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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die wenigstens einen Zylinder sowie eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder aufweist. 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 den wenigstens einen Zylinder auf, in welchem ein Kolben linear verlagerbar angeordnet ist, insbesondere zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt. Die lineare Bewegung des Kolbens wird mittels eines Kurbeltriebs in eine Drehbewegung umgesetzt. Die Brennkraftmaschine verfügt weiterhin über die Stelleinrichtung, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine beziehungsweise das Verdichtungsverhältnis in dem wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann. An der Stelleinrichtung wird hierzu ein 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 wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil zugeordnet. Selbstverständlich kann der Zylinder auch mehrere Einlassventile und/oder mehrere Auslassventile aufweisen. Durch das Einlassventil kann Frischgas, beispielsweise Frischluft, ein Frischluft-Kraftstoff-Gemisch, ein Frischluft-Abgas-Gemisch oder ein beliebig zusammengesetztes Gemisch aus Frischluft, Abgas und Kraftstoff, in den Zylinder eingebracht werden. Durch das Auslassventil kann während einer in dem Zylinder beziehungsweise einem Brennraum des Zylinders ablaufenden Verbrennung anfallendes Abgas aus dem Zylinder ausgebracht werden.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Durchschrift
US 7 278 383 B2 bekannt. Diese betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis sowie einem variablen Ventiltrieb. Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 018 946 A1 eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei der eine variable Verdichtung durch eine Verstellung eines Zylinderkopfes gegenüber einem Kurbelgehäuse erfolgt, und der Ventilhub mit einer mechanischen variablen Ventilsteuerung verändert wird mit einer Verstellung der Ventilöffnungszeit und/oder der Ventilschließzeit von Ein- und/oder Auslassventilen. Dabei ist vorgesehen, dass bei der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses über eine Verstelleinheit gleichzeitig über eine zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse vorgesehene Verstelleinrichtung die Verstellung der Ventilhubbewegung mindestens eines Ein- und/oder Auslassventils erfolgt, sodass bei einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses durch eine Lageänderung des Zylinderkopfes gegenüber dem Kurbelgehäuse in Abhängigkeit der Lageänderung der maximale Ventilhub und der Ventilöffnungs- beziehungsweise Ventilschließzeitpunkt der Ein- oder Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine veränderlich ist.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 42 11 589 A1 eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit veränderbarer Verdichtung, bei der ein Zylindergehäuse mit einem Zylinderkopf mit Gaswechselventilen verbunden ist, wobei das Zylindergehäuse in einem separaten Kurbelgehäuse axial verschiebbar geführt ist und eine Verstellvorrichtung vorgesehen ist, die von einem Steuergerät gesteuert die Verdichtungsänderung abhängig von der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine bewirkt.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 10 2011 017 229 A1 ein Verfahren zum Überprüfen einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, bei welchem ein Zustand der Stelleinrichtung ermittelt wird, wobei das Verfahren durchgeführt wird, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in einem ungefeuerten Betriebszustand befindet.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik eine Brennkraftmaschine sowie ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine aus den Druckschriften
JP 2005-83 238 A sowie
JP 2004-218 551 A bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere zuverlässig Beschädigungen der Brennkraftmaschine während ihres Betriebs vermeidet.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung vor einem Starten der Brennkraftmaschine ein momentan eingestelltes Istverdichtungsverhältnis mit einem Maximalverdichtungsverhältnis verglichen und das Starten der Brennkraftmaschine bei einem Überschreiten des Maximalverdichtungsverhältnisses durch das Istdichtungsverhältnis unterbunden wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Vor dem Starten der Brennkraftmaschine wird insoweit zunächst geprüft, ob die Stelleinrichtung funktionsfähig ist oder ob die Fehlfunktion vorliegt. Ist die Stelleinrichtung funktionsfähig, so wird das Starten zugelassen und nachfolgend vorzugsweise durchgeführt. Das Starten der Brennkraftmaschine erfolgt beispielsweise aus dem Stillstand. Während des Startens wird die Brennkraftmaschine auf eine bestimmte Drehzahl, beispielsweise eine Minimaldrehzahl oder eine Leerlaufdrehzahl, gebracht.
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Unter der Minimaldrehzahl ist eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verstehen, ab welcher diese selbsttätig betrieben werden kann, also ohne den Einfluss eines auf das Antreiben der Brennkraftmaschine gerichteten externen Drehmoments. Die Leerlaufdrehzahl beschreibt dagegen eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, bei welcher diese im lastfreien Zustand betrieben wird, also wenn die Brennkraftmaschine von weiteren Bereichen eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs entkoppelt ist. Die Leerlaufdrehzahl wird üblicherweise derart gewählt, dass ein möglichst geräuscharmer, kraftstoffsparender und emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine realisiert ist. Die Leerlaufdrehzahl ist vorzugsweise größer als die Minimaldrehzahl. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine wird die Brennkraftmaschine befeuert betrieben, also unter Kraftstoffzufuhr, insbesondere bei ihrer Leerlaufdrehzahl.
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Wird vor dem Starten der Brennkraftmaschine die Fehlfunktion der Stelleinrichtung festgestellt, kann also das momentan eingestellte Sollverdichtungsverhältnis und mithin auch das momentan vorliegende Istverdichtungsverhältnis nicht verändert werden, so ist es sinnvoll, sicherzustellen, dass dennoch ein sicherer Start der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Es wird angenommen, dass dies der Fall ist, wenn das momentan eingestellte Sollverdichtungsverhältnis oder Istverdichtungsverhältnis kleiner ist als das Maximalverdichtungsverhältnis. Wird festgestellt, dass sowohl die Fehlfunktion der Stelleinrichtung vorliegt als auch das Istverdichtungsverhältnis größer ist als das Maximalverdichtungsverhältnis, so wird das Starten der Brennkraftmaschine unterbunden, also nicht zugelassen. Ist dagegen das Istverdichtungsverhältnis kleiner oder höchstens gleich dem Maximalverdichtungsverhältnis, so wird das Starten der Brennkraftmaschine trotz der Fehlfunktion, also gerade auch bei dem Vorliegen der Fehlfunktion der Stelleinrichtung, zugelassen und vorzugsweise nachfolgend durchgeführt.
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Das Maximalverdichtungsverhältnis kann grundsätzlich beliebig festgelegt werden. Beispielsweise ist es ein konstanter Wert, welcher einmalig in der Brennkraftmaschine beziehungsweise an dem Steuergerät der Brennkraftmaschine eingestellt wird und nachfolgend unveränderbar ist. Allenfalls kann das Maximalverdichtungsverhältnis durch Umprogrammieren der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Steuergeräts geändert werden, jedoch nicht während eines normalen Betriebs der Brennkraftmaschine. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Maximalverdichtungsverhältnis variabel ist und für jedes Starten der Brennkraftmaschine neu ermittelt wird.
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In jedem Fall wird das Maximalverdichtungsverhältnis vorzugweise derart gewählt, dass es – falls das Istverdichtungsverhältnis kleiner oder gleich dem Maximalverdichtungsverhältnis ist – nicht zu einer Kollision zwischen einem der Gaswechselventile des Zylinders und dem in dem Zylinder angeordneten Kolben kommen kann, insbesondere nicht dann, wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt oder in der Nähe des oberen Totpunkts befindet.
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Eine derartige Vorgehensweise ist insbesondere dann sinnvoll, wenn insbesondere auch bei stehender Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen Temperaturen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Abstände zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil auftreten. Dies kann beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlicher Materialien der Brennkraftmaschine der Fall sein, insbesondere falls ein den Zylinder aufweisendes Zylinderkurbelgehäuse und wenigstens ein Bestandteil eines Kurbeltriebs der Brennkraftmaschine, mit welchem der Kolben verbunden ist, insbesondere über eine Pleuelstange, aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
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In diesem Fall kann es nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine, bei welchem sich die Brennkraftmaschine noch auf einer höheren Temperatur, beispielsweise ihrer Betriebstemperatur befindet, bei einem Abkühlen auf eine niedrigere Temperatur zu einer Veränderung des Abstands zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil kommen, insbesondere zu einer Verringerung des Abstands.
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Liegt bei dem Starten ein zu hohes Istverdichtungsverhältnis vor, so kann es nach dem Starten der Brennkraftmaschine zu einer Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil kommen. Aus diesem Grund kann es vorgesehen sein, vor dem Starten der Brennkraftmaschine aus dem Stillstand heraus das an der Brennkraftmaschine eingestellte Sollverdichtungsverhältnis und mithin das tatsächlich vorliegende Istverdichtungsverhältnis zu verringern und erst nachfolgend das Starten der Brennkraftmaschine vorzunehmen. Beispielsweise wird das Sollverdichtungsverhältnis auf ein Minimalverdichtungsverhältnis eingestellt. Liegt jedoch die Fehlfunktion der Stelleinrichtung vor, so kann das Istverdichtungsverhältnis nicht dem Sollverdichtungsverhältnis angeglichen werden. In diesem Fall soll gemäß der vorstehenden Beschreibung das Starten der Brennkraftmaschine nur dann zugelassen werden, wenn das Istverdichtungsverhältnis kleiner oder gleich dem Maximalverdichtungsverhältnis ist. Auf diese Art und Weise können Beschädigungen der Brennkraftmaschine, insbesondere des Gaswechselventils und/oder des Kolbens, zuverlässig vermieden werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Maximalverdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von Ventilsteuerparametern wenigstens eines Gaswechselventils des Zylinders ermittelt wird. Die Ventilsteuerparameter beschreiben beispielsweise einen Ventilhub des Gaswechselventils und/oder einen Ventilöffnungszeitpunkt und/oder einen Ventilschließzeitpunkt. Der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt begrenzen gemeinsam einen Ventilöffnungszeitraum, schließen diesen also zwischen sich ein. Bei vollständig geschlossenen Gaswechselventilen kann üblicherweise keine Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil auftreten. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt entsprechend ausgebildet.
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Die Kollision kann insoweit lediglich dann auftreten, wenn das Gaswechselventil teilweise oder vollständig geöffnet ist und sich der Kolben gleichzeitig in einer entsprechenden Position, beispielsweise dem oberen Totpunkt, befindet. Aus den Ventilsteuerparametern, insbesondere also dem Ventilhub, dem Ventilöffnungszeitpunkt und dem Ventilschließzeitpunkt, kann insoweit abgeleitet werden, ob bei einem bestimmten Istverdichtungsverhältnis eine Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil auftreten würde. Das Maximalverdichtungsverhältnis wird nun derart gewählt, dass es dem größtmöglichen Dichtungsverhältnis entspricht, bei welchem eine derartige Kollision nicht auftritt, sondern über das gesamte Arbeitsspiel ein minimaler Abstand zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil auftritt, der größer ist als ein festgelegter Minimalabstand oder diesem entspricht. Das Maximalverdichtungsverhältnis ist insoweit gleich dem größtmöglichen Verdichtungsverhältnis, mit welchem die Brennkraftmaschine bei Vorliegen der momentanen Ventilsteuerparameter betrieben werden kann, ohne dass die Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil auftritt.
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Es kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass als Gaswechselventil ein Einlassventil verwendet wird. Das Einlassventil öffnet sich üblicherweise oder ist bereits geöffnet, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, also denjenigen Punkt, in welchem er über das gesamte Arbeitsspiel der Brennkraftmaschinen hinweg dem Gaswechselventil oder zumindest einem Brennraumdach des Zylinders am nächsten ist. Dagegen kann es für ein als Auslassventil ausgestaltetes Gaswechselventil vorgesehen sein, dass sich dieses zumindest gerade dann schließt, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht.
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Entsprechend ist der über das gesamte Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine hinweg kleinste Abstand zwischen dem Kolben und dem Einlassventil üblicherweise kleiner als der kleinste Abstand zwischen dem Kolben und dem Auslassventil. Entsprechend wird bei der Betrachtung der Ventilsteuerzeiten üblicherweise das Einlassventil betrachtet. Selbstverständlich können zusätzlich oder alternativ jedoch auch die Ventilsteuerparameter des wenigstens einen Auslassventils herangezogen werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ventilsteuerparameter mittels eines variablen Ventiltriebs auf Werte eingestellt werden, bei welchen das größte Maximalverdichtungsverhältnis vorliegt. Mit Hilfe des variablen Ventiltriebs können unterschiedliche Ventilsteuerparameter realisiert werden, beispielsweise unterschiedliche Ventilhübe und/oder unterschiedliche Ventilöffnungszeitpunkte und/oder unterschiedliche Ventilschließzeitpunkte. Die Ventilsteuerparameter werden nun derart gewählt, dass das größtmögliche Maximalverdichtungsverhältnis realisiert wird und anschießend diese mit dem variablen Ventiltrieb umgesetzt. Der variable Ventiltrieb steuert das Gaswechselventil beziehungsweise die Gaswechselventile also mit den entsprechenden Ventilsteuerparametern an.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ventilsteuerparameter derart gewählt werden, dass eine Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil auch dann vermieden wird, wenn das Istverdichtungsverhältnis einem maximal möglichen Verdichtungsverhältnis entspricht. Das maximal mögliche Verdichtungsverhältnis ist das höchste mittels der Stelleinrichtung an der Brennkraftmaschine einstellbare Dichtungsverhältnis. Es ist nun vorgesehen, die Ventilsteuerparameter so anzupassen, dass auch bei Vorliegen dieses maximal möglichen Verdichtungsverhältnisses die Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil zuverlässig vermieden wird. In diesem Fall kann das Maximalverdichtungsverhältnis auf das maximal mögliche Verdichtungsverhältnis gesetzt werden, sodass das Starten der Brennkraftmaschine in jedem Fall zugelassen werden kann.
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Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventilsteuerparameter derart gewählt werden, dass das Gaswechselventil mit einem aus mehreren unterschiedlichen Ventilhüben ausgewählten kleineren der Ventilhübe betrieben wird. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Ventilsteuerparameter den Ventilhub umfassen. Vorzugsweise sind mittels des variablen Ventiltriebs für das Gaswechselventil, insbesondere das Einlassventil, unterschiedliche Ventilhübe einstellbar. In diesem Fall wird aus den mehreren Ventilhüben ein kleinerer der Ventilhübe ausgewählt und eingestellt. Unter dem kleineren der Ventilhübe ist derjenige der Ventilhübe zu verstehen, welcher nicht dem größten der Ventilhübe entspricht. Besonders bevorzugt wird der kleinste Ventilhub aus den mehreren Ventilhüben ausgewählt und eingestellt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Istverdichtungsverhältnis aus der Drehwinkelstellung einer Exzenterwelle der Stelleinrichtung ermittelt wird. Die Stelleinrichtung weist eine Exzenterwelle auf, welche zum Einstellen des Istverdichtungsverhältnisses in eine bestimmte Drehwinkelstellung verlagert wird. Entsprechend kann im Umkehrschluss aus der Drehwinkelstellung auf das momentan vorliegende Istverdichtungsverhältnis geschlossen werden. Aus der Drehwinkelstellung der Exzenterwelle kann auf einfache Art und Weise ein sehr genauer Wert für das Istverdichtungsverhältnis abgeleitet werden. Die Drehwinkelstellung wird beispielsweise mit Hilfe eines entsprechenden Drehwinkelsensors ermittelt, welcher der Exzenterwelle zugeordnet ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Stelleinrichtung ein Mehrgelenkskurbeltrieb verwendet wird. Der Mehrgelenkskurbeltrieb weist vorzugsweise wenigstens ein um eine Koppelglieddrehachse drehbar auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelagertes Koppelglied und wenigsten eine um eine Exzenterdrehachse drehbar auf einem Hubzapfen der Exzenterwelle gelagerte Anlenkpleuelstange auf. Das Koppelglied ist um eine Kolbenpleuelstange des Kolbens der Brennkraftmaschine und um eine Anlenkpleueldrehachse schwenkbar mit der Anlenkpleuelstange verbunden. Das Koppelglied sitzt also auf der Kurbelwelle beziehungsweise dem Hubzapfen der Kurbelwelle. Einerseits ist es mit dem Kolben und andererseits mit der Exzenterwelle verbunden. Durch das Einstellen der Exzenterwelle auf eine bestimmte Drehwinkelstellung kann insoweit ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine realisiert werden.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein den Zylinder aufweisendes Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und zumindest ein Bestandteile eines Kurbeltriebs der Brennkraftmaschine aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen. Das Zylinderkurbelgehäuse nimmt den Zylinder wenigstens bereichsweise auf. Beispielsweise schließt es den Zylinder gemeinsam mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ein. In dem Zylinderkurbelgehäuse ist zusätzlich zu dem Zylinder der Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine angeordnet, welcher wenigstens aus der Kurbelwelle besteht. Zusätzlich zu der Kurbelwelle kann der Kurbeltrieb die Stelleinrichtung, insbesondere den Mehrgelenkskurbeltrieb, aufweisen. Der Kurbeltrieb ist vorzugsweise in einem Kurbelraum des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet.
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Weil das Zylinderkurbelgehäuse und der Kurbeltrieb aus den Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, kann es zu der vorstehend erläuterten Problematik kommen, dass nämlich sich bei einem Abkühlen der Brennkraftmaschine, beispielsweise ausgehend von ihrer Betriebstemperatur, der Abstand zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil während eines Stillstands der Brennkraftmaschine verringert. Soll anschließend an den Stillstand das Starten der Brennkraftmaschine erfolgen, so könnte es aufgrund des verringerten Abstands zu der Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventils kommen. Dies wird durch die vorstehend beschriebene Vorgehensweise jedoch zuverlässig verhindert. Beispielsweise besteht das Zylinderkurbelgehäuse zumindest teilweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Kurbeltrieb kann dagegen zumindest teilweise aus Stahl hergestellt sein.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder sowie eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung vor einem Starten der Brennkraftmaschine ein momentan eingestelltes Istverdichtungsverhältnis mit einem Maximalverdichtungsverhältnis zu vergleichen und das Starten der Brennkraftmaschine bei einem Überschreiten des Maximalverdichtungsverhältnisses durch das Istverdichtungsverhältnis zu unterbinden.
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Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Verfahren als auch die Brennkraftmaschine können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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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:
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1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, sowie
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der 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 9 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 den 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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Die 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1. Das Verfahren beginnt in einem Startpunkt 29. Zunächst wird im Rahmen einer Verzweigung 30 abgefragt, ob eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung 8 vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird im Rahmen einer Operation 31 eine Startfreigabe für die Brennkraftmaschine 1 erteilt und bevorzugt der Start der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt. Anschließend wird das Verfahren an einem Endpunkt 32 beendet.
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Liegt jedoch eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung 8 vor, so wird im Rahmen einer Abfrage 33 geprüft, ob ein momentan mittels der Stelleinrichtung 8 eingestelltes Istverdichtungsverhältnis kleiner oder gleich einem Maximalverdichtungsverhältnis ist. Das Istverdichtungsverhältnis wird beispielsweise anhand eines Lagesensors beziehungsweise eines Drehwinkelsensors ermittelt, welcher der Exzenterwelle 6 zugeordnet ist. Zusätzlich kann das mithilfe des Drehwinkelsensors ermittelte Istverdichtungsverhältnis herangezogen werden, um das Istverdichtungsverhältnis auf ein vorgegebenes Sollverdichtungsverhältnis einzustellen, beispielsweise auf dieses einzuregeln.
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Ist das Istverdichtungsverhältnis größer als das Maximalverdichtungsverhältnis, so wird zu einer Operation 34 verzweigt, in deren Rahmen das Starten der Brennkraftmaschine 1 unterbunden wird. Anschließend wird das Verfahren an dem Endpunkt 32 beendet. Ist dagegen das Istverdichtungsverhältnis kleiner oder gleich dem Maximalverdichtungsverhältnis, so wird nachfolgend in einer Abfrage 35 geprüft, ob Ventilsteuerparameter des Gaswechselventils, insbesondere des Einlassventils, verändert werden können, nämlich derart, dass ein kollisionsfreies Betreiben der Brennkraftmaschine 1 möglich ist. Ist dies nicht der Fall, so wird erneut zu der Operation 34 verzweigt und das Starten der Brennkraftmaschine 1 unterbunden.
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Können dagegen die Ventilsteuerparameter des Gaswechselventils verändert werden, beispielsweise mithilfe eines variablen Ventiltriebs, so werden im Rahmen einer Operation 36 die Ventilsteuerparameter auf einen Sollwert eingestellt. Der Sollwert wird dabei derart gewählt, dass die Brennkraftmaschine 1 auch dann sicher betrieben werden kann, wenn das Istverdichtungsverhältnis dem Maximalverdichtungsverhältnis entspricht. Nachfolgend wird im Rahmen einer Abfrage 37 geprüft, ob die Ventilsteuerparameter bereits den Sollwert erreicht haben. Ist dies nicht der Fall, so wird vor die Operation 36 zurückverzweigt und das Einstellen auf den Sollwert erneut vorgenommen beziehungsweise fortgesetzt.
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Entsprechen dagegen die Ventilsteuerparameter dem Sollwert, so wird das Starten der Brennkraftmaschine im Rahmen der Operation 31 zugelassen und vorzugsweise durchgeführt. Anschließend wird das Verfahren – wie bereits erläutert – an dem Endpunkt 32 beendet.
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Das Maximalverdichtungsverhältnis ist das größtmögliche Verdichtungsverhältnis, bei welchem ein Betreiben der Brennkraftmaschine 1 möglich ist, ohne dass es zu einer Kollision zwischen dem Kolben 3 und einem Gaswechselventil kommen kann. Das Maximalverdichtungsverhältnis wird beispielsweise anhand einstellbarer Ventilsteuerparameter ermittelt. Insbesondere entspricht also das Maximalverdichtungsverhältnis dem durch entsprechendes Wählen der Ventilsteuerparameter maximal erreichbaren Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine, bei welchem diese ohne Kollision zwischen Kolben 3 und Gaswechselventil betrieben werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht das zuverlässige Verhindern einer Kollision zwischen dem Kolben 3 und dem Gaswechselventil. Hierzu wird das Starten der Brennkraftmaschine 1 stets dann zugelassen, wenn die Stelleinrichtung 8 betriebsbereit ist. Vorzugsweise wird in diesem Fall vor dem Starten der Brennkraftmaschine 1 mithilfe der Stelleinrichtung 8 das momentan vorliegende Istverdichtungsverhältnis verringert, insbesondere bis auf ein minimal mögliches Verdichtungsverhältnis. Ist dagegen die Stelleinrichtung 8 defekt, liegt also die Fehlfunktion vor, so werden weitere Prüfungsschritte eingeleitet. In diesem Rahmen wird geprüft, ob das momentan eingestellte Istverdichtungsverhältnis größer ist als das Maximalverdichtungsverhältnis. Ist dies der Fall, so wird das Starten der Brennkraftmaschine unterbunden. Anderenfalls kann es zugelassen werden.
