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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis gemäß Patentanspruch 1.
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Die
EP 1 307 642 B1 offenbart eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einem in einem Zylinder verschieblich angeordneten Kolben. Der Kolben ist mit einem Pleuel gelenkig gekoppelt, dessen Bewegung auf eine Kurbel einer Kurbelwelle übertragbar ist. Zwischen dem Pleuel und der Kurbel ist ein Übertragungsglied vorgesehen, dessen Bewegung über einen Steuerhebel manipulierbar ist, mit dem Ziel, eine steuerbare Bewegung des Kolbens zu gewährleisten, insbesondere um eine Variierung des Verdichtungsverhältnisses und des Kolbenhubs zu ermöglichen. Das Übertragungsglied ist als Querhebel ausgebildet, der über ein Gelenk mit der Kurbel gekoppelt ist, wobei dieses Gelenk im zwischenliegenden Bereich zwischen einem Lagerpunkt des Querhebels zum Steuerhebel und einem Lagerpunkt des Querhebels zum Pleuel liegt. Das Gelenk ist zwischen Querhebel und Kurbel mit Abstand zur Verbindungslinie zwischen den beiden Lagerpunkten des Querhebels zum Steuerhebel bzw. zum Pleuel angeordnet.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Seitenlänge zwischen dem Steuerhebel-Lagerpunkt und dem Pleuel-Lagerpunkt und die Seitenlänge zwischen dem Steuerhebel-Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenkpunkt und die Seitenlänge zwischen dem Pleuel-Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenkpunkt sich bezogen auf den Kurbelradius auf bestimmte Weise bemessen.
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Aus der
DE 102 51 493 B4 ist ein Verfahren für einen Diagnosebetrieb einer Brennkraftmaschine mit mehreren Kompressionsverhältnis-Betriebszuständen bekannt. Dabei wird ein erster Zündanpassungswert bei einem ersten der Kompressionsverhältnis-Zustände bestimmt. Ferner wird ein zweiter Zündanpassungswert bei einem zweiten der Kompressionsverhältnis-Betriebszustände bestimmt. Als weiterer Schritt wird der Betrieb bzw. der Zustand der Brennkraftmaschine wenigstens teilweise basierend auf dem ersten und dem zweiten Zündanpassungswert bewertet.
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Die bekannten Verbrennungskraftmaschinen weisen weiteres Potential auf, ihren Betrieb zu verbessern.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis bereitzustellen, durch welches ein verbesserter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, die wenigstens ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, wird mittels einer Regelungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein eine Aufnahme von Verbrennungsluft durch die Verbrennungskraftmaschine charakterisierender Wert berechnet. Dieser Wert wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von dem mittels einer Stelleinrichtung der Verbrennungskraftmaschine eingestellten Verdichtungsverhältnis berechnet.
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Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine saugt diese Luft aus der Umgebung an und nimmt diese Luft auf. Die Luft, welche beispielsweise durch einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine strömt, wird mit Kraftstoff beaufschlagt. Daraus resultiert ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches in wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, mit dem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird. Daher wird die von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte und aufgenommene Luft auch als Verbrennungsluft bezeichnet.
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Diese Aufnahme von Verbrennungsluft durch die Verbrennungskraftmaschine wird beispielsweise durch das sogenannte Motorschluckverhalten charakterisiert. Das Motorschluckverhalten beschreibt den Zusammenhang zwischen einem Druck in dem Ansaugtrakt, insbesondere in einem Saugrohr des Ansaugtrakts der Verbrennungskraftmaschine, und einem Massenstrom der Luft durch den Ansaugtrakt. Das Motorschluckverhalten wird dabei beispielsweise mittels der Regelungseinrichtung, welche beispielsweise ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine ist, in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters dargestellt. Bei einem solchen Parameter handelt es sich beispielsweise um die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Ein weiterer dieser Parameter kann der Druck in dem Ansaugtrakt und/oder die Temperatur der Verbrennungsluft und/oder eine Stellung einer Drallklappe sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird darüber hinaus das eingestellte Verdichtungsverhältnis bzw. wenigstens ein das Verdichtungsverhältnis charakterisierender Verdichtungswert und/oder ein entsprechendes das Verdichtungsverhältnis charakterisierendes Signal für das Motorschluckverhalten berücksichtigt. Die Darstellung des Motorschluckverhaltens erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt für mehrere Verdichtungsverhältnisse. In Abhängigkeit von dem aktuell eingestellten Verdichtungsverhältnis bzw. in Abhängigkeit von dem das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis charakterisierenden Wert wird zwischen dem dargestellten (ermittelten bzw. errechneten) Motorschluckverhalten für mehrere Verdichtungsverhältnisse interpoliert und/oder extrapoliert. Mit anderen Worten kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl (wenigstens zwei) von Motorschluckverhalten bzw. die Aufnahme von Verbrennungsluft durch die Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Werte in einer Speichereinrichtung der Regelungseinrichtung abgespeichert sind. Diese abgespeicherten Motorschluckverhalten korrespondieren dabei zu einem jeweiligen Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine.
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Stimmt das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine nicht oder nicht im Wesentlichen mit einem der Verdichtungsverhältnisse überein, die jeweilig zu den abgespeicherten Motorschluckverhalten korrespondieren, so wird das zu dem aktuell eingestellten Verdichtungsverhältnis korrespondierende Motorschluckverhalten durch Interpolation und/oder Extrapolation zwischen den abgespeicherten Motorschluckverhalten berechnet und so ermittelt.
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In jeglicher Hinsicht erfolgt die Ermittlung bzw. Berechnung des Motorschluckverhaltens und damit des die Aufnahme von Verbrennungsluft charakterisierenden Werts in Abhängigkeit von dem eingestellten Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine. So kann das Motorschluckverhalten und insbesondere eine Menge bzw. Masse an von der Verbrennungskraftmaschine angesaugter Luft besonders präzise ermittelt werden. Dies ermöglicht einen verbesserten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, da infolge der besonders präzisen Kenntnis der Menge bzw. Masse an angesaugter Luft entsprechende anderweitige betriebsrelevante Einstellungen bzw. Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden können.
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Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Einfluss des Verdichtungsverhältnisses und insbesondere dessen variable Einstellbarkeit auf das Motorschluckverhalten modelliert und so berücksichtigt wird, sind verdichtungsabhängige Ungenauigkeiten zur Erfassung der Last der Verbrennungskraftmaschine vermieden oder besonders gering gehalten. Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren in der Folge die besonders präzise Erfassung der insbesondere aktuell anliegenden Last der Verbrennungskraftmaschine. Die genaue Kenntnis und Ermittlung der Last der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht dann insbesondere die präzise Beaufschlagung der Verbrennungsluft mit Kraftstoff. So kann die Verbrennungsluft mit so wenig wie möglich aber soviel wie nötig Kraftstoff beaufschlagt werden, um einerseits den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine gering zu halten und andererseits eine erwünschte Last und eine erwünschte Leistung der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Ebenso ermöglicht die hochpräzise Ermittlung des Motorschluckverhaltens die präzise Einstellung eines Zündzeitpunkts, zu welchem das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird. Darüber hinaus kann das von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Drehmoment und somit die Last sowie weitere Parameter besonders präzise ermittelt werden.
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Das von dem eingestellten Verdichtungsverhältnis abhängige Motorschluckverhalten kann beispielsweise in Form einer Geradengleichung dargestellt werden. Ebenso möglich ist es, das Motorschluckverhalten in Form eines Kennfelds und/oder einer Kennlinie darzustellen und entsprechend zu berechnen.
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Die Modellierung und Berechnung des Motorschluckverhaltens wird insbesondere realisiert als Umrechnung des Drucks im Ansaugtrakt in einem den Ansaugtrakt durchströmenden Massenstrom der angesaugten Luft, sowie als eine Umrechnung des Massenstroms in den Druck im Ansaugtrakt. Dadurch ist die Berechnung des Motorschluckverhaltens sowohl vorwärts, das heißt auf einen sogenannten Sollwert-Pfad, als auch rückwärts, das heißt auf einem sogenannten Ist-Pfad, zu berechnen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auch die Berücksichtigung von Änderungen des Verdichtungsverhältnisses durch das variable Einstellen bzw. Verstellen dieses. Diese Änderung des Verdichtungsverhältnisses beeinflusst das Motorschluckverhalten z. B. auch durch den Effekt, dass eine bei einem Gaswechsel in einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine verbleibende Restabgasmenge (bei der Durchführung von Abgasrückführung) abhängig ist von einem zur Verfügung stehenden Volumen in dem Brennraum, insbesondere von einem Kompressionsvolumen. Da durch Änderungen des Verdichtungsverhältnisses auch das Volumen, insbesondere das Kompressionsvolumen, geändert wird, ändert sich hierbei auch die Abgasmenge und somit das Motorschluckverhalten. Dies wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet und somit berücksichtigt.
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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 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ein Schaubild mit zwei Verläufen eines jeweiligen Motorschluckverhaltens einer Verbrennungskraftmaschine mit einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis, wobei einer der Verläufe zu einem ersten Verdichtungsverhältnis und der andere Verlauf zu einem zweiten, von dem ersten unterschiedlichen Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine korrespondiert; und
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2 drei Schaubilder mit jeweiligen Verläufen von Motorschluckverhalten der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1, welche zu jeweils unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen korrespondieren.
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Die 1 zeigt ein Diagramm 10, welches zur Veranschaulichung eines Motorschluckverhaltens einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis dient. Während des Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine saugt diese Luft an, welche durch einen Ansaugtrakt strömt. In dem Ansaugtrakt herrscht dabei einer gewisser Druck der Luft. Dieser in dem Ansaugtrakt herrschende Druck ist auf der Abszisse 12 des Diagramms 10 gemäß einem Richtungspfeil 14 ansteigend aufgetragen. Auf der Ordinate 16 des Diagramms 10 ist ein Luftmassenstrom der Luft durch den Ansaugtrakt gemäß einem Richtungspfeil 18 ansteigend aufgetragen. Wie der 1 zu entnehmen ist, steigt der Luftmassenstrom bei steigendem Druck in dem Ansaugtrakt. Der Druck in dem Ansaugtrakt korrespondiert dabei beispielsweise zu einem Druck in einem Ansaugrohr des Ansaugtrakts, über welches die angesaugte Luft in als Zylinder ausgebildete Brennräume der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einströmen.
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Zur Veranschaulichung dieser Abhängigkeit des Motorschluckverhaltens von dem Saugrohrdruck sind in das Diagramm 10 zwei Verläufe 20 und 22 dargestellt, welche das Motorschluckverhalten charakterisieren. Anhand dieser Verläufe 20 und 22 ist erkennbar, dass der Luftmassenstrom mit steigendem Druck in dem Ansaugtrakt steigt. Dies geht einher mit einem ansteigenden Motorschluckverhalten. Dies bedeutet, dass die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine desto mehr, d. h. eine desto höhere Masse an Luft ansaugt und aufnimmt, je höher der Druck in dem Ansaugtrakt ist.
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Bei der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit dem wenigstens einen variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis beeinflusst jedoch nicht nur der Druck in dem Ansaugtrakt das Motorschluckverhalten. Das Motorschluckverhalten wird auch von dem eingestellten Verdichtungsverhältnis beeinflusst. Der Verlauf 20 korrespondiert dabei zu einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis, während der Verlauf 22 zu einem demgegenüber niedrigeren Verdichtungsverhältnis korrespondiert. Somit ist durch die 1 erkennbar, dass das Motorschluckverhalten bei steigendem Verdichtungsverhältnis zunimmt und bei demgegenüber sinkendem Verdichtungsverhältnis geringer wird. Das Verdichtungsverhältnis beeinflusst das Motorschluckverhalten vorwiegend durch eine Änderung des Kompressionsvolumens in dem Brennraum und somit eines Restgasgehalts durch die Änderung eines Hubvolumens.
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Die 2 zeigt weitere Diagramme 24, 26 und 28, welche die Abhängigkeit des Motorschluckverhaltens von wenigstens einem weiteren Parameter veranschaulicht. Wie der 2 zu entnehmen ist, hängt das Motorschluckverhalten auch von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ab. Ebenso hängt das Motorschluckverhalten von der Temperatur der angesaugten Luft sowie von einer Stellung einer Drallklappe im Ansaugtrakt ab. Das Diagramm 24 zeigt dabei Verläufe 30 des Motorschluckverhaltens, wenn das Verdichtungsverhältnis auf einen minimalen Wert eingestellt ist. Dementsprechend zeigt das Diagramm 28 anhand von Verläufen 32 das Motorschluckverhalten, wenn das Verdichtungsverhältnis auf einen maximalen Wert eingestellt ist. Das Diagramm 26 zeigt anhand Verläufen 34 das Motorschluckverhalten, wenn das Verdichtungsverhältnis auf einen zwischen dem maximalen und dem minimalen Verdichtungsverhältnis angeordneten mittleren Verdichtungsverhältnis eingestellt wird. Um das Motorschluckverhalten und somit die Aufnahme der Luft der Verbrennungskraftmaschine zu berechnen, wenn ein dazu unterschiedliches Verdichtungsverhältnis tatsächlich eingestellt ist, wird zwischen den Verdichtungsverhältnissen, zu welchen die Verläufe 30, 32 und 34 korrespondieren eine Interpolation und/oder eine Extrapolation durchgeführt.
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Dadurch ist es vermieden, für jede mögliche Kombination der genannten Parameter wie der Druck in dem Ansaugtrakt, das Verdichtungsverhältnis, die Drehzahl, die Stellung der Drallklappe, die Temperatur der angesaugten Luft etc. einen das entsprechend zugehörige Motorschluckverhalten charakterisierenden Wert zu berechnen und abzuspeichern. Vielmehr reicht eine relativ geringe Anzahl an das Motorschluckverhalten charakterisierenden Werten aus, um entsprechend weitere, anderweitige Werte zeit- und kostengünstig berechnen zu können. Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, wird das Motorschluckverhalten durch die Verläufe 20, 22, 30, 32 und 34 und somit in Form von Geradengleichungen dargestellt. Ebenso möglich ist es, das bzw. die Motorschluckverhalten in Form von Kennlinien oder Kennfeldern darzustellen.
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Durch die Berücksichtigung des einstellbaren bzw. eingestellten Verdichtungsverhältnisses bei Ermittlung des Motorschluckverhaltens kann die Menge bzw. Masse an Luft, die von der Verbrennungskraftmaschine angesaugt wird, besonders präzise modelliert und erfasst werden. So sind Ungenauigkeiten zur Erfassung der Last der Verbrennungskraftmaschine vermieden oder sehr gering, so dass die Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft betrieben werden kann. Insbesondere kann infolge der genauen Kenntnis des Motorschluckverhaltens eine besonders präzise Dosierung von Kraftstoff erfolgen, mit welchem die angesaugte Luft beaufschlagt wird. Ebenso kann so der Zündzeitpunkt zum Zünden eines durch die Beaufschlagung der Luft mit dem Kraftstoff dargestellte Luft-Kraftstoff-Gemisches besonders präzise eingestellt werden. Ebenso können weitere Größen besonders präzise berechnet oder eingestellt werden. In der Folge ist ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine möglich, so dass diese nur einer geringen Kraftstoffverbrauch sowie geringe CO2-Emissionen aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Diagramm
- 12
- Abszisse
- 14
- Richtungspfeil
- 16
- Ordinate
- 18
- Richtungspfeil
- 20
- Verläufe
- 22
- Verläufe
- 24
- Diagramm
- 26
- Diagramm
- 28
- Diagramm
- 30
- Verläufe
- 32
- Verläufe
- 34
- Verläufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1307642 B1 [0002]
- DE 10251493 B4 [0004]
