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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
DE 10 2005 047 203 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse angeordneten Zylindern, einer Kurbelwelle und Kolben, die sich in den Zylindern bewegen. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses eines Brennraums der Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung für wenigstens einen Zylinder einen Verstellhebel aufweist, der direkt oder über einen Zwischenhebel die Länge einer Pleuelstange des Kolbens, den Hub der Kurbelwelle und/oder eine Oberkante der Zylinder in ihrer Lage zur Mitte der Kurbelwelle verändert. Die Vorrichtung umfasst ferner einen dem wenigstens einen Zylinder zugeordneten Exzenter, der im Gehäuse gelagert ist und Lage und/oder Richtung des Verstellhebels durch Drehen ändert. Ferner ist eine von der Kurbelwelle angetriebene Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle vorgesehen, auf der der Exzenter angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung enthält eine Kupplungseinrichtung mit integrierter Bremsfunktion, mit welcher die Verstellwelle wahlweise mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung bringbar oder blockierbar ist.
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Die
DE 601 17 646 T2 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock mit einem Zylinder, in dem sich ein Kolben hin und her bewegt. Der Verbrennungsmotor umfasst eine Kurbelwelle, die drehbar in dem Zylinderblock installiert ist, wobei die Kurbelwelle einen Kurbelstift und ein Gegengewicht umfasst. Es ist ein Mechanismus zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses vorgesehen, der ein oberes Verbindungsglied umfasst, dessen eines Ende schwenkbar mit dem Kolbenstift des Kolbens verbunden ist. Der Mechanismus umfasst ferner ein unteres Verbindungsglied, das schwenkbar auf dem Kurbelstift der Kurbelwelle angeordnet ist und dessen einer Teil schwenkbar mit dem anderen Ende des oberen Verbindungsglieds verbunden ist. Der Mechanismus umfasst eine weitere Kurbelwelle, die sich im Wesentlichen parallel zu der ersten Kurbelwelle erstreckt. Ebenso ist ein Steuerverbindungsglied vorgesehen, dessen erstes Ende schwenkbar mit dem anderen Teil des unteren Verbindungsglieds verbunden ist. Dem Mechanismus umfasst ferner einen exzentrischen Lageraufbau, über den ein zweites Ende des Steuerverbindungsglieds mit der Steuerwelle verbunden ist, so dass eine Drehung der Steuerwelle um ihre Achse ein Schwenken des unteren Verbindungsglieds um den Kurbelstift veranlasst, wodurch der Hub des Kolbens variiert ist.
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Dabei ist vorgesehen, dass der Mechanismus zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses derart angeordnet ist, dass aus einer Axialrichtung der Kurbelwelle gesehen das erste Ende des Steuerverbindungsglieds auf der selben Seite liegt wie eine Drehachse der Steuerwelle in Bezug auf eine imaginäre Bezugslinie und eine am weitesten entfernteste Position von der imaginären Bezugslinie, die Drehachse der Steuerwelle außerhalb eines durch den Umfang des Gegengewichts beschriebenen Kreises liegt und näher zu der imaginären Bezugslinie liegt als die am weitesten entfernte Position, wobei die imaginäre Bezugslinie eine Linie ist, die sich entlang einer Achse des Zylinders durch eine Drehachse der Kurbelwelle erstreckt.
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Die bekannten Stelleinrichtungen zum variablen Einstellen mindestens eines Verdichtungsverhältnisses weisen weiteres Potential auf, ihren Betrieb zu verbessern.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welches einen verbesserten Betrieb der Stelleinrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, 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 Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wird das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine eingestellt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verdichtungsverhältnis zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem, eine auf die Stelleinrichtung wirkende Belastung charakterisierenden Signal eingestellt wird.
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Bei der Hubverbrennungskraftmaschine mit der Stelleinrichtung, welche beispielsweise als Multilink-Triebwerk ausgebildet ist, ergeben sich im Betrieb insbesondere abhängig von der Last der Verbrennungskraftmaschine und dem eingestellten Verdichtungsverhältnis zum Teil relativ hohe Stell- und Haltemomente, welche auf die Stelleinrichtung wirken bzw. welche von der Stelleinrichtung aufgebracht werden müssen, um das Verdichtungsverhältnis einzustellen bzw. verstellen und/oder auf einem zumindest im Wesentlichen konstanten Wert zu halten. Dies ist insbesondere bedingt durch Kräfte und/oder Drehmomente, die von Seiten eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine, dessen Verdichtungsverhältnis variabel einzustellen ist, auf die Stelleinrichtung wirken. Diese Kräfte und/oder Drehmomente resultieren insbesondere aus Verbrennungsvorgängen, die in dem Brennraum ablaufen. Die Stell- und Haltemomente werden dabei beispielsweise von einer Mechanik der Stelleinrichtung aufgebracht, welche beispielsweise ein Getriebe und wenigstens einen Aktor, insbesondere einen Elektromotor, zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses umfasst.
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Diese hohen Stell- und Haltemomente stellen relativ hohe Belastungen dar, die auf die Stelleinrichtung wirken. Dies kann herkömmlicherweise zu einem erhöhten Verschleiß, insbesondere zu einer erhöhten Reibung in Lagern und/oder in Zahnrädern des Getriebes, sowie zu einem Spiel des Getriebes führen, so dass die Stelleinrichtung nur noch schwergängig zu betreiben ist und gegebenenfalls nicht mehr erwünschte Stelldynamiken erfüllen kann. Mit anderen Worten kann es herkömmlicherweise dazu kommen, dass das Verdichtungsverhältnis mittels der Stelleinrichtung nicht mehr erwünscht schnell, das heißt in einer besonders kurzen Zeit, eingestellt bzw. verstellt werden kann.
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Zur Vermeidung oder zumindest Reduzierung dieser Problematik ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, diese Belastungen gezielt zu vermeiden und/oder die Auftretenshäufigkeit von hohen Belastungszuständen besonders gering zu halten, so dass die Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg eine vorteilhafte Funktionserfüllung aufweist und das Verdichtungsverhältnis schnell und präzise einstellen kann. Dies bedeutet, dass das Verdichtungsverhältnis bedarfsgerecht auch über eine hohe Lebensdauer hinweg an thermodynamische Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann, so dass die Verbrennungskraftmaschine mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch sowie mit geringen CO2-Emissionen betrieben werden kann.
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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 Merkmaleskombinationen 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 der Figur ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von der Last der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sowie in Abhängigkeit von wenigstens einem, eine auf die Stelleinrichtung wirkende Belastung charakterisierenden Signal eingestellt wird.
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Die Figur zeigt ein Schaubild 10 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Stelleinrichtung, mittels welcher wenigstens ein Verdichtungsverhältnis einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens variabel einstellbar ist. Dazu umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine beispielsweise ein Steuergerät, mittels welchem die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sowie die Stelleinrichtung zu regeln sind. In einer Speichereinrichtung des Steuergeräts ist ein Kennfeld 12 abgespeichert, welches eine erste Eingangsgröße 14 sowie eine zweite Eingangsgröße 16 erhält. Die Eingangsgröße 14 ist dabei die Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Die Eingangsgröße 16 ist die Last der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Anhand der Drehzahl und der Last sowie gegebenenfalls wenigstens eines weiteren Betriebsparameters der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine berechnet das Steuergerät das einzustellende Verdichtungsverhältnis bzw. einen Soll-Wert, auf welchen das Verdichtungsverhältnis vorteilhafterweise einzustellen ist, um so den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gering zu halten.
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Wird ein Betriebszustand der Stelleinrichtung erkannt, in welchem eine unerwünscht hohe Belastung der Stelleinrichtung gegeben ist, so wird durch eine geeignete Betriebsstrategie der Soll-Wert entsprechend korrigiert und ein neuer Soll-Wert berechnet, welcher als Schutzwert bezeichnet wird. Wird das Verdichtungsverhältnis auf den Schutzwert eingestellt, so ist dadurch ein Betriebszustand der Stelleinrichtung herbeigeführt, in welchem die auf die Stelleinrichtung wirkende Belastung, insbesondere gegenüber der des unkorrigierten Soll-Werts reduziert ist.
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Die Erkennung des Betriebszustands, indem eine unerwünscht hohe Belastung der Stelleinrichtung gegeben ist, kann dabei auf unterschiedliche Arten erfolgen. Überschreitet beispielsweise die Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen vorgebbaren Schwellenwert, so wird anhand der Überschreitung die unerwünscht hohe Belastung ermittelt.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die unerwünscht hohe Belastung der Stelleinrichtung ermittelt wird, wenn die Last der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Kombination aus der Last und der Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, wodurch der Betriebszustand mit der unerwünscht hohen Belastung ermittelt wird.
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In dem Schaubild 10 der Figur charakterisiert ein Block 18 die maximale Zeitspanne ohne die die Stelleinrichtung schützende Betriebsstrategie. Ein Block 20 charakterisiert den Schwellenwert für die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, bei dessen Überschreitung auf den unerwünschten Betriebszustand mit den unerwünscht hohen Belastungen rückgeschlossen wird. Ein weiterer Block 22 charakterisiert das minimale Verdichtungsverhältnis im Rahmen der Betriebsstrategie zum Schutz der Stelleinrichtung.
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Ein weiterer Block 24 charakterisiert eine Aktivierungsschwelle eines zeitlichen Integrators und somit einen Tiefpass. Erst wenn die Aktivierungsschwelle überschritten wird, wird ein entsprechender Schritt des Verfahrens durchgeführt. Ein weiterer Block 26 charakterisiert eine maximale über die Zeit integrierte Abweichung eines Ist-Verdichtungsverhältnisses von einem Soll-Verdichtungsverhältnisses, was als Regelabweichung bezeichnet wird. Ein Ausgangswert 28 charakterisiert den korrigierten Soll-Wert und damit den Schutzwert, im Falle dessen Einstellung die auf die Stelleinrichtung wirkende Belastung von einer unerwünscht hohen Belastung geschützt ist.
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Die entsprechende Einstellung bzw. Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ausgehend von einem aktuell eingestellten Verdichtungsverhältnis hin zu dem Schutzwert, kann zumindest im Wesentlichen unmittelbar nach Erkennung des Betriebszustands mit den unerwünscht hohen Belastungen erfolgen oder erst nach einer vorgebbaren Zeitspanne, das heißt zeitverzögert.
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Wird der Betriebszustand beispielsweise anhand der Kombination aus der Last und der Drehzahl erkannt bzw. ermittelt, so kann eine Berechnung der Zeitverzögerung beispielsweise auf die Weise erfolgen, dass das Steuergerät kontinuierlich den Schutzwert, mit dem der Betriebszustand einer zulässigen Belastung der Stelleinrichtung gewährleistet wird, abhängig von der Last und der Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise durch eine Kennfeldinterpolation, berechnet wird, und mit dem Soll-Wert, der ohne die Berücksichtigung der Belastung der Stelleinrichtung und somit ohne die Korrektur auf den Schutzwert berechnet wird, zeitlich und/oder auch in einer Absolut- oder Relativabweichung gewichtet wird.
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Dadurch kann das Auftreten von Betriebszuständen mit unerwünscht hohen Belastungen der Stelleinrichtung vermieden oder die Auftretenshäufigkeit derartiger unerwünschter Betriebszustände gering gehalten werden, so dass die Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg eine vorteilhafte und hohe Funktionserfüllungssicherheit aufweist. Dadurch kann die Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg das Verdichtungsverhältnis schnell und präzise an die thermodynamischen Erfordernisse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine anpassen, so dass diese mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch und mit geringen CO2-Emissionen betrieben werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaubild
- 12
- Kennfeld
- 14
- Eingangsgröße
- 16
- Eingangsgröße
- 18
- Block
- 20
- Block
- 22
- Block
- 24
- Block
- 26
- Block
- 28
- Ausgangsgröße
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005047203 A1 [0002]
- DE 60117646 T2 [0003]
