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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis sowie eine Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis.
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Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis können unterschiedliche Vorteile bieten. Im Fall von Benzinmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis ist dies bspw. die Möglichkeit einer Verkleinerung (Downsizing) oder einer Einsparung von CO2 im Abgas. Außerdem kann für Benzinmotoren eine höhere Drehzahl erreicht und eine Abgasnachbehandlung vereinfacht werden. Bei Dieselmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis kann auch im niedrigen Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment erreicht werden.
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Es wurden von vielen Erstherstellern (Original Equipment Manufacturer, OEM), Forschungsinstituten oder unabhängigen Ingenieurbüros verschiedene Konzepte zur Realisierung von Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis untersucht oder entwickelt. Allerdings ist bis heute kein Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis in Serie gegangen.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines momentanen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine im Betrieb sind aus der Druckschrift
DE 10 2006 033 062 A1 bekannt. Dabei erfolgt die Ermittlung automatisch, wobei vorgesehen ist, dass die Hubkolbenmaschine ein veränderbares Kompressionsvolumen und einen messbaren Kurbelwinkel aufweist, wobei mittels eines sich relativ zu einem Sensor bewegenden Bauteils eines Kolbentriebs ein Signal erzeugt und mittels des Signals ein in einem Bezug zum Kurbelwinkel stehender Triggerwinkel bestimmt wird, der in eine Ermittlung des momentanen Verdichtungsverhältnisses mit einfließt.
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Ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine ist in der Druckschrift
DE 10 2010 032 434 A1 beschrieben. Hierbei ist jedem der Zylinder der Hubkolbenmaschine eine Stelleinrichtung zugeordnet, mit der ein Verdichtungsverhältnis des zugeordneten Zylinders unabhängig von anderen Zylindern eingestellt werden kann. Außerdem wird zumindest ein Bauteil der Stelleinrichtung mittels einer Überprüfungseinrichtung der Hubkolbenmaschine auf eine vorgegebenen Funktionsfähigkeit dieses Bauteils überprüft. Hierzu wird eine Lernfunktion eingesetzt, mit der ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis als Soll-Verdichtungsverhältnis eingestellt wird. In einer Speichereinrichtung einer Regelungseinrichtung sind Kennwerte hinterlegt, die den Betrieb der Hubkolbenmaschine bei diesem eingestellten Soll-Verdichtungsverhältnis charakterisieren. Diese Kennwerte werden bei dem eingestellten Soll-Verdichtungsverhältnis mit erfassten Kennwerten verglichen, wodurch die Stelleinrichtung auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft wird.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer variablen, zylinderindividuell veränder- und/oder ansteuerbaren Zylinderverdichtung werden in der Druckschrift
DE 199 55 250 A1 vorgestellt. Mit dem Verfahren soll eine Funktion der Vorrichtung überwacht und eine Fehlfunktion bzw. ein Defekt dieser Vorrichtung möglichst schnell erkannt werden. Hierzu wird die Zylinderverdichtung verändert und eine daraus resultierende Veränderung einer Laufunruhe eines Zylinders analysiert.
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Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis umfassen eine Anlage, mit der das Verdichtungsverhältnis von Zylindern des Verbrennungsmotors verstellt werden kann. Hierzu stellt sich die Aufgabe, für die Zylinder des Verbrennungsmotors ein Verdichtungsverhältnis zu bestimmen, um einen Betrieb des Verbrennungsmotors an die ermittelten Verdichtungsverhältnisse anzupassen.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Das Verdichtungsverhältnis eines Raums eines Zylinders als Brennkammer des Verbrennungsmotors ist als Verhältnis des Raums vor einer Verdichtung zu einem verbliebenen Raum nach der Verdichtung definiert. Folglich wird das Verhältnis einer Summe der Volumina des Hubraums und des Verdichtungsraums des Zylinders in Relation zu dem Volumen des Verdichtungsraums gesetzt und somit verglichen.
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Im Rahmen der Erfindung ist u. a. vorgesehen, eine Vorrichtung, die die Verdichung eines Verbrennungsmotors kontrollieren, d. h. steuern und/oder regeln, und demnach verstellen kann, zu prüfen. Diese Vorrichtung, die auch als Verdichtungsverstellungssystem des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis bezeichnet werden kann, kann die Verdichtung nach der Produktion im Werk am Bandende überprüfen. In diesem Fall ist vorgesehen, dass mindestens eine Komponente des Verbrennungsmotors, der auch die Vorrichtung umfasst, neu eingestellt wird.
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Ein konventioneller Benzinmotor weist ein fixes Verdichtungsverhältnis von ca. 9:1 auf, das u. a. von der Geometrie seiner Zylinder bestimmt wird. Das Verdichtungsverhältnis ist ein Betriebsparameter für die Verbrennung von Kraftstoff. Für einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis bzw. mit variablem Kompressionsverhältnis wird am Bandende im Werk für jeden Zylinder als Komponente des Verbrennungsmotors das minimale Verdichtungsverhältnis, z. B. 6:1, und das maximale Verdichtungsverhältnis, z. B. 15:1, überprüft.
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Mit einem Test kann die Funktion der Vorrichtung zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses überprüft werden, wobei für jeden einzelnen Zylinder das minimale und das maximale Verdichtungsverhältnis als Betriebsparameter direkt ermittelt werden kann. Mit diesem Test wird jeder Zylinder hinsichtlich der minimalen und maximalen Verdichtung, die der Zylinder erreichen kann, charakterisiert. Dabei ermittelte Messwerte für das Verdichtungsverhältnis können als Basis für eine Funktion zur Korrektur des Verdichtungsverhältnisses verwendet werden, mit der Fertigungstoleranzen der Zylinder ausgeglichen werden können. Derartige Fertigungstoleranzen können üblicherweise dazu führen, dass die einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors nicht das gleiche Kompressionsverhältnis aufweisen, was mit dem vorgestellten Verfahren zylinderindividuell behoben werden kann.
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Bei Verbrennungsmotoren mit variablem Kompressionsverhältnis kann dieses nunmehr geregelt werden. Bei einer Ausführung des beschriebenen Verfahrens kann der Verbrennungsmotor in einen 0-Zustand und somit in einen ursprünglichen Zustand gebracht und somit in diesen überführt werden, wobei in diesem 0-Zustand vorgesehen ist, dass alle Zylinder dasselbe Kompressionsverhältnis aufweisen, wodurch die Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können.
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Das Verfahren kann für Verbrennungsmotoren mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet werden, das bspw. mit der genannten Vorrichtung für jeden Zylinder individuell kontrolliert werden kann. Im Unterschied hierzu sind Konzepte für Verbrennungsmotoren mit variablem Kompressionsverhältnis vorgesehen, bei denen alle Zylinder gemeinsam zu verstellen sind, so dass eine individuelle Einstellung des Kompressionsverhältnisses eines jeden Zylinders nicht möglich ist.
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Ein Test am Bandende, um die Verdichtungsverhältnisse sämtlicher Zylinder im Werk zur Produktion von Verbrennungsmotoren zu prüfen und anzupassen, kann für eine Serienentwicklung derartiger Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis verwendet werden.
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Das Verfahren umfasst verschiedene Ausführungsformen, die sich ergänzen können.
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So ist in einer Ausführungsform vorgesehen, als Betriebsparameter den Zylinderdruck jedes Zylinders als Komponente des Verbrennungsmotors mit einem Kompressionsmessgerät zu messen. Bei dieser Ausführungsform wird, wie in einer Werkstatt, die Kompression als Betriebsparameter des Verbrennungsmotors indirekt gemessen. Hierzu wird die Zündkerze aus einem für diese vorgesehenen Gewinde herausgeschraubt und stattdessen eine Messsonde des Kompressionsmessgeräts, die einen Drucksensor umfasst, eingeschraubt. Um einen Messwert für die Kompression zu bestimmen, wird der Verbrennungsmotor durch eine externe Einrichtung, bspw. einen Elektromotor, als Antriebsaggregat gedreht.
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Es ist vorgesehen, dass eine derartige Ermittlung des Messwerts für die Kompression für jeden Zylinder jeweils in einer minimalen Position und einer maximalen Position des Kompressionsverhältnisses durchgeführt wird. Durch diese Maßnahme ist es u. a. möglich festzustellen, ob der Verbrennungsmotor mechanisch in Ordnung ist. Sofern dies der Fall ist, können die bei den Messungen ermittelten Messwerte in einen Speicher (EEPROM) eines Steuergeräts der Vorrichtung geschrieben und als Basis für die Funktion zur Korrektur des Kompressionsverhältnises mit einer Korrekturfunktion verwendet werden. Mit dieser Korrekturfunktion kann durch die genannte Vorrichtung zum Verstellen des Kompressionsverhältnisses die Steuerung der Verstellung des Kompressionsverhältnisses korrigiert werden, so dass in einer bestimmten Betriebssituation jeder Zylinder die gleiche Kompression bereitstellt.
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Falls ein für den laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors vorgesehener Sollwert der Kompression eines Zylinders von einem Zielwert abweicht, kann eine sich ergebende Abweichung, d. h. ein Unterschied zwischen dem Zielwert und dem für den laufenden Betrieb vorgesehenen Sollwert, korrigiert werden, indem auf den vorgesehenen Sollwert für die Verstellung des Zylinders ein von dem Zielwert und dem Messwert abhängiger Korrekturwert appliziert und somit angewandt wird. Unter Berücksichtigung mindestens eines derartigen Korrekturwerts kann mindestens ein von einer Abweichung betroffener Zylinder entweder mehr oder weniger als die anderen Zylinder verstellt werden, wodurch sich ergibt, dass dieser Zylinder schlussendlich das für ihn jeweils vorgesehene, nominale Kompressionsverhältnis aufweist, dessen Wert dem Zielwert entspricht, wodurch u. a. die bereits erwähnten Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können. In der Regel können für sämtliche Zylinder die Kompressionsverhältnisse betriebsbegleitend korrigiert werden. Die Vorrichtung zum Verstellen des Kompressionsverhältnisses wird benutzt, um den Verbrennungsmotor am Anfang, bspw. zu Beginn jedes Starts, in den 0-Zustand zu bringen.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, die Laufruhe als Betriebsparameter des Verbrennungsmotors zu testen. Hierbei kann eine Drehzahlspur analysiert werden, wodurch ein ggf. defekter Zylinder identifiziert werden kann. Eine Analyse der Drehzahlspur kann abhängig von einer Variation der Drehzahl des Verbrennungsmotors für jeden Zylinder zylinderindividuell und/oder für sämtliche Zylinder zylinderübergreifend durchgeführt werden. Falls sich ein Zylinder stärker als vorgesehen komprimiert, ergibt sich, dass sich dessen Drehzahl im Kompressionstakt verlangsamt. Falls sämtliche Zylinder gleichmäßig laufen, sind auch die Verdichtungen zwischen den Zylindern gleichmäßig. Eine hierbei durchzuführende Messung kann im Schub des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, wodurch Toleranzen einer Einspritzanlage ausgeschlossen werden können. Es ist möglich, eine derartige Analyse sowie Auswertung der Drehzahl ähnlich wie eine Korrekturfunktion zur Nullmengenkalibrierung (Zero Fuel Calibration, ZFC) durchzuführen. Dabei wird der Verlauf der Drehzahl zylinderweise und somit segmentweise ausgewertet, wodurch ermittelt werden kann, wie jeder Zylinder im Kompressionstakt läuft. Durch die Analyse der Drehzahlspur jedes Zylinders im Kompressionstakt ist erkennbar, ob ein jeweiliger Zylinder zu viel oder zu wenig komprimiert. Sich ggf. ergebende Abweichungen können ebenfalls bei einer Korrektur des für den laufenden Betrieb vorgesehenen Sollwerts zur Verstellung des Kompressionsverhältnisses ausgeglichen werden.
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Weiterhin ist alternativ oder ergänzend möglich, die Kompression jedes Zylinders mit einem als Drucksensor und/oder einem als Temperatursensor ausgebildeten Sensor, der bzw. die abgasseitig hinter einem Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet ist bzw. sind, zu testen. In diesem Fall wird als mindestens ein Betriebsparameter des Verbrennungsmotors der Druck und/oder die Temperatur des Abgases ermittelt. Hierbei kann abhängig von Druckwellen im Abgas, die von den Sensoren erfasst werden, ermittelt werden, ob ein jeweiliger Zylinder abhängig von einer Stellung der Vorrichtung zur Kontrolle zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses eine vorgesehene, erwartete Kompression liefert. Bei der minimalen Position, bei der ein Zylinder ein minimales Kompressionsverhältnis aufweist, wird die Luft im Zylinder weniger komprimiert, so dass für das Abgas ein niedrigerer Druck sowie eine niedrigere Temperatur zu erwarten ist. Bei der maximalen Position, bei der sich für den Zylinder ein maximales Kompressionsverhältnis ergibt, wird die Luft im Zylinder stärker komprimiert, wodurch für das Abgas ein höherer Druck und/oder eine höhere Temperatur zu erwarten ist bzw. sind.
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Bei dieser Ausführungsform werden die minimale und die maximale Position des Verdichtungsverhältnises getestet. Auch hier ist vorgesehen, eine Messung im Schub, bei dem in den Zylinder lediglich Luft eingesaugt und komprimiert wird, durchzuführen, wodurch ein Einfluss der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs ausgeschlossen werden kann. Somit ist es möglich, für jeden Zylinder das minimale sowie das maximale Verdichtungsverhältnis zu ermitteln. Bei den Messungen können eventuell beobachtete Abweichungen von Sollwerten von vorgesehenen Zielwerten durch zielwertabhängige Korrektur des Sollwerts zur Verstellung des Kompressionsverhältnisses im laufenden Betrieb korrigiert und ausgeglichen werden.
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Bei einer möglichen Umsetzung dieser Ausführungsform werden Signale des Drucksensors und/oder des Temperatursensors ausgewertet. Hierbei kann für jeden Zylinder der maximale Druck und/oder die maximale Temperatur des Abgases ermittelt und weiterhin ausgewertet werden. Bei einer Korrektur der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ist nunmehr vorgesehen, bei einer Abgleichung der Verdichtungsverhältnisse sämtlicher Zylinder für diese denselben maximalen Druck und/oder dieselbe maximale Temperatur des Abgases einzustellen. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, für jeden Zylinder den minimalen Druck und/oder die minimale Temperatur zu ermitteln und auszuwerten. Bei einer vorgesehenen Verstellung kann für alle Zylinder derselbe minimale Druck und/oder dieselbe minimale Temperatur eingestellt werden. Weiterhin ist es möglich, während einer bestimmten Anzahl von Zyklen für jeden Zylinder als Messwert einen Mittelwert des Drucks und/oder einen Mittelwert der Temperatur zu ermitteln. Bei einer Korrektur der Verstellung des Kompressionsverhältnisses von mindestens einem Zylinder werden letztendlich für alle Zylinder derselbe Mittelwert für den Druck und/oder derselbe Mittelwert für die Temperatur für die bestimmte Anzahl von Zyklen eingestellt.
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Alle diese vorgesehenen Tests können auch in der Werkstatt durchgeführt werden, wenn der Verbrennungsmotor, bspw. nach Änderung von Komponenten in der Vorrichtung zur Kontrolle des Kompressionsverhältnisses und/oder von einzelnen Komponenten des Verbrennungsmotors, neu eingestellt wird. Eine vorgesehene Neueinstellung des Verbrennungsmotors kann auch dann vorgenommen werden, wenn der Verdacht besteht, dass die Vorrichtung zum Verstellen des Kompressionsverhältnisses defekt sein könnte und neu einzustellen ist.
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Bei einer vorgenommenen Messung eines Drucks der Abgase jedes Zylinders mit einem Kompressionsmessgerät, wobei die Messung im Motorenwerk am Bandende vorgenommen wird, können in Ausgestaltung die in nachfolgender Tabelle 1 angegebenen Messwerte der Verdichtungsverhältnisse indirekt ermittelt werden.
| Zylinder 1 | Zylinder 2 | Zylinder 3 | Zylinder 4 |
| 16,2:1 | 16,0:1 | 15,8:1 | 15,9:1 |
Tabelle 1
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Diese Ergebnisse für die Messwerte einer maximalen Stellung und somit einer maximalen Position jedes Zylinders können notiert und nachfolgend über einen Diagnose-Tester in einem Speicher eines Steuergeräts, das mit der Vorrichtung zur Kontrolle der Kompressionsverhältnisse zusammenwirkt und/oder als deren Komponente ausgebildet ist, gespeichert werden.
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Tabelle 1 zeigt, dass die von den Zylindern maximal erreichbaren Verdichtungsverhältnisse maximal um Werte von +/–0,2 von einem Verdichtungsverhältnis von 16,0:1 abweichen. Aufgrund der Abweichungen der Verdichtungsverhältnisse einzelner Zylinder von einem Zielwert, hier 16,0:1, kann für jeden Zylinder ein Korrekturwert ermittelt werden, wodurch im weiteren Betrieb des Verbrennungsmotors unter Berücksichtigung des Korrekturwerts für jeden Zylinder das Verdichtungsverhältnis korrigiert und somit die Verdichtungsverhältnisse sämtlicher Zylinder auf den für die Verdichtungsverhältnisse vorgesehenen Zielwert abgeglichen werden.
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In dem anhand von Tabelle 1 gezeigten Beispiel ist vorgesehen, die Stellung des Verdichtungsverhältnisses von Zylinder 1 hier um einen Korrekturwert von 0,2 nach unten zu korrigieren, wohingegen die Stellungen des Verdichtungsverhältnisses von Zylinder 3 um einen Korrekturwert von 0,2 und von Zylinder 4 um einen Korrekturwert von 0,1 nach oben korrigiert werden. In dem vorliegenden Beispiel ist die Stellung des Verdichtungsverhältnisses von Zylinder 2 nicht zu korrigieren, da diese dem bereits vorgesehenen Zielwert entspricht. Nach einer Korrektur der Verdichtungsverhältnisse der jeweiligen Zylinder ergeben sich die in Tabelle 2 dargestellten Verdichtungsverhältnisse, wobei jeder Zylinder nunmehr als betriebsbegleitend vorgesehenen Sollwert des Verdichtungsverhältnisses den Zielwert aufweist:
| Zylinder 1 | Zylinder 2 | Zylinder 3 | Zylinder 4 |
| 16,0:1 | 16,0:1 | 16,0:1 | 16,0:1 |
Tabelle 2
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Falls die bei der Messung ermittelten Messwerte der Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder zu große Abweichungen aufweisen sollten, ist der Verbrennungsmotor als nicht konform zu bewerten, was bspw. in nachfolgender Tabelle 3 gezeigt ist:
| Zylinder 1 | Zylinder 2 | Zylinder 3 | Zylinder 4 |
| 16,0:1 | 16,1:1 | 13,5:1 | 16,0:1 |
Tabelle 3
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Hier weicht das gemessene maximale Verdichtungsverhältnis von Zylinder 3 zu stark von den Messwerten der Verdichtungsverhältnisse der übrigen Zylinder ab, weshalb der Verbrennungsmotor nicht in Ordnung ist.
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Die Messung der Kompression und somit der Verdichtung der Zylinder des Verbrennungsmotors kann bei einem neu eingestellten Verbrennungsmotor im Werk oder in der Werkstatt durchgeführt werden, wobei der Verbrennungsmotor bspw. vom Anlasser oder einem Elektromotor als Antriebsaggregat gedreht wird.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird demnach mindestens ein mit dem Verdichtungsverhältnis korrelierter Betriebsparameter mindestens einer Komponente des Verbrennungsmotors bspw. zylinderindividuell ermittelt. Mit mindestens einem dabei ermittelten Messwert kann ein von dem Verdichtungsverhältnis abhängiger Istzustand nach der Neueinstellung mindestens einer Komponente des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Als Betriebsparameter kann das Verdichtungsverhältnis direkt oder indirekt durch Ermitteln eines dem Verdichtungsverhältnis zugeordneten Betriebsparameters, bspw. dem Druck, der Temperatur oder der Drehzahl bestimmt und mit dem vorgesehenen Zielwert verglichen werden. Im Betrieb des Verbrennungsmotors können weiterhin Istwerte des Betriebsparameters ermittelt und an den vorgesehenen Sollwert, der von dem Zielwert abhängig ist, angepasst werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgastrakt.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Messgerät zum Bestimmen einer Kompression eines Zylinders.
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3 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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5 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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6 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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7 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
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Der in 1 schematisch dargestellte Verbrennungsmotor 2 umfasst als Komponenten insgesamt vier als Zylinder 4, 6, 8, 10 ausgebildete Brennkammern. Dabei ist den Zylindern 4, 6, 8, 10 ein Einlass 12 vorgeschaltet, dem über ein Einlassrohr 14, entlang dessen Verlauf ein Drosselventil 16 angeordnet ist, Luft 18 zugeführt wird. Weiterhin ist dem Verbrennungsmotor 2 ein Auslass 20 nachgeschaltet, der in ein Auslassrohr 22 eines Abgastrakts mündet. Außerdem sind entlang des Auslassrohrs 22 unmittelbar nach dem Auslass 20 als Sensoren ein Drucksensor 24 sowie ein Temperatursensor 26 zum Messen des Drucks und der Temperatur von Abgasen 28 als Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 2 nachgeschaltet.
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Weiterhin zeigt 1, dass die beiden vorgestellten Rohre über einen Turbolader 30 miteinander verbunden sind, wobei Abgase 28 von dem Auslassrohr 22 in das Einlassrohr 14 zurückgeführt werden können. Außerdem ist entlang des zweiten Auslassrohrs 22 des Abgastrakts ein Katalysator 32 angeordnet.
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Bei einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens wird mit dem Drucksensor 24 der Druck der Abgase 28 und/oder mit dem Temperatursensor 26 die Temperatur der Abgase 28, die aus dem Verbrennungsmotor 2 strömen, zylinderindividuell gemessen. Dabei ist es vorgesehen, den Druck und/oder die Temperatur für jeden Zylinder 4, 6, 8, 10 bei einer maximalen Position des Verdichtungsverhältnisses zu messen. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, über eine bestimmte Anzahl von Zyklen jedes Zylinders 4, 6, 8, 10 als jeweils einen Messwert einen Mittelwert des Drucks und/oder der Temperatur der Abgase 28 zu messen.
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2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Zylinder 34, an dem ein Messgerät 36 zur Messung der Kompression angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass eine Messsonde 38 mit einem Sensor zur Messung der Kompression anstelle einer ansonsten am Zylinder 34 angeordneten Zündkerze eingeschraubt ist.
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Mit diesem Messgerät 36 ist es möglich, für jeden Zylinder 34 eines Verbrennungsmotors einen Messwert in einer maximalen Position des Verdichtungsverhältnisses sowie in einer minimalen Position des Verdichtungsverhältnisses zu ermitteln.
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Das Diagramm aus 3 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Verbrennungsmotor 40. Bei einer durchzuführenden ersten Ausführungsform des Verfahrens wird der Verbrennungsmotor 40 an eine Elektromaschine als Antriebsaggregat gekoppelt, durch diese Elektromaschine in einer Schubphase angetrieben und nach Erreichen einer hinreichend hohen Drehzahl von der Elektromaschine wieder entkoppelt und somit losgelassen. Dabei wird als Betriebsparameter eine Drehzahlspur 42 des Verbrennungsmotors 40 gemessen.
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Außerdem ist vorgesehen, diese Drehzahlspur 42 zu analysieren und auszuwerten. Falls sich hierbei ergibt, dass der Verbrennungsmotor 40 eine zu unruhige Drehzahlspur 42 mit zu großen Variationen der Drehzahl aufweist, kann dieser als nicht konform bewertet werden. Eine zu unruhige Drehzahlspur 42 ergibt sich bspw. dann, wenn ein Zylinder unter mehreren Zylindern deutlich weniger als die anderen Zylinder komprimiert. In diesem Fall läuft der Zylinder leichter als die anderen. Wenn dieser Zylinder einen Kompressionstakt erreicht, ist zu erwarten, dass sich dessen Drehzahl deutlich ändert.
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Nach Analyse und Auswertung der Drehzahlspur 42 ist weiterhin vorgesehen, eine Korrektur 44 einer Stellung des Verdichtungsverhältnisses für mindestens einen Zylinder vorzunehmen, wenn dessen Verdichtungsverhältnis, bspw. dessen maximales oder minimales Verdichtungsverhältnis, von einem Zielwert für einen Sollwert, bspw. einem Mittelwert der Verdichtungsverhältnisse sämtlicher Zylinder, abweicht. Durch diese Korrektur 44 wird erreicht, dass alle Zylinder gleichmäßig komprimieren und somit gleichmäßig laufen.
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Das Diagramm aus 4 zeigt in schematischer Darstellung insgesamt vier Zylinder 46, 48, 50, 52 eines Verbrennungsmotors. Hierbei ist jeder Zylinder 46, 48, 50, 52 über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle 54 verbunden, an der ein als Drehzahlsensor 56 ausgebildeter Sensor zum Bestimmen einer Drehzahl der Kurbelwelle 54 und somit eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Bei Durchführung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für einen ersten Zylinder 46 ein erster Messwert 58 der Drehzahl, für einen zweiten Zylinder 48 ein zweiter Messwert 60 der Drehzahl, für einen dritten Zylinder 50 ein dritter Messwert 62 der Drehzahl und für einen vierten Zylinder 52 ein vierter Messwert 64 der Drehzahl als Betriebsparameter ermittelt. Die genannten Messwerte 58, 60, 62, 64 für die Drehzahl der einzelnen Zylinder 46, 48, 50, 52 sind in 4 in einem ersten Teildiagramm 70 als Kurve aufgezeigt. Außerdem zeigt dieses Teildiagramm 70 einen durch eine gepunktete Linie angedeuteten Zielwert 72, den jede Drehzahl jedes Zylinders 46, 48, 50, 52 aufweisen sollte.
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Nach Auswertung und Analyse der Messwerte 58, 60, 62, 64 für die Drehzahl der einzelnen Zylinder 46, 48, 50, 52 wird eine Korrektur 74 der Kompressionsverhältnisse der Zylinder 46, 48, 50, 52 vorgenommen. Hierbei werden die Kompressionsverhältnisse des ersten und dritten Zylinders 46, 50, da die Messwerte 58, 62 der Drehzahl unterhalb des Zielwerts 72 liegen, verringert und die der Kompressionsverhältnisse des zweiten und vierten Zylinders 48, 52 erhöht, da die Messwerte 60, 64 für die Drehzahl oberhalb des Zielwerts 72 liegen. Somit ergibt sich, wie das zweite Teildiagramm 76 aus 4 zeigt, dass die durch Korrekturwerte angepassten, für den laufenden Betrieb vorgesehenen Sollwerte 59, 61, 63, 65 für die Drehzahlen sämtlicher Zylinder 46, 48, 50, 52 dem vorgesehenen Zielwert 72 entsprechen.
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5 zeigt ebenfalls den bereits vorgestellten Verbrennungsmotor 40 in schematischer Darstellung. Bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieser Verbrennungsmotor 40 an ein als Elektromaschine ausgebildetes Antriebsaggregat gekoppelt und lediglich im Schub, wobei im Verbrennungsmotor 40 keine Verbrennung durchgeführt wird, konstant gedreht. Weiterhin werden dabei für den Verbrennungsmotor 40 ein Verlauf 78 der Temperatur sowie ein Verlauf 80 des Drucks der Abgase des Verbrennungsmotors 40 als Betriebsparameter gemessen. Durch diese Maßnahme kann für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 40 das Kompressionsverhältnis indirekt ermittelt werden.
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Falls hierbei zu große Unterschiede für die Messwerte des Drucks und/oder der Temperatur ermittelt werden, kann der Verbrennungsmotor 40 als nicht konform bewertet werden. Falls bspw. ein Zylinder deutlich weniger komprimieren sollte und demnach ein zu geringes Kompressionsverhältnis als die anderen Zylinder aufweisen sollte, ergibt sich, dass die Luft in diesem Zylinder weniger komprimiert wird, woraus resultiert, dass von dem Zylinder erzeugte Abgase einen zu geringen Druck und/oder eine zu geringe Temperatur aufweisen. In diesem Fall ist im Kompressionstakt dieses Zylinders zu erwarten, dass sich die anhand der Verläufe 78, 80 dargestellten Messwerte des Drucks und/oder der Temperatur deutlich ändern. Auch in diesem Fall wird eine Korrektur 82 der Stellung des Verdichtungsverhältnisses für jeden einzelnen Zylinder, dessen Verdichtungsverhältnis von einem hierfür vorgesehenen Zielwert abweicht, korrigiert. Somit ergibt sich, dass sämtliche Zylinder gleichmäßig komprimieren und deswegen einen gleichmäßigen Druck oder eine gleichmäßige Temperatur für das Abgas aufweisen.
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6 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 92, mit der eine vierte Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens durchgeführt werden kann, das anhand des in 7 dargestellten Diagramms beschrieben wird.
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Die Anordnung 92 sowie das Verfahren sind zum Betreiben eines Verbrennungsmotors 94 vorgesehen, der als Komponenten mehrere Zylinder 96, 98, 100, 102 aufweist. Außerdem umfasst sowohl die erfindungsgemäße Anordnung 92 als auch der Verbrennungsmotor 94 als Komponente eine Vorrichtung 104, die dazu ausgebildet ist, für mindestens einen Zylinder 96, 98, 100, 102 und somit in der Regel für sämtliche Zylinder 96, 98, 100, 102 ein Verdichtungsverhältnis individuell einzustellen. Die Vorrichtung 104 umfasst als Komponenten, die zugleich auch Komponente des Verbrennungsmotors 94 sind, mehrere Aktoren 106, 108, 110, 112, wobei jeder dieser Aktoren 106, 108, 110, 112 einem der Zylinder 96, 98, 100, 102 zugeordnet und zum Einstellen dessen Verdichtungsverhältnisses ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung 104 mehrere Sensoren 114, 116, 118, 120, wobei jeder dieser Sensoren 114, 116, 118, 120 jeweils einem Zylinder 96, 98, 100, 102 zugeordnet und zum Bestimmen eines Betriebsparameters ausgebildet ist. Hierbei kann als Betriebsparameter üblicherweise das Verdichtungsverhältnis eines jeweiligen Zylinders 96, 98, 100, 102, ein Druck oder eine Temperatur von Abgas, das von jeweils einem Zylinder 96, 98, 100, 102 erzeugt wird, ermittelt werden. Außerdem umfasst die Vorrichtung 104 ein Steuergerät 122, das mit den Aktoren 106, 108, 110, 112 sowie den Sensoren 114, 116, 118, 120 verbunden ist, und Werte, üblicherweise ermittelte Messwerte sowie zylinderindividuell vorgesehene Sollwerte für Betriebsparameter austauscht. Als weitere Komponente umfasst die Anordnung 92 ein Antriebsaggregat 124, mit dem der Verbrennungsmotor 94 bei Durchführung der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Realisierung eines Schubbetriebs anzutreiben ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nach einer Neueinstellung 125 mindestens einer Komponente des Verbrennungsmotors 94, d. h. bspw. mindestens eines Zylinders 96, 98, 100, 102 und/oder mindestens einer Komponente der Vorrichtung 104, vor einer eigentlichen Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors für mindestens einen, in der Regel für jeden Zylinder 96, 98, 100, 102 durchgeführt. Bei einer vorgesehenen Ermittlung 126 wird mindestens ein Messwert eines Betriebsparameters für mindestens eine Komponente des Verbrennungsmotors 94 zylinderindividuell bestimmt. Es ist vorgesehen, dass der mindestens eine Betriebsparameter dem Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist, d. h. von dem Verdichtungsverhältnis abhängig und folglich mit diesem korreliert ist. Dieser mindestens eine Messwert wird einer Analyse 128 unterzogen. Dabei wird der mindestens eine ermittelte Messwert mit einem hierfür vorgegebenen Zielwert verglichen und eine Abweichung des mindestens einen ermittelten Messwerts von dem Zielwert für den Betriebsparameter bestimmt. Bei einer nachfolgenden Korrektur 130 wird mindestens ein Sollwert des Betriebsparameters für die mindestens eine Komponente bei einem, für einen und/oder während einem laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors 94 unter Berücksichtigung des mindestens einen ermittelten Messwerts korrigiert.
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Hierbei wird der mindestens eine für den laufenden Betrieb vorgesehene Sollwert des Betriebsparameters in Abhängigkeit eines Werts für die Abweichung des Messwerts von dem Zielwert korrigiert. Dabei wird zur Korrektur des mindestens einen Sollwerts für den Betrieb des Verbrennungsmotors 94 ein Korrekturwert, der einem negativen Wert für die Abweichung des mindestens einen ermittelten Messwerts von dem mindestens einen Zielwert entspricht, verwendet.
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Falls der mindestens eine ermittelte Messwert größer als der mindestens eine vorgesehene Zielwert ist, bedeutet dies, dass der Wert für die Abweichung positiv ist. Somit wird der Sollwert im Rahmen der Korrektur 130 bei laufendem Betrieb des Verbrennungsmotors 94 um einen Korrekturwert, dessen Betrag dem Wert für die Abweichung entspricht, verringert und somit korrigiert. Falls der mindestens eine ermittelte Messwert kleiner als der Zielwert sein sollte, ist für die Korrektur 130 bei laufendem Betrieb vorgesehen, den mindestens einen Sollwert um einen Korrekturwert, dessen Betrag dem Betrag des Werts für die Abweichung entspricht, anzuheben und somit zu korrigieren.
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Das Verfahren kann nach Abschluss einer Herstellung des Verbrennungsmotors 94 im Werk oder in einer Werkstatt nach der Neueinstellung 125 durchgeführt werden, wobei der Verbrennungsmotor 104 für die Ermittlung von dem externen Antriebsaggregat 124 fremdangetrieben wird. Das mindestens eine Antriebsaggregat 124 kann als Elektromaschine, Elektromotor und/oder Anlasser ausgebildet sein. Bei der vorgesehenen Ermittlung wird der Verbrennungsmotor 94 mit diesem Antriebsaggregat 124 gekoppelt und extern angetrieben.
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Als der mindestens eine Zielwert kann bspw. ein Mittelwert aus ermittelten Messwerten für sämtliche Zylinder 96, 98, 100, 102 verwendet werden.
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Weiterhin kann der mindestens eine Messwert für den Betriebsparameter in einer maximalen Stellung des Verdichtungsverhältnisses und/oder in einer minimalen Stellung des Verdichtungsverhältnisses ermittelt werden. Es ist jedoch auch möglich, als den mindestens einen Messwert einen Mittelwert mehrerer bei der Ermittlung 126 bestimmter Messwerte zu bilden.
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In Ausgestaltung wird als Betriebsparameter das Verdichtungsverhältnis für jeden Zylinder als Komponente des Verbrennungsmotors 94 bestimmt. Der mindestens eine Messwert des Verdichtungsverhältnisses kann aus einem Messwert für einen anderen, mit dem Verdichtungsverhältnis korrelierten Betriebsparameter der mindestens einen Komponente des mindestens einen Zylinders 96, 98, 100, 102 abgeleitet und demnach indirekt ermittelt werden.
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Der mindestens eine Sensor 114, 116, 118, 120 ist dazu ausgebildet, einen Messwert einer Verdichtung des mindestens einen Zylinders 96, 98, 100, 102 eines Drucks von Abgas des mindestens einen Zylinders 96, 98, 100, 102, einer Temperatur von Abgas des mindestens einen Zylinders 96, 98, 100, 102 oder einer Drehzahl einer Kurbelwelle als Betriebsparameter mindestens einer Komponente des Verbrennungsmotors 94 zu ermitteln.
