JP4521653B2 - 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 PDF

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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間的に変更され、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間的な変更が、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間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間的な変更が、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現在の(momentanen)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、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最初の変更の後の、こ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遅れ(Nachlaufen)に相応する予測角度が、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトの現在の角度実際値に加算される
【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、変更された角度目標値の数値は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの現在の角度実際値と、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、時とともに予め定められた一定値に接近する。この時間に依存する関数は、例えば1次遅れ伝達関数(PT1−Funktion)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、22の現在の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、カムシャフトの現在の角度実際値の拡散(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の現在の角度実際値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現在の角度実際値が、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遅れ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の現在の角度実際値40が、再び、低い位置調節速度を有するカムシャフト22の現在の角度実際値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の現在の角度実際値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1次遅れ伝達関数が供給される。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1次遅れ伝達関数現在の値の和から、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1次遅れ伝達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1次遅れ伝達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、エンジン温度と、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との間の差分と、および予測角度とから算出される。この1次遅れ伝達関数は、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、即ち拡散は停止され、従って、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が得られる。
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の現在の角度実際値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の時間的な推移を、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t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t における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の現在の角度実際値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の遅れを、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、tとtendとの間の時間間隔において、1次遅れ伝達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。t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t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t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】 1次遅れ伝達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)

  1. 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、
    これら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、
    これら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間的に変更され、
    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のために、更に引き続き本来の角度目標値が有効のままであり、
    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のための角度目標値の上記時間的な変更が、
    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、
    この変更された角度目標値が、より高い位置調節速度を有するカムシャフトの現在の角度実際値が、再び、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの現在の角度実際値に接近するように与えられること、
    を特徴とする方法。
  2. 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。
  3. 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の値が、位置調節を開始する時のカムシャフトの角度実際値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。
  4. 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現在の角度実際値に、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。
  5. 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最初の変更の後の、こ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遅れに相応する予測角度が、このより高い位置調節速度を有するカムシャフトの現在の角度実際値に加算されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 変更された角度目標値の数値は、最も低い位置調節速度を有するカムシャフトの現在の角度実際値と、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、時とともに予め定められた一定値に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。
  7. 時間に依存する関数として、1次遅れ伝達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。
  8. 1次遅れ伝達関数の特性量は、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。
  9. 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、予め定められた本来の角度目標値(62)に依存して実行する、
    請求項1から8のいずれか一つに記載の方法を実施するための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)が上記本来の角度目標値(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)を時間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)の時間的な変更が、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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