DE102011017193A1 - Method for operating positioning device for variably setting compression ratio of lifting cylinder internal combustion engine, involves setting compression ratio as function of signal characterizing rotational torque acting on chamber part - Google Patents

Method for operating positioning device for variably setting compression ratio of lifting cylinder internal combustion engine, involves setting compression ratio as function of signal characterizing rotational torque acting on chamber part Download PDF

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Dr.-Ing. Betsch Jochen
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Abstract

The method involves adjusting a compression ratio of an internal combustion engine by rotating an adjusting shaft i.e. eccentric shaft, of a positioning device about a rotational axis of the adjusting shaft based on an operating parameter of the engine. A rotational torque acting on a part of a combustion chamber i.e. cylinder, of the engine over the adjusting shaft is computed based on a physical property of the engine by a positioning device simulating model using a computing device. The compression ratio is set as a function of a signal characterizing the computed rotational torque.

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. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses eines Brennraums der Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung für wenigstens einen Zylinder einen Verstellhebel aufweist, 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 des Verstellhebels durch Drehen verändert. Ferner ist eine Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle vorgesehen, auf der der dem wenigstens einen Zylinder zugeordnete Exzenter Angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung ist über eine Kupplung mit der Kurbelwelle und über eine Bremseinrichtung mit dem Gehäuse in Wirkverbindung bringbar.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. Furthermore, the internal combustion engine comprises a device for varying a compression ratio of a combustion chamber of the internal combustion engine, wherein the device for at least one cylinder has an adjusting lever, the right or via intermediate lever, the length of the connecting rod, the stroke of the crankshaft and / or an upper edge of the cylinder in position changed to the middle of the crankshaft. The device comprises an eccentric, which is mounted in the housing and changes the position and / or direction of the adjusting lever by turning. Furthermore, a drive device for an adjusting shaft is provided, on which the at least one cylinder associated eccentric is arranged. The drive device can be brought into operative connection via a coupling with the crankshaft and via a brake device with the housing.

Der DE 10 2009 006 633 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer von der Kurbelwelle angetriebenen Exzenterwelle als bekannt zu entnehmen. Die Exzenterwelle ist zur Verlängerung eines Expansionshubs von Kolben der Brennkraftmaschine durch Pleuel und Koppelglieder mit der Kurbelwelle verbunden. Es ist eine Phasenverstelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher die gegenseitige Phasenbeziehung der Kurbelwelle und der Exzenterwelle verändert werden kann.Of the DE 10 2009 006 633 A1 An internal combustion engine with a crankshaft and an eccentric shaft driven by the crankshaft can be taken as known. The eccentric shaft is connected to extend an expansion stroke of the piston of the internal combustion engine by connecting rods and coupling links with the crankshaft. A phase adjustment device is provided, by means of which the mutual phase relationship of the crankshaft and the eccentric shaft can be changed.

Die bekannten Stelleinrichtungen zum variablen Einstellen des Verdichtungsverhältnisses weisen weiteres Potential auf, ihren Betrieb zu verbessern.The known actuators for variably setting the compression ratio have further potential to improve their operation.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen, welches einen verbesserten Betrieb der Stelleinrichtung ermöglicht.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, in particular a reciprocating internal combustion engine, which enables improved operation of the adjusting device.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses 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 for variably setting at least one compression ratio 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 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 durch Drehen einer Stellwelle der Stelleinrichtung um eine Drehachse der Stellwelle eingestellt.In such a 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, the compression ratio is adjusted in dependence on at least one operating parameter of the internal combustion engine by rotating an actuating shaft of the adjusting device about an axis of rotation of the actuating shaft.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einem ein von Seiten eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine mit dem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis auf die Stellwelle wirkendes Drehmoment charakterisierenden Signal eingestellt wird.According to the invention, it is provided that the compression ratio is set as a function of a signal characterizing a torque acting on the actuating shaft from the side of a combustion chamber of the internal combustion engine with the variably adjustable compression ratio.

Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine laufen in dem Brennraum, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist, Verbrennungsvorgänge ab. Abhängig von der Last der Verbrennungskraftmaschine und von dem eingestellten Verdichtungsverhältnis können während des Betriebs sehr hohe Kräfte und/oder Drehmomente auftreten, welche von Seiten des Brennraums auf die Stelleinrichtung wirken. Zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses ist es erforderlich, dass die Stelleinrichtung, insbesondere eine Mechanik dieser, gegen die Kräfte und/oder Drehmomente auf Seiten des Brennraums wirkt. Dies bedeutet, dass die Stelleinrichtung, insbesondere ihre Mechanik, welche beispielsweise ein Getriebe und einen Aktor zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses umfasst, notwendige Drehmomente und/oder Kräfte aufzubringen hat, um das Verdichtungsverhältnis gegen die aus dem Brennraum wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente einzustellen und zu verstellen. Ebenso kann es notwendig sein, dass die Stelleinrichtung entsprechende Haltekräfte und/oder Haltemomente aufbringt, um das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis gegen die aus dem Brennraum wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente zumindest im Wesentlichen konstant zu halten.During operation of the internal combustion engine run in the combustion chamber, which is designed for example as a cylinder, combustion processes. Depending on the load of the internal combustion engine and the set compression ratio very high forces and / or torques may occur during operation, which act on the actuator from the side of the combustion chamber. To set or adjust the compression ratio, it is necessary that the adjusting device, in particular a mechanism of this, acts against the forces and / or torques on the side of the combustion chamber. This means that the adjusting device, in particular its mechanism, which comprises, for example, a gear and an actuator for adjusting or adjusting the compression ratio, has to apply necessary torques and / or forces to the compression ratio against the forces and / or torques acting from the combustion chamber adjust and adjust. Likewise, it may be necessary for the adjusting device to apply corresponding holding forces and / or holding torques in order to keep the currently set compression ratio at least substantially constant against the forces and / or torques acting from the combustion chamber.

Diese hohen, von der Stelleinrichtung aufzubringenden Kräfte und/oder Drehmomente stellen für die Stelleinrichtung nicht unerhebliche Belastungen dar, infolge denen die Stelleinrichtung verschleißen kann. Dabei kann eine höhere Reibung insbesondere in Lagern und/oder Zahnrädern des Getriebes auftreten, so dass die Stelleinrichtung noch schwergängiger zu betätigen ist. Ebenso kann ein unerwünschtes Spiel im Getriebe auftreten. Dies kann dazu führen, dass erwünschte Stelldynamiken von der Stelleinrichtung nicht mehr zu erfüllen sind. Mit anderen Worten kann das Verdichtungsverhältnis nicht mehr gewünscht schnell, das heißt in einer gewünschten Zeit, eingestellt bzw. verstellt werden.These high forces and / or torques to be applied by the setting device represent not insignificant loads for the setting device, as a result of which the setting device can wear out. In this case, a higher friction, in particular in bearings and / or gears of the transmission occur, so that the actuator is still more difficult to operate. Likewise, an undesirable play in the transmission can occur. This can lead to desired actuating dynamics of the adjusting device can no longer be met. With others Words, the compression ratio can no longer be desired quickly, that is set or adjusted in a desired time.

Diese Problematik ist durch das erfindungsgemäße Verfahren zumindest reduziert, da die auf die Stelleinrichtung wirkenden Belastungen reduziert werden können. Durch die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von dem das auf die Stellwelle wirkende Drehmoment kann insbesondere die Auftretenshäufigkeit von Belastungszuständen, in welchen die Stelleinrichtung unerwünscht hohen Belastungen ausgesetzt ist, gezielt reduziert werden. Dies geht mit dem Vorteil einher, dass dadurch der Verschleiß der Stelleinrichtung gering gehalten werden kann, was der Funktionserfüllungssicherheit der Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg zuträglich ist. Dadurch weist die Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg eine erwünschte Leichtgängigkeit auf, um das Verdichtungsverhältnis einzustellen bzw. verstellen zu können. Die Stelleinrichtung kann somit auch über die hohe Lebensdauer hinweg vorteilhafte Stelldynamiken erfüllen. Dies bedeutet, dass das Verdichtungsverhältnis schnell, das heißt in besonders kurzer Zeit, häufig verstellt und an thermodynamische Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann. Dies bedeutet, dass es das erfindungsgemäße Verfahren auch ermöglicht, die Verbrennungskraftmaschine effizient und mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch und mit geringen CO2-Emissionen betreiben zu können.This problem is at least reduced by the method according to the invention, since the loads acting on the adjusting device can be reduced. By adjusting the compression ratio as a function of the torque acting on the control shaft, in particular the occurrence frequency of load conditions in which the control device is exposed to undesirably high loads can be purposefully reduced. This is associated with the advantage that thereby the wear of the adjusting device can be kept low, which is beneficial to the functional reliability of the actuator over a long service life. As a result, the adjusting device has a desired ease of movement over a long service life in order to be able to adjust or adjust the compression ratio. The adjusting device can thus also fulfill advantageous actuating dynamics over the long service life. This means that the compression ratio can be adjusted quickly, that is to say in a particularly short time, frequently and adapted to the thermodynamic requirements of the internal combustion engine. This means that the method according to the invention also makes it possible to operate the internal combustion engine efficiently and with only low fuel consumption and with low CO 2 emissions.

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 der Figur 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without the scope of To leave invention.

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 auch eingestellt wird, um auf die Stelleinrichtung wirkende Belastungen gering zu halten.The drawing shows in the figure a diagram for illustrating a method of operating an actuator for variably setting at least one compression ratio of a reciprocating internal combustion engine in which the compression ratio is also adjusted to keep loads on the actuator low.

Um den Kraftstoffverbrauch sowie die CO2-Emissionen einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gering zu halten, weist diese wenigstens ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis sowie eine Stelleinrichtung zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses auf.In order to keep the fuel consumption and the CO 2 emissions of a reciprocating internal combustion engine low, this has at least one variably adjustable compression ratio and an adjusting device for adjusting the compression ratio.

Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders, in welchem ein Kolben relativ zu dem Zylinder translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Kolben ist mit einem Pleuel gelenkig verbunden, welches wiederum mit einem Hebelelement der Stelleinrichtung gelenkig verbunden ist. Das Hebelelement ist an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert. Das einerseits gelenkig mit dem Pleuel verbundene Hebelelement ist andererseits zumindest mittelbar mit einer Stellwelle der Stelleinrichtung gelenkig verbunden. Die Stellwelle ist beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildet und weist einen Exzenter auf, an welchem ein Nebenpleuel der Stelleinrichtung relativ zu dem Exzenter drehbar gelagert ist. Das einerseits an dem Exzenter relativ zu diesem drehbar gelagerte Nebenpleuel ist andererseits mit dem Hebelelement gelenkig verbunden.The reciprocating internal combustion engine comprises at least one combustion chamber in the form of a cylinder, in which a piston is received translationally movable relative to the cylinder. The piston is pivotally connected to a connecting rod, which in turn is pivotally connected to a lever element of the adjusting device. The lever element is rotatably mounted on a crank pin of a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine relative to the crank pin. On the other hand, the lever element hingedly connected to the connecting rod, on the other hand, is connected at least indirectly to an actuating shaft of the adjusting device in an articulated manner. The control shaft is formed for example as an eccentric shaft and has an eccentric on which a Nebenpleuel the adjusting device is rotatably mounted relative to the eccentric. On the one hand on the eccentric relative to this rotatably mounted Nebenpleuel is on the other hand hingedly connected to the lever member.

Durch Drehen der um eine Drehachse an einem Gehäuse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ zu diesem drehbar gelagerten Stellwelle wird das Hebelelement relativ zu dem Hubzapfen verdreht. Dies bewirkt eine translatorische Verschiebung des Kolbens in dem Zylinder relativ zu diesem, wodurch das Verdichtungsverhältnis eingestellt bzw. verstellt werden kann.By rotating about an axis of rotation on a housing of the reciprocating internal combustion engine relative to this rotatably mounted actuating shaft, the lever element is rotated relative to the crank pin. This causes a translational displacement of the piston in the cylinder relative thereto, whereby the compression ratio can be adjusted or adjusted.

Zum Drehen der Stellwelle umfasst die Stelleinrichtung einen Aktor, welcher beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Der Elektromotor bringt Drehmomente auf, welche auf die Stellwelle übertragen werden. Auch von Seiten des Zylinders können Drehmomente über den Kolben, das Pleuel und das Hebelelement auf die Stellwelle wirken. Diese Drehmomente resultieren beispielsweise aus in dem Zylinder ablaufenden Verbrennungsvorgängen. Je nach eingestelltem Verdichtungsverhältnis und damit einhergehender Drehstellung der Stellwelle um ihre Drehachse sind diese Drehmomente geringer oder größer.To rotate the actuating shaft, the adjusting device comprises an actuator, which is designed for example as an electric motor. The electric motor applies torques, which are transmitted to the control shaft. Also from the cylinder side torques on the piston, the connecting rod and the lever element can act on the actuating shaft. These torques result, for example, from combustion processes taking place in the cylinder. Depending on the set compression ratio and the associated rotational position of the control shaft about its axis of rotation, these torques are smaller or larger.

Die Figur zeigt ein Schaubild 10 zur Veranschaulichung eines Verfahrens, bei welchem ein Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses berechnet wird. Der Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses charakterisiert dabei ein Soll-Verdichtungsverhältnis, auf welchen das Verdichtungsverhältnis ausgehend von einem aktuell eingestellten Ist-Verdichtungsverhältnis bzw. Ist-Wert einzustellen ist.The figure shows a diagram 10 to illustrate a method in which a target value of the compression ratio is calculated. The desired value of the compression ratio thereby characterizes a desired compression ratio to which the compression ratio is to be set on the basis of a currently set actual compression ratio or actual value.

Eine Regelungseinrichtung zum Regeln der Stelleinrichtung berechnet dabei den Soll-Wert in Abhängigkeit von verschiedenen Eingangsgrößen. Bei diesen Eingangsgrößen handelt es sich beispielsweise um die Drehzahl und die Last der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Ferner wird bei dem Verfahren anhand eines physikalische Eigenschaften der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit der Stelleinrichtung nachbildenden Modells ein auf die Stellwelle von Seiten des Zylinders aus wirkendes Drehmoment, welches aus den in den Zylinder ablaufenden Verbrennungsvorgängen resultiert, berechnet.A control device for controlling the adjusting device calculates the desired value as a function of different input variables. These input variables are for example, the speed and the load of the reciprocating internal combustion engine. Furthermore, in the method based on a physical properties of the reciprocating internal combustion engine with the adjusting device simulating model on the control shaft from the side of the cylinder acting torque, which results from the expiring into the cylinder combustion processes, calculated.

Diese Berechnung geschieht mittels eines Modellblocks 12. Dem Modellblock 12 wird eine erste Eingangsgröße 14 zugeführt, welche die Drehzahl der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine charakterisiert. Ferner wird dem Modellblock 12 eine weitere Eingangsgröße 16 zugeführt, welche die Last der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert. Darüber hinaus wird dem Modellblock 12 eine weitere Eingangsgröße 18 zugeführt, welche das aktuell eingestellte Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisiert. Die Eingangsgröße 18 ist somit der das Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisierende Ist-Wert.This calculation is done by means of a model block 12 , The model block 12 becomes a first input 14 supplied, which characterizes the rotational speed of the reciprocating internal combustion engine. Further, the model block 12 another input 16 supplied, which characterizes the load of the internal combustion engine. In addition, the model block 12 another input 18 supplied, which characterizes the currently set actual compression ratio. The input quantity 18 is thus the actual value characterizing the actual compression ratio.

Das anhand der Drehzahl, der Last und des Ist-Werts des Verdichtungsverhältnisses berechnete, auf die Stellwelle von Seiten des Zylinders aktuell wirkende Drehmoment wird als Eingangsgröße 20 einem weiteren Modellblock 22 zugeführt. Als weitere Eingangsgröße 24 wird dem Modellblock 22 ein Grenzwert zugeführt, welcher ein vorgebbares Drehmoment charakterisiert, welches zulässigerweise auf die Stellwelle wirken darf. Der Grenzwert wird dabei durch einen Modellblock 26 berechnet, welchen verschiedene Eingangsgrößen 28 zugeführt werden. Dem Modellblock 22 vergleicht das auf die Stellwelle aktuell wirkende Drehmoment, welches als Ist-Drehmoment bezeichnet wird, mit dem Grenzwert, der das maximal zulässige Drehmoment charakterisiert, welches als Grenz-Drehmoment bezeichnet wird. Dabei wird eine Differenz gebildet zwischen dem Ist-Drehmoment und dem Grenz-Drehmoment. Diese Differenz wird einem weiteren Modellblock 30 als Eingangsgröße 32 für den Modellblock 30 zugeführt.The actual torque calculated from the speed, the load and the actual value of the compression ratio acting on the adjusting shaft on the side of the cylinder becomes the input quantity 20 another model block 22 fed. As another input 24 gets the model block 22 a limit value is supplied, which characterizes a predeterminable torque which may permissible act on the control shaft. The limit value is determined by a model block 26 calculates which different input variables 28 be supplied. The model block 22 compares the torque currently acting on the control shaft, which is referred to as the actual torque, with the limit value which characterizes the maximum permissible torque, which is referred to as the limit torque. In this case, a difference is formed between the actual torque and the limit torque. This difference becomes another model block 30 as input 32 for the model block 30 fed.

Der Modellblock 30 integriert die Differenz über die Zeit. Der über die Zeit integrierte Wert wird einem weiteren Modellblock 34 zugeführt. Der Modellblock 34 erhält somit als Eingangsgröße 36 die über die Zeit integrierte Differenz sowie eine weitere Eingangsgröße 38, welche von einem Modellblock 40 ausgegeben wird. Der Modellblock 34 vergleicht die über die Zeit integrierte Differenz und die Eingangsgröße 38. Die Eingangsgröße 38 welche eine Ausgangsgröße des Modellblocks 40 ist, charakterisiert dabei einen Schutzwert, um eine unerwünscht hohe Belastung der Stellwelle infolge der Überschreitung des Grenzdrehmoments zu verhindern.The model block 30 Integrates the difference over time. The value integrated over time becomes another model block 34 fed. The model block 34 thus receives as input 36 the difference integrated over time as well as another input quantity 38 that of a model block 40 is issued. The model block 34 compares the difference integrated over time and the input quantity 38 , The input quantity 38 which is an output of the model block 40 is characterized characterizes a protective value to prevent undesirable high load on the actuating shaft due to the exceeding of the limit torque.

Ist das Ist-Drehmoment geringer als das Grenz-Drehmoment, so wird einem Modellblock 42 die über die Zeit integrierte Differenz als Eingangsgröße 44 von dem Modellblock 34 übergeben. Überschreitet das Ist-Drehmoment das Grenz-Drehmoment, so wird dem Modellblock 42 als die Eingangsgröße 44 der Schutzwert von dem Modellblock 34 übergeben.If the actual torque is less than the limit torque, then a model block 42 the difference integrated over time as input 44 from the model block 34 to hand over. If the actual torque exceeds the limit torque, then the model block 42 as the input quantity 44 the protection value of the model block 34 to hand over.

Der Modellblock 42 berechnet dabei den Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses bzw. ein auf die Stellwelle aufzubringendes Drehmoment, welches nötig ist, um den erwünschten Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses einzustellen. Diese Berechnung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der geschilderten Eingangsgröße 44 sowie von den ebenfalls geschilderten Eingangsgrößen 14, 16 und 24. Eine Ausgangsgröße 46 des Modellblocks 42 ist dabei der Soll-Wert, auf welches das Verdichtungsverhältnis einzustellen ist bzw. ein Soll-Drehmoment, welches auf die Stellwelle aufzubringen ist, um den Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses einzustellen. Das Soll-Drehmoment bzw. der Soll-Wert berücksichtigt dabei nicht nur die Eingangsgrößen 14 und 16 und damit nicht nur die Drehzahl und die Last der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine sondern auch das Grenz-Drehmoment (Eingangsgröße 24) sowie die Eingangsgröße 44, welche auf die geschilderte Weise dazu dient, eine unerwünscht hohe Belastung der Stellwelle und damit der Stelleinrichtung infolge eines Überschreitens des Grenz-Drehmoments durch das Ist-Drehmoment zu vermeiden.The model block 42 calculates the target value of the compression ratio or a torque to be applied to the control shaft, which is necessary to set the desired target value of the compression ratio. This calculation is carried out depending on the described input variable 44 as well as the likewise described input variables 14 . 16 and 24 , An output 46 of the model block 42 is the target value to which the compression ratio is to be set or a target torque which is to be applied to the control shaft in order to set the desired value of the compression ratio. The setpoint torque or the setpoint value not only takes into account the input variables 14 and 16 and thus not only the speed and the load of the reciprocating internal combustion engine but also the limit torque (input 24 ) as well as the input quantity 44 which serves in the manner described to avoid an undesirably high load on the control shaft and thus the actuator due to exceeding the limit torque by the actual torque.

Mit andern Worten, wird durch das anhand der Figur geschilderte Verfahren ein Betriebszustand der Stelleinrichtung erkannt, in welchem eine unerwünscht hohe Belastung der Stellwelle und damit der gesamten Stelleinrichtung gegeben ist, wird durch eine geeignete Betriebsstrategie durch Bewegen der Stellwelle in eine vorgebbare Drehstellung um ihre Drehachse und somit durch Einstellen eines vorgebbaren Werts (Soll-Wert) des Verdichtungsverhältnisses eingestellt, in der das auf die Stellwelle und damit die Stelleinrichtung von dem Zylinder aus wirkende Drehmoment und damit die Belastung auf einen vorgebbaren Wert (Schutzwert) begrenzt ist.In other words, an operating state of the adjusting device is detected by the method described with reference to the figure, in which an undesirably high load on the control shaft and thus the entire actuator is given by a suitable operating strategy by moving the control shaft in a predetermined rotational position about its axis of rotation and thus set by setting a predetermined value (target value) of the compression ratio, in which the torque acting on the actuating shaft and thus the actuator of the cylinder and thus the load to a predetermined value (protection value) is limited.

Da die Belastung und Beanspruchung der Stelleinrichtung abhängig von dem Drehmoment an der Stellwelle ist, wird das auf die Stellwelle wirkende Drehmoment (Ist-Drehmoment) bevorzugt in Echtzeit mittels der Regelungseinrichtung, welche als Steuergerät der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein, berechnet. Neben den Eingangsgrößen 14 (Drehzahl), 16 (Last) und 18 (Ist-Verdichtungsverhältnis) können auch anderweitige oder weitere Eingangsgrößen Verwendung finden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Ist-Verdichtungsverhältnis abhängig ist von einer Ist-Drehstellung der Stellwelle um die Drehachse. Dies bedeutet, dass die Eingangsgröße 18, das heißt das Ist-Verdichtungsverhältnis, zu der Ist-Drehstellung korrespondiert.Since the load and stress of the adjusting device is dependent on the torque on the control shaft, the torque acting on the actuating shaft (actual torque) is preferably calculated in real time by means of the control device, which may be designed as a control unit of the reciprocating internal combustion engine. In addition to the input variables 14 (Rotation speed), 16 (Load) and 18 (Actual compression ratio) can also find other or other input variables use. It should be noted at this point that the actual compression ratio is dependent on an actual rotational position of the actuating shaft about the axis of rotation. This means that the input size 18 , that is, the actual compression ratio, corresponds to the actual rotational position.

Überschreitet das berechnete Drehmoment (Ist-Drehmoment) einen vorgebbaren Schwellenwert (den Schutzwert) wird die Stellwelle auf eine Drehstellung verdreht und ein entsprechendes Verdichtungsverhältnis eingestellt, in welcher das auf die Stellwelle wirkende Drehmoment und damit die Belastung der Stelleinrichtung reduziert ist. Dieses Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses kann dabei zumindest im Wesentlichen unmittelbar nach Erkennung der unerwünscht hohen Belastung erfolgen oder auch nach einer vorgebbaren Zeitspanne, das heißt zeitverzögert. Exceeds the calculated torque (actual torque) a predetermined threshold (the protection value), the control shaft is rotated to a rotational position and set a corresponding compression ratio in which the torque acting on the actuating shaft and thus the load on the actuator is reduced. This setting or adjustment of the compression ratio can be carried out at least substantially immediately after detection of the undesirable high load or even after a predetermined period of time, that is, time-delayed.

Dies bedeutet, dass die Berechnung der Verstellung der Stelleinrichtung bzw. der Stellwelle durch ein Modell bzw. durch ein Verfahren erfolgt, welches eine Umkehrung der Berechnung von dem auf die Stellwelle wirkenden Drehmoment darstellt. Das Verfahren ermöglicht somit die Vermeidung des Auftretens bzw. eine Reduzierung der Auftretenshäufigkeiten von Zuständen der Stelleinrichtung, in welchen unerwünscht hohe Halte- und/oder Stellmomente zum Halten und/oder zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses anliegen, welche unerwünscht hohe Belastungen der Stelleinrichtung darstellen. Damit einher geht eine hohe Funktionserfüllungssicherheit der Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg, da der Verschleiß der Verstelleinrichtung gering gehalten werden kann. Ebenso kann die Stelleinrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg vorteilhafte Stelldynamiken erfüllen und das Verdichtungsverhältnis besonders schnell einstellen bzw. verstellen.This means that the calculation of the adjustment of the adjusting device or the adjusting shaft is carried out by a model or by a method which represents a reversal of the calculation of the torque acting on the actuating shaft. The method thus makes it possible to avoid the occurrence or a reduction in the occurrence frequencies of states of the adjusting device, in which undesirably high holding and / or adjusting torques for holding and / or adjusting the compression ratio are present, which represent undesirably high loads on the actuating device. This is accompanied by a high functional performance reliability of the actuator over a long service life, since the wear of the adjustment can be kept low. Likewise, the adjusting device can also fulfill advantageous actuating dynamics over a long service life and adjust or adjust the compression ratio particularly quickly.

Da das auf die Stellwelle wirkende Drehmoment eine physikalische Größe darstellt, die zumindest im Wesentlichen direkt mit der Beanspruchung und der Belastung der Stelleinrichtung zusammen hängt, kann die Belastung an der Stellwelle in einem zulässigen Bereich gehalten werden, ohne dass ein unerwünscht hoher Sicherheitsabstand zu Grenzbelastungen erforderlich wäre. Dadurch ermöglicht es das Verfahren, das Kraftstoffeinsparpotential infolge der Einstellbarkeit des Verdichtungsverhältnisses sehr effizient und zumindest nahezu vollständig auszuschöpfen. Somit kann die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch und mit geringen CO2-Emissionen betrieben werden.Since the torque acting on the control shaft is a physical quantity which is at least substantially directly related to the load and the load of the actuator, the load on the control shaft can be kept within a permissible range without requiring an undesirably high safety distance to limit loads would. Thereby, the method makes it possible to very efficiently and at least almost completely exhaust the fuel saving potential due to the adjustability of the compression ratio. Thus, the reciprocating internal combustion engine can be operated with only low fuel consumption and low CO 2 emissions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005020270 A1 [0002] DE 102005020270 A1 [0002]
  • DE 102009006633 A1 [0003] DE 102009006633 A1 [0003]

Claims (6)

Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine das Verdichtungsverhältnis durch Drehen einer Stellwelle der Stelleinrichtung um eine Drehachse der Stellwelle eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von einem ein von Seiten eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine auf die Stellwelle wirkendes Drehmoment charakterisierenden Signal eingestellt 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, in which, depending on at least one operating parameter of the internal combustion engine, the compression ratio is adjusted by rotating an actuating shaft of the actuating device about an axis of rotation of the actuating shaft, characterized in that the compression ratio is set as a function of a signal which characterizes a torque acting on the actuating shaft from the side of a combustion chamber of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die Stellwelle wirkende Drehmoment anhand eines wenigstens eine physikalische Eigenschaft der Verbrennungskraftmaschine mit der Stelleinrichtung nachbildenden Modells mittels einer Recheneinrichtung berechnet wird.A method according to claim 1, characterized in that the force acting on the control shaft torque is calculated by means of a calculator at least one physical property of the internal combustion engine with the adjusting device modeling model. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters der Verbrennungskraftmaschine mit der Stelleinrichtung berechnet wird.A method according to claim 2, characterized in that the torque is calculated as a function of at least one operating parameter of the internal combustion engine with the adjusting device. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder der Last der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer Drehstellung der Stellwelle um ihre Drehachse berechnet wird.A method according to claim 3, characterized in that the torque is calculated as a function of the rotational speed and / or the load of the internal combustion engine and / or a rotational position of the actuating shaft about its axis of rotation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdichtungsverhältnis als das Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, bei welchem ein gegenüber dem durch das Signal charakterisierte Drehmoment geringeres Drehmoment an der Stellwelle anliegt, wenn das das Drehmoment charakterisierende Signal einen vorgebbaren Schwellenwert betragsmäßig überschreitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a compression ratio is set as the compression ratio at which a relation to the torque characterized by the signal lower torque applied to the control shaft, when the torque characterizing signal exceeds a predetermined threshold amount. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis erst zeitlich nach einer vorgebbaren Zeitdauer nach Erfassen des Überschreitens des Schwellenwerts durch das Signal eingestellt wird.A method according to claim 5, characterized in that the compression ratio is set only after a predetermined time period after detecting the exceeding of the threshold value by the signal.
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