AT524524B1

AT524524B1 - Verfahren und System zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: AT524524B1
Application number: ATA51073/2020A
Authority: AT
Inventors: Resch Dipl Ing Markus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2023-03-15
Also published as: AT524524A1; DE102021132673A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) und ein System (10) zur Diagnose einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, gekennzeichnet durch: Bestimmen (103) eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) einer Kurbelwelle (5) der Hubkolbenmaschine (1); Transformieren (106) des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) der Kurbelwelle (5) in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal (S(KW)) der Kurbelwelle (5); Bestimmen (107) einer Differenz (ΔS(KW)) zwischen einem Minimum (7) und einem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5), welche in einem Kurbelwinkelbereich (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4) eines Kurbelwinkels (KW) der Kurbelwelle (5) liegen; Bestimmen (110) eines Schwellenwerts für die Differenz (ΔS(KW)) in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine (1), wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts jeweils das Verdichtungsverhältnis charakterisiert; und Bestimmen (111) eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters (H, N) durch Vergleichen der bestimmten Differenz (ΔS(KW)) zwischen dem Minimum (7) und dem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5) mit dem Schwellenwert.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND SYSTEM ZUR DIAGNOSE UND/ODER STEUERUNG EINER HUBKOLBENMASCHINE MIT VARIABLEM VERDICHTUNGSVERHALTNIS

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit dem System.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Hubkolbenmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis bekannt, wobei als Verdichtungsverhältnis £ vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise das Verhältnis der Summe von (Kolben-)Hubvolumen Vy und Kompressions- bzw. Rest-

volumen Vx zu dem Kompressions- bzw. Restvolumen V« alleine verstanden wird (£ = Zu,

k [0003] Hierdurch kann eine Funktionalität der Hubkolbenmaschine verbessert, insbesondere an unterschiedliche Lastbereiche adaptiert werden.

[0004] Das Dokument WO 2015/055582 A2 schlägt hierzu längenverstellbare Pleuel, auch Pleuelstangen genannt, vor. Der Inhalt dieses Dokuments wird ausdrücklich in die vorliegende Offenbarung durch Referenz einbezogen.

[0005] Das Dokument WO 2017/207607 A1, dessen Inhalt ebenfalls ausdrücklich in die vorliegende Offenbarung durch Referenz einbezogen wird, betrifft ein Verfahren zur Diagnose und/ oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, wobei das Verfahren die Arbeitsschritte aufweist:

[0006] Ermitteln eines ersten Wertes eines Drehunförmigkeits-Parameters einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine; und

[0007] Ermitteln eines Wertes eines Verdichtungsverhältnis-Parameters für die Hubkolbenmaschine auf Basis dieses ersten Drehunförmigkeits-Parameter-Wertes.

[0008] Lösungen, mit denen das Funktionieren von Brennkraftmaschinen mit Vorrichtungen zum Varlieren des Verdichtungsverhältnisses überprüft werden kann, zeigen beispielsweise die US 2018/0306126 A1, DE 10 2014 203 033 A1, DE 10 2012 212 885 B3 und DE 10 2018 117 047 A1.

[0009] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis und/oder deren Betrieb zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, das jeweils anliegende Verdichtungsverhältnis zuverlässig feststellen zu können.

[0010] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.

[0011] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, folgende Arbeitsschritte aufweisend:

[0012] Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine;

[0013] Transformieren des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle;

[0014] Bestimmen einer Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle, welche in einem Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle liegen, welcher von einem Zünd-OT eines Hubkolbens eines ersten Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden, insbesondere zweiten, Zylinders reicht und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders der Hubkolbenmaschine umfasst;

[0015] Bestimmen eines Schwellenwerts für die Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in dem Kurbelwinkelbereich in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine, wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts jeweils das Verdichtungsverhältnis charakterisiert; und

[0016] Bestimmen eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle mit dem Schwellenwert.

[0017] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, aufweisend:

[0018] Mittel zum Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine;

[0019] Mittel zum Transformieren des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle;

[0020] Mittel zum Bestimmen einer Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle, welche in einem Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle liegen, welcher von einem Zünd-OT eines Hubkolbens eines ersten Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden, insbesondere zweiten, Zylinders reicht und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders der Hubkolbenmaschine umfasst;

[0021] Mittel zum Bestimmen eines Schwellenwerts für die Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in dem Kurbelwinkelbereich in Abhängigkeit eines Betriebszustand der Hubkolbenmaschine, wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts jeweils das Verdichtungsverhältnis charakterisiert; und

[0022] Mittel zum Bestimmen eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle mit dem Schwellenwert. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis und einem System nach dem vorhergehenden Anspruch zur Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine.

[0023] Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Schritte des Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis auszuführen, und ein Computer-lesbares Medium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Vorzugsweise ist das Verfahren computerimplementiert.

[0024] Der Erfindung liegt der Effekt zugrunde, dass eine Drehfrequenz oder Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine und der damit zusammenhängenden Drehschwingung durch die jeweils anliegende Verdichtung beeinflusst werden. Die Veränderung der Drehschwingung, auch Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle genannt, hängt charakteristisch von einem jeweils eingestellten variablen Verdichtungsverhältnis ab. Ein jeweils anliegendes höheres oder niedrigeres Verdichtungsverhältnis eines oder mehrerer Zylinder erzeugt vorzugsweise dynamische Kräfte, insbesondere Trägheits- oder Beschleunigungskräfte, strömungstechnisch induzierte Kräfte, insbesondere Kompressions- und/oder Dekompressionskräfte und/oder Reibungskräfte an deren Kolben, Pleuel oder dergleichen. Diese beeinflussen die Drehungleichförmigkeit. Umgekehrt kann auf der Basis dieser Drehungleichförmigkeiten somit das jeweils eingestellte Verdichtungsverhältnis ermittelt werden.

[0025] Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere jener Kurbelwinkelbereich der Drehfrequenz für einen zu betrachtenden Zylinder besonders charakteristisch ist, welcher von einem Zünd-OT des Hubkolbens dieses Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der

Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden Zylinders reicht. In diesem Kurbelwinkelbereich wird die Drehungleichförmigkeit besonders stark durch den ersten Zylinder, dessen Verdichtungsverhältnis analysiert werden soll, beeinflusst. Insbesondere liegen in diesem Kurbelwinkelbereich das durch das Verdichtungsverhältnis des ersten Zylinders erzeugte Minimum und Maximum der Drehungleichförmigkeit. Vorzugsweise umfasst der Kurbelwinkelbereich dabei ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders der Hubkolbenmaschine. Dieser Arbeitstakt wird durch den Zündzeitpunkt des ersten Zylinders und den nachfolgenden unteren Totpunkt, in welchem der Zylinder seine Arbeit verrichtet hat, begrenzt.

[0026] Eine Hubkolbenmaschine im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine HubkolbenBrennkraftmaschine, insbesondere ein aufgeladener oder nicht aufgeladener Zwei- oder Viertakt-, insbesondere Otto- oder Dieselmotor.

[0027] Vorzugsweise ist das Verdichtungsverhältnis des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders oder mehrerer, insbesondere aller, Zylinder der Hubkolbenmaschine individuell oder einheitlich, insbesondere gemeinsam, verstellbar, insbesondere reversibel zwischen einem minimalen und einem maximalen Verdichtungsverhältnis. Werden die Verdichtungsverhältnisse aller Zylinder der Hubkolbenmaschine einheitlich verstellt, prägen die einzelnen Zylinder der Drehschwingung ähnliche Drehungleichförmigkeiten auf. Dies kann das Bestimmen des Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters verbessern. Insbesondere können mittels der Erfindung das erfolgreiche Verstellen des Verdichtungsverhältnisses eines jeden einzelnen Zylinders einer Maschine detektiert werden. Bei einer Hubkolbenmaschine mit nur einem einzigen Zylinder entspricht der danach zündende Zylinder dem ersten Zylinder.

[0028] Ein Verdichtungsverhältnis-Parameter im Sinne der Erfindung hängt von dem jeweiligen Verdichtungsverhältnis eines oder mehrerer, insbesondere aller, Zylinder der Hubkolbenmaschine und/oder der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ab. Vorzugsweise gibt der Verdichtungsverhältnis-Parameter ein Verdichtungsverhältnis eines oder mehrerer, insbesondere aller, Zylinder der Hubkolbenmaschine und/oder der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses an, insbesondere ein oder mehrere individuelle Verdichtungsverhältnisse einzelner Zylinder und/oder deren Veränderung. Vorzugsweise weist der Verdichtungsverhältnis-Parameter zwei Werte auf, welche für ein hohes Verdichtungsverhältnis und ein niedriges bzw. ein höheres und ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis stehen.

[0029] Vorzugsweise kann mittels des bestimmten Werts des Verdichtungsverhältnis-Parameters auch eine Längeneinstellung der Pleuelstange bestimmt werden, sofern die Erfindung bei einem System zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine zum Einsatz kommt, wie es in der eingangs genannten WO 2015/055582 A2 beschrieben ist. In diesem Fall steht jener Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters, welcher eine höhere Verdichtung angibt, für eine längere Längeneinstellung der Pleuelstange und jener Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters, welcher das niedrigere Verdichtungsverhältnis angibt, für eine kürzere Längeneinstellung der Pleuelstange.

[0030] Ein zeitabhängiges Signal im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Signal, insbesondere aus elektrischen Impulsen, welches sich im Zeitverlauf ändert.

[0031] Ein Puls im Sinne der Erfindung bezeichnet vorzugsweise ein sich periodisch wiederholendes impuls- oder stoßartiges Ereignis eines elektrischen Signals.

[0032] Glätten im Sinne der Erfindung bedeutet vorzugsweise, eine Kurve in eine Kurve mit geringerer Krümmung zu überführen, die möglichst wenig vom Original abweicht.

[0033] In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den Arbeitsschritt auf:

[0034] Erfassen eines zeitabhängigen Pulssignals, welches zeitlich versetzte Pulse aufweist, wobei die Pulse mit einer Drehbewegung einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine korrelieren, wobei das zeitabhängige Pulssignal zum Bestimmen des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals eingesetzt wird.

[0035] Ein solches zeitabhängiges Pulssignal wird vorzugsweise mittels eines Inkrementalgebers durch eine Pulserfassung eines Geberrades, das auf der Kurbelwelle positioniert ist, realisiert. Ein solches Erfassen von zeitabhängigen Pulsen ist besonders zuverlässig. Darüber hinaus ist ein solches System zum Erfassen von zeitabhängigen Pulsen in Abhängigkeit von der Drehfrequenz der Kurbelwelle im Allgemeinen bei Hubkolbenmaschinen, insbesondere bei solchen, welche als Brennkraftmaschinen ausgeführt sind, bereits vorhanden, um die Drehzahl zu bestimmen. Mithin kann die Erfindung diese vorhandenen Sensoren nutzen und es muss kein eigener Sensor für die Funktion der Erfindung vorgesehen sein.

[0036] Entsprechend weist das System in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf:

[0037] Mittel, insbesondere einen Sensor, vorzugsweise einen Inkrementalgeber, zum Erfassen eines zeitabhängigen Pulssignals, welches zeitlich versetzte Pulse aufweist, wobei die Pulse mit der Drehbewegung einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine korrelieren, wobei das zeitabhängige Pulssignal zum Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals eingesetzt wird.

[0038] In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf:

[0039] Filtern des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle, um dieses zu glätten, wobei das gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignal in das winkelabhängige Drehfrequenzsignal transformiert wird. Durch das Filtern wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal in der Weise geglättet, dass globale Maxima und Minima jener Drehschwingung, welche durch die Verdichtung entstehen, deutlicher sichtbar werden.

[0040] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden durch das Filtern Signalanteile mit einer Frequenz, welche größer ist als eine n-te Ordnung der Drehfrequenz der Kurbelwelle, aus dem zeitabhängigen Drehfrequenzsignal entfernt, wobei n der halben Zylinderzahl, vorzugsweise der Zylinderzahl entspricht. Das Filtern jener Signale, welche größer sind als die n-te Ordnung der Drehfrequenz, mit n der Zylinderzahl, ist bei einem Viertaktmotor besonders vorteilhaft, da der Gesamt-Zyklus eines 4-Taktmotors zwei Umdrehungen der Kurbelwelle beträgt. Daher sind pro einer Kurbelwellenumdrehung jeweils die Hälfte an Zündereignissen bzw. Drehschwingungsänderungen zu erwarten, d. h. für einen Vierzylinder z. B. zwei maximale Drehungleichförmigkeits-Schwingungsamplituden der Kurbelwelle. Entspricht n der Anzahl der Zylinder, ist dies beispielsweise besonders vorteilhaft zur Diagnostizierung einer Zweitakthubkolbenmaschine.

[0041] Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das System auf: Mittel zum Filtern des zeitabhängigen Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle, um dieses zu glätten, wobei das gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignal in das winkelabhängige Drehfrequenzsignal transformiert wird.

[0042] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf:

[0043] Anpassen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht. Wird bei einer Überprüfung festgestellt, dass das Verdichtungsverhältnis nicht oder noch nicht dem vorgegebenen Verdichtungsverhältnis entspricht, können für die Hubkolbenmaschine entsprechende Steuersignale generiert werden, um das Ist-Verdichtungsverhältnis dem Soll-Verdichtungsverhältnis anzupassen.

[0044] Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das System auf:

[0045] Mittel zum Anpassen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht.

[0046] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das er

fasste zeitabhängige Pulssignal des Weiteren zeitlich versetzte Lücken auf, wobei das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweist:

[0047] Auffüllen der zeitlich versetzten Lücken mit zeitlich versetzten Pulsen, um ein lückenloses zeitabhängiges Pulssignal zu erhalten, wobei die zeitliche Versetzung von Auffüllimpulsen auf erfassten Pulsen basiert, welche zeitlich vor/oder zeitlich nach den Lücken erfasst werden, wobei das zeitabhängige Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle basierend auf dem lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal bestimmt wird.

[0048] Durch das Auffüllen der Lücken wird eine bessere Güte des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals erreicht. Im Bereich der Lücken wäre ansonsten keine Information über die Drehfrequenz der Kurbelwelle verfügbar. Durch das Auffüllen der Lücken wird diese fehlende Information mit näherungsweiser bzw. interpolierter Information gefüllt.

[0049] Entsprechend weist das System in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf:

[0050] Mittel zum Auffüllen der zeitlich versetzten Lücken mit zeitlich versetzten Pulsen, um ein lückenloses zeitabhängiges Pulssignal zu erhalten, wobei die zeitliche Versetzung von auffüllenden Pulsen auf erfassten Pulsen basiert, welche zeitlich vor und/oder zeitlich nach den Lücken erfasst werden, wobei das zeitabhängige Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle basierend auf dem lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal bestimmt wird.

[0051] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird, wobei die zeitliche Versetzung der Auffüllimpulse auf einem Mittelwert von Zeitversetzung zwischen erfassten Pulsen, welche zeitlich vor und/oder zeitlich nach den Lücken erfasst werden basiert.

[0052] Durch die Mittelwertbildung wird eine besonders gute Interpolation erreicht.

[0053] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das winkelabhängige Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle über zwei volle Umdrehungen der Kurbelwelle bestimmt. Dies ist besonders vorteilhaft bei einer Viertakthubkolbenmaschine, bei welcher der Zyklus zwei volle Umdrehungen der Kurbelwellen beträgt. Insbesondere vorteilhaft ist diese Ausgestaltung bei einem Vierzylindermotor, da hierdurch alle vier durch die Zylinder hervorgerufenen Schwingungen erfasst werden können.

[0054] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren weist die Hubkolbenmaschine wenigstens zwei Zylinder auf, wobei zum Bestimmen eines Werts des VerdichtungsverhältnisParameters für jeden der wenigstens zwei Zylinder jeweils eine Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle für verschiedene Kurbelwinkelbereiche bestimmt wird, welche jeweils von einem Zünd-OT eines Hubkolbens eines betrachteten Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden Zylinders reichen und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des betrachteten Zylinders der Hubkolbenmaschine umfassen. Mittels der Erfindung kann das Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders einer Hubkolbenmaschine einzeln analysiert werden.

[0055] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens hängen die Kurbelwinkelbereiche von der Anzahl an Zylindern der Hubkolbenmaschine ab. Je nachdem, wie viele Zylinder die Hubkolbenmaschine aufweist und wie deren Zündzeitpunkte zueinander angeordnet sind, ergeben sich die Kurbelwinkelbereiche, in welchen die durch die Verdichtung des Zylinders erzeugten Drehschwingungsschwankungen angeordnet sind.

[0056] Hierdurch kann eine besonders gute Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine erreicht werden.

[0057] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Hubkolbenmaschine vier Zylinder auf und der Kurbelwinkelbereich für den ersten Zylinder liegt zwischen etwa 0° und etwa 180° KW, für einen dritten Zylinder zwischen etwa 180° und etwa 360° KW, für einen vierten Zylinder zwischen etwa 360° und etwa 540° KW und für einen zweiten Zylinder zwischen etwa 540° und etwa 720° KW, wobei der Kurbelwinkel KW jeweils in Bezug auf ein Zünd-OT des ersten Zylinders definiert ist. Für den Fachmann ist klar, dass sich die Zählung der Zylinder auf

eine bestimmte Zündreihenfolge bezieht (z.B: 1-3-4-2). Auch andere Zündreihenfolgen (z.B: 1-23-4; 1-4-3-2; 1-42-3; 1-2-4-3) können selbstverständlich mit denselben Winkelbereichen analysiert werden.

[0058] Die im Vorhergehenden genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung gelten entsprechend auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.

[0059] Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

[0060] Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis;

[0061] Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis;

[0062] Fig. 3 ein Diagramm eines zeitabhängigen Pulssignals;

[0063] Fig. 4 ein Diagramm eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals;

[0064] Fig. 5 ein Diagramm eines winkelabhängigen Drehfrequenzsignals,

[0065] Fig. 6a ein Diagramm zur Ermittlung einer Differenz zwischen einem Minimum

und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals; [0066] Fig. 6b ein Diagramm der Differenz über verschiedene Zyklen;

[0067] Fign. 7a bis 7g eine Abfolge von Differenzen gemäß Fig. 6b über einen bestimmten Beobachtungszeitraum unter unterschiedlichen Randbedingungen während eines Umschaltvorgangs des Verdichtungsverhältnisses; und

[0068] Fig. 8 ein Ausführungseispiel eines Systems zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis.

[0069] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenmaschine 1, welche als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, mit einem variablen Verdichtungsverhältnis und einem System 10 zur Diagnose der Hubkolbenmaschine nach einem Ausführungsbeispiel.

[0070] Die Hubkolbenmaschine weist in an sich bekannter Weise eine Kurbelwelle 5 und mehrere Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d auf, in denen Kolben abwechselnd ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichten (Verdichtungstakt), durch Verbrennung des Gemischs angetrieben werden (Arbeitstakt), Luft 0der Gemisch ansaugen (Ansaugtakt) oder ausstoßen (Ausstoßtakt). Die Kolben 4a, 4b, 4c, 4d sind hierzu über Pleuel 3a, 3b, 3c, 3d mit der Kurbelwelle 5 gekoppelt.

[0071] Wie in dem eingangs genannten Dokument WO 2015/055582 A2 beschrieben, kann das Verdichtungsverhältnis im Brennraum der Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d durch Veränderung der Länge der Pleuel 3a, 3b, 3c, 3d verändert werden. Die Längeneinstellung der Pleuel 3a, 3b, 3c, 3d wird mittels einer Steuereinheit 30 gesteuert. Vorzugsweise wird hierbei ein Kurbelwinkel KW der Kurbelwelle 5 mittels eines Inkrementalgebers 20 erfasst und bei der Steuerung der Brennkraftmaschine 1 berücksichtigt.

[0072] Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine 1 mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei das Ausführungsbeispiel anhand dieser Figur sowie den Fign. 3 bis 7 erläutert wird.

[0073] In einem ersten Arbeitsschritt 101 wird ein zeitabhängiges Pulssignal PS(t), welches zeitlich versetzte Pulse aufweist, erfasst. Die Pulse korrelieren hierbei mit einer Drehbewegung der Kurbelwelle 5. Vorzugsweise wird hierfür, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Inkrementalgeber 20 eingesetzt, welcher mittels eines optischen, elektromagnetischen oder anderen geeigneten Verfahrens Drehzahlpulse erkennt, welche mit der Kurbelwelle 5 fest verbunden ist.

[0074] Ein solches zeitabhängiges Pulssignal PSt(t) ist in Fig. 3 dargestellt. Das Pulssignal PS(t)

weist hierbei einzelne Pulse 6 auf. Die einzelnen Pulse 6 folgen hierbei, je nach Drehfrequenz der Kurbelwelle 5 beim Erfassen der Pulse 6, in mehr oder weniger gleichmäßiger Abfolge. An einer Stelle des zeitabhängigen Pulssignals PS(t) ist eine Lücke erkennbar, welche durch zwei fehlende Pulse 9, 10 gebildet wird. Diese Lücke entspricht einer Stelle des Geberrades 20, an welcher bewusst keine Markierung gesetzt ist, um die Position der Kurbelwelle feststellen zu können.

[0075] In einem zweiten Arbeitsschritt 102 werden die Lücken 9, 10 mit zeitlich versetzten Pulsen aufgefüllt. Die zeitliche Versetzung der auffüllenden Pulse basiert herbei auf der zeitlichen Versetzung von Pulsen 6, welche zeitlich vor oder hinter der Lücke bestimmt wurden. Insbesondere wird hierfür eine Interpolation zwischen den erfassten Pulsen 6 gebildet. Die Interpolation wird vorzugsweise über einen definierte Beobachtungszeitraum von bestimmten Pulsen 6 vor oder hinter der Lücke 9, 10 gebildet. Vorzugsweise weist das Geberrad 58 Rasterungen auf, wobei zwei Rasterungen an einer Stelle ausgelassen sind, welche die Lücke im Pulssignal PS(t) hervorrufen.

[0076] In einem dritten Arbeitsschritt 103 wird auf der Grundlage des mit auffüllenden Pulsen versehenen und daher lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal PS'(t) ein zeitabhängiges Drehfrequenzsignal S(t) der Kurbelwelle 5 bestimmt.

[0077] Ein solches zeitabhängiges Drehfrequenzsignal S(t) ist in dem Diagramm der Fig. 4 dargestellt. Diese zeigt die jeweilige Drehfrequenz in Umdrehung pro Minute in Abhängigkeit von der Zeit t. Das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) weist starke Schwingungen auf, welche durch das Fahrzeug oder andere Faktoren induziert werden. Aufgrund der starken Schwingungen lässt sich keine Aussage über Schwankungen der Drehfrequenz, sogenannten Drehungleichförmigkeiten, treffen. Insbesondere in jenen Bereichen, in welchen die Lücke des Pulssignals PS(t) aufgefüllt wurde, liegen starke Oszillationen vor, welche der Methodik der Bestimmung der auffüllenden Pulse geschuldet sind.

[0078] Um das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) für die weitere Signalverarbeitung verarbeitbar zu machen, wird dieses daher in einem fünften Arbeitsschritt 105 daher vorzugsweise gefiltert.

[0079] Durch das Filtern in dem fünften Arbeitsschritt 105 wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) vorzugsweise geglättet. Hierfür werden jene Signalanteile des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals S(t), welche größer sind als eine definierte Ordnung der Drehfrequenz der Kurbelwelle, aus dem zeitabhängigen Drehfrequenzsignal entfernt. Mithin wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) mit einem Tiefpass-Mitlauffilters in Bezug auf diese Ordnung gefiltert. Bei dem Mitlauffilter wird die Mittenfrequenz des Bandpass-Filters mit der Drehzahl variiert. Die definierte Ordnung ist hierbei vorzugsweise abhängig von der Anzahl an Zylindern und/oder der Taktung der Hubkolbenmaschine 1, z. B. Zweitakt oder Viertakt. Bei einem Viertaktmotor entspricht die Anzahl der n-ten Ordnung wenigstens der halben Anzahl der Zylinder. Vorzugsweise können aber auch weitere Ordnungen der Drehfrequenz bei der Signalverarbeitung berücksichtigt werden, beispielsweise kann die Anzahl der n-ten Ordnung gleich der Anzahl der Zylinder der Hubkolbenmaschine 1 sein bzw. auch darüber liegen.

[0080] Das in Fig. 4 gezeigte zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) ist an einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern, wie in Fig. 1 gezeigt, aufgenommen. In Fig. 4 wird dieses zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) mit einem Tiefpass-Mitlauffilter bis zur maximalen Ordnung n gefiltert, wodurch das geglättete gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignal S'(t) entsteht.

[0081] Vorzugsweise weist das Verfahren in einem vierten Arbeitsschritt 104 daher das Ermitteln der Filterparameter und die Definition der maximalen Ordnung des Tiefpass-Mitlauffilters auf.

[0082] In einem sechsten Arbeitsschritt 106 wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) vorzugsweise in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal S(KW) der Kurbelwelle 5 transformiert. Zum Ermitteln der jeweiligen Stellung der Kurbelwelle 5 kann hierfür die Lücke des Pulssignals PS(t) herangezogen werden. Über diese Lücke kann die absolute Drehposition bestimmt werden.

[0083] Das erhaltene winkelabhängige Drehfrequenzsignal S(KW) ist in Fig. 5 für vier Arbeitszyklen der Hubkolbenmaschine 1 dargestellt.

[0084] In einem siebten Arbeitsschritt 107 wird eine Differenz AS(KW) zwischen einem Minimum 7 und einem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) der Kurbelwelle bestimmt. Hierfür wird ein Arbeitszyklus der Hubkolbenmaschine in Kurbelwinkelbereiche AKW1, AKW2, AKWS3, AKW4 unterteilt. Vorzugsweise reicht jeder dieser Kurbelwinkelbereiche AKW1, AKW2, AKW3, AKWA4 von einem Zünd-OT ZOTa eines Hubkolbens 4a eines ersten Zylinders 2a bis zu einem Zünd-OT ZOTc eines Hubkolbens 4c bei der Hubkolbenmaschine 1 unmittelbar danach zündenden zweiten Zylinders 2c.

[0085] In diesen Kurbelwinkelbereich AKW1 fällt ein Minimum der Drehfrequenz der Kurbelwelle 5, nämlich dann, wenn der erste Kolben 4a des ersten Zylinders 2a die Luft verdichtet hat, und ein Maximum der Drehfrequenz der Kurbelwelle 5, nämlich dann, wenn die Kurbelwelle 5 nach dem Zünden des ersten Zylinders beschleunigt. Hierauf wird, wie auch in Fig. 5 ersichtlich ist, die Kurbelwelle 5 erneut abgebremst, da der Kolben 4c des zweiten Zylinders 2c der Zündreihenfolge Luft im Zylinder verdichtet, wodurch eine Bremswirkung entsteht. Dieses Bewegungsschema des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) wiederholt sich für den zweiten Zylinder, den dritten Zylinder und den vierten Zylinder, wobei die jeweils zu betrachtenden Kurbelwinkelbereiche AKW2, AKW3, AKW4 die jeweils einem Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders 2b, 2c, 2d zuzuordnen Minima und Maxima der Drehfrequenz der Kurbelwelle 5 aufweisen.

[0086] Wird diese Analyse gemäß dem Diagramm nach Fig. 5 für alle vier dargestellten Arbeitszyklen wiederholt, so können die Werte für die jeweiligen Minima Min. und Maxima Max. in dem Kurbelwinkelbereich AKW1 wie in dem Diagramm in Fig. 6a gezeigt aufgetragen werden.

[0087] Die anhand des zweiten Arbeitszyklus des Diagramms aus Fig. 5 bestimmte Minima 7 und das Maxima 8 sind entsprechend für den zweiten Zyklus 2 in dem Diagramm in Fig. 6a eingetragen. Die Differenz AS(KW) ergibt sich aus der Subtraktion des Minimums 7 von dem Wert des Maximums 8. Diese Ergebnisse sind für die einzelnen betrachteten Arbeitszyklen in Figur 6b dargestellt. Bei der Differenz AS(KW) kann auch von einer Hüllkurvenbandbreite des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) gesprochen werden.

[0088] Fig. 7 zeigt verschiedene Diagramme gemäß Fig. 6b über einen Betrachtungszeitraum von jeweils 30 Sekunden, welcher sich vor und nach einem Umschaltvorgang des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine 1 erstreckt. Jedes der in Fig. 7 gezeigten Diagramme stellt hierbei einen Umschaltvorgang des ersten Zylinders 2a bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Hubkolbenmaschine 1 dar. Diese Betriebsbedingungen werden durch die vorliegende absolute Drehfrequenz und den effektiven Mitteldruck im Inneren des ersten Zylinders 2a IMEP charakterisiert.

[0089] In einem achten Arbeitsschritt 108 wird vorzugsweise ein gleitender Mittelwert über zeitlich aufeinanderfolgende Differenzen AS(KW) verschiedener Arbeitszyklen der Hubkolbenmaschine 1 gebildet. Hierdurch soll ein Einfluss von Ausreißer-Werten auf das erfindungsgemäße Verfahren 100 vermieden werden.

[0090] In einem neunten Arbeitsschritt 109 wird vorzugsweise mittels eines Zählers überprüft, ob eine genügende Anzahl an Werten in die Berechnung des gleitenden Mittelwerts der Differenzen AS(KW) eingegangen sind. Ist dies der Fall, wird der gleitende Mittelwert an den nächsten Arbeitsschritt ausgegeben.

[0091] In einem zehnten Arbeitsschritt 110 wird vorzugsweise ein Schwellenwert für die Differenz AS(KW) in dem jeweils betrachteten Kurbelwinkelbereich, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kurbelwinkelbereich AKW1, bestimmt. Der Schwellenwert gibt dabei jenen Wert an, bei dessen Unterschreiten oder Überschreiten auf das jeweils anliegende Verdichtungsverhältnis geschlossen werden kann. Insbesondere liegt eine Differenz AS(KW) eines hohen Verdichtungsverhältnisses höher als der Schwellenwert und ein Wert der Differenz AS(KW) einer niedrigeren Verdichtungsrate, niedriger als der Schwellenwert oder umgekehrt. Der Schwellenwert wird hierbei vorzugsweise jeweils in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine 1 be-

stimmt.

[0092] Die Abhängigkeit des Schwellenwerts von dem Betriebszustand der Hubkolbenmaschine 1 wird nachfolgend in Bezug auf Fig. 7 erläutert: Die Fig. 7a bis 7c zeigen jeweils Verläufe der Differenz AS(KW) für den Kurbelwinkelbereich KW1 über einen Zeitraum von 30 Sekunden vor und nach dem Umschalten eines Verdichtungsverhältnisses bei verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1. Bei der Anderung des Verdichtungsverhältnisses wird jeweils von einer höheren Verdichtungsrate zu einer niedrigeren Verdichtungsrate umgeschaltet. In Richtung der Figuren a bis d nimmt jeweils die absolute Drehfrequenz, bei welcher die Umschaltung erfolgt, zu. Selbiges gilt für die Richtung von Fig. e bis Fig. h. In Querrichtung dazu, d. h. in Richtung von Fig. a auf Fig. e, Fig. b auf Fig. f, usw. wird jeweils bei gleicher Drehfrequenz der effektive Mitteldruck im Inneren des Zylinders verdoppelt.

[0093] Wie aus den Diagrammen zu erkennen ist, ist die Veränderung der Differenz AS(KW) beim Umschalten des Verdichtungsverhältnisses für keinen der Betriebszustände gleich. Insbesondere die Abstände zwischen der Differenz AS(KW) vor dem Umschalten und der Differenz AS(KW) nach dem Umschalten ist für alle Betriebszustände unterschiedlich groß und liegt in Bezug auf die absoluten Werte auf verschiedenen Niveaus. Für die Umschaltprozesse bei einer Drehfrequenz von 3 000 Umdrehungen pro Minute und einer Drehfrequenz von 2 500 Umdrehungen pro Minute mit einem fiktiven mittleren Innendruck IMEP von 6,5 bar ist die Entwicklung der Differenz AS(KW) beim Umdrehen sogar umgekehrt zu den übrigen Betriebszuständen. Bei den in Fig. 7 gezeigten Diagrammen ist dabei noch keine Bildung eines gleitenden Mittelwerts nach Arbeitsschritt 108 vorgenommen. Deshalb weisen diese relativ starke Oszillationen auf, welche mit zunehmendem Druck und zunehmender Drehzahl anwachsen.

[0094] Die Schwellenwerte für verschiedene Betriebszustände können in dem zehnten Arbeitsschritt 110 vorzugsweise anhand von Funktionen und/oder Kennfeldern, welche in der Steuereinrichtung 30 hinterlegt sind, bestimmt werden. Drehfrequenz, effektiver mittlerer Innendruck IMEP und/oder anliegende Last sind mögliche Parameter, welche den Betriebszustand charakterisieren. Zusätzlich oder alternativ sind aber auch weitere Parameter möglich. Die Kennfelder oder Funktionen für Schwellenwerte beruhen vorzugsweise auf Messungen während des Betriebs der Hubkolbenmaschine 1 und/oder auf simulierten Messwerten, welche mittels eines digitalen Zwillings der Hubkolbenmaschine 1 erfolgen. Weiter vorzugsweise werden die Kennfelder oder Funktionen mittels Prüfstandstests ermittelt.

[0095] In einem elften Arbeitsschritt 111 werden die Schwellenwerte für die Differenz AS(KW) mit den Schwellenwerten für die Differenz verglichen. Je nachdem, wie die ermittelten Differenzen AS(KW) in Bezug auf die Schwellenwerte liegen, kann angegeben werden, ob sich die Hubkolbenmaschine in dem Zustand H eines höheren Verdichtungsverhältnisses oder in dem Zustand N eines niedrigeren Verdichtungsverhältnisses befindet.

[0096] In einem zwölften Arbeitsschritt 112 wird vorzugsweise, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der in dem elften Arbeitsschritt 111 bestimmte Wert eines Verdichtungsverhältnis-Parameters von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht, das Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine 1 durch die Steuerung 30 angepasst.

[0097] Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, welches vorzugsweise eingerichtet ist, um ein Verfahren 100, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, auszuführen.

[0098] Das System 10 weist vorzugsweise insbesondere einen Sensor 20 auf, welcher eingerichtet ist, ein Pulssignal PS(t) in Bezug auf die Drehfrequenz der Kurbelwelle 5 zu ermitteln. Vorzugsweise ist dieser Sensor 20 ein Inkrementalgeber, wie bereits in Bezug auf Fig. 1 erläutert. Des Weiteren weist das System 10 vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung 30 auf, welche verschiedene Mittel aufweist, um die einzelnen Arbeitsschritte des Verfahrens 100 auszuführen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 30 dabei in der Weise ausgeführt, um das Verfahren 100 computerimplementiert auszuführen.

[0099] Ein Mittel im Sinne der Erfindung kann hierbei hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein und insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher und/oder Bussystem datenbzw. signalverbundene, insbesondere digitale Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Hubkolbenmaschine steuern und/oder überwachen kann.

[00100] Wie in Fig. 8 gezeigt, weist die Steuereinrichtung 30 Mittel 31 zum Auffüllen von zeitlich versetzten Lücken in dem zeitabhängigen Pulssignal PS(t) mit zeitlich versetzten Pulsen auf. Des Weiteren sind die Mittel 32 vorhanden, um ein zeitabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle auf der Grundlage des lückenlosen zeitabhängigen Pulssignals PS'(t) zu bestimmen. Mittel 33 dienen zum Filtern des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals S(t) der Kurbelwelle, um dieses zu glätten. Mittel 33 dienen zum Transformieren des gefilterten zeitabhängigen Drehfrequenzsignals S’(t) der Kurbelwelle 5 in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle. Weitere Mittel 34 dienen zum Bestimmen einer Differenz AS(KW) zwischen einem Minimum 7 und einem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignal S(KW) der Kurbelwelle 5. Weitere Mittel 35 dienen zum Bestimmen eines Filters für das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t). Weitere Mittel 36 dienen zum Bilden eines gleitenden Mittelwerts über die Differenz AS(KW) zwischen dem Minimum 7 und dem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW). Weitere Mittel 37 dienen zum Zählen der Anzahl der Werte, welche in dem gleitenden Mittelwert, welcher von den Mitteln 36 gebildet wurde, enthalten sind. Weitere Mittel 38 dienen zum Bestimmen eines Wertes eines Verdichtungsverhältnis-Parameters H, N durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum 7 und dem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) der Kurbelwelle 5 mit dem Schwellenwert. Weitere Mittel 40 dienen zum Anpassen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine 1, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters H, N von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht.

[00101] Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendung und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Anderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, folgende Arbeitsschritte aufweisend:

Bestimmen (103) eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) einer Kurbelwelle (5) der Hubkolbenmaschine (1);

Transformieren (106) des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) der Kurbelwelle (5) in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal (S(KW)) der Kurbelwelle (5);

Bestimmen (107) einer Differenz (AS(KW)) zwischen einem Minimum (7) und einem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5), welche in einem Kurbelwinkelbereich (AKW1, AKW2, AKWS3, AKW4) eines Kurbelwinkels (KW) der Kurbelwelle (5) liegen, welcher von einem Zünd-OT (ZOTa) eines Hubkolbens (4a) eines ersten Zylinders (2a) bis zu einem Zünd-OT (ZOTc) eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine (1) unmittelbar danach zündenden, insbesondere zweiten, Zylinders (2c) reicht und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders (2a) der Hubkolbenmaschine (1) umfasst;

Bestimmen (110) eines Schwellenwerts für die Differenz (AS(KW)) zwischen dem Minimum (7) und dem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5) in dem Kurbelwinkelbereich (AKW1, AKW2, AKWS3, AKWA4) in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine (1), wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts das Verdichtungsverhältnis des ersten Zylinders charakterisiert; und

Bestimmen (111) eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters (H, N) durch Vergleichen der bestimmten Differenz (AS(KW)) zwischen dem Minimum (7) und dem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5) mit dem Schwellenwert.

2, Verfahren (100) nach Anspruch 1, des Weiteren den Arbeitsschritt aufweisend:

Erfassen (101) eines zeitabhängigen Pulssignals (PS(t)), welches zeitlich versetzte Pulse (6) aufweist, wobei die Pulse (6) mit der Drehbewegung einer Kurbelwelle (5) der Hubkolbenmaschine (1) korrelieren, wobei das zeitabhängige Pulssignal (PS(t)) zum Bestimmen des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) eingesetzt wird.

3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, des Weiteren den Arbeitsschritt aufweisend:

Filtern (104) des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) der Kurbelwelle (5), um dieses zu glätten, wobei das gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignals (S‘(t)) in das winkelabhängige Drehfrequenzsignal (S(KW)) transformiert wird.

4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei durch das Filtern Signalanteile mit einer Frequenz, welche größer ist als eine n-te Ordnung der Drehfrequenz der Kurbelwelle (5), aus dem zeitabhängigen Drehfrequenzsignal (S(t)) entfernt werden, wobei n der halben Anzahl der Zylinder (2a, 2b, 2c, 2d), vorzugsweise der Anzahl der Zylinder (2a, 2b, 2c, 2d), entspricht.

5. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt aufweisend:

Anpassen (112) des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine (1) basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters H, N von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht.

6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das erfasste zeitabhängige Pulssignal (PS(t)) des Weiteren eine Lücke (9, 10) aufweist, des Weiteren den Arbeitsschritt aufweisend:

Auffüllen (102) der Lücke (9, 10) mit wenigstens einem zeitlich versetzten Puls, um ein lückenloses zeitabhängiges Pulssignal (PS‘(t)) zu erhalten, wobei die zeitliche Versetzung von

10.

11.

12.

13.

14.

Ästerreichisches AT 524 524 B1 2023-03-15

auffüllenden Pulsen auf erfassten Pulsen (6) basiert, welche zeitlich vor und/oder zeitlich nach den Lücken (9) erfasst werden, wobei das zeitabhängige Drehfrequenzsignal (S(t)) der Kurbelwelle (5) basierend auf dem lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal (PS*‘(t)) bestimmt wird.

Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei die zeitliche Versetzung der auffüllenden Pulse auf einem Mittelwert von Zeitversetzungen zwischen erfassten Pulsen (6) basiert, welche zeitlich vor und/oder zeitlich nach den Lücken (9) erfasst werden.

Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bestimmen des Schwellenwerts basierend auf Messungen während des Betriebs der Hubkolbenmaschine (1) und/oder während einer mit einem Fahrzeug mit der Hubkolbenmaschine (1) zurückgelegten Fahrstrecke und/oder simulierter Messwerte mittels eines digitalen Zwillings der Hubkolbenmaschine (1) erfolgt.

Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der Betriebszustand durch eine, insbesondere durchschnittliche, Drehfrequenz der Kurbelwelle (5) und/oder durch einen effektiven Mitteldruck im Inneren des Zylinders und/oder durch eine an der Hubkolbenmaschine (1) anliegenden Last gekennzeichnet ist.

Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei eine Abhängigkeit von der, insbesondere durchschnittlichen, Drehfrequenz der Kurbelwelle (5) und/oder eine Abhängigkeit von dem effektiven Mitteldruck im Inneren des Zylinders und/oder eine Abhängigkeit von einer an der Hubkolbenmaschine anliegenden Last mittels Prüfstandstests und/oder Simulationen ermittelt ist.

Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei bei einer Hubkolbenmaschine (1) mit wenigstens zwei Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) zum Bestimmen eines Werts des Verdichtungsverhältnis-Parameters für jeden der wenigstens zwei Zylinder (2a, 2b, 2c, 2d) jeweils eine Differenz zwischen einem Minimum (7) und einem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5) für verschiedene Kurbelwinkelbereiche (AKW1, AKW2, AKW3, AKW4) bestimmt wird, welche jeweils von einem Zünd-OT (ZOTa) eines Hubkolbens (4a) eines jeweils betrachteten Zylinders (2a, 2b, 2c, 2d) bis zu einem Zünd-OT (ZOTc) eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine (1) unmittelbar danach zündenden Zylinders (2a, 2b, 2c, 2d) reichen und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des jeweils betrachteten Zylinders (2a) der Hubkolbenmaschine (1) umfassen.

Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei die Kurbelwinkelbereiche (AKW1, AKW2, AKW3, AKW4) von der Anzahl an Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) der Hubkolbenmaschine (1) abhängen.

Verfahren (100) nach Anspruch 12, wobei bei einer Hubkolbenmaschine mit vier Zylindern (2a, 2b, 2c, 2d) der Kurbelwinkelbereich für den ersten Zylinder (2a) zwischen etwa 0° und etwa 180° KW, für einen dritten Zylinder (2c) zwischen etwa 180° und etwa 360° KW, für einen vierten Zylinder (2b) zwischen etwa 360° und etwa 540° KW und für einen zweiten Zylinder (2d) zwischen etwa 540° und etwa 720° KW liegt, wobei der angegebene Kurbelwinkel KW jeweils in Bezug auf einen Zünd-OT (ZOTa) des ersten Zylinders (2a) definiert ist.

System (10) zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, aufweisend:

Mittel (32) zum Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) einer Kurbelwelle (5) der Hubkolbenmaschine (1);

Mittel (33) zum Transformieren des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) der Kurbelwelle (5) in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal (S(KW)) der Kurbelwelle (5); Mittel (15) zum Bestimmen einer Differenz (AS(KW)) zwischen einem Minimum (7) und einem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5), welche in einem Kurbelwinkelbereich (AKW1, AKW2, AKW3, AKW4) eines Kurbelwinkels (KW) der

Kurbelwelle (5) liegen, welcher von einem Zünd-OT (ZOTa) eines Hubkolbens (4a) eines ersten Zylinders (2a) bis zu einem Zünd-OT (ZOTc) eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine (1) unmittelbar danach zündenden, insbesondere zweiten, Zylinders (2c) reicht und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders (2a) der Hubkolbenmaschine (1) umfasst;

Mittel (16) zum Bestimmen eines Schwellenwerts für die Differenz zwischen dem Minimum (7) und dem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals ((S(KW)) der Kurbelwelle (5) in dem Kurbelwinkelbereich (AKW1, AKW2, AKWS3, AKW4) in Abhängigkeit eines Betriebszustand der Hubkolbenmaschine, wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts das Verdichtungsverhältnis des ersten Zylinders charakterisiert; und

Mittel (17) zum Bestimmen eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters (H, N) durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum (7) und dem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle (5) mit dem Schwellenwert.

15. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem variablen Verdichtungsverhältnis und einem System (10) nach dem vorhergehenden Anspruch zur Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine (1).

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen