわたって変更された角度目標値４８の設定のために、このブロック４６は、付加的に、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の瞬間的な角度実際値４２を収受する。更に、ブロック５０から接続部５２を介して、図３内において概略的に図示されたＰＴ１−関数が供給される。最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値４２と、このＰＴ１−関数の瞬間的な値の和から、このブロック４６内において、より高い位置調節速度を有するカムシャフトのための変更された角度目標値４８が、算出される。このＰＴ１−関数の値が加算されるか、または減算されるかどうかは、単に、これらカムシャフト１８、２２の位置調節が、クランクシャフト２８に関連して、より大きな相対的な角度（正の飛躍）に向かってか、またはより小さな相対的な角度（負の飛躍）に向かって行われるかどうかに依存する。このＰＴ１−関数に関する特性量は、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８に関する角度実際値の変更の開始において、エンジン温度、並びに、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２と、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０との間の差分から、予測角度を加算して算出される。このＰＴ１−関数は、時間にわたって変化し、従って同様に、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための変更された角度実際値４８も変化する。この場合、位置調節されるべきカムシャフト１８、２２の角度実際値の互いに離間するような偏向、即ち拡散は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２に対してのより高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０の可能な限り漸近的な変更を得るために、停止される。より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための角度目標値４８の変更、および従って、補正、即ち、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２に対してのより高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０の同期調整は、その際に、両方のカムシャフト１８、２２が、依然として最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２に関しても言えることである本来の角度目標値に到達するまでの間、行われる。単に、中断条件は、妥当性の理由から設けられている。最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の瞬間的な角度実際値４２が、本来の角度目標値の方向で、変更された角度目標値４８を越えて上昇した場合、従って、例えば、角度目標値４８の変更が停止され、且つリセットが本来の角度目標値にまで行われる。このことは、即ち、ここで、本来、より遅鈍に位置調節するものであると識別された（ｉｄｅｎｔｉｆｉｚｉｅｒｔｅ）カムシャフトが、より高い位置調節速度を有するカムシャフトであることを意味する。このことは、一方では、位置調節の間のシステムパラメータの変更において、または、角度目標値４８の変更の開始における不正確な識別において存在する。従ってこの特性が拘束作用を必要とすることは、液圧的な操作の特性であり、従って、液圧的な力が拘束力に打ち勝つまで、且つ要するに、より迅速に位置調節するカムシャフト１８の角度実際値４０が、より遅鈍に位置調節するカムシャフト２２の角度実際値４２を、本来の角度目標値の方向で追い越すまで、本来より迅速に位置調節するカムシャフト１８が、先ず第一に、このカムシャフトの角度実際値４０でもっての新しい角度目標値への位置調節の開始において、それぞれに本来より遅鈍に位置調節するカムシャフト２２の角度実際値４２の下方で留まっている。
【００１８】
図４は、同時の同期調整を有する位置調節の間の、吸気側のカムシャフト１８、２２の角度実際値４０、４２の時系列的な推移を、グラフ的に具体的に説明している。垂直方向軸線５４に、クランクシャフトに対する相対的な角度が、「°ＫＷ」で記されている。更に、垂直方向の軸線５６に、位置調節されるべきカムシャフト１８、２２の非同期の運動（異なる位置調節速度）の識別を表示する信号５８が図示されている。更に、それぞれの水平方向軸線６０に、時間「ｔ」が記されている。
【００１９】
時点ｔ＝０において、クランクシャフトの関してのカムシャフト１８、２２の相対的な角度は、０°ＫＷの値であり、飛躍が、２０°ＫＷの新しい角度目標値６２に向かって行われ、この角度目標値は、以下で、「本来の角度目標値」と称される。この本来の角度目標値６２は、先ず第一に、両方のカムシャフト１８、２２、もしくはこれらカムシャフトのそれぞれのカムシャフト調節装置２４に適用される。低い温度、例えば冷間始動段階の間、しかしながら、第１のシリンダーバンク１２のカムシャフト１８は、第２のシリンダーバンク１４もしくはカムシャフト調節装置のカムシャフト２２よりも、より高い位置調節速度を、本来の角度目標値の方向で有しているので、両方のカムシャフト１８、２２の角度実際値４０、４２は、互いに離間するように拡散している。このより迅速なカムシャフト１８の角度実際値４０は、本来の角度目標値６２に、より遅鈍なカムシャフト２２の角度実際値４２よりもより迅速に接近する。従って、このことは、時点ｔ１ に至るまでこの状態に留まる。ここで、これら角度実際値４０、４２の間の差分は、予め定められた閾値を超過しており、且つ、これらカムシャフト１８、２２の同期調整が行われる。この場合、より迅速なカムシャフト１８は、減速される。
【００２０】
この目的で、より迅速なカムシャフト１８に関する角度目標値４８は変更され、しかも時点ｔ＝０（０°ＫＷ）での開始角度の方向に変位される。図示された正の飛躍の場合、本来の角度目標値６２は、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための変更された角度目標値４８までに低減され、これに対して、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２のために、更に引き続き、本来の角度目標値６２は有効のままである。この、時点ｔ１ において変更された角度目標値４８は、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の瞬間的な角度実際値４０に、予測角度６４を加えた値から構成され、この予測角度６４が、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のカムシャフト調節装置２４の追従動作を、角度目標値６２の低減の後、変更された角度目標値４８に対して考慮に入れている。このことは、より迅速なカムシャフト１８の角度実際値４０の振動を、変更された角度目標値４８だけ防止する。このより高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための変更された角度目標値４８は、その際に、この角度目標値が、それぞれの時点での、カムシャフト１８、２２の位置調節の間じゅう、本来の角度目標値６２と、より遅鈍なカムシャフト２２の角度実際値４２との間に存在しているように設定される。
【００２１】
変更された角度目標値４８は、ここで、図２に関連して先に説明されているように、ｔ１ とｔｅｎｄとの間の時間間隔において、ＰＴ１−関数の使用のもとで、およびより遅鈍なカムシャフト２２の角度実際値４２のもとで算出される。この和が時点ｔでの同期調整の開始において、より迅速なカムシャフト１８の角度実際値４０よりもより大きい場合、この和は、変更された角度目標値４８として設定される。これによって、先ず第一に、角度実際値４０、４２の拡散の停止が生じ、引き続いて、この角度実際値４２への、この角度実際値４０の再びの接近が生じる。換言すれば、非同期に作動するカムシャフト１８、２２に関する異なる角度目標値６２もしくは４８の初期設定によって、これらカムシャフト１８、２２の同期調整、即ち同期作動は、クランクシャフト２８に対するそれぞれの相対的な角度状態の僅かの相違でもって得られる。図４において図示されているように、この目的で、このより迅速なカムシャフト１８のための角度目標値４８は、適当に、時間にわたって自動調整される。この自動調整は、信号５８のリセットによって示されているｔｅｎｄで、終了する。
【００２２】
比較のために、破線６８でもって、本発明による同期調整の無い角度実際値４０の経過が記入されている。
この場合、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０は、本来の角度目標値６２を既に参照符号７０において到達し、これに対して、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２が、本来の角度目標値６２を、やっと参照符号７２において到達する。ｔ１ とｔｅｎｄとの間の時間において、従って、クランクシャフト２８に関連したカムシャフト１８、２２の相対的な角度位置は、同期調整無しに、不都合な方法で、著しく互いに離間するように偏向する。
【００２３】
その時点においてより迅速なカムシャフト１８に関する角度目標値４８の変更が開始する、時点ｔ１は、その際、固定されて選択されているのではなくて、むしろ、可変に選択されている。何故ならば、同期調整の開始は、角度実際値４０、４２の間の差分によって規定されるからである。このことは、実際に一方のカムシャフトが、他方のカムシャフトよりもより迅速に位置調節され、且つ単に小さな変動だけしか位置調節速度内において生じないことをも保証する。時点ｔ１ は、例えば、位置調節されるべきカムシャフト１８および２２の、位置調節速度の高い差分において約５０ｍｓ、または、位置調節速度の低い差分において、せいぜい約２００ｍｓである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
概略的な正面図における、本発明による内燃機関の有利な実施形態の図である。
【図２】
カムシャフトの同期調整された位置調節のための制御装置の、本発明により形成された部分のブロック図である。
【図３】
ＰＴ１−関数の概略的な図である。
【図４】
クランクシャフトとカムシャフトとの間の相対的なクランク角度の正の飛躍でもっての位置調節の間の、カムシャフトの角度実際値および角度目標値の概略的な図である。
本発明は、クランクシャフトに対して相対的に予め定めた角度目標値に、内燃機関の異なるシリンダーバンクのカムシャフトを同時に位置調節（Ｖｅｒｓｔｅｌｌｅｎ）するための方法であって、その際、これらカムシャフトが、内燃機関のこれらシリンダーバンクに相応するそれぞれの吸気もしくは排気弁を操作する様式の、請求項１の上位概念による上記方法に関する。本発明は、更に、少なくとも２つのシリンダーバンク、および、それぞれに少なくとも１つの、それぞれのシリンダーバンクの吸気もしくは排気弁を操作するためのカムシャフトを備えるそれぞれのシリンダーバンクのための弁制御装置を有する内燃機関であって、その際、それぞれに、少なくとも１つの、シリンダーバンクのカムシャフトが、カムシャフト調節装置によって、この内燃機関のクランクシャフトに関連してこのカムシャフトの角度において位置調節可能であり、その際、制御装置が設けられており、この制御装置が、カムシャフトの位置調節を、予め定められた目標値に依存して実行する、請求項９の上位概念による上記内燃機関に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９８ ３２ ３８３号明細書から公知の、弁制御された複数列エンジンような、多数のシリンダーバンクを有し、カムシャフト調節装置によって、この内燃機関のクランクシャフトに関連してこのカムシャフトの角度において位置調節可能である、それぞれのカムシャフトを有する、内燃機関において、低い作動温度の際、例えば冷間始動段階において、異なるシリンダーバンクのカムシャフト関して、異なる位置調節速度が生じることは、問題である。このことは、しかも、クランクシャフトに対して相対的に、カムシャフトのそれぞれの角度位置間の不都合な差分を誘起する。この理由から、従来、この内燃機関がこの内燃機関の作動温度に到達した時に初めて、カムシャフト位置調節は許容される。
【０００３】
米国特許第５，４６２，０２２号明細書からカムシャフト位置調節装置が公知であり、この装置の場合、カムシャフトとクランクシャフトとの間の所望の角度位置が制御される。
【０００４】
従って、本発明の根底をなす課題は、上述の様式の方法および内燃機関を提供することであり、その際、異なるシリンダーバンクのカムシャフトの位置調節は、この内燃機関の温度に依存して、同期調整された状態で行われる。
【０００５】
この課題は、本発明に従い、請求項１における典型的な特徴を有する上述の様式の方法によって、および請求項９における典型的な特徴を有する上述の様式の内燃機関によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項において与えられる。
【０００６】
この目的で、上述の様式の方法において、本発明により、カムシャフトのそれぞれの角度実際値の位置調節速度の差分が検出され、且つ、カムシャフトの角度実際値が本来の角度目標値に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフトの角度目標値が時系列的に変更され、その際、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトのための角度目標値の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフトと、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフトとの間の角度実際値の拡散が停止され、且つ、これら角度実際値間の相応する差分が減少されるように行われる。
【０００７】
更に、上述の様式の内燃機関において、本発明により、制御装置は、
この制御装置が、カムシャフト調節装置の位置調節速度の差分を検出し、且つ、このカムシャフト調節装置が本来の角度目標値に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフト調節装置の角度目標値を時系列的に変更するように形成されており、その際、
このより高い位置調節速度を有するカムシャフト調節装置のための角度目標値の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフト調節装置と、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフト調節装置との間の角度実際値の拡散が停止し、且つ、これら角度実際値間の相応する差分が減少するように行われる。
【０００８】
このことは、内燃機関の低い作動温度の際に生じるカムシャフトの位置調節速度間の差分が相殺されることの利点を有している。換言すれば、これらカムシャフトは、互いに同期調整される。このことは、クランクシャフトに関連するこれらカムシャフトの角度位置間の、特にこの内燃機関の走行特性に対して不利な影響をもたらす、不都合な差分を防止する。このことによって、多数のシリンダーバンクを有する内燃機関におけるカムシャフト位置調節を、同様に低い作動温度においても実施することは可能である。
【０００９】
角度目標値の変更を、位置調節速度の差分に依存して、常に、その時点においてより高い位置調節速度を有するそのカムシャフトが十分な信頼性でもって設定される最適な時点で開始するために、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度目標値の変更は、第１に、その時点においてより高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値と、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値との間で予め与えられた差分が生じる時点から実施される。
【００１０】
異なる位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の、互いに離間するような作動、即ち拡散の停止のために、先ず第一に、角度目標値の変更の開始において、この角度目標値は、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値に、開始値として設定される。変更された角度目標値を越えてのより高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の振動を防止するために、この瞬間的な角度実際値に、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトのための第１の角度目標値の変更の後の、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の追従動作に相応する予測角度が、更に加算される。
【００１１】
最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値に、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値を最適に復元するために、この角度目標値の値内における変更された角度目標値は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値と、時間に依存する関数とから成る和として設定され、この関数の値は、予め定められた一定の時間でもって接近する。この時間に依存する関数は、例えばＰＴ１−関数であり、その際、この関数の特性量が、角度目標値の変更の開始において、有利には、内燃機関の温度、およびこの変更された角度目標値の開始値に依存して設定される。
【００１２】
合目的に、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度目標値の変更は、ただ、内燃機関の温度が、予め定められた温度以下にある場合にのみ実施される。
【００１３】
本発明の更なる特徴、利点、および有利な実施形態は、従属請求項、並びに添付された図に基づいての本発明の以下の説明から与えられる。
【００１４】
図１において概略的に具体的に説明されている内燃機関１０は、２つのシリンダーバンク１２および１４、第１のシリンダーバンク１２の排気側のカムシャフト１６並びに吸気側のカムシャフト１８、第２のシリンダーバンク１４の排気側のカムシャフト２０並びに吸気側のカムシャフト２２、それぞれのカムシャフト調節装置２４、カムシャフトセンサー２６、クランクシャフト２８、およびクランクシャフトセンサー３０を備えている。制御装置３２は、これらセンサー２６、３０の信号を受信し、且つこれらカムシャフト調節装置２４を適当に通電し、従って、これらカムシャフト１６、１８、２０、２２とこのクランクシャフト２８との間の、相対的な角度位置に関する所望の角度目標値が生じる。これらカムシャフト１６、１８、２０、２２は、駆動装置３４を介して、このクランクシャフト２８によって駆動される。
【００１５】
本発明により、異なるシリンダーバンク１２、１４のカムシャフト１６、１８、２０、２２の同期調整が行われる。例えば、両方のシリンダーバンク１２、１４の吸気側のカムシャフト１８および２２が、同時に新しい角度目標値に、クランクシャフト２８に対して相対的に調節されるべき場合、このことは、カムシャフト調節装置２４によって液圧的に行われる。この場合、しかしながら、これらカムシャフト調節装置の液圧的な操作によって、所定の作動状況において、これらカムシャフト調節装置２４、および従ってカムシャフト１８、２４の瞬間的な角度実際値の異なる位置調節速度状態になる。このことは、カムシャフトの瞬間的な角度実際値の拡散（Ｄｉｖｅｒｇｉｅｒｅｎ）を、新しい角度目標値への位置調節の間に誘起する。換言すれば、これらカムシャフト調節装置の内の一方のカムシャフト調節装置が、他方のカムシャフト調節装置よりもより迅速に位置調節することが生じる。確かに両方のカムシャフト１８、２２は、最後に同じ角度目標値に到達するが、しかしながら一方のカムシャフトが、他方のカムシャフトよりもより早期に、この角度目標値に到達する。この期間内において生じる、クランクシャフトに関連するカムシャフトの、それぞれの相対的な角度の間の差分は、しかしながら、エンジン作動および諸有害物質の放出に不利な影響をもたらす。本発明により、ここで、以下の方法による同期調節が提案され、この方法を、図２の、制御装置３２の一部分を図示したブロック図に基づいて説明する。この説明は、例示的に、吸気側のカムシャフト１８および２２に関して行われるが、しかしながら、類似して同様に、排気側のカムシャフト１６、２０に関しても言えることである。更に、以下の説明は、例示的に２つのカムシャフトに関して行われ、これらカムシャフトによって、一方のカムシャフトが、他方のカムシャフトよりもより迅速に位置調節される。このことは、しかしながら、同様に類似して、３つまたはそれ以上のシリンダーバンクの、３つまたはそれ以上のカムシャフトの、同時の位置調節に関しても言えることであり、その際、以下の論究は、より高い位置調節速度を有するそれぞれ他方のカムシャフトと最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの、それぞれのペアリングに適用されるべきである。更に、以下の説明は、例示的に、角度目標値の「正の飛躍（ｐｏｓｉｔｉｖｅｎ Ｓｐｒｕｎｇ）」に関しており、即ち、クランクシャフト２８に関連してより高い相対的な角度が生じる。これらの説明は、しかしながら、類似して同様に、「負の飛躍」に関しても言えることであり、この場合、クランクシャフト２８に関連して低い相対的な角度が生じ、その際、単に、位置調節されたカムシャフトの「より高い／以上の／より大きい」もしくは「より低い／以下の／より小さい」の角度実際値の間の関連に関する表現は、逆にされるべきである。
【００１６】
ブロック３８内において、両方のカムシャフト１８、２２の瞬間的な角度実際値４０、４２が収容され、且つ互いに比較され、並びにそれぞれの位置調節速度が設定される。これら両方のカムシャフト１８、２２が非同期に作動していることが、ブロック３８内で確認されるやいなや、参照符号４４でもって、適当な信号が、更なるブロック４６に対して与えられ、且つ、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値が、予測角度（Ｐｒａｅｄｉｋｔｉｏｎｓｗｉｎｋｅｌ）を加えて引き渡される。この予測角度は、角度目標値の変更の後の、カムシャフト調節装置の追従動作を考慮に入れている。
【００１７】
ブロック４６内において、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のために、時間にわたって変更された角度目標値４８が、発生される。この場合、この変更された角度目標値４８は、後に、図４に関連して更により詳細に説明されているように、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の瞬間的な角度実際値４０が、再び、低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の瞬間的な角度実際値４２に接近するように与えられる。この時間にわたって変更された角度目標値４８の設定のために、このブロック４６は、付加的に、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の瞬間的な角度実際値４２を収受する。更に、ブロック５０から接続部５２を介して、図３内において概略的に図示されたＰＴ１−関数が供給される。最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値４２と、このＰＴ１−関数の瞬間的な値の和から、このブロック４６内において、より高い位置調節速度を有するカムシャフトのための変更された角度目標値４８が、算出される。このＰＴ１−関数の値が加算されるか、または減算されるかどうかは、単に、これらカムシャフト１８、２２の位置調節が、クランクシャフト２８に関連して、より大きな相対的な角度（正の飛躍）に向かってか、またはより小さな相対的な角度（負の飛躍）に向かって行われるかどうかに依存する。このＰＴ１−関数に関する特性量は、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８に関する角度実際値の変更の開始において、エンジン温度、並びに、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２と、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０との間の差分から、予測角度を加算して算出される。このＰＴ１−関数は、時間にわたって変化し、従って同様に、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための変更された角度実際値４８も変化する。この場合、位置調節されるべきカムシャフト１８、２２の角度実際値の互いに離間するような偏向、即ち拡散は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２に対してのより高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０の可能な限り漸近的な変更を得るために、停止される。より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための角度目標値４８の変更、および従って、補正、即ち、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２に対してのより高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０の同期調整は、その際に、両方のカムシャフト１８、２２が、依然として最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２に関しても言えることである本来の角度目標値に到達するまでの間、行われる。単に、中断条件は、妥当性の理由から設けられている。最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の瞬間的な角度実際値４２が、本来の角度目標値の方向で、変更された角度目標値４８を越えて上昇した場合、従って、例えば、角度目標値４８の変更が停止され、且つリセットが本来の角度目標値にまで行われる。このことは、即ち、ここで、本来、より遅鈍に位置調節するものであると識別された（ｉｄｅｎｔｉｆｉｚｉｅｒｔｅ）カムシャフトが、より高い位置調節速度を有するカムシャフトであることを意味する。このことは、一方では、位置調節の間のシステムパラメータの変更において、または、角度目標値４８の変更の開始における不正確な識別において存在する。従ってこの特性が拘束作用を必要とすることは、液圧的な操作の特性であり、従って、液圧的な力が拘束力に打ち勝つまで、且つ要するに、より迅速に位置調節するカムシャフト１８の角度実際値４０が、より遅鈍に位置調節するカムシャフト２２の角度実際値４２を、本来の角度目標値の方向で追い越すまで、本来より迅速に位置調節するカムシャフト１８が、先ず第一に、このカムシャフトの角度実際値４０でもっての新しい角度目標値への位置調節の開始において、それぞれに本来より遅鈍に位置調節するカムシャフト２２の角度実際値４２の下方で留まっている。
【００１８】
図４は、同時の同期調整を有する位置調節の間の、吸気側のカムシャフト１８、２２の角度実際値４０、４２の時系列的な推移を、グラフ的に具体的に説明している。垂直方向軸線５４に、クランクシャフトに対する相対的な角度が、「°ＫＷ」で記されている。更に、垂直方向の軸線５６に、位置調節されるべきカムシャフト１８、２２の非同期の運動（異なる位置調節速度）の識別を表示する信号５８が図示されている。更に、それぞれの水平方向軸線６０に、時間「ｔ」が記されている。
【００１９】
時点ｔ＝０において、クランクシャフトの関してのカムシャフト１８、２２の相対的な角度は、０°ＫＷの値であり、飛躍が、２０°ＫＷの新しい角度目標値６２に向かって行われ、この角度目標値は、以下で、「本来の角度目標値」と称される。この本来の角度目標値６２は、先ず第一に、両方のカムシャフト１８、２２、もしくはこれらカムシャフトのそれぞれのカムシャフト調節装置２４に適用される。低い温度、例えば冷間始動段階の間、しかしながら、第１のシリンダーバンク１２のカムシャフト１８は、第２のシリンダーバンク１４もしくはカムシャフト調節装置のカムシャフト２２よりも、より高い位置調節速度を、本来の角度目標値の方向で有しているので、両方のカムシャフト１８、２２の角度実際値４０、４２は、互いに離間するように拡散している。このより迅速なカムシャフト１８の角度実際値４０は、本来の角度目標値６２に、より遅鈍なカムシャフト２２の角度実際値４２よりもより迅速に接近する。従って、このことは、時点ｔ１ に至るまでこの状態に留まる。ここで、これら角度実際値４０、４２の間の差分は、予め定められた閾値を超過しており、且つ、これらカムシャフト１８、２２の同期調整が行われる。この場合、より迅速なカムシャフト１８は、減速される。
【００２０】
この目的で、より迅速なカムシャフト１８に関する角度目標値４８は変更され、しかも時点ｔ＝０（０°ＫＷ）での開始角度の方向に変位される。図示された正の飛躍の場合、本来の角度目標値６２は、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための変更された角度目標値４８までに低減され、これに対して、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２のために、更に引き続き、本来の角度目標値６２は有効のままである。この、時点ｔ１ において変更された角度目標値４８は、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の瞬間的な角度実際値４０に、予測角度６４を加えた値から構成され、この予測角度６４が、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のカムシャフト調節装置２４の追従動作を、角度目標値６２の低減の後、変更された角度目標値４８に対して考慮に入れている。このことは、より迅速なカムシャフト１８の角度実際値４０の振動を、変更された角度目標値４８だけ防止する。このより高い位置調節速度を有するカムシャフト１８のための変更された角度目標値４８は、その際に、この角度目標値が、それぞれの時点での、カムシャフト１８、２２の位置調節の間じゅう、本来の角度目標値６２と、より遅鈍なカムシャフト２２の角度実際値４２との間に存在しているように設定される。
【００２１】
変更された角度目標値４８は、ここで、図２に関連して先に説明されているように、ｔ１ とｔｅｎｄとの間の時間間隔において、ＰＴ１−関数の使用のもとで、およびより遅鈍なカムシャフト２２の角度実際値４２のもとで算出される。この和が時点ｔでの同期調整の開始において、より迅速なカムシャフト１８の角度実際値４０よりもより大きい場合、この和は、変更された角度目標値４８として設定される。これによって、先ず第一に、角度実際値４０、４２の拡散の停止が生じ、引き続いて、この角度実際値４２への、この角度実際値４０の再びの接近が生じる。換言すれば、非同期に作動するカムシャフト１８、２２に関する異なる角度目標値６２もしくは４８の初期設定によって、これらカムシャフト１８、２２の同期調整、即ち同期作動は、クランクシャフト２８に対するそれぞれの相対的な角度状態の僅かの相違でもって得られる。図４において図示されているように、この目的で、このより迅速なカムシャフト１８のための角度目標値４８は、適当に、時間にわたって自動調整される。この自動調整は、信号５８のリセットによって示されているｔｅｎｄで、終了する。
【００２２】
比較のために、破線６８でもって、本発明による同期調整の無い角度実際値４０の経過が記入されている。
この場合、より高い位置調節速度を有するカムシャフト１８の角度実際値４０は、本来の角度目標値６２を既に参照符号７０において到達し、これに対して、最も低い位置調節速度を有するカムシャフト２２の角度実際値４２が、本来の角度目標値６２を、やっと参照符号７２において到達する。ｔ１ とｔｅｎｄとの間の時間において、従って、クランクシャフト２８に関連したカムシャフト１８、２２の相対的な角度位置は、同期調整無しに、不都合な方法で、著しく互いに離間するように偏向する。
【００２３】
その時点においてより迅速なカムシャフト１８に関する角度目標値４８の変更が開始する、時点ｔ１は、その際、固定されて選択されているのではなくて、むしろ、可変に選択されている。何故ならば、同期調整の開始は、角度実際値４０、４２の間の差分によって規定されるからである。このことは、実際に一方のカムシャフトが、他方のカムシャフトよりもより迅速に位置調節され、且つ単に小さな変動だけしか位置調節速度内において生じないことをも保証する。時点ｔ１ は、例えば、位置調節されるべきカムシャフト１８および２２の、位置調節速度の高い差分において約５０ｍｓ、または、位置調節速度の低い差分において、せいぜい約２００ｍｓである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
概略的な正面図における、本発明による内燃機関の有利な実施形態の図である。
【図２】
カムシャフトの同期調整された位置調節のための制御装置の、本発明により形成された部分のブロック図である。
【図３】
ＰＴ１−関数の概略的な図である。
【図４】
クランクシャフトとカムシャフトとの間の相対的なクランク角度の正の飛躍でもっての位置調節の間の、カムシャフトの角度実際値および角度目標値の概略的な図である。
Claims (9)
- クランクシャフトに対して相対的に予め定めた角度目標値に、内燃機関の異なるシリンダーバンクのカムシャフトを同時に位置調節するための方法であって、その際、
これらカムシャフトが、内燃機関のこれらシリンダーバンクに相応するそれぞれの吸気もしくは排気弁を操作する様式の上記方法において、
カムシャフトのそれぞれの角度実際値の位置調節速度の差分が検出され、且つ、カムシャフトの角度実際値が本来の角度目標値に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフトの角度目標値が時系列的に変更され、
その際、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトのための角度目標値の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフトと、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフトとの間の角度実際値の拡散が停止され、且つ、これら角度実際値間の相応する差分が減少されるように行われることを特徴とする方法。 - 角度目標値の変更は、第１に、その時点においてより高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値と、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値との間で予め与えられた差分が生じる時点から実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 角度目標値の変更は、位置調節を開始するためのカムシャフトの角度実際値と、変更された角度目標値との間の差分が、この値において、位置調節を開始するためのカムシャフトの角度実際値と、本来の角度目標値との間の差分よりもより小さいように行われることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 角度目標値の変更の開始において、この角度目標値は、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値に、開始値として設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
- より高い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値に、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトのための第１の角度目標値の変更の後の、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの角度実際値の追従動作に相応する予測角度が、更に加算されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 角度目標値の値内における変更された角度目標値は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの瞬間的な角度実際値と、時間に依存する関数とから成る和として設定され、この関数の値が、予め定められた一定の時間でもって接近することを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
- 時間に依存する関数として、ＰＴ１−関数が使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- ＰＴ１−関数の特性量は、角度目標値の変更の開始において、内燃機関の温度、およびこの変更された角度目標値の開始値に依存して設定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 少なくとも２つのシリンダーバンク（１２、１４）、および、それぞれに少なくとも１つの、それぞれのシリンダーバンク（１２、１４）の吸気もしくは排気弁を操作するためのカムシャフト（１６、１８、２０、２２）を備えるそれぞれのシリンダーバンク（１２、１４）のための弁制御装置を有する内燃機関（１０）であって、その際、
それぞれに、少なくとも１つの、シリンダーバンク（１２、１４）のカムシャフト（１６、１８、２０、２２）が、カムシャフト調節装置（２４）によって、この内燃機関（１０）のクランクシャフト（２８）に関連してこのカムシャフトの角度において位置調節可能であり、その際、
制御装置（３２）が設けられており、この制御装置が、カムシャフト（１６、１８、２０、２２）の位置調節を、予め定められた角度目標値（６２）に依存して実行する上記内燃機関において、
制御装置（３２）は、
この制御装置が、カムシャフト調節装置（２４）の位置調節速度の差分を検出し、且つ、このカムシャフト調節装置（２４）が本来の角度目標値（６２）に到達するまで、より高い位置調節速度を有する少なくとも１つのカムシャフト調節装置（２４）の角度目標値（４８）を時系列的に変更するように形成されており、その際、
このより高い位置調節速度を有するカムシャフト調節装置（２４）のための角度目標値（４８）の時系列的な変更が、より高い位置調節速度を有するカムシャフト調節装置と、最も低い位置調節速度を有するそのカムシャフト調節装置との間の角度実際値（４０、４２）の拡散が停止し、且つ、これら角度実際値（４０、４２）間の相応する差分が減少するように行われるように構成されていることを特徴とする内燃機関。
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