(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室（２）のインレット開口部（１０）またはアウトレット開口部に配置されるバルブ（１）を可変のバルブストローク（Ｖｈ）で制御する方法であって、
前記のバルブの位置を示すストローク信号を供給するバルブストロークセンサ（８）がバルブに割り当てられている形式の、バルブの制御方法において、
前記のバルブの制御を燃焼室（２）の圧力およびストローク信号の評価に依存して行い、
当該評価を使用して、バルブストロークセンサ（８）を自動的に較正することを特徴とする、
バルブを可変のバルブストロークで制御する方法。
【請求項２】
前記評価を診断機能に使用する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記評価を、燃焼の行われないエンジンブレーキ動作にて行い、
該エンジンブレーキ動作では燃焼室（２）のすべてのインレット開口部（１０）およびアウトレット開口部は閉じられており、
先行する最後の吸気過程にて所定の充填状態が燃焼室（２）に導入される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記の燃焼の行われないエンジンブレーキ動作における評価は、バルブ（１）が静止位置を出発して、増大されたバルブストローク（Ｖｈ）の方向に制御されることによって行なわれる、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
燃焼室（２）における圧力を変更し、
燃焼室（２）における圧力の連続する少なくとも２つの圧力極大値を互いに比較することによって前記評価を行う、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
内燃機関の作動サイクル（５３）における連続する少なくとも２つの圧力極大値の平均値と、当該内燃機関の後続の少なくとも１つの動作サイクル（５４）における圧力極大値の平均値とを比較することによって前記評価を行う、
請求項３または５に記載の方法。
【請求項７】
燃焼室（２）における圧力の圧力極大値と、圧力極小値との間の差分を評価する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記評価を使用して、バルブストロークセンサ（８）から供給されるストローク信号（Ｖｈ＿Ｓ）のゼロ点（Ａ）を決定し、ここで当該決定を、バルブ（１）のストローク（Ｖｈ）のゼロ点（Ａ）が、バルブリフトの開始に相応するように行う、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記評価を使用して、インレット開口部（１０）ないしはアウトレット開口部におけるバルブ（１）の漏れのある閉じを検出する、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼室（２）における圧力と、当該燃焼室（２）の予想される圧力の経過とを時間について比較することにより前記評価を行う、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
内燃機関の燃焼室（２）のインレット開口部（１０）またはアウトレット開口部に配置されるバルブ（１）を可変のバルブストローク（Ｖｈ）で制御する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法にしたがって制御する装置であって、
燃焼室（２）の圧力を示す圧力信号（Ｕｐ）を供給する燃焼室圧力センサ（９）と、バルブストローク（Ｖｈ）を制御する制御装置（５）とが設けられている形式の、バルブを可変のバルブストロークで制御する装置において、
前記制御装置（５）は、前記圧力信号（Ｕｐ）を評価する評価器（１９）を有することを特徴とする、
バルブを可変のバルブストロークで制御する装置。
【請求項１２】
内燃機関の燃焼室（２）のインレット開口部（１０）またはアウトレット開口部に配置されるバルブ（１）を可変のバルブストローク（Ｖｈ）で制御する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法にしたがって制御する装置であって、
バルブ位置を示すストローク信号（Ｖｈ＿Ｓ）を供給するバルブストロークセンサ（８）と、
燃焼室（２）の圧力を示す圧力信号（Ｕｐ）を供給する燃焼室圧力センサ（９）と、
前記ストローク信号（Ｖｈ＿Ｓ）に依存してバルブストローク（Ｖｈ）を制御する制御装置（５）とが設けられている形式の、バルブを可変のバルブストロークで制御する装置において、
前記制御装置（５）は、前記圧力信号（Ｕｐ）を評価しまた該圧力信号（Ｕｐ）の当該評価に依存してスバルブトローク信号（Ｖｈ＿Ｓ）を補正する評価器（１９）を有することを特徴とする、
バルブを可変のバルブストロークで制御する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関におけるガス交換を可変に制御する方法および装置に関し、殊に内燃機関における燃焼室のインレット開口部またはアウトレット開口部に配置されるバルブを可変のバルブストロークで制御する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここでガス交換とは、シリンダの充填状態の周期的な交換、すなわち排気ガスの排出および燃料空気混合気の流入のことである。慣例の内燃機関では、ガス交換制御は、ばね力の加えられたバルブを介して行われ、このバルブはカム軸によって開かれる。バルブの開き状態の時間的経過としての開き状態の関数、すなわち開き状態のプロフィールにおける開始、持続時間および程度はカム軸の形状で決定される。したがってこの開き状態の関数は、慣例の内燃機関では、カム軸の成形により極めて精確に決定可能であるが可変ではない。さらに可変の開き状態の関数を有する、ガス交換制御のためのシステムが公知である。ＷＯ９１／０８３８４には、可変の開き状態の関数を有する、電磁石制御およびハイドロリック作動のバルブが記載されている。許容差およびバルブ動作における老朽化現象の影響を除去するため、バルブ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、検出された値がバルブの制御時に考慮される。
【０００３】
ここでの問題は、このバルブストロークセンサの信号を実際のバルブストロークに対応付けることである。例えばセンサ信号にはオフセットが生じることがあり、このオフセットによって正しい対応付けが困難になる。これを除去するために、ＷＯ９１／０８３８４に記載されたバルブストロークセンサは、それぞれの閉じの過程の後、較正される。このためにバルブストロークセンサは、バルブ開信号がない時に随意にゼロに設定される。この較正が正しいのはバルブが実際に閉じている場合であり、これは問題のない運転および開信号がない時に事実に合致するのである。しかしながらバルブが誤って閉じていない場合、この較正により、バルブストロークセンサの誤ったゼロ点調整が行われてしまう。
【０００４】
ＤＥ１９５０１３８６には可変のバルブ制御が示されており、ここではガス交換バルブの開き状態の関数は、開きカム軸および閉じカム軸によって決定される。同じ回転周波数で回転する軸間の位相のずれの変化を介して、開き状態の関数を広い範囲で変化させることができる。位相のずれは連結伝動装置を介して変更される。このシステムではバルブ作動機構の角度検出器により、バルブないしはバルブ作動要素の実際の運動を検出することができる。
【０００５】
ここでの問題は、角度検出器の位置と、開かれるインレットバルブの位置とを対応付けることである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、バルブを可変のバルブストロークで制御する方法および制御装置を改善することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する、内燃機関の燃焼室のインレット開口部またはアウトレット開口部に配置されるバルブを可変のバルブストロークで制御する方法、ならびに請求項１１および請求項１２の特徴部分に記載された特徴的構成を有する装置により解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態および利点】
内燃機関の燃焼室のインレット開口部またはアウトレット開口部に配置されるバルブを可変のバルブストロークで制御する本発明の方法では、バルブの制御を、燃焼室の圧力の評価に依存して行い、バルブの位置を示すストローク信号を供給するバルブストロークセンサを設け、このバルブストロークセンサの自動較正を燃焼室における圧力の評価に依存して行うことによって解決される。これによってバルブストロークセンサ、例えば角度検出器の自動較正が可能である。したがって取り付けの際のセンサ（ないしは角度検出器）のコストのかかる較正が不要になる。さらにこの自動較正によって、センサの許容差に対する要求も少なくなる。
【０００９】
内燃機関の燃焼室のインレット開口部またはアウトレット開口部に配置されるバルブを可変のバルブストロークで制御する本発明の装置は、燃焼室の圧力を示す圧力信号を供給する燃焼室圧力センサと、バルブストロークを制御する制御装置と、この圧力信号を評価する評価器とを有する。
【００１０】
内燃機関の燃焼室のインレット開口部またはアウトレット開口部に配置されるバルブを可変のバルブストロークで制御する本発明の別の装置は、バルブ位置を示すストローク信号を供給するバルブストロークセンサと、燃焼室の圧力を示す圧力信号を供給する燃焼室圧力センサと、ストローク信号に依存してバルブストロークを制御する制御装置と、圧力信号を評価しかつ圧力信号のこの評価に依存してストローク信号を補正する評価器とを有する。
【００１１】
さらに殊に有利であるのは、インレットバルブの漏れのない閉じを診断することである。これによって漏れをそのはじめですでに検出することでき、ここでこの漏れは、例えば、バルブのあそびが小さすぎることが原因で発生することがある。この欠陥を表示または記憶することによって、バルブのあそびを早期に補正することができ、これは電子バルブ制御の自動的な介入により、または適切な保守手段により行われる。バルブの燃焼によるコストのかかる損傷もこれによって回避することができ、ここでこのバルブの燃焼は、弁座を介する熱伝導の不足に起因する。
【００１２】
さらに本発明により、インレットバルブリフトの適合化および診断だけでなく、アウトレットバルブリフトのそれも可能になる。
【００１３】
インレット過程の後、インレットバルブもアウトレットバルブ（すなわちインレットないしはアウトレット開口部のバルブ）も共に完全に閉じられる場合、例えば燃焼のないエンジンブレーキ動作において、燃焼室の圧力はほぼ定常的な正弦波状の経過をたどる。最後のインレット過程における充填状態に相応して、燃焼室の圧力は、ピストンが最も高い位置にある場合には圧縮によって上昇して大気圧を上回り、またピストンが最も低い位置に有る場合には下降して大気圧を下回る。この正弦波状の経過からの偏差および殊に極大値の低下は、有利にもインレットバルブまたはアウトレットバルブのバルブリフトの開始として解釈される。有利な実施形態では、テスト関数を用いて、はじめのうちの圧力経過からの偏差を検出することにより、バルブリフトに対するゼロ点を決定する。ここでこのテスト関数では、バルブを調整するバルブストローク調整器は、燃焼のないエンジンブレーキ動作中に連続して静止位置から出発してバルブリフトの方向に制御される。
【００１４】
さらに上記のテスト関数と圧力経過との相違において同様に、インレットバルブないしはアウトレットバルブの不完全な密閉を検出することができる。内燃機関の継続回転中（例えば燃焼のないエンジンブレーキ動作において）にインレットバルブもアウトレットバルブも共に閉じられたままである状況において、燃焼室の圧力が、予想通りに一定の極大値で上記の正弦波状の経過をたどる場合、バルブは正しく閉じると考えられる。バルブストローク調整器を制御しない場合にも圧力極大値が徐々に減少し、しかも各極大値が先行する極大値よりも小さくなる形態で減少する場合、このことはバルブの欠陥と解釈される。これに対して、例えばバルブリフトの開始に起因して開く漏れのないインレットバルブにおいて、圧力極大値が１つおきの圧縮フェーズにおいてだけ減少する場合、このことは有利にもバルブの開きと解釈される。
【００１５】
別の利点は、以下、図面に基づく本発明の実施例の説明に記載されている。
【００１６】
【実施例】
図１の参照符号１は、内燃機関のインレットバルブを示しており、このインレットバルブは制御されて燃焼室２を開閉することができ、ここで燃焼室２はインレット開口部１０にインレットチャネル３を有する。バルブの作動は、例えばハイドロリックまたは電磁的な調整素子４を介して行われ、これは、開信号Ｖｈ＿Ｓｔｅｌｌにより、電子制御装置５を介して制御される。制御装置５には入力信号として、燃焼室圧力センサ９からの少なくとも１つの圧力信号Ｕｐと、角度センサ７からの、クランク軸１１の角度位置に関する信号αと、バルブストロークセンサ８からの信号Ｖｈ＿Ｓとが供給される。
【００１７】
わかりやすくするために図面では、燃焼したガスが燃焼室から流れ出すアウトレットバルブ、アウトレット開口部およびアウトレットチャネルは示されていない。これらは、インレットバルブ１１，インレットチャネル３およびインレット開口部１０と類似して配置される。本発明のいくつかの実施形態では、インレットバルブの代わりにないしはこれに付加的に、電子制御装置によってアウトレットバルブの位置を監視ないしは制御することができ、これはここでインレットバルブの監視について説明するのと同様のやり方で行うことができる。
【００１８】
有利な実施形態では、例えばエラーランプ１２として実現可能な表示器、および／または欠陥のあるバルブの表示および／または記録のための記憶媒体を設けることができる。
【００１９】
図２には複数のバルブリフト曲線が示されており、これらは電子制御装置５によって調整することができ、ここでこれは調整素子４と、センサ信号ＵｐおよびＶｈ＿Ｓとの協働によって行われる。これらのバルブリフト曲線は、バルブストロークＶｈをクランク軸の回転角αについて表すことによって得られる。例えばエンジンブレーキ動作では、ガス交換バルブ、ひいては例えばインレットバルブは完全に閉じられたままであり、バルブストロークは変わらずにゼロである。
【００２０】
図３には、バルブストロークセンサ特性曲線Ｖｈ＿Ｓが、実際のバルブストロークＶｈの関数として示されており、これは例えば、大量生産方式の同じセンサのばらつきのある組み込み状態において記録することができる。
【００２１】
図４には較正が示されており、ここでこれは、開信号Ｖｈ＿Ｓｔｅｌｌが増大する際の、２回転毎の圧力極大値の減少Δpmax/2Uを、バルブストロークＶｈ＿Ｓの関数として表すことによって示されている。エンジンブレーキ動作では開信号Ｖｈ＿Ｓｔｅｌｌはゼロから連続的に増大する。図示の場合、圧力極大値の減少ははじめのうちゼロであり、このことはインレット開口部のバルブ１が、閉じられた状態にとどまっていることを示す。バルブストローク信号Ｖｈ＿Ｓの増加は、例えばつぎのような場合に発生し得る。すなわちバルブストロークセンサ８がバルブ１に直接取り付けられているのではなく、機械的なあそびを有する伝達部材に取り付けられている場合に発生し得る。値Ａに到達してはじめて、最大圧力の減少が発生し、ひいてはバルブ１のリフトの開始が示される。バルブストローク信号の所属の値Ａは、電子制御装置５によって検出されて図５に詳しく示したようにバルブリフトの開始に対応付けられる。引き続いてこの内燃機械の通常動作におけるバルブの開きを続いて制御する際には、検出したすべてのバルブストロークを、バルブリフトの得られたゼロ点に関連づけることができる。このことは、図３の特性曲線Ｋ″を計算によってゼロ点にシフトすること、すなわち特性曲線Ｋの位置にシフトすることに相応する。
【００２２】
図５には、制御装置５に実装された評価器１９が示されており、これは燃焼室圧力センサから到来した信号を使用して、バルブストローク制御システムを制御する。判定２０でまずチェックされるのは、エンジンブレーキ動作であるか否かである。エンジンブレーキ動作であるのは、変数Ｓが値１の場合である。エンジンブレーキ動作の場合、開信号Ｖｈ＿Ｓｔｅｌｌの連続的な増加が、各シリンダの動作サイクルにおいて値Δ分だけ行われる（ステップ２１）。これに燃焼室圧力信号Ｕｐに関する判定２２が続く。この燃焼室圧力信号が、燃焼室圧力信号の予想される経過Ｕｐ０に等しい限りは、すなわち例えば圧力極大値の減少が発生しない場合には、判定２２のつぎに判定２０に進む。燃焼室圧力信号の予想される経過Ｕｐ０は、図６に示した特性曲線線図から取り出すことができ、これについて後で詳しく説明する。燃焼室圧力信号Ｕｐが、燃焼室圧力信号の予想さえる経過Ｕｐ０から偏差した時（ないしはこれが、燃焼室圧力信号の予想される経過Ｕｐ０から最小の許容値よりも偏差した時）、判定２２はステップ２３に進み、ここではバルブストロークセンサの所属の信号Ｖｈ＿Ｓが検出される。この値はＡと称され、これが記憶される。バルブストロークセンサの別のすべての信号は、この記憶された値Ａによって補正される。このことはステップ２４において、式Ｖｈ＿Ｓ＿ｎｅｕ＝Ｖｈ＿Ｓ−Ａによって示されている。
【００２３】
燃焼室圧力信号Ｕｐは、燃焼室圧力センサ９によって供給される電圧から得られる。電圧Ｕｐは、燃焼室圧力経過を十分に検出するために高い周波数、すなわち例えば０．１ｍｓの間隔でサンプリングしなければならない。
【００２４】
これは６０００回転／分では、サンプリング値毎に３．６°の角度間隔によって得られる。これによりすべての回転数において、燃焼室圧力の十分な極大値および極小値検出を行うことができる。
【００２５】
バルブストロークの開始についての評価は、例えばつぎのように行うことができる。すなわち、エンジンブレーキ動作の開始時にはまだ新鮮な空気が吸気され、かつそれ以降からはアウトレットバルブがもはや開かれなくなることによって行うことができる。したがって最後の吸気過程の前にまだ噴射が行われた（図６の参照符号６０を参照されたい）か否か（参照符号６１）に依存して、燃焼されない混合気または新鮮な空気のいずれがシリンダに燃焼室に存在する。
【００２６】
インレットバルブおよびアウトレットバルブが完全に閉じられる際には、図６における実線の曲線４０による圧力経過が得られ、これはほぼ同じに保たれた最大値Ｕｐ０ｍａｘを有する。この場合、各作動行程においてバルブ調整素子は、そのまま連続して制御され、この制御はバルブストロークの開始の状況になるまで行われる。この状況では１つおきの圧縮ストロークにおいて圧力が、図６の点線４１によって示されるように、先行する値よりもいくらか下がる。
【００２７】
ここで１つおきの圧縮（４サイクルエンジン）だけにおいてインレットがわずけに開かれる場合には、純粋に電磁式または電子ハイドロリック式の制御においては各圧縮においてインレットが少し開くこともあり得る。しかしながら１つおきの圧縮だけによって、バルブリフトと、ひいては圧力損失とがもたらされることにより、平均化を２つの一定の圧力値についてまだ行うことができる。これによってリフト開始の評価はより精確になる。この場合に付加的に、漏れのあるインレットまたはアウトレットバルブの診断することができ、これはこのような欠陥の状況においては各圧縮の際に（すなわち１つおきの圧縮だけではなく）圧力損失が識別されることによって行われる。
【００２８】
図６には燃焼室圧力信号の予想される経過Ｕｐ０と、クランク軸角度との間の関係が説明されている。図６ではＬＷＵＴは「下死点のチャージ交換」、ＬＷＯＴは「上死点のチャージ交換」、ＺＯＴは「上死点の点火」およびＺＵＴは「下死点の点火」をそれぞれ表している。
【００２９】
わかり易くするためにここでは燃焼室圧力信号Ｕｐの値と、この燃焼室における圧力値とを同じ大きさとして示している。この信号値は、燃焼室における圧力に似ている必要はなく、その代わりに単に圧力に特徴的な信号値とすることができる。この線図の領域５０には、通常の燃焼による燃焼室圧力経過の曲線が示されている。領域５１は、新鮮な空気または混合気が吸気され、燃焼が発生せず、かつアウトレットがもはや開いていない経過を示す。領域５２は、実線４０で燃焼室圧力の予想される経過Ｕｐ０を示しており、ここでこれは、漏れのない、ないしは完全に閉じられたバルブに対して、この内燃機関の２つの動作サイクル５３および５４について示されている。
【００３０】
閉じられかつ漏れのないバルブではこの曲線は、領域５２において、ピストンが上死点にある場合にほぼ一定の圧力極大値を有する正弦波状の経過をたどる。この圧力極大値は、最後の吸気過程における燃焼室充填状態と、内燃機関の圧縮とに依存する。圧力極小値に達するのは、ピストンが下死点にある場合である。この圧力極小値も同様に最後の吸気過程における燃焼室の充填状態ないしはインレットバルブリフトに依存し、かつ周囲圧力を下回る。調整素子が（場合によっては複数のエンジンブレーキ過程の後）連続的に制御されて、バルブリフトの開始が生じる場合、点線４１が得られ、ここでは１つおきの圧縮の後、圧力損失が認められる。ここでは曲線５６はインレットバルブの位置を、また曲線５７はアウトレットバルブの位置を表す。このテストはインレットおよびアウトレットバルブに対しても同様に行うことができる。
【００３１】
図６の下側に示した、噴射パルスの経過６１は、領域５１における最後の吸気過程において噴射がもはや行われない場合を示している。この場合、圧力損失によるリフトテスト中に新鮮な空気だけがインレット（インレット調整素子調整部）ないしはアウトレット（アウトレット調整素子調整部）に漏れる。しかしながら再復帰の際には、別の動作サイクルの到来を待たなければならず、これによって再復帰の際の自発性が損なわれてしまう。したがって別の方式が有利であり、ここでは経過６０と同様に領域５１における最後の吸気過程の前にまだ噴射が行われるが点火はもはや行われない。このため燃焼可能な混合気がシリンダにあり、再復帰の際には付加的な吸気過程なしに点火可能である。これによって極めて自発的なガスの受け取りが行われる。
【００３２】
調整素子を調整する際に漏れる混合気はここでは障害ではない。それは第１に一部だけしかシリンダから漏れず、アウトレット調整の場合には触媒器で変換され、したがって大した放出増加にはならず、またインレット調整の場合には吸気管に逆流し、エンジンブレーキ動作の後の最初の作動行程において再度吸気されるからである。
【００３３】
バルブが燃焼室のインレットないしはアウトレット開口部において漏れを伴って閉じる際には、バルブ調整素子を制御しなくても連続した圧力損失が各圧縮において発生する。さらに１つのおきの圧縮における段階的な圧力降下と、継続的なバルブの漏れという欠陥の場合の各圧縮における急峻な圧力降下とを区別することができる。
【００３４】
別の方法の特徴は、圧力極大値の代わりに圧力振幅、すなわち極大値と極小値との差分を評価することによって得られる。
【００３５】
上記の圧力極大値または圧力振幅の評価の代わりに別の方法を考えることもできる。例えば、周囲圧力を中心として極大値および極小値を対称に評価することであり、これはインレットバルブが排出の後、その領域においてまだ少し開いている場合に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃焼室圧力センサからの信号を使用する本発明の実施例を示す図である。
【図２】バルブリフト曲線を示す線図である。
【図３】バルブストロークセンサの特性曲線を示す線図である。
【図４】圧力降下の傾きを表す本発明の関数の線図である。
【図５】評価器の実施例を示す図である。
【図６】本発明の方法が実行される際の燃焼室の経過を示す線図である。
【符号の説明】
１  インレットバルブ
２  燃焼室
３  インレットチャネル
４  調整素子
５  電子制御装置
７  角度センサ
８  バルブストロークセンサ
９  燃焼室圧力センサ
１０  インレット開口部
１１  クランク軸
１２  エラーランプ
１９  評価器
Ｋ，Ｋ″  特性曲線
Ｖｈ  バルブストローク
Ｖｈ＿Ｓｔｅｌｌ  開信号
Ｖｈ＿Ｓ  ストローク信号
Ｕｐ  燃焼室圧力信号
Ｕｐ０  予想される燃焼室圧力信号
α  クランク軸の角度位置を表す信号
ＬＷＵＴ  下死点のチャージ交換
ＬＷＯＴ  上死点のチャージ交換
ＺＯＴ  上死点の点火
ＺＵＴ  下死点の点火
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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