JP2013532791A

JP2013532791A - 往復ピストン機関の作動方法

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Publication number: JP2013532791A
Application number: JP2013520982A
Authority: JP
Inventors: マルク・ヴォディシェック; シモーネ・ノヴァーク; ベルント‐ハインリッヒ・シュミットフランツ; ティルマン・レームへルド; ミヒャエル・ヴァーゲンプラスト; ディーター・ノヴァーク
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-06-11
Publication date: 2013-08-19
Also published as: EP2598734A1; CN103026030A; DE102010032486A1; US20130333670A1; WO2012013262A1

Abstract

本発明は、特に自動車の往復ピストン機関の作動方法に関し、ピストンが並進的に移動可能に支持されている往復ピストン機関の少なくとも１つのシリンダの圧縮比がこのシリンダに対応する調整装置（３８）によって調整され、調整装置（３８）のガイド（４１）に移動可能に保持されている調整部品（３６）、特に制御ピストン（３６）が少なくとも２つのポジション間で動かされ、調整された圧縮比は、少なくとも１つの検知装置（５０）によって検知され、前記ポジションのうち少なくとも１つを特徴づける信号の少なくとも１つに応じて検出される。
【選択図】図３

Description

本発明は、請求項１の前提部分に示されている種類の往復ピストン機関の作動方法に関する。

文献１は、往復ピストン機関におけるシリンダ圧縮比を可変調整する装置の機能モニタ方法を開示している。この場合、シリンダ圧縮比を変更する装置の制御前と制御後に、シリンダ圧縮比の変更に反応するエンジン作動パラメータが検知される。次に、これら両方のエンジン作動パラメータの値を比較して、エンジン作動パラメータに変化が起こっているかどうかが確定される。この場合、エンジン作動パラメータの変化は、シリンダ圧縮比を可変調整する装置が正しく機能していることを示す指標となる。

文献２から、圧縮終圧を変更する装置が装備された内燃機関のスタートフェーズ中に、シリンダ圧縮比を制御する方法が知られている。内燃機関のスタータがオンになる前に、内燃機関のスタートの妨げとなる１つ又は複数の基準が点検される。スタートの妨げとなる少なくとも１つの基準が満たされている場合、少なくとも１つのシリンダのシリンダ圧縮比が規定された最小値まで低下し、エンジン回転数が規定の限界値まで上昇すると、シリンダ圧縮比が上昇する。

文献３から、エンジンのエアインレット制御装置が知られており、この装置は、インレットエアの量を可変調整するためのメカニズムを含み、このメカニズムは、エンジンに流れ込むフレッシュエアの量を制御する。さらに、圧縮比を可変調整するためのメカニズムが設けられており、このメカニズムはエンジンの圧縮比を可変制御する。センサによってエンジンの作動条件並びに圧縮比が検知され、制御装置は、これらのセンサと、インレットエア量を可変調整するためのメカニズムと、圧縮比を可変制御するメカニズムとに接続できるように設計され、圧縮比並びにエンジンの作動条件に応じてインレットエア量を可変調整するメカニズムを制御する。

文献４は、内燃機関の作動状態に応じて、少なくとも第１の高レベルと第２の低レベルとの間で内燃機関の圧縮比を変更するメカニズムを備えた、内燃機関の圧縮比制御装置を開示している。さらに、現在の圧縮比を特定する圧縮比測定装置も設けられている。さらに、この装置には、圧縮比測定装置の機能不良を特定するセンサエラー検知装置、並びにこのセンサエラー検知装置が圧縮比測定装置の機能不良を特定した場合、圧縮比を低レベルに変更して維持する保護装置も含まれている。

文献５から、特性マップによって制御される可変圧縮比をもつ内燃機関が知られており、この内燃機関は、負荷検知、負荷要求検知並びに圧縮比調整アジャスタを含んでいる。さらに、時間信号ジェネレータに接続されているエンジンコントローラも設けられ、このエンジンコントローラは、内燃機関の部分において、調整すべき可変圧縮比を検知するため、内燃機関の負荷の少なくとも一部を検知する信号ケーブルを有している。さらに、この内燃機関は、エンジンコントローラ内に組み込まれているコンパレータを含み、このコンパレータは、信号ケーブルを介して伝達される信号から、少なくとも負荷に関して、最低でも、規定可能な特性マップの値に合わせて最適な圧縮比を検出する。

文献６は、作動中の往復ピストン機関の瞬時の圧縮比自動検出方法を開示しており、往復ピストン機関は、変更可能な圧縮容積と測定可能なクランク角とを有し、センサと相対的に動くピストンドライブの構成部品によって信号が生成され、この信号によって、クランク角に関係しているトリガ角が特定され、このトリガ角は瞬時の圧縮比検出に一緒に組み込まれる。

文献７は、クランクシャフトと少なくとも１つのピストンとを備える内燃機関の可変圧縮比検知装置を開示しており、この装置には可変圧縮比をもつコンロッドが含まれ、このコンロッドを介してピストンとクランクシャフトとが接続されている。この場合、コンロッドは、圧縮比を調整するための多数の個々の状態を有している。信号を生成するためのデジタル出力センサが設けられ、この信号は、コンロッドの特定の状態に該当する値を有している。この場合、センサには、高い圧縮比に該当する長い信号を発生させるホールセンサが含まれている。このホールセンサは、低い圧縮比に該当する短い信号を発生させる。

これらの周知の往復ピストン機関及び方法は、往復ピストン機関の調整された圧縮比をより精密に調整する能力を有している。

独国特許出願公開第１９９５５２５０Ａ１国際特許出願公開第０１／３４９４８Ａ１欧州特許出願公開第１４３１５９Ａ２独国特許出願公開第３８２５３６９Ａ１独国特許出願公開第１０２００４０３１２８８Ａ１独国特許出願公開第１０２００６０３３０６２Ａ１米国特許第６８５７４０１Ｂ１

従って、本発明の課題は、圧縮比のより精密な調整を可能にする往復ピストン機関の作動方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を備える往復ピストン機関の作動方法によって解決される。本発明の有用かつ自明でない発展形態を備える有利な実施形態は、その他の請求項に示されている。

特に自動車の往復ピストン機関のそのような作動方法の場合、ピストンが並進的に移動可能に支持されている往復ピストン機関の少なくとも１つのシリンダの圧縮比がこのシリンダに対応する調整装置によって調整され、調整装置のガイドに移動可能に保持されている調整部品、特に制御ピストンが少なくとも２つのポジション間で動かされる。本発明に基づき、少なくとも１つの検知装置によって検知される２つのポジションのうち少なくとも１つを特徴づける信号の少なくとも１つに応じて、この調整された圧縮比が検出される。本発明に基づく方法により、調整部品の少なくとも１つのポジション、特に少なくともほぼ全てのポジションを検知することによって、対応するシリンダの調整された圧縮比を非常に精密に検出することが可能となる。圧縮比の検出には、必要に応じて、例えばテコ比、距離比及び／又はアングル比などのその他の値、並びにその他の三角法の関係が考慮される。この観点において、圧縮比の調整を制御し、段階的又は継続的に行うために、圧縮比の精密な検出を利用することにより、圧縮比を精密かつ適切に調整することが可能となる。

本発明に基づく圧縮比の検出により、実際圧縮比として設定した圧縮比と、設定すべき望ましい目標圧縮値とを比較することも可能である。例えば、往復ピストン機関の耐用年数が非常に長い場合に摩耗によって生じる可能性がある実際圧縮比と目標圧縮比との相違は、適切な対抗策を講じて、この相違を補正することができる。ここでは、例えば後調整が実施されるため、調整された実際圧縮比は少なくともほぼ望ましい目標圧縮比と一致している。このことにより、非常に効率の良い、排気ガス及びエネルギー消費の少ない、特に燃費の良い往復ピストン機関の作動が可能となり、このことは耐用年数並びに作動時間が非常に長い場合にも同様に可能である。

この場合、同様に、ポジション間で調整部品が進んだ距離、すなわち調整部品の行程が検知装置によって検知され、このことは圧縮比の精密な検出及びそれによる精密な調整に有利に働く。

すでに述べたように、この調整部品は、例えば制御ピストンとして形成され、この制御ピストンはコントロールロッド並びにこのコントロールロッドに接続されているピストンを含み、このピストンは、作業媒体が加えられる調整装置のシリンダ内をスライドできるように配置されている。この場合、シリンダは調整装置のガイドを形成する。制御ピストンは、例えば液圧ピストンとして形成され、シリンダにハイドロリック液体が加えられることによって作動可能であり、ハイドロリック液体のシリンダ内への供給及びシリンダからの排出は電磁石などによって制御される。

そのようなアクティブな調整に対してパッシブな調整も可能であり、パッシブな調整の場合は、ピストンが往復ピストン機関のガス及び質量力によって動き、この力は、例えばシリンダ内のピストンを介して制御ピストンに作用し、それによって調整装置のピストンに作用する。調整装置のピストンは、作業媒体と、この作業媒体のラインを開放又は閉鎖するコントロールエッジ付きコントロールスライダ等のその他のコントロールバルブにより作動するチェックバルブなどのバルブ装置と、によって望ましい移動方向に開放され、望ましい移動方向と逆の方向へはブロックされるか、又は完全に固定される。これは、ある種の液圧式ワンウェイクラッチである。この実施形態は、追加のエネルギー消費なしに、もしくは極めて僅かな追加のエネルギー消費だけで、望ましい圧縮比が調整可能であるという利点をもつ。

調整部品は電磁石又は電磁石の部品として形成されているため、圧縮比を調整するのに、そのような電磁石の作動原理を用いて調整部品を作動させることも同様に可能である。

さらに、制御ピストンを空気圧ピストンとして形成することも可能であり、この空気圧ピストンは、シリンダに圧縮空気を加えることによって作動可能である。シリンダの負荷、すなわち圧縮空気のシリンダ内への供給又はシリンダからの排出は、この場合、電磁石によって制御又は調整することができる。

この観点において、そのような電磁石を使用する場合の利点により、とりわけ迅速に調整部品を調整することが可能になり、それによって、圧縮比を、必要に応じて変化する往復ピストン機関の変更作動ポイント又は現在の作動ポイントにとりわけ迅速かつ適切に適合させられるという利点が生じる。

この場合、調整部品のポジションの検知により、実際に望ましい圧縮比に調整されているかどうかを点検することが可能である。もし調整が行われていなかった場合、必要に応じて、望ましい圧縮比に調整され、調整部品がそのために必要なポジションを取るまで再制御又は再調整を行うことができる。従って、調整部品が必要なポジションを取ることにより、例えば摩耗などによる堆積物といったネガティブな影響を与える要素を補正することができる。このために、例えばポジションを特徴づける信号が、往復ピストン機関のコントロール又は制御装置などに保存されている１つ又は複数の特性値と比較され、相違があるかどうか、又はそのような相違が上下限界値を超過しているかどうかが点検される。

本発明の有利な実施形態では、検知装置が少なくとも１つのセンサ部品、特に磁石及び特に永久磁石と、それに対応する検知部品、特に検知プレートとを含み、センサ部品は例えば調整部品に配置され、検知部品は往復ピストン機関のハウジングに配置されており、このハウジングに対して、調整部品とガイドとが相対的に旋回軸を中心に一緒に旋回することができる。同様に、検知部品を調整部品に配置し、センサ部品をハウジングに配置することも可能である。言い換えると、往復ピストン機関が作動する場合、検知部品とセンサ部品とは互いに相対的に動く。なぜなら、調整装置及び調整部品は往復ピストン機関の作動中に運動し、例えば往復ピストン機関のクランクシャフトのクランクピンに支持されている横レバーと共に動き、ハウジング、特に往復ピストン機関のクランクケース及び／又は調整装置を取り囲むハウジングと相対的に動くからである。このことにより、調整部品のポジションを特に精密に検知することができ、その結果、特に精密かつ適切な圧縮比の調整が可能となり、このことが、効率の良い、排気ガス及びエネルギー消費の少ない往復ピストン機関の作動をもたらす。

検知装置がホールセンサを含み、このホールセンサに検知部品及びセンサ部品が割り当てられている場合、特に精密かつ確実にポジションを検知することができるため、その結果、特に精密に圧縮比を検出及び調整することができるという利点が生じる。

特に好ましい本発明の実施形態では、検知部品及び／又はセンサ部品が、特に旋回軸に対して凸形に湾曲して形成されている。このことは、検知部品及びセンサ部品の相対運動、特に相対的な旋回によって角度誤差が生じたために圧縮比の検知にネガティブな影響が及ぶのを防止又は縮小する。このことはポジションの精密な検知に有利であり、従って圧縮比の特に精密な検出に極めて有利に働く。センサ部品及び／又は検知部品の湾曲が旋回運動に一致している場合は、圧縮比の特に精密な検出が可能であり、この場合、例えば湾曲の中心点は旋回軸上にある。これにより、検知部品及びセンサ部品の相対運動時の角度誤差がなくなるか、又は極めて僅かしかないことから、結果として、調整部品のポジションが非常に正確に検知される。

特に有利であるのは、センサ部品の磁界が、特に旋回軸に対して凸形に湾曲して形成されており、特に、湾曲の中心点が旋回軸上にあることから、湾曲はセンサ部品と検知部品の相対運動、特に相対的な旋回に一致している。これにより、調整部品のポジションが非常に精密に検出され、結果として圧縮比が極めて正確に検出できることから、検出された圧縮比を好ましい圧縮比の調整に利用することにより、圧縮比を調整装置によって非常に正確かつ適切に調整することが可能になる。

もう１つの実施形態では、検知装置が、反射部品、特に反射プレートを含む光学的検知装置である。光学的検知装置のセンサ部品は光線を放射し、この光線は反射部品によって反射し、検知部品によって検知される。調整部品のポジションは、例えば、放射されてから反射部品によって反射する光線が検知部品によって検知されるまでの時間に応じて特に迅速かつ精密に検知することができ、その結果、圧縮比を極めて正確かつ同様に迅速に検出することができる。このことは、特に、往復ピストン機関の作動ポイントが素早く変化し、それに応じて圧縮比を速やかに調整し、速やかに変更しなければならない場合でも、圧縮比をとりわけ迅速に検知及び調整できるという点で有利である。検知装置又はセンサ部品と同様に、反射部品も調整部品又はハウジングなどに配置され、このハウジング部分では調整部品又は調整装置が少なくとも往復ピストン機関の作動中に運動する。

信号がクランク角度（°ＫＷ）とも呼ばれる往復ピストン機関のクランクシャフトの回転ポジションと同期し、それによってポジション又はこのポジションを特徴づける信号がクランク角度に関して出力される場合、これによって、調整部品の検知ポジションが明確に圧縮比に割り当てられ、曖昧性が回避されているため、極めて正確に圧縮比を検出することができる。センサ部品及び／又は検知部品が湾曲している場合でも、調整部品のポジションを特徴づける信号を出力することができ、この信号は調整部品の実際のポジションから僅かだけ逸脱している。検知されたクランクシャフトの回転ポジション（クランク角度）は、検知部品又は調整部品上の位置を明確に特徴づけており、このことによって、上述の逸脱を補正することが可能となる。

検知されたポジションの実際ポジションからの逸脱は、例えばテストによって検出することができ、往復ピストン機関の制御又はコントロール装置の特性マップなどに保存されて分かっているため、このエラーは、検知されて判明している回転ポジションに応じて補正され、調整部品の検知ポジションを、実際のポジションに少なくとも大部分適合させるか、又は一致させることができる。

検知された回転ポジションに応じて、特性マップから例えば補正値が読み出され、検知されたポジションはこの補正値を使って修正される。この場合、調整部品のポジション検知により、調整部品のポジションが少なくともほぼ特定の範囲内にあり、調整装置又は調整部品が適切に機能しているかどうかを確認することができる。ポジションがこの範囲外にある場合、このことは調整部品の機能不良を示しているため、該当する対策を講じることによって、往復ピストン機関又は調整装置の作動障害、又は不適切に高いエネルギー消費及び排気ガス量による往復ピストン機関の作動を回避することができる。従って、調整部品のポジション検知は、クランクシャフトの回転ポジションに応じて、特に前述の補正による極めて精密なポジションの検知と、それによる特に精密な圧縮比の調整とを可能にする一方で、調整装置又は調整部品が適切に機能しているかどうかの確認も可能にしている。

このことにより、ヒステリシス補正が実現され、このヒステリシス補正によって、実際のポジションからの調整部品のポジションの逸脱が補正される。このことは、特に、いわゆる調整部品のエンドストッパの部分で有利である。これらの部分は、往復ピストン機関の作動中に動くか、又は旋回軸を中心に旋回している調整部品の運動範囲、特に旋回範囲のそれぞれの端部である。これらの端部では、場合により、特に大きな逸脱が生じることがある。さらに、このヒステリシス補正は、圧縮比を最大又は最小に調整するために、調整部品がその最大又は最小の行程を有し、最大まで中に入っているか、又は外に出ている場合に有利である。そのような最大又は最小行程においても、場合によっては比較的大きな逸脱が生じることがある。これらの逸脱はヒステリシス補正によって調整することができる。

好ましくは、ポジションを特徴づける信号の、特に、往復ピストン機関の制御又はコントロール装置へのアナログ伝達が実施され、このことは、非常に高いサンプリングレートをもつ連続的な信号伝達が可能になるという利点があり、この連続的な信号伝達は、ポジションの精密な検知と、それによる圧縮比の精密な検出とに有利に働く。

すでに述べたように、信号によって検出された調整部品のポジションが、特性マップ、表などにおいて規定されているポジションからの逸脱を修正され、信号によって検出されたポジションが少なくともほぼ実際ポジションに適合している場合、特に精密な圧縮比の検出と、それによる精密な圧縮比の調整とが可能となる。この修正及び適合は、逸脱が、検知装置による信号の生成に応じて、及び／又は往復ピストン機関の制御又はコントロール装置への信号の伝達所要時間に応じて、及び／又は信号の評価所要時間に応じて、及び／又は往復ピストン機関の制御又はコントロール装置の算出性能に応じて修正及び適合される場合、非常に正確に実施することができる。

信号又はその生成及び検知に負の影響を与えるような障害は、モデルベースのフィルタリングによって補正することができる。そのようなモデルベースのフィルタリングによって、往復ピストン機関又は調整装置の非現実的なダイナミクスは往復ピストン機関又は調整装置を特徴づける現在の値として考慮されず、圧縮比の検出が損なわれないことを確実なものにする。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施形態及び図に基づく以下の説明に示されている。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。

多数のシリンダとそれらのシリンダに割り当てられているピストンとを備える往復ピストン機関のクランクシャフトドライブの概略側面図であり、クランクシャフトドライブにより、それぞれのシリンダの圧縮比はシリンダ個々に、互いに独立して調整可能である。圧縮比を調整する調整装置の制御ピストンのポジションを検知するための原理図と、図１によるクランクシャフトドライブの概略部分側面図である。その磁界のように湾曲した状態で形成されている、調整装置の検知装置の双極性センサプレートを備える、前述の図によるクランクシャフトドライブの実施形態の概略側面図である。図３による湾曲したセンサプレート並びに湾曲した磁界の概略図である。調整装置の運動時における、図３によるセンサプレートの湾曲した磁界の経過図と、反対に、調整装置のそのような運動の直線的磁界の経過図である。図３によるセンサプレートによって検知された調整装置のポジションの、実際ポジションからの逸脱を補正するための原理図である。

図１は、自動車の往復ピストン機関のクランクシャフトドライブ１０を示し、この往復ピストン機関は多数のシリンダを含んでいる。クランクシャフトドライブ１０に対応する往復ピストン機関のこれらのシリンダの１つに関し、図１を用いて、クランクシャフトドライブ１０の概要を説明する。このクランクシャフトドライブ１０及びシリンダについての説明は、往復ピストン機関のその他の、特にその他の全てのシリンダに同様に当てはまることは自明である。

このクランクシャフトドライブ１０はメインベアリング位置を有するクランクシャフト１２を含み、クランクシャフト１２は、メインベアリング位置を介して往復ピストン機関のクランクケースの中に支持されている。さらに、クランクシャフト１２はクランクウェブを有しており、図１にはそのようなクランクウェブ１４の１つが示されている。さらに、クランクシャフト１２はクランクピンを有しており、図１にはそのようなクランクピン１６の１つが示されている。この場合、クランクピン１６は、往復ピストン機関のシリンダに対応している。同様に、その他のクランクピンも往復ピストン機関のそれぞれ１つのシリンダに対応している。

さらに、クランクシャフトドライブ１０は横レバー１８を含み、この横レバーは、第１のレバーエレメント２０並びに第２のレバーエレメント２２を含み、これらはネジ止めなどによって互いに接続されている。この場合、横レバー１８はクランクピン１６に対して回転軸２５を中心に回転可能にクランクピン１６に支持されており、例えば往復ピストン機関の作動中に、クランクシャフト１２の回転に伴ってストローク運動を実施する。

この横レバー１８は、クランクシャフトドライブ１０のコンロッド２６をヒンジで支持している第１のベアリング位置２４を有している。この場合、コンロッド２６は回転軸２８を中心に回転することができる。図１から分かるように、回転軸２８は、回転軸２５からクランクピン１６の半径方向に、第１の距離ｈ１の分だけ離れている。

クランクシャフトドライブ１０は同様にピストン３０を含み、このピストンは、クランクピン１６に対応しているシリンダに対応し、このシリンダ内ではピストン３０が直進運動できるように収納されている。ピストン３０は、もう１つのベアリング位置３２を介してコンロッド２６とヒンジで接続されている。ピストン３０がピストンピンによってコンロッド２６に固定されている場合、ピストンピンは該当する固定リングによってピストンピンの軸方向にピストン３０の中に固定されている。燃焼プロセスによってピストン３０がシリンダ内で直進運動すると、この直進運動は、コンロッド２６、横レバー１８並びにクランクピン１６を介して、クランクシャフト１２の回転運動に変換される。

横レバー１８はもう１つのベアリング位置３４を有しており、このベアリング位置には、往復ピストン機関の調整装置３８の制御ピストン３６がヒンジで支持され、横レバー１８に接続されている。この制御ピストン３６は、ベアリング位置３４の回転軸４０を中心に回転することができる。回転軸４０は、回転軸２５からクランクピン１６の半径方向に、もう１つの距離ｈ２の分だけ離れている。距離ｈ１及びｈ２が量的に互いに異なっていることは明らかである。すなわち、距離ｈ２は距離ｈ１よりも大きい。同様に、距離ｈ１とｈ２とが量的に同じであるか、又は距離ｈ１を距離ｈ２よりも大きくすることも可能である。制御ピストン３６に加え、調整装置３８は、シリンダを形成しているガイドとしてのハウジング４１を含んでいる。このシリンダ内には、制御ピストン３６が直進運動できるように保持されている。例えば圧縮空気、ハイドロリック液体などの作業媒体をシリンダ内に供給又は排出することにより、制御ピストン３６は方向矢印４３に従って直進運動することができ、ハウジング４１に対して方向矢印４４に従って外に出るか、又は方向矢印４６に従って中に入ることができる。そのようなアクティブな調整に対してパッシブな調整も可能であり、パッシブな設定の場合、制御ピストン３６は、往復ピストン機関のガス及び質量力によって動き、この力は、ピストン３０を介して制御ピストン３６に作用する。制御ピストン３６は、作業媒体と、この作業媒体のラインを開放又は閉鎖するコントロールエッジ付きコントロールスライドバルブや一方向性バルブなどのバルブ装置と、により望ましい移動方向に開放され、望ましい移動方向とは反対の方向へはブロックされるか、又は完全に固定される。これは、ある種の液圧式ワンウェイクラッチである。この実施形態は、追加のエネルギー消費なしに、もしくは極めて僅かな追加のエネルギー消費だけで、望ましい圧縮比が調整可能という利点がある。同様に、制御ピストン３６を電磁石によって作動させることも可能である。

クランクシャフト１２が回転すると、クランクピン１６が上下に動き、このことが、横レバー１８の運動にもつながる。ハウジング４１が旋回軸４２を中心として旋回可能に、調整装置３８を取り囲むハウジング、例えば往復ピストン機関のクランクケースに支持されていることにより、調整装置３８も一緒に運動する。

方向矢印４３によって制御ピストン３６が直進運動する場合、このことは、方向矢印４８に従ってクランクピン１６に相対的な横レバーの回転をもたらし、これにより、該当するシリンダの圧縮比を調整することができる。この場合、制御ピストン３６の調整は、距離ｈ１とｈ２との比によって同程度に強化又は減弱される。言い換えると、制御ピストン３６の調整は、シリンダ内のピストン３０の上死点の調整につながり、従って、該当するシリンダの圧縮容積Ｖｃの調整につながる。制御ピストン３６の調整は行程にも作用するため、ピストン３０の行程容積ＶＨに作用する。行程容積ＶＨは圧縮比が上昇すると減少し、このことは小型化コンセプトの意味で望ましい。結果的にこのことから、εとも呼ばれる圧縮比が生じる。

すでに指摘したように、有利には、往復ピストン機関の各シリンダにこのような調整装置３８が割り当てられており、この調整装置を使って、該当するシリンダの圧縮比を、その他のシリンダとは無関係に調整することができる。個々のシリンダごとに該当する圧縮比を調整することにより、往復ピストン機関を非常に精密かつ適切に作動ポイントに合わせることが可能になるため、この往復ピストン機関は、非常に効率の良い、排気ガス及びエネルギー消費の少ない、とりわけ燃費の少ない作動が可能となる。

圧縮比を精密かつ適切に調整するためには、この場合、調整された圧縮比を検出し、必要に応じて確認することが望ましい。このことは、例えば、基準点に対する制御ピストン３６のポジション及び／又は制御ピストン３６が運動する際に進む距離、すなわち制御ピストン３６の行程を検知し、これに基づいて、特に距離ｈ１及びｈ２と関係した調整された圧縮比を推察するか、又はこれを検出することが可能である。制御ピストン３６のポジション又は行程を特徴づける信号は、この圧縮比を可変的に、継続的又は段階的に調整するために、圧縮比の制御又は調整に利用することができる。

このことは、図２の原理図を使って説明される。図２に示されているセンサ５０は、基準点に対する制御ピストン３６又はそのコントロールロッドのポジション、及び／又は制御ピストン３６の行程、又はそのポジション及び／又は行程を特徴づける信号を検知する。この信号は、方向矢印５２に従って、コントロール装置５６のポジション調整部５４に伝達され、コントロール装置５６は、例えば、往復ピストン機関の制御装置として形成されている。このコントロール装置５６は、さらに、往復ピストン機関のシリンダ内の燃焼プロセスを制御又は調整する燃焼調整部５８を含んでいる。このために、燃焼調整部５８は、特に、センサ５０によって検知された信号と制御ピストン３６のポジションとに基づいて、ポジション調整部５４により検出される調整された実際圧縮比のフィードバック６０を考慮する。圧縮比を調整するため、及び圧縮比を往復ピストン機関の作動点に適合させるため、燃焼調整部５８は目標圧縮比の既定値６２をポジション調整部５４に伝達し、このポジション調整部は、この目標圧縮比を、制御ピストン３６の調整すべきポジションに転換する。このために、ポジション調整部５４は、クランクシャフトドライブ１０及び往復ピストン機関のその他のシステム値６４も考慮する。

望ましい圧縮比に調整するために検出されたポジション又は制御ピストン３６のポジションを特徴づける信号は制御装置３８の制御部６５に伝達され、この制御部は、該当する制御信号をアクチュエータ６６に伝達し、このアクチュエータによって制御ピストン３６が動き、それにより圧縮比が調整される。

図３には、制御ピストン３６のポジションを検知し、このポジションとは無関係に、調整された圧縮比を精密に検出して、それにより精密に圧縮比を調整する方法が示されている。そのために、センサ５０は、図４に示されている、磁界７２を有する双極性のセンサプレート７０を含んでいる。このセンサプレート７０は、その磁界７２のように湾曲した状態で形成されており、湾曲の中心点は旋回軸４２上にある。このことは、センサプレート７０及び磁界７２の湾曲が制御ピストン３６の旋回運動に一致するという結果を生じ、この旋回運動は、制御ピストン３６が往復ピストン機関の作動中に方向矢印６８に従って旋回軸４２を中心に旋回する際に実施される。

図４の名称「北」は、この場合、磁界７２のＮ極を示し、図４の名称「南」は磁界７２のＳ極を示す。湾曲したライン７４はＮ極とＳ極との境界を示し、磁界７２が湾曲した状態で形成されていることを明確にしている。図４のもう１つのライン７６は、湾曲した状態ではなく、センサプレート７０の直線的な磁界の想定境界を示している。同様に、図４にはセンサ５０の検知部品７８が示されており、この検知部品によって、制御ピストン３６のポジションを検知するための磁界７２が検知される。

センサ５０は、磁界７２の方向に基づいて、検知部品７８により、圧縮比を調整するための制御ピストン３６の現在のポジション又は現在の行程、すなわち制御ピストン３６がハウジング４１からどれだけ外に出ているか、又はどれだけ中に入っているかを検知する。このポジションは圧縮比を特徴づけている。特定の圧縮比が維持されている場合、制御ピストン３６の方向矢印４３による直進のポジションも一定のままである。しかし、制御ピストン３６が方向矢印６８に従って旋回軸４２を中心に旋回し、それにより揺動運動を実施することによって、制御ピストン３６は往復ピストン機関の作動中に回転運動を行う。

この揺動運動中でも制御ピストン３６の直進ポジションを精密に検知するため、センサプレート７０及びその磁界７２は、湾曲した状態で形成されており、方向矢印４３に従って、圧縮比を調整するための制御ピストン３６の運動方向に大きな広がりを有している。これにより、検知部品７８は、常に、少なくとも部分的に、とりわけ大部分及び全体がセンサプレート７０と重なり合うことが保証されている。センサプレート７０と磁界７２の弓形の形状は、少なくとも１つの角度誤差を防止又は軽減するのに対し、この角度誤差は直線の磁界では不均等に大きくなるか、又は全く発生しない。

このことが図５に示されている。図５はグラフ７８を示し、その横軸８０に時間が示され、縦軸８２に磁界７２を特徴づける値が示されている。グラフ７８の経過８４は、グラフ７８に示された時間にかけての、磁界７２を特徴づける値の変化を示し、その時間は往復ピストン機関が作動中であり、それに応じて制御ピストン３６も旋回軸４２を中心に揺動している。磁界７２は湾曲して形成されているため、磁界７２を特徴づける値は一定に留まっている。従って、磁界７２を特徴づける値によって、調整された圧縮比を明確に検出することができる。磁界７２を特徴づける値の変化は、グラフ７８の範囲８６に示されているように、制御ピストン３６が方向矢印４３に従って直進的に運動し、それによって圧縮比が変化することによってのみ生じる。旋回軸４２を中心とする制御ピストン３６の旋回又は揺動運動は、磁界７２を特徴づける値には影響しない。

これに対して、グラフ７８には、もう１つの経過８８が示されており、この経過は、磁界を特徴づける値の特性を再現しており、この磁界は、磁界７２及びライン７６とは反対に直線的に形成され、例えば同じく直線的に形成されているセンサプレートによって形成されている。

経過８８で分かるように揺動運動が生じるが、これは、旋回軸４２を中心とする制御ピストン３６の揺動運動に一致し、圧縮比を調整する制御ピストン３６のポジションを検知するためには取り扱いの難しい、あまり意味のない信号となる。経過８４と８８との比較で示されているのは、圧縮比を調整する制御ピストン３６のポジション、すなわち方向矢印４３に従って直進方向のポジションが、湾曲した磁界７２により極めて精密かつ有意に検知できることである。

図６は、制御ピストン３６のポジションを特に精密かつ正確に検出し、それによって調整された圧縮比を精密に、極めて正確に測定するもう１つの方法が示されている。図６はグラフ９０を示し、このグラフには信号の経過９２が記入されており、この信号は、圧縮比が調整された場合、及び方向矢印６８に従って旋回軸４２を中心とする揺動運動が実施される場合に、旋回軸４２を介してセンサプレート７０と磁界７２とによって検知される制御ピストン３６のポジションを特徴づけている。

ポジションを特徴づける信号は、検知された制御ピストン３６のポジションが実際ポジションから逸脱しているのを補正するために、別の検知装置によって検知される、往復ピストン機関のクランクシャフト１２の回転ポジション（クランク角度と呼ばれる）と同期される。

図６には、検知時点９４が記入されている。この検知時点９４では、制御ピストン３６の該当するポジションがあり、このポジションは、磁界７２を特徴づける値９６によって特徴づけられる。しかし、図６から分かるように、湾曲したセンサプレート７０及び湾曲した磁界７２を使用した場合でも、特に制御ピストン３６が往復ピストン機関の作動時に旋回できる制御ピストン３６の旋回範囲の端部領域９８において、検知されたポジションの実際ポジションからの逸脱が存在する。このことは、特に経過１００によって示されている、制御ピストン３６が最大まで外に出ている場合か、又は経過１０２で示されている、制御ピストン３６が最大まで中に入っている場合に該当する。言い換えれば、経過１００は、制御ピストン３６が最大まで外に出ているときの、制御ピストン３６の最大行程における制御ピストンの揺動運動の軌道を示している。また、経過１０２は、制御ピストン３６が最大まで中に入っているときの、制御ピストン３６の最小行程における揺動運動の軌道を示している。経過９２は、磁界７２の基準湾曲を示している。説明した逸脱は、グラフ９０において、測定誤差１０４によって特徴づけられている。

この逸脱又はこの測定誤差１０４の補正は、制御装置５６に保存されている特性マップを使って実施することができる。クランクシャフト１２の回転ポジションは、センサプレート７０上のポジションを明確に示していることから、最新の検知時点９４における誤差を補正することができ、それは、測定誤差１０４が、例えばテストにおいて検出され、特性マップに保存されているからである。最大測定誤差１０４は、検知された制御ピストン３６のポジションと、それに割り当てられているクランク角度との間の相違に依存している。測定誤差１０４は、センサ５０の信号生成所要時間、信号伝達所要時間、制御装置５６での信号評価所要時間、並びに数値９６に対するクランク角度の割当てに制御装置５６が必要とする算出所要時間から構成される。

１０クランクシャフトドライブ
１２クランクシャフト
１４クランクウェブ
１６クランクピン
１８横レバー
２０レバーエレメント
２２レバーエレメント
２４ベアリング位置
２５回転軸
２６コンロッド
２８回転軸
３０ピストン
３２ベアリング位置
３４ベアリング位置
３６制御ピストン
３８調整装置
４０回転軸
４１ハウジング
４２旋回軸
４３方向矢印
４４方向矢印
４６方向矢印
４８方向矢印
５０センサ
５２方向矢印
５４ポジション調整部
５６制御装置
５８燃焼調整部
６０フィードバック
６２既定値
６４システム値
６５制御
６６アクチュエータ
６８方向矢印
７０センサプレート
７２磁界
７４ライン
７６ライン
７８グラフ
８０横軸
８２縦軸
８４経過
８６範囲
８８経過
９０グラフ
９２経過
９４検知時点
９６値
９８範囲
１００経過
１０２経過
１０４測定誤差
ｈ１距離
ｈ２距離

文献１は、圧縮を可変調整するための装置を備える内燃機関を開示しており、この場合、クランクシャフトのクランクピンが旋回可能なプレートのスロットの中に可動的に支持されている。このプレートは、ハウジングに固定されているポイントを中心に旋回可能に支持されているとともに、スロットをもう１つ有しており、このスロットの中には、コネクティングロッドの下方端部が同様に可動的に支持されている。圧縮の調整は、旋回可能なプレートのスロット内にあるコネクティングロッドの下方端部を移動させることによって行われる。この移動は油圧シリンダによって行われ、このシリンダは、一方ではハウジングに固定され、他方ではコネクティングロッドの下方端部で可動的に支持されている。
文献２は、往復ピストン機関におけるシリンダ圧縮比を可変調整する装置の機能モニタ方法を開示している。この場合、シリンダ圧縮比を変更する装置の制御前と制御後に、シリンダ圧縮比の変更に反応するエンジン作動パラメータが検知される。次に、これら両方のエンジン作動パラメータの値を比較して、エンジン作動パラメータに変化が起こっているかどうかが確定される。この場合、エンジン作動パラメータの変化は、シリンダ圧縮比を可変調整する装置が正しく機能していることを示す指標となる。

文献３から、圧縮終圧を変更する装置が装備された内燃機関のスタートフェーズ中に、シリンダ圧縮比を制御する方法が知られている。内燃機関のスタータがオンになる前に、内燃機関のスタートの妨げとなる１つ又は複数の基準が点検される。スタートの妨げとなる少なくとも１つの基準が満たされている場合、少なくとも１つのシリンダのシリンダ圧縮比が規定された最小値まで低下し、エンジン回転数が規定の限界値まで上昇すると、シリンダ圧縮比が上昇する。

文献４から、エンジンのエアインレット制御装置が知られており、この装置は、インレットエアの量を可変調整するためのメカニズムを含み、このメカニズムは、エンジンに流れ込むフレッシュエアの量を制御する。さらに、圧縮比を可変調整するためのメカニズムが設けられており、このメカニズムはエンジンの圧縮比を可変制御する。センサによってエンジンの作動条件並びに圧縮比が検知され、制御装置は、これらのセンサと、インレットエア量を可変調整するためのメカニズムと、圧縮比を可変制御するメカニズムとに接続できるように設計され、圧縮比並びにエンジンの作動条件に応じてインレットエア量を可変調整するメカニズムを制御する。

文献５は、内燃機関の作動状態に応じて、少なくとも第１の高レベルと第２の低レベルとの間で内燃機関の圧縮比を変更するメカニズムを備えた、内燃機関の圧縮比制御装置を開示している。さらに、現在の圧縮比を特定する圧縮比測定装置も設けられている。さらに、この装置には、圧縮比測定装置の機能不良を特定するセンサエラー検知装置、並びにこのセンサエラー検知装置が圧縮比測定装置の機能不良を特定した場合、圧縮比を低レベルに変更して維持する保護装置も含まれている。

文献６から、特性マップによって制御される可変圧縮比をもつ内燃機関が知られており、この内燃機関は、負荷検知、負荷要求検知並びに圧縮比調整アジャスタを含んでいる。さらに、時間信号ジェネレータに接続されているエンジンコントローラも設けられ、このエンジンコントローラは、内燃機関の部分において、調整すべき可変圧縮比を検知するため、内燃機関の負荷の少なくとも一部を検知する信号ケーブルを有している。さらに、この内燃機関は、エンジンコントローラ内に組み込まれているコンパレータを含み、このコンパレータは、信号ケーブルを介して伝達される信号から、少なくとも負荷に関して、最低でも、規定可能な特性マップの値に合わせて最適な圧縮比を検出する。

文献７は、作動中の往復ピストン機関の瞬時の圧縮比自動検出方法を開示しており、往復ピストン機関は、変更可能な圧縮容積と測定可能なクランク角とを有し、センサと相対的に動くピストンドライブの構成部品によって信号が生成され、この信号によって、クランク角に関係しているトリガ角が特定され、このトリガ角は瞬時の圧縮比検出に一緒に組み込まれる。

文献８は、クランクシャフトと少なくとも１つのピストンとを備える内燃機関の可変圧縮比検知装置を開示しており、この装置には可変圧縮比をもつコンロッドが含まれ、このコンロッドを介してピストンとクランクシャフトとが接続されている。この場合、コンロッドは、圧縮比を調整するための多数の個々の状態を有している。信号を生成するためのデジタル出力センサが設けられ、この信号は、コンロッドの特定の状態に該当する値を有している。この場合、センサには、高い圧縮比に該当する長い信号を発生させるホールセンサが含まれている。このホールセンサは、低い圧縮比に該当する短い信号を発生させる。

欧州特許出願公開第０５２０６３７Ａ１独国特許出願公開第１９９５５２５０Ａ１国際特許出願公開第０１／３４９４８Ａ１欧州特許出願公開第１４３１５９Ａ２独国特許出願公開第３８２５３６９Ａ１独国特許出願公開第１０２００４０３１２８８Ａ１独国特許出願公開第１０２００６０３３０６２Ａ１米国特許第６８５７４０１Ｂ１

これに対して、グラフ７８には、もう１つの経過８８が示されており、この経過は、磁界を特徴づける値の特性を再現しており、この磁界は、磁界７２及びライン７４とは反対に直線的に形成され、例えば同じく直線的に形成されているセンサプレートによって形成されている。

Claims

特に自動車の往復ピストン機関の作動方法であり、ピストン（３０）が並進的に移動可能に支持されている前記往復ピストン機関の少なくとも１つのシリンダの圧縮比が該シリンダに対応する調整装置（３８）によって調整され、前記調整装置（３８）のガイド（４１）に移動可能に保持されている調整部品（３６）、特に制御ピストン（３６）が少なくとも２つのポジション間で動かされる方法であって、
調整された前記圧縮比は、少なくとも１つの検知装置（５０）によって検知される前記ポジションのうち少なくとも１つを特徴づける信号の少なくとも１つに応じて検出されることを特徴とする、方法。
前記検知装置（５０）が、少なくとも１つのセンサ部品（７０）、特に磁石（７０）と、それに対応する検知部品（７８）、特に検知プレート（７８）とを含み、前記センサ部品（７０）は前記調整部品（３６）に配置され、前記検知部品（７８）は前記往復ピストン機関のハウジングに配置されており、該ハウジングに対して、前記調整部品（３６）と前記ガイド（４１）とが相対的に旋回軸（４２）を中心に一緒に旋回することができることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記検知装置（３８）が、少なくとも１つのセンサ部品（７０）、特に磁石（７０）と、それに対応する検知部品（７８）、特に検知プレート（７８）とを含み、前記センサ部品（７０）は前記往復ピストン機関のハウジングに配置されており、該ハウジングに対して、前記調整部品（３６）と前記ガイド（４１）とが相対的に旋回軸（４２）を中心に一緒に旋回することができ、前記検知部品（７８）は前記調整部品（３６）に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
前記検知部品（７８）及び／又は前記センサ部品（７０）が、特に前記旋回軸（４２）に対して凸形に湾曲して形成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
前記センサ部品（７０）の磁界（７２）が、特に前記旋回軸（４２）に対して凸形に湾曲して形成されていることを特徴とする、請求項２〜４のうちいずれか一項に記載の方法。
前記検知装置（５０）が、ホールセンサ又は光学的検知装置であることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の方法。
前記信号が、前記往復ピストン機関のクランクシャフト（１２）の回転ポジションと同期されることを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
前記往復ピストン機関の制御装置（５６）への前記信号のアナログ又はデジタル伝達が実施されることを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法。
前記信号によって検出された前記調整部品（３６）の前記ポジションが、特性マップ、表などにおいて規定されている実際ポジションからの逸脱を修正され、前記信号によって検出された前記ポジションが少なくともほぼ前記実際ポジションに適合していることを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の方法。
前記逸脱が、前記検知装置（５０）による前記信号の生成に応じて、及び／又は前記往復ピストン機関の制御装置（５６）への前記信号の伝達所要時間に応じて、及び／又は前記信号の信号評価所要時間に応じて、及び／又は前記往復ピストン機関の制御装置（５６）の算出性能に応じて修正されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。