JP4448883B2 - 内燃機関のインレットバルブを制御する電子装置及び内燃機関のインレットバルブの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のガス交換の可変制御に関しており、内燃機関のインレットバルブを制御する電子装置であって、インレットバルブは、可変であり、当該インレットバルブを完全に閉じることができ、内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号の形成手段を有している電子装置及び内燃機関のインレットバルブの制御方法に関している。

ガス交換の技術概念は、シリンダ充填密度（Zylinderfuellung）を周期的に変えること、即ち、排気ガスの吐き出しと、燃料−空気混合気の流入とを周期的に変えることである。従来技術の内燃機関では、ガス交換制御は、カムシャフトによって開かれる、ばね負荷されたバルブを介して行われる。バルブ開度の時間経過特性としての開度関数、即ち、開の開始、期間、及び開孔の大きさは、カムシャフトの形状によって決められる。従って、開度関数は、従来技術の内燃機関では、カムシャフトの形状を設定することによって非常に正確に決めることができるが、可変ではない。更に、可変の開孔関数を持ったガス交換制御用システムが公知である。ＷＯ９１／０８３８４には、可変の開度関数を持った電磁制御及び液圧操作式バルブが示されている。バルブ操作時の許容偏差及び経年変化現象の作用を除去するために、バルブのストロークがバルブストロークセンサによって検出され、検出された値は、バルブの制御時に考慮される。その際問題点は、バルブストロークセンサの信号と実際のバルブストロークとの対応関係にある。例えば、センサ信号内に、オフセットが生起することがあり、それにより、正確な対応関係が妨げられる。弊害除去のために、ＷＯ９１／０８３８４によるバルブストロークセンサが各閉過程後較正される。そのために、バルブストロークセンサ信号が、エラーのあるバルブ開信号時に任意にゼロにセットされる。この較正は、バルブが実際に閉じられている場合には正確である（つまり、障害のない作動時及びエラーの開信号が該当する）。しかし、バルブにエラーがあって閉じられていない場合には、このような較正により、バルブストロークセンサのゼロ点調整が間違えて行われることになる。ＤＥ１９５０１３８６には、ガス交換バルブの開度関数が開のカムシャフト及び閉のカムシャフトによって決められる可変のバルブ制御が示されている。同じ回転周波数で回転するシャフト間の位相シフトの変化を介して、開度関数を広い限界内で変えることができる。位相シフトは、連結部（Koppelgetriebe）を介して変えられる。このシステムでは、角度センサがバルブ操作機構内で、バルブ乃至バルブ操作要素の実際の動きを検出することができる。
ＷＯ９１／０８３８４ ＤＥ１９５０１３８６

ここでは、角度センサの位置を開状態のインレットバルブの位置に対応させるという問題点がある。

従って、本発明が基づく課題は、インレットバルブの開の開始とバルブストロークセンサとの一義的な対応関係を提供する装置を示すことにある。

本発明によると、この課題は、特許請求の範囲請求項１記載の要件、つまり、電子制御装置は、エンジンブレーキ駆動状態でインレットバルブを閉じたままにし、それと並んで、内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号が、所定量を超過して脈動しているかどうか検査し、電子制御装置は、超過状態を非シーリング状態のインレットバルブとして評価することにより解決される。

本発明によると、バルブストロークセンサの信号と開状態のインレットバルブの実際の位置とを一義的に対応付けることができる。この対応付けは、空気量測定器の信号とバルブストロークセンサの信号との比較により可能となる。空気量測定器がゼロに等しくない空気流量を指示する限り、バルブリフトが形成される。エンジントルクが必要ないエンジンブレーキ駆動状態では、インレットバルブを完全に閉じることができ、その結果、エンジンは新鮮な空気を吸い込まず、空気量測定器は、値ゼロを指示する。テスト関数によって、十分に長いエンジンブレーキ駆動状態の場合に、インレットバルブの開信号を値ゼロから出発して連続してインレットバルブ開の方向に増大させることができる。ゼロに一定して等しい空気量信号が、パルス状の非常に僅かな空気流量に初めて移行した際の開信号で、バルブリフトが開始される。この事象で生起するバルブストロークセンサの信号には、別の全てのバルブストロークセンサ信号を関係付けることができる。

従って、本発明によると、バルブ操作機構内のバルブストロークセンサ又は角度発信器を自動的に較正することができる。従って、組立時に、センサ乃至角度発信器のコスト高な調製を行う必要がなくなる。更に、自動的に較正することにより、センサの許容偏差に要求される条件を低減することができる。

特に有利には、更に、インレットバルブの閉のシーリング状態を診断することが可能である。こうすることにより、例えば、特に、バルブの遊びが小さすぎることによって生起することがある非シーリング状態の開始を検出することができるようになる。このエラー状態を指示して記憶することにより、バルブの遊びを早機に補正することが、電子バルブ制御を自動的に作用させるか、又は、修理工場に送ることにより可能となる。弁座を介しての不都合な熱伝導の結果、バルブが燃焼してコストの掛かる障害が生じるのを回避することができる。

本発明の有利な実施例は、従属請求項から得られる。

詳細には、内燃機関のガス交換バルブの制御の際、
ガス交換バルブは、可変であり、少なくとも１つのインレットバルブを完全に閉じたままにしておくことができ、
内燃機関により吸い込まれた空気量を示す信号を形成し、
バルブ位置の程度を検出し、
少なくとも１つのインレットバルブをエンジンブレーキ駆動状態で、当該インレットバルブが完全に閉じた状態から出発して開くように制御し、
空気量についての信号の反応が生起し、この程度を、実際のバルブ位置を特定するための基準点として利用するのである。

以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。

その際、
図１は、本発明の技術的環境を示す図である。図２は、バルブリフト曲線群を示す図である。図３は、空気量測定器の特性曲線乃至信号を示す図、図４は、バルブストロークセンサの特性曲線群（例えば、センサの容易に可変の組込位置で生起することがある）を示す図である。組込位置の変動は、例えば、組立時の分散及び許容偏差によって生起することがある。図５によると、本発明の機能が、処理空気量測定器信号ml=f（U）とバルブストローク信号とを、バルブ開信号に亘って、開信号を連続して拡大して並べて示すことにより分かる。図６は、本発明の方法の実施例としての流れ図を示す図である。図７は、種々のバルブリフト曲線でのクランク軸の回転角°KWに亘ってのＵの経過特性を示す図である。図８は、非シーリングインレットバルブでのバルブリフトと空気量信号との間の相関を示す図である。

図１の１は、内燃機関のインレットバルブを示し、このインレットバルブは、燃焼室２をインレットチャネル３と制御して結合させるか、又は、分離させることができる。バルブの操作は、調整部材４を介して行われ、この調整部材は、その操作力を例えば液圧式又は電磁力によって得て、電子制御装置５を介して制御される。入力信号として、制御装置５には、空気量測定器６からの信号Ｕ、角度センサ７によるクランクシャフトの角度位置についての信号α、並びに、バルブストロークセンサ８からの信号Ｖｈ−Ｓの少なくとも１つの信号が供給される。インレットバルブが閉じられている場合に、手段５が空気量信号に脈動を検出すると、実施例では、この結果が手段５ａ（例えば、エラー表示ランプとして実施することができる）により表示及び／又は記憶される。

図２には、バルブリフト曲線群が示されており、これらバルブリフト曲線群は、例えば、電子制御装置５により、調整部材及びセンサ信号と共働して調整可能である。バルブリフト曲線は、クランクシャフト（°ＫＷ）の回転角度に亘ってのバルブストロークの表示として得られる。殊に、エンジンブレーキ駆動状態では、ガス交換バルブ、従って、殊に、インレットバルブは、完全に閉じることができ、その結果、バルブストロークは一定してゼロに等しい。

図３に、空気量に亘って図示されているような、空気量測定器の信号は、この場合、値ゼロを指示する。更に、この信号は、空気量が値ゼロから大きな勾配で上昇するように応動し、従って、バルブが開き始める際に空気流の始まりを検出するのに良好に適している。

図４には、バルブリフトセンサ信号特性曲線Ｖｈ−Ｓの群が、実際のバルブストロークの関数として図示されており、例えば、量産時に同一センサの構造長にばらつきがある場合に形成されることがある。

図５には、開信号Vh-Stellが増大する際のバルブストローク信号Ｖｈ−Ｓの関数として、空気量信号ｍｌが図示されている。エンジンブレーキ駆動状態では、開信号Vh-Stellは、ゼロから連続して増大される。図示の場合には、空気量測定器信号は先ず応動せず、つまり、インレットバルブは閉じられた状態で図示されたままである。バルブストローク信号の上昇は、例えば、バルブストロークセンサが直接バルブに取り付けられているのではなくて、機械的な遊びのある伝達部材に取り付けられている場合に生じることがある。値Ａに達して初めて、図示された、空気量測定器の反応が生じ、それによって、インレットバルブが開き始めるのが示される。バルブストローク信号の所属の値ａは、電子制御装置５によって検出され、バルブリフトの開始に対応付けられる。図５に示された反応は、図４の特性曲線Ｋ″に相応している。続いて、内燃機関の通常運転時のバルブ開の後続の制御の際に、検出されたバルブストロークは全てバルブリフトの学習されたゼロ点に関連付けることができる。それには、図４の特性曲線Ｋ″の計算上のゼロ点へのシフトが相応し、即ち、特性曲線Ｋの位置に相応する。本発明の方法の経過は、図６に図示されている。ステップ６．１では、エンジンブレーキ駆動状態が生じているかどうか検査される。これは、変数Ｓが値１を有している場合である。続いて、開信号Vh-Stellが値デルタだけ連続的に上昇される（ステップ６．２）。それに続いて、ステップ６．３で、空気量信号が問い合わされる。つまり、空気量信号がゼロのまま長く続く場合、ステップ列６．１、６．２及び６．３が繰り返し実行され、それにより、開信号Vh-Stellは、連続して更に上昇される。空気量測定信号mlがゼロから偏移した瞬間に、ステップ６．３はステップ６．４に分岐し、ステップ６．４で、バルブストロークセンサVh-Sの所属の信号が検出される。この値は、Ａと示され、記憶される。バルブストロークセンサの別の信号は全て、この記憶値Ａで補正される（この点については、ステップ６．５で、式Vh-S neu=Vh-SマイナスAによって示される。

空気量信号は、手段６によって供給された電圧から得られる。電圧Ｕは、典型的には１msラスタで走査され、比較的大きなクランクシャフト角度領域に亘って値mlとなるように平均化される。クランクシャフト角度領域は、例えば、２つの点火間の間隔を有しており、このことは、４サイクルエンジンでは約１８０°のクランクシャフト角度領域に相応する。それに対して、１８００回転／分の回転数では、1msは、約11°の角度領域に相応する。

測定精度の改善のために、本発明の実施例では、Ｕの平均値が点火間隔ａ全体に亘って形成されるのではなく、バルブリフトの開始を中心にして、制限されたクランクシャフト角度領域ｂに亘ってのみ形成される。このことは、図７に、種々のバルブストローク曲線の場合に、クランクシャフトの回転角度°KWに亘るＵの経過特性で示されている。

比較的小さな領域に亘る平均値形成から得られる感度の上昇は、殊に、インレットバルブリフトを介してのチョークレスの充填度制御で達成することができる。チョークレスの充填度制御では、チョークバルブはなく、従って、チョークバルブによって空間的に限定された、脈動を減衰する吸い込み容積はない。その際、値ゼロの近傍での非常に小さな脈動が、空気量測定器の信号内でも検出可能である。

従って、精度を向上することができ、その際、平均化された空気流量の変化だけが検出されるのではなく、バルブストロークセンサ信号を実際のバルブ開に適合化するために、空気流量の平均値形成が、特定のクランクシャフト角度領域内でだけ行われる。

従って、比較的小さな脈動及び脈動開始時での、従って、バルブリフト時でのシリンダ特有の差異も検出することができる。これにより、開関数でのバルブ固有の係合手段で、相応のバルブ固有の補正が可能となる。連結部を介して複数の複数のバルブの開関数を制御する際、バルブの遊びを調整するための情報を提供する顧客サービス用の表示も考えることができる。

非シーリングインレットバルブの診断時の別の手段もある。そのために、インレットバルブの完全に不活性制御時に、吸い込みに同期した脈動が空気量信号に検出可能であるかどうか監視することができる。殊に、逆流検出部付の感熱シート式（Heissfilm）空気量測定器で、ここでは、順方向に流れる漏れ空気流量と逆方向に流れる漏れ空気流量との差異が、完全にシーリングされていないバルブによって検出可能である。これは、図８に示されている。逆流検出部付き空気量測定器は、例えば、米国特許第４４６８９８３号明細書から公知であり、これによると、測定抵抗の空間的な配置構成により、空気流量の値の検出の他に、方向の識別も可能である。

図８ａには、４シリンダ４サイクルエンジンのシリンダ１の場合のバルブリフト曲線がクランクシャフト角度°KWに亘って示されている。それ以外のシリンダのバルブリフト曲線は、分かり易くするために図示していない。図８ａの右側部分では、例えば、エンジンがエンジンブレーキ駆動状態なので、バルブが開かれていない。

図８ｂには、非シーリングバルブの場合に空気量測定器信号Ｕの所属の経過特性が示されている。図８ｂの左側部分の信号経過特性は、全てのシリンダのバルブリフトを重畳することによって得られる。殊に、図示の第１の最大値は、第１のシリンダの吸い込みサイクルによって得られる。図８の右側部分では、ここでは、バルブが閉じられていてエンジンブレーキ駆動状態なので、空気量測定器信号Ｕが一定してゼロに等しい。

図８ｂの右側部分に図示された残留振動は、シリンダ１内のインレットバルブがシーリングして閉じられていないことを示す。図８ｂの右側部分内の第１の負の半波は、図８ａに示されているように、インレットサイクル（チャージ交換−下死点:Ladugswechsel-Unterer Totpunkt）後、従って、圧縮サイクルで発生する。非シーリングインレットバルブでは、シリンダ充填の一部分が吸い込み管内にシフトされ、空気量測定器によって逆流として（負の極性）記録される。続く作動サイクルでは、ピストンが非シーリングインレットバルブを介してガスを吸い込み管から吸い込み、それにより、空気量測定器によって正の極性で記録される。この特徴的な圧力経過特性を評価することによって、非シーリングのインレットバルブを検出することができる。例えば、値積分（例えば、面積Ｉ１とＩ２との総和）又は振動のピーク対ピーク値（ＳＳＷ）を所定の限界値と比較することができる。超過時には、エラー報知を顧客サービス情報として記憶して、運転手に指示するようにしてもよい。そうすることによって、燃焼したバルブによる過度に大きなエンジン障害が発生する前に、非シーリング状態のなり始めを早機に検出することができる。

本発明の技術的環境を示す図 バルブリフト曲線群を示す図 空気量測定器の特性曲線乃至信号を示す図 バルブストロークセンサの特性曲線群を示す図 処理空気量測定器信号ml=f（U）とバルブ行程信号とを、バルブ開信号に亘って、開信号を連続して拡大して並べて示した本発明の機能を示す図 本発明の方法の実施例としての流れ図 種々のバルブリフト曲線でのクランク軸の回転角°KWに亘ってのＵの経過特性を示す図 非シーリングインレットバルブでのバルブリフト量と空気量信号との間の相関を示す図

符号の説明

１ 内燃機関のインレットバルブ
２ 燃焼室
３ インレットチャネル
４ 調整部材
５ 電子制御装置
６ 空気量測定器
７ 角度センサ
８ バルブストロークセンサ

Claims (6)

1. 内燃機関のインレットバルブを制御する電子装置であって、
   前記インレットバルブは、可変であり、当該インレットバルブを完全に閉じることができ、
   前記内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号の形成手段を有している電子装置において、
   電子制御装置は、エンジンブレーキ駆動状態でインレットバルブを閉じたままにし、それと並んで、内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号が、所定量を超過して脈動しているかどうか検査し、前記電子制御装置は、超過状態を非シーリング状態のインレットバルブとして評価することを特徴とする電子装置。
2. 内燃機関によって吸い込まれた空気量の検出用手段は、逆流検出部を備えた空気量測定器を有している請求項１記載の電子装置。
3. 内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号の積分値又はピーク対ピーク値が、所定量を超過する請求項２記載の電子装置。
4. 超過状態は、エラー通知として示され、及び／又は、記憶される請求項１から３迄の何れか１記載の電子制御装置。
5. 可変バルブ制御の際、内燃機関のインレットバルブの制御方法であって、該制御方法により、インレットバルブを完全に閉じることができ、その際、以下のステップ：
   前記内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号を形成するステップ
   を有している方法において、
   別のステップ
   エンジンブレーキ駆動状態でインレットバルブを閉じるのと並んで、内燃機関によって吸い込まれた空気量についての信号が、所定量を超過して脈動するかどうか検査し、
   超過状態の値を少なくとも１つの非シーリングインレットバルブの徴候とする
   ステップを有していることを特徴とする方法。
6. 超過状態をエラー通知として指示し、及び／又は、記憶する請求項５記載の方法。

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