JP6785986B2 - 内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を監視する方法および当該方法を実施する電子的なエンジン制御機器 - Google Patents

Description

本発明は、弁駆動装置の摩擦現象ひいては付随して現れる、弁駆動装置の位置付けの正確さにおける偏差、ひいては弁制御時間における偏差を求め、監視することができ、求められた偏差値の妥当性検査を可能にする方法に関する。さらに本発明は、上述の方法を実施する電子的なエンジン制御機器に関する。

以降で略して、単に内燃機関とも称される往復動内燃機関は、１つまたは複数のシリンダを有しており、このシリンダ内に、それぞれ１つの往復動ピストンが配置されている。往復動内燃機関の原理を分かりやすくするために、以降では図１を参照する。図１は、極めて重要な機能ユニットと共に、場合によっては多気筒でもある内燃機関のシリンダを例示的に示している。

各往復動ピストン６は、直線状に動くように各シリンダ２内に配置されており、シリンダ２とともに、燃焼室３を包囲する。各往復動ピストン６は、いわゆるコネクティングロッド７を介して、クランクシャフト９の各クランクピン８と接続されている。クランクピン８は、クランクシャフト回転軸９ａに対して偏心的に配置されている。燃焼室３内での燃料空気混合気の燃焼によって、往復動ピストン６は、直線状に「下方へ」駆動される。往復動ピストン６のこの並進ストローク運動は、コネクティングロッド７とクランクピン８とによって、クランクシャフト９に伝達され、クランクシャフト９の回転運動に変換され、この回転運動は、シリンダ２内の下死点を乗り越えた後に、往復動ピストン６を再び、反対方向において「上方へ」、上死点まで動かす。内燃機関１の継続的な動作を可能にするために、シリンダ２のいわゆる動作周期の間、まずは、燃焼室３に燃料空気混合気が充填され、この燃料空気混合気が燃焼室３内で圧縮され、次に点火され、往復動ピストン６の駆動のために膨張するように燃焼し、最終的に、燃焼後に残っている排ガスが燃焼室３から吐出される。このような経過を継続的にくり返すことによって、燃焼エネルギーに対して比例した働きの提供を伴う、内燃機関１の継続的な動作が得られる。

エンジンのコンセプトに応じて、シリンダ２の動作周期は、１回のクランクシャフト回転（３６０°）にわたって分けられた２つのストローク（２ストロークエンジン）または２回のクランクシャフト回転（７２０°）にわたって分けられた４つのストローク（４ストロークエンジン）に分類される。

自動車に用いられる原動機として、今日では４ストロークエンジンが定着している。吸入サイクルでは、往復動ピストン６の下降運動の際に、燃料空気混合気または（燃料直噴の場合には）新鮮空気だけが、空気吸込み路２０から燃焼室３内に入れられる。次の圧縮サイクルでは、往復動ピストン６の上昇運動時に、燃料空気混合気または新鮮空気が燃焼室３内で圧縮され、場合によっては別個に燃料が、燃料供給システムに属する噴射弁５を用いて直接的に燃焼室３に噴射される。次の動作サイクルでは、燃料空気混合気がオットーサイクルエンジンの場合には点火プラグ４によって点火され、ディーゼルエンジンの場合には自己点火によって点火し、膨張するように燃焼し、往復動ピストン６の下降運動時に、仕事をしつつ膨張する。最後に、吐出サイクルにおいて、往復動ピストン６の再度の上昇運動時に、残っている排ガスが燃焼室３から排ガス流出路３０へ吐出される。

内燃機関の空気吸込み路２０または排ガス流出路３０に対する燃焼室３の画定は、通常、特に本願の基礎となる例では、吸気弁２２および排気弁３２を介して行われる。これらの弁の駆動制御は、今日の最新技術では、少なくとも１つのカムシャフトを介して行われる。図示の例は、吸気弁２２を操作するための吸気側カムシャフト２３と、排気弁３２を操作するための排気側カムシャフト３３とを有している。これらの弁と各カムシャフトとの間には多くの場合、さらに別の、ここでは図示されていない、力を伝達するための機械的な構成部分が設けられている。これらの構成部分は、弁の遊びを補償する手段も含んでいてよい（例えばバケットタペット，シーソ型ロッカアーム，スイングアーム型ロッカアーム，タペットロッド，液圧タペット等）。

吸気側カムシャフト２３と排気側カムシャフト３３の駆動は、内燃機関１自体を介して行われる。このために、吸気側カムシャフト２３と排気側カムシャフト３３とはそれぞれ、適切な吸気側カムシャフト制御アダプタ２４と排気側カムシャフト制御アダプタ３４、例えば歯車、スプロケットまたはプーリを介して、例えば歯車伝動装置、制御チェーンまたは制御歯付きベルトを有している制御伝動装置４０を用いて所定の位置で相互に結合され、かつクランクシャフト９に対して、相応に歯車、スプロケットまたはプーリとして形成されている対応するクランクシャフト制御アダプタ１０を介して、クランクシャフト９と結合されている。このような接続によって、吸気側カムシャフト２３と排気側カムシャフト３３の回転位置は、クランクシャフト９の回転位置に関連して、基本的に定められている。クランクシャフトとカムシャフトとの間の上述した駆動区間は本願において以降で弁駆動装置と称される。

図１では、例示的に、吸気側カムシャフト２３と排気側カムシャフト３３とクランクシャフト９との間の結合が、プーリおよび制御歯付きベルトを用いて示されている。吸気側カムシャフト２３と排気側カムシャフト３３とクランクシャフト９との間の結合は、スプロケットと制御チェーンを用いて、極めて類似して設計されている。これら２つの構成は、今日最も一般的な、弁駆動装置の実施形態を表している。

１回の動作周期にわたって進むクランクシャフトの回転角度を、以降では動作位相または単に位相と称する。クランクシャフトの、１回の動作位相で進む回転角度を、相応して位相角度と称する。クランクシャフト９の各現下のクランクシャフト位相角度は、クランクシャフト９またはクランクシャフト制御アダプタ１０に接続されている位置エンコーダ４３と割り当てられているクランクシャフト位置センサ４１とによって継続的に検出することができる。ここでこの位置エンコーダは例えば、円周にわたって等間隔に分配して配置されている多数の歯を備える歯車として構成されていてよく、個々の歯の数は、クランクシャフト位相角度信号の分解能を決定する。

同様に、場合によっては付加的に、吸気側カムシャフト２３と排気側カムシャフト３３の現下の位相角度が、対応する位置エンコーダ４３と割り当てられているカムシャフト位置センサ４２によって継続的に検出されてもよい。

各クランクピン８と、クランクピン８と往復動ピストン６ならびに吸気側カムシャフト２３と、吸気側カムシャフト２３と各吸気弁２２ならびに排気側カムシャフト３３と、排気側カムシャフト３３と各排気弁３２は、所定の機械的な結合によって、相互に所定の関係で、かつクランクシャフト回転に関連して動くので、これらの機能構成要素は、クランクシャフト９に同期して各動作位相を通過する。このようにして、クランクシャフト９、吸気側カムシャフト２３、排気側カムシャフト３３の各回転位置ならびに往復動ピストン６、吸気弁２２および排気弁３２のストローク位置を、各伝達比を考慮して、クランクシャフト位置センサ４１によって設定された、クランクシャフト９のクランクシャフト位相角度に関連付けることができる。したがって、理想的な内燃機関の場合には、各特定のクランクシャフト位相角度に、特定のクランクピン角度ＨＺＷ（図２）、特定のピストンストローク、特定の吸気側カムシャフト角度、ひいては特定の吸気弁ストロークならびに特定の排気側カムシャフト角度、ひいては特定の排気弁ストロークが割り当て可能である。すなわち、全ての上述した構成要素は、回転しているクランクシャフト９と同調して存在しているかまたは動いている。

しかし、近年の内燃機関１では、所望の制御可能な位相シフトを、クランクシャフト９と吸気側カムシャフト２３ならびに排気側カムシャフト３３との間に生じさせ得る付加的な調整素子が、クランクシャフト９と吸気側カムシャフト２３ならびに排気側カムシャフト３３との間の機械的な結合区間内に設けられていてよく、例えば吸気側カムシャフトアダプタ２４と排気側カムシャフトアダプタ３４内に集積されていてよい。これらは、いわゆる可変動弁駆動装置における、いわゆる位相調整機として既知である。

エンジン機能を制御する、電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器５０（ＣＰＵ）も象徴的に示されている。このエンジン制御機器には、多様なセンサ信号を受容するための信号入力側５１と、対応する調整ユニットとアクチュエータを駆動制御するための信号およびパワー出力側５２と、電子的な計算ユニット５３と、割り当てられている電子的な記憶ユニット５４とが装備されている。

排気、燃費、性能、動作時静音性等に関する、内燃機関の最適な動作のために、新気給気は、吸気サイクルの間に、可能な限り最良の既知の様に燃焼室内に入れられ、これによって、燃焼のためのさらなるパラメータ、例えば供給されるべき、場合によっては直接的に噴射される燃料量をそれに合わせることができる。いわゆるガス交換、すなわち新気の吸入と排ガスの吐出は、吸気弁２２および排気弁３２の制御時間に大きく関連しており、すなわち、ピストンストロークの時間的な経過に関する各弁ストロークの時間的な経過に関連している。換言すれば、動作中のガス交換は、クランクシャフト位相角度ひいては往復動ピストンの位相位置に関する吸気弁および排気弁の位相位置に関連している。

新気給気を求めるためかつ内燃機関の制御パラメータをそれに合わせるための従来技術は、例えば回転数、負荷、場合によっては位相調整機によって設定可能な弁制御時間、場合によっては排ガスターボチャージャまたはスーパーチャージャの動作パラメータ等に関連した、生じる全ての動作状態における、いわゆる基準内燃機関の計測およびこれらの測定値またはこれらの測定値の導関数またはこの特徴を表すモデルアプローチの、相応するシリーズ生産内燃機関(Serien-Verbrennungsmotors)のエンジン制御機器への格納である。構造的に等しい、同じ型式のシリーズ生産された全ての内燃機関はこの場合に、この作成された基準データセットによって動かされる。

シリーズ生産内燃機関の、クランクシャフト位置センサによって設定されたクランクシャフト位相角度またはクランクシャフトの位相位置、ひいてはピストンストロークに関する基準内燃機関の理想的な基準位置、すなわち吸気弁ストロークおよび排気弁ストロークの位相差に関する、例えば製造時公差または摩擦によって生じる、吸気弁および排気弁とクランクシャフト位相角度または往復動ピストン位置との間の実際の相対位置の偏差によって、実際に吸気される新気給気が、基準として特定された新気給気から偏差し、ひいては、基準データセットに基づく制御パラメータが最適でなくなる。内燃機関の動作時に、このような誤差によって、排気、燃費、性能、動作時静音性等に関する悪影響が生じ得る。

シリーズ生産内燃機関で生じ得る偏差を可視化し、このような偏差の名称を規定するために、以降で、図２を参照する。図２は、図１に示されている内燃機関を示しているが、ここでは、より分かりやすくするために、図１に示された参照番号は省かれており、相応する違いだけが示されている。

その位相角度がクランクシャフト位置センサ４１によって検出される、クランクシャフト制御アダプタ１０に配置されている位置エンコーダ４３の基準位置から出発して、複数の公差の連鎖が生じ、これらは、以降では位相差とも称される、理想的な基準位相位置に対する往復動ピストン６、吸気弁２２および排気弁３２の位相位置の偏差を生じさせる。

ここで、ピストンストローク位相差ΔＫＨは、例えば、クランクシャフト位置センサ４１の基準位置に関するクランクピン角度ＨＺＷの偏差、いわゆるクランクピン角度差ΔＨＺＷおよびコネクティングロッド７と往復動ピストン６の種々の寸法公差（図示されていない）から生じる。

さらに、吸気弁ストローク位相差ΔＥＶＨは、例えばカム位置の偏差、いわゆる、カムシャフト自体、吸気側カムシャフト制御アダプタ２４および制御伝動装置４０の機械的な公差または変形（図示されていない）に基づく吸気側カムシャフト角度差ΔＥＮＷから生じる。吸気側カムシャフトに対して位相調整機が存在している限り、場合によってはさらに、吸気側カムシャフト調整角度ＥＮＶＷまたはこの吸気側カムシャフト調整角度と設定値との偏差が考慮される。

同様に、排気弁ストローク位相差ΔＡＶＨは、例えばカム位置の偏差、いわゆる、カムシャフト自体、排気側カムシャフト制御アダプタ３４および制御伝動装置４０の機械的な公差または変形（図示されていない）に基づく排気側カムシャフト角度差ΔＡＮＷから生じる。排気側カムシャフトに対して位相調整機が存在している限り、場合によってはさらに、排気側カムシャフト調整角度ＡＮＶＷまたはこの排気側カムシャフト調整角度と設定値との偏差が考慮される。

しばしば、摩擦現象、例えば動作中に生じる、制御チェーンまたは歯付きベルトの伸びならびにチェーンホイールまたはプーリまたは歯車の摩擦に基づいても、吸気側カムシャフト角度差ΔＥＮＷおよび排気側カムシャフト角度差ΔＡＮＷの形態の偏差が生じる。このような関連において、不利な場合には、完全な歯車の飛び、すなわち制御チェーンまたは歯付きベルトのスリップも、１つまたは複数の歯の分、生じ得る。

このような偏差、例えば製造に起因する機械的な公差は、運転開始前に内燃機関を一度測定することによって検出および修正されるのではない。なぜなら、これらは、動作中にはじめて現れ、場合によっては永続的に、潜行的に変化するからである。

このような問題に対処するために、現在知られている大部分のシステムは、基準点システム（位置エンコーダフィードバック）とともに動作する。この場合には、クランクシャフトならびに吸気側カムシャフトおよび／または排気側カムシャフトに、または各クランクシャフト制御アダプタならびに吸気側カムシャフト制御アダプタおよび／または排気側カムシャフト制御アダプタにも、または場合によって存在している位相調整機等にも、それぞれ、センサによって検出可能な位置マークとしての位置エンコーダが設けられる。これによって、クランクシャフトの位置に関する各吸気側カムシャフトおよび／または排気側カムシャフトの相対的な位相位置を求めることができ、目標にされる基準値に対する偏差を識別することができる。この場合には、このような偏差の不所望な作用を、求められた偏差に関連した、対応する制御パラメータの整合調整または修正によって、制御機器において抑制することができる。相応する方法は例えば、独国特許発明第１９５０３４５７号明細書、欧州特許第１９１５５１６号明細書、仏国特許発明第２８５０７５５号明細書から公知である。

他方で、本出願人の、本発明の時点でまだ公開されていない特許出願ＤＥ１０２０１５２０９６６５．３，ＤＥ１０２０１５２２２４０８．２，ＤＥ１０２０１６２１９５８４．０およびＤＥ１０２０１６２１９５８２．４において、種々の方法が示されている。これらの方法は、吸気弁ストローク位相差および排気弁ストローク位相差およびピストンストローク位相差を、各内燃機関の吸込み路内の吸込み空気の動的な圧力振動に基づいて、カムシャフトの対応する位置エンコーダおよび位置センサとは無関係に、動作中に求めることを可能にする。ここで、内燃機関の動作中に、各シリンダに割り当て可能な動的な圧力振動が、空気吸込み路において測定され、ここから、対応する圧力振動信号が作成される。同時に、クランクシャフト位相角度信号が求められる。圧力振動信号から、離散フーリエ変換を用いて、クランクシャフト位相角度信号に関する、測定された圧力振動の、少なくとも１つの選択された信号周波数の位相位置および／または振幅が求められる。次に、各選択された信号周波数の、求められた位相位置および／または振幅に基づいて、各同じ信号周波数の同じ位相位置および同じ振幅の線が、各信号周波数の同じ位相位置および同じ振幅の、基準線特性マップに格納されているまたは各代数モデル関数によって求められた基準線を用いて求められる。さらに、吸気弁ストローク位相差および排気弁ストローク位相差および場合によってはピストンストローク位相差が、各信号周波数の同じ位相位置の線および／または同じ振幅の線の求められた共通の交点から決定される。

当業者は、シリンダの各燃焼室への空気供給に用いられ、ひいては、いわゆる空気経路を規定する全ての構成要素を、内燃機関の「空気吸込み路」または単に「吸込み路」、「吸気システム」または「流入路」という用語にまとめる。これには、例えば、空気フィルタ、吸気管、吸気マニホルドまたは分配管、略して吸入管、スロットルバルブ、ならびに場合によってはコンプレッサおよびシリンダ内の吸込み開口またはシリンダの流入通路が属していてよい。

圧力振動信号を分析するために、圧力振動信号に、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）が施される。このために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として既知のアルゴリズムを、ＤＦＴの効率的な計算のために用いることができる。ＤＦＴによって、圧力振動信号が個々の信号周波数に分解される。これらは、その後、別個に、容易に、自身の振幅および位相位置に関して分析可能である。

このような場合には、圧力振動信号の選択された信号周波数の位相位置も振幅も、弁制御時間、すなわち内燃機関の吸気弁ストロークおよび排気弁ストロークならびにピストンストロークの位相経過に関連していることが判明している。信号周波数の位相位置はここで、クランクシャフト回転角度信号に関する信号周波数信号の相対的な位置を表しており、振幅は、中央線に関する信号周波数信号の振幅レベルに対する尺度である。

内燃機関の動作安全性に関する法的な規則は、特に、生ずる排ガス排出に関してますます厳しくなっており、内燃機関の対応する制御のために検出され、使用されるセンサデータおよび動作データ自体が、継続する動作中に常に監視され、自己診断において、妥当性検査される、または誤っている可能性に関して検査されることが必要である。内燃機関の弁駆動装置において生じている、上述した、従来技術から公知の方法によって検出された偏差に関して、このことはこれまで不可能であった。なぜなら、妥当性検査のための相応する冗長的な値が、これまでは提供されていなかったからである。

したがって、本発明の課題は、従来の様式で求められる弁駆動装置偏差値に比肩可能な弁駆動装置偏差値を、できるだけ付加的な装置技術的なコストをかけずに提供することができる方法およびエンジン制御機器を提供することである。これによって、２つの弁駆動装置偏差値を相互の妥当性検査に使用することができる。

上述の課題は、本発明と相応に、独立請求項に記載されている、内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を識別する方法および別の独立請求項に記載されている、電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器によって解決される。本発明の構成要件の実施例および発展形態は、従属請求項に記載されている。

本発明では、内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を識別する方法は、以下の特徴を有している。すなわち、吸気弁ストローク位相差および／または排気弁ストローク位相差が、該当する内燃機関の空気吸込み路における吸込み空気の動的な圧力振動の分析を用いて、動作中に求められ、ここから弁ストローク位相偏差値が、弁ストローク位相基準値に関して求められ、ここで、弁ストローク位相偏差値に基づいて第１の弁駆動装置偏差値が求められることを特徴とする。この方法では、吸気弁ストローク位相差および／または排気弁ストローク位相差が直接的に求められるが、クランクシャフトと吸気弁および排気弁の間には、弁駆動装置の他に、さらに別の伝達構成要素、例えばカムシャフトのカム自体またはカムシャフトと各カムシャフト制御アダプタとの間の接続部が存在しているので、弁駆動装置偏差値は、直接的に、求められた吸気弁ストローク位相差および／または排気弁ストローク位相差に相当するのではない。したがって、例えば、既に最初の運転開始時に、吸気弁ストローク位相差および／または排気弁ストローク位相差が得られ、これに対して、弁駆動装置に関しては、次のことが仮定される。すなわち、最初の運転開始時に弁駆動装置が目標位置にアライメントされており、はじめは偏差を有していないことが仮定される。弁駆動装置偏差値は、基準値としての、アライメントされた最初の目標位置に関して、継続する動作の経過時にはじめて生じる。これに相応して、最初の運転開始時に求められた吸気弁ストローク位相差および／または排気弁ストローク位相差も求められ、弁ストローク位相基準値として格納される。全ての以降の測定はこれに基づく。最も新たに求められた各吸気弁ストローク位相差および／または排気弁ストローク位相差と属する弁ストローク位相基準値との間の差は、弁ストローク位相偏差値をもたらし、この弁ストローク位相偏差値に基づいて、例えば、弁駆動装置の速度伝達比を考慮して、弁駆動装置偏差値を求めることができる。

内燃機関を制御する、本発明の電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器は、割り当てられた電子的な計算ユニットと、割り当てられた電子的な記憶ユニットとを有しており、次の特徴を有している。すなわち、電子的な計算ユニットと電子的な記憶ユニットが特に、先行する請求項に記載されている方法を実施し、エンジン制御機器によって、内燃機関を相応に制御するように構成されているという特徴を有している。このために、例えば相応するプログラムアルゴリズムおよび必要な基準値が、電子的な記憶ユニット内に格納されており、これは、電子的な計算ユニットによって実行されるために呼び出される。

本発明の方法および本発明のエンジン制御機器は、付加的なセンサ装置および特別な装置技術的なコスト無く、弁駆動装置偏差値を、弁駆動装置に割り当てられている位置エンコーダおよび位置センサに無関係に求めることができ、このようにして、弁駆動装置偏差値の妥当性検査が可能になるという利点を有している。

従属請求項に記載されている本発明の構成要件の実施例および発展形態を以降で、図面を参照して説明する。

往復動内燃機関の概略図 往復動内燃機関の重要な構成要素の生じ得る位置偏差および角度偏差が記入されている、図１に示された略図 ブロックダイヤグラムで示された、従属請求項に記載されている、対応する発展形態を含んでいる方法のフローの概略図 弁駆動装置偏差閾値が記入されている、内燃機関の動作持続時間にわたる、種々の弁駆動装置偏差値の経過を例示的に示す二次元図 弁駆動装置偏差差分閾値が記入されている、内燃機関の動作持続時間にわたる、弁駆動装置偏差差分値の経過を例示的に示す二次元図

機能的に同じおよび同じ名称の部分には図面において、一貫して、同じ参照符号が付けられている。

本特許出願の構成要件に関連して重要な機能構成要素ならびに発生する可能性のある偏差を伴い、これらの偏差の名称を規定するための、往復動内燃機関１の、図１および図２に示されている概略図は、既に冒頭で説明されている。

図３は、本発明の方法のフローを例示的に示す、簡易化された概略的なブロックダイヤグラムを示している。枠１００によってまとめられた、ダイヤグラムの領域には、内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を識別する方法の重要なステップがまとめられている。この方法は、まずは吸気弁ストローク位相差ΔＥＶＨおよび／または排気弁ストローク位相差ΔＡＶＨが、該当する内燃機関１の空気吸込み路２０内の吸込み空気の動的な圧力振動の分析によって動作中に求められるという特徴を有している。

次に、吸気弁ストローク位相差ΔＥＶＨから、または排気弁ストローク位相差ΔＡＶＨから、または両方の値から、例えば平均値形成（（ΔＥＶＨ＋ΔＡＶＨ）／２）によって、割り当てられた弁ストローク位相基準値ΔＶＨ＿Ｒｅｆに関して、例えば吸気弁ストローク位相基準値ΔＥＶＨ＿Ｒｅｆまたは排気弁ストローク位相基準値ΔＡＶＨ＿Ｒｅｆ、弁ストローク位相偏差値ＶｈＰ＿Ａｗｗが求められる。これは、例えば容易に、
ＶｈＰ＿Ａｗｗ＝ΔＥＶＨ−ΔＥＶＨ＿Ｒｅｆまたは
ＶｈＰ＿Ａｗｗ＝ΔＡＶＨ−ΔＡＶＨ＿Ｒｅｆまたは
ＶｈＰ＿Ａｗｗ＝（（ΔＥＶＨ＋ΔＡＶＨ）／２）−ΔＶＨ＿Ｒｅｆ
に即した差分形成によって行うことができる。対応する弁ストローク位相基準値ΔＶＨ＿Ｒｅｆ，ΔＥＶＨ＿Ｒｅｆ，ΔＡＶＨ＿Ｒｅｆは例えば、内燃機関の最初の運転開始時に求められ、内燃機関のエンジン制御機器の電子的な記憶ユニット内に格納されている値である。

これに続いて、弁ストローク位相偏差値ＶｈＰ＿Ａｗｗに基づいて、第１の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１が求められる。これは、例えば、吸気弁２２または排気弁３２とクランクシャフト９との間の速度伝達比を考慮して行われる。

吸気弁ストローク位相差ΔＥＶＨおよび／または排気弁ストローク位相差ΔＡＶＨを求めるために、この方法の有利な別の構成では、例えば、本発明の時点ではまだ公開されていない、本出願人の特許出願ＤＥ１０２０１５２０９６６５．３，ＤＥ１０２０１５２２２４０８．２，ＤＥ１０２０１６２１９５８４．０およびＤＥ１０２０１６２１９５８２．４から、方法の１つを使用することができる。

示された方法によって、吸気弁ストローク位相差ΔＥＶＨ，排気弁ストローク位相差ΔＡＶＨおよびピストンストローク位相差ΔＫＨを、各内燃機関の空気吸込み路内の吸込み空気の動的な圧力振動に基づいて、カムシャフトの相応する位置エンコーダ４３および位置センサ４２に関連せずに、動作中に求めることが可能になる。

ここで、例えば、内燃機関の動作中に、各シリンダに割り当て可能な動的な圧力振動が、空気吸込み路２０において測定され、ここから、対応する圧力振動信号が作成される。同時に、クランクシャフト位相角度信号が求められる。圧力振動信号から、離散フーリエ変換を用いて、クランクシャフト位相角度信号に関する、測定された圧力振動の、少なくとも１つの選択された信号周波数の位相位置および／または振幅が求められる。次に、各選択された信号周波数の、求められた位相位置および／または振幅に基づいて、各同じ信号周波数の同じ位相位置または同じ振幅の線が、各信号周波数の同じ位相位置または同じ振幅の、基準線特性マップに格納されているまたは各代数モデル関数によって求められた基準線を用いて求められる。したがって、吸気弁ストローク位相差および排気弁ストローク位相差および場合によってはピストンストローク位相差が、各信号周波数の同じ位相位置の線および／または同じ振幅の線の求められた共通の交点から決定される。

当業者は、シリンダの各燃焼室への空気供給に用いられ、ひいては、いわゆる空気経路を規定する全ての構成要素を、内燃機関の「空気吸込み路」または単に「吸込み路」、「吸気システム」または「流入路」という用語にまとめる。これには、例えば、空気フィルタ、吸気管、吸気マニホルドまたは分配管、略して吸入管、スロットルバルブ、ならびに場合によってはコンプレッサおよびシリンダ内の吸込み開口またはシリンダの流入通路が属していてよい。

圧力振動信号を分析するために、圧力振動信号に、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）が施される。このために、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）として既知のアルゴリズムを、ＤＦＴの効率的な計算のために用いることができる。ＤＦＴによって、圧力振動信号が個々の信号周波数に分解される。これらは、その後、別個に、容易に、自身の振幅および位相位置に関して分析可能である。

このような場合には、圧力振動信号の選択された信号周波数の位相位置も振幅も、弁制御時間、すなわち内燃機関の吸気弁および排気弁ならびにピストンストロークの位相経過に関連していることが判明している。信号周波数の位相位置はここで、クランクシャフト回転角度信号に関する信号周波数信号の相対的な位置を表しており、振幅は、中央線に関する信号周波数信号の振幅レベルに対する尺度である。

本発明の方法のさらなる構成は、図３のダイヤグラムの、枠２００によってまとめられた領域において示されているように、付加的に、吸気側カムシャフト角度差ΔＥＮＷおよび／または排気側カムシャフト角度差ΔＡＮＷが、クランクシャフト位置センサ４１および吸気側カムシャフト位置センサ４２ａおよび／または排気側カムシャフト位置センサ４２ｂの装置によって、動作中に求められ、ここから、第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿２が求められるという特徴を有している。このようにして求められた第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿２および第１の、有利には時間的に並行して求められた弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１が、ここで、相互の妥当性検査のために相互に比較され、ここで、弁駆動装置偏差比較値（ΔＶＴ＿Ａｗｗ）が形成される。これは、容易に、かつ付加的な装置技術的なコスト無く、弁駆動装置偏差値の妥当性検査を行うことができるという利点を有している。なぜなら、いずれにせよ設けられているセンサ構成要素、特に圧力センサおよび位置センサの信号だけが、記載されているように評価されるからである。

第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）を求めるために、例えば、従来技術から既知の方法を使用することができる。しかし、図３に示されているように、ある方法では、吸気側カムシャフト角度差ΔＥＮＷおよび／または排気側カムシャフト角度差ΔＡＮＷから第１の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１）を求めるのと同様に、カムシャフト角度偏差値ＮｗＷ＿Ａｗｗを、吸気側カムシャフト角度基準値ΔＥＮＷ＿Ｒｅｆ、排気側カムシャフト角度基準値ΔＡＮＷ＿Ｒｅｆまたは共通のカムシャフト角度基準値ΔＮＷ＿Ｒｅｆに関して求めることも可能である。ここでも、吸気側カムシャフト角度差ΔＥＮＷと排気側カムシャフト角度差ΔＡＮＷを別個に、または組み合わせて、例えば、平均値形成（（ΔＥＮＷ＋ΔＡＮＷ）／２）によって考察することができる。これは例えば容易に、
ＮｗＷ＿Ａｗｗ＝ΔＥＮＷ−ΔＥＮＷ＿Ｒｅｆまたは
ＮｗＷ＿Ａｗｗ＝ΔＡＮＷ−ΔＡＮＷ＿Ｒｅｆまたは
ＮｗＷ＿Ａｗｗ＝（（ΔＥＮＷ＋ΔＡＮＷ）／２）−ΔＶＨ＿Ｒｅｆ
に従った差分形成によって行うことができる。

対応するカムシャフト角度基準値ΔＮＷ＿Ｒｅｆ，ΔＥＮＷ＿Ｒｅｆ，ΔＡＮＷ＿Ｒｅｆは、例えば、内燃機関の最初の運転開始時に求められた値であり、内燃機関のエンジン制御機器の電子的な記憶ユニット内に格納されている。カムシャフト角度偏差値ＮｗＷ＿Ａｗｗに基づいて、次に、有利には、機械的な速度伝達比と、場合によって位相調整機の角度位置を考慮して、第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）が求められる。

図４は、これに対して、弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗの種々の経過が、内燃機関の動作持続時間にわたって示されている。表示されているのは、ＶＴ＿Ａｗｗ＿１によって示されている、第１の弁駆動装置偏差値の経過と、ＶＴ＿Ａｗｗ＿２によって示されている、第２の弁駆動装置偏差値の経過である。２つの経過は、緩慢に上昇する、各弁駆動装置偏差値の上昇を示しており、ここで、第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿２は、第１の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１よりも大きく上昇する。時点Ｔ１での弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗを、弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１とＶＴ＿Ａｗｗ＿２との間の距離または差として求めることも記入されている。弁駆動装置偏差値のこのように上昇する経過は、例えば、常に上昇する、伝達要素の摩擦を示している。弁駆動装置における偏差に対する別の原因を示すために、ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｘによって示されている曲線が記入されている。これは、例えば歯付きベルトの歯の飛びの際、すなわち１つまたは複数の歯の分の歯付きベルトホイール上での歯付きベルトのスリップの際に生じるような、時点ＴＸにおける、弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｘの跳躍的な上昇を示している。

本発明の方法の有利な発展形態は、弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１およびＶＴ＿Ａｗｗ＿２の相互の妥当性検査および弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗの形成に関連して、次のような特徴を有している。すなわち、弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗが、定められている弁駆動装置偏差比較閾値ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗを上回らない限り、第１および／または第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１およびＶＴ＿Ａｗｗ＿２が妥当であると評価されるという特徴を有している。このような手法は、図３のブロックダイヤグラムにおいて、シーケンスステップ３０１および３０２によって示されている。シーケンスステップ３０１において、求められた弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗが、所定の、あらかじめ定められている弁駆動装置偏差比較閾値ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗよりも小さいかまたは大きいかが継続的に検査される。弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗが小さい場合、求められた弁駆動装置偏差値は、シーケンスステップ３０２において、妥当であると評価されＶＴ＿Ａｗｗ＝ｏｋ、内燃機関の対応する制御アルゴリズムに対する入力量として使用することができる。これは、一種の自己診断を保証し、内燃機関の障害の無い動作安全性を高める。このような関係は、図５のダイヤグラムにおいても示されている。ここでは、弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗの経過の例が、内燃機関の動作持続時間にわたって示されており、弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗの、常に上昇する経過を示している。さらに、弁駆動装置偏差比較閾値ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗが記載されている。弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗが、ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗを下回っている限り、基になっている弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗが問題ない、すなわち妥当であると評価される。

この方法の別の有利な構成では、弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１とＶＴ＿Ａｗｗ＿２の相互の妥当性検査および弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗの形成に関連して、弁駆動装置偏差比較値ΔＶＴ＿Ａｗｗが、定められている弁駆動装置偏差比較閾値ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗを少なくとも一度上回るとすぐに、機能不良ＶＴ＿Ｆｆｋｔが、弁駆動装置の領域において識別される。これは図３において、シーケンスステップ３０１および３０３によって、ならびに図５において、弁駆動装置偏差比較閾値ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗの上方の領域によって表されている。このようにして、弁駆動装置の重大な機能不良が、確実に識別され、場合によっては、より大きな損害を阻止するための措置を講じることができる。このような機能不良の原因は、例えば、吸気側カムシャフト位置センサ、排気側カムシャフト位置センサまたはクランクシャフト位置センサの故障または誤った位置付けならびに吸気側カムシャフトまたは排気側カムシャフトの位相調整機の故障または機能不良であり得る。当然、このような場合には、まずは、識別された機能不良を確認するため、すなわち機能不良の識別の跳ね返り(entprellen)を制御するために、複数の測定が連続して行われ、結果が一義的に確認されたときにはじめて、措置、例えば内燃機関の緊急作動または停止が講じられる。

本発明の方法の発展形態では、第１および／または第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２が妥当であると評価され、かつ所定の弁駆動装置偏差閾値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗを上回らない限り、内燃機関１の制御のための、補償を行う、制御技術的な修正措置Ｋｔｒ＿Ｍｓｓｎおよび／または障害メッセージＩｎｆｏ＿Ｓｉｇを、内燃機関１の制御ユニット５０を用いて引き起こすことができる。これは図３に、シーケンスステップ３０２，３０４，３０５ならびに３０８によって象徴的に示されている。修正措置Ｋｔｒ＿Ｍｓｓｎはここで、特に、例えば位相調整機による吸気側カムシャフト調整角度ＥＮＶＷならびに排気側カムシャフト調整角度ＡＮＶＷの整合、点火時点、噴射開始および噴射量の整合に関し得る。

しかし、第１および／または第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２が所定の弁駆動装置偏差閾値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗを上回っている場合、または既に事前に機能不良ＶＴ＿Ｆｆｋｔが、弁駆動装置の領域において識別されている場合には、内燃機関１の緊急作動Ｎｔ＿Ｂｔｂまたは緊急停止Ｎｔ＿ｓｔｏｐおよび／または障害メッセージＩｎｆｏ＿Ｓｉｇが、内燃機関１の制御ユニット５０によって引き起こされる。このようにして、種々の状況において、各最適に整合された様式で、内燃機関１の最適な動作を保証するために応答をすることができる。このようなフローは、図３において、シーケンスステップ３０２，３０４，３０６，３０７ならびに３０８に基づいて象徴的に示されている。図４にも、弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２またはＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｘの、弁駆動装置偏差閾値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗに関する検査が示されており、ここで、弁駆動装置偏差閾値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗの下方では修正措置Ｋｔｒ＿Ｍｓｓｎが開始され、弁駆動装置偏差閾値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗの上方では緊急作動Ｎｔ＿Ｂｔｂまたは緊急停止Ｎｔ＿Ｓｔｏｐが開始される。

この方法の別の構成では、第１および／または第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２は、内燃機関の動作中、継続的に求められ、ここから、図４にも示されているように、時間にわたった、第１および／または第２の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２の各偏差経過が作成される。しかしここでは、特定の時点での出来事に焦点が合わせられるのではなく、各偏差経過に基づいて、弁駆動装置における偏差の特定の原因が識別される。これに対する典型的な例は、図４に示された経過ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｘであり、ここでは、この経過によって、歯の飛びが識別される。したがって、有利には、特定の機能不良が識別され、適切に、動作中にこれに対して応答が行われる、または機能不良の種類がエラーメモリ内に記録され、修理時に診断のために利用することができる。

このようにして、この方法の発展形態では、偏差経過の値が継続的に上昇する場合には、弁駆動装置における偏差の、摩擦に起因する原因が識別され、これは、弁駆動装置の構成に応じて、チェーンの伸び、歯付きベルトの伸びまたは歯車の摩擦に相当し、さらに、偏差経過の値が跳躍的に上昇する場合には、弁駆動装置における偏差の、歯の飛びに起因する原因を識別することができる。

さらに、本発明の方法は、弁駆動装置の現下の偏差値のレベルに基づいて、弁駆動装置における偏差の大きさ、すなわち例えばチェーンの伸びに対する値が特定されることを可能にする。

弁駆動装置が位相調整機を有している場合には、各現下の位相調整値が、弁駆動装置の第１の偏差値の算出時に、考慮されることが明らかである。このような場合には、偏差の差が、吸気弁ストローク位相差ΔＥＶＨに基づいて求められた現下の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｅと、排気弁ストローク位相差ΔＡＶＨに基づいて求められた、別の、現下の弁駆動装置偏差値ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ａとの間で求められ、２つの弁駆動装置偏差値の間の差が、定められている閾値を上回ると、位相調整機の故障が識別されるという可能性も生じる。

有利な構成では、本発明の方法は、場合によっては、全ての上述した構成および発展形態を含んで、電子的な計算ユニット５３上で実施される。計算ユニットは、内燃機関１の電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器５０に割り当てられており、これと機能的に接続された状態にある。

Claims (9)

1. 内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を識別する方法であって、
   吸気弁ストローク位相差（ΔＥＶＨ）および／または排気弁ストローク位相差（ΔＡＶＨ）が、該当する前記内燃機関（１）の空気吸込み路における吸込み空気の動的な圧力振動の分析を用いて、動作中に求められ、ここから弁ストローク位相偏差値（ＶｈＰ＿Ａｗｗ）が、弁ストローク位相基準値（ΔＶＨ＿Ｒｅｆ）に関して求められ、
   前記弁ストローク位相偏差値（ＶｈＰ＿Ａｗｗ）に基づいて第１の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１）が求められ、
   付加的に、吸気側カムシャフト角度差（ΔＥＮＷ）および／または排気側カムシャフト角度差（ΔＡＮＷ）が、クランクシャフト位置センサ（４１）および吸気側カムシャフト位置センサ（４２ａ）および／または排気側カムシャフト位置センサ（４２ｂ）の装置によって、動作中に求められ、ここから、第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）が求められ、
   前記第１の弁駆動装置偏差値および前記第２の弁駆動装置偏差値が、相互の妥当性検査のために相互に比較され、弁駆動装置偏差比較値（ΔＶＴ＿Ａｗｗ）が形成される、
   ことを特徴とする、内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を識別する方法。
2. 前記弁駆動装置偏差比較値（ΔＶＴ＿Ａｗｗ）が、所定の弁駆動装置偏差比較閾値（ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗ）を上回らない限り、前記第１の弁駆動装置偏差値および／または前記第２の弁駆動装置偏差値が妥当であると評価される、請求項１記載の方法。
3. 前記弁駆動装置偏差比較値（ΔＶＴ＿Ａｗｗ）が、定められている弁駆動装置偏差比較閾値（ΔＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗ）を少なくとも一度上回るとすぐに、機能不良（ＶＴ＿Ｆｆｋｔ）が、前記弁駆動装置の領域において識別される、請求項１記載の方法。
4. 前記第１の弁駆動装置偏差値および／または前記第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）が妥当であると評価され、かつ所定の弁駆動装置偏差閾値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗ）を上回らない限り、前記内燃機関（１）の制御のための、補償を行う、制御技術的な修正措置（Ｋｔｒ＿Ｍｓｓｎ）および／または障害メッセージ（Ｉｎｆｏ＿Ｓｉｇ）が、前記内燃機関（１）の制御ユニット（５０）を用いて引き起こされ、
   前記第１の弁駆動装置偏差値および／または前記第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）が妥当であると評価され、かつ所定の弁駆動装置偏差閾値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿Ｇｗ）を上回っている場合、または既に事前に機能不良（ＶＴ＿Ｆｆｋｔ）が、前記弁駆動装置の領域において識別されている場合には、前記内燃機関の緊急作動または緊急停止および／または障害メッセージが、前記内燃機関（１）の制御ユニット（５０）によって引き起こされる、請求項２または３記載の方法。
5. 前記第１の弁駆動装置偏差値および／または前記第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）は、前記内燃機関（１）の動作中、継続的に求められ、ここから、時間にわたった、前記第１の弁駆動装置偏差値および／または前記第２の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１，ＶＴ＿Ａｗｗ＿２）の各偏差経過が作成され、
   前記各偏差経過に基づいて、前記弁駆動装置における偏差の特定の原因が識別される、請求項１記載の方法。
6. 前記偏差経過の値が継続的に上昇する場合には、前記弁駆動装置における偏差の、摩擦に起因する原因が識別され、前記原因は、前記弁駆動装置の構成に応じて、チェーンの伸び、歯付きベルトの伸びまたは歯車の摩擦に相当し、
   前記偏差経過の値が跳躍的に上昇する場合には、前記弁駆動装置における偏差の、歯の飛びに起因する原因が識別される、請求項５記載の方法。
7. 内燃機関の弁駆動装置において生じている偏差を識別する方法であって、
   吸気弁ストローク位相差（ΔＥＶＨ）および／または排気弁ストローク位相差（ΔＡＶＨ）が、該当する前記内燃機関（１）の空気吸込み路における吸込み空気の動的な圧力振動の分析を用いて、動作中に求められ、ここから弁ストローク位相偏差値（ＶｈＰ＿Ａｗｗ）が、弁ストローク位相基準値（ΔＶＨ＿Ｒｅｆ）に関して求められ、
   前記弁ストローク位相偏差値（ＶｈＰ＿Ａｗｗ）に基づいて第１の弁駆動装置偏差値（ＶＴ＿Ａｗｗ＿１）が求められ、
   前記内燃機関の前記吸気弁ストローク位相差および／または前記排気弁ストローク位相差を動作中に求めるために、
   測定された前記圧力振動から、対応する圧力振動信号が作成され、同時にクランクシャフト位相角度信号が求められ、
   前記圧力振動信号から、離散フーリエ変換を用いて、前記クランクシャフト位相角度信号に関する、前記測定された圧力振動の、少なくとも１つの選択された信号周波数の位相位置および／または振幅が求められ、
   前記各選択された信号周波数の、求められた前記位相位置および／または前記振幅に基づいて、それぞれ、前記吸気弁ストローク位相差および前記排気弁ストローク位相差に関連している、前記各同じ信号周波数の同じ位相位置および／または同じ振幅の線が、前記各信号周波数の同じ位相位置および／または同じ振幅の基準線を用いて求められ、
   同じ位相位置および／または同じ振幅の求められた線の各共通の交点が求められ、
   求められた前記共通の交点から、前記吸気弁ストローク位相差および／または前記排気弁ストローク位相差が決定される、方法。
8. 前記方法は、電子的な計算ユニット（５３）上で実施され、前記計算ユニットは、前記内燃機関（１）の電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器（５０）に割り当てられており、かつこれと、機能的に接続された状態にある、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 内燃機関を制御する、電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器（５０）であって、割り当てられた電子的な計算ユニット（５３）と、割り当てられた電子的な記憶ユニット（５４）とを有している、電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器（５０）において、
   前記電子的な計算ユニット（５３）および前記電子的な記憶ユニット（５４）は、請求項１から８までのいずれか１項に記載されている方法を実施し、前記エンジン制御機器によって、前記内燃機関（１）を相応に制御するように構成されている、
   ことを特徴とする、電子的な、プログラミング可能なエンジン制御機器（５０）。

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