DE102011017180A1 - Method for operating an adjusting device of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem das Verdichtungsverhältnis auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird und während einer Zeitspanne eingestellt ist, wobei eine Bremseinrichtung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einer Last der Verbrennungskraftmaschine wahlweise: – während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt wird oder – während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.The invention relates to a method for operating an actuating device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston internal combustion engine, in which the compression ratio is set to a predeterminable value and is set for a period of time, with a braking device of the actuating device depending on one Load of the internal combustion engine optionally: - is supplied with energy to maintain the compression ratio during the at least substantially entire period of time, or - is operated during the at least substantially entire period of time in an at least substantially energy-free state.

Description

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.The invention relates to a method for operating an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1. Art.

Die DE 10 2005 020 270 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 Zylinder einen Verstellhebel aufweist, der direkt oder über Zwischenhebel die Länge der Pleuelstange, den Hub der Kurbelwelle und/oder eine Oberkante der Zylinder in ihre Lage zur Mitte der Kurbelwelle verändert. Die Vorrichtung umfasst ferner für wenigstens einen Zylinder einen Exzenter, der im Gehäuse gelagert ist und Lage und/oder Richtung des Verstellhebels durch Drehen verändert. Ferner weist die Vorrichtung für wenigstens einen Zylinder eine Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle auf, auf der der dem wenigstens einen Zylinder zugeordnete Exzenter zugeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung über eine Kupplung mit der Kurbelwelle und über eine Bremseinrichtung mit dem Gehäuse in Wirkverbindung bringbar ist.The DE 10 2005 020 270 A1 discloses an internal combustion engine with cylinders arranged in a housing, a crankshaft and pistons moving in the cylinders. The internal combustion engine further comprises a device for varying a compression ratio of a combustion chamber of the internal combustion engine, wherein the device for at least cylinder has an adjusting lever, the length of the connecting rod, the stroke of the crankshaft and / or an upper edge of the cylinder in their position directly to the intermediate lever or Changed the middle of the crankshaft. The device further comprises for at least one cylinder an eccentric, which is mounted in the housing and changes the position and / or direction of the adjusting lever by turning. Furthermore, the device for at least one cylinder on a drive device for an adjusting shaft, on which the at least one cylinder associated eccentric is assigned. It is provided that the drive device via a coupling with the crankshaft and a brake device with the housing in operative connection can be brought.

Die DE 10 2008 050 872 offenbart eine Verstellvorrichtung für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, welche in Einstelllagern gelagert ist die über eine Verstellwelle verstellbar ist, um die Position der Kurbelwelle zwischen einem Minimalverdichtungslage und einer Maximalverdichtungslage zu ändern. Die Verstellvorrichtung umfasst einen Verstellwellenantrieb und einen form- und/oder kraftschlüssig wirkenden Verriegelungsmechanismus, welcher eine Verriegelungs- und eine Freilaufposition einnehmen kann und in einer Verriegelungsposition eine selbsttätige Verstellung der Kurbelwelle in Richtung Minimalverdichtungslage und/oder Maximalverdichtungslage verhindert. Dabei ist ein Freischaltaktuator vorgesehen, der in einem Fail-Safe-Zustand den Verriegelungsmechanismus in die Freilaufposition verstellt, um der Kurbelwelle die selbsttätige Einnahme der Minimalverdichtungslage zu ermöglichen, ohne dafür den Verstellwellenantrieb zu aktivieren.The DE 10 2008 050 872 discloses an adjusting device for a crankshaft of an internal combustion engine, which is mounted in adjusting bearings which is adjustable via an adjusting shaft to change the position of the crankshaft between a minimum compression position and a maximum compression position. The adjusting device comprises a Verstellwellenantrieb and a positive and / or non-positively acting locking mechanism, which can assume a locking and a freewheeling position and prevents in a locking position, an automatic adjustment of the crankshaft in the direction of minimum compression position and / or Maximalverdichtungslage. In this case, an unlocking actuator is provided, which adjusts the locking mechanism in the freewheeling position in a fail-safe state in order to enable the crankshaft to automatically assume the minimum compression position, without activating the adjusting shaft drive for this purpose.

Der Freischaltaktuator kann ein Elektromagnet sein, der zum Verstellen und zum Halten des Verriegelungsmechanismus in der Freilaufposition mit elektrischem Strom bestromt wird. Dabei ist ein stromloses Halten der Verriegelungsposition gegeben. Ebenso kann eine Umkehrung der Schaltfunktion des Elektromagneten vorgesehen sein. In diesem Fall muss der Elektromagnet mit elektrischem Strom bestromt werden, um den Verriegelungsmechanismus in die Verriegelungsposition zu verstellen und diese zu halten. Die bekannten Vorrichtungen weisen dabei einen unerwünscht hohen Energiebedarf auf.The unlocking actuator may be an electromagnet which is energized with electrical current for adjusting and holding the locking mechanism in the freewheeling position. In this case, a currentless holding the locking position is given. Likewise, a reversal of the switching function of the electromagnet can be provided. In this case, the solenoid must be energized with electric current to adjust the locking mechanism in the locked position and to hold them. The known devices have an undesirably high energy requirement.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wodurch der Energieverbrauch der Stelleinrichtung reduziert ist.It is therefore an object of the present invention to provide a method for operating an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, whereby the energy consumption of the adjusting device is reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for operating an adjusting device of an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wird das Verdichtungsverhältnis auf einen vorgebbaren Wert eingestellt. Dabei ist das Verdichtungsverhältnis während einer gewissen Zeitspanne eingestellt.In a method according to the invention for operating an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston internal combustion engine, the compression ratio is set to a predeterminable value. The compression ratio is set during a certain period of time.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Bremseinrichtung der Stelleinrichtung, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis gehalten werden kann, in Abhängigkeit von einer Last der Verbrennungskraftmaschine wahlweise während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnis versorgt wird oder während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird. Bei der Verbrennungskraftmaschine mit dem wenigstens einen variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis dient die Stelleinrichtung dazu, dass Verdichtungsverhältnis thermodynamischen Erfordernissen der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. So kann das Verdichtungsverhältnis bedarfsgerecht auf unterschiedliche Fahrsituationen und Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden, was zu einem besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine führt. Diese wird somit mit einem geringen Kraftstoffbedarf und mit nur geringen CO2-Emissionen betrieben.According to the invention, it is provided that a braking device of the adjusting device, by means of which the set compression ratio can be maintained, depending on a load of the internal combustion engine optionally during the at least substantially entire period of energy for holding the compression ratio is supplied or during the at least substantially entire period is operated in an at least substantially energy-free state. In the internal combustion engine with the at least one variably adjustable compression ratio, the adjusting device serves to adapt the compression ratio to thermodynamic requirements of the internal combustion engine. Thus, the compression ratio can be adjusted as needed to different driving situations and operating points of the internal combustion engine, resulting in a particularly efficient operation of the internal combustion engine. This is therefore operated with low fuel consumption and low CO 2 emissions.

Insbesondere während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, bei welchem in wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen, wirken auf die Stelleinrichtung Kräfte und/oder Momente, welche gegen das eingestellte Verdichtungsverhältnis wirken. Einer unerwünschten Veränderung des Verdichtungsverhältnisses kann mittels der Bremseinrichtung entgegengewirkt werden, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis entgegen den aus den Verbrennungsvorgängen resultierenden Kräften und/oder Momenten gehalten werden kann.In particular during a fired operation of the internal combustion engine, in which combustion processes take place in at least one combustion chamber, in particular a cylinder, of the internal combustion engine, forces and / or moments which act against the control device act against the control device the set compression ratio act. An undesired change in the compression ratio can be counteracted by means of the braking device, by means of which the set compression ratio can be maintained against the forces and / or moments resulting from the combustion processes.

Ist ein solches Halten des Verdichtungsverhältnisses mit der Bremsvorrichtung vorgesehen, so wird diese mit Energie, insbesondere mit elektrischem Strom, versorgt. Die Bremseinrichtung umfasst dabei beispielsweise einen elektrisch betätigbaren Aktor, mittels welchem eine Haltekraft und/oder ein Haltemoment anzubringen ist, um so das Verdichtungsverhältnis zu halten. Dies bedeutet, dass zum Halten des Verdichtungsverhältnisses mittels der Bremseinrichtung der elektrisch betätigbare Aktor bestromt wird. Mit anderen Worten ist die Bremseinrichtung bei einer Bestromung geschlossen, während sie ohne Ansteuerung, das heißt stromlos, geöffnet ist. Im geöffneten Zustand kann das Verdichtungsverhältnis gegebenenfalls durch die Stelleinrichtung verstellt werden.If such a holding of the compression ratio with the brake device is provided, it is supplied with energy, in particular with electric current. The braking device comprises, for example, an electrically operable actuator, by means of which a holding force and / or a holding torque is to be attached, so as to maintain the compression ratio. This means that in order to maintain the compression ratio by means of the braking device, the electrically actuable actuator is energized. In other words, the braking device is closed when energized, while it is open without activation, that is, de-energized. In the open state, the compression ratio can optionally be adjusted by the adjusting device.

Die Ausgestaltung der Stelleinrichtung, dass die Bremseinrichtung der Stelleinrichtung stromlos offen und bei Bestromung geschlossen ist, birgt den Vorteil, dass dadurch zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses die Bremseinrichtung nicht erst durch Bestromung geöffnet werden muss, woraus eine Totzeit und ein zusätzlicher Energiebedarf zum offen halten der Bremseinrichtung resultieren würde. Dies bedeutet, dass ein Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses besonders schnell, das heißt in einer besonders kurzen Zeitspanne, erfolgen kann, da zumindest im Wesentlichen keine Zeit zum Öffnen der Bremseinrichtung aufgewendet werden muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass während des Verstellvorgangs durch die Bremseinrichtung keine Energie verbraucht wird.The design of the adjusting device that the braking device of the actuator is normally open and closed when energized, has the advantage that for adjusting the compression ratio, the braking device must not be opened only by energization, resulting in a dead time and an additional energy requirement to keep open the braking device would result. This means that adjustment or adjustment of the compression ratio can take place particularly quickly, that is to say in a particularly short period of time, since at least essentially no time must be expended for opening the braking device. Another advantage is that during the adjustment process by the braking device no energy is consumed.

Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Ausfall der Energieversorgung, insbesondere der Stromversorgung, sich das Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen selbsttätig durch die aus den Verbrennungsvorgängen resultierenden Kräfte und/oder Momente auf ein relativ niedriges, insbesondere das niedrigste, Verdichtungsverhältnis einstellen kann. So kommt es zu keinen Einschränkungen des von der Verbrennungskraftmaschine darstellbaren Motormoments bzw. der Motorleistung.Another advantage is that in case of failure of the power supply, in particular the power supply, the compression ratio, at least substantially automatically by the combustion processes resulting forces and / or moments can be set to a relatively low, in particular the lowest, compression ratio. Thus, there are no restrictions on the engine torque or engine power which can be represented by the internal combustion engine.

Das erfindungsgemäße Verfahren birgt darüber hinaus den Vorteil, dass das Halten des Verdichtungsverhältnisses durch die aktive Energieversorgung der Bremseinrichtung, insbesondere durch die aktive Bestromung dieser, lediglich in Abhängigkeit von der Last oder Drehzahl durchgeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Halten des Verdichtungsverhältnisses durch die Energieversorgung der Stelleinrichtung nur in vorgebbaren Bereichen des Kennfelds der Verbrennungskraftmaschine und/oder nur für vorgebbare Werte der Zeitspanne durchgeführt wird. In den anderweitigen Bereichen des Kennfelds und/oder für anderweitige Werte der Zeitspanne ist dieses aktive Halten des Verdichtungsverhältnisses durch die Energieversorgung, insbesondere die Bestromung, der Bremseinrichtung nicht vorgesehen und nicht vonnöten, da die aus den Verbrennungsvorgängen resultierenden Momente und/oder Kräfte nur sehr gering sind und nicht zu einem Verstellen bzw. zu einer Veränderung des eingestellten Verdichtungsverhältnis führen würden und/oder da die Zeitspanne, in welcher das Verdichtungsverhältnis zu halten ist bzw. zu halten wäre, in gewissen Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine nicht ausreichend groß ist. Alternativ oder ergänzend sind weitere Bedingungen möglich, in Abhängigkeit derer das aktive Halten durch Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit Energie durchgeführt wird oder nicht.The inventive method also has the advantage that the holding of the compression ratio by the active power supply of the braking device, in particular by the active energizing them, is performed only in dependence on the load or speed. It can be provided that the holding of the compression ratio by the power supply of the adjusting device is performed only in predeterminable areas of the map of the internal combustion engine and / or only for predetermined values of the period. In the other areas of the map and / or for other values of the period of time, this active holding the compression ratio by the power supply, in particular the energization, the braking device is not provided and not needed, since the resulting from the combustion processes moments and / or forces only very small are and would not lead to an adjustment or a change in the set compression ratio and / or because the time period in which the compression ratio is to be maintained or should be maintained at certain operating points of the internal combustion engine is not sufficiently large. Alternatively or additionally, further conditions are possible depending on which the active holding is performed by supplying the internal combustion engine with energy or not.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Bremseinrichtung zusätzlich wahlweise lediglich während wenigstens eines Teils der Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt, wobei sie während der übrigen Zeitspanne oder während wenigstens eins weiteren Teils der Zeitspanne nicht mit Energie versorgt wird und entsprechend in dem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.In an advantageous embodiment of the invention, the braking device is additionally optionally supplied with energy for maintaining the compression ratio only during at least a portion of the time period, during which it is not energized during the remaining period or during at least another portion of the period and, accordingly, in the at least operated essentially energy-free state.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen besonders bedarfsgerechten Betrieb der Bremseinrichtung, bei welchem die Bremseinrichtung nur dann mit Energie, insbesondere mit elektrischen Strom, versorgt wird, wenn dies auch tatsächlich zum Halten des eingestellten Verdichtungsverhältnisses vonnöten ist. Dadurch verbraucht die Bremseinrichtung auch tatsächlich nur dann Energie, insbesondere elektrischen Strom, wenn die Last und die Kräfte und/oder Momente dies erfordern. Während des Verstellvorgangs des Verdichtungsverhältnisses wird dagegen von der Bremseinrichtung keine Energie benötigt. Daher sind insbesondere viele kurze, stufenweise Verstellvorgänge darstellbar. In Folge dieser Betriebsstrategie, welche beispielsweise in einer Regelungseinrichtung, insbesondere ein Steuergerät, der Stelleinrichtung hinterlegt ist, kann die Stelleinrichtung mit einem reduzierten Energieverbrauch betrieben werden, was mit einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und somit mit reduzierten CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.The method according to the invention thus enables a particularly demand-driven operation of the braking device, in which the braking device is only supplied with energy, in particular with electric current, if this is actually necessary to maintain the set compression ratio. As a result, the braking device actually only consumes energy, in particular electrical current, when the load and the forces and / or moments require it. During the adjustment of the compression ratio, however, no energy is required by the braking device. Therefore, in particular many short, stepwise adjustment can be displayed. As a result of this operating strategy, which is stored for example in a control device, in particular a control device, the adjusting device, the adjusting device can be operated with a reduced energy consumption, which is associated with a reduced fuel consumption and thus with reduced CO 2 emissions of the internal combustion engine.

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  • DE 102005020270 A1 [0002] DE 102005020270 A1 [0002]
  • DE 102008050872 [0003] DE 102008050872 [0003]

Claims (6)

Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem das Verdichtungsverhältnis auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird und während einer Zeitspanne eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremseinrichtung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einer Last der Verbrennungskraftmaschine wahlweise: – während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt wird oder – während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.Method for operating an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, wherein the compression ratio is set to a predetermined value and set during a period of time, characterized in that a braking device of the actuating device in response to a load the internal combustion engine optionally: - is supplied with energy for holding the compression ratio during the at least substantially entire period of time or - is operated in an at least substantially energy-free state during the at least substantially entire period of time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung zusätzlich wahlweise lediglich während wenigstens eines Teils der Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt wird.A method according to claim 1, characterized in that the braking device is additionally optionally supplied with energy for maintaining the compression ratio only during at least part of the period of time. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung während wenigstens eines anderen Teils der Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.A method according to claim 2, characterized in that the braking device is operated during at least one other part of the period in an at least substantially energy-free condition. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung mit elektrischem Strom als der Energie versorgt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the braking device is supplied with electric current as the energy. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Teil der Zeitspanne in Abhängigkeit von der Last eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least part of the period of time is adjusted as a function of the load. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung während des Verstellvorgangs des Verdichtungsverhältnisses keine Energie benötigt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the braking device requires no energy during the adjustment process of the compression ratio.
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