DE102011017188A1

DE102011017188A1 - Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102011017188A1
Application number: DE201110017188
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bechtold Martin; Dipl.-Ing. Kröner Gerd; Dipl.-Ing. Scheindlin Alexander
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein das einzustellende Verdichtungsverhältnis charakterisierender Soll-Wert n Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird, wobei der Soll-Wert zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zur Vermeidung einer klopfenden Verbrennung charakterisierenden Klopf-Wert und/oder in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zur Durchführung einer automatischen Abschaltung und Wieder-Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Zustands-Wert und/oder in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Aufheiz-Wert ermittelt wird.

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.
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 weist eine Kurbelwelle auf, 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, welcher ein oberes Verbindungsglied umfasst, dessen eines Endaschwenkbar 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, ein Steuerverbindungsglied, dessen erstes Ende schwenkbar mit dem anderen Teil des unteren Verbindungsglieds verbunden ist und einen exzentrischen Lageaufbau, über den ein zweites Ende des Steuerverbindungsglieds mit der Steuerwelle verbunden ist, sodass eine Drehung der Steuerwelle um ihre Achse ein Schwenken des unteren Verbindungsglieds um den Kolbenstift veranlasst, wodurch der Hub des Kolbens variiert wird 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 derselben Seite liegt wie eine Drehachse der Steuerwelle im Bezug auf eine imaginäre Bezugslinie und eine am weitesten entfernte Position von der imaginären Bezugslinie einnimmt, die Drehachse der Steuerwelle außerhalb eines durch den Umfang des Gegengewichts beschriebenen Kreises liegt und in Nähe 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.
Der DE 10 2005 020 270 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse angeordneten Zylindern als bekannt zu entnehmen. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Kurbelwelle und Kolben, die sich in den Zylindern bewegen, sowie eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses eines Brennraums der Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist für wenigstens einen Zylinder einen Verstellhebel auf, der direkt oder über Zwischenhebel die Länge der Pleuelstange, den Hub der Kurbelwelle und/oder eine Oberkante der Zylinder in ihrer Lage zur Mitte der Kurbelwelle verändert. Die Vorrichtung umfasst einen Exzenter, der im Gehäuse gelagert ist und Lage und/oder Richtung durch Drehen verändert. Ferner ist eine Antriebsvorrichtung mit einer Verstellwelle vorgesehen, auf der der dem wenigstens einen Zylinder zugeordnete Exzenter angeordnet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung über eine Kupplung mit der Kurbelwelle und über eine Bremseinrichtung mit dem Gehäuse in Wirkverbindung bringbar ist.
Aus der DE 10 2009 006 623 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Kurbelwelle sowie eine von der Kurbelwelle angetriebene Exzenterwelle aufweist. Die Exzenterwelle ist zur Verlängerung eines Expansionshubs von Kolben der Brennkraftmaschine durch Pleuel und Koppelglieder mit der Kurbelwelle verbunden. Es ist eine Phasenstelleinrichtung vorgesehen zur Veränderung der gegenseitigen Phasenbeziehung der Kurbelwelle und der Exzenterwelle.
Bei diesen sowie bei anderweitigen aus der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen bekannten Verbrennungskraftmaschinen mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis erfolgt eine Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine. Dies birgt weiteres Potenzial, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu verbessern.
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 und damit der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
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.
Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wird ein das einzustellende Verdichtungsverhältnis charakterisierender Soll-Wert in Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Dies bedeutet, dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine eingestellt bzw. ausgehend von einem ersten Wert auf einen zweiten, dazu unterschiedlichen Wert verstellt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Soll-Wert zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zur Vermeidung einer klopfenden Verbrennung charakterisierenden Klopf-Wert ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der Soll-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zur Durchführung einer automatischen Abschaltung und Wieder-Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Zustands-Wert ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der Soll-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Katalysators, der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Aufheiz-Wert ermittelt wird.
Durch die Berücksichtigung sowohl der Last als auch zumindest eines zusätzlichen Parameters (Klopf-Wert und/oder Zustands-Wert und/oder Aufheiz-Wert) kann das Verdichtungsverhältnis äußerst bedarfsgerecht auf den gewünschten Soll-Wert eingestellt bzw. verstellt werden, sodass ein besonders effizienter und damit verbesserter Betrieb der Stelleinrichtung und damit der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist. Durch diese bedarfsgerechte und präzise Einstellung des Verdichtungsverhältnisses kann der Energiebedarf zum Betreiben der Stelleinrichtung gering gehalten werden, womit ein besonders geringer Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine einhergeht. Daraus resultieren auch besonders geringe CO₂-Emissionen.
Darüber hinaus kann das Verdichtungsverhältnis besonders präzise eingestellt und auf thermodynamische Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine angepasst, sodass auch daraus ein besonders geringer Kraftstoffverbrauch sowie geringe CO₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine resultieren. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Darstellung eines besonders hohen Komforts der Stelleinrichtung und damit der Verbrennungskraftmaschine, da Stellvorgänge zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses sehr bedarfsgerecht durchgeführt werden. Somit sind die Stellvorgänge von Insassen eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der Verbrennungskraftmaschine und der Stelleinrichtung nicht oder in nur sehr geringem Maße wahrnehmbar, was dem Fahrkomfort des Kraftwagens zugute kommt. Durch die geringe Anzahl an Stellvorgängen, welche durch das bedarfsgerechte Einstellen mittels des erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht ist, wird auch der Verschleiß der Verstelleinrichtung gering gehalten, sodass die Stelleinrichtung eine verbesserte Funktionserfüllungssicherheit auch über eine hohe Lebensdauer hinweg aufweist.
Ist der Soll-Wert beispielsweise mittels einer Recheneinrichtung ermittelt, so wird dieser Soll-Wert an wenigstens einen Aktor zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses übermittelt. Dann kann der Aktor den gewünschten Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses einstellen. Zeitlich vor der Übermittlung wird der Soll-Wert, welcher das einzustellende Soll-Verdichtungsverhältnis charakterisiert, vorteilhafterweise gefiltert, um eine unerwünscht häufige Anzahl an Stellvorgängen zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses in einer kurzen Zeitspanne zu vermeiden und um so das eingestellte Verdichtungsverhältnis eine möglichst lange Zeitspanne zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. So kann der Energieverbrauch der Stelleinrichtung gering gehalten werden, was mit einem Energieverbrauch der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.
Die Stelleinrichtung umfasst gegebenenfalls eine Bremseinrichtung, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen konstant zu halten ist. Durch die Filterung des Soll-Werts kann das Verdichtungsverhältnis eine besonders lange Zeitspanne mittels der Bremseinrichtung zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden. Ist die Bremseinrichtung derart ausgelegt, dass sie zumindest im Wesentlichen ohne Energie zu verbrauchen das Verdichtungsverhältnis konstant halten kann, d. h. dass die Bremseinrichtung zumindest im Wesentlichen ohne Energie zu verbrauchen geschlossen ist, so führt die Filterung und die Vermeidung von unerwünscht häufigen Stellvorgängen auch zu einem geringen Energieverbrauch der Bremseinrichtung, da sie eine besonders lange Zeitspanne in dem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand gehalten werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. 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 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein einzustellender Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses ermittelt wird, wobei zunächst ein Basis-Soll-Wert ermittelt wird, in dessen Abhängigkeit der Soll-Wert ermittelt wird;
2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß 1, wobei ein Aufheiz-Wert des Verdichtungsverhältnisses ermittelt wird, in dessen Abhängigkeit der Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses zusätzlich ermittelt wird;
3 ein Schaubild zu Veranschaulichung des Verfahrens gemäß 1, wobei ein Zustands-Wert des Verdichtungsverhältnisses ermittelt wird, in dessen Abhängigkeit der Soll-Wert ermittelt wird;
4 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß den vorhergehenden 1 bis 3, bei welchen der Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses eingestellt wird.
Um den Kraftstoffverbrauch und damit die CO₂-Emissionen einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gering zu halten, weist diese wenigstens ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis sowie eine Stelleinrichtung auf, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Dadurch kann das Verdichtungsverhältnis an thermodynamische Erfordernisse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angepasst werden, sodass die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine effizient und mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch sowie mit geringen CO₂-Emissionen betrieben werden kann.
Zum bedarfsgerechten Einstellen des Verdichtungsverhältnis ist beispielsweise ein Aktor in Form eines Elektromotors vorgesehen, welcher entsprechend gesteuert oder insbesondere geregelt wird. Dazu ist beispielsweise eine Regelungseinrichtung, insbesondere ein Steuergerät, der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welches einen erwünschten und vorteilhaften Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses anhand verschiedener Parameter berechnet und damit ermittelt. Dieser Soll-Wert charakterisiert dabei das einzustellende Verdichtungsverhältnis, welches für die thermodynamischen Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft ist und bei dessen Einstellung ein gewünschtes Verhalten und/oder ein gewünschter Effekt der Verbrennungskraftmaschine auf effiziente Weise erzielbar ist.
Bei diesem Effekt handelt es sich beispielsweise um die Bereitstellung einer von dem Fahrer eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Last, um das effiziente Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Reinigen von Abgasen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und/oder dergleichen.
Zum Einstellen des vorteilhaften Soll-Werts des Verdichtungsverhältnisses wird dem Aktor der Soll-Wert übermittelt, sodass dieser gemäß dem übermittelten Soll-Wert das Verdichtungsverhältnis auf diesen Soll-Wert einstellen kann. Die 1 bis 4 veranschaulichen dabei ein Verfahren zum Ermitteln dieses Soll-Werts.
Die 1 zeigt ein Diagramm 10, auf dessen Abszisse 12 die Zeit gemäß einem Richtungspfeil 14 fortlaufend aufgetragen ist. Auf der Ordinate 16 des Diagramms 10 sind sowohl Werte der Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine als auch Werte eines einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine durchströmenden Luftmassenstroms aufgetragen. Bei dem Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine saugt diese Luft an, welche mit dem entsprechenden Luftmassenstrom den Ansaugtrakt durchströmt.
Ferner sind auf der Ordinate 16 Werte aufgetragen, welche einen Basis-Soll-Wert charakterisieren, in Abhängigkeit dessen der geschilderte, vorteilhafte Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses berechnet und damit ermittelt wird.
Im Diagramm 10 ist ein zeitlicher Verlauf 18 eingetragen, welcher die Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine über der Zeit charakterisiert. Im Diagramm 10 ist ein weiterer zeitlicher Verlauf 20 eingetragen, welcher den Luftmassenstrom, welcher den Ansaugtrakt durchströmt, über der Zeit charakterisiert. Ferner ist im Diagramm 10 ein weiterer zeitlicher Verlauf 22 eingetragen, welcher den Basis-Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses charakterisiert. Der Basis-Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses wird dabei in Abhängigkeit von dem Luftmassenstrom, von der Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und von der Temperatur der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft ermittelt. Bei dem Luftmassenstrom handelt es sich dabei um einen Soll-Luftmassenstrom zur Darstellung einer gewünschten und geforderten Last der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.
Anhand der 1 ist ersichtlich, dass der Soll-Wert somit in Abhängigkeit von einer Vielzahl an Parametern wie beispielsweise des Luftmassenstroms, der Drehzahl und der Temperatur ermittelt wird.
Um die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders effizient und kraftstoffverbrauchsarm betreiben zu können, wird der Soll-Wert jedoch zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem weiteren Parameter berechnet bzw. ermittelt. Dies ist beispielsweise anhand der 2 dargestellt. Die 2 zeigt das Diagramm 10 mit der Abszisse 12, auf welcher die Zeit gemäß dem Richtungspfeil 14 fortlaufend aufgetragen ist. Auf der Ordinate 16 des Diagramms 10 sind auch Werte aufgetragen, welche einen Betriebszustand einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eines Katalysators, der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine charakterisieren. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist dabei in einem Abgastrakt der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnet und dient dazu, Abgase der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zu reinigen. Um die Abgase besonders effizient reinigen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine gewisse Betriebstemperatur aufweist oder dass die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs liegt.
In dem Diagramm gemäß 2 ist ein Schwellenwert 24 eingetragen, welcher eine Grenz-Temperatur für die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung charakterisiert. Weist die Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens die Grenz-Temperatur auf oder liegt die Temperatur darüber, so kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung die Abgase besonders effizient reinigen. In dem Diagramm 10 gemäß 2 ist dementsprechend ein zeitlicher Verlauf 26 eingetragen, welcher die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung über der Zeit charakterisiert. Ausgehend von einer Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche unterhalb des Schwellenwerts 24 liegt, wie es beispielsweise bei einem Kaltstart der Hubraum-Verbrennungskraftmaschine der Fall ist, ist es wünschenswert, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung in einer besonders kurzen Zeit den Schwellenwert 24 zumindest erreicht oder ihn überschreitet.
Die variable Einstellbarkeit des Verdichtungsverhältnisses kann dabei dazu genutzt werden, die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell, d. h. in einer besonders kurzen Zeit, aufzuheizen, sodass ihre Temperatur den Schwellenwert 24 zumindest erreicht. Dies ist durch einen zeitlichen Verlauf 28 im Diagramm 10 gemäß 2 dargestellt, welcher einen Aufheiz-Wert des Verdichtungsverhältnisses charakterisiert. Bei Einstellen dieses Aufheizwerts bzw. durch eine Berücksichtigung des Aufheiz-Werts bei der Berechnung des Soll-Werts kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufgeheizt werden. Gleichzeitig können anderweitige Anforderungen, beispielsweise eine Lastanforderung, an die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine erfüllt werden. Dabei werden beispielsweise gewisse Wirkungsgradeinbußen hingenommen, sodass das Abgas ein besonders hohen Betrag von Wärmeenergie enthält, welche das Abgas durch den Abgastrakt zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung fördert und mittels welcher die Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders schnell aufgeheizt werden kann. Wie es durch einen Richtungspfeil 30 angedeutet ist, wird bei Erreichen des Schwellenwerts 24 der Aufheiz-Wert wieder verstellt, sodass die Verbrennungskraftmaschine mit einem zumindest im Wesentlichen optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Dies bedeutet, dass der vorteilhafte Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses einerseits in Abhängigkeit von dem Basis-Sollwert und andererseits zusätzlich in Abhängigkeit von dem Aufheiz-Wert eingestellt wird. So kann ein besonders vorteilhafter Kompromiss dargestellt werden um beispielsweise einerseits eine geforderte Last bereitstellen zu können und andererseits gleichzeitig die Abgasnachbehandlungseinrichtung in besonders kurzer Zeit aufheizen zu können. Die Ermittlung des Soll-Wert ist sowohl in Abhängigkeit von dem Basis-Soll-Wert als auch in Abhängigkeit von dem Aufheizwert ermöglicht somit einen besonders effizienten Betrieb der Stelleinrichtung und damit der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, sodass ihr Kraftstoffverbrauch sowie ihre CO₂-Emissionen besonders gering gehalten werden können.
Die 3 zeigt das Diagramm 10, auf dessen Ordinate Werte eines Zustands-Werts des Verdichtungsverhältnisses aufgetragen sind. Der Zustands-Wert charakterisiert dabei das Verdichtungsverhältnis, welches einzustellen ist, sodass ein besonders komfortables automatisches Abschalten sowie ein besonders komfortabler automatischer Wieder-Start der Hubkolben-Verbrennungskraftrnaschine ermöglicht ist. Um den Kraftstoffverbrauch der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering zu halten, kann diese beispielsweise in einem Stopp-/Start-Betriebszustand betrieben werden. In diesem Stopp-/Start-Betriebszustand wird die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine automatisch abgeschaltet, wenn beispielsweise die Geschwindigkeit des Kraftwagens einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
Führt der Fahrer des Kraftwagens eine entsprechende Aktion durch, so wird die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine automatisch gestartet. Dies ist anhand des zeitlichen Verlaufs 18 zu erkennen. Der Verlauf 18 weist einen Bereich A auf, in welchem die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine deaktiviert ist. In einem Bereich B wird das automatische Abschalten durchgeführt, während ab einem Zeitpunkt C die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine automatisch gestartet und in einem gefeuerten Betriebszustand betrieben wird.
Im Diagramm 10 gemäß 3 ist ein zeitlicher Verlauf 32 eingetragen, welcher den geschilderten Zustands-Wert des Verdichtungsverhältnisses charakterisiert. Der Zustands-Wert des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht dabei ein besonders komfortables automatisches Abschalten, sodass Insassen des Kraftwagens das automatische Abschalten beispielsweise nicht durch Ruckeln oder dergleichen unangenehm wahrnehmen. Dementsprechend ermöglicht die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von dem Zustands-Wert das komfortable automatische Wieder-Starten, welches von den Insassen nicht unangenehm wahrgenommen wird. Daraus ist es ersichtlich, dass es besonders vorteilhaft ist, den Soll-Wert auch in Abhängigkeit von dem Zustands-Wert einzustellen, sodass beispielsweise einerseits zumindest im Wesentlichen unmittelbar nach dem automatischen Wieder-Starten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein ausreichendes Drehmoment, d. h. ein ausreichende Last zur Verfügung steht, um ein zügiges Anfahren aus einem Stillstand des Kraftwagens heraus zu ermöglichen, andererseits jedoch einen besonders hohen Komfort beim automatischen Wieder-Start zu ermöglichen. Der Soll-Wert wird dabei somit in Abhängigkeit von dem Basis-Soll-Wert sowie in Abhängigkeit von dem Zustands-Wert ermittelt. Der Soll-Wert wird dabei unabhängig von dem Aufheiz-Wert ermittelt, jedoch kann ebenso vorgesehen sein, dass der Soll-Wert sowohl in Abhängigkeit von dem Basis-Sollwert als auch in Abhängigkeit von dem Aufheiz-Wert und in Abhängigkeit von dem Zustands-Wert ermittelt wird.
Die 4 veranschaulicht die Übermittlung des ermittelten Soll-Werts an den Aktor. Wie es durch einen zeitlichen Verlauf 34 erkennbar ist, erfolgt die Ausgabe des Soll-Werts und damit die Übermittlung dieses an den Aktor als Treppenfunktion. Dies bedeutet, dass der zeitliche Verlauf 34 den anhand der Vielzahl an Parameter ermittelten Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses charakterisiert. Die Ausgabe und die Übermittlung des Soll-Werts als Treppenfunktion birgt den Vorteil, dass dadurch die Anzahl an Verstellbewegungen zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses gering gehalten werden kann. Dies hält die Belastung des Aktors gering.
Umfasst die Stelleinrichtung beispielsweise auch eine Kupplung eine Bremseinrichtung zum Halten des Verdichtungsverhältnisses, so entlastet die geringe Anzahl an Stellgängen auch die Kupplung und die Bremseinrichtung. Ein zeitlicher Verlauf 36 charakterisiert eine Regelabweichung eines Reglers der Regelungseinrichtung, mittels welcher der Aktor geregelt wird. Die Regelabweichung ist dabei die Differenz zwischen dem einzustellenden Soll-Wert und einem Ist-Wert, welcher das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis charakterisiert. Zum Ansteuern und Regeln des Aktors wird die durch den zeitlichen Verlauf charakterisierte Reglerabweichung über die Zeit integriert, was durch einen zeitlichen Verlauf 38 dargestellt ist. Unterschreitet der Verlauf 38 einen unteren Schwellenwert 40, so erfolgt eine Verringerung des Ist-Werts des aktuell eingestellten Verdichtungsverhältnisses hin zu einem demgegenüber geringeren Wert bzw. Verdichtungsverhältnis. Überschreitet der zeitliche Verlauf 38 einen oberen Schwellenwert 42, so erfolgt eine Erhöhung des Ist-Werts hin zu einem demgegenüber höheren Wert bzw. Verdichtungsverhältnis. Dabei wird der Soll-Wert gemittelt und an den Aktor übermittelt. Dies stellt eine Filterung dar, um eine unerwünschte Anzahl von Verstellvorgängen zu vermeiden.
Übersteigt die Anforderung zur Verringerung des Soll-Werts einen Schwellenwert, d. h. beispielsweise überschreitet die Differenz zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert einen vorgebbaren Schwellenwert, so wird der Soll-Wert nicht gemittelt, sondern es wird der nicht gemittelte aktuelle Soll-Wert zumindest im Wesentlichen unverzüglich an den Aktor übergeben. Dadurch kann ein klopfender Motorbetrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine vermieden werden. Die sofortige Übermittlung ohne Mittelung des Soll-Werts erfolgt beispielsweise dann, wenn die angeforderte Verstellung, insbesondere Verringerung, des Verdichtungsverhältnisses größer als zwei Verdichtungsverhältniseinheiten ist.
Anhand der 1 bis 4 ist es somit ersichtlich, dass der Soll-Wert sowohl in Abhängigkeit des Basis-Soll-Werts und somit in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird. Bei der Ermittlung des Soll-Werts werden jedoch weitere Parameters berücksichtigt. Insbesondere wird die Verringerung der Verdichtung bei klopfneigungsfördernden Bedingungen, beispielsweise einer hohen Temperatur der angesaugten Luft und/oder einer hohen Temperatur der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt. Ebenso kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise bei einem Kaltstart der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine die Einstellung eines solchen Verdichtungsverhältnisses berücksichtigt werden, sodass geringe Abgasrohemissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sowie eine schnelle Aufheizung der Abgasnachbehandlungseinrichtung realisierbar sind. In der Regel erfolgt dabei eine Einstellung eines relativ geringen Verdichtungsverhältnisses (geringer Soll-Wert). Alternativ oder zusätzlich kann als weiterer Parameter der Stopp-Start-Betriebszustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt werden, sodass ein komfortables Abschalten sowie ein komfortabler Wieder-Start möglich sind. Auch hierbei wird in der Regel ein geringes Verdichtungsverhältnis eingestellt.
Bezugszeichenliste

10: Diagramm
12: Abszisse
14: Richtungspfeil
16: Ordinate
18: zeitlicher Verlauf
20: zeitlicher Verlauf
22: zeitlicher Verlauf
24: Schwellenwert
26: Zeitlicher Verlauf
28: zeitlicher Verlauf
30: Richtungspfeil
32: zeitlicher Verlauf
34: zeitlicher Verlauf
36: Zeitlicher Verlauf
38: zeitlicher Verlauf
40: Schwellenwert
42: Schwellenwert
A: Bereich
B: Bereich
C: Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60117646 T2 [0002]
DE 102005020270 A1 [0003]
DE 102009006623 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein das einzustellende Verdichtungsverhältnis charakterisierender Soll-Wert n Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zur Vermeidung einer klopfenden Verbrennung charakterisierenden Klopf-Wert und/oder in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zur Durchführung einer automatischen Abschaltung und Wieder-Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Zustands-Wert und/oder in Abhängigkeit von wenigstens einem eine Maßnahme zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungseinnchtung der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Aufheiz-Wert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klopf-Wert in Abhängigkeit von der Temperatur von durch die Verbrennungskraftmaschine angesaugter Luft ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klopf-Wert in Abhängigkeit von einer Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert an einen Aktor, insbesondere einen Elektromotor, zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert zeitlich vor der Übermittlung gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen dem Soll-Wert und einem das eingestellte Verdichtungsverhältnis charakterisierendem Ist-Wert ermittelt, über die Zeit integriert und anschließend an einen Aktor, insbesondere einen Elektromotor, zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert unter Vermeidung der Differenzermittlung und/oder der Integration und/oder einer Filterung des Soll-Werts an den Aktor übermittelt wird, wenn der Soll-Wert und/oder die Differenz einen vorgebbaren, insbesondere betragsmäßig, Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert unter Vermeidung der Differenzermittlung und/oder der Integration und/oder einer Filterung des Soll-Werts an den Aktor übermittelt wird, wenn durch den Soll-Wert ausgehend von dem eingestellten Verdichtungsverhältnis eine Verringerung des Verdichtungsverhältnisses vorgegeben wird.