JP2008516127A - 往復ピストン式の内燃機関のクランク軸とカム軸との間の相対的な回転角を調節するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、往復ピストン式内燃機関のクランク軸（５）に対するカム軸（３）の回転角位置の調節のための方法に関する。クランク軸（５）は、調節伝動装置（１）を介してカム軸（３）に駆動結合され、調節伝動装置は、クランク軸に固定された入力軸、カム軸に固定された出力軸、及び電動モータ（４）と駆動結合された調節軸を備える三軸式伝動装置として形成されている。入力軸にストッパ部材（６）を結合し、カム軸（３）に対向ストッパ部材を結合してある。内燃機関の始動過程に際して、調節軸の回転角のために位置測定信号及びクランク軸・回転角測定信号を検出する。回転角測定信号、位置測定信号及び三軸式伝動装置の特性値を用いて、クランク軸（５）に対するカム軸（３）の、始動位置に依存した回転角位置のための位相角信号を決める。クランク軸（５）とカム軸（３）とを基準位置で互いに締め付けて基準位置の達成を検出した後に、基準位置に対する相対的な位相角を求められて、目標信号に調節する。

Description

本発明は、往復ピストン式の内燃機関（エンジン）のカム軸の、クランク軸に対する相対的な回転角を、殊に内燃機関の始動過程中に調節するための方法であって、この場合にクランク軸は調節伝動装置を介してカム軸に駆動結合されており、前記調節伝動装置は、クランク軸と相対回動不能に結合された入力軸、カム軸と相対回動不能に結合された出力軸、及び電動モータと駆動結合された調節軸から成る三軸式伝動装置として形成されている形式のものに関する。

前記調節方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１０１９５Ａ１号明細書により公知である。この場合に、クランク軸に対するカム軸の相対的な回転角位置は電動モータを用いて調節されるようになっており、電動モータは、クランク軸とカム軸との間に配置された三軸式伝動装置の調節軸を駆動するようになっている。三軸式伝動装置の入力軸にカム軸ギアを設けてあり、カム軸ギアはチェーンを介して、クランク軸と相対回動不能に結合されたクランク軸ギアによって駆動されるようになっている。三軸式伝動装置の出力軸は、カム軸と相対回動不能に結合されている。クランク軸に対するカム軸の相対的な回転位置若しくは位相位置を、予め規定された目標値信号に対応して調節するために、位相角は測定されて目標値信号（基準値信号）と比較される。偏差の生じている場合には、電動モータを起動制御して、偏差を減少させるようになっている。調節装置の故障に際しても機関機能若しくはエンジン機能を維持するために、相対調節位置は、入力軸に結合されたストッパ部材を用いて最大の調節角度に制限されるようになっており、前記ストッパ部材（ストッパ要素）はカム軸に相対回動不能に結合された対向ストッパ部材（対向ストッパ要素）と協働するようになっている。故障の場合に、ストッパ部材は対向ストッパ部材に向けて位置決めされ、つまり対向ストッパ部材に当接し、これによってストッパ部材と対向ストッパ部材とは互いに締め付けられる。一定の位相位置で運転される往復ピストン式内燃機関に比べて、位相位置調節はシリンダー充填の改善をもたらし、これによって内燃機関の消費燃料は節減され、有害物質放出量は減少させられ、若しくは出力は高められる。このことは、しかしながら内燃機関の始動過程では制約されており、それというのは始動過程時にはカム軸の位相位置の測定値はまだ生ぜしめられていないからである。

したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を改善して、該方法によって内燃機関の始動過程時に有害物質放出量及び燃料消費量を減少できるようにすることである。

前記課題を解決するために、本発明に基づく方法では、
ａ）回転角測定信号を回転角測定信号・スタート値にセットし、
ｂ）クランク軸を回転させて、クランク軸・センサー信号を検出し、クランク軸・センサー信号はクランク軸の回転角変化に際して信号の状態を変化させるものであり、
ｃ）クランク軸・センサー信号の状態変化の発生に際して回転角測定信号を追従操作し、
ｄ）位置測定信号を位置測定信号・スタート値にセットし、
ｅ）調節軸を回転させて、調節軸・センサー信号を検出し、調節軸・センサー信号は調節軸の回転位置の変化に際して信号の状態を変化させるものであり、
ｆ）調節軸・センサー信号の状態変化の発生に際して位置測定信号を追従操作し、
ｇ）回転角測定信号、位置測定信号及び三軸式伝動装置の伝動装置特性値を用いて、クランク軸に対する、カム軸の始動位置に関する回転角位置のための位相角信号を決定し、
ｈ）クランク軸とカム軸とを所定の基準位置で互いに締め付け、つまりクランク軸とカム軸との間の相対位置を固定して、前記基準位置の達成を検出し、
ｉ）基準位置の検出によって、位相角信号を、所定の基準位置に対応して規定若しくは設定された基準値にセットし、
ｋ）次いで位相角信号を、回転角測定信号及び／又は位置測定信号の状態変化に追従操作し、
ｌ）位相角を調節することにより基準位置に関連して得られた位相角信号を、目標値信号と比較して、位相角・偏差の生じている場合に電動モータを起動制御することによって、位相角・偏差を減少させるようになっている。

つまり位相角信号は間接的にクランク軸のための回転角測定信号、調節軸のための位置測定信号並びに伝動装置特性値から求められ、伝動装置特性値は例えば、三軸式伝動装置の入力軸を止めてある状態での調節軸とカム軸との間の伝動比である。位相角信号を間接的に求めることによって、調節モータのロータとステータとの間の相対的な位置の規程のために存在している位置センサーの一般的に高い分解能は、位相角信号の検出のために用いられるようになっている。内燃機関の始動に際してはまだクランク軸・回転角及び調節軸の回転角位置に関する情報は得られていないので、回転角測定信号及び位置測定信号はスタート値にセットされ、スタート値は任意に規定若しくは設定されるものである。適当なスタート値から出発して、回転角測定信号は、クランク軸・センサー信号がその状態を変化させる場合に追従操作される。同じように位置測定信号は、調節軸・センサー信号がその状態を変化させる場合に追従操作される。位相角の調節のために、クランク軸に対するカム軸の回転角位置に関する情報を必要であるので、クランク軸とカム軸とは基準位置で互いに締め付けられ、基準位置の達成はセンサーを用いて検出される。基準位置の達成に際して、位相角信号は予め規定された基準値にセットされ、該基準値は前もって測定によって若しくは別の手段で検出されて、例えばメモリーに記憶されている。カム軸とクランク軸との間の、基準位置における相対的な位置に相当する前記基準値から出発して、位相角信号は、回転角測定信号及び位置測定信号の状態変化に依存して追従操作される。
このようにして得られた位相角信号を用いて、位相角は既に生ぜしめられている目標値信号に調節され若しくは近づけられる。これによって、比較的早期に、つまり基準位置の達成の直後に位相角調節を可能にしており、内燃機関の始動過程中に有害物質放出量及び燃料消費量の減少を可能にしている。

本発明の有利な実施態様では、クランク軸とカム軸との締め付け、つまりクランク軸とカム軸との間の相対位置の固定のために、入力軸と結合されたストッパ部材は、カム軸と結合された対向ストッパ部材に対して位置決めされる。このような方法は、経済的に製造されるカム軸調節装置を用いて実施される。本発明の別の実施態様では、クランク軸とカム軸とは少なくとも１つのばね部材を用いて互いに締め付けられている。この場合にばね部材は、基準位置としての中立位置若しくは中央位置に配置されていてよい。

有利には基準位置の達成は、位相角信号の速度変化の変化量に基づき検出される。さらに考えられる方法として、基準位置の達成は、電動モータを用いてトルクを生ぜしめて、位相角信号が該トルクの生ぜしめられる前、及び／又は生ぜしめられている間若しくは生ぜしめた後に位相角信号の所定の値を維持しているかどうかを確認することによっても検出される。

本発明の有利な実施態様では、クランク軸の予め規定された基準・回転角位置の達成に際してクランク軸・センサー信号に基準マークを形成し、かつ基準マークの発生若しくは検出に際して第２の回転角測定信号を、前記基準・回転角位置に対応して規定された値にセットし、かつ前記第２の回転角測定信号を、前記クランク軸・センサー信号の状態変化の発生に際して追従操作し、かつカム軸の予め規定された回転角位置の達成に際してカム軸・基準信号を形成し、かつ回転角測定信号及び位置測定信号の、前記カム軸・基準信号の形成された際に生ぜしめられる測定値を規定し、該測定値及び伝動装置特性値を用いて絶対的な位相角信号のための値を決定し、かつ内燃機関の回転数を測定して所定の回転数閾値と比較し、該回転数閾値の越えられている場合に位相角の調節を、実際値信号としての前記絶対的な位相角信号に基づき引き続き行うようになっている。この場合にクランク軸・センサー信号は、例えば内燃機関の機関ブロック若しくはシリンダーブロックに固定された磁気式検出器を用いて検出されると有利であり、磁気式検出器はクランク軸と相対回動不能に結合された透磁性の歯環若しくはリング歯車と協働するようになっている。歯環の歯及び／又は歯溝の１つは、残りのほかの歯及び／又は歯溝と異なっていて、クランク軸・回転角の絶対的な決定のための基準として用いられる。カム軸・基準信号は、トリガ装置を用いてカム軸の絶対的な回転位置に依存して形成される。カム軸・基準信号及び絶対的なクランク軸・センサー信号から求められた第２の回転角測定信号は、基準位置に関連した第１の回転角測定信号に比べて利点を有しており、つまり、カム軸駆動部（クランク軸歯車、駆動チェーン若しくは歯付きベルト、チェーン若しくはベルト用テンション装置、カム軸歯車、ストッパ部材及び対向ストッパ部材）内の製作誤差及び／又は摩耗が回転角測定の精度に影響を及ぼすことはない。位相角・調節を、基準位置に関連した位相角信号から絶対的な位相角信号に切り換えることによって、位相角調節の精度をさらに改善することができる。

有利には、まずクランク軸の回転数の決定のために少なくとも１つの回転数測定値を検出して、次いで位相角の調節を絶対的な位相角信号で継続するようになっている。これによって、クランク軸歯車と協働する磁気式検出器によってまだ回転数測定値を検出できない低い回転数において、絶対的な位相角信号のあり得ない値に起因してカム軸の位置エラーを発生させるようなことは避けられる。

本発明の有利な実施態様では電動モータは、基準位置が達成される前に、予め規定されたパルス・中断割合を有するパルス幅変調によって基準位置に向けて制御されるようになっている。位相位置のための利用可能な測定値を得られていない間は、電動モータはまず仮に起動制御される。この場合にパルス・中断割合は、ストッパ部材及び対向ストッパ部材の損傷を、内燃機関の始動に際してストッパ部材及び対向ストッパ部材によってちょうど占められていた位置に左右されることなく確実に避けることができるように選ばれている。

本発明の別の有利な実施態様では、パルス・中断割合は、回転数測定値の検出に関連して変化させられ、この場合に回転数測定値が検出されると直ちにパルス・中断割合を増大するようになっている。パルス・中断割合を増大する値は、少なくとも１つのパラメータ、例えば内燃機関の機関温度若しくはエンジン温度、若しくは弁駆動部の作動遅れ等に依存して選ばれる。回転数測定値の検出は、有利には約５０回／分のクランク軸回転数から行われる。

本発明の実施態様において有利には、ストッパ部材を対向ストッパ部材に向けて位置決めする前に、位相角信号を、位相速度信号の形成のために微分して、形成された位相速度信号を位相速度信号・閾値と比較し、位相速度信号が閾値よりも大きい場合に、若しくは位相速度信号を目標値信号と比較して偏差の生じている場合に電動モータを起動制御して、偏差を減少させるようになっている。これによって位相速度のための測定値が位相速度調節のために十分な精度で得られ、位相速度信号は閾値を超えている。位相速度調節によって、ストッパ部材及び対向ストッパ部材における摩耗を減少させ、かつ又はストッパ部材及び対向ストッパ部材の破損を避けることができる。

本発明の有利な実施態様では、電動モータ（４）の運転電流及び／又は運転電圧及び／又は回転数は、基準位置の達成を検出する前に制限及び／又は調節されるようになっている。これによって、ストッパ部材を対向ストッパ部材に向けて位置決めする若しくは対向ストッパ部材に接触させる力、ひいてはストッパ部材及び対向ストッパ部材における摩耗は制限される。さらに、ストッパ部材及び対向ストッパ部材の破損は避けられる。

次に本発明の実施例を図面に基づく詳細に説明する。図面において、
図１は、クランク軸に対するカム軸の位相位置の調節のための装置を備えた往復ピストン式の内燃機関若しくはレスプロエンジンの一部分を概略的に示した図であり、
図２は、カム軸・調節装置の斜視図であり、
図３は、クランク軸に対するカム軸の位相位置の調節のための状態信号のグラフであり、この場合に横軸に時間を秒単位(ｓ)でプロットし、かつ縦軸に状態をプロットしてあり、
図４は、内燃機関の概念的な回転数推移のグラフであり、この場合に横軸に時間を秒単位でプロットし、かつ縦軸に回転数を回／分(U/min)の単位でプロットしてあり、
図５は、実際の位相角（修整された線）及び回転角のための目標値信号（修整されてない線）のグラフであり、この場合に横軸に時間を秒単位でプロットし、かつ縦軸に位相角を度数でプロットしてあり、
図６は、基準位置に関連した位相角信号のグラフであり、この場合に横軸に時間を秒単位でプロットし、かつ縦軸に位相角を度数でプロットしてあり、
図７は、実際のクランク軸・回転角（ハッチングなしの線）及びクランク軸・回転角のための測定信号（ハッチング付きの線）のグラフであり、この場合に横軸に時間を秒単位でプロットし、かつ縦軸に回転角を度数でプロットしてあり、
図８は、電動モータの実際の回転角（ハッチングの線）のグラフであり、この場合に横軸に時間を秒単位でプロットし、かつ縦軸に回転角を度数でプロットしてある。

往復ピストン式の内燃機関のクランク軸５に対するカム軸３の回転角位置のための調節装置は、図１に示してあるように調節伝動装置１を有しており、調節伝動装置は、クランク軸と相対回動不能に結合された入力軸（駆動軸）、カム軸と相対回動不能に結合された出力軸（被動軸）及び調節軸を備えた三軸式伝動装置として形成されている。調節伝動装置は回転伝動装置、例えば遊星歯車伝動装置及び／又は回転斜板形伝動装置であってよい。

入力軸はカム軸ギア２に相対回動不能に結合されており、つまり入力軸とカム軸ギアとは一緒に回転するようになっており、カム軸ギア２はそれ自体公知の形式でチェーン（鎖）若しくは歯付きベルト（タイミングベルト）を介して、内燃機関のクランク軸５に相対回動不能に配置されたクランク軸ギアと駆動結合され、つまりカム軸ギアはチェーン若しくは歯付きベルトを介してクランク軸ギアに連結（接続）されていてクランク軸ギアから駆動力を伝達され若しくは駆動力を受けるようになっている。出力軸はカム軸３に相対回動不能に結合されている。調節軸は電動モータ４のローターに相対回動不能に結合されている。調節伝動装置１はカム軸ギア２のボスに組み込まれている。

カム軸３と内燃機関のクランク軸５との間の回動角（回動角）を制限するために、調節装置は、調節伝動装置１の入力軸に固定されたストッパ部材６、及びカム軸３に相対回動不能に結合された、つまり固定された対向ストッパ部材７を備えており、対向ストッパ部材は作動時に基準位置ではストッパ部材６と接触するようになっている。

図１に示してあるように、クランク軸回転角の測定のために磁気式検出器８を設けてあり、磁気式検出器は、透磁性の材料から成っていてクランク軸５に配置された歯環９の歯面を検出するようになっている。歯環９の歯溝の１つ若しくは歯の１つは、ほかの歯溝若しくは歯よりも大きな幅若しくは厚さを有していて、クランク軸５の基準・回転角位置をマーキングしている。

内燃機関若しくはエンジンの始動に際して、クランク軸５によってちょうど占められている位置に依存することなく、最初（第１）の回転角測定信号は、回転角測定信号・スタート値に設定され、回転角測定信号・スタート値は任意の値、例えば値ゼロである。次いでクランク軸は、例えば電気的な始動装置（スターター）によって回転させられ、磁気式検出器８によってクランク軸・センサー信号を検出し、クランク軸・センサー信号は歯環９の歯面の通過毎に状態を変化させるようになっている。クランク軸・センサー信号の特性線の上昇若しくは降下（状態変化）の発生に際して、制御装置の作動プログラムにインタラップをトリガして、回転角測定信号を例えば増分若しくはインクリメントによって追従させるようになっている。

基準・回転角位置の達成に際して、磁気式検出器８のセンサー信号（以下において、クランク軸・センサー信号とも称する）に基準マークを形成する。このことは、クランク軸・歯環９が基準・回転角位置に、ほかの歯間よりも幅広い溝を有していることによって達成される。クランク軸・センサー信号内の基準マークを検出すると直ちに、第２の回転角測定信号を基準・回転角位置に設定された値にセットする。次いで第２の回転角測定信号は、クランク軸・センサー信号の特性線の上昇若しくは降下（状態変化）の発生に際して追従操作される。

電動モータ４として１つのECモータを用いてあり、該モータの回転子の周囲に、順次に互いに磁極の逆向きの一列のマグネットセグメントを配置してあり、マグネットセグメントはギャップを介して固定子の各歯と互いに磁気的に作用するようになっている。固定子の歯は巻線を備えており、巻線は制御装置を介して給電されるようになっている。

固定子に対するマグネットセグメントの相対的な位置、ひいては調節軸回転角は、測定装置を用いて検出されるようになっており、測定装置は固定子に複数の磁場センサー１０を有しており、磁場センサーは固定子の周方向に互いにずらして配置されており、磁場センサーによって回転子（ロータ）の回転毎に複数のマグネットセグメント・センサー・組み合わせを形成するようになっている。磁場センサー１０はそれぞれデジタルのセンサー信号を生ぜしめ、デジタルのセンサー信号は磁場センサーの数に相当する一連のセンサー信号・状態を生ぜしめ、一連のセンサー信号・状態はロータの機械的な一回転毎に繰り返される。デジタルのセンサー信号は以下において調節軸・センサー信号とも称される。

内燃機関の始動に際して、ロータ若しくは調節軸によってちょうど占められている位置に依存することなく、位置測定信号は、位置測定信号・スタート値にセットされる。次いで調節軸は回転させられて、調節軸・センサー信号の状態変化に際して制御装置の作動プログラムにインタラップをトリガして、これによって位置測定信号は追従操作させるようになっている。

カム軸回転角のための基準信号発信器として誘導式のセンサー１１を設けてあり、誘導式のセンサーは、カム軸３に配置されたトリガ・ギア１２と協働するようになっている。誘導式のセンサー１１によってトリガ・ギア１２の歯面を検出すると、制御装置の作動プログラムにインタラップをトリガし、これによってクランク軸回転角及び調節軸回転角は位相角の調節にとって後の処理のために一時的に記録される。

クランク軸に対するカム軸の相対的な回転角位置は、以下において位相位置とも称される。位相位置は、内燃機関のピストン運動中の弁開放の時点を示している。弁開放の時点は次のように規定されており：

この場合に、ψcnk(t) は時点ｔにおけるクランク軸回転角であり、ψcan(t) は時点ｔにおけるカム軸回転角である。

内燃機関の始動に際して必要に応じて、できるだけ急速に位相角の目標位置を調節するようになっている。このことは１つの基準角を用いて行われ、それというのは位相角は、
基準・回転角位置のマークとしての歯溝若しくは歯を見出し、かつカム軸の歯面を識別した場合にようやく検出されるからである。

内燃機関の始動の後にまずストッパ移動を実施し、この場合に２つの手段を考えることができる。
ａ）ストッパ部材は電動モータ４を用いて所定の力で対向ストッパ部材に向けて、基準位置を達成するまで制御される。
ｂ）位相速度を、基準位置が達成されるまで所定の目標位相速度に調節する。

位相角はストッパ移動中に２つの部分に分けられ：

この場合に、

は、ストッパ移動段階の始端部におけるクランク軸回転角であり、

は、ストッパ移動段階の始端部におけるカム軸回転角であり、

は、ストッパ移動段階の始端部における位相角であり、

は、ストッパ移動段階の開始から現在の時点ｔまで進んだ若しくは調節された位相角であり、該位相角は、始端部位相角に関する位相角の相対的な割合とも称される。

電動モータ４のロータの回転角のための測定装置は、カム軸３の誘導式のセンサー１１よりも高い分解能を有しているので、カム軸３の回転角は直接に求められるのではなく、調節伝動装置１の伝動比計算式によって位置測定信号から算出されてよい。このために式（１）から、位相角の相対的な割合の決定のための次の式が導き出される：

この場合に、

は、ストッパ移動段階の始端部における電動モータのロータの回転角であり、

は、ストッパ移動段階の始端部から現在の時点ｔまでのロータの回転角である。

内燃機関の始動の際にはε⁽⁰⁾は未知である。したがって始動の段階の現在の時点ε(t)も未知である。始動の段階にとって位相角の相対的な割合のみを必要としている。この相対的な割合は、前記手段ｂ）を用いる場合に、位相速度を算出するために使用され、位相速度はストッパ移動の際の位相速度制御に必要である。さらに、基準位置を見出すまでの位相角の相対的な割合を使用する。基準位置を達成すると、位相角並びにその相対的な割合は、電動モータがまだ同じ方向に給電されていてもほぼ一定に保たれる。

位相角信号の変化速度の、基準位置の達成の際に生じる減少を検出し、かつこれによって基準位置を識別することに基づき、位相角は目標値としての基準位置及び実際値としての回転角測定信号を用いて調節されて、目標値信号としての第２の回転角測定信号での位相角の調節のための後で詳細に述べる条件は満たされる。位相角はここでも再び２つの部分に分けられ：

この場合に、ε_HStopは基準ストッパにおける位相角であり、ε_Rel(t)は、実際値信号としての第１の回転角測定信号を使用する調節段階の開始から現在の時点ｔまでに進んだ若しくは調節された位相角である。この位相角は、基準位置に対する位相角の相対的な割合でもある。このような位相角の相対的な割合は次の式で算出され：

この場合に、

は、実際値信号としての第１の回転角測定信号を使用する調節段階の始端部における電動モータ・ロータの回転角であり、

は、実際値信号としての第１の回転角測定信号を使用する調節段階の始端部における電動モータ・ロータの回転角であり、

は、実際値信号としての第１の回転角測定信号を使用する調節段階の開始から現在の時点ｔまでの電動モータ・ロータの回転角であり、

は、実際値信号としての第１の回転角測定信号を使用する調節段階の開始から現在の時点ｔまで算出されたクランク軸・回転角である。

クランク軸・センサー信号内の基準マーク及びカム軸・基準信号を検出し、かつ内燃機関の回転数５００回／分を越えて、可能性のある領域の位相角を達成することに基づき、位相角は実際値信号としての第２のクランク軸・回転角測定信号を用いて調節される。この調節の段階中には位相角は次の式で求められ：

この場合に、

は、基準マークの最後の識別から現在の周期的なインタラップまでの電動モータ・回転角であり、

は、基準マークの最後の識別から現在の周期的なインタラップまでのクランク軸・回転角であり、

は、基準マークの最後の識別から最後の周期的なインタラップまでの電動モータ・回転角であり、

は、基準マークの最後の識別から最後の周期的なインタラップまでのクランク軸・回転角であり、

は、各周期的なインタラップで算出されてカム軸・基準信号の生じる時点までのクランク軸・回転角に等しい位相角である。

５００回／分の回転数・閾値は次のために用いられ、つまり位相角・調節は、目標値信号としての第２の回転角測定信号を用いて、クランク軸・歯環９の歯の歯面、基準マーク及びカム軸・基準信号が確実に認められるモータ回転領域でのみ行われるようになっている。さらに位相角・調節は、第２のクランク軸・回転角測定信号を用いて算出された位相角が調節装置の調節領域にある場合に、実際値信号としての第２の回転角測定信号を用いて実施される。発生し得る可能性のある位相角は、ハードウエア欠陥（例えばストッパ故障）、測定信号検出エラー（例えばクランク軸・歯環９の誤った歯面検出）、若しくは信号処理（基準マークの誤った識別、回転角測定信号の誤った追従操作など）に起因するものである。このような支障は、適切な非常手段によって処理される。

前述の手段は次のようにまとめられ：
ａ） エンジン始動の後（つまり、始動・信号がゼロから１にはね上がった後）クランク軸・回転数測定値が検出されるまで：２０％のパルス幅・変調状態で基準位置の方向へ電動モータ４を制御する。
ｂ） クランク軸・回転数測定値を検出した後に、電動モータ４は、約３０％のパルス幅・変調割合に関連する少なくとも１つの運転パラメータを用いて、基準位置の方向へ所定の速度及び所定の限度の作動電流及び作動電圧で位置決めされる。このため並びにストッパ識別のために、位相角は式（３）を用いて算出される。このような調節の段階は、ストッパが達成されて識別されると終了され、若しくは位相位置・調節のための条件が目標値信号としての第２のクランク軸・回転角信号で満たされると中断される。
ｃ） 基準位置を識別した後に、位相角は基準位置に関連して調節される。このためにストッパにおける位相角は既知であらねばならない。現在の位相角は式（４）及び式（５）を用いて算出される。このような調節の段階は、ストッパが達成されて識別されると中断され、若しくはストッパが達成されていないものの、位相位置・調節のための条件が目標値信号としての第２のクランク軸・回転角信号で満たされると中断される。
ｄ） 目標値信号としての第２のクランク軸・回転角信号を用いて行われる位相位置・調節は、次の条件が満たされると実施され：内燃機関の機関回転数が５００回／分よりも大きいか、若しくは等しい場合、基準マークが識別された場合、第２のクランク軸・回転角信号を用いて算出された位相角が想定可能な領域にある場合である。このような調節のために位相角は式（６）で算出される。

次に、本発明の方法を図４乃至図８に示してあるシミュレーション例に基づき説明する。この場合にストッパ移動のために位相速度調節の手段を用いてある。

時点ｔ＝０．０２ｓ（秒）で内燃機関は始動される。機関回転数は、時点ｔ＝０．２ｓで８００回／分の値を達成し、ここからシミュレーションの終端まで一定に維持される。時点ｔ＝０．０３７５ｓでストッパ移動は開始され（SCam=4）、それというのはこの時点で５０回／分の機関回転数が達成されるからである。これに対して、機関始動位置に関連したクランク軸・回転角は７°の値であり、電動モータの回転角は０°の値である。これらの値は、式（３）に基づく位相角の算出のための基準角

として用いられる。時点ｔ＝０．０８ｓでストッパを達成した後に、２５ｍｓを経過して、ストッパは識別される（ｔ＝０．１０５ｓ）。ストッパ移動にとってクランク軸の１４８°の始端位相角を想定してある。

ｔ＝０．１０５ｓから、位相角は基準位置に依存して調節される（SCam=5）。クランク軸・回転角（ψ_Cnk＝１０６°）及びロータ・回転角（ψ_Em＝２１３．５°）であるこの値は、基準位置に依存した位相角の調節段階で式（５）に基づく位相角の算出のための基準角ψ_Cnk,HStop及びψ_Cnk,HStopとして用いられる。この場合に基準位置における位相角は１５４°であり、式（４）参照。

目標値信号としての第２のクランク軸・回転角信号を用いて行われる調節は、ようやくｔ＝０．２３７５ｓで開始され（SCam=6）、この場合に５００回／分の回転数閾値はｔ＝０．１３５ｓで達成されており、第１の基準マーク並びにカム軸・基準信号の特性線の勾配はｔ＝０．１２５ｓで識別又は認識されている。この段階の始端部では、第２の回転角測定信号を用いて算出された位相角ε_Absは１０７．５°の値であり、カム軸・基準信号の特性線の勾配の次の発生（ｔ＝０．３９ｓ）に際して１１９．５°の値である。

本発明は、往復ピストン式の内燃機関のクランク軸５に対するカム軸３の回転角位置の調節のための方法に関している。クランク軸５は、調節伝動装置１を介してカム軸３に駆動結合されており、調節伝動装置は、クランク軸に固定された入力軸、カム軸に固定された出力軸、及び電動モータ４に駆動結合された調節軸を備える三軸式伝動装置として形成されている。入力軸にストッパ部材６を結合してあり、カム軸３に対向ストッパ部材７を結合してあり、対向ストッパ部材は少なくとも１つの基準位置でストッパ部材６と協働するようになっている。内燃機関の始動過程に際して、調節軸の回転角のための位置測定信号及びクランク軸・回転角測定信号は検出される。回転角測定信号、位置測定信号及び三軸式伝動装置の装置特性値を用いて、カム軸３の、クランク軸５に対して相対的である、始動位置に依存した回転角位置のための位相角信号は決定される。ストッパ部材６を対向ストッパ部材７に向けて位置決めして基準位置の達成を検出した後に、基準位置に対する相対的な位相角を求めて、目標信号に調節しつまり目標値に近づける。

クランク軸とカム軸との間の位相位置の調節のための装置を備えた内燃機関の一部分の概略図 カム軸・調節装置の斜視図 クランク軸に対するカム軸の位相位置の調節のための状態信号のグラフ 内燃機関の概念的な回転数推移のグラフ 実際の位相角及び回転角のための目標値信号のグラフ 基準位置に関連した位相角信号のグラフ 実際のクランク軸・回転角及びクランク軸・回転角のための測定信号のグラフ 電動モータの実際の回転角のグラフ、

符号の説明

１ 調節伝動装置、 ２ カム軸ギア、 ３ カム軸、 ４ 電動モータ、 ５ クランク軸、 ６ ストッパ部材、 ７ 対向ストッパ部材、 ８ 磁気式検出器、 ９ 歯環、 １０ 磁場センサー、 １１ センサー、 １２ トリガ・ギア

Claims (11)

1. 往復ピストン式の内燃機関のカム軸（３）の、クランク軸（５）に対する相対的な回転角を、殊に内燃機関の始動過程中に調節するための方法であって、クランク軸（５）を調節伝動装置（１）によってカム軸（３）に駆動結合してあり、前記調節伝動装置を、クランク軸と相対回動不能に結合された入力軸、カム軸と相対回動不能に結合された出力軸、及び電動モータ（４）と駆動結合された調節軸から成る三軸式伝動装置として形成してある形式のものにおいて、
   ａ）回転角測定信号を回転角測定信号・スタート値にセットし、
   ｂ）クランク軸（５）を回転させて、クランク軸・センサー信号を検出し、クランク軸・センサー信号はクランク軸（５）の回転角変化に際して信号の状態を変化させるものであり、
   ｃ）クランク軸・センサー信号の状態変化の発生に際して回転角測定信号を追従操作し、
   ｄ）位置測定信号を位置測定信号・スタート値にセットし、
   ｅ）調節軸を回転させて、調節軸・センサー信号を検出し、
   調節軸・センサー信号は調節軸の回転位置の変化に際して信号の状態を変化させるものであり、
   ｆ）調節軸・センサー信号の状態変化の発生に際して位置測定信号を追従操作し、
   ｇ）回転角測定信号、位置測定信号及び三軸式伝動装置（１）の伝動装置特性値を用いて、クランク軸（５）に対する、カム軸（３）の始動位置に関する回転角位置のための位相角信号を検出し、
   ｈ）クランク軸（５）とカム軸（３）とを所定の基準位置で互いに締め付けて、基準位置の達成を検出し、
   ｉ）基準位置の検出によって、位相角信号を、所定の基準位置に対応して規定された基準値にセットし、
   ｋ）次いで位相角信号を、回転角測定信号及び／又は位置測定信号の状態変化に際して追従操作し、
   ｌ）位相角を調節することにより基準位置に関連して得られた位相角信号を、目標値信号と比較して、位相角・偏差の生じている場合に電動モータ（４）を起動制御することによって、位相角・偏差を減少させることを特徴とする、往復ピストン式の内燃機関のクランク軸とカム軸との間の相対的な回転角を調節するための方法。
2. クランク軸（５）とカム軸（３）とを互いに締め付けるために、入力軸と結合されたストッパ部材（６）を、カム軸（３）と結合された対向ストッパ部材（７）に向けて位置決めする請求項１に記載の方法。
3. クランク軸（５）とカム軸（３）とをばね部材によって互いに締め付ける請求項１又は２に記載の方法。
4. 基準位置の達成を、位相角信号の速度変化量の変化に基づき検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. クランク軸（５）の予め規定された基準・回転角位置の達成に際してクランク軸・センサー信号に基準マークを形成し、かつ基準マークの検出に際して第２の回転角測定信号を、前記基準・回転角位置に対応して規定された値にセットし、かつ前記第２の回転角測定信号を、前記クランク軸・センサー信号の状態変化の発生に際して追従操作し、かつカム軸（３）の予め規定された回転角位置の達成に際してカム軸・基準信号を形成し、かつ回転角測定信号及び位置測定信号の、前記カム軸・基準信号の形成された際に生ぜしめられる測定値を規定し、かつ該測定値及び伝動装置特性値を用いて絶対的な位相角信号のための値を決定し、次いで内燃機関の回転数を測定して所定の回転数閾値と比較して、該回転数閾値の越えられている場合に位相角の調節を、実際値信号としての前記絶対的な位相角信号に基づき引き続き行う請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 絶対的な位相角信号を、予め規定された領域の値と比較して、絶対的な位相角信号が予め規定された領域の値である場合にのみ、位相角の調節を絶対的な位相角信号で引き続き行う請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. まずクランク軸（５）の回転数のための少なくとも１つの回転数測定値を検出して、次いで位相角の調節を絶対的な位相角信号で引き続き行う請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. ストッパ部材（６）を対向ストッパ部材（７）に向けて位置決めする前に、電動モータ（４）を、所定のパルス・中断割合を有するパルス幅変調によって基準位置に向けて制御する請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. パルス・中断割合を、回転数測定値の検出に依存して変化させ、この場合に回転数測定値が検出されると直ちにパルス・中断割合を増大する請求項８に記載の方法。
10. ストッパ部材（６）を対向ストッパ部材（７）に向けて位置決めする前に、位相角信号を、位相速度信号の形成のために微分して、形成された位相速度信号を位相速度信号・閾値と比較し、位相速度信号が閾値よりも大きい場合に、若しくは位相速度信号を目標値信号と比較して偏差の生じている場合に電動モータ（４）を起動制御して、偏差を減少させる請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 電動モータ（４）の運転電流及び／又は運転電圧及び／又は回転数を、基準位置の達成が検出される前に、制限し及び／又は調節する請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。

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