(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸（３）を有する、内燃機関のガス交換弁の運動過程を調整する装置であって、
該装置は制御器（Ｂ４）を有しており、
該制御器は、カム軸を調整するために調整装置（５）の調整部材（５４）に対する調整信号を形成し、
予制御部が設けられており、
該予制御部は前記調整信号を加算的に補正し、
前記調整装置（５）はむだ時間を有するシステムである形式の、ガス交換弁の運動過程を調整する装置において、
前記予制御部は、カム軸（３）の調整の推定値（ＮＷ＿ＭＯＤ＿Ｏ＿ＴＯＴＺ）を、調整装置（５）のむだ時間（ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳ）を考慮せずに求め、
前記予制御部は調整信号を、前記推定値（ＮＷ＿ＭＯＤ＿Ｏ＿ＴＯＴＺ）と所定の目標値（ＮＷＳＯＬＬ）とに依存して補正することを特徴とする
ガス交換弁の運動過程を調整する装置。
【請求項２】
前記予制御部は前記調整信号を、負荷量と、回転数（Ｎ）と、油温（ＴＯＥＬ）とに依存して補正する
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御器（Ｂ４）により、前記調整信号が、むだ時間（ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳ）を考慮したカム軸（３）調整の推定値（ＮＷ＿ＭＯＤ）と、測定値（ＮＷＩＳＴ）とに依存して、むだ時間（ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳ）を考慮して求められる、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記の制御器（Ｂ４）の後段に積分器（Ｂ５）が設けられており、
該積分器により、前記の制御器（Ｂ４）によって求めた制御値（ＴＶＡＮ＿ＲＥＧ）が積分されて、積分された制御値（ＴＶＡＮ＿ＲＥＧ＿ＩＮＴ）になり、
当該の積分した制御値（ＴＶＡＮ＿ＲＥＧ＿ＩＮＴ）は、あらかじめ定めた閾値を上回った場合にはじめて前記の調整部材に出力される、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記調整信号は周期的に、しかも回転数に同期して求められ、
前記のカム軸（３）の調整の推定値（ＮＷ＿ＭＯＤ＿Ｏ＿ＴＯＴＺ）が、むだ時間（ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳ）を考慮せず、サイクル時間を考慮して求められる、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記のむだ時間（ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳ）を考慮しないカム軸（３）の調整の推定値（ＮＷ＿ＭＯＤ＿Ｏ＿ＴＯＴＺ）が、カム軸（３）の調整速度および回転数（Ｎ）に依存して求められる、
請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載された、内燃機関のガス交換弁の運動過程を調整する装置に関する。
【０００２】
ＤＥ４３４０６１４Ｃ２から、内燃機関においてクランク軸に対してカム軸を回動する装置が公知である。この装置は、カム軸の実際位置と目標位置との偏差に依存して調整信号を形成する制御器を有する。この調整信号は、乗算的に回転数と油温とに依存して求められる補正係数によって補正される。
【０００３】
このような装置は著しいむだ時間を有しており、このむだ時間によって最大限に達成可能な制御速度が低下される。実践的にはこの制御器を、目標位置の跳躍が緩慢に追従されるようにするか、または目標位置の跳躍が迅速に追従されるが安定性が損なわれやすいようにするかのいずかにパラメタ化できることが分かった。しかしながら目標位置の跳躍に迅速に追従することは、内燃機関の快適な動作を非定常動作時においても保証し、しかも比較的少ない燃料消費と比較的高い出力で保証するために必要である。
【０００４】
本発明の課題は公知の装置を改善して、内燃機関の快適な動作が、非定常動作のおいてもまた装置のむだ時間が大きい場合でも保証され、しかも比較的低い燃料消費と比較的高い出力で保証されるようにすることである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載された構成によって解決される。この解決手段の特徴は、ガス交換弁の運動過程を極めて簡単かつ迅速に調整できることである。これによって内燃機関の目下の動作状態で所望される、ガス交換弁のその都度の運動過程を保証することができる。さらに制御器は予制御部のエラーだけを補償すればよい。
【０００６】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の実施例を概略図面に基づいて詳しく説明する。ここで、
図１は内燃機関を示しており、
図２はカム軸を機械的調整部の断面で示しており、
図３は、ガス交換弁の運動過程を調整する装置のブロック回路図を示している。
【０００８】
構成および機能が同じエレメントには、図が異なっても同じ参照符号が付される。
【０００９】
内燃機関（図１）には、ピストン１１とコネクティングロッド１２とを有するシリンダ１が含まれている。コネクティングロッド１２は、ピストン１１とクランク軸２とに接続されている。第１の歯車２１がクランク軸２に設けられている。第１歯車２１はチェーン２１ａを介して、カム軸３に配置された第２の歯車３１に機械的に結合されている。カム軸３はガス交換弁４１，４２に作用するカム３２，３３を有している。この内燃機関は図１では１つのシリンダを有するように図示されている。この内燃機関はもちろん複数のシリンダを有することが可能である。
【００１０】
ガス交換弁の運動過程を調整する調整装置５が、この内燃機関に配属されている。この調整装置５は機械的調整部５１を有しており、この調整部は液圧管路５２，５３を介して、有利には液圧式３ポート２位置方向制御弁として構成された調整部材５４に接続されている。この調整部材は、オイルリザーバを有する低圧液圧管路５６と高圧液圧管路５５とに接続されている。このオイルリザーバに場合によってはオイルポンプが配属される。
【００１１】
センサが配属された制御装置６が設けられており、これらのセンサは種々の測定量を検出して、各測定量の測定値を求める。制御装置６は、測定量に依存して、調整部材５４に対する調整信号ＴＶＡＮ＿Ｓを求める。
【００１２】
これらのセンサは、クランク軸２のクランク軸角ＫＷと回転数Ｎとを検出する回転数センサ７１、カム軸角ＮＷを検出するカム軸角センサ７２、空気質量流量ＭＡＦを検出する空気質量測定器７３、または油温ＴＯＥＬを検出する油温センサ７４として構成されている。本発明の実施形態に応じて、上記センサの任意の部分集合または付加的なセンサを設けることも可能である。
【００１３】
図２は、機械的調整部５１を有するカム軸３の断面図を示している。機械的調整部５１には、第２歯車３１が配属されており、これは形状結合的(formschluessig)に第３歯車５１１に接続されている。第３歯車５１１は、はす歯歯部を有しており、これは配属された歯環５１２のはす歯歯部と咬合する。この歯環は内側に平歯歯部を有しており、これは第４歯車５1３の相応に構成された歯部と咬合する。液圧管路５２，５３の油圧に依存して、歯環５１２は軸線方向にカム軸に向かって移動する。ばね５１４が設けられており、これは管路の油圧によって惹起される力が歯環５１２に作用しない場合にこの歯環を所定の定常位置に戻す。
【００１４】
調整装置５によって、カム軸３の位相をクランク軸４に対して調整することができる。これによってこの位相を所定の範囲内で連続的に調整することができる。したがってガス交換弁の行程開始位置と行程終了位置を変更することができる。
【００１５】
図３は、ガス交換弁の運動過程の調整を制御する制御装置６のブロック回路図を示している。カム軸の調整の目標値ＮＷＳＯＬＬは、第１特性マップから、回転数Ｎと空気質量流量ＭＡＦに依存して、または別の負荷量に依存して求められる。
【００１６】
予制御部は加算箇所Ｓ１を有しており、ここでカム軸の調整の目標値ＮＷＳＯＬＬと推定値ＮＷ＿ＭＯＤ＿Ｏ＿ＴＯＴＺとの差分ＮＷＳＯＬＬ＿ＤＩＦが、調整装置のむだ時間ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳを考慮しないで求められる。ブロックＢ１では、差分ＮＷＳＯＬＬ＿ＤＩＦと、回転数Ｎと、油温ＴＯＥＬとに依存して、３ポート２位置方向制御弁５４の通流持続時間の予制御値Ｔ＿ＶＡＮが求められる。この予制御値Ｔ＿ＶＡＮは周期的に所定のサイクル時間で、有利には回転数に同期して求められる。
【００１７】
ブロックＢ２は、調整装置５の区間特性をシミュレーションし、例えば積分器を含んでいる。この積分器は、予制御値Ｔ＿ＶＡＮと、サイクル時間と、回転数Ｎと、求めたカム軸の調整速度とに依存してカム軸の調整の推定値ＮＷ＿ＭＯＤ＿ＴＯＴＺを、むだ時間ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳを考慮しないで求める。むだ時間ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳは、３ポート２位置方向制御弁の電磁石の励磁時間と、オイル粘性が変化した場合の液圧装置の特性と、回転数Ｎが低い場合のオイル圧力形成と、３ポート２位置方向制御弁の構成それ自体とによって発生する。推定値ＮＷ＿ＭＯＤ＿ＴＯＴＺでは調整装置のむだ時間が考慮されないため、予制御値Ｔ＿ＶＡＮの各計算サイクルで、推定したカム軸の調整について通知が行われ、この推定したカム軸の調整は、むだ時間の経過後、実際にカム軸において開始される。したがって予制御は極めて精確であり、かつ調整装置５のむだ時間に依存しない。
【００１８】
ブロックＢ３では、カム軸の調整の推定値ＮＷ＿ＭＯＤが、調整装置５のむだ時間を考慮して求められる。これは調整装置５のむだ時間ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳに依存して行われ、ここでこのむだ時間は特性マップから回転数Ｎと、空気質量流量ＭＡＦと、油温ＴＯＩＬとに依存して求められる。第２の加算箇所Ｓ２では、カム軸の調整の推定値ＮＷ＿ＭＯＤと測定値ＮＷＩＳＴとの差分が求められる。カム軸３の調整の測定値ＮＷＩＳＴは、検出したクランク軸角ＫＷとカム軸角ＮＷとに依存して求められる。
【００１９】
ブロックＢ４には制御器が設けられており、この制御器は、実際値ＮＷＩＳＴと推定値ＮＷ＿ＭＯＤとの差分ＮＷ＿ＤＩＦ＿ＲＥＧ、およびむだ時間ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳに依存して、３ポート２位置方向制御弁の通流持続時間の制御値ＴＶＡＮ＿ＲＥＧを求める。この制御器は有利にはＰ制御器として構成される。しかしこの制御器は、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器、または当業者に公知のその他の制御器として構成することも可能である。ここでこの制御器は有利には適応形に、すなわち制御パラメータがむだ時間ＴＯＴＺ＿ＶＡＮＯＳに依存するように構成することができる。
【００２０】
有利には積分器を含むブロックＢ５が設けられており、ここでこの積分器は制御値ＴＶＡＮ＿ＲＥＧを、これが３ポート２位置方向制御弁の通流最小持続時間Ｔ＿ＭＩＮ＿ＶＡＮを上回るまで積分する。積分した制御値Ｔ＿ＶＡＮ＿ＲＥＧ＿ＩＮＴが、この最小持続時間Ｔ＿ＭＩＮ＿ＶＡＮを上回ると、この積分された制御値は、第３加算箇所Ｓ３に出力され、この積分器はリセットされる。これにより小さい制御偏差も調整することができ、この制御偏差が調整装置５の許容範囲にある通流時間に結びつくようにすることが可能である。
【００２１】
ブロックＢ６では、予制御値Ｔ＿ＶＡＮと、３ポート２位置方向制御弁の通流持続時間を積分した制御値Ｔ＿ＶＡＮ＿ＲＥＧ＿ＩＮＴとの差分が、この３ポート２位置方向制御弁の通流最小持続時間Ｔ＿ＭＩＮ＿Ｖよりも大きな値を有するか否かがチェックされる。大きな値を有する場合にだけ、３ポート２位置方向制御弁の各電磁石に時間ＴＶＡＮ＿Ｓだけ電流が流される。これによって調整装置５の寿命、殊に３ポート２位置方向制御弁５４の寿命が伸びる。それはこの弁には内燃機関の動作中に比較的電流が流されないからである。
【００２２】
ブロックＢ４の制御器は、予制御部のエラーだけを調整すればよい。したがってカム軸３の追従は極めて迅速に行われる。
【００２３】
さらにこの制御装置は、予制御部が位置設定値を、システムむだ時間に依存せずに、通例は最大の調整速度である極めて高い調整速度で変更するという特徴を有する。この制御器に対するむだ時間の偏差許容範囲は極めて広い。これにより制御ループの頑強さが格段に向上され、制御品質および制御速度が損なわれても測定できるほどではない。
【００２４】
本発明は、説明した実施例に限定されるものではない。例えば、調整部５１を、ガス交換弁の往復過程が変更できるように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関を示す図である。
【図２】  カム軸を機械的調整部の断面で示す図である。
【図３】  ガス交換弁の運動過程を調整する装置のブロック回路図を示す図である。
【図１】
0004316797.tif 000002
【図２】
0004316797.tif 000003
【図３】
0004316797.tif 000004