內燃機不同氣缸底座的凸輪軸的同時調節方法
2023-10-06 00:10:49 2
專利名稱：內燃機不同氣缸底座的凸輪軸的同時調節方法
技術領域：
本發明涉及權利要求1前序部分所述的內燃機的不同氣缸底座的凸輪軸相對於一根曲軸同時調節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，該氣門控制機構用於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器可相對於內燃機的一根曲軸調節其角度，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動機的內燃機時，相應的凸輪軸藉助於一個凸輪軸調節器可相對於曲軸調節其角度；在低的運行溫度時，例如在冷啟動階段會出現這樣的問題，即不同的氣缸底座的凸輪軸得出不同的調節速度。從而在相對於曲軸的凸輪軸的相應角度位置之間導致不希望有的差值。由於這個原因，迄今為止只有在內燃機達到它的工作溫度後，才允許進行凸輪軸的調節。
US5462022提出了一種凸輪軸調節方法，該方法可調節凸輪軸和曲軸之間的要求角度位置。
本發明的目的在於，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是同步進行的，而與內燃機的溫度無關。
根據本發明，這個目的是通過具有權利要求1特徵部分的上述類方法和通過具有權利要求9特徵部分的上述類內燃機來實現的。本發明的有利結構可從各項從屬權利要求中得知。
在用本發明的上述類方法時，從凸輪軸的相應的角度實際值的調節速度中測出一個差值，且具有較高調節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速度的凸輪軸和具有最低調節速度的那個凸輪軸之間的角度實際值的分散性並減小這兩個角度實際值之間的差值。
此外，根據本發明，在上述類內燃機時，控制器設計成可從凸輪軸調節器的調節速度中測出一個差值，且具有較高調節速度的至少一個凸輪調節器的角度額定值隨時間變化，直至凸輪軸調節器達到原來的角度額定值為止，其中具有較高調節速度的凸輪軸調節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速度的凸輪調節器和具有最低調節速度的那個凸輪調節器之間的角度實際值的分散性，並減小這些實際值之間的差值。
其優點是，在內燃機的低的工作溫度時，消除了凸輪的調節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於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。
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速度的差值無關，在這個時間點時，具有較高調節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，具有較高調節速度的凸輪軸的角度實際位置和具有較低調節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，該預測角度相當於具有較高調節速度的凸輪軸的角度額定值的第一次變化後這個具有較高調節速度的凸輪軸的角度實際值的一個隨動。
在具有較高調節速度的凸輪軸的角度實際值最佳反饋到具有最低調節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之和來確定，其總值與一個預定的常數的時間近似。這個與時間相關的函數例如是一個PT1函數，其參數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於一個預定的溫度時，才宜進行具有較高調節速度的凸輪軸的角度額定值的變化。
本發明的其他特徵、優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是本發明內燃機的一種優選結構型式的示意前視圖；圖2是凸輪軸同步調節用的一個控制裝置的按本發明構成部分的方塊圖；圖3是一個PT1函數的示意圖；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、相應的凸輪軸調節器24、凸輪軸傳感器26、一根曲軸28和一個曲軸傳感器30。控制器32接收傳感器26、30的信號並相應地接通凸輪軸調節器24，於是在凸輪軸16、18、20、22和曲軸28之間產生一個用於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同時相對於曲軸28調到一個新的角度額定值時，可用凸輪軸調節器24以液壓方式實現這種調節。但這裡可通過在一定工作狀態內的凸輪軸調節器的液壓操作達到凸輪軸調節器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速度。這在調節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，可能出現這樣的情況，即凸輪軸調節器之一比另一個凸輪軸調節器調節得快。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。凸輪軸相對於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動機運行和有害物質排放產生不利的影響。所以本發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。這裡以進氣凸輪軸18和22為例進行說明，但也類似地適用於排氣凸輪軸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得快一些的兩根凸輪軸為例來進行的，但也可類似地適用於三個或多個氣缸底座的三根或多根凸輪軸的同時調節。而且下面的說明適用於具有最低調節速度的凸輪軸與具有較高調節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」即相對於曲軸28的一個較高的相對角度為例。但這些說明也類似地適用於一個「負躍變」，即相對於曲軸28的一個較低的相對角度，其中只需把已調節的凸輪軸的實際角度值之間的關係表達「較高/超過/較大」或「較低/低於/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中並相互進行比較以及確定相應的調節速度。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後凸輪軸調節器的隨動。
在方塊46中為具有較高調節速度的凸輪軸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速度的凸輪軸22的瞬時角度實際值42，這在稍後還要參照圖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。在方塊46中，從具有最低調節速度的凸輪軸的角度實際值42的和與PT1函數的一個瞬時值中算出具有較高調節速度的凸輪軸18的已變化的角度額定值48。不論PT1函數的值是相加還是相減。只取決於凸輪軸18、22相對於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。在具有較高調節速度的凸輪軸18的角度額定值48的變化開始時，PT1函數的參數從發動機溫度以及從具有最低調節速度的凸輪軸22的角度實際值42和具有較高調節速度的凸輪軸18的包括預測角度的角度實際值40之間的差中算出。PT1函數隨時間變化，所以具有較高調節速度的凸輪軸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，以便具有較高調節速度的凸輪軸18的角度實際值40與具有最低調節速度的凸輪軸22的角度實際值42達到一個儘可能漸近的近似。具有較高調節速度的凸輪軸18的角度額定值48的變化和由此具有較高調節速度的凸輪軸18的角度實際值40與具有最低調節速度的凸輪軸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於具有最低調節速度的凸輪軸22。只有出於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，並在具有最低調節速度的凸輪軸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，原來作為較慢調節識別出的凸輪軸現在是具有較高調節速度的凸輪軸。該凸輪軸一方面可位於在調節過程中的系統參數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徵，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開始時，本來較快調節的凸輪軸18以其角度實際值40暫時分別保持低於本來較慢調節的凸輪軸22的角度實際值42，直至液壓力克服附著力；最後，較快調節的凸輪軸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的凸輪軸22的角度實際值42。
圖4表示在同時同步的調節過程中，進氣凸輪軸18、22的角度實際值40、42與時間的關係曲線。在垂直軸54上注出相對於曲軸的相對角度°KW。此外，在垂直軸56上表示一個信號58，該信號表示被調節的凸輪軸18、22的不同步的轉動(不同的調節速度)。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相對於曲軸的相對角度為0°KW並躍變到一個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首先適用於兩個凸輪軸18、22或其相應的凸輪軸調節器24。但由於在低溫時，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或凸輪軸調節器的凸輪軸22的調節速度快，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。在這裡，角度實際值40、42之間的差超過預定的極限，並實現這兩根凸輪軸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則繼續適用於具有最低調節速度的凸輪軸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以後具有較高調節速度的凸輪軸18的凸輪軸調節器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的調節過程中的任一時間點都位於較慢的凸輪軸42的原來的角度額定值62和實際角度值42之間。
現在結合前面圖2的說明，在用PT1函數和較慢凸輪軸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，如果這個和大於較快凸輪軸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的分散性先停止並隨即出現角度實際值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，達到了相對於曲軸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與時間的關係。這一跟蹤到時間點t終終止，並通過信號58的復位來表示。
為便於比較，用虛線68表示沒有本發明同步時的角度實際值40的變化。此時具有較高調節速度的凸輪軸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相對於曲軸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得比其他的凸輪軸快，而且在調節速度上不只是小的波動。時間點t1在調節速度較高的差值時例如可為50毫秒，或在被調節凸輪軸18和22的調節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於一根曲軸同時調節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，其特徵為，測出這些凸輪軸的相應角度實際值的調節速度的一個差值，且具有較高調節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速度的凸輪軸和具有最低調節速度的那根凸輪軸之間的角度實際值的分散性，並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，其特徵為，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，具有較高調節速度的凸輪軸的和具有最低調節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，其特徵為，該角度額定值的變化是這樣進行的，在調節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值上小於在調節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，其特徵為，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，其特徵為，在具有較高調節速度的凸輪軸的瞬時角度實際值中加入一個預測角度，該預測角度相當於具有較高調節速度的凸輪軸的角度額定值的第一次變化後這個具有高調節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，其特徵為，該已變化的角度額定值在其總值上作為具有最低調節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之和來確定，其總值與一個預定的常數的時間近似。
7.按權利要求6的方法，其特徵為，用一個PT1函數作為與時間相關的函數。
8.按權利要求7的方法，其特徵為，PT1函數的參數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)，該氣門控制機構用於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器(24)可相對於內燃機(10)的一根曲軸(28)調節其角度，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，其特徵為，控制器(32)是這樣設計的，它測出凸輪軸調節器(24)的調節速度的一個差值並使具有較高調節速度的至少一個凸輪調節器(24)的角度額定值(48)隨時間變化，直至凸輪軸調節器(24)達到原來的角度額定值(62)為止，其中具有較高調節速度的凸輪軸調節器(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速度的凸輪軸調節器和具有最低調節速度的那個凸輪軸調節器之間的角度實際值(40、42)的分散性並減小這兩個角度實際值(40、42)之間的相應差值。
全文摘要
本發明涉及內燃機的不同氣缸底座的凸輪軸相對於一根曲軸同時調節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速度的一個差值，且具有較高調節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速度的凸輪軸和具有最低調節速度的那根凸輪軸之間的角度實際值的分散性，並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 優先權日2000年9月27日
發明者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