DE102010032486A1

DE102010032486A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102010032486A1
Application number: DE102010032486A
Authority: DE
Inventors: Marc Wodischek; Dipl.-Ing. Nowak Simone; Dipl.-Ing. Schmitfranz Bernd-Heinrich; Dipl.-Ing. Römheld Tilmann; Dipl.-Ing. Wagenplast Michael; Dipl.-Ing. Nowak Dieter
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
Also published as: EP2598734A1; JP2013532791A; WO2012013262A1; CN103026030A; US20130333670A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben (30) translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden Stelleinrichtung (38) eingestellt wird, wobei ein an einer Führung (41) der Stelleinrichtung (38) bewegbar gehaltenes Stellteil (36), insbesondere ein Steuerkolben (36), zwischen zumindest zwei Stellungen bewegt wird, wobei das eingestellte Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von zumindest einem, mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung (50) erfassten und zumindest eine der Stellungen charakterisierenden Signal ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 199 55 250 A1 offenbart ein Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Dabei wird vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung zur Veränderung der Zylinderverdichtung ein Motorbetriebsparameter, der auf eine Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt. Beide Werte des Motorbetriebsparameters werden dann miteinander verglichen, um festzustellen, ob eine Veränderung des Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei eine Veränderung des Motorbetriebsparameters ein Indiz für eine korrekte Funktion der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung darstellt.
Aus der WO 01/34948 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Zylinderverdichtung während der Startphase einer Brennkraftmaschine bekannt, welche mit einer Einrichtung zur Änderung es Verdichtungsenddruckes ausgestattet ist. Vor dem Einschalten eines Starters der Brennkraftmaschine werden ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine überprüft. Wenn mindestens ein Kriterium für ein erschwertes Starten erfüllt ist, wird die Zylinderverdichtung von mindestens einem Zylinder solange auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert, bis die Motordrehzahl bis zu einer definierten Schwelle hochgefahren worden ist, wobei dann die Zylinderverdichtung erhöht wird.
Aus der EP 1 431 59 A2 ist eine Lufteinlasssteuerungseinrichtung für einen Motor als bekannt zu entnehmen, welche einen Mechanismus zur variablen Einstellung einer Menge an Einlassluft umfasst, welcher eine Menge an Frischluft steuert, die in den Motor strömt. Ferner ist ein Mechanismus zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses vorgesehen, welcher ein Verdichtungsverhältnis des Motors variabel steuert. Sensoren erfassen Betriebsbedingungen des Motors sowie das Verdichtungsverhältnis, wobei eine Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt ist, mit den Sensoren, dem Mechanismus zur variablen Einstellung der Menge an Einlassluft und mit dem Mechanismus zur variablen Steuerung des Verdichtungsverhältnisses elektronisch verbunden zu sein, um den Mechanismus zur variablen Einstellung der Menge an Einlassluft in Abhängigkeit von dem Verdichtungsverhältnis sowie von den Betriebsbedingungen des Motors zu steuern.
Die DE 38 25 369 A1 offenbart eine Einrichtung zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine, mit einem Mechanismus zum Ändern des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine, mindestens zwischen einer ersten höheren und einer zweiten niedrigeren Stufe, entsprechend den Maschinenbetriebszuständen. Ferner ist eine Verdichtungsverhältnismesseinrichtung zum Bestimmen des aktuellen Verdichtungsverhältnisses vorgesehen. Darüber hinaus enthält die Einrichtung eine Sensorfehlererkenneinrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion der Verdichtungsverhältnismesseinrichtung sowie eine Schutzeinrichtung zum Ändern und Festhalten des Verdichtungsverhältnisses auf der niedrigeren Stufe, wenn die Sensorfehlererkenneinrichtung eine Fehlfunktion der Verdichtungsverhältnismesseinrichtung feststellt.
Aus der DE 10 2004 031 288 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis als bekannt zu entnehmen, welche eine Lasterkennung, eine Lastanforderungserkennung sowie eine Stellglied zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses umfasst. Ferner ist eine Motorsteuerung vorgesehen, die in Verbindung mit einem Zeitsignalgenerator steht, wobei die Motorsteuerung für die Ermittlung des einzustellenden variablen Verdichtungsverhältnisses in einem Bereich der Brennkraftmaschine Signalleitungen aufweist zur Erfassung von zumindest einem Teil der Brennkraftmaschinenlast. Darüber hinaus umfasst die Brennkraftmaschine einen in die Motorsteuerung integrierten Vergleicher, der aus den über die Signalleitungen übertragenen Signalen betreffend zumindest die Last im Abgleich mit zumindest Werten aus einem vorgebbaren Kennfeld ein optimiertes Verdichtungsverhältnis ermittelt.
Die DE 10 2006 033 062 A1 offenbart ein Verfahren zur automatischen Ermittlung eines momentanen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine im Betrieb, wobei die Hubkolbenmaschine ein veränderbares Kompressionsvolumen und einen messbaren Kurbelwinkel aufweist, wobei mittels eines relativ zu einem Sensor sich bewegenden Bauteils eines Kolbentriebs ein Signal erzeugt und mittels des Signals in einen Bezug zum Kurbelwinkel stehender Triggerwinkel bestimmt wird, der in einer Ermittlung des momentanen Verdichtungsverhältnisses mit einfließt.
Die US 6 857 401 B1 offenbart eine Einrichtung zur Erfassung eines variablen Verdichtungsverhältnisses für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle und zumindest einem Kolben, wobei die Einrichtung ein Pleuel mit einem variablen Verdichtungsverhältnis umfasst, über welches der Kolben mit der Kurbelwelle verbunden ist. Das Pleuel weist dabei eine Mehrzahl von diskreten Zuständen zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses auf. Es ist ein digitaler Ausgabesensor zur Erzeugung eines Signals vorgesehen, wobei das Signal einen Wert aufweist, welcher zu einem bestimmten Zustand des Pleuels korrespondiert. Der Sensor umfasst dabei eine Hall-Sensor, welcher ein länger andauerndes Signal erzeugt, dass zu einem hohen Verdichtungsverhältnis korrespondiert. Der Hall-Sensor erzeugt ein kürzer andauerndes Signal, welches zu einem ein niedrigen Verdichtungsverhältnis korrespondiert.
Die bekannten Hubkolbenmaschinen und Verfahren weisen Potential auf, ein eingestelltes Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine präziser einzustellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine bereitzustellen, welches ein präziseres Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, wird ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden Stelleinrichtung eingestellt, wobei ein an einer Führung der Stelleinrichtung bewegbar gehaltenes Stellteil, insbesondere ein Steuerkolben, zwischen zumindest zwei Stellung bewegt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das eingestellte Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von zumindest einem, mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung erfassten und zumindest eine der Stellungen charakterisierenden Signal ermittelt wird.
Das erfindungsgemäß Verfahren ermöglicht infolge der Erfassung der zumindest einen Stellung, insbesondere zumindest nahezu aller Stellung, des Stellteils eine sehr präzise Ermittlung des eingestellten Verdichtungsverhältnisses des korrespondierenden Zylinders. Zur Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses werden gegebenenfalls weitere Größen wie beispielsweise Hebel-, Abstands- und/oder Winkelverhältnisse sowie anderweitige trigonometrische Zusammenhänge berücksichtigt. In jeglicher Hinsicht kann dementsprechend das Verdichtungsverhältnis präzise und bedarfsgerecht eingestellt werden, indem dazu das präzise Ermitteln des Verdichtungsverhältnisses zur gesteuerten oder geregelten, stufenweisen oder kontinuierlichen Einstellung des Verdichtungsverhältnisses genutzt wird.
Die erfindungsgemäße Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht auch einen Vergleich des als Ist-Verdichtungsverhältnis eingestellten Verdichtungsverhältnisses mit einem gewünschten, einzustellenden Soll-Verdichtungsverhältnis. Weicht das Ist-Verdichtungsverhältnis von dem Soll-Verdichtungsverhältnis ab, was beispielsweise infolge von Verschleiß bei einer sehr hohen Lebensdauer der Hubkolbenmaschine vorkommen kann, so können geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um diese Abweichung zu kompensieren. Dabei wird beispielsweise eine Nachjustierung durchgeführt, so dass das eingestellte Ist-Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen mit dem gewünschten Soll-Verdichtungsverhältnis übereinstimmt. Dies ermöglicht einen sehr effizienten, emissions- und energieverbrauchsarmen, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen, Betrieb der Hubkolbenmaschine und das auch bei einer sehr hohen Lebensdauer sowie bei einer sehr hohen Betriebsdauer derselbigen.
Dabei ist ebenso möglich, dass mittels der Erfassungseinrichtung ein von dem Stellteil zwischen den Stellungen zurückgelegter Weg, d. h. ein Hub, des Stellteils erfasst wird, was der präzisen Ermittlung und damit der präzisen Einstellung des Verdichtungsverhältnisses zugute kommt.
Wie bereits angedeutet, ist das Stellteil beispielsweise als Steuerkolben ausgebildet, welcher eine Steuerstange sowie einen mit der Steuerstange verbunden Kolben umfasst, welcher in einem mit einem Arbeitsmedium beaufschlagbaren Zylinder der Stelleinrichtung verschiebbar geführt angeordnet ist. Dabei bildet der Zylinder die Führung der Stelleinrichtung. Der Steuerkolben ist beispielsweise als Hydraulikkolben ausgebildet und infolge einer Beaufschlagung des Zylinders mit einer Hydraulikflüssigkeit betätigbar, wobei die Beaufschlagung, d. h. eine Zufuhr und eine Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder heraus beispielsweise über einen Elektromagneten gesteuert wird.
Im Gegensatz zu solch einer aktiven Einstellung ist auch eine passive Einstellung möglich, bei welcher der Kolben bewegt wird infolge von Gas- und Massenkräften der Hubkolbenmaschine, die beispielsweise über einen Kolben in dem Zylinder auf den Steuerkolben und damit auf den Kolben der Stelleinrichtung wirken. Der Kolben der Stelleinrichtung 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.
Ebenso möglich ist, dass das Stellteil als Elektromagnet bzw. als Teil eines Elektromagneten ausgebildet ist und somit über das Wirkprinzip eines solchen Elektromagneten zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses betätigbar ist.
Ferner ist es möglich, dass der Steuerkolben als Pneumatikkolben ausgebildet ist, welcher durch Beaufschlagung des Zylinders mit Druckluft betätigbar ist. Die Beaufschlagung des Zylinders, also die Zufuhr oder Abfuhr der Druckluft in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder heraus kann dabei über einen Elektromagneten gesteuert bzw. geregelt werden.
In jeglicher Hinsicht birgt der Vorteil eines Einsatzes eines solchen Elektromagneten den Vorteil, dass dadurch das Stellteil besonders schnell verstellbar und somit das Verdichtungsverhältnis besonders schnell und bedarfsgerecht an sich ändernde Betriebspunkte bzw. an aktuelle vorliegenden Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine anpassbar ist.
Die Erfassung der Stellung des Stellteils ermöglicht dabei die Überprüfung, ob das gewünschte Verdichtungsverhältnis auch tatsächlich eingestellt ist. Ist dies nicht der Fall so kann gegebenenfalls nachgesteuert oder nachgeregelt werden und zwar solange bis das gewünschte Verdichtungsverhältnis auch tatsächlich eingestellt ist und das Stellteil die dazu nötige Stellung einnimmt. Dadurch können das Einnehmen der nötigen Stellung durch das Stellteil negativ beeinflussende Faktoren, wie beispielsweise Ablagerung infolge von Verschleiß oder dergleichen, kompensiert werden. Dazu wird beispielsweise das die Stellung charakterisierende Signal mit einem oder mehreren beispielsweise in einer Regelungs- oder Steuerungseinrichtung der Hubkolbenmaschine hinterlegtem Kennwert verglichen und auf eine Abweichung oder auf ein Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts durch eine solche Abweichung überprüft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Erfassungseinrichtung zumindest ein Geberteil, insbesondere einen Magneten und insbesondere einen Permanentmagneten, sowie ein dazu korrespondierendes Erfassungsteil, insbesondere eine Erfassungsplatte, wobei das Geberteil beispielsweise an dem Stellteil und das Erfassungsteil an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine, zu welchem das Stellteil und die Führung gemeinsam relativ um eine Schwenkachse schwenkbar sind, angeordnet sind. Ebenso möglich ist, dass das Erfassungsteil an dem Stellteil und das Geberteil an dem Gehäuse angeordnet sind. Mit anderen Worten bewegen sich bei einem Betrieb der Hubkolbenmaschine das Erfassungsteil und das Geberteil relativ zueinander, da die Stelleinrichtung und damit das Stellteil bei dem Betrieb der Hubkolbenmaschine Bewegungen ausführt und sich beispielsweise mit einem an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine gelagerten Querhebel und sich relativ zu dem Gehäuse, insbesondere einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine und/oder einem die Stelleinrichtung umgebenden Gehäuse, bewegt. Dies ermöglicht eine besonders präzise Erfassung der Stellung des Stellteils und in der Folge eine besonders präzise und bedarfsgerecht Einstellung des Verdichtungsverhältnis, was zu einem effizienten, emissions- und energieverbraucharmen Betrieb der Hubkolbenmaschine führt.
Umfasst die Erfassungseinrichtung einen Hall-Sensor, welchem das Erfassungsteil und Geberteil zugeordnet sind, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch die Stellung besonders präzise und besonders robust erfassbar und in der Folge das Verdichtungsverhältnis besonders präzise zu ermitteln und einzustellen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Erfassungsteil und/oder das Geberteil gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse konvex – ausgebildet. Dies vermeidet oder reduziert zumindest eine negative Beeinträchtigung der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses infolge eines etwaigen Winkelfehlers durch das relative Bewegen, insbesondere das relative Schwenken, des Erfassungsteils und des Geberteil zueinander. Dies kommt der präzisen Erfassung der Stellung und damit der besonders präzisen Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses besonders zugute. Eine besonders präzise Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses ist dann möglich, wenn die Krümmung des Geberteils und/oder des Erfassungsteils der Schwenkbewegung entspricht, wobei beispielsweise der Mittelpunkt der Krümmung auf der Schwenkachse liegt. Dadurch kommt es nicht oder nur in sehr geringem Maße zu Winkelfehlern bei der Relativbewegung des Erfassungsteils und des Geberteils zueinander, woraus eine sehr genaue Erfassung der Stellung des Stellteils resultiert.
Besonders vorteilhaft ist ein Magnetfeld des Geberteils gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse konvex, ausgebildet, wobei bevorzugt der Mittelpunkt der Krümmung auf der Schwenkachse liegt und somit die Krümmung der Relativbewegung, insbesondere dem relativen Schwenken, des Geberteils und des Erfassungsteils zueinander entspricht. Dadurch kann die Stellung des Stellteils sehr präzise und in der Folge das Verdichtungsverhältnis sehr genau ermittelt werden, so dass durch eine Nutzung des ermittelten Verdichtungsverhältnisses zur Einstellung eines gewünschten Verdichtungsverhältnisses dieses sehr genau und bedarfsgerecht mittels der Stelleinrichtung eingestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung einen optische Erfassungseinrichtung, welche eine Reflektionsteil, insbesondere eine Reflektionsplatte, umfasst. Das Geberteil der optischen Erfassungseinrichtung sendet Strahlen aus, die durch das Reflektionsteil reflektiert und durch das Erfassungsteil erfasst werden. Beispielsweise in Abhängigkeit von dem Zeitraum zwischen dem Aussenden der Strahlen und dem Erfassen der durch das Reflektionsteil reflektierten Strahlen durch das Erfassungsteil kann die Stellung des Stellteils besonders schnell und präzise erfasst und infolge dessen das Verdichtungsverhältnis sehr genau und ebenso schnell ermittelt werden. Dies ist insbesondere insofern vorteilhaft, als dadurch auch bei sich schnell ändernden Betriebspunkten der Hubkolbenmaschine und dementsprechend schnell einzustellenden und schnell zu ändernden Verdichtungsverhältnissen dieselbigen besonders schnell zu ermitteln und besonders schnell einzustellen sind. Analog zu dem Erfassungsteil bzw. dem Geberteil ist das Reflektionsteil beispielsweise an dem Stellteil oder an dem Gehäuse angeordnet, an welchem sich das Stellteil bzw. die Stelleinrichtung zumindest während des Betriebs der Hubkolbenmaschine bewegt.
Wird das Signal mit einer Drehstellung der Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine, welche auch als Gradkurbelwelle ([°KW]) bezeichnet wird, synchronsiert und somit die Stellung bzw. das die Stellung charakterisierende Signal in Bezug zu dem Gradkurbelwinkel gesetzt, so ist dadurch das Verdichtungsverhältnis besonders genau zu ermitteln, da der erfassten Stellung des Stellteils eindeutig ein Verdichtungsverhältnis zuzuordnen ist und etwaige Mehrdeutigkeiten vermieden sind. Selbst bei dem gekrümmten Geberteil und/oder dem gekrümmten Erfassungsteil kann es zu einem die Stellung des Stellteils charakterisierenden Signal kommen, welches, wenn auch nur wenig, von der tatsächlichen Stellung des Stellteils abweicht. Die erfasste Drehstellung (Gradkurbelwinkel) der Kurbelwelle charakterisiert eine Position auf dem Erfassungsteil bzw. dem Stellteil eindeutig, was es ermöglicht, die genannte Abweichung zu kompensieren.
Diese Abweichung der erfassten von der tatsächlichen Stellung kann beispielsweise anhand von Versuchen ermittelt und beispielsweise in einem Kennfeld einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine hinterlegt werden und ist somit bekannt, so dass dieser Fehler in Abhängigkeit von der bekannten, weil erfassten, Drehstellung kompensiert und die erfasste Stellung des Stellteils so zumindest im Wesentlichen an die tatsächliche Stellung angepasst bzw. angeglichen werden kann.
Aus dem Kennfeld wird entsprechend der erfassten Drehstellung beispielsweise ein Korrekturwert ausgelesen, mittels welchem die erfasste Stellung korrigiert wird. Die Erfassung der Stellung des Stellteils ermöglicht es dabei zu überprüfen, ob die Stellung des Stellteils zumindest im Wesentlichen innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt und somit die Stelleinrichtung bzw. das Stellteil eine gewünschte Funktionsfähigkeit aufweist. Liegt die Stellung außerhalb dieses Bereichs, so deutet dies auf eine Fehlfunktion des Stellteils hin, so dass entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten sind, um einen schädigenden Betrieb der Hubkolbenmaschine oder der Stelleinrichtung oder einen Betrieb der Hubkolbenmaschine mit einem unerwünscht hohen Energieverbrauch und unerwünscht hohen Emissionen zu vermeiden. Somit ermöglicht die Erfassung der Stellung des Stellteils insbesondere durch die geschilderte Kompensation in Abhängigkeit von der Drehstellung der Kurbelwelle einerseits eine besonders präzise Erfassung der Stellung und damit eine besonders präzise Einstellung des Verdichtungsverhältnisses und andererseits die Überprüfung der Stelleinrichtung bzw. des Stellteils auf eine gewünschte Funktionsfähigkeit.
Dadurch ist eine Hysteresekompensation realisiert, durch welche eine Abweichung der Stellung des Stellteils bei dessen von der tatsächlichen Stellung kompensiert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft in einem Bereich sogenannter Endanschläge des Stellteils. Bei diesen Bereichen handelt es sich um jeweilige Endbereiche eines Bewegungsbereichs, insbesondere eines Schwenkbereichs, des Stellteils, in welchem sich das Stellteil beim Betrieb der Hubkolbenmaschine bewegt bzw. um die Schwenkachse hin- und herschwenkt. In diesen Endbereichen können gegebenenfalls besonders große Abweichungen vorliegen. Darüber hinaus ist diese Hysteresekompensation vorteilhaft, wenn das Stellteil zur Einstellung des maximal oder minimal einstellbaren Verdichtungsverhältnisses seinen maximalen oder minimalen Hub aufweist und maximal eingefahren oder ausgefahren ist. Auch bei einem solchen Maximal- bzw. Minimalhub können gegebenenfalls relativ große Abweichungen gegeben sein. Diese sind durch die Hysteresekompensation ausgleichbar.
Bevorzugt wird eine analoge Übertragung des die Stellung charakterisierenden Signals insbesondere an eine Steuerung- oder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine durchgeführt, was den Vorteil hat, dass dadurch eine kontinuierliche Signalübertragung mit sehr hohen Abtastraten ermöglicht ist, die der präzisen Erfassung der Stellung und damit der präzisen Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses zugute kommt.
Wie bereits geschildert ist eine besonders präzise Ermittlung der Verdichtungsverhältnisses und damit eine besonders präzise Einstellung desselbigen ermöglicht, wenn eine Abweichung der anhand des Signals ermittelten Stellung des Stellteils von einer in einem Kennfeld in einer Tabelle oder dergleichen vorgegebenen Soll-Stellung korrigiert und die anhand des Signals ermittelte Stellung zumindest im Wesentlichen an die Ist-Stellung angepasst wird. Diese Korrektur und Anpassung kann insbesondere dadurch sehr genau durchgeführt werden, wenn die Abweichung in Abhängigkeit von einer Erzeugung des Signals durch die Erfassungseinrichtung und/oder von einer Dauer einer Übertragung des Signals zu der Steuerung- oder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine und/oder von einer Dauer einer Signalaufbereitung des Signals und/oder von einer Berechnungsleistung der Steuerung- oder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine korrigiert und angepasst wird.
Mögliche, das Signal bzw. dessen Erzeugung und Erfassung negativ beeinträchtigende Störungen können durch eine modellbasierte Filterung kompensiert werden. Eine solche modellbasierte Filterung stellt sicher, dass keine surrealen Dynamiken der Hubkolbenmaschine bzw. der Stelleinrichtung als aktuelle, die Hubkolbenmaschine bzw. die Stelleinrichtung charakterisierende Größen berücksichtigt werden und so gegebenenfalls die Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses negativ beeinträchtigen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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:
1 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;
2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Kurbeltriebs gemäß 1 mit einer Prinzipskizze zur Erfassung einer Stellung eines Steuerkolbens einer Stelleinrichtung zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses, wobei anhand der erfassten Stellung des Steuerkolbens das eingestellte Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders ermittelt wird;
3 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Kurbeltriebs gemäß den vorhergehenden Figuren mit einer bipolaren Geberplatte einer Erfassungseinrichtung der Stelleinrichtung, welche ebenso wie ihr Magnetfeld gekrümmt ausgebildet ist;
4 eine schematische Ansicht der gekrümmten Geberplatte sowie deren gekrümmten Magnetfelds gemäß 3;
5 eine schematische Ansicht eines Verlaufs des gekrümmten Magnetfelds der Geberplatte gemäß 3 bei einer Bewegung der Stelleinrichtung sowie eine schematische Ansicht eines demgegenüber geraden Magnetfelds einer solchen Bewegung der Stelleinrichtung; und
6 eine Prinzipdarstellung zur Kompensation einer Abweichung einer von der Geberplatte gemäß 3 erfassten Stellung der Stelleinrichtung von einer Ist-Stellung der Stelleinrichtung.
Die 1 zeigt einen Kurbeltrieb 10 für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftwagens, wobei die Hubkolbenmaschine eine Mehrzahl von Zylindern umfasst. Der Übersicht wegen wird anhand der 1 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 1 dargestellt ist. Darüber hinaus weist die Kurbelwelle 12 Hubzapfen auf, von welchen ein Hubzapfen 16 in der 1 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 1 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. 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. Ebenso möglich ist, den Steuerkolben 36 mittels eines Elektromagneten zu betätigen.
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 e 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.
Dies ist anhand der Prinzipskizze in der 2 dargestellt. Ein in der 2 schematisch dargestellter Sensor 50 erfasst die Stellung des Steuerkolbens 36 bzw. einer Steuerstange dieses relativ zu einem Bezugspunkt und/oder den Hub des Steuerkolbens 36 bzw. ein die Stellung und/oder den Hub charakterisierendes Signal. Dieses Signal wird gemäß einem Richtungspfeil 52 an eine Positionsregelung 54 einer Regelungseinrichtung 56 übermittelt, wobei die Regelungseinrichtung 56 beispielsweise als Steuergerät der Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Die Regelungseinrichtung 56 umfasst weiterhin eine Verbrennungsregelung 58, mittels welcher die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern der Hubkolbenmaschine gesteuert bzw. geregelt werden. Dazu berücksichtig die Verbrennungsregelung 58 unter anderem eine Rückmeldung 60 des eingestellten Ist-Verdichtungsverhältnisses, welches durch die Positionsregelung 54 anhand des vom Sensor 50 erfassten Signals und damit anhand der Stellung des Steuerkolbens 36 ermittelt wird. Zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses und zur Anpassung desselbigen an einen Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine übermittelt die Verbrennungsregelung 58 eine Vorgabe 62 eines Soll-Verdichtungsverhältnisses an die Positionsregelung 54, die das Soll-Verdichtungsverhältnis in eine einzustellende Stellung des Steuerkolbens 36 überführt. Dazu berücksichtigt die Positionsregelung 54 auch etwaige, anderweitige Systemgrößen 64 des Kurbelgetriebes 10 und der Hubkolbenmaschine.
Die ermittelte Stellung zur Einstellung des gewünschten Verdichtungsverhältnis bzw. ein die Stellung des Steuerkolbens 36 charakterisierendes Signal wird an eine Ansteuerung 65 für die Steuereinrichtung 38 übermittelt, welche entsprechende Steuersignale an einen Aktor 66 übermittelt, mittels welchem der Steuerkolben 36 bewegt und damit das Verdichtungsverhältnis eingestellt wird.
Die 3 zeigt eine Möglichkeit, die Stellung des Steuerkolbens 36 zu erfassen, um in Abhängigkeit von dieser Stellung das eingestellte Verdichtungsverhältnis präzise zu ermitteln und in der Folge präzise einzustellen. Dazu umfasst der Sensor 50 eine bipolare Geberplatte 70, welche in der 4 schematisch dargestellt ist und ein Magnetfeld 72 aufweist. Die Geberplatte 70 ist wie ihr Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet, wobei der Mittelpunkt der Krümmung auf der Schwenkachse 42 liegt. Dies bewirkt, dass die Krümmung der Geberplatte 70 und des Magnetfelds 72 der Schwenkbewegung des Steuerkolbens 36 entspricht, die der Steuerkolben 36 während des Betriebs der Hubkolbenmaschine beim Schwenken um die Schwenkachse 42 gemäß einem Richtungspfeil 68 ausführt.
Die Bezeichnung „Nord” in der 4 bezeichnet dabei den Nordpol des Magnetfelds 72, während die Bezeichnung „Süd” in der 4 in den Südpol des Magnetfelds 72 bezeichnet. Eine gekrümmte Linie 74 deutet eine Grenze zwischen dem Nordpol und dem Südpol an und verdeutlicht, dass das Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet ist. Eine weitere Linie 76 in der 4 deutet eine gedachte Grenze eines nicht gekrümmt sondern geraden Magnetfelds der Geberplatte 70 an. Ebenso ist ein Erfassungsteil 78 des Sensors 50 in der 4 dargestellt, mittels welchem das Magnetfeld 72 zur Erfassung der Stellung des Steuerkolbens 36 zu Erfassen ist.
Der Sensor 50 erfasst anhand der Ausrichtung des Magnetfelds 72 über das Erfassungsteil 78 die aktuelle Stellung bzw. den aktuellen Hub des Steuerkolbens 36 zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses, also wie weit der Steuerkolben 36 aus dem Gehäuse 41 ausgefahren oder eingefahren ist. Diese Stellung charakterisiert das Verdichtungsverhältnis. Wird ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis beibehalten, so bleibt auch die translatorische Stellung gemäß dem Richtungspfeil 43 des Steuerkolbens 36 konstant. Nichtsdestotrotz bewegt sich der Steuerkolben 36 während des Betriebs der Hubkolbenmaschine rotatorisch, indem der Steuerkolben 36 um die Schwenkachse 42 gemäß dem Richtungspfeil 68 schwenkt und dadurch eine Schwingbewegung ausführt.
Zur präzisen Erfassung der translatorischen Stellung des Steuerkolbens 36 auch während dieser Schwingbewegung ist die Geberplatte 70 und dessen Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet und weist eine entsprechend große Erstreckung in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 36 zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses gemäß dem Richtungspfeil 43 auf. Dadurch ist gewährleistet, dass das Erfassungsteil 78 stets zumindest bereichsweise, insbesondere überwiegend und insbesondere komplett, in Überdeckung mit der Geberplatte 70 ist. Die bogenförmige Ausbildung der Geberplatte 70 sowie des Magnetfelds 72 vermeidet oder reduziert zumindest einen Winkelfehler, welcher bei einem geraden Magnetfeld ungleich größer oder überhaupt gegeben wird.
Dies ist in der 5 dargestellt. Die 5 zeigt ein Diagramm 78, auf dessen Abszisse 80 die Zeit und auf dessen Ordinate 82 eine das Magnetfeld 72 charakterisierende Größe aufgetragen ist. Ein Verlauf 84 in dem Diagramm 78 gibt ein Verhalten einer das Magnetfeld 72 charakterisierenden Größe über einen in dem Diagramm 78 aufgetragenen Zeitraum an, in welchem sich die Hubkolbenmaschine in Betrieb befindet und dementsprechend der Steuerkolben 36 um die Schwenkachse 42 schwingt. Da das Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet ist, bleibt die das Magnetfeld 72 charakterisierende Größe konstant. Somit ist anhand der das Magnetfeld 72 charakterisierenden Größe eindeutig das entsprechend eingestellte Verdichtungsverhältnis zu ermitteln. Eine Veränderung der das Magnetfeld 72 charakterisierenden Größe, wie sie in dem Diagramm 78 in einem Bereich 86 angedeutet ist, ergibt sich lediglich dadurch, dass der Steuerkolben 36 translatorisch gemäß dem Richtungspfeil 43 bewegt und somit das Verdichtungsverhältnis verändert wird. Das Schwenken bzw. die Schwingbewegung des Steuerkolbens 36 um die Schwenkachse 42 beeinflusst die das Magnetfeld 72 charakterisierende Größe nicht.
Im Gegensatz dazu ist in dem Diagramm 78 auch ein weiterer Verlauf 88 dargestellt, welcher das Verhalten einer das Magnetfeld charakterisierenden Größen wiedergibt, welches im Gegensatz zum Magnetfeld 72 und er Linie 76 entsprechend gerade ausgebildet und beispielsweise durch eine ebenso gerade ausgebildete Geberplatte gebildet ist.
Wie anhand des Verlaufes 88 zu erkennen ist, ergibt sich eine Schwingbewegung, die der Schwingbewegung des Steuerkolbens 36 um die Schwenkachse 42 entspricht und ein nur schwer zu handhabendes und wenig aussagekräftiges Signal zur Erfassung der Stellung des Steuerkolbens 36 zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses darstellt. Der Vergleich der Verläufe 84 und 88 zeigt, dass die Stellung des Steuerkolbens 36 zur Einstellung des Verdichterverhältnisses, also in translatorischer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 43, durch das gebogene Magnetfeld 72 wesentlich präziser und aussagekräftiger zu erfassen ist.
Die 6 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Stellung des Steuerkolbens 36 besonders präzise und genau zu erfassen, und dadurch das eingestellte Verdichtungsverhältnis besonders genau zu ermitteln. Die 6 zeigt ein Diagramm 90, in welchem ein Verlauf 92 eines Signals eingetragen ist, das die durch die Geberplatte 70 und das Magnetfeld 72 erfasste Stellung des Steuerkolbens 36 bei einem eingestellten Verdichtungsverhältnis und bei dem Ausführen der Schwingbewegung um die Schwenkachse 42 gemäß dem Richtungspfeil 68 charakterisiert.
Das die Stellung charakterisierende Signal wird mit einer mittels einer weiteren Erfassungseinrichtung erfassten Drehstellung, welche als Gradkurbelwinkel bezeichnet wird, der Kurbelwelle 12 der Hubkolbenmaschine synchronisiert, um eine Abweichung der erfassten Stellung des Steuerkolbens 36 von der tatsächlich vorliegenden Stellung zu kompensieren.
In der 6 ist ein Erfassungszeitpunkt 94 eingetragen. Zu dem Erfassungszeitpunkt 94 liegt eine entsprechende Stellung des Steuerkolbens 36 vor, welche durch einen das Magnetfeld 72 charakterisierenden Wert 96 charakterisiert wird. Wie der 6 zu entnehmen ist, liegt jedoch selbst bei Einsatz der gekrümmten Geberplatte 70 und des gekrümmten Magnetfelds 72 insbesondere in Endbereichen 98 eines Schwenkbereichs des Steuerkolbens 36, in welchem der Steuerkolben 36 beim Betrieb der Hubkolbenmaschine schwenken kann, eine Abweichung der erfassten Stellung von der tatsächlichen Stellung vor. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Steuerkolben 36 maximal ausgefahren ist, was durch einen Verlauf 100 dargestellt ist oder wenn der Steuerkolben 36 maximal eingefahren ist, was durch einen Verlauf 102 dargestellt ist. Mit anderen Worten stellt der Verlauf 100 eine Laufbahn der Schwingbewegung des Steuerkolbens 36 bei dessen Maximalhub dar, wenn also der Steuerkolben maximal ausgefahren ist. Der Verlauf 102 stellt mit anderen Worten eine Laufbahn der Schwingbewegung des Steuerkolbens bei einem Minimalhub dar, wenn also der Steuerkolben 36 maximal eingefahren ist. Der Verlauf 92 stellt eine Nominalkrümmung des Magnetfelds 72 dar. Die beschriebene Abweichung ist in dem Diagramm 90 durch einen Messfehler 104 charakterisiert.
Eine Kompensation dieser Abweichung bzw. dieses Messfehlers 104 kann anhand eines in der Regelungseinrichtung 56 hinterlegten Kennfelds durchgeführt werden. Da die Drehstellung der Kurbelwelle 12 eine Position auf der Geberplatte 70 eindeutig repräsentiert, kann der Fehler im aktuellen Erfassungszeitpunkt 94 kompensiert werden, da die Messfehler 104 beispielsweise in Versuchen ermittelt wurden und in dem Kennfeld hinterlegt sind. Der maximale Messfehler 104 ist abhängig von der Abweichung zwischen der erfassten Stellung des Steuerkolbens 36 und dem zugeordneten Gradkurbelwinkel. Der Messfehler 104 setzt sich zusammen aus einer Dauer zur Signalerzeugung im Sensor 50, einer Dauer zur Signalübertragung, einer Dauer zur Signalaufbereitung in der Regelungseinrichtung 56 sowie einer Dauer einer Rechenzeit, die die Regelungseinrichtung 56 für eine Zuweisung des Gradkurbelwinkels zu dem Wert 96 benötigt.
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
50: Sensor
52: Richtungspfeil
54: Positionsregelung
56: Regelungseinrichtung
58: Verbrennungsregelung
60: Rückmeldung
62: Vorgabe
64: Systemgrößen
65: Ansteuerung
66: Aktor
68: Richtungspfeil
70: Geberplatte
72: Magnetfeld
74: Linie
76: Linie
78: Diagramm
80: Abszisse
82: Ordinate
84: Verlauf
86: Bereich
88: Verlauf
90: Diagramm
92: Verlauf
94: Erfassungszeitpunkt
96: Wert
98: Bereich
100: Verlauf
102: Verlauf
104: Messfehler
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 19955250 A1 [0002]
WO 01/34948 A1 [0003]
EP 143159 A2 [0004]
DE 3825369 A1 [0005]
DE 102004031288 A1 [0006]
DE 102006033062 A1 [0007]
US 6857401 B1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben (30) translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden Stelleinrichtung (38) eingestellt wird, wobei ein an einer Führung (41) der Stelleinrichtung (38) bewegbar gehaltenes Stellteil (36), insbesondere ein Steuerkolben (36), zwischen zumindest zwei Stellungen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das eingestellte Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von zumindest einem, mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung (50) erfassten und zumindest eine der Stellungen charakterisierenden Signal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (50) zumindest ein Geberteil (70), insbesondere einen Magneten (70), und ein dazu korrespondierendes Erfassungsteil (78), insbesondere eine Erfassungsplatte (78), umfasst, wobei das Geberteil (70) an dem Stellteil 36) und das Erfassungsteil (78) an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine, zu welchem das Stellteil (36) und die Führung (41) gemeinsam relativ um eine Schwenkachse (42) schwenkbar, sind, angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (38) zumindest ein Geberteil (70), insbesondere einen Magneten (70), und ein dazu korrespondierendes Erfassungsteil (78), insbesondere eine Erfassungsplatte (78), umfasst, wobei das Geberteil (70) an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine, zu welchem das Stellteil (36) und die Führung (41) gemeinsam relativ um eine Schwenkachse (42) schwenkbar sind, und das Erfassungsteil (78) an dem Stellteil (36) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsteil (78) und/oder das Geberteil (70) gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse (42) konvex, ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld (72) des Geberteils (70) gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse (42) konvex, ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (50) ein Hall-Sensor oder eine optische Erfassungseinrichtung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mit einer Drehstellung einer Kurbelwelle (12) der Hubkolbenmaschine synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge oder eine digitale Übertragung des Signals an eine Steuerungseinrichtung (56) der Hubkolbenmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung der anhand des Signals ermittelten Stellung des Stellteils (36) von einer in einem Kennfeld, einer Tabelle oder dergleichen vorgegebenen Ist-Stellung korrigiert und die anhand des Signals ermittelte Stellung zumindest im Wesentlichen an die Ist-Stellung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung in Abhängigkeit von einer Erzeugung des Signals durch die Erfassungseinrichtung (50) und/oder von einer Dauer einer Übertragung des Signals zu einer Steuerungseinrichtung (56) der Hubkolbenmaschine und/oder von einer Dauer einer Signalaufbereitung des Signals und/oder von einer Berechnungsleistung einer Steuerungseinrichtung (56) der Hubkolbenmaschine korrigiert wird.