專利名稱：內燃機不同氣缸底座的凸輪軸的同時調節(jié)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1前序部分所述的內燃機的不同氣缸底座的凸輪軸相對于一根曲軸同時調節(jié)到一個預定角度額定值的一種方法，其中，這些凸座輪軸操作內燃機的相應氣缸底座的相應進氣閥或排氣閥。此外，本發(fā)明涉及一種具有至少兩個氣缸底座和一個氣門控制機構的內燃機，該氣門控制機構用于每個分別帶有至少一根用來操作相應氣缸底的排氣閥和/或進氣閥的凸輪軸的氣缸底座，其中，一個氣缸底座的至少一根曲軸分別用一個凸輪軸調節(jié)器可相對于內燃機的一根曲軸調節(jié)其角度，其中設置了一個控制器，該控制器根據權利要求9的前序部分按一個預定的額定值調節(jié)凸輪軸。
在具有多個氣缸底座的內燃機時，例如在具有一個由DE19832383A1提出的氣門控制的多列式發(fā)動機的內燃機時，相應的凸輪軸借助于一個凸輪軸調節(jié)器可相對于曲軸調節(jié)其角度；在低的運行溫度時，例如在冷啟動階段會出現(xiàn)這樣的問題，即不同的氣缸底座的凸輪軸得出不同的調節(jié)速度。從而在相對于曲軸的凸輪軸的相應角度位置之間導致不希望有的差值。由于這個原因，迄今為止只有在內燃機達到它的工作溫度后，才允許進行凸輪軸的調節(jié)。
US5462022提出了一種凸輪軸調節(jié)方法，該方法可調節(jié)凸輪軸和曲軸之間的要求角度位置。
本發(fā)明的目的在于，提出上述類型的一種方法和內燃機，其中不同氣缸底座的凸輪軸的調節(jié)是同步進行的，而與內燃機的溫度無關。
根據本發(fā)明，這個目的是通過具有權利要求1特征部分的上述類方法和通過具有權利要求9特征部分的上述類內燃機來實現(xiàn)的。本發(fā)明的有利結構可從各項從屬權利要求中得知。
在用本發(fā)明的上述類方法時，從凸輪軸的相應的角度實際值的調節(jié)速度中測出一個差值，且具有較高調節(jié)速度的至少一根凸輪軸的角度額定值隨時間變化，直至凸輪軸的角度實際值達到原來的角度額定值為止，其中具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度額定值的時間變化是這樣進行的，即消除具有較高調節(jié)速度的凸輪軸和具有最低調節(jié)速度的那個凸輪軸之間的角度實際值的分散性并減小這兩個角度實際值之間的差值。
此外，根據本發(fā)明，在上述類內燃機時，控制器設計成可從凸輪軸調節(jié)器的調節(jié)速度中測出一個差值，且具有較高調節(jié)速度的至少一個凸輪調節(jié)器的角度額定值隨時間變化，直至凸輪軸調節(jié)器達到原來的角度額定值為止，其中具有較高調節(jié)速度的凸輪軸調節(jié)器的角度額定值的時間變化是這樣進行的，即消除具有較高調節(jié)速度的凸輪調節(jié)器和具有最低調節(jié)速度的那個凸輪調節(jié)器之間的角度實際值的分散性，并減小這些實際值之間的差值。
其優(yōu)點是，在內燃機的低的工作溫度時，消除了凸輪的調節(jié)速度之間產生的差值。換句話說，凸輪軸是相互同步的。這樣就防止了凸輪軸相對于曲軸的角度位置之間的不希望的差值，這種差值特別對內燃機的運行性能將產生不利的影響。因此在具有多個氣缸底座的內燃機時，也可在低的工作溫度下進行凸輪軸調節(jié)。
為了使角度額定值的變化總是在一個最佳的時間點開始而與調節(jié)速度的差值無關，在這個時間點時，具有較高調節(jié)速度的那根凸輪軸可用足夠的安全性確定，即從一定的時間點起才進行具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度額定值的變化，在這個時間點時，具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際位置和具有較低調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際位置之間產生一個預定的差值。
為了消除具有不同調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值的離散性或分散性，首先在這個角度額定值的變化開始時，把它作為具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的瞬時角度實際值的起始值。為了防止具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值的波動超出已變化的角度額定值，在瞬時角度實際值中加入一個預測角度，該預測角度相當于具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度額定值的第一次變化后這個具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值的一個隨動。
在具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值最佳反饋到具有最低調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值上時，已變化的角度額定值在其總值上作為具有最低調節(jié)速度的凸輪軸的瞬時角度實際值和一個與時間相關的函數(shù)之和來確定，其總值與一個預定的常數(shù)的時間近似。這個與時間相關的函數(shù)例如是一個PT1函數(shù)，其參數(shù)在角度額定值的變化開始時最好根據內燃機的一個溫度與已變化的角度額定值的一個起始值來確定。
只有當內燃機的一個溫度低于一個預定的溫度時，才宜進行具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度額定值的變化。
本發(fā)明的其他特征、優(yōu)點和有利結構可從各項從屬權利要求中以及從結合附圖進行的下面的說明中得知。附圖所示為

圖1是本發(fā)明內燃機的一種優(yōu)選結構型式的示意前視圖；圖2是凸輪軸同步調節(jié)用的一個控制裝置的按本發(fā)明構成部分的方塊圖；圖3是一個PT1函數(shù)的示意圖；圖4是在曲軸和凸輪軸之間的相對曲軸轉角正躍變調節(jié)過程中的凸輪軸的角度實際值與角度額定值的示意圖。
圖1簡要示出的內燃機10包括兩個氣缸底座12和14、一根排氣凸輪軸16以及第一氣缸底座12的一根進氣凸輪軸18、一根排氣凸輪軸20以及第二氣缸底座14的一根進氣凸輪軸22、相應的凸輪軸調節(jié)器24、凸輪軸傳感器26、一根曲軸28和一個曲軸傳感器30?？刂破?2接收傳感器26、30的信號并相應地接通凸輪軸調節(jié)器24，于是在凸輪軸16、18、20、22和曲軸28之間產生一個用于相對角度位置的要求的角度額定值。凸輪軸16、18、20、22通過曲軸28的一個傳動裝置34進行傳動。
根據本發(fā)明，考慮了不同氣缸底座12、14的凸輪軸16、18、20、22的同步。例如當兩個氣缸底座12、14的進氣凸輪軸18和22同時相對于曲軸28調到一個新的角度額定值時，可用凸輪軸調節(jié)器24以液壓方式實現(xiàn)這種調節(jié)。但這里可通過在一定工作狀態(tài)內的凸輪軸調節(jié)器的液壓操作達到凸輪軸調節(jié)器24和由此達到凸輪軸18、22的瞬時角度實際值的不同的調節(jié)速度。這在調節(jié)到該新的角度額定值的過程中導致凸輪軸的瞬時角度值的分散。換言之，可能出現(xiàn)這樣的情況，即凸輪軸調節(jié)器之一比另一個凸輪軸調節(jié)器調節(jié)得快。雖然兩根凸輪軸18、22最終達到相同的角度額定值，但一根凸輪軸比另一根凸輪軸達到該角度額定值早一些。凸輪軸相對于曲軸的相應的相對角度之間在這個時間間隔內產生的差對發(fā)動機運行和有害物質排放產生不利的影響。所以本發(fā)明建議按下述方法進行同步，該方法用表示控制器32的一部分的圖2所示的方塊圖來進行說明。這里以進氣凸輪軸18和22為例進行說明，但也類似地適用于排氣凸輪軸16、20。此外，下面的說明是以其中一根凸輪軸比另一根凸輪軸調節(jié)得快一些的兩根凸輪軸為例來進行的，但也可類似地適用于三個或多個氣缸底座的三根或多根凸輪軸的同時調節(jié)。而且下面的說明適用于具有最低調節(jié)速度的凸輪軸與具有較高調節(jié)速度的任意另一根凸輪軸的配合。此外，下面的說明是以角度額定值的一個“正躍變”即相對于曲軸28的一個較高的相對角度為例。但這些說明也類似地適用于一個“負躍變”，即相對于曲軸28的一個較低的相對角度，其中只需把已調節(jié)的凸輪軸的實際角度值之間的關系表達“較高/超過/較大”或“較低/低于/較小”顛倒過來即可。
兩根凸輪軸18、22的瞬時角度實際值被輸入方塊38中并相互進行比較以及確定相應的調節(jié)速度。一旦在方塊38中確定這兩根凸輪軸18、22不同步轉動，便立即在44向下一個方塊46發(fā)出一個相應的信號，而且給出包括一個預測角度的具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的瞬時角度實際值。這個預測角度考慮了在角度額定值變化后凸輪軸調節(jié)器的隨動。
在方塊46中為具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18產生一個隨時間而變化的角度額定值48。此時已變化的角度額定值48是這樣選擇的，即具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的瞬時角度實際值40重新接近具有較低調節(jié)速度的凸輪軸22的瞬時角度實際值42，這在稍后還要參照圖4進行更詳細的說明。為了確定隨時間變化的角度額定值48，方塊46還收到了具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22的瞬時角度實際值42。此外，從方塊50通過連接線52輸入一個在圖3中示意示出的PT1函數(shù)。在方塊46中，從具有最低調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值42的和與PT1函數(shù)的一個瞬時值中算出具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的已變化的角度額定值48。不論PT1函數(shù)的值是相加還是相減。只取決于凸輪軸18、22相對于曲軸朝一個較大相對角度(正躍變)或朝一個較小的相對角度(負躍變)進行的一次調節(jié)。在具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的角度額定值48的變化開始時，PT1函數(shù)的參數(shù)從發(fā)動機溫度以及從具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22的角度實際值42和具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的包括預測角度的角度實際值40之間的差中算出。PT1函數(shù)隨時間變化，所以具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的已變化的角度額定值48也是變化的。此時被調節(jié)的凸輪軸18、22的角度實際值的分散性或離散性停止，以便具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的角度實際值40與具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22的角度實際值42達到一個盡可能漸近的近似。具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的角度額定值48的變化和由此具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的角度實際值40與具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22的角度實際值42的平衡或同步一直進行，直至這兩根凸輪軸18、22達到原來的角度額定值，該角度額定值仍然適用于具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22。只有出于合理性的理由才考慮中斷條件。所以例如可停止角度額定值48的變化，并在具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22的瞬時角度實際值42在原來角度額定值方向內增加超過已變化的角度額定值48時，可復位到原來的角度額定值。也就是說，原來作為較慢調節(jié)識別出的凸輪軸現(xiàn)在是具有較高調節(jié)速度的凸輪軸。該凸輪軸一方面可位于在調節(jié)過程中的系統(tǒng)參數(shù)的變化中或在角度額定值48的變化開始時的一個錯誤的識別中。這是液壓操作的一個特征，不能克服這些附著效應，以致首先在朝一個新的角度實際值調節(jié)開始時，本來較快調節(jié)的凸輪軸18以其角度實際值40暫時分別保持低于本來較慢調節(jié)的凸輪軸22的角度實際值42，直至液壓力克服附著力；最后，較快調節(jié)的凸輪軸18的角度實際值40在原來的角度額定值的方向內超過較慢調節(jié)的凸輪軸22的角度實際值42。
圖4表示在同時同步的調節(jié)過程中，進氣凸輪軸18、22的角度實際值40、42與時間的關系曲線。在垂直軸54上注出相對于曲軸的相對角度°KW。此外，在垂直軸56上表示一個信號58，該信號表示被調節(jié)的凸輪軸18、22的不同步的轉動(不同的調節(jié)速度)。而在相應的水平軸60上則注出時間t。
在時間點t＝0時，凸輪軸18、22相對于曲軸的相對角度為0°KW并躍變到一個20°KW的新的角度額定值62，這個新的額定角度值在下文稱做“原來的角度額定值”。這個原來的角度額定值62首先適用于兩個凸輪軸18、22或其相應的凸輪軸調節(jié)器24。但由于在低溫時，例如在冷啟動階段，第一氣缸底座12的凸輪軸18在原來的角度額定值62的方向內比第二個氣缸底座16或凸輪軸調節(jié)器的凸輪軸22的調節(jié)速度快，所以這兩根凸輪軸18、22的實際角度值40、42產生分散。較快的凸輪軸18的角度實際值40比較慢的凸輪軸22的角度實際值42接近原來的角度額定值62快一些。這種情況一直保持到時間點t1。在這里，角度實際值40、42之間的差超過預定的極限，并實現(xiàn)這兩根凸輪軸18、22的有效的同步。此時較快的凸輪軸18制動。
為此，較快的凸輪軸18的角度額定值48變化，即在起始角的方向內朝時間點t＝0(0°KW)移動。在圖示正躍變的情況下，原來的角度額定值62減小到具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的已變化的角度額定值48，而原來的額定角度值62則繼續(xù)適用于具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22。朝時間點t1的已變化的角度額定值48由具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的瞬時角度實際值40加一個預測角64組成，該預測角考慮在角度額定值62減小到已變化的角度額定值48以后具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的凸輪軸調節(jié)器24的慣性運動。這樣就防止了較快的凸輪軸18的角度實際值40波動一個已變化的角度額定值48。其中具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的已變化的角度額定值48是這樣確定的，即它在凸輪軸18、22的調節(jié)過程中的任一時間點都位于較慢的凸輪軸42的原來的角度額定值62和實際角度值42之間。
現(xiàn)在結合前面圖2的說明，在用PT1函數(shù)和較慢凸輪軸22的角度實際值42的情況下來計算t1和t終之間的時間間隔內的已變化的角度額定值48。在到時間點t1同步開始時，如果這個和大于較快凸輪軸18的角度實際值40，則該和作為已變化的角度額定值48。這樣，角度實際值40、42的分散性先停止并隨即出現(xiàn)角度實際值40重新接近角度實際值42。換句話說，通過對不同步轉動的凸輪軸18、22的預先給定的不同的角度額定值62或48，達到了相對于曲軸28的相對角位置的很小差別的凸輪軸18和22的同步或同步轉動。如圖4所示，相應地跟蹤了較快凸輪軸18的角度額定值48與時間的關系。這一跟蹤到時間點t終終止，并通過信號58的復位來表示。
為便于比較，用虛線68表示沒有本發(fā)明同步時的角度實際值40的變化。此時具有較高調節(jié)速度的凸輪軸18的角度實際值40在70時已達到原來的角度額定值62，而具有最低調節(jié)速度的凸輪軸22的角度實際值則在72才達到原來的角度額定值62。亦即在t1和t終之間的時間內，凸輪軸18和12相對于曲軸28的相對角度位置以不希望的方式明顯分散而不同步。
較快凸輪軸18的角度額定值48的變化開始的時間點t1不是硬性選擇的，而是可變的，因為同步的使用是由角度實際值40、42之間的差來決定的。這樣就保證了也實際有一根凸輪軸調節(jié)得比其他的凸輪軸快，而且在調節(jié)速度上不只是小的波動。時間點t1在調節(jié)速度較高的差值時例如可為50毫秒，或在被調節(jié)凸輪軸18和22的調節(jié)速度的較低的差值時才為200毫秒。
權利要求
1.內燃機的不同氣缸底座的凸輪軸相對于一根曲軸同時調節(jié)到一個預定角度額定值的一種方法，其中這些凸輪軸操作內燃機的相應氣缸底座的相應進氣閥或排氣閥，其特征為，測出這些凸輪軸的相應角度實際值的調節(jié)速度的一個差值，且具有較高調節(jié)速度的至少一根凸輪軸的角度額定值隨時間變化，直至這些凸輪軸的角度實際值達到原來的角度額定值為止，其中具有較高調節(jié)速度的那根凸輪軸的角度額定值的時間變化是這樣進行的消除具有較高調節(jié)速度的凸輪軸和具有最低調節(jié)速度的那根凸輪軸之間的角度實際值的分散性，并減小這些角度實際值之間的一個相應的差值。
2.按權利要求1的方法，其特征為，該角度額定值的變化從一定的時間點起才進行，在這個時間點時，具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的和具有最低調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值之間產生一個預定的差值。
3.按權利要求1或2的方法，其特征為，該角度額定值的變化是這樣進行的，在調節(jié)開始時凸輪軸的實際值與變化了的角度額定值之間的差值在數(shù)值上小于在調節(jié)開始時凸輪軸的角度實際值與原來的角度額定值之間的差值。
4.按前述權利要求至少一項的方法，其特征為，在角度額定值開始變化時，把該角度額定值作為具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的瞬時角度實際值的起始值。
5.按權利要求4的方法，其特征為，在具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的瞬時角度實際值中加入一個預測角度，該預測角度相當于具有較高調節(jié)速度的凸輪軸的角度額定值的第一次變化后這個具有高調節(jié)速度的凸輪軸的角度實際值的一個隨動。
6.按權利要求4或5的方法，其特征為，該已變化的角度額定值在其總值上作為具有最低調節(jié)速度的凸輪軸的瞬時角度實際值和一個與時間相關的函數(shù)之和來確定，其總值與一個預定的常數(shù)的時間近似。
7.按權利要求6的方法，其特征為，用一個PT1函數(shù)作為與時間相關的函數(shù)。
8.按權利要求7的方法，其特征為，PT1函數(shù)的參數(shù)在角度額定值的變化開始時根據內燃機的一個溫度和與已變化的角度額定值的一個起始值的確定。
9.具有至少兩個氣缸底座(12，14)和一個氣門控制機構的內燃機(10)，該氣門控制機構用于每個分別帶有至少一根用來操作相應氣缸底座(12，14)的排氣閥和/或進氣閥的凸輪軸(16、18、20、22)的氣缸底座(12、14)，其中，一個氣缸底座(12、14)的至少一根凸輪軸(16、18、20、22)分別用一個凸輪軸調節(jié)器(24)可相對于內燃機(10)的一根曲軸(28)調節(jié)其角度，其中，設置了一個控制器(32)，該控制器根據一個預定的角度額定值(62)進行凸輪軸(16、18、20、22)的調節(jié)，其特征為，控制器(32)是這樣設計的，它測出凸輪軸調節(jié)器(24)的調節(jié)速度的一個差值并使具有較高調節(jié)速度的至少一個凸輪調節(jié)器(24)的角度額定值(48)隨時間變化，直至凸輪軸調節(jié)器(24)達到原來的角度額定值(62)為止，其中具有較高調節(jié)速度的凸輪軸調節(jié)器(24)的角度額定值(48)的時間變化是這樣進行的消除具有較高調節(jié)速度的凸輪軸調節(jié)器和具有最低調節(jié)速度的那個凸輪軸調節(jié)器之間的角度實際值(40、42)的分散性并減小這兩個角度實際值(40、42)之間的相應差值。
全文摘要
本發(fā)明涉及內燃機的不同氣缸底座的凸輪軸相對于一根曲軸同時調節(jié)到一個預定角度額定值的一種方法，其中，這些凸輪軸操作內燃機的相應氣缸底座相應進氣閥或排氣閥。測出這些凸輪軸的相應角度實際值的調節(jié)速度的一個差值，且具有較高調節(jié)速度的至少一根凸輪軸的角度額定值隨時間變化，直至這些凸輪軸的角度實際值達到原來的角度額定值為止，其中，角度額定值的時間變化是這樣進行的消除具有較高調節(jié)速度的凸輪軸和具有最低調節(jié)速度的那根凸輪軸之間的角度實際值的分散性，并減小這些角度實際值之間的相應差值。
文檔編號F01L1/46GK1466650SQ01816357
公開日2004年1月7日 申請日期2001年8月28日 優(yōu)先權日2000年9月27日
發(fā)明者M·施瑙貝爾特, M 施瑙貝爾特, M·舒爾塔貝斯, 此, N·舍菲爾, 貧 , H·高 申請人:大眾汽車有限公司