(57)【要約】【課題】吸気弁および排気弁の調節角を常に変化可能なシステムにおいて、燃焼室内の残留ガス分圧をできるだけ少ない費用で決定可能な、吸気弁の種々の調節角及び／又は排気弁の種々の調節角における内燃機関燃焼室内の残留ガス分圧の決定方法を提供する。【解決手段】残留ガス分圧を表わす、最早吸気調節角ＦＲＷＥに対する残留ガス値が、進み重なり用第１の特性曲線群ＦＵＥ内に、及び最遅排気調節角ＳＰＷＡに対する残留ガス値が、遅れ重なり用第２の特性曲線群ＳＵＥ内に設定される。吸気調節角ＶＷＥ及び排気調節角ＶＷＡから、吸気弁のみならず排気弁もまた開かれている重なり角、及び調節角重心を表わす重心係数ＦＶＷが計算される。最早吸気調節角ＦＲＷＥと最遅排気調節角ＳＰＷＡとの間の調節角範囲に対する残留ガス値を決定するために、重心係数ＦＶＷを用いて、両方の特性曲線群ＦＵＥ，ＳＵＥの残留ガス値の間で補間される。【選択図】　図２
2004144083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　吸気弁の種々の調節角（ＶＷＥ）および／または排気弁の種々の調節角（ＶＷＡ）における内燃機関燃焼室内の残留ガス分圧の決定方法において、
　残留ガス分圧を表わす、試験場において決定された、進み吸気調節角（ＦＲＷＥ）に対する残留ガス値が、進み重なり用第１の特性曲線群（ＦＵＥ）内に、および遅れ排気調節角（ＳＰＷＡ）に対する残留ガス値が、遅れ重なり用第２の特性曲線群（ＳＵＥ）内に設定されることと、
　吸気調節角（ＶＷＥ）および排気調節角（ＶＷＡ）から、吸気弁のみならず排気弁もまた開かれている重なり角に加えて、調節角重心を表わす重心係数（ＦＶＷ）が計算されることと、
　進み吸気調節角（ＦＲＷＥ）と遅れ排気調節角（ＳＰＷＡ）との間の調節角範囲に対する残留ガス値を決定するために、重心係数（ＦＶＷ）を用いて、両方の特性曲線群（ＦＵＥ、ＳＵＥ）の残留ガス値の間で補間されることと、
を特徴とする内燃機関燃焼室内の残留ガス分圧の決定方法。
【請求項２】
　重心係数（ＦＶＷ）が、進み吸気調節角（ＦＲＷＥ）における０から、遅れ排気調節角（ＳＰＷＡ）における１まで上昇するように、前記重心係数（ＦＶＷ）が形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
　重心係数（ＦＶＷ）が、次の関係
　　ＦＶＷ＝（Ｓaktuell−Ｓfrueh）／（Ｓspaet−Ｓfrueh）
から決定され、
　ここで、Ｓaktuellは実際重心を、Ｓfruehは進み吸気調節角（ＦＲＷＥ）における進み重心を、Ｓspaetは遅れ排気調節角（ＳＰＷＡ）における遅れ重心を表わす
ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
　進み重心（Ｓfrueh）が、次の関係
　　Ｓfrueh＝−１／２（ＧＶＷ−２＊ＭＡＸ（０；ＧＶＷ−ＦＲＷＥ））
から決定され、
　遅れ重心（Ｓspaet）が、次の関係
　　Ｓspaet＝＋１／２（ＧＶＷ−２＊ＭＡＸ（０；ＧＶＷ−ＳＰＷＡ））
から決定され、
　実際重心（Ｓaktuell）が、次の関係
　　Ｓaktuell＝１／２（ＶＷＡ−ＶＷＥ）
から決定され、
　ここで、ＧＶＷは全調節角を、ＦＲＷＥは進み吸気調節角を、ＳＰＷＡは遅れ排気調節角を、ＶＷＡは実際排気調節角を、ＶＷＥは実際吸気調節角を、ＭＡＸ（ａ；ｂ）はａおよびｂから大きいほうの値を選択する関数を表わす
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
　空気質量と吸気管圧力との間のそれ自身既知の関係において、吸気管内の空気質量流量計を用いて吸気管圧力をモデル化するために、または吸気管圧力センサを用いて燃焼室内の空気充填量をモデル化するために、または空気質量流量計のみならず吸気管圧力センサもまた存在する場合に、両方のセンサのいずれかが故障したときに運転を継続するために、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、吸気弁の種々の調節角および／または排気弁の種々の調節角における内燃機関燃焼室内の残留ガス分圧の決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　このような方法は、（出版資料は存在しないが）既知であることを前提とする。空気の分圧と共に、残留ガス分圧は、内燃機関燃焼室内に作用する圧力を形成し、この圧力は、例えば電動調節式絞り弁を用いたエンジン制御により、他の変数のほかに必要とされる。吸気弁が閉じる時点においては吸気管と燃焼室との間で圧力が均一になるので、吸気管内に組み込まれている圧力センサによりこの時点における燃焼室圧力を測定することができる。燃焼後に燃焼室のデッド容積内に存在する残留ガス量は、それに続く吸気行程の間に、排気弁がまだ開いているとき、支配している圧力比によって増大され且つ吸気弁が開いているために吸気管内の残留ガス分圧をも同時に決定する。燃焼室内のある程度の残留ガス量は排気ガス・エミッションにおけるＮＯｘの転化およびＮＯｘ含有量の低減に、および燃料消費量にも有利に作用する。吸気管内の圧力センサを省略するために吸気管圧力をモデル化することが既知である。吸気管内の空気の分圧は空気質量流量計の信号からモデル化される。燃焼室内の残留ガスの分圧はエンジン回転速度およびカム軸位置の関数として適用される。従来の残留ガス分圧の決定は、吸気カムのみを常に調節し且つ場合によりさらに排気カムの２点調節を含むシステムのみをカバーするものである。さらに常に調節可能な排気カムの場合、ないし排気弁の調節角を常に調節可能な場合においても、既知の手段を用いて残留ガス分圧を決定することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　吸気弁および排気弁の調節角を常に変化可能なシステムにおいて、燃焼室内の残留ガス分圧をできるだけ少ない費用で決定可能な、冒頭記載のタイプの方法を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
　この課題は請求項１の特徴により解決される。これによれば、残留ガス分圧を表わす、試験場において決定された、進み吸気調節角例えば可能最早（最も進められた）吸気調節角に対する残留ガス値が、進み重なり用第１の特性曲線群内に、および遅れ排気調節角例えば可能最遅（最も遅らされた）排気調節角に対する残留ガス値が、遅れ重なり用第２の特性曲線群内に設定され、吸気調節角および排気調節角から、吸気弁のみならず排気弁もまた開かれている重なり角に加えて、調節角重心を表わす重心係数が計算され、および進み吸気調節角と遅れ排気調節角との間の調節角範囲に対する残留ガス値を決定するために、重心係数を用いて、両方の特性曲線群の残留ガス値の間で補間されるように設計されている。
【０００５】
　この方法を用いて、吸気弁の調節角（吸気調節角）および排気弁の調節角（排気調節角）は、重なり角、例えばカム軸重なり角と、調節の重心係数とに換算される。重なり角が残留ガスに与える影響はきわめて大きく、重心係数が残留ガスに与える影響は小さい。これらの影響が異なることは、残留ガス分圧を、両方の特性曲線の関数として、エンジン回転速度および重なり角に基づいて示すことを可能にし、両方の間で重心係数により補間される。残留ガス分圧と重心係数との間の関数関係が弱いために、例えば線形補間により発生する誤差は小さく保持される。この適用は、重心係数に対して０−１が適用される特性曲線群の値に制限することができる。残留ガスの決定精度に対する要求がそれほど高くない場合、本発明は、１つのセンサのみを用いて行われる充填量測定を可能にする。即ち、空気質量と吸気管圧力との間の関係は本質的に既知であり、ないし試験場における試験によって決定することができる。通常絞り弁の手前に配置されているそれ自身既知の空気質量流量計が使用される場合、吸気管圧力をモデル化することができる。通常絞り弁の後方に配置されているそれ自身既知の吸気管圧力センサが使用される場合、燃焼室内の空気充填量をモデル化することができる。精度に対する要求がより高い場合、空気質量流量計のみならず吸気管圧力センサもまた使用される。このときには、本発明は、１つのセンサが故障した場合においても十分な精度で運転の継続を可能にする。
【０００６】
　吸気管内の残留ガス分圧の決定のために燃焼室内の既知の関係に基づいた有利な形態は、重心係数が、進み吸気調節角特に最早吸気調節角における０から、遅れ排気調節角特に最遅排気調節角における１まで上昇するように形成されていることにある。
【０００７】
　残留ガス分圧を少ない費用で確実に決定する有利な形態は、重心係数が、次の関係
　　ＦＶＷ＝（Ｓaktuell−Ｓfrueh）／（Ｓspaet−Ｓfrueh）
から決定され、ここで、Ｓaktuellは実際重心を、Ｓfruehは進み吸気調節角例えば最早吸気調節角における進み重心を、Ｓspaetは遅れ排気調節角例えば最遅排気調節角における遅れ重心を表わすことにある。
【０００８】
　この場合、計算における有利な方法は、進み重心（Ｓfrueh）が、次の関係
　　Ｓfrueh＝−１／２（ＧＶＷ−２＊ＭＡＸ（０；ＧＶＷ−ＦＲＷＥ））
から決定され、遅れ重心（Ｓspaet）が、次の関係
　　Ｓspaet＝＋１／２（ＧＶＷ−２＊ＭＡＸ（０；ＧＶＷ−ＳＰＷＡ））
から決定され、実際重心（Ｓaktuell）が、次の関係
　　Ｓaktuell＝１／２（ＶＷＡ−ＶＷＥ）
から決定され、ここで、ＧＶＷは全調節角を、ＦＲＷＥは進み吸気調節角例えば最早吸気調節角を、ＳＰＷＡは遅れ排気調節角例えば最遅排気調節角を、ＶＷＡは実際排気調節角を、ＶＷＥは実際吸気調節角を、ＭＡＸ（ａ；ｂ）はａおよびｂから大きいほうの値を選択する関数を表わすことにより得られる。
【０００９】
　方法の種々の有利な形態は、空気質量と吸気管圧力との間のそれ自身既知の関係において、吸気管内の空気質量流量計を用いて吸気管圧力をモデル化するために、または吸気管圧力センサを用いて燃焼室内の空気充填量をモデル化するために、この方法が使用されることと、または空気質量流量計のみならず吸気管圧力センサもまた存在する場合に、両方のセンサのいずれかが故障したときに運転を継続するために、この方法が使用されることとにある。
【００１０】
　以下に本発明を一実施態様により図面を参照して詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
　図１が示すように、燃焼室内またはそれに対応して吸気管内の残留ガス充填量ないし残留ガス量が、したがって残留ガス分圧もまた、１次近似で、吸気弁のみならず排気弁もまた開かれ且つ吸気Ｅないし排気Ａを形成する範囲を与える重なり角例えばカム軸重なり角の関数である。吸気弁の調節角ＶＷＥないし排気弁の調節角ＶＷＡが例えばカム軸の当該カムの対応調節により変化されることにより、吸気Ｅは調節範囲ＶＢＥを介しておよび排気Ａは調節範囲ＶＢＡを介して変化可能である。当該燃焼室内におけるピストンの上死点ＯＴの位置もまた示されている。吸気弁の開放を進み方向にシフトさせる吸気カム軸の調節が行われ、および／または排気弁の閉鎖を遅れ方向にシフトさせる排気カム軸の調節が行われたとき、重なり角は増大される。カム軸の代わりに、吸気弁および排気弁を他の調節要素で操作することもまた考えられる。
【００１２】
　したがって、吸気弁の調節角ＶＷＥおよび排気弁の調節角ＶＷＡから全調節角ＧＶＷが形成され、全調節角ＧＶＷは調節範囲ＶＢＥおよびＶＢＡの間に存在する基本重なりと共に最大可能重なり角を形成する。
【００１３】
　より弱い関数関係は、重なり角範囲の位置に由来している。吸気弁の調節角ＶＷＥが可能最早時点にシフトされたとき、可能最早位置が得られ、一方、排気弁の調節角ＶＷＡが可能最遅時点に設定されたとき、可能最遅位置が達成される。可能最早位置即ち最早重なりに対しては第１の特性曲線群ＦＵＥが設定され、および可能最遅位置即ち最遅重なりに対しては第２の特性曲線群ＳＵＥが設定され、図２に示されているように、これらの特性曲線群内に、試験場においてエンジン回転速度ｎｍｏｔおよび全調節角ＧＶＷないし全調節リフトの関数として決定された残留ガス値が記憶される。
【００１４】
　全調節が上記の両方の位置内にないとき、両方の特性曲線群ＦＵＥ、ＳＵＥの間で、カム軸調節角重心の重心係数ＦＶＷで補間される。この場合、重心係数ＦＶＷは、可能最早位置における０から可能最遅位置における１へ上昇するように形成される。残留ガス値ＲＧは、図２に対応して、両方の特性曲線群ＦＵＥ、ＳＵＥ内に記憶されている残留ガス値の対応重みづけから得られる。重心係数ＦＶＷの値が例えば０．４である場合、第１の特性曲線群ＦＵＥの残留ガス値は０．６で、および第２の特性曲線群ＳＵＥの残留ガス値は０．４で重みづけされ、および重みづけされた残留ガス値は実際残留ガス値ＲＧに合成される。
【００１５】
　重心係数ＦＶＷは、次の関係
　　ＦＶＷ＝（Ｓaktuell−Ｓfrueh）／（Ｓspaet−Ｓfrueh）　　［０，１］
から決定される。図３が示すように、実際重心Ｓaktuellは、吸気弁が開くときの角ＷＥおよび排気弁が閉じるときの角ＷＡの関数として、しかも吸気弁が開く最早吸気調節角ＦＲＷＥと、排気弁が閉じる最遅排気調節角ＳＰＷＡとの間の範囲内でシフトされる。
【００１６】
　図４は、最早吸気調節角ＦＲＷＥが存在する最早重心Ｓfruehおよび最遅吸気調節角ＳＰＷＡが存在する最遅重心Ｓspaetの、全調節角ＧＶＷの関数としての関数関係の線図を示す。最早重心Ｓfruehは、次の関係
　　Ｓfrueh＝−１／２（ＧＶＷ−２＊ＭＡＸ（０；ＧＶＷ−ＦＲＷＥ））
から決定され、一方、最遅重心Ｓspaetは、次の関係
　　Ｓspaet＝＋１／２（ＧＶＷ−２＊ＭＡＸ（０；ＧＶＷ−ＳＰＷＡ））
から決定される。ここで、ＭＡＸ（ａ；ｂ）はａおよびｂから大きいほうの値を選択する関数を意味する。実際重心Ｓaktuellは、次の関係
　　Ｓaktuell＝１／２（ＶＷＡ−ＶＷＥ）
から決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、吸気弁および排気弁の開放角範囲並びに付属の調節角範囲を示す線図である。
【図２】図２は、種々の吸気調節角および排気調節角における残留ガス値を決定するための略ブロック系統図である。
【図３】図３は、実際重心位置を示す略線図である。
【図４】図４は、全調節角に対する最早重心および最遅重心の関数関係を示す略線図である。
【符号の説明】
【００１８】
　Ａ　　排気
　Ｅ　　吸気
　ＦＲＷＥ　　進み吸気調節角（最早吸気調節角）
　ＦＵＥ　　第１の特性曲線群
　ＦＶＷ　　重心係数
　ＧＶＷ　　全調節角
　ｎｍｏｔ　　エンジン回転速度
　ＯＴ　　上死点
　ＲＧ　　残留ガス値
　Ｓ　　重心
　Ｓaktuell　　実際重心
　Ｓfrueh　　進み吸気調節角における進み重心（最早重心）
　ＳＰＷＡ　遅れ排気調節角（最遅排気調節角）
　Ｓspaet　　遅れ排気調節角における遅れ重心（最遅重心）
　ＳＵＥ　　第２の特性曲線群
　ＶＢＡ　　排気弁の調節範囲
　ＶＢＥ　　吸気弁の調節範囲
　ＶＷＡ　　実際排気調節角（排気弁の調節角）
　ＶＷＥ　　実際吸気調節角（吸気弁の調節角）
　ＷＡ　　排気弁が閉じるときの角
　ＷＥ　　吸気弁が開くときの角
【図１】
2004144083.tif 000003
【図２】
2004144083.tif 000004
【図３】
2004144083.tif 000005
【図４】
2004144083.tif 000006