DE102010032428A1

DE102010032428A1 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102010032428A1
Application number: DE201010032428
Authority: DE
Inventors: Marc Wodischek; Dipl.-Ing. Schmitfranz Bernd-Heinrich; Dipl.-Ing. Wagenplast Michael
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, bei welchem eine vorgegebene Klangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, wobei ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis des Zylinders mittels wenigstens einer Stelleinrichtung (38)v eingestellt wird, um die vorgegebene Klangcharakteristik zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Aus der DE 100 32 931 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Kraftstoffeinspritzung als bekannt zu entnehmen, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine den Zylindern zuzuordnende Schalldruckintensitäten gemessen werden. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine werden die Kraftstoffeinspritzungen variierende Korrekturwerte bestimmt, welche die Angleichung der Schalldruckintensitäten der Zylinder bewirken.
Die DE 100 44 604 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines an harmonischen Frequenzen reichen, sportlich klingenden Ansaug- und/oder Auspuffgeräusches bei Viertaktmotoren, denen ein Ansaugsystem oder eine Abgasanlage zugeordnet ist. Dabei wird die Öffnungscharakteristik wenigstens eines Einlassventils und/oder wenigstens eines Auslassventils gegenüber der Öffnungscharakteristik der übrigen Ventile verändert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welches eine bedarfsgerechte Einstellung eines sehr guten Geräuschverhaltens der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, aufweisenden Verbrennungskraftmaschine wird eine vorgegebene Klangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine erzeugt, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis des Zylinders mittels wenigstens einer Stelleinrichtung eingestellt wird, um die vorgegebene Klangcharakteristik zu erzeugen. Auf diese Art und Weise kann der Verbrennungskraftmaschine ein gewünschtes, beispielsweise sportliches, tiefes, Betriebsgeräusch verliehen werden, so dass die Verbrennungskraftmaschine für einen Zuhörer, wie beispielsweise einen Passanten oder Insassen eines Kraftwagens, insbesondere einen Personenkraftwagens, mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine angenehm klingt und einen sportlichen und qualitativ hochwertigen Eindruck vermittelt.
Dies ist insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen mit einer relativ geringen Anzahl an Brennräumen, insbesondere Zylindern, möglich und vorteilhaft. Dabei ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen mit vier Zylindern eine gewünschte Kleincharakteristik, das heißt ein Geräuschverhalten, welches auch als Motorsound bezeichnet wird, zu verleihen, welche der Klangcharakteristik einer Verbrennungskraftmaschine mit einer höheren Anzahl an Zylindern zumindest ähnelt. So kann die Verbrennungskraftmaschine mit vier Zylindern beispielsweise eine Klangcharakteristik aufweisen wie eine Verbrennungskraftmaschine mit acht Zylindern und einem dafür charakteristischen, so genannten „V8-Blubbern”.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden zumindest zwei variabel einstellbare, voneinander unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse jeweiliger Brennräume, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine mittels einer jeweiligen Stelleinrichtung eingestellt, um die vorgegebene Klangcharakteristik zu erzeugen. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine eine Mehrzahl, das heißt zumindest zwei, Brennräume, insbesondere Zylinder, auf, in welchen beispielsweise ein Kolben translatorisch verschiebbar angeordnet ist. Jedem Zylinder ist zumindest eine Stelleinrichtung zugeordnet, mittels welcher das korrespondierende Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders variabel einstellbar ist. Die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der Brennräume sind dabei brennraum- bzw. zylinderindividuell einstellbar. Dies bedeutet, dass das Verdichtungsverhältnis eines der Brennräume unabhängig von dem Verdichtungsverhältnis des anderen Brennraums und somit individuell einstellbar ist. So kann jedem Brennraum individuell eine gewünschte Klangcharakteristik aufgeprägt werden, wobei sich die Klangcharakteristik der Brennräume voneinander unterscheiden können. Im Zusammenspiel der unterschiedlichen Verdichtungsverhältnisse und der daraus resultierenden unterschiedlichen Klangcharakteristiken der einzelnen Brennräume ergibt sich dann eine gewünschte und vorteilhafterweise für den Zuhörer angenehm klingende Gesamtklangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine.
Eine wichtige Rolle für die Klangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine spielt eine so genannte Zündfolge der Brennräume, insbesondere der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine. Mit anderen Worten ergibt sich eine bestimmte Klangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine daraus, wann, das heißt zu welcher Drehstellung, welche auch als Gradkurbelwinkel bezeichnet wird, einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in welchem der Brennräume, insbesondere der Zylinder, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird und es infolge dessen zu einer Verbrennung in dem Brennraum kommt. Ein so genannter Zündzeitpunkt, also die Drehstellung (Gradkurbelwinkel [°KW]), bei welcher gezündet wird, ist dabei insbesondere abhängig von einer Position des Kolbens in dem Brennraum, insbesondere in dem Zylinder. Die Positionen der jeweiligen Kolben in den jeweiligen Brennräumen relativ zueinander ist dabei abhängig von der Bauart der Kurbelwelle, mit welcher die Kolben über ein Pleuel gelenkig verbunden sind.
Bei einer Verbrennungskraftmaschine in V-Bauart mit acht Zylindern weist eine Kurbelwelle für diese Verbrennungskraftmaschine acht Hubzapfen auf, an welchen die jeweiligen Pleuel zumindest mittelbar gelenkig gelagert sind, wobei beispielsweise jeweils zwei in axialer Richtung der Kurbelwelle unmittelbar nebeneinander angeordnete der Hubzapfen in Umfangsrichtung der Kurbelwelle jeweils um 180° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Kurbelwelle weist also einen Kröpfungswinkel von 180° auf. Betrachtet man nun diese Kurbelwelle aus der Frontansicht, also genau in axialer Richtung der Kurbelwelle, so ergibt sich ein Gebilde, das einem Rechteck ähnelt, dessen Schmalseiten abgerundet sind (–). Die Kurbelwelle wird somit auch als Flat-Plane-Kurbelwelle bezeichnet. Diese Bauart der Kurbelwelle erfordert eine bestimmte Zündfolge der Brennräume, insbesondere der Zylinder, die sich von der Zündfolge einer so genannten Cross-Plane-Kurbelwelle für eine solche Verbrennungskraftmaschine mit acht Zylindern in V-Bauart unterscheidet. Die so genannte Cross-Plane-Kurbelwelle weist ebenso acht Hubzapfen auf, wobei jeweils zwei in axialer Richtung der Kurbelwelle unmittelbar nebeneinander angeordnete der Hubzapfen in Umfangsrichtung der Kurbelwelle jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Betrachtet man diese Kurbelwelle nun in der Frontansicht, also genau in axialer Richtung der Kurbelwelle, so ergibt sich ein Gebilde, dass der Form des mathematischen Additions-Zeichens (+) ähnelt.
Die Verbrennungskraftmaschine mit der so genannten Cross-Plane-Kurbelwelle (Kreuz-Flächen-Kurbelwelle) weist gegenüber der Verbrennungskraftmaschine mit der so genannten Flat-Plane-Kurbelwelle (Flach-Flächen-Kurbelwelle) ein für den Zuhörer sportliches, tiefes und so genanntes „V8-Blubbern” auf, was insbesondere an der erforderlichen Zündreihenfolge liegt. Die Flat-Plane-Kurbelwelle hat demgegenüber den Vorteil, dass sie einen effizienteren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, was ebenso aus der für die Flat-Plane-Kurbelwelle erforderlichen Zündfolge resultiert.
Dies trifft insbesondere auf Verbrennungskraftmaschinen mit zwei Zylinderbänken zu, wobei durch jede Zylinderbank jeweils vier in Reihe angeordnete Zylinder gebildet ist, und wobei die Zylinderbänke einen Winkel von zumindest im Wesentlichen von 90° einschließen und somit einen Zylinderbankwinkel von 90° aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es nun, die sehr gute Klangcharakteristik, wie sie von der Verbrennungskraftmaschine mit der Cross-Plane-Kurbelwelle bekannt ist, bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Flat-Plane-Kurbelwelle zumindest nahezu annähernd durch Einstellen der Verdichtungsverhältnisse darzustellen, bei gleichzeitiger Nutzung der Vorteile insbesondere hinsichtlich des effizienten Betriebes der Flat-Plane-Kurbelwelle. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn bei den Brennräumen, insbesondere den Zylindern, Verdichtungsverhältnisse eingestellt werden, wobei sich zumindest zwei der Verdichtungsverhältnisse voneinander unterscheiden. Ebenso möglich ist, dass sich die Verdichtungsverhältnisse paarweise voneinander unterscheiden. So kann die gewünschte Klangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine mit einer Cross-Plane-Kurbelwelle auch bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Flat-Plane-Kurbelwelle zumindest nahezu annähernd gleich eingestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Verdichtungsverhältnis bzw. werden die Verdichtungsverhältnisse in Abhängigkeit von einer Last des Brennraums, insbesondere des Zylinders, eingestellt. So können in bestimmten Lastbereichen der Verbrennungskraftmaschine die Brennräume mit voneinander unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen betrieben werden, um so die gewünschte Klangcharakteristik einzustellen. Dies wird dabei in sich anbietenden Lastbereichen durchgeführt, so dass weiterhin ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gegeben ist, und zwar infolge einer Einstellung eines an einen vorliegenden Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine angepassten und wirkungsgradgünstigen Verdichtungsverhältnisses.
Durch das variabel einstellbare Verdichtungsverhältnis ist es ebenso möglich, durch Einstellen unterschiedlicher Verdichtungsverhältnisse, unterschiedliche, vorgegebene und gewünschte Klangcharakteristiken der Verbrennungskraftmaschine zu erzeugen, wodurch eine Klangvariation der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellt. So kann beispielsweise in einem Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ein Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, welches sich von einem Verdichtungsverhältnis unterscheidet, welches sich von einem Verdichtungsverhältnis bei einem zeitlich vorhergehenden oder sich zeitlich anschließenden Zugbetrieb der Verbrennungskraftmaschine unterscheidet. Ziel dabei ist es beispielsweise, die Verbrennungskraftmaschine im Schubbetrieb besonders leise zu betreiben und eine entsprechende Klangcharakteristik einzustellen, während im Zugbetrieb und bei einer hohen Last der Verbrennungskraftmaschine eine Klangcharakteristik eingestellt wird, welche einen sportlichen Eindruck vermittelt und durch welche die Verbrennungskraftmaschine lauter klingt. Bei niedriger Leistung kann durch Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnis bzw. der Verdichtungsverhältnisse beispielsweise eine Klangcharakteristik eingestellt werden, welche einen eleganten, komfortablen Eindruck vermittelt und somit die Verbrennungskraftmaschine gegebenenfalls leiser klingt.
Ebenso möglich ist, dass Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit mit zumindest einer Umgebungsbedingung der Verbrennungskraftmaschine einzustellen, dabei handelt es sich beispielsweise um eine Geschwindigkeit des Kraftwagens, um eine Last und/oder eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder um ein gegebenenfalls von einem Fahrer des Kraftwagens eingestellten und gewünschten Fahrzeugzustand. Bei einem solchen Fahrzeugzustand kann es sich um einen so genannten Sportmodus oder einen Komfortmodus handeln, bei welchem ein Antriebsstrang des Kraftwagens, so z. B. ein Fahrwerk, die Verbrennungskraftmaschine und/oder dergleichen derart betrieben wird, dass dem Fahrer ein sportliches bzw. komfortables Fahrverhalten vermittelt wird. Im Sportmodus liegen beispielsweise kürzere Schaltzeiten eines Automatikgetriebes, eine spontanere Drehmomentabgabe der Verbrennungskraftmaschine sowie härter eingestellte Dämpfer des Fahrwerks vor als im Komfortmodus.
Ebenso möglich ist, dass Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit der Umgebung des Kraftwagens einzustellen. Dabei wird beispielsweise das Verdichtungsverhältnis bzw. die Verdichtungsverhältnisse derart eingestellt, dass sich eine Klangcharakteristik ergibt, durch welche die Verbrennungskraftmaschine leise klingt, wenn sich der Kraftwagen in einer Stadt, einem Wohngebiet oder dergleichen befindet. Verlässt der Kraftwagen dieses Wohngebiet und fährt beispielsweise auf einer Landstraße außerorts oder einer Autobahn, so kann eine Klangcharakteristik eingestellt werden, durch welche die Verbrennungskraftmaschine lauter und sportlicher klingt. Ebenso möglich ist, das Verdichtungsverhältnis und damit die Klangcharakteristik in Abhängigkeit von der Uhrzeit einzustellen. Ferner ist es möglich, dass Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einer Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine einzustellen, wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise aus einem deaktivierten Zustand heraus aktiviert, so kann das Verdichtungsverhältnis bzw. so können voneinander unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse der Brennräume eingestellt werden, um ein akustisch angenehmes und qualitativ hochwertiges Klangbild der Verbrennungskraftmaschine bei deren Aktivierung zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, bei Einsatz einer Verbrennungskraftmaschine, deren Bauart auf einen effizienten, emissions- und energieverbrauchsarmen, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb ausgelegt ist, ein Klangbild zu erzeugen, welches herkömmlicher Weise nur von Verbrennungskraftmaschinen bekannt ist, deren Bauart demgegenüber einen weniger effizienten Betrieb ermöglichen würden, falls keine anderweitigen Vorkehrungen getroffen sind. Mit anderen Worten kann beispielsweise eine nach dem so genannten Down-Sizing-Konzept konstruierte Verbrennungskraftmaschine (geringes Hubvolumen, geringes Gewicht, Aufladung beispielsweise mittels eines Abgasturboladers) mit vier Brennräumen, insbesondere Zylindern, durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Klangcharakteristik aufweisen, welche der Klangcharakteristik auf einer Verbrennungskraftmaschine mit einer höheren Anzahl an Zylindern sowie mit einem größeren Hubvolumen zumindest ähnelt oder gar gleich ist, bei gleichzeitiger Realisierung und Beibehaltung der Vorteile hinsichtlich des effizienten Betriebs, welche durch das so genannte Down-Sizing-Konzept möglich sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der Figur ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Kurbeltriebs für eine Hubkolbenmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern und den Zylindern zugeordneten Kolben, wobei mittels des Kurbeltriebs jeweilige Verdichtungsverhältnisse der Zylinder zylinderindividuell unabhängig voneinander einstellbar sind.
Die Figur zeigt einen Kurbeltrieb 10 für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftwagens, wobei die Hubkolbenmaschine eine Mehrzahl von Zylindern umfasst. Der Übersicht wegen wird anhand der Figur der Kurbeltrieb 10 in Bezug auf einen dieser, zu dem Kurbeltrieb 10 korrespondierenden Zylinder der Hubkolbenmaschine beschrieben. Es versteht sich, dass das zu dem Kurbeltrieb 10 und dem Zylinder Geschilderte analog auf die anderen, insbesondere alle anderen, Zylinder der Hubkolbenmaschine zutrifft.
Der Kurbeltrieb 10 umfasst eine Kurbelwelle 12, welche Hauptlagerstellen aufweist, über welche die Kurbelwelle 12 in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine gelagert ist. Des Weiteren weist die Kurbelwelle 12 Kurbelwangen auf, von welchen eine solche Kurbelwange 14 in der Figur dargestellt ist. Darüber hinaus weist die Kurbelwelle 12 Hubzapfen auf, von welchen ein Hubzapfen 16 in der Figur dargestellt ist. Der Hubzapfen 16 korrespondiert dabei zu einem Zylinder der Hubkolbenmaschine. In gleicher Weise korrespondierenden auch die anderen Hubzapfen jeweils zu einem Zylinder der Hubkolbenmaschine.
Ferner umfasst der Kurbelbetrieb 10 einen Querhebel 18, welcher ein erstes Hebelelement 20 sowie ein zweites Hebelelement 22 umfasst, die miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschraubt, sind. Der Querhebel 18 ist dabei an dem Hubzapfen 16 relativ zu diesem um eine Drehachse 25 drehbar gelagert und führt Hubbewegungen bei einer Rotation der Kurbelwelle 12, beispielsweise während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine, mit aus.
Der Querhebel 18 weist eine erste Lagerstelle 24 auf, an welcher ein Pleuel 26 des Kurbeltriebs 10 gelenkig gelagert ist. Dabei kann sich das Pleuel 26 um eine Drehachse 28 drehen. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist die Drehachse 28 von der Drehachse 25 in radialer Richtung des Hubzapfens 16 um einen ersten Hebelarm h₁ beabstandet.
Der Kurbeltrieb 10 umfasst ebenso einen Kolben 30, welcher zu dem Zylinder, zu welchem der Hubzapfen 16 korrespondiert, korrespondiert und in welchem der Kolben 30 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Kolben 30 ist mit dem Pleuel 26 über eine weitere Lagerstelle 32 gelenkig verbunden. Befestigt ist der Kolben 30 an dem Pleuel 26 über einen Kolbenbolzen, der in dem Kolben 30 durch einen entsprechenden Sicherungsring in axialer Richtung des Kolbenbolzens gesichert ist. Wird der Kolben 30 infolge von Verbrennungsvorgängen in dem Zylinder translatorisch bewegt, so wird diese translatorische Bewegung über das Pleuel 26, den Querhebel 18 sowie den Hubzapfen 16 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 12 umgewandelt.
Der Querhebel 18 weist eine weitere Lagerstelle 34 auf, an welcher ein Steuerkolben 36 einer Stelleinrichtung 38 der Hubkolbenmaschine gelenkig gelagert und mit dem Querhebel 18 verbunden ist. Dabei kann sich der Steuerkolben 36 um eine Drehachse 40 der Lagerstelle 34 drehen. Die Drehachse 40 ist um einen weiteren Hebel h2 in radialer Richtung des Hubzapfens 16 von der Drehachse 25 beabstandet. Es ist erkennbar, dass sich die Hebel h1 und h2 betragsmäßig voneinander unterscheiden. Der Hebel h2 ist größer als der Hebel h1. Ebenso möglich ist, dass die Hebel h1 und h2 betragsmäßig gleich sind, oder das der Hebel h1 größer ist als der Hebel h2. Zusätzlich zum Steuerkolben 36 umfasst die Stelleinrichtung 38 ein Gehäuse 41, durch welches ein Zylinder gebildet ist. In dem Zylinder ist der Steuerkolben 36 translatorisch bewegbar geführt gehalten. Durch Zufuhr oder Abfuhr eines Arbeitsmediums in den Zylinder, beispielsweise Druckluft, Hydraulikflüssigkeit oder dergleichen, kann der Steuerkolben 36 translatorisch gemäß einem Richtungspfeil 43 bewegt und bzgl. des Gehäuses 41 gemäß einem Richtungspfeil 44 ausgefahren oder gemäß einem Richtungspfeil 46 eingefahren werden. Ebenso möglich ist, den Steuerkolben 36 mittels eines Elektromagneten zu betätigen. Im Gegensatz zu solch einer aktiven Einstellung ist auch eine passive Einstellung möglich, bei welcher der Steuerkolben 36 bewegt wird infolge von Gas- und Massenkräften der Hubkolbenmaschine, die über den Kolben 30 auf den Steuerkolben 36 wirken. Der Steuerkolben 36 wird durch das Arbeitsmedium und Ventileinrichtungen, beispielsweise Rückschlagventile, welche über anderweitige Steuerventile, beispielsweise einen Steuerschieber mit Steuerkanten, welche Leitungen für das Arbeitsmedium freigeben oder versperren, geschaltet werden, in einer gewünschten Bewegungsrichtung freigegeben und in der gewünschten Bewegungsrichtung entgegengesetzten Bewegungsrichtung blockiert bzw. ganz festgehalten. Es handelt sich dabei um eine Art hydraulischen Freilauf. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis eingestellt werden kann ohne und nur mit einem sehr geringen zusätzlichen Energieaufwand.
Rotiert die Kurbelwelle 12, so bewegt sich der Hubzapfen 16 auf und ab, was auch zu einer Bewegung des Querhebels 18 führt. Auch die Stelleinrichtung 38 bewegt sich mit, indem das Gehäuse 41 um eine Schwenkachse 42 schwenkbar an einem die Stelleinrichtung 38 umgebenden Gehäuse, beispielsweise an einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine, gelagert ist.
Wird der Steuerkolben 36 gemäß dem Richtungspfeil 43 translatorisch bewegt, so führt dies zu einer Drehung des Querhebels 18 relativ zu dem Hubzapfen 16 gemäß einem Richtungspfeil 48, wodurch das Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders eingestellt werden kann. Dabei wirkt die Verstellung des Steuerkolbens 36 über das Verhältnis der Hebel h₁ und h₂ im gleichen Maße, verstärkt oder reduziert. Mit anderen Worten führt die Verstellung des Steuerkolbens 36 zu einer Einstellung bzw. Verstellung des oberen Totpunkts des Kolbens 30 im Zylinder und damit zu einer Verstellung bzw. Einstellung des Kompressionsvolumens v_c des entsprechenden Zylinders. Die Verstellung des Steuerkolbens 36 wirkt sich auch auf den Hub und damit das Hubvolumen v_H des Kolbens 30 aus. Das Hubvolumen v_H reduziert sich bei steigendem Verdichtungsverhältnis, was im Sinne des Downsizing-Konzepts erwünscht ist. Daraus resultiert ein entsprechendes Verdichtungsverhältnis, welches auch als ε bezeichnet wird.
Wie bereits angedeutet, ist vorteilhafterweise jedem der Zylinder der Hubkolbenmaschine eine derartige Stelleinrichtung 38 zugeordnet, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders unabhängig von den anderen Zylindern eingestellt werden kann. Diese zylinderindividuelle Einstellung der entsprechenden Verdichtungsverhältnisse ermöglicht eine sehr präzise und äußerst bedarfsgerechte Anpassung der Hubkolbenmaschine an vorliegende Betriebspunkte, so dass die Hubkolbenmaschine sehr effizient, emissions- und energieverbrauchsarm, insbesondere kraftstoffverbrauchsarm, betrieben werden kann.
Zur präzisen und bedarfsgerechten Einstellung des Verdichtungsverhältnisses ist es dabei wünschenswert, das eingestellte Verdichtungsverhältnis zu ermitteln und gegebenenfalls zu überprüfen. Dies ist beispielsweise möglich, in dem die Stellung des Steuerkolbens 36 relativ zu einem Bezugspunkt und/oder den bei der Bewegung des Steuerkolbens 36 zurückgelegten Weg, also den Hub des Steuerkolbens 36, zu erfassen, und davon ausgehend unter anderem auch in Abhängigkeit von den Hebeln h₁ und h₂, dem Pleuel 26 etc. auf das eingestellte Verdichtungsverhältnis rückzuschließen bzw. dieses zu ermitteln. Ein die Stellung bzw. den Hub des Steuerkolbens 36 charakterisierendes Signal kann dann zur Steuerung oder Regelung des Verdichtungsverhältnisses genutzt werden, um dieses variabel, kontinuierlich oder stufenweise einzustellen.
Da jedem Zylinder der Hubkolbenmaschine eine solche Stelleinrichtung 38 zugeordnet ist, kann die Hubkolbenmaschine mit voneinander unterschiedlichen, insbesondere paarweise voneinander verschiedenen, Verdichtungsverhältnissen betrieben werden. Dies ermöglicht es, der Hubkolbenmaschine eine Klangcharakteristik, das heißt einen so genannten Motorsound, zu verleihen, welcher einen sportlichen Eindruck vermittelt und beispielsweise der Klangcharakteristik einer im Betrieb „blubbernden” Hubkolbenmaschine in V-Bauart mit acht Zylindern gleicht oder zumindest nahe kommt.
Dies ermöglicht es beispielsweise, bei einer Hubkolbenmaschine mit vier Zylindern, welche nach dem so genannten Down-Sizing-Konzept konstruiert ist, eine Klangcharakteristik einzustellen, welche der Klangcharakteristik einer Verbrennungskraftmaschine gleicht oder zumindest ähnelt, welche ein im Vergleich dazu größeres Hubvolumen und eine größere Anzahl an Zylinder, insbesondere acht Zylinder, aufweist. Somit können auch kleinhubvolumige Hubkolbenmaschinen so tief, satt, sportlich und angenehm klingen wie großhubvolumige Hubkolbenmaschinen.
Bezugszeichenliste

10: Kurbeltrieb
12: Kurbelwelle
14: Kurbelwange
16: Hubzapfen
18: Querhebel
20: Hebelelement
22: Hebelelement
24: Lagerstelle
25: Drehachse
26: Pleuel
28: Drehachse
30: Kolben
32: Lagerstelle
34: Lagerstelle
36: Steuerkolben
38: Stelleinrichtung
40: Drehachse
41: Gehäuse
42: Schwenkachse
43: Richtungspfeil
44: Richtungspfeil
46: Richtungspfeil
48: Richtungspfeil
h₁: Hebel
h₂: Hebel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10032931 A1 [0002]
DE 10044604 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, aufweisenden Verbrennungskraftmaschine, bei welchem eine vorgegebene Klangcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis des Zylinders mittels wenigstens einer Stelleinrichtung (38) eingestellt wird, um die vorgegebene Klangcharakteristik zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei variabel einstellbare, voneinander unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse jeweiliger Brennräume, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine mittels einer jeweiligen Stelleinrichtung (38) eingestellt werden, um die vorgegebene Klangcharakteristik zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einer Last des Brennraums, insbesondere des Zylinders, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von zumindest einer Umgebungsbedingung der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren eine Kurbelwelle (12) der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, welche eine Mehrzahl Hubzapfen (16) aufweist, wobei jeweils zwei in axialer Richtung der Kurbelwelle (12) unmittelbar nebeneinander angeordnete der Hubzapfen (16) in Umfangsrichtung (48) der Kurbelwelle (12) jeweils um 180 Grad zueinander versetzt angeordnet sind.