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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Stelleinrichtung zum Verstellen des Istverdichtungsverhältnisses in wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei an der Stelleinrichtung ein Sollverdichtungsverhältnis eingestellt wird und dem Zylinder wenigstens ein Einspritzventil zum Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
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Die Brennkraftmaschine dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Die Brennkraftmaschine weist die Stellvorrichtung auf, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine beziehungsweise das Verdichtungsverhältnis in dem wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann. An der Stelleinrichtung wird hierzu das Sollverdichtungsverhältnis eingestellt, woraufhin diese ein Istverdichtungsverhältnis in Richtung des Sollverdichtungsverhältnisses verändert oder - falls das Istverdichtungsverhältnis bereits dem Sollverdichtungsverhältnis entspricht - auf dem Sollverdichtungsverhältnis hält.
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Dem Zylinder der Brennkraftmaschine sind mehrere Gaswechselventile, nämlich zumindest das wenigstens eine Einlassventil und das wenigstens eine Auslassventil zugeordnet. Selbstverständlich kann der Zylinder auch mehrere Einlassventile und mehrere Auslassventile aufweisen. Durch die Einlassventile kann Frischgas oder ein Frischgas-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder einströmen. Durch das Auslassventil kann Abgas aus dem Zylinder ausgebracht werden.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2014 002 368 A1 bekannt. Diese betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem um eine Koppelglieddrehachse drehbar auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelglied und wenigstens einer um eine Exzenterdrehachse drehbar auf einem Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleuelstange, wobei das Koppelglied um eine Kolbenpleueldrehachse schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange eines Kolbens der Brennkraftmaschine und um eine Anlenkpleueldrehachse schwenkbar mit der Anlenkpleuelstange verbunden ist, und wobei eine Drehachse der Exzenterwelle oberhalb einer Ebene liegt, die eine Drehachse der Kurbelwelle aufnimmt und senkrecht auf wenigstens einer Zylinderlängsmittelachse steht.
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Dabei ist vorgesehen, dass jeweils bezogen auf einen Gesamtkolbenhub des Kolbens der Abstand zwischen der Kolbendrehachse und der Kolbenpleueldrehachse wenigstens 1,41 und höchstens 1,61 beträgt; und der Abstand zwischen der Kolbenpleueldrehachse und der Koppelglieddrehachse wenigstens 0,38 und höchstens 0,58 beträgt; und der Abstand zwischen der Koppelglieddrehachse und der Anlenkpleueldrehachse mindestens 0,82 und höchstens 1,02 beträgt; und der Abstand zwischen der Anlenkpleueldrehachse und der Exzenterdrehachse wenigstens 1,63 und höchstens 1,83 beträgt.
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Weiterhin sind aus der Druckschrift
US 4,539,946 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, aus der Druckschrift
DE 10 2008 023 104 A1 ein Verfahren zum Feststellen einer Motorposition und aus der Druckschrift
DE 10 2012 002 030 B3 ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils an gasförmigem Arbeitsmedium im Zylinder einer Brennkraftmaschine bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine Abweichung des Istverdichtungsverhältnisses von dem Sollverdichtungsverhältnis auf einfache Art und Weise feststellen kann.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zum Überprüfen auf eine Abweichung des Istverdichtungsverhältnisses von dem Sollverdichtungsverhältnis während eines Verdichtungstakts des Zylinders das Einspritzventil geöffnet wird, wenn in dem Zylinder eine Verdichtung eines darin befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemischs erfolgt, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einem Brennraum des Zylinders und einer Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegt und der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegende Druck dem Druck in dem Brennraum des Zylinders entspricht, und anhand eines in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegenden Drucks auf das Istverdichtungsverhältnis geschlossen wird.
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In anderen Worten wird das Istverdichtungsverhältnis ermittelt, indem das Einspritzventil geöffnet wird, wenn in dem Zylinder derzeit eine Verdichtung des darin befindlichen Kraftstoffs-Luft-Gemischs erfolgt. Besonders bevorzugt ist es dabei selbstverständlich vorgesehen, das Einspritzventil zu öffnen, wenn während des Verdichtungstakts der höchste Druck in dem Zylinder vorliegt, beispielsweise also dann, wenn sich ein in dem Zylinder längsbeweglich angeordneter Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet. Durch das Öffnen des Einspritzventils wird die Strömungsverbindung zwischen dem Brennraum des Zylinders und der Kraftstoffversorgungseinrichtung hergestellt. Folglich kann sich der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegende Druck an den in dem Zylinder beziehungsweise dem Brennraum vorliegenden Druck angleichen.
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Entsprechend wird davon ausgegangen, dass der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegende Druck dem Druck in dem Brennraum des Zylinders entspricht. Daher kann der Druck in der Kraftstoffversorgungseinrichtung zum Ermitteln des Istverdichtungsverhältnisses herangezogen werden. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, das Einspritzventil während des Verdichtungstakts mehrmals zu öffnen, um zu unterschiedlichen Zeitpunkten den Druck in dem Brennraum durch Ermitteln des in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegenden Drucks festzustellen. Beispielsweise wird das Einspritzventil einmal zu Beginn des Verdichtungstakts und einmal am Ende des Verdichtungstakts geöffnet und der dann jeweils vorliegende Druck festgehalten. Das bedeutet, dass davon ausgegangen werden kann, dass der erste Druck dem niedrigsten während des Arbeitsspiels vorliegenden Druck in dem Zylinder und der zweite Druck dem höchsten Druck während des Arbeitsspiels entspricht. Aus den beiden Drücken kann daher unmittelbar das Istverdichtungsverhältnis ermittelt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Brennraum und einem Kraftstoffhochdruckspeicher der Kraftstoffversorgungseinrichtung hergestellt wird. Der Kraftstoffhochdruckspeicher ist beispielsweise ein Kraftstoffrail, in welchem unter Druck stehender Kraftstoff für den Zylinder und optional weitere Zylinder zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise dient der Kraftstoffhochdruckspeicher der Versorgung mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine, insbesondere aller Zylinder der Brennkraftmaschine, mit unter Druck stehendem Kraftstoff, sodass er als Common-Rail ausgestaltet ist. Insoweit ist der Kraftstoffhochdruckspeicher an den Zylinder der Brennkraftmaschine beziehungsweise die entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils über ein Einspritzventil strömungstechnisch angeschlossen. Durch Öffnen des jeweiligen Einspritzventils kann Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher in den entsprechenden Zylinder eingebracht werden.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher Kraftstoff für mehrere, den wenigstens einen Zylinder umfassende Zylinder der Brennkraftmaschine bereitstellt. Hierauf wurde vorstehend bereits eingegangen. Der Kraftstoffhochdruckspeicher stellt insoweit den Kraftstoff nicht lediglich dem wenigstens einen Zylinder, sondern mehreren Zylindern bereit, wobei der wenigstens eine Zylinder eine Untermenge dieser Zylinder darstellt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Druck in der Kraftstoffversorgungeinrichtung mittels eines Sensors gemessen wird. Der Kraftstoffversorgungseinrichtung ist entsprechend ein Drucksensor zugeordnet, insbesondere steht dieser in Strömungsverbindung mit einer Druckkammer der Kraftstoffversorgungseinrichtung, in welcher der Kraftstoff bereitgestellt wird.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einspritzventil zum Herstellen der Strömungsverbindung geöffnet wird, wenn wenigstens ein anderes, mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher strömungsverbundenes Einspritzventil geschlossen ist, insbesondere alle anderen mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher strömungsverbundenen Einspritzventile geschlossen sind. Somit wird sichergestellt, dass der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegende Druck tatsächlich dem Druck in dem Brennraum des Zylinders entspricht. Dabei ist es umso vorteilhafter, je weniger der mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher strömungsverbundenen Einspritzventile geöffnet sind, während der in der Kraftstoffversorgungeinrichtung vorliegende Druck ermittelt wird, um aus diesem anschließend das Istverdichtungsverhältnis zu bestimmen. Besonders bevorzugt sollen daher alle anderen mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher strömungsverbundenen Einspritzventile geschlossen sein, während das Einspritzventil zum Herstellen der Strömungsverbindung geöffnet ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung, insbesondere in dem Kraftstoffhochdruckspeicher, vorliegende Kraftstoffdruck reduziert wird, bevor das Einspritzventil geöffnet wird. Der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung beziehungsweise dem Kraftstoffhochdruckspeicher vorliegende Kraftstoffdruck ist üblicherweise deutlich höher als der in dem Zylinder beziehungsweise dessen Brennraum vorliegende Druck. Um daher auf den Druck in den Brennraum schließen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, zunächst den Kraftstoffdruck zu reduzieren. Erst anschließend wird das Einspritzventil zum Herstellen der Strömungsverbindung geöffnet.
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Schließlich ist im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Kraftstoffdruck auf oder unter einen sich aus dem Sollverdichtungsverhältnis ergebenden erwarteten Druck reduziert wird. Unter der Annahme, dass das Istverdichtungsverhältnis dem Sollverdichtungsverhältnis entspricht oder zumindest näherungsweise entspricht, kann der Druck ermittelt werden, welcher voraussichtlich beim Öffnen des Einspritzventils vorliegt. Zumindest bis auf diesen Druck soll der Kraftstoffdruck reduziert werden. Besonders bevorzugt wird der Kraftstoffdruck jedoch noch weiter reduziert, sodass er unter dem erwarteten Druck liegt. Beispielsweise entspricht der erwartete Druck dem höchsten während des Arbeitsspiels sich in dem Brennraum ergebenden Druck.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine eine Stelleinrichtung zum Verstellen des Istverdichtungsverhältnisses in wenigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine aufweist, wobei an der Stelleinrichtung ein Sollverdichtungsverhältnis einstellbar ist und dem Zylinder wenigstens ein Einspritzventil zum Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder zugeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, zum Überprüfen auf eine Abweichung des Istverdichtungsverhältnisses von dem Sollverdichtungsverhältnis während eines Verdichtungstakts des Zylinders das Einspritzventil zu öffnen, wenn in dem Zylinder eine Verdichtung eines darin befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemischs erfolgt, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einem Brennraum des Zylinders und einer Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegt und der in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegende Druck dem Druck in dem Brennraum des Zylinders entspricht, und anhand eines in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegenden Drucks auf das Istverdichtungsverhältnis zu schließen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, welche beispielsweise als Reihenbrennkraftmaschine, insbesondere als Viertakt-Vierzylinder- Reihenbrennkraftmaschine vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt eine Kurbelwelle 2 und wenigstens einen Kolben 3 (hier: vier Kolben 3). Der Kolben 3 beziehungsweise die Kolben 3 sind jeweils in einem von hier nicht dargestellten Zylindern der Brennkraftmaschine 1 linear beweglich gelagert. Jeder der Kolben 3 ist über eine Kolbenpleuelstange 4 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden.
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Die Kurbelwelle 2 ist beispielsweise in hier nicht dargestellten Wellenlagern eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und weist mehrere der Lagerung dienende zylindrische Wellenzapfen sowie wenigstens einen Hubzapfen (hier nicht erkennbar) auf, dessen Längsmittelachse parallel zu einer Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 versetzt ist. Üblicherweise liegen ebenso viele Hubzapfen wie Kolben 3 beziehungsweise Kolbenpleuelstangen 4 vor, sodass in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Hubzapfen vorgesehen sind, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zu der Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 versetzt sind.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 6, die eine zur Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 parallele Drehachse 7 aufweist. Die Exzenterwelle 6 ist beispielsweise neben der Kurbelwelle 2 sowie etwas unterhalb von dieser in dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert. Sie ist über einen Mehrgelenkskurbeltrieb 8 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Neben der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 6 umfasst der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 wenigstens ein Koppelglied 9, welches auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist. Üblicherweise sind ebenso viele Koppelglieder 9 wie Kolben 3 beziehungsweise Kolbenpleuelstangen 4 vorhanden, sodass in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Koppelglieder 9 vorliegen, die jeweils auf einem der Hubzapfen der der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert sind.
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Jedes der Koppelglieder 9 weist einen Hubarm 10 auf, der über ein Schwenkgelenk 11 schwenkbar mit einem unteren Ende von einem der Kolbenpleuelstangen 4 verbunden ist. Ein oberes Ende der jeweiligen Kolbenpleuelstange 4 ist über ein weiteres Schwenkgelenk 12 am zugehörigen Kolben 3 angelenkt. Insgesamt ist also jeder der Kolben 3 über die jeweilige Kolbenpleuelstange 4 und das jeweilige Koppelglied 9 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden.
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Der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuelstangen 4 und der Koppelglieder 9 entsprechende Anzahl von Anlenkpleuelstangen 13. Diese sind vorzugsweise ungefähr parallel zu den Kolbenpleuelstangen 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 6 jeweils in etwa derselben Ebene wie die dazugehörige Kolbenpleuelstange 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2, angeordnet. Jede Anlenkpleuelstange 13 umfasst eine Pleuelstange 14 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 14 angeordnete Pleuelaugen 15 und 16, insbesondere mit unterschiedlichen inneren Durchmessern.
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Das Pleuelauge 16 jeder Anlenkpleuelstange 13 am unteren Ende der Pleuelstange 14 umgibt einen in Bezug zur Drehachse der Exzenterwelle 6 exzentrischen Hubzapfen 17 der Exzenterwelle 6, auf dem die Anlenkpleuelstange 13 mittels eines Drehlagers 18 drehbar gelagert ist. Das Pleuelauge 15 am oberen Ende der Pleuelstange 14 jeder Anlenkpleuelstange 13 bildet einen Teil eines Schwenkgelenks 19 zwischen der Anlenkpleuelstange 13 und einem Koppelarm 20 des benachbarten Koppelglieds 9, der auf der zum Hubarm 10 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht. Die Exzenterwelle 6 weist zwischen benachbarten exzentrischen Hubzapfen 17 sowie an ihren Stirnenden zur Lagerung der Exzenterwelle 6 in Wellenlagern dienende, zur Drehachse 7 koaxiale Wellenabschnitte 21 auf.
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Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann mittels der zuvor beschriebenen Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 2 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibungskräfte zwischen dem Kolben 3 und Zylinderwänden der Zylinder führt. Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 8 ein Arbeitshub der Kolben 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden. Insoweit stellt der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 eine Stelleinrichtung zum Verstellen des Istverdichtungsverhältnisses in den Zylindern dar.
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Weiter weist die Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 eine Stellvorrichtung 22 auf, mittels welcher die Istdrehwinkelstellung der Exzenterwelle 6 innerhalb eines bestimmten Drehwinkelbereichs einstellbar ist. Die Stellvorrichtung 22 verfügt über ein Getriebe 23 mit einem auf der Exzenterwelle 6 drehfest angeordneten Abtriebsrad 24. Ein mit dem Abtriebsrad 24 wirkverbundenes Antriebselement 25 ist mittels einer Antriebseinrichtung 26 antreibbar. Die Antriebseinrichtung 26 ist beispielsweise ein kleinbauender Elektromotor, welcher insbesondere bei hoher Drehzahl, jedoch mit niedrigem Drehmoment betrieben wird.
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Das Getriebe 23 liegt in der hier dargestellten Ausführungsform als Schneckengetriebe vor. Das bedeutet, dass das Antriebselement 25 als Schnecke und das Abtriebsrad 24 als Schneckenrad ausgebildet ist. Das Schneckengetriebe ist vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgebildet. Das bedeutet, dass sowohl eine Drehbewegung der Antriebseinrichtung 26 auf das Abtriebsrad 24 übertragen wird, als auch in die umgekehrte Richtung. Alternativ kann selbstverständlich eine selbsthemmende Ausführungsform des Schneckengetriebes realisiert sein. Das Antriebselement 25 ist auf einer Antriebswelle 27 angeordnet beziehungsweise drehfest mit dieser verbunden. Die Antriebswelle 27 ist über ein Übersetzungsgetriebe 28, welches als Planetengetriebe ausgebildet ist, von der Antriebseinrichtung 26 antreibbar.
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Beispielsweise ist es vorgesehen, anhand eines Lagesensors beziehungsweise Winkelsensors eine Drehwinkelstellung der Exzenterwelle 6 zu ermitteln und anhand dieser auf das Istverdichtungsverhältnis zu schließen. Mit Hilfe der Stellvorrichtung 22 wird insoweit beim Einstellen eines bestimmten Sollverdichtungsverhältnisses die Drehwinkelstellung der Exzenterwelle 6 solange verändert, bis die anhand des Sensors ermittelte Drehwinkelstellung der Exzenterwelle 6 einem Istverdichtungsverhältnis entspricht, welches gleich dem Sollverdichtungsverhältnis ist. Aufgrund der langen Wirkkette zwischen der Stellvorrichtung 22 beziehungsweise der Exzenterwelle 6 und den Kolben 3 kann es jedoch zu einer Abweichung des tatsächlich in dem Zylinder vorliegenden Istverdichtungsverhältnisses von dem anhand der Drehwinkelstellung der Exzenterwelle 6 ermittelten Istverdichtungsverhältnis und mithin von dem Sollverdichtungsverhältnis kommen.
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Aus diesem Grund soll auf eine Abweichung des Istverdichtungsverhältnisses von dem Sollverdichtungsverhältnis überprüft werden. Hierzu ist es vorgesehen, während eines Verdichtungstakts des Zylinders das Einspritzventil zu öffnen, sodass eine Strömungsverbindung zwischen einem Brennraum des Zylinders und einer Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegt. Aus dem in der Kraftstoffversorgungseinrichtung vorliegenden Druck kann anschließend auf das Istverdichtungsverhältnis geschlossen werden.
