DE102004031288A1

DE102004031288A1 - Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis sowie Verfahren zu deren Betrieb

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Publication number: DE102004031288A1
Application number: DE102004031288A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. Lepperhoff; Karl Dr.-Ing. Schmillen; Gunter Dr.-Ing. Gürich; Knut Dr. Habermann
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: DE102004031288B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis. Das Verdichtungsverhältnis wird insbesondere über eine Optimierungsstrategie eingestellt, mittels der Betriebsparameter wie die gleichmäßige Verbrennung u. ä. verbessert werden können. Weiterhin stellt die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis ab.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis sowie Verfahren zu deren Betrieb.

Aus der WO 01/34948 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Steuern einer Zylinderverdichtung während einer Startphase einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei werden ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine überprüft. Wird mindestens ein Kriterium für ein erschwertes Starten festgestellt, wird die Zylinderverdichtung in mindestens einem Zylinder solange auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert, bis seine Motordrehzahl bis zu einer definierten Schwelle hochgefahren ist, so dass anschließend die Zylinderverdichtung wieder erhöht werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb einer Brennkraftmaschine mittels einer variablen Verdichtung, insbesondere hinsichtlich eines breiten Lastspektrums der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1, mit einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit den Ansprüchen 11, mit den Merkmalen des Anspruches 15 sowie mit den Merkmalen des Anspruches 19 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis weist zumindest eine Lasterkennung, eine Lastanforderungserkennung, ein Stellglied zur Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses und eine Motorsteuerung auf, die in Verbindung mit einem Zeitsignalgenerator, insbesondere einem Zeittaktgenerator, steht, wobei die Motorsteuerung für die Ermittlung des einzustellenden variablen Verdichtungsverhältnisses während eines Betriebes der Brennkraft maschinell Signalleitungen aufweist zur Erfassung von zumindest einem Teil der Last der Brennkraftmaschine und mindestens einem, das Abgas charakterisierenden Wert, und mit einem in die Motorsteuerung integrierten Vergleicher, der aus den über die Signalleitungen übertragenen Signalen betreffend zumindest die Last und den das Abgas charakterisierenden Wert im Abgleich mit zumindest Werten aus einem vorgebbaren Kennfeld ein optimiertes Verdichtungsverhältnis für den Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist insbesondere über den gesamten Betriebsbereich einsetzbar. Sie erlaubt beispielsweise, dass das Startverhalten der Brennkraftmaschine erfasst wird. Wird festgestellt, dass ein oder mehrere Parameter nicht in einem vorgebbaren Kennfeldbereich liegen, kann ein optimiertes Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von den ermittelten Werten erstellt und über das Stellglied eingestellt werden. Insbesondere durch die Erfassung von mehreren charakteristischen Werten besteht die Möglichkeit, dass nicht nur isoliert voneinander Bauteile betrachtet werden, die mit der Brennkraftmaschine in Bezug stehen. Vielmehr erlaubt dieses, dass eine integrierte Betrachtungsweise ermöglicht wird. Weichen beispielsweise mehrere Werte von einem vorgegebenen Kennfeldbereich ab, kann über den Vergleicher eine Strategie ermittelt werden, die einer Änderung von mehreren Werten Rechnung trägt und eine Optimierung zwischen diesen vornimmt.

Vorzugsweise weist die Motorsteuerung über ein oder mehrere Signalleitungen eine entsprechende Erfassung einer Last der Brennkraftmaschine sowie auch bezüglich einen das Abgas charakterisierenden Wert auf. Insbesondere wird dieses mit einer Zeit verknüpft, wobei beispielsweise über einen Zeitsignalgenerator eine Messwertaufnahme ausgelöst und eine Messdauer bestimmt werden kann. Insbesondere erlaubt die Verwendung eines Zeittaktgenerators die Feststellung, wie schnell sich aufgenommene Messwerte verändern. Auf diese Weise gelingt es, dass bei hohen positiven wie auch negativen Gradienten eine sofortige Anpassung des Verdichtungsverhältnisses entsprechend einer Auflösung der Werte und Auswertung derselben erfolgt.

Gemäß einer Ausgestaltung weist die Brennkraftmaschine eine Signalleitung zur Erfassung zumindest eines Abgasemissionswertes auf, wobei dieser ermittelte Abgasemissionswert in eine Optimierung des Verdichtungsverhältnisses mit eingeht. Insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine ist ein erhöhter Emissionsgehalt insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und nicht vollständig umgesetzten anderen Emissionen aufgrund von noch nicht aktivem Katalysator bzw. NO_x-Speicher vorhanden. Dem kann beispielsweise unter Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses wie auch einer Kraftstoffzuführung Rechnung getragen werden.

Beispielsweise kann im Startvorgang wie auch einige Zeit danach sowie natürlich auch entsprechend über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine die HC-Emission für das variable Verdichtungsverhältnis mit überwacht werden. Beispielsweise während eines Motorwarmlaufes kann die HC-Emission reduziert werden, was zeitlich begrenzt während des Motorwarmlaufes mittels einer Verringerung des Verdichtungsver hältnisses durchgeführt wird. Die zeitliche Begrenzung kann beispielsweise über den Zeitsignalgenerator erfolgen. Sie kann aber auch über die Ermittlung und Auswertung von anderen Charakteristika der Brennkraftmaschine erfolgen. Sollten diese Charakteristika Werte annehmen, die auf eine warmgelaufene Brennkraftmaschine schließen lassen, wird die Verringerung des Verdichtungsverhältnisses wieder aufgehoben.

Weiterhin erlaubt ein Eingriff in das variable Verdichtungsverhältnis insbesondere während des Motorwarmlaufes nicht nur die Reduzierung von HC-Emissionen. Vielmehr kann darüber auch eine Temperatur bei der Expansion angehoben werden, wodurch sich eine erhöhte Abgastemperatur ergibt. Aufgrund der steigenden Abgastemperatur sowie des steigenden Massendurchsatzes geht kurzfristig der Wirkungsgrad herunter, andererseits steigt dadurch jedoch das Energieangebot an den Katalysator. Dieser erreicht auf diese Weise ein schnelleres Erreichen einer Anspringtemperatur (Light-off-Temperatur).

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird beispielsweise die Last an zumindest einen, insbesondere an allen Zylindern und/oder an der Kurbelwelle und/oder an den Abtriebsrädern festgestellt. Auch kann das Drehmoment beispielsweise an der Kupplung ermittelt und in eine Optimierung mit eingehen, bzw. auf dieses abgestellt werden. Wird beispielsweise ein Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine ermittelt, wird vorzugsweise die Verdichtung mittels des variablen Verdichtungsverhältnisses abgesenkt. Auf diese Weise gelingt es, eine Verlängerung der Schubabschaltungsphase zu erreichen. Wird beispielsweise ein Motorbremsbetrieb festgestellt, wird vorzugsweise ebenfalls eine Verdichtung abgesenkt.

Wird beispielsweise ermittelt, dass die Anforderung an die Leistung sich ändert, kann ebenfalls durch eine entsprechende Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses eine Optimierung des Betriebes der Brennkraftmaschine erfolgen. Eine derartige Lastanforderung kann beispielsweise über eine Stellung des Gaspedals sowie der damit verbundenen Bauteile mittelbar oder unmittelbar erfolgen.

Auch kann eine für ein Motorabschalten charakteristische Betätigung eines Stellgliedes überwacht werden. Wird beispielsweise ein positiver Lastsprung ermittelt, beispielsweise aufgrund eines Durchtretens eines Gaspedals und/oder durch einen plötzlichen hohen Durchfluss an Treibstoff, kann eine Absenkung der Verdichtung erfolgen. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Abgastemperatur und des Motordurchsatzes ermöglicht. Dieses bietet sich insbesondere bei einer Brennkraftmaschine an, bei der ein Abgasturbolader mit eingesetzt wird. Aufgrund der erhöhten Abgastemperatur und des höheren Motordurch satzes erhält die Turbine des Abgasturboladers ein erhöhtes Energieangebot. Dadurch kann die Turbine schneller hoch laufen und über den Verdichter einen erhöhten Ladedruck zur Verfügung stellen.

Wird beispielsweise ein Motorabschalten ermittelt, wird vorzugsweise eine Verdichtung über das variable Verdichtungsverhältnis reduziert. Auf diese Weise gelingt es, ein bei Brennkraftmaschinen auftretendes Auslaufschütteln zu reduzieren. Durch die Reduzierung des Auslaufschüttelns wird eine Bauteilbelastung zumindest minimiert.

Insbesondere ermöglicht eine Regelung des Verdichtungsverhältnisses mittels der ermittelten charakteristischen Parameter eine Verbesserung einer Laufruhe der Brennkraftmaschine. Da eine Korrelation der charakteristischen Messparameter ermöglicht, schon vor Erreichen von kritischen Zuständen eine entsprechende Optimierung des Verdichtungsverhältnisses vornehmen zu können, können einerseits kritische Betriebszustände verhindert und andererseits unterschiedliche Optimierungsstrategien im Betrieb der Brennkraftmaschine ausgeführt werden. Beispielsweise kann in einem Betriebsbereich eine wirkungsgradoptimierte variable Verdichtung eingestellt werden, während in einem anderen Betriebsbereich eine abgasoptimierte Einstellung des Verdichtungsverhältnisses erfolgt. Gemäß einer Weiterbildung wird vorgesehen, dass die unterschiedlichen Optimierungsstrategien wiederum untereinander korreliert werden. Durch eine derartige Korrelation kann eine Gewichtung erfolgen, so dass je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine entweder die eine oder die andere Optimierungsstrategie im Vordergrund steht.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Sensor zur Erfassung eines charakterisierenden Temperaturwertes des im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators vorhanden ist, wobei der Temperaturwert in dem Abgleich durch den Vergleicher mit eingeht. Auf diese Weise wird beispielsweise ermöglicht, dass eine variable Verdichtung zur Regeneration von NO_x- und Partikelfiltern mittels einer Steuerung durch die Abgastemperatur möglich ist. Auch kann ein derartiger Temperaturwert im Rahmen einer Regelung Verwendung finden. Wird beispielsweise ein erhöhter Kohlenwasserstoffbedarf im Partikelfilter benötigt, um dort gespeicherte Partikel abbrennen zu können, kann beispielsweise eine Verdichtung über das variable Verdichtungsverhältnis angepasst und damit der HC-Gehalt im Abgas angereichert werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise auch eine Temperatur, insbesondere eine Katalysatortemperatur ermittelt wird, die in den Abgleich durch den Vergleicher mit eingeht. Über einen Temperaturvergleich besteht insbesondere die Möglichkeit, dass im transienten Motorbetrieb, insbesondere während eines Wechselns beim Schalten, Temperaturspitzen im Katalysator verringert, wenn nicht sogar vermieden werden können, die ansonsten zur Schädigung desselben führen würden. Hierzu besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise eine Absenkung der Verdichtung ausgeführt wird, wodurch eine zu hohe Verbrennungstemperatur vermieden wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anpassung der Verdichtung über das variable Verdichtungsverhältnis vorgenommen, um eine Drehmomentkompensation zu erreichen. Eine Drehmomentkompensation wird beispielsweise im Falle von Schaltvorgängen, wie sie beispielsweise bei Zu- bzw. Abschaltung von Nebenaggregaten oder bei einer Zylinderabschaltung auftreten können, ermöglicht. Beispielsweise werden dazu Schalter und/oder Sensoren wie Drucksensoren, Temperatursensoren, Klopfsensoren oder ähnliches überwacht. Durch Erhöhen bzw. Absenken des variablen Verdichtungsverhältnisses kann auf die jeweilige Lastanforderung an die Brennkraftmaschine frühzeitig reagiert werden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Fehlererkennung vorhanden ist, die bei einem auftretenden Fehler ein Signal auslöst zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses. Auf diese Weise wird vermieden, dass beispielsweise ein Bauteilschaden auftritt, der jedoch beispielsweise durch Absenkung des Verdichtungsverhältnisses hätte vermieden werden können. Insbesondere kann die Fehlererkennung derart sein, dass beispielsweise in der Motorsteuerung auf eine Notlauffunktion umgeschaltet wird, über die das variable Verdichtungsverhältnis eingestellt wird.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Fehlererkennung emissionsrelevanter Komponenten beispielsweise durch eine On-board-Diagnose gemäß OBD und/oder MIL ausgeführt wird. Wird ein Fehler detektiert, wird eine Absenkung der Verdichtung zur Reduzierung der Motor-Rohremissionen wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe und NO_x vorgenommen, so dass dem fehlerauslösenden Ereignis gegengesteuert werden kann. Insbesondere erlaubt dieses eine Notlaufeigenschaft der Brennkraftmaschine, ohne dass eine Schädigung nachfolgender Komponenten wie beispielsweise eines oder mehrerer Katalysatoren auftritt. Durch Anzeige dieses Fehlers kann der Betreiber der Brennkraftmaschine darauf aufmerksam gemacht werden, so dass bei Auswertung der Fehlererkennung ein gesicherter Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet wird.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine zumindest einen Sensor zur Erfassung einer Geräuschemission, insbesondere einen Motorge räuschemissionssensor, aufweist, wobei ein das Geräusch charakterisierender Wert in den Abgleich zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses eingeht. Neben einer Verbesserung der Laufruhe durch entsprechende Regelung des Verdichtungsverhältnisses kann eine betriebspunktabhängige Optimierung der Motorgeräuschemission ermöglicht werden. Insbesondere erlaubt dieses ein Sound-Design, das auch auf unterschiedliche Lastanforderungen der Brennkraftmaschine unter Nutzung des variablen Verdichtungsverhältnisses abstellt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkraftmaschine eine Kraftstoffqualitätserkennung aufweist. Vorzugsweise geht ein den Kraftstoff charakterisierender Wert in den Abgleich zur Abpassung des Verdichtungsverhältnisses ein. Dieses erlaubt, ein optimiertes Verbrennungsverhalten und damit einen optimierten Wirkungsgrad zu erreichen. Weiterhin können ungenügende Verbrennungen bzw. Überhitzungen im Zylinder durch zu hohe Verdichtungsverhältnisse vermieden werden. Auch ermöglicht die Kraftstoffqualitätserkennung die Nutzung von unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten mit der gleichen Brennkraftmaschine mittels einer Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses an die Qualität.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest in einem Zylinder ein Drucksensor angeordnet ist, über den ein Zylinderspitzendruck messbar ist, wobei ein Druckwert des Drucksensors in den Abgleich für das variable Verdichtungsverhältnis mit eingeht. Auf diese Weise lässt sich eine Verringerung bzw. eine Begrenzung des Zylinderspitzendrucks ermöglichen. Erreicht beispielsweise ein aufgenommener Druckwert einen Schwellwert, wird eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses ausgeführt. Dadurch wird vermieden, dass bei der Verbrennung zu hohe Verbrennungsdrücke entstehen. Gleichzeitig wird dadurch die Laufstabilität der Brennkraftmaschine optimiert.

Weiterhin wird die Brennkraftmaschine mit ihrem variablen Verdichtungsverhältnis derart genutzt, dass eine Anhebung oder eine Absenkung des variablen Verdichtungsverhältnisses zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Verbrennung vorgesehen ist. Gemäß einer Ausgestaltung wird beispielsweise eine Absenkung der Verdichtung bei hoher Motorlast zur Verringerung einer Klopfneigung, zur Reduzierung von Spätzündungen und damit insbesondere zur Verringerung von Abgastemperaturen ermöglicht. Auch wird eine Absenkung der Verdichtung ausgeführt, um einen Bauteilschutz zu erreichen. Beispielsweise kann dies einhergehen mit einer Gemischanreicherung.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Erhöhung einer Verdichtung im Niedriglastbereich zur Verbesserung von Selbstzündbedingungen vorzusehen. Dies kann beispielsweise bei einer nach dem Otto-Prinzip betriebenen Brennkraftmaschinen mit kontrollierter Selbstzündung eingesetzt werden. Auf diese Weise lässt sich eine kontrollierte Selbstzündung verbessern.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei niedrigen Drehzahlen eine Absenkung der Verdichtung über das variable Verdichtungsverhältnis auszuführen, um eine Reduzierung von Ungleichförmigkeiten des Kurbeltriebs zu kompensieren.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Reduzierung der Verdichtung bei hoher Motorlast und niedriger Drehzahl vorgenommen wird. Auf diese Weise wird eine Verringerung der Klopfneigung erzielt. Weiterhin wird eine Verbesserung der Laufstabilität unter Vermeidung unterschiedlicher, abnormaler Verbrennung, wie beispielsweise durch Klopfen oder Glühzündung, erreicht. Eine Anhebung der Verdichtung wird beispielsweise bei niedriger Motorlast ausgeführt. Beispielsweise können in einem derartigen Betriebsbereich die Temperatur und der Druck insbesondere bei der Zündung hoch sein, während ein Restgasgehalt jedoch aufgrund der Anhebung der Verdichtung abgesenkt werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine innermotorische Gemischbildung verbessern, sowie eine Erhöhung der Brennstabilität erreichen. Auch reagiert die Brennkraftmaschine verträglicher gegenüber Ladungsvedünnungen sowohl bei homogen- als auch bei direkteinspritzenden Otto-Motoren.

Die oben angeführten Ausgestaltungen zur Beeinflussung von Parametern durch Einstellen des variablen Verdichtungsverhältnisses können jeweils gemeinsam wie auch einzeln eigenständig nebeneinander stehen und als einzelne Gedanken unabhängig weiterverfolgt werden.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, bei der ein Verdichtungsverhältnis an zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine variabel einstellbar ist, wobei eine Grundeinstellung des Verdichtungsverhältnisses im Betrieb anhand eines hinterlegten Kennfeldes erfolgt und eine Anpassung des einzustellenden Verdichtungsverhältnisses aufgrund einer Mehrzahl von aufgenommenen Messwerten durchgeführt wird, die verschiedene Zustände von Bauteilen charakterisieren, die zumindest an der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, und von zumindest einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei eine Absenkung und eine Anhebung der Verdichtung in unterschiedlichen Lastberei chen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von unterschiedlich charakterisierenden Messwerten zur Beeinflussung unterschiedlicher Zustandsgrößen von oder in den Bauteilen vorgenommen wird.

Insbesondere erlaubt ein derartiges Verfahren, dass mehrere Messwerte gegeneinander gewichtet werden können. Beispielsweise erlaubt dies, dass entsprechend der voreinstellbaren Gewichtung eine Abweichung einer Zustandsgröße bei einem Bauteil schwerer wiegt als bei einem anderen Bauteil. Auf diese Weise kann im Rahmen eines Abgleichs mittels eines Kennfeldes eine Regelungsstrategie für das variable Verdichtungsverhältnis optimiert werden, was unterschiedliche Einflüsse nicht nur berücksichtigt, sondern vielmehr auch die Auswirkungen eines änderungsvariablen Verdichtungsverhältnisses auf die jeweiligen Zustandsgrößen mit einberechnet.

Vorzugsweise wird im Rahmen eines Anpassens des variablen Verdichtungsverhältnisses eine Optimierung ausgeführt. Die Optimierung kann auf eine oder mehrere Zustandsgrößen abstellen, insbesondere Bauteile charakterisierende Zustandsgrößen. Gemäß einer Ausgestaltung wird beispielsweise eine Optimierungsstrategie hinsichtlich einer schnellen Erreichbarkeit der Light-off-Temperatur eines Katalysators während des Starts der Brennkraftmaschine durchgeführt. In einem zeitlich nachfolgenden Bereich wird eine Optimierungsstrategie hinsichtlich eines minimierten Brennstoffbedarfs ausgeführt. Wird beispielsweise die Last an der Brennkraftmaschine geändert, kann aufgrunddessen wiederum eine Änderung der Optimierungsstrategie erfolgen. Wird beispielsweise eine Änderung der Lastanforderung erkannt, beispielsweise aufgrund eines starken Beschleunigenmüssens wie bei einem Überholvorgang, wird die Optimierungsstrategie des variablen Verdichtungsverhältnisses dahingehend optimiert, um eine größtmögliche Leistung und damit Drehmoment der Brennkraftmaschine an die Antriebsräder abgeben zu können. Eine Optimierungsstrategie hinsichtlich eines geringen Kraftstoffverbrauchs und einer entsprechenden Einstellung des variablen Dichtungsverhältnisses wird zu diesem Zeitpunkt mit einer niedrigeren Gewichtung versehen und somit beispielsweise ausgehebelt.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei Überschreiten eines Grenzwertes eines charakterisierenden Messwertes die Gewichtung anderer Maßnahmen verändert, bzw. diese Gewichtung ausgehebelt wird. Wird beispielsweise ein Fehlverhalten der Kurbelwelle dedektiert, wird zum Schutz der Ventile das variable Verdichtungsverhältnis dahingehend aktiviert, dass eine Nachstellung der Ventile erfolgt. Ist beispielsweise ein Grenzwert erreicht, dass eine Beschädigung der Ventile durch die Zylinderkolben droht, kann das variable Verdichtungsverhältnis beispielsweise auch überbrückt und die Ventile in eine Schutzposition gesteuert werden.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht beispielsweise vor, dass ein ein Geräusch charakterisierender Messwert in einem Abgleich zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses mit eingeht. Beispielsweise kann auf diese Weise für bestimmte Geschwindigkeiten eine geräuschemissionsarme Verbrennung optimiert werden, beispielsweise bei Fahrgeschwindigkeiten unterhalb von 60 km/h, wie sie typischerweise im Stadtbereich auftreten.

Der ein Geräusch charakterisierende Messwert kann beispielsweise direkt an der Brennkraftmaschine aufgenommen werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehrere derartige Messwerte an verschiedenen Orten eines Fahrzeuges zu erfassen. Mögliche Messorte – einzeln wie auch gemeinsam – sind beispielsweise die Brennkraftmaschine, das Auspuffsystem, ein Bereich nahe der Räder, ein Bereich außerhalb der Motorraumkapselung, wie auch ein Bereich, der zumindest in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgesehen, dass ein eine Kraftstoffqualität charakterisierender Messwert in einem Abgleich zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses mit eingeht. Auf diese Weise gelingt es, eine unterschiedlichen Qualitäten und deren unterschiedlichem Verhalten eine angepasste und insbesondere hinsichtlich einer stabilen Verbrennung optimierte Befüllung des Zylinders wie auch Entleerung desselben zu ermöglichen. Beispielsweise erlaubt eine Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses aufgrund einer erkannten Kraftstoffqualität einen Ausgleich bei schwankender Kraftstoffqualität, wie sie in manchen Ländern auftreten kann.

Weiterhin besteht dadurch die Möglichkeit, dass mit unterschiedlichen Kraftstoffen die Brennkraftmaschine betrieben werden kann. Wird beispielsweise ein Dieselmotor verwendet, wobei der dafür genutzte Dieseltreibstoff eine bestimmte Cetanzahl aufweist, so kann bei Verwendung von beispielsweise Rapsöl mit einer anderen Cetanzahl das variable Verdichtungsverhältnis entsprechend angepasst werden.

Weiterhin kann das Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine auf Messwerte zurückgreifen, die oben beschriebene Zustände der Brennkraftmaschine, bzw. Bauteile davon wie auch von angeschlossenen Aggregaten wie Katalysator u.ä. charakterisieren und in eine Steuerung bzw. Regelung der Absenkung bzw. Anhebung des variablen Verdichtungsverhältnisses mit eingehen.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist ein Verfahren zur Erkennung einer Kraftstoffqualität vorgesehen, wobei ein variables Verdichtungsverhältnis eingesetzt wird, wo mittels der bei Änderung des variablen Verdichtungsverhältnisses aufgenommenen Messwerte auf die Kraftstoffqualität zu schließen ist. Dieses erlaubt insbesondere, direkt schon beim Starten der Brennkraftmaschine die Kraftstoffqualität detektieren und eine entsprechende Einstellung des variablen Verdichtungsverhältnisses vornehmen zu können. Vorzugsweise wird die Kraftstoffqualität durch Erkennen einer Verbrennungsänderung aufgrund Variierung des variablen Verdichtungsverhältnisses erkannt. Ein dabei aufgenommener Messwert kann beispielsweise eine Laufruhe der Brennkraftmaschine sein.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor und/oder während des Starts die Kraftstoffqualität geprüft wird. Dieses vermeidet, dass oft schon zu Beginn das variable Verdichtungsverhältnis nicht an die Kraftstoffqualität optimiert ist.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass auch während eines längeren Betriebs der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffqualität entsprechend nachgeprüft wird. Auf diese Weise kann einer Änderung der Kraftstoffqualität während des Betriebs der Brennkraftmaschine entgegengewirkt werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist beispielsweise vorgesehen, dass das Verdichtungsverhältnis so lange an einen Kraftstoff angepasst wird, bis eine Selbstzündungsgrenze des Kraftstoffs bestimmt ist. Dieses kann beispielsweise in allen oder auch nur in einem der Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen. Beispielsweise kann während des Startvorgangs zuerst nur einer der Zylinder mit Kraftstoff getrieben werden, wobei ein entsprechender Testablauf durchgeführt wird. Ist eine entsprechende Selbstzündungsgrenze erreicht, kann darauf auf die Kraftstoffqualität geschlossen werden, und eine entsprechende Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses wird von der Motorsteuerung vorgenommen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Verdichtungsverhältnis so lange angepasst wird, bis eine Klopfgrenze zumindest annähernd bestimmt ist. Dieses kann ebenfalls in allen wie auch in nur einem der Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen. Insbesondere bei Berücksichtigung der Klopfgrenze, vorzugsweise unter Last der Brennkraftmaschine, wird nicht nur die Brennstoffqualität als solche, sondern auch der momentan vorliegende Lastzustand in die Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses mit eingehen. Dies ermöglicht eine optimierte Verbrennung durch Anpassung des variablen Verdichtungsverhältnisses.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht vor, dass ein Verfahren zur Verminderung eines zu hohen Zylinderinnendrucks ausgeführt wird, wobei bei Ermittlung eines einen vorgebbaren Grenzwert überschreitenden Zylinderdrucks eine Reduzierung der Verdichtung mittels einer Änderung eines variablen Verdichtungsverhältnisses erfolgt. Auf diese Weise lässt sich insbesondere ein Klopfen in der Brennkraftmaschine verhindern. Darüber hinaus ermöglicht die Vermeidung zu hoher Zylinderinnendrücke einen Schutz der Brennkraftmaschine vor unkontrollierter Verbrennung und damit Schädigung des Zylinders.

Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des Zylinderinnendrucks über einen Drucksensor, der beispielsweise zumindest in unmittelbarer Nachbarschaft zum Inneren des Zylinders angeordnet ist. Auch kann der Drucksensor in Verbindung mit einem der Ventile des Zylinders stehen, wobei ein Druck über eine auf das Ventil wirkende Kraft bestimmt wird. Dies ermöglicht beispielsweise, dass bei einem ein variables Verdichtungsverhältnis ermöglichendem Ventiltrieb beispielsweise eine Druckmessung über eine Strom- und/oder Spannungsmessung bei Aktuatoren des Ventiltriebes erfolgen kann. Bei anderen Ventiltrieben kann zum Beispiel über Kraftaufnehmer der Druck bestimmt werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist beispielsweise vorgesehen, dass die Ermittlung eines Druckwertes im Zylinderinneren gewonnen wird, beispielsweise über einen ermittelten Temperaturwert.

Die oben beschriebenen jeweiligen Weiterbildungen und Ausgestaltungen zu den jeweiligen einzelnen Gedanken der Erfindung sind nicht auf diese einzelnen beschränkt. Vielmehr können diese Merkmale auch mit anderen Gedanken und Merkmalen verbunden werden. So sind beispielsweise Ausgestaltungen der Brennkraftmaschine mit den oben beschriebenen Verfahren einsetzbar und umgekehrt.

Gemäß einer Ausgestaltung ist beabsichtigt, eine variable Verdichtung ausführen zu können, die insbesondere mit einer Kolbengeometrie zusammenwirkt und beispielsweise bevorzugte kurze Flammenwege ermöglicht. Die Kolbenbrennkraftmaschine lässt sich beispielsweise im Homogenbetrieb und/oder Schichtladebetrieb betreiben. Vorzugsweise wird unter hoher Last ein Homogenbetrieb ausgeführt, bei dem der Kraftstoff während des Einströmens der Verbrennungsluft in die Brennkammer eingespritzt wird. Wird die Kol benbrennkraftmaschine in Teillast oder auch im Leerlauf betrieben, kann auf einen Schichtladebetrieb umgestellt werden, bei dem eine Kraftstoffzuführung, insbesondere eine Einspritzung erst nach Schließen des Gaseinlassventils erfolgt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass über einen breiten Betriebsbereich der Kolbenbrennkraftmaschine ein Homogenbetrieb bzw. eine Tumble-Bewegung in der Brennkammer ausgeführt wird. Beispielsweise wird vorzugsweise aufgrund eines Einmündens der Gaseinlasskanäle unter einem flachen Winkel in der Brennkammer ein Tumble-Wirbel während des Ansaughubes erzielt, die zunächst entlang der Zylinderdecke in den Brennkammer einströmt und dann durch die Rinne gegen die Zündeinrichtung, insbesondere die Zündkerze geführt wird. Auch ist ein derartiges Verfahren über einen breiten Betriebsbereich im Schichtladebetrieb durchführbar. Durch ein variables Verdichtungsverhältnis kann dieses zumindest unterstützt werden.

Variable Verdichtungsverhältnisse sind auf verschiedene Weise durchführbar. Beispielsweise kann dazu der Zylinder oder der Zylinderkopf verschoben werden. Auch besteht die Möglichkeit, einen Kolben mit variabler Kompressionshöhe auszuführen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, einen exzentrischen Hubzapfen oder auch ein Pleuel variabler Länge einzusetzen. Auch gibt es die Möglichkeit einer variablen Verdichtung mittels eines zweigeteilten Pleuels und eines weiteren Anlenkpleuels. Ein anderes Prinzip sieht vor, die Kurbelwelle in exzentrischen Lagern zu führen und durch entsprechende Änderung den Hub und damit das Verdichtungsverhältnis zu ändern. Diese Maßnahmen, einzeln wie auch mehrere zusammen, sowie andere geeignete Mittel zur Änderung des Kolben-OT's in Bezug auf die Brennkammerdecke des Zylinders sind beispielsweise anwendbar.

Vorzugsweise ist angestrebt, dass ein maximales Verdichtungsverhältnis in OT bei einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschine zwischen 14 und 18 liegt, insbesondere um 16, und ein minimales Verdichtungsverhältnis in OT zwischen 6 und 10 liegt, insbesondere um 8. Für eine Dieselbrennkraftmaschine wird ein maximales Verdichtungsverhältnis oberhalb von 14, insbesondere oberhalb von 18, und insbesondere zwischen 18 und 20 vorgesehen. Das minimale Verdichtungsverhältnis in OT kann ebenfalls zwischen 6 und 10 liegen.

Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Ventilhub in Abhängigkeit vom Kolben-OT veränderbar ist. Beispielsweise kann eine Nockenwellenverstellung vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von einer Einstellung des Kolben-OT's angepasst wird. Dadurch wird insbesondere vermieden, dass ein Ventil auf den Kolben aufschlagen kann, wenn beispielsweise eine Verstellung erfolgt. Weiterhin lässt sich der Ventilhub beispielsweise über elektromagnetische, hydraulisch verstellbare oder auch mechanisch verstellbare Ventile in Abhängigkeit vom Kolben-OT anpassen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Ventile unterschiedlich lang sind. Dieses ist beispielsweise bei V-Motoren mit einer zentralen Lage der Nockenwelle vorteilhaft.

Die Kanäle der Ventile sind insbesondere so gestaltet, dass eine gewünschte Tumble-Bewegung der Gassäule in der Brennkammer erzeugt wird. Beispielsweise können dafür ein oder mehrere Tumble-Klappen vorgesehen sein, über die die Einströmrichtung von einem oder mehreren Einlassventilen in die Brennkammer derart beeinflusst wird, dass die gewünschte Tumble-Bildung erfolgt. Weiterhin kann eine Tumble-Initiierung mittels einer mechanischen Stellvorrichtung im Ansaugtrakt benachbart zum Einlassventil unterstützt werden. Eine Position der Stellvorrichtung wird vorzugsweise über eine Motorsteuerung und damit in Abhängigkeit vom Betriebszustand bzw. einer Lastanforderung sowie unter gleichzeitiger Steuerung bzw. Regelung eines variablen Verdichtungsverhältnisses eingestellt. Auch kann vorgesehen sein, dass eine Füllungsunterstützung mittels Aufladung, insbesondere Turboaufladung wie auch Saugrohraufladung möglich ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer Abgasrückführung, die beispielsweise über die Einlassventile ermöglicht wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein vollvariabler Ventiltrieb zusammen mit einem Zylinderabschaltbetrieb und einem variablen Verdichtungsverhältnis eingesetzt wird. Dabei können in der Startphase des Motors wie auch im Betrieb, beispielsweise im Leerlauf oder im Schubbetrieb, ein oder mehrere Zylinder abgeschaltet sein bzw. abgeschaltet werden. Auch können bei Motoren mit Zylinderbänken, wie beispielsweise bei V-Motoren, eine Bank ab- wie auch zugeschaltet werden. Die in Betrieb befindlichen Zylinder erhalten dabei mittels des vollvariablen Ventiltriebs eine Befüllung und Entleerung des jeweiligen Brennraumes in Abhängigkeit unter anderem von entstehenden Abgasanteilen. Als vollvariabler Ventiltrieb sind insbesondere elektromechanische und mechanische Ventiltriebe einsetzbar.

Weiterhin kann die Kolbenbrennkraftmaschine eine kontrollierte Selbstzündung aufweisen, wie sie beispielsweise als CAI-Verfahren (Controlled Auto Ignition) bekannt ist. Vorzugsweise wird dieses bei einer nach dem Otto-Verfahren konzipierten Brennkraftmaschine eingesetzt.

Auch kann eine Otto-Brennkraftmaschine eingesetzt werden, bei der eine Kraftstoffeinspritzung zusammen mit einer Ausnutzung eines hohen Restgasgehaltes genutzt wird. Beispielsweise wird mittels einer Abgasrückführung und/oder einer entsprechenden Ventiltriebsteuerung in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ein hoher Restgasgehalt im Brennraum erzielt. Durch die hohen Restgasgehalte im Brennraum kann die dabei vorhandene Radikalenbildung zur Selbstzündung genutzt werden. Vorzugsweise wird dieses zumindest im Leerlastbereich, vorzugsweise bis zu einem mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine eingesetzt. Dadurch lässt sich insbesondere bei einer Direkteinspritzung ein niedriger NO_x-Gehalt erreichen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine nach dem Dieselprinzip arbeitende Brennkraftmaschine einzusetzen. Vorzugsweise arbeitet diese Brennkraftmaschine mit dem HCCI-Verfahren zur Einspritzung. Bei nach dem Otto- bzw. nach dem Dieselprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen wird eine hohe Verdichtung bei einer Stabilisierung des Einspritzverfahrens über einen großen Betriebsbereich mittels der variablen Verdichtungs-Steuerung bzw. Regelung erreicht.

Eine Unterstützung einer angestrebten Betriebsweise der Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung kann in Form eines gefächerten wie auch in Form eines engeren Kraftstoffeinspritzstrahls erfolgen. Ein Injektor kann dabei mehrere Öffnungen aufweisen, die kontrollierbar die Kraftstoffzuführung erlauben. Die Öffnungen können unterschiedliche Größen aufweisen und entlang des Injektors auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sein.

Das Variieren des Verdichtungsverhältnisses erlaubt, gezielt auf die unterschiedlichen Ladungsbewegungen eingehen zu können. Insbesondere besteht die Möglichkeit, eine hohe Verdichtung insbesondere in Teillastbereichen der Kolbenbrennkraftmaschine einstellen zu können, wobei durch die Kolbengeometrie mit einer homogenen Ladung im Zylinder gearbeitet werden kann. Insbesondere aufgrund der Begrenzung des Verdichtungsverhältnisses unter Vollast aufgrund auftretender klopfender Verbrennung besteht die Möglichkeit, sofern ein Klopfen festgestellt wird, die Verdichtung herunterzusetzen. Ein Heruntersetzen des Verdichtungsverhältnisses kann einerseits vom Auftreten von Klopfen abhängig gemacht werden, andererseits in Abhängigkeit gesetzt werden zu einem Wirkungsgrad in dem jeweiligen Betriebspunkt. Vorzugsweise erfolgt eine Variierung des Verdichtungsverhältnisses in einem Bereich einer Verdichtung zwischen 8 und 16.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen zeigen die nachfolgenden Zeichnungen. Die dort dargestellten Ausführungen sind jedoch nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr sind die dort dargestellten Merkmale und Weiterbildungen untereinander verbindbar, insbesondere auch im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Merkmalen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, die eine variable Verdichtung aufweist;
2 eine Zusammenstellung von Betriebsparametern bei einem beispielhaften Otto-Motor mit variabler Verdichtung; und
3 ein Diagramm mit einem Betriebsfeld des Otto-Motors.
1 zeigt in schematischer Ansicht ein Fahrzeug 1 mit einer Brennkraftmaschine 2, die ein variables Verdichtungsverhältnis aufweist. Beispielhaft sind für die Brennkraftmaschine 2 verschiedene Ausgestaltungen a) bis i) als konstruktive Möglichkeiten für das variable Verdichtungsverhältnis angegeben.
Ausgestaltung a) zeigt in schematischer Ansicht einen beweglichen Zylinderblock, über den das Verdichtungsverhältnis variabel eingestellt werden kann.
Ausgestaltung b) zeigt ein veränderliches Brennraumvolumen, welches mittels eines Nebenkolbens, der im Brennraumdach angeordnet ist, erzielt wird.
Ausgestaltung c) zeigt einen Kolben mit einer variablen Kompressionshöhe.
Ausgestaltung d) zeigt eine exzentrische Pleuellagerschale, wodurch eine Verstellung und damit ein variables Verdichtungsverhältnis ermöglicht wird.
Ausgestaltung e) zeigt ein exzentrisches Kurbelwellenlager, welches wiederum über eine entsprechende Verstellung eine variable Verdichtung gewährleistet.
Ausgestaltung f) zeigt die Möglichkeit einer Kraftübertragung mittels einer Zahnstange, um eine variable Verdichtung zu erzielen.
Ausgestaltungen g) bis i) zeigen jeweils zwei geteilte Pleuel sowie ein weiteres Anlenkpleuel. Auf diese Weise wird ein zweiter, verstellbarer Drehpunkt für das Pleuel gebildet, was wiederum bei entsprechender Verstellung eine variable Verdichtung ermöglicht.
Neben diesen Ausgestaltungen a) bis i) sind weitere konstruktive Lösungen zur Erzielung des variablen Verdichtungsverhältnisses ebenfalls einsetzbar.
In Verbindung mit der Brennkraftmaschine 2 ist eine Motorsteuerung 3. Die Motorsteuerung 3 weist einen integrierten Vergleicher 4, einen Zeitsignalgenerator 5, eine Vielzahl an vorgebbaren Kennfeldern 6, ein oder mehrere Notlauffunktions-Kennfelder 7 sowie ein oder mehrere Steuergeräte 8 auf. Weiterhin ist eine Fehlererkennung 9 in das Motorsteuergerät integriert. In der Motorsteuerung 3 können beispielsweise Teilsysteme wie eine Zündung, eine Einspritzung, eine Lambdaregelung, eine Klopfregelung, eine Leerlaufdrehzahlregelung, eine Nockenwellensteuerung, eine Ventilsteuerung integriert oder zumindest mit verbunden sein. Beispielsweise erhält die Motorsteuerung 3 über Sensoren 10 Messwerte. Die Sensoren 10 können beispielsweise ein Klopfsensor, eine Lambdasonde, ein Drucksensor, ein Geräuschsensor, ein Temperatursensor o.ä. sein. Die Sensoren stehen über Signalleitungen 11, die z.T. nur schematisch dargestellt sind, mit der Motorsteuerung 3 und mit dem Vergleicher 4 in Verbindung. Die Signalleitungen 11 können beispielsweise in ein Bussystem integriert sein, insbesondere in ein CAN-System. Die Motorsteuerung 3 kann beispielsweise zusammen mit den Steuergeräten 8 Adaptionsverfahren wie auch integrierte Diagnoseverfahren aufweisen.
Der Vergleicher 4 in der Motorsteuerung 3 beispielsweise wertet die durch die Sensoren 10 aufgenommenen, insbesondere für Bauteile des Fahrzeugs 1 charakteristische Messwerte aus. Diese Bauteile können beispielsweise die Brennkraftmaschine 2, ein oder mehrere Zylinder 13, ein Katalysator 14, ein Partikelfilter 15, ein NO_x-Filter 16, eine Lastanforderungserkennung 17, eine Lasterkennung 18, eine Klimaanlage 20 oder Sonstiges sein. Diese Informationen werden verglichen, wobei in der Motorsteuerung 3 eine Optimierungsstrategie ausgeführt wird, die vorzugsweise unterschiedliche Gewichtungen über einen Lastbereich der Brennkraftmaschine 2 in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen der Bauteile 12 aufweisen kann. Über ein Stellglied 21 kann als Ergebnis der Optimierungsstrategie das variable Verdichtungsverhältnis so angepasst werden, dass ein oder mehrere der aufgenommenen Parameter beeinflusst werden.
Beispielsweise kann über die Lastanforderungserkennung 17, die beispielsweise über die Stellung eines Gaspedals ein frühzeitiges Signal über einen möglichen Leistungsschub erhält, eine sofortige Änderung der variablen Verdichtung erfolgen. Auch kann über die Lasterkennung 18, die beispielsweise am Getriebe sitzt, festgestellt werden, wenn eine Änderung des Abtriebs eine Änderung des variablen Verdichtungsverhältnisses notwendig macht.
Beispielsweise kann in die Motorsteuerung 3 auch eine Kraftstoffqualitätserkennung 22 integriert sein. Die Kraftstoffqualitätserkennung 22 arbeitet gemäß einer Ausgestaltung mit einem für die variable Verdichtung zuständigen Steuergerät zusammen, was Stellsignale an das Stellglied 21 auslöst. Dabei kann über eine Änderung des variablen Dichtungsverhältnisses auf die Qualität des Kraftstoffs rückgeschlossen werden, was durch die Kraftstoffqualitätserkennung 22 erkannt und ausgewertet wird. Diese Information wird vorzugsweise gespeichert und fließt in die Kennfelder zur Optimierung insbesondere einer gleichmäßigen Verbrennung unter Zuhilfenahme des variablen Verdichtungsverhältnisses mit ein. Insbesondere kann eine Kraftstofferkennung in verschiedener Ausgestaltung auch für eine Klopfregelung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Verdichtung gezielt so angehoben werden, bis ein vordefiniertes Klopfen detektiert wird. Aus der Auswertung dieses Messvorganges wird auf die Kraftstoffqualität geschlossen und darüber vorzugsweise auch auf eine spezifische Kennfeldsteuerung umgestellt.
2 zeigt eine Zusammenstellung von Betriebs- und Messparametern, die an einem 4-Takter, 1,8l-Motor mit 4 Zylindern mit Saugrohreinspritzung mit variabler Verdichtung aufgenommen worden sind. Auf der X-Achse ist hierzu das Verdichtungsverhältnis aufgetragen. Das oberste Diagramm A gibt ein Oberflächen-Volumenverhältnis des Brennraumes in OT an. Darunter im Diagramm B folgt die Abgastemperatur, gemessen im Krümmer hinter einem Auslassventil. Der darunter dargestellte spezifische Abgaswärmestrom im Diagramm C ist aus dem Verhältnis von Abgastemperatur zu Abgasmassenstrom, bezogen auf eine Normtemperatur von 25°, ermittelt. Die zuunterst dargestellte spezifische HC-Emission im Diagramm D ist auf den Liter Hubraum des Motors bezogen.
Wie aus der Zusammenstellung hervorgeht, kann über das Zusammenspiel verschiedener Bauteile und einer Verstellung des Verdichtungsverhältnisses auf die verschiedenen Parameter Einfluss genommen werden. Insbesondere kann durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung erreicht werden, dass beispielsweise die HC-Emissionen minimiert oder maximiert werden.
3 zeigt ein Betriebsfeld zu dem aus der 2 zugehörigen Betriebsparameter und Brennkraftmaschine. Auf der Y-Achse ist der effektive mittlere Zylinderdruck (BMEP = Brake Mean Effective Pressure) und auf der X-Achse die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle angegeben. Eingezeichnet ist zum einen ein Punkt konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit (140 km/h), der auf der Widerstandskurve eingezeichnet ist. Zum anderen ist ein nach dem Neuen Europäischen Fahrtzyklus (NEDC = New European Driving Cycle) ausgelegter Betriebsbereich schraffiert dargestellt. Weiterhin sind die unterschiedlichen Verdichtungsverhältnisse von 8 bis 15 als Kurven eingezeichnet. Ein derartiges Betriebsfeld wird beispielsweise genutzt, um daraus ein Kennfeld zu generieren, um ein wirkungsgradoptimales Verdichtungsverhältnis zu erhalten.

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einem kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis mit zumindest einer Lasterkennung (18), einer Lastanforderungserkennung (17), mit einem Stellglied (21) zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses und mit einer Motorsteuerung (3), die in Verbindung mit einem Zeitsignalgenerator (5), insbesondere einem Zeittaktgenerator, steht, wobei die Motorsteuerung (3) für die Ermittlung des einzustellenden variablen Verdichtungsverhältnisses in einem Bereich der Brennkraftmaschine (1) Signalleitungen (12) aufweist zur Erfassung von zumindest einem Teil der Brennkraftmaschinenlast und mit einem in die Motorsteuerung (3) integrierten Vergleicher (4), der aus den über die Signalleitungen (12) übertragenen Signalen betreffend zumindest die Last im Abgleich mit zumindest Werten aus einem vorgebbaren Kennfeld (6) ein optimiertes Verdichtungsverhältnis ermittelt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein erfasster Parameter in die Motorsteuerung (3) eingeht, mittels dem ein Abgasstrom charakterisierbar ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalleitung (12) zur Erfassung zumindest eines Abgasemissionswertes für den Vergleicher (4) vorhanden ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (10) zur Erfassung eines den im Abgasstrang der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Katalysators (14) charakterisierenden Temperaturwertes vorhanden ist, der in Verbindung mit dem Vergleicher (4) steht.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlererkennung (9) vorhanden ist, die bei einem auftretenden Fehler ein Signal zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses auslöst.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (3) ein Notlauffunktions-Kennfeld (7) für das variable Verdichtungsverhältnis aufweist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (6) zur Durchführung einer Regeneration eines Partikelfilters (16) und/oder NO_x-Filters (15) unter Nutzung des variablen Verdichtungsverhältnisses ausgelegt ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (10) zur Erfassung einer Geräuschemission, insbesondere einer Motorgeräuschemission, vorhanden ist, wobei der Sensor (10) in Verbindung mit dem Vergleicher (4) steht.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffqualitätserkennung (22) vorgesehen ist, die mit dem Vergleicher (4) in Verbindung steht.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Zylinder (13) ein Drucksensor angeordnet ist, über den ein Zylinderspitzendruck messbar ist, wobei ein Druckwert des Drucksensors in den Abgleich mit eingeht.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (6) eine Anhebung oder eine Absenkung des Verdichtungsverhältnisses zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Verbrennung aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei der ein Verdichtungsverhältnis an zumindest einem Zylinder (13) variabel einstellbar ist, wobei eine Grundeinstellung des Verdichtungsverhältnisses im Betrieb anhand eines hinterlegten Kennfeldes (6) erfolgt und eine Anpassung des einzustellenden Verdichtungsverhältnisses aufgrund einer Mehrzahl von aufgenommenen Messwerten durchgeführt wird, die verschiedene Zustände von oder in Bauteilen (12) charakterisieren, die zumindest an die Brennkraftmaschine (1) angeschlossen sind, und von zumindest einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1), wobei eine Absenkung und eine Anhebung der Verdichtung in unterschiedlichen Lastbereichen der Brennkraftmaschine (1) in Abhängigkeit von unterschiedlichen charakterisierenden Messwerten zur Beeinflussung unterschiedlicher Zustandsgrößen von oder in den Bauteilen (12) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtung von das Verdichtungsverhältnis beeinflussenden Maßnahmen zur Durchführung einer Optimierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Grenzwertes eines charakterisierenden Messwertes die Gewichtung anderer Maßnahmen verändert wird, insbesondere aufgehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Geräusch charakterisierender Messwert in einen Abgleich zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses mit eingeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Kraftstoffqualität charakterisierender Messwert in einem Abgleich zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses mit eingeht.
Verfahren zur Erkennung einer Kraftstoffqualität, wobei ein variables Verdichtungsverhältnis eingesetzt wird, um mittels der bei Änderung des variablen Verdichtungsverhältnisses aufgenommenen Messwerte auf die Kraftstoffqualität zu schließen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während des Starts die Kraftstoffqualität geprüft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das variable Verdichtungsverhältnis solange angepasst wird, bis eine Selbstzündungsgrenze des Kraftstoff bestimmt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis solange angepasst wird, bis eine Klopfgrenze zumindest annähernd bestimmt ist.
Verfahren zur Verminderung eines zu hohen Zylinderinnendrucks, wobei bei Ermittlung eines einen vorgebbaren Grenzwertes überschreitenden Zylinderinnendrucks eine Reduzierung der Verdichtung mittels einer Änderung eines variablen Verdichtungsverhältnisses erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung über einen Drucksensor erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung indirekt über einen ermittelten Temperaturwert erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lastsprung detektiert wird, wobei eine Verdichtung abgesenkt und einem Abgasturbolader ein erhöhtes Energieangebot zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderabschalten, insbesondere ein Motorabschalten detektiert und eine Reduzierung der Verdichtung ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 nach einem der vorhergehenden Verfahren betrieben wird.