DE102017109392A1 - Verfahren und system zur motorsteuerung - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Verbinden eines VCR-Motors mit einem CVT-Getriebe bereitgestellt. Als Reaktion auf eine Anforderung der Ansteuerung kann eine Steuerung bestimmen, ob ein aktuelles Verdichtungsverhältnis beibehalten werden oder zu einem alternativen Verdichtungsverhältnis übergegangen werden soll, auf Grundlage des Vorteils des Übergangs in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und ferner auf Grundlage von Motoreinschränkungen, die bei der Motordrehzahl/-last im Anschluss an den Übergang auftreten können. Um den Nettovorteil der Kraftstoffeffizienz zu verbessern, während die Motoreinschränkung angegangen wird, kann ein Verdichtungsverhältnisübergang mit einem auf das CVT eingestellten Motordrehzahl/Last-Betrieb kombiniert werden, während die Leistungsausgabe des Motors beibehalten wird.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors in einem Hybridelektrofahrzeugsystem.
  • Hintergrund/Kurzdarstellung
  • Das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors ist als Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (UT) befindet, zum Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet, definiert. Im Allgemeinen gilt: je höher das Verdichtungsverhältnis, desto höher der Wärmewirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Dies sorgt wiederum für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz und ein höheres Verhältnis der Ausgangsenergie zur Eingangsenergie des Motors. Bei herkömmlichen Motoren ist das Verdichtungsverhältnis festgelegt, sodass der Motorwirkungsgrad während Betriebsbedingungen nicht optimiert werden kann, um die Kraftstoffeffizienz und die Leistung des Motors zu verbessern.
  • Es wurden diverse Technologien entwickelt, um eine Abwandlung des Verdichtungsverhältnisses eines Motors mit den Betriebsbedingungen des Motors zu ermöglichen. Ein Beispiel für einen Ansatz wird in US 7,258,099 von Yoshida et al. dargestellt. Darin werden Nockenwellenverstellungen verwendet, um das effektive Verdichtungsverhältnis zu variieren. Zum Beispiel wird ein spätes Schließen des Einlassventils verwendet, um das effektive Verdichtungsverhältnis zu reduzieren. Andere Ansätze, wie der in US20130055990 von Kamada et al. dargestellte, basieren auf einem Mechanismus zur Hubraumänderung, der die Kolben näher an den Zylinderkopf heran oder weiter von diesem weg bewegt, wodurch sich die Größe der Brennkammern ändert.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Ansätzen erkannt. Zum Beispiel wird der mit dem Einstellen eines Verdichtungsverhältnisses verbundene Erhalt einer optimalen Kraftstoffeffizienz aufgrund der festgesetzten Übersetzungen des Getriebes möglicherweise nicht realisiert. Insbesondere kann bei einer konkreten Anforderung der Ansteuerung für jedes Verdichtungsverhältnis des Motors ein damit verbundener Motordrehzahl- und -lastbereich vorliegen, der der Anforderung der Ansteuerung entspricht. Eine Motorsteuerung kann für die Anforderung der Ansteuerung zu einem kraftstoffeffizienteren Verdichtungsverhältnis übergehen. Es können beim Ändern des Verdichtungsverhältnisses jedoch Motoreinschränkungen bei der damit verbundenen Motordrehzahl/-last auftreten, die den Vorteil des Verdichtungsverhältnisübergangs in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz verringern können. Zum Beispiel kann beim Überführen zu einem höheren Verdichtungsverhältnis bei hohen Lasten die Klopfgrenze des Motors sinken. Der mit der Klopfabschwächung verbundene Kraftstoffaufwand kann den Vorteil des Übergangs des Verdichtungsverhältnisses in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz aufheben. Außerdem kann zum Beispiel bei Übergang zu einem geringeren Verdichtungsverhältnis bei geringen Lasten die Reibungsgrenze des Motors sinken. Ein anderes Problem besteht darin, dass häufige Veränderungen der Pedalanforderung des Fahrzeugführers dazu führen können, dass die Motorlast stark schwankt, was zu einem häufigen Wechsel zwischen den Verdichtungsverhältnissen führt. Aufgrund von Verlusten, die während Übergängen auftreten, können übermäßige Wechsel des Verdichtungsverhältnisses die Kraftstoffeffizienz beeinträchtigen.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Vorteile eines Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis (Variable Compression Ratio – VCR) in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz beim Verbinden mit einem stufenlosen Getriebe (Continuously Variable Transmission – VCT) besser genutzt werden können. Insbesondere kann das CVT ermöglichen, dass die Motordrehzahl und -last eingestellt werden, während das kraftstoffeffiziente Verdichtungsverhältnis beibehalten wird und während der Leistungsausgang des Motors beibehalten wird. In einem Beispiel kann die Kraftstoffeffizienz durch ein Verfahren für einen an ein CVT gekoppelten Motor verbessert werden, das umfasst, dass für ein gewünschtes Leistungsniveau der Motorwirkungsgrad bei einem aktuellen Verdichtungsverhältnis mit einem Motorwirkungsgrad bei einem veränderten Verdichtungsverhältnis mit einer eingestellten Motordrehzahl/-last verglichen wird; und als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Verbesserung des Motorwirkungsgrads bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis mit der eingestellten Motordrehzahl/-last zu dem veränderten Verdichtungsverhältnis übergegangen und auf die eingestellte Motordrehzahl/-last eingestellt wird. Auf diese Weise kann ein Motor mit einem Verdichtungsverhältnis betrieben werden, das eine verbesserte Kraftstoffeffizienz für eine konkrete Anforderung der Ansteuerung bereitstellt, ohne dass eine übermäßige Klopfgrenze bei höheren Lasten auftritt. Darüber hinaus kann die Notwendigkeit für ein häufiges Wechseln des Verdichtungsverhältnisses verringert werden.
  • Zum Beispiel kann ein Motorsystem mit einem VCR-Motor konfiguriert sein, der über ein CVT-Getriebe mit Fahrzeugrädern gekoppelt ist. Der VCR-Motor kann mit einem Mechanismus zum Ändern der Kolbenposition konfiguriert sein, der es ermöglicht, das Verdichtungsverhältnis (Compression Ratio – CR) zwischen mindestens einem niedrigeren Wert und einem höheren Wert zu variieren. Für ein konkretes, von Der Ansteuerung angefordertes Leistungsniveau kann die Motorsteuerung die Kraftstoffeffizienz für jedes von einem höheren CR und einem niedrigeren CR vergleichen. Anschließend kann die Steuerung für das kraftstoffeffizientere Verdichtungsverhältnis voraussagen, ob Einschränkungen wie zum Beispiel Klopfeinschränkungen mit der entsprechenden Motordrehzahl/-last verbunden sind. Ist dies der Fall, so kann die Steuerung ferner bestimmen, ob die Motordrehzahl/-last geändert werden kann, während das ausgewählte CR beibehalten wird und während der angeforderte Motorleistungsausgang beibehalten wird, und welche Kraftstoffaufwände damit verbunden sind. Wenn die Motordrehzahl/-last nach dem Übergang des CR zu einer Verbesserung der Nettokraftstoffeffizienz geändert werden kann, kann die Steuerung mit dem CR-Übergang fortsetzen. Außerdem kann das ursprüngliche CR aufrechterhalten werden. Zum Beispiel kann beim Übergang zu einem höheren Verdichtungsverhältnis für eine konkrete Anforderung der Ansteuerung die Motordrehzahl steigen, während die Motorlast abnimmt. Um ein bei dem höheren Verdichtungsverhältnis antizipiertes Klopfen anzugehen, kann eine Motorsteuerung das CVT betätigen, um die Motordrehzahl zu erhöhen, während die Motorlast verringert wird, um den angeforderten Motorleistungsausgang aufrechtzuerhalten, während ein Nettokraftstoffvorteil bereitgestellt wird. Gleichermaßen kann beim Übergang zu einem geringeren Verdichtungsverhältnis die Motordrehzahl verringert werden (von der vorherigen Motordrehzahl für das höhere CR), während die Last verringert wird (im Vergleich zu der vorhergehenden Last für das höhere CR).
  • Auf diese Weise können Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Die technische Wirkung des Integrierens der VCR-Motortechnologie in ein Fahrzeug mit CVT-Getriebe besteht darin, dass bei einer konkreten, von der Ansteuerung angeforderten Leistung die Vorteile eines variablen Verdichtungsverhältnisses besser genutzt werden können. Insbesondere können die Motordrehzahl und das Drehmoment für eine konkrete, von der Ansteuerung angeforderte Leistung eingestellt werden, um Klopfeinschränkungen bei höheren Lasten und Reibungsverluste bei geringeren Lasten zu verringern, während Änderungen des Verdichtungsverhältnisses berücksichtigt werden. Die technische Wirkung des Einschätzens des Vorteils des Änderns des Verdichtungsverhältnisses mit dem Kraftstoffaufwand in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz, der mit dem Betrieb mit dem Drehzahl/Last-Profil des Motors verbunden ist, das dem ausgewählten Verdichtungsverhältnis entspricht, besteht darin, dass ein häufiger CR-Wechsel verringert werden kann. Zudem kann der Motorbetrieb bei einem kraftstoffeffizienteren Verdichtungsverhältnis trotz Änderungen in Bezug auf die Leistungsanforderung der Ansteuerung und der Räder verlängert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um auf vereinfachte Art und Weise eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands herauszustellen, dessen Umfang einzig und allein in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung aufgeführte Nachteile beseitigen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen beispielhaften Fahrzeugantrieb.
  • 2 zeigt eine Teilansicht des Verbrennungsmotors.
  • 3 zeigt ein hochrangiges Ablaufdiagramm zum Auswählen eines Verdichtungsverhältnisses eines Motors in einem VCR-Motor und zum Einstellen eines Drehzahl/Last-Profils des Motors in dem ausgewählten CR mit einem stufenlosen Getriebe.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zum Auswählen der Verwendung des Verdichtungsverhältnisses.
  • 5 zeigt beispielhafte VCR- und CVT-Einstellungen während des Motorbetriebs.
  • 6 zeigt beispielhafte Diagramme zum spezifischen Kraftstoffverbrauch (Brake Specific Fuel Consumption – BSFC) für einen Motor mit zwei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz in einem Fahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe (hier auch als CVT bezeichnet), zum Beispiel den Antrieb aus 1. Der Antrieb kann einen Motor umfassen, der mit einem Kolben konfiguriert ist, dessen Position in einer Verbrennungskammer variiert werden kann, was unter Bezugnahme auf das Motorsystem aus 2 beschrieben ist. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, einen Steuerablauf wie den Beispielablauf aus 3 auszuführen, um ein Verdichtungsverhältnis auszuwählen, während ein Drehzahl/Last-Profil des Motors bei dem ausgewählten CR über Einstellungen eines Drehzahlverhältnisses des CVT eingestellt wird, um die Vorteile des VCR-Motors in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz besser zu nutzen. Die Steuerung kann Kraftstoffdaten in Muscheldiagrammen für jedes Verdichtungsverhältnis vergleichen wie zum Beispiel den Diagrammen aus 6. Ein beispielhaftes Diagramm, das von der Steuerung verwendet wird, um auszuwählen, ob Verdichtungsverhältnisse beibehalten werden oder ein Übergang erfolgen soll, ist unter Bezugnahme auf 4 dargestellt. Ein beispielhafter Motorbetrieb mit CR- und CVT-Einstellungen ist in 5 dargestellt. Auf diese Weise kann die VCR-Technologie mit der CVT-Technologie verbunden werden und eine Synergie bilden, um wesentliche Verbesserungen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz zu erzielen.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Verbrennungsmotor 10, der hier unter konkreter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben ist, über eine Kurbelwelle 40 an einen Drehmomentwandler 11 gekoppelt. Der Drehmomentwandler 11 ist darüber hinaus über eine Turbinenwelle 17 an ein Getriebe 15 gekoppelt. In einer Ausführungsform umfasst das Getriebe 15 ein elektronisch gesteuertes Getriebe mit einer Mehrzahl von auswählbaren Drehzahlverhältnissen. Das Getriebe 15 kann darüber hinaus verschiedene sonstige Antriebe wie zum Beispiel eine Achsübersetzung umfassen (nicht abgebildet). In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Getriebe 15 um ein stufenloses Getriebe (CVT). Bei dem CVT kann es sich um ein Automatikgetriebe handeln, das fließend durch einen kontinuierlichen Bereich wirksamer Drehzahlverhältnisse wechselt, im Gegensatz zu anderen mechanischen Getrieben, die eine begrenzte Anzahl festgesetzter Übersetzungen (Drehzahlverhältnisse) bieten. Die Flexibilität des Drehzahlverhältnisses des CVT ermöglicht es der Eingangs welle, eine besser optimierte Winkelgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Wie unter Bezugnahme auf 3–4 ausgeführt kann eine Steuerung eines Verbrennungsmotors durch Einstellen eines Drehzahlverhältnisses des CVT dazu konfiguriert sein, ein Drehzahl/Last-Profil des Verbrennungsmotors zu verändern, während eine angeforderte Leistungsausgabe des Verbrennungsmotors aufrechterhalten wird. Zum Beispiel kann eine Drehzahl des Verbrennungsmotors gesenkt werden, während eine Last des Verbrennungsmotors entsprechend erhöht wird, um eine Leistungsausgabe durch Anpassen des CVT an ein niedrigeres Drehzahlverhältnis aufrechtzuerhalten. In einem anderen Beispiel kann eine Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht werden, während eine Last des Verbrennungsmotors entsprechend verringert wird, um eine Leistungsausgabe durch Anpassen des CVT an ein höheres Drehzahlverhältnis aufrechtzuerhalten. Dies ermöglicht eine bessere Nutzung der Vorteile des Betreibens eines Verbrennungsmotors mit einem ausgewählten Verdichtungsverhältnis in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz.
  • Der Drehmomentwandler 11 weist eine Bypass-Kupplung (nicht abgebildet) auf, die in Eingriff genommen, gelöst oder teilweise in Eingriff genommen werden kann. Wenn die Kupplung entweder gelöst ist oder gelöst wird, befindet sich der Drehmomentwandler in einem sogenannten entriegelten Zustand. Die Turbinenwelle 17 ist auch als Getriebeeingangswelle bekannt.
  • Das Getriebe 15 kann ferner über eine Achse 21 an einen Reifen 19 gekoppelt sein. Der Reifen 19 ist die Schnittstelle des Fahrzeugs (nicht abgebildet) mit der Straße 23. Es ist zu beachten, dass in einem Ausführungsbeispiel dieser Antrieb in einem Personenkraftfahrzeug angekoppelt ist, das auf der Straße fährt. Wenngleich verschiedene Fahrzeugkonfigurationen verwendet werden können, handelt es sich in einem Beispiel bei dem Verbrennungsmotor um die einzige Quelle für Antriebskraft, und bei dem Fahrzeug handelt es sich somit nicht um ein Hybridelektrofahrzeug, Plug-In-Hybrid-Fahrzeug usw. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren in ein Hybridfahrzeug integriert werden.
  • 2 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders eines Verbrennungsmotors 10 wie etwa des Verbrennungsmotors 10 in 1 dar. Der Verbrennungsmotor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuersystem, zu dem die Steuerung 12 gehört, und eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennkammerwände 136 aufweisen, in denen ein Kolben 138 angeordnet ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
  • Der Verbrennungsmotor 10 kann als Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis (VCR) konfiguriert sein, wobei das Verdichtungsverhältnis (CR) von jedem Zylinder (d. h. das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (UT) befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet) mechanisch geändert werden kann. Das CR des Verbrennungsmotors kann über ein VCR-Betätigungselement 202 variiert werden, das einen VCR-Mechanismus 204 betätigt. In manchen Ausführungsbeispielen kann das CR zwischen einem ersten, geringeren CR (bei dem das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am UT befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am OT befindet, geringer ist) und einem zweiten, höheren CR (bei dem das Verhältnis höher ist) variiert werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine vorgegebene Anzahl gestufter Verdichtungsverhältnisse vorliegen. Ferner kann das CR zwischen dem ersten, geringeren CR und dem zweiten, höheren CR (auf jedes beliebige CR dazwischen) kontinuierlich variabel sein.
  • In einem Beispiel ist der VCR-Mechanismus 204 an den Kolben 138 gekoppelt. Da kann das CR des Verbrennungsmotors über einen VCR-Mechanismus, der eine Kolben-OT-Position ändert, variiert werden. Zum Beispiel kann der Kolben 138 über einen VCR-Mechanismus zum Ändern der Kolbenposition, der die Kolben näher an den Zylinderkopf heran oder weiter von diesem weg bewegt, wodurch sich die Größe der Brennkammer 14 ändert, an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein. In einem Beispiel ändert sich durch die Änderung der Position des Kolbens in der Brennkammer auch der relative Hub des Kolbens in dem Zylinder. Der VCR-Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition kann an einen herkömmlichen Kurbeltrieb oder einen nicht herkömmlichen Kurbeltrieb gekoppelt sein. Nicht einschränkende Beispiele für einen nicht herkömmlichen Kurbeltrieb, an den der VCR-Mechanismus gekoppelt sein kann, umfassen Kopfkurbelwellen mit variabler Distanz und Kurbelwellen mit variabler kinematischer Länge. In einem Beispiel kann die Kurbelwelle 140 als Exzenterwelle konfiguriert sein. In einem anderen Beispiel kann ein Exzenter an einen Kolbenbolzen oder in dessen Bereich angekoppelt sein, wobei der Exzenter die Position des Kolbens in der Brennkammer ändert. Die Bewegung des Exzenters kann durch Ölkanäle in der Kolbenstange gesteuert werden.
  • Es versteht sich, dass weitere VCR-Mechanismen, die das Verdichtungsverhältnis mechanisch ändern, verwendet werden können. Zum Beispiel kann das CR des Verbrennungsmotors über einen VCR-Mechanismus, der ein Zylinderkopfvolumen (d. h. den Totraum im Zylinderkopf) ändert, variiert werden. Es versteht sich, dass der VCR-Motor im hier verwendeten Sinne dazu konfiguriert sein kann, das CR des Motors über mechanische Einstellungen einzustellen, die eine Kolbenposition oder ein Zylinderkopfvolumen variieren. Daher beinhalten VCR-Mechanismen keine CR-Einstellungen, die über Einstellungen der Ventil- oder Nockenverstellung erzielt werden.
  • Durch die Einstellung der Position des Kolbens im Zylinder kann ein effektives (statisches) Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors (d. h. eine Differenz zwischen den Zylindervolumina am OT in Relation zum UT) variiert werden. In einem Beispiel beinhaltet eine Verringerung des Verdichtungsverhältnisses eine Verringerung eines Hubs des Kolbens in der Brennkammer durch das Vergrößern einer Entfernung zwischen einer Oberseite des Kolbens von einem Zylinderkopf. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor mit einem ersten, geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal sendet, um den VCR-Mechanismus in eine erste Position zu bringen, in der der Kolben einen kleineren effektiven Hub in der Brennkammer aufweist. In einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal sendet, um den VCR-Mechanismus in eine zweite Position zu bringen, in der der Kolben einen größeren effektiven Hub in der Brennkammer aufweist. Wie hier ausgeführt können Änderungen des Verdichtungsverhältnisses des Motors vorteilhaft zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz verwendet werden. Darüber hinaus kann der Motor durch das Abstimmen der CVT-Einstellungen auf die CR-Einstellungen (3) mit einem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil in dem ausgewählten CR betrieben werden, sodass synergistische Verbesserungen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz erzielt werden. Das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil kann von einem standardmäßigen Drehzahl/Last-Profil des ausgewählten CR ausgehend verändert werden, um Motoreinschränkungen bei dem standardmäßigen Drehzahl/Last-Profil wie etwa Klopfeinschränkungen oder Reibungsverluste zu berücksichtigen. Daher ermöglicht die CVT-Einstellung eine Änderung des Motordrehzahl/Last-Profils, sodass das Leistungsniveau des Motors bei dem ausgewählten CR in dem geänderten Drehzahl/Last-Profil mit dem Leistungsniveau in dem standardmäßigen Drehzahl/Last-Profil übereinstimmt (4). In der vorliegenden Schrift entspricht das Leistungsniveau eines Antriebsausgangs des Motors, der als Produkt der Motorlast und der Motordrehzahl bestimmt wird.
  • Der Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 empfangen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 kommunizieren. In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere von den Ansaugkanälen eine Aufladevorrichtung wie einen Turbolader oder einen mechanischen Lader umfassen. Zum Beispiel zeigt 2 den Verbrennungsmotor 10, der mit einem Turbolader einschließlich eines Kompressors 174 konfiguriert ist, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 und einer Abgasturbine 176 angeordnet ist, die entlang eines Auslasskanals 148 angeordnet ist. Der Kompressor 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 von der Abgasturbine 176 mit Energie versorgt werden, wobei die Aufladevorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispiel, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem mechanischen Lader versehen ist, kann die Abgasturbine 176 optional jedoch entfallen, wobei der Kompressor 174 mittels mechanischer Eingabe von einem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor mit Energie versorgt werden kann. Eine Drossel 20, die eine Drosselplatte 164 umfasst, kann entlang eines Einlasskanals des Verbrennungsmotors zum Variieren der Durchflussrate und/oder des Drucks der Ansaugluft bereitgestellt sein, die den Zylindern des Verbrennungsmotors bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Drossel 20 dem Kompressor 174 nachgelagert angeordnet sein, wie in 2 dargestellt, oder alternativ dazu kann sie dem Kompressor 174 vorgelagert bereitgestellt sein.
  • Der Auslasskanal 148 kann Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 zusätzlich zu dem Zylinder 14 empfangen. Der Abgassensor 128 ist in der Darstellung an einen Auslasskanal 148 gekoppelt, der der Emissionssteuerungsvorrichtung 178 vorgelagert ist. Der Sensor 128 kann aus diversen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen), einer Zweizustands-Lambda-Sonde oder EGO (wie abgebildet), einer HEGO (beheizte EGO), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
  • Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht abgebildet) geschätzt werden, die in dem Auslasskanal 148 angeordnet sind. Alternativ kann die Abgastemperatur anhand von Motorbetriebsbedingungen wie etwa der Drehzahl, der Last, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), der Spätzündung usw. abgeleitet werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es versteht sich, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination aus hier aufgezählten Verfahren zur Temperaturschätzung geschätzt werden kann.
  • Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. Zum Beispiel ist der Zylinder 14 als mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156 umfassend dargestellt, das in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet ist. In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 einschließlich des Zylinders 14 mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile umfassen, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 151 durch eine Nockenbetätigung gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über ein Nockenbetätigungssystem 153 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können ein oder mehrere Nocken beinhalten und ein oder mehrere der folgenden Systeme verwenden: Nockenprofilverstell(CPS)-, variable Nockenansteuerungs-(VCT)-, variable Ventilansteuerungs(VVT)- und/oder variable Ventilhub(VVL)-Systeme, die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch die Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigungssysteme, zu denen CPS- und/oder VCT-Systeme zählen, gesteuertes Auslassventil umfassen. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder -betätigungssystem oder ein Betätigungselement zur variablen Ventilansteuerung oder variables Betätigungssystem gesteuert werden.
  • Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um das Verhältnis der Volumina handelt, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt befindet, bis hin zum oberen Totpunkt. Traditionell liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann bei der Verwendung von Direkteinspritzung aufgrund ihrer Wirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein. Das Verdichtungsverhältnis kann auch auf Grundlage der Anforderung der Ansteuerung über Einstellungen eines VCR-Betätigungselements 202 variiert werden, das einen VCR-Mechanismus 204 betätigt, wodurch die effektive Position des Kolbens 138 in der Brennkammer 14 variiert wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 zum Initiieren der Verbrennung aufweisen. Das Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 unter ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von der Steuerung 12 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch entfallen, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch das Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einem oder mehreren Einspritzvorrichtungen zum Bereitstellen von Kraftstoff für diese konfiguriert sein. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 so dargestellt, dass er eine Einspritzvorrichtung 166 umfasst. Die Einspritzvorrichtung 166 ist in der Darstellung direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Pulsbreite eines Signals FPW direkt in diesen einzuspritzen, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird. Auf diese Weise stellt die Einspritzvorrichtung 166 eine sogenannte direkte Einspritzung (im Folgenden auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Wenngleich 2 die Einspritzvorrichtung 166 als seitliche Einspritzvorrichtung zeigt, kann sie sich auch über dem Kolben befinden, wie beispielsweise in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem alkoholbasierten Kraftstoff betrieben wird, da einige alkoholbasierte Kraftstoffe eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Einspritzvorrichtung 166 über ein Hochdruckkraftstoffsystem 8 zugeführt werden, zu dem Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffzuteiler gehören. Alternativ kann der Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe zugeführt werden, wobei hier die Zeitsteuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Darüber hinaus können die Kraftstofftanks, wenngleich nicht abgebildet, einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Es versteht sich, dass es sich bei der Einspritzvorrichtung 166 in einer alternativen Ausführungsform um eine Saugrohreinspritzvorrichtung handeln kann, die den Ansaugkanal, der dem Zylinder 14 vorgelagert ist, mit Kraftstoff versorgt.
  • Es versteht sich ferner, dass, während in der abgebildeten Ausführungsform der Motor durch das Einspritzen von Kraftstoff über ein einzelnes Direkteinspritzventil betrieben wird, in alternativen Ausführungsformen der Motor durch Verwendung von zwei oder mehr Einspritzvorrichtungen (zum Beispiel einer Direkteinspritzvorrichtung und einer Saugrohreinspritzvorrichtung pro Zylinder oder zwei Direkteinspritzvorrichtungen / zwei Saugrohreinspritzvorrichtungen pro Zylinder usw.) und durch Variieren einer relativen Einspritzmenge in den Zylinder aus jeder Einspritzvorrichtung betrieben werden kann.
  • Der Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzigen Takts des Zylinders über die Einspritzvorrichtung zugeführt werden. Ferner kann die zugeführte und/oder die relative Kraftstoffmenge, die von der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen variieren. Ferner können für ein einziges Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Kraftstoffs pro Takt durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder geeigneten Kombinationen davon ausgeführt werden. Darüber hinaus kann Kraftstoff während des Takts eingespritzt werden, um das Verhältnis der Luft zum eingespritzten Kraftstoff (Air-Fuel Ratio – AFR) der Verbrennung einzustellen. Zum Beispiel kann Kraftstoff unter Bereitstellung eines stöchiometrischen AFR eingespritzt werden. Es kann ein AFR-Sensor enthalten sein, um eine Schätzung des AFR im Zylinder bereitzustellen. In einem Beispiel kann es sich bei dem AFR-Sensor um einen Abgassensor wie eine Lambdasonde 128 handeln. Durch das Messen einer Menge Restsauerstoff (für magere Gemische) oder unverbrannter Kohlenwasserstoffe (für fette Gemische) im Abgas kann der Sensor das AFR bestimmen. An sich kann das AFR als Lambda(λ)-Wert bereitgestellt sein, das heißt, als Verhältnis des tatsächlichen AFR zur Stöchiometrie für ein konkretes Gemisch. Demnach deutet ein Lambda-Wert von 1,0 auf ein stöchiometrisches Gemisch hin, weisen Gemische, die fetter als stöchiometrische Gemische sind, einen Lambda-Wert kleiner als 1,0 auf, und weisen Gemische, die magerer als stöchiometrische Gemische sind, einen Lambdawert größer als 1 auf.
  • Wie vorstehend beschrieben zeigt 2 nur einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Im Grunde genommen kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. umfassen.
  • Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Eigenschaften, zum Beispiel mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen, enthalten. Diese Unterschiede können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. umfassen.
  • Der Verbrennungsmotor 10 kann ferner einen Klopfsensor 90 umfassen, der zum Erkennen anomaler Zylinderverbrennungsereignisse an jeden Zylinder 14 gekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere Klopfsensoren 90 an ausgewählte Stellen des Motorblocks gekoppelt sein. Der Klopfsensor kann ein Beschleunigungsmesser an dem Zylinderblock sein, oder ein Ionisierungssensor, der in der Zündkerze jedes Zylinders konfiguriert ist. Die Ausgabe des Klopfsensors kann mit der Ausgabe eines Kurbelwellenbeschleunigungssensors kombiniert werden, um ein anormales Verbrennungsereignis in dem Zylinder anzuzeigen. In einem Beispiel lässt sich eine anormale Verbrennung aufgrund von einem oder mehreren von Klopfen und Frühzündung auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors 90 in einem oder mehreren definierten Fenstern (z. B. Fenster für die Kurbelwinkelverstellung) erkannt und voneinander unterschieden werden. Ferner kann die anormale Verbrennung entsprechend angegangen werden. Zum Beispiel lässt sich ein Klopfen durch ein Verringern des Verdichtungsverhältnisses und/oder Verzögern des Zündzeitpunkts angehen, während eine Frühzündung durch ein Anreichern des Motors oder ein Einschränken der Motorlast angegangen wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist die Steuerung 12 als Mikrocomputer dargestellt, zu dem eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem konkreten Beispiel als Nurlesespeicher 110 dargestellt, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und ein Datenbus gehören. Die Steuerung 12 empfängt zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren, einschließlich der Messung von eingeleitetem Luftmassenstrom (MAF) von Luftmassenstromsensor 122; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von Temperatursensor 116, der mit Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer Art), der mit Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenstellungssensor; Krümmerabsolutdrucksignal (MAP) von Sensor 124, Zylinder-AFR von Lambdasonde 128, und anormaler Verbrennung von dem Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor. Das Motordrehzahlsignal RPM kann von der Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Kümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe des Unterdrucks oder Drucks in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 empfängt Signale von verschiedenen Sensoren aus 1–2 und verwendet die verschiedenen Betätigungselemente aus 1–2, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und der auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen einzustellen. Zum Beispiel kann das Einstellen des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors beinhalten, dass die Steuerung ein Signal an das VCR-Betätigungselement sendet, das den VCR-Mechanismus betätigt, um den Kolben mechanisch näher an den Zylinderkopf heran oder weiter von diesem weg zu bewegen, um dadurch das Volumen der Brennkammer zu ändern. In einem anderen Beispiel kann auf Grundlage der Signale von der Steuerung ein Drehzahlverhältnis des Getriebes aus 1 abgewandelt werden, um ein Drehzahl/Last-Profil des Motors mit einer bestimmten Leistung zu verändern.
  • Auf einem nichtflüchtigen Nurlesespeicher-Speichermedium 110 können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die von einem Prozessor 106 zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren ausführbar sind, sowie sonstige Varianten, die vorausgesetzt und nicht explizit aufgezählt werden.
  • So stellt das System aus 1–2 stellt ein Fahrzeugsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Motor mit einem Zylinder; einen VCR-Mechanismus, der an einen Kolben des Zylinders gekoppelt ist, um ein Verdichtungsverhältnis des Motors über eine mechanische Änderung einer Kolbenposition in dem Zylinder zu variieren; ein stufenloses Getriebe (CVT), das den Motor mit den Fahrzeugrädern koppelt, wobei das CVT eine Mehrzahl von Drehzahlverhältnissen aufweist; und eine Steuerung. Die Steuerung kann mit computerlesbaren Anweisungen konfiguriert sein, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um: eine erste Kraftstoffeffizienz, die mit dem Beibehalten eines ersten Verdichtungsverhältnisses verbunden ist, im Vergleich zu einer zweiten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Übergang zu einem zweiten Verdichtungsverhältnis verbunden ist, zu schätzen; wenn die zweite Kraftstoffeffizienz höher ist, einen Kraftstoffaufwand vorherzusagen, der mit dem Betreiben mit einem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis verbunden ist; und, wenn die auf den Kraftstoffaufwand eingestellte zweite Kraftstoffeffizienz höher als die erste Kraftstoffeffizienz ist, den VCR-Mechanismus zu betätigen, um zu dem zweiten Verdichtungsverhältnis überzugehen, während eines aus der Mehrzahl von Drehzahlverhältnissen ausgewählt wird, um das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil bereitzustellen. Zusätzlich oder optional kann die Steuerung weitere Anweisungen umfassen, um: wenn die erste Kraftstoffeffizienz höher als die auf den Kraftstoffaufwand eingestellte zweite Kraftstoffeffizienz ist, eine Position des VCR-Mechanismus beizubehalten, um den Motorbetrieb in dem ersten Verdichtungsverhältnis aufrechtzuerhalten. Zusätzlich oder optional kann es sich bei dem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis um ein erstes verändertes Motordrehzahl/Last-Profil handeln, das auf einer Motorklopfgrenze bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis basiert, wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: während des Beibehaltens des Motorbetriebs in dem ersten Verdichtungsverhältnis den Kraftstoffaufwand vorherzusagen, der mit dem Betrieb mit einem zweiten veränderten Motordrehzahl/Last-Profil mit dem ersten Verdichtungsverhältnis verbunden ist, wobei das zweite veränderte Motordrehzahl/Last-Profil auf einem Motorreibungsverlust in dem ersten Verdichtungsverhältnis basiert; wenn der Kraftstoffaufwand geringer ist, den Motor mit dem zweiten veränderten Motordrehzahl/Last-Profil mit dem ersten Verdichtungsverhältnis zu betreiben; und wenn der Kraftstoffaufwand größer ist, ein standardmäßiges Motordrehzahl/Last-Profil mit dem ersten Verdichtungsverhältnis beizubehalten. Zusätzlich oder optional kann das Auswählen das Auswählen eines ersten geringeren Drehzahlverhältnisses, wenn das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil eine höhere Motordrehzahl und eine geringere Motorlast umfasst, und das Auswählen eines zweiten höheren Verhältnisses, wenn das verändert Motordrehzahl/Last-Profil eine geringere Motordrehzahl und eine höhere Motorlast umfasst, beinhalten.
  • In Bezug auf 3 ist ein Beispielablauf 300 zum Abstimmen von Einstellungen eines Verdichtungsverhältnisses eines Motors, der mit einem VCR-Mechanismus konfiguriert ist, mit Einstellungen eines Drehzahlverhältnisses eines stufenlosen Getriebes (CVT), beschrieben. Auf diese Weise kann ein Antriebsprofil des Motors (zu dem die Motordrehzahl und die Motorlast zählen) eingestellt werden, während eine angeforderte Leistungsausgabe des Motors aufrechterhalten wird und während die Kraftstoffeffizienzvorteile von jeder von der VCR-Einstellung und der CVT-Einstellung eine Synergie bilden. Das Verfahren ermöglicht trotz häufiger Änderungen der Leistungsanforderung der Ansteuerung Verbesserungen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf der Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1–2 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann entsprechend den nachstehend beschriebenen Verfahren Betätigungselemente des Motors verwenden, um den Motorbetrieb einzustellen.
  • Bei 302 umfasst der Ablauf ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Diese können zum Beispiel eine Leistungsanforderung der Ansteuerung (zum Beispiel auf Grundlage einer Ausgabe eines Pedalpositionssensors, der an ein Pedal des Fahrzeugführers gekoppelt ist), Umgebungstemperatur, -druck und -feuchtigkeit, Verbrennungsmotortemperatur, Kraftstoffstand in einem Kraftstofftank, Oktanzahl des verfügbaren Kraftstoffs / der verfügbaren Kraftstoffe, Krümmerdruck (MAP), Krümmerdurchflussgeschwindigkeit (MAF), Katalysatortemperatur, Ansaugtemperatur, Aufladeniveau usw. geschätzt werden.
  • Bei 304 umfasst das Verfahren für die konkrete Leistungsanforderung der Ansteuerung das Vergleichen der Kraftstoffeffizienz bei jedem Verdichtungsverhältnis des Motors. In einem Beispiel ist der Motor mit einem VCR-Mechanismus konfiguriert, der das Motorkompressionsverhältnis zwischen einem ersten, niedrigeren, und einem zweiten, höheren CR ändert. In anderen Beispielen können noch mehr Verdichtungsverhältnisse möglich sein. In einem Beispiel kann die Steuerung die Kraftstoffeffizienz bei den zwei Verdichtungsverhältnissen durch das Vergleichen des spezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC) des Motors bei jedem Verdichtungsverhältnis vergleichen. Der BSFC des Motors kann bei jedem Verdichtungsverhältnis in Tabellen, Diagrammen und/oder Gleichungen als Funktion der Betriebsbedingungen wie RPM, Drehmoment, Temperatur, Feuchtigkeit, abgeleitete Oktanzahl des Kraftstoffs usw. gespeichert werden.
  • In einem Beispiel kann der Motor bei jedem Verdichtungsverhältnis kalibriert werden, um Muscheldiagramme zu konstantem BSFC zu erstellen. 6 zeigt beispielhafte BSFC-Diagramme mit BSFC-Muscheln für einen Motor mit unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen. Insbesondere zeigt das Diagramm 600 BSFC-Muscheln mit einem ersten, geringeren Verdichtungsverhältnis (z. B. 10,0) und das Diagramm 620 BSFC-Muscheln mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis (z. B. 11,9). Die Diagramme zeigen die Motordrehzahl (in RPM) entlang der X-Achse und die Motorlast oder das -drehmoment oder den effektiven Mitteldruck (Brake Mean Effective Pressure – BMEP) (in bar) entlang der y-Achse. Die BSFC-Muscheln werden anschließend auf Grundlage der Motordrehzahl in Relation zu der Last (in g/kW-h) dargestellt. Von daher kann die Motoreffizienz als Kehrwert des BSFC bestimmt werden. Demnach stellt für eine beliebige Gruppe von BSFC-Muscheln die innerste Muschel mit der kleinsten Fläche (Muschel 602 bzw. 622 für Diagramm 600 bzw. 620) einen Motorbetriebsbereich mit dem höchsten Wirkungsgrad und somit dem geringsten Kraftstoffverbrauch dar. Darüber hinaus bleibt der BSFC für den Motor über eine bestimmte Muschel hinweg konstant.
  • Es ist ersichtlich, dass in Bezug auf die Muscheln 602. 622 die Motoreffizienz mit zunehmender Motordrehzahl abnimmt. Dies ist dadurch begründet, dass heiße Gase im Zylinder Hitze an die Zylinderwände verlieren, wobei die Verluste bei geringeren Motordrehzahlen deutlicher ausgeprägt sind. Der Motorwirkung nimmt in Bezug auf die Muscheln 602, 622 auch bei zunehmender Motordrehzahl ab. Dies ist durch erhöhte Reibungsverluste bei höheren Motordrehzahlen begründet. Der Motorwirkungsgrad nimmt in Bezug auf die Muscheln 602, 622 auch mit zunehmendem Drehmoment ab, obwohl die Reibung einen größeren Teil nützlicher Motorarbeit in diesem Bereich ausmacht. Der Abfall des Motorwirkungsgrads ist durch die Notwendigkeit begründet, die Zündung zu verzögern, um das Klopfen anzugehen. Schließlich nimmt mit abnehmendem Drehmoment der Motorwirkungsgrad in Relation zu den Muscheln 602, 622 aufgrund festgesetzter Mehraufwände, die beim Betrieb von Motorkomponenten wie Ölpumpen und Wasserpumpen abgeleitet wurden, ab. Die Pumparbeit und die Reibungsverluste (z. B. durch mechanische Reibung) nehmen in Relation zu der Menge der geleisteten Arbeit zu, wodurch sich der Wirkungsgrad verringert.
  • Darüber hinaus ändern sich mit zunehmendem CR des Motors die Größe und die Position der Muscheln. Insbesondere kann die Muschel für die beste Effizienz bei einem höheren Verdichtungsverhältnis (622) zu einer höheren Motordrehzahl und einem höheren Motordrehmoment als die Muschel für die beste Effizienz bei einem geringeren Verdichtungsverhältnis (602) übergehen. Außerdem kann die Muschel für die beste Effizienz bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis einen kleineren Bereich umfassen, der gleichmäßig über einen Bereich von Motordrehzahlen und Drehmomenten verteilt ist (d. h. im Wesentlichen kreisförmig), während die Muschel für die beste Effizienz bei dem höheren Verdichtungsverhältnis einen größeren Bereich umfassen kann, der im Vergleich zu dem Bereich von Motordrehmomenten über einen größeren Bereich von Motordrehzahlen verteilt ist (d. h. im Wesentlichen horizontal oval).
  • Bei 306 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob der Motorwirkungsgrad des Motors sich durch Ändern des Verdichtungsverhältnisses von dem aktuellen Verdichtungsverhältnis, in dem sich der Motor befindet, zu einem anderen Verdichtungsverhältnis, um mehr als eine Menge in Höhe eines Schwellenwerts verbessert. Zum Beispiel kann der Motor aktuell mit einem ersten, geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden und als Reaktion auf eine Änderung der Anforderung der Ansteuerung kann bestimmt werden, ob der Kraftstoffwirkungsgrad des Motors sich durch den Übergang zu einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis um mehr als eine Menge in Höhe eines Schwellenwerts verbessert. In einem anderen Beispiel kann der Motor aktuell mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden und als Reaktion auf die Änderung der Anforderung der Ansteuerung kann bestimmt werden, ob der Kraftstoffwirkungsgrad des Motors sich durch den Übergang zu einem ersten, geringeren Verdichtungsverhältnis um mehr als eine Menge in Höhe eines Schwellenwerts verbessert. Von daher kann die Steuerung das Verdichtungsverhältnis unter Bereitstellung des geringeren BFSC als kraftstoffeffizienteres Verdichtungsverhältnis auswählen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Kraftstoffmuscheldiagramme für jedes Verdichtungsverhältnis verwenden, um vorab eine Linie mit optimalem Wirkungsgrad (als Funktion kalibriert) zu bestimmen, was unter Bezug auf das Beispiel in 4 ausgeführt ist.
  • Wenn sich die Kraftstoffeffizienz des Motors nicht um eine Menge verbessert, die über einem Schwellenwert liegt, so umfasst das Verfahren bei 318 das Beibehalten des aktuellen Verdichtungsverhältnisses des Motors. Hier wird der VCR-Mechanismus (und dadurch die OT-Position des Kolbens) in seiner aktuellen Position gehalten. Mit anderen Worten wird als Reaktion auf eine unter einem Schwellenwert liegende Verbesserung der Kraftstoffeffizienz das aktuelle CR beibehalten. Gegebenenfalls können CVT-Einstellungen verwendet werden, um das Motordrehzahl/Last-Profil in dem aktuellen CR einzustellen, um zusätzliche Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz zu erzielen. Zum Beispiel kann, wenn es sich bei dem aktuellen CR um ein geringeres CR handelt), die Motordrehzahl herabgesetzt werden, während die Motorlast gesteigert wird, um Reibungsverluste bei geringen Lasten während des aktuellen CR und während eines beibehaltenen angeforderten Leistungsniveaus des Motors zu verringern.
  • Wenn sich die Kraftstoffeffizienz des Motors um eine Menge verbessert, die über dem Schwellenwert liegt (auf Grundlage des Kraftstoffeffizienzvergleichs bei 304), so umfasst das Verfahren bei 308 das Vorhersagen der Motordrehzahl und -last nach dem CR-Übergang zu dem geänderten CR. Insbesondere kann die Änderung des CR, um die Leistungsausgabe als Reaktion auf die Anforderung der Ansteuerung beizubehalten, zu einem unterschiedlichen Motordrehzahl/Last-Profil führen. Zum Beispiel kann der Motor für eine konkrete Anforderung der Ansteuerung die gleiche Leistungsausgabe durch das Betreiben mit einer geringeren Motordrehzahl und einer höheren Motorlast bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis oder mit einer höheren Motordrehzahl und einer geringeren Motorlast bei dem höheren Verdichtungsverhältnis bereitstellen.
  • Bei 310 kann bestimmt werden, ob bei der vorhergesagten Motordrehzahl/-last für das kraftstoffeffizientere Verdichtungsverhältnis bestimmt werden kann, ob Einschränkungen des Motorbetriebs erwartet werden. Dazu können beispielsweise Klopfeinschränkungen oder Reibungskräfte zählen. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob es wahrscheinlich ist, dass bei der vorhergesagten Motordrehzahl/-last ein Klopfen auftritt.
  • Wenn bei der vorhergesagten Motordrehzahl/-last kein Klopfen erwartet wird, so beinhaltet das Verfahren bei 312 über Einstellungen des VCR-Mechanismus das Überführen des Motors zu dem veränderten Verdichtungsverhältnis mit der höheren Kraftstoffeffizienz. Hier kann die Steuerung zu dem Verdichtungsverhältnis übergehen, das das geringere BFSC bereitstellt. Dies umfasst, dass die Steuerung ein Signal an ein VCR-Betätigungselement sendet, das an einen VCR-Mechanismus gekoppelt ist, der mechanisch die OT-Position des Kolbens in dem Zylinder ändert. Zum Beispiel kann das Signal an das VCR-Betätigungselement den VCR-Mechanismus in eine Position überführen, bei der die Kolbenposition in dem Zylinder dem ausgewählten Verdichtungsverhältnis entspricht. In einem Beispiel handelt es sich bei dem VCR-Mechanismus um einen Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition. In einem anderen Beispiel handelt es sich bei dem VCR-Mechanismus um einen Mechanismus zur Änderung des Zylinderkopfvolumens.
  • Zum Beispiel kann der Motor mit einem VCR-Mechanismus konfiguriert sein, der mechanisch das Verdichtungsverhältnis des Motors zwischen einem ersten, unteren Verdichtungsverhältnis und einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis ändert. Wenn es sich bei dem geringeren CR um das kraftstoffeffiziente CR handelt, kann die Steuerung den Motor zu dem geringeren CR (aus dem höheren CR) überführen, wobei der Motor mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das beinhaltet, dass die Steuerung ein Signal zur Bewegung des VCR-Mechanismus an das VCR-Betätigungselement sendet. Zum Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis durch Verringerung der Kolbenposition in einem Zylinder über eines von Folgendem verringert werden: eine elliptische Kurbelwellendrehung und einen Exzenter, der an einen Kolbenbolzen gekoppelt ist, und einen Kolbenboden mit variabler Höhe und eine Pleuelstange mit variabler Länge und eine nicht herkömmliche Kurbeltriebverbindung. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung, wenn es sich bei dem geringeren CR um das kraftstoffeffizientere CR handelt, den Motor zu dem höheren CR (von dem geringeren CR) überführen, wobei der Motor bei dem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das beinhaltet, dass die Steuerung ein Signal zum Überführen des VCR-Mechanismus an das VCR-Betätigungselement sendet. Zum Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis durch Erhöhung der Kolbenposition in einem Zylinder über eines von Folgendem erhöht werden: eine elliptische Kurbelwellendrehung und einen Exzenter, der an einen Kolbenbolzen gekoppelt ist, und einen Kolbenboden mit variabler Höhe und eine Pleuelstange mit variabler Länge und eine nicht herkömmliche Kurbeltriebverbindung.
  • Der Ablauf kann anschließend zu 320 übergehen, wobei die Steuerung das CVT auf die Bereitstellung des Motordrehzahl/Last-Profil einzustellen, das optimal für das ausgewählte CR ist. Zum Beispiel kann das CVT als Reaktion auf einen Übergang zu dem geringeren CR auf ein geringeres Drehzahlverhältnis eingestellt werden, wodurch die Motordrehzahl herabgesetzt wird. In einem anderen Beispiel kann das CVT als Reaktion auf einen Übergang zu dem höheren CR auf ein höheres Drehzahlverhältnis eingestellt werden, wodurch die Motordrehzahl gesteigert wird.
  • Zusätzlich zum Betätigen des VCR-Mechanismus und des CVT kann die Steuerung auch einen oder mehrere von der Motoransaugdrossel, Einlass- und/oder Auslassnocken, Ventilhub, Ventilsteuerung, Aufladedruck und Zündsteuerung betätigen, um die optimale Last (Drehmoment) für das zweite Verdichtungsverhältnis bereitzustellen.
  • Unter erneutem Bezug auf 310 umfasst das Verfahren, wenn ein Klopfen bei der vorhergesagten Motordrehzahl/-last erwartet wird, dann bei 314 das Vorhersagen eines Kraftstoffaufwands, der mit einer Einstellung zur Klopfabschwächung verbunden ist. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob das Motordrehzahl/Last-Profil verändert werden kann (über Einstellungen eines Drehzahlverhältnisses des CVT), um das Klopfen zu verringern. Das Einstellen auf die eingestellte/veränderte Motordrehzahl/Last-Profils kann ein Auswählen eines Drehzahlverhältnisses des CVT beinhalten, das dem eingestellten Motordrehzahl/Last-Profil entspricht. Dies kann das Auswählen eines Drehzahlverhältnisses beinhalten, das die Motordrehzahl steigert, während die Motorlast bei dem höheren Verdichtungsverhältnis herabgesetzt wird, um den Leistungsausgang des Motors aufrechtzuerhalten, während das Klopfen reduziert wird. In einem Beispiel kann die Motordrehzahl erhöht werden, während die Motorlast verringert wird, wenn sich der Motorbetrieb in dem veränderten CR der Klopfgrenze nähert. Im Grunde genommen haben die Erfinder festgestellt, dass das Motordrehzahl/Last-Profil variiert werden kann, während die Motorleistungsausgang über Einstellungen eines Drehzahlverhältnisses des CVT beibehalten wird. Anschließend kann die Kraftstoffeffizienz des Motors in dem neuen Motordrehzahl/Last-Profil und dem ausgewählten CR (in dem vorliegenden Beispiel die Kraftstoffeffizienz bei der höheren Drehzahl und der geringeren Last des höheren CR) berechnet werden. In einem Beispiel verweist die Steuerung auf ein Diagramm, zum Beispiel die beispielhafte Darstellung aus 4 (unten ausgeführt), um zu bestimmen, ob die Änderung der Motordrehzahl/-last zu einem Übergang des Motors von einer ersten Linie (oder Muschel) der besten Kraftstoffeffizienz zu einer zweiten Linie (oder Muschel) der besten Kraftstoffeffizienz führt, wobei die zweite Linie im Vergleich zu der ersten Linie eine geringere Kraftstoffeffizienz aufweist. Hier kann ein Kraftstoffaufwand auf Grundlage eines Abfalls der Kraftstoffeffizienz geschätzt werden (z. B. auf Grundlage eines Unterschieds zwischen der Kraftstoffeffizienz an der ersten Linie im Vergleich zu der zweiten Linie). Unter Bezugnahme auf das oben beschriebene Beispiel kann eine erste Kraftstoffeffizienz des Motors mit dem höheren CR bei der standardmäßigen geringeren Motordrehzahl und der höheren Motorlast mit einer zweiten Kraftstoffeffizienz des Motors mit dem höheren CR bei der auf das CVT eingestellten höheren Motordrehzahl und einer geringeren Motorlast verglichen werden. In einem anderen Beispiel kann ein zum Abschwächen des Klopfens erforderliches Maß an Spätzündung bestimmt und der entsprechende Kraftstoffaufwand berechnet werden.
  • Bei 316 kann der vorhergesagte Kraftstoffaufwand, der mit dem Klopfen (Klpf_Kraftstoffaufwand) verbunden ist, mit der Änderung der Kraftstoffeffizienz verglichen werden, die mit dem Übergang zu dem ausgewählten CR (CR_Kraftstoffeffizienz) verbunden ist. Mit anderen Worten wird eine Kraftstoffeffizienz, die mit dem Betreiben des Motors bei dem aktuellen CR verbunden ist, mit der Änderung der Kraftstoffeffizienz verglichen, die mit dem Betreiben des Motors bei dem veränderten CR mit dem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil verbunden ist. Hier kann der Motor bei dem aktuellen CR entweder mit einem standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profil für das aktuelle CR oder einem veränderten Drehzahl/Last-Profil verwendet werden, das auf Motoreinschränkungen bei dem aktuellen CR basiert (das mit den Motoreinschränkungen bei dem veränderten CR übereinstimmt oder davon verschieden ist). Demnach kann das veränderte Drehzahl/Last-Profil bei dem aktuellen CR sich von dem veränderten Drehzahl/Last-Profil bei dem veränderten CR unterscheiden. Zum Beispiel kann das veränderte Drehzahl/Last-Profil bei dem aktuellen CR auf Reibungsverluste eingestellt sein, während der veränderte Drehzahl/Last-Profil bei dem veränderten CR für Klopfeinschränkung eingestellt sein kann. Ein Leistungsniveau des Motors wird jedoch jeweils bei Motorbetrieb in dem aktuellen CR (mit standardmäßigem oder veränderten Drehzahl/Last-Profil) und bei Motorbetrieb in dem veränderten CR mit dem veränderten/eingestellten Drehzahl/-Last-Profil beibehalten.
  • Wenn der Kraftstoffaufwand geringer als die Änderung der Kraftstoffeffizienz aufgrund des CR ist, d. h., das Nettoergebnis selbst mit der Änderung des Motordrehzahl/Last-Profils und des CR-Übergangs ein Kraftstoffvorteil ist, so geht das Verfahren bei 312 über Änderungen an dem VCR-Mechanismus zum Überführen des Motors auf das Verdichtungsverhältnis mit der höheren Kraftstoffeffizienz über. Dies umfasst, dass die Steuerung ein Signal an ein VCR-Betätigungselement sendet, das an einen VCR-Mechanismus gekoppelt ist, um den VCR-Mechanismus umzulegen.
  • Darüber hinaus kann die Steuerung bei 320 das CVT einstellen, um das Motordrehzahl/Last-Profil bereitzustellen, das für das ausgewählte CR und für das Angehen der konkreten Klopfeinschränkungen optimal ist. Zum Beispiel kann der Motor zu dem höheren CR überführt werden, während das CVT auf ein Drehzahlverhältnis eingestellt wird, das die Motordrehzahl steigert und die Motorlast herabsetzt, während dieselbe Antriebsausgabe des Motors beibehalten wird.
  • Wenn der Kraftstoffaufwand aufgrund des CR höher als die Änderung der Kraftstoffeffizienz ist, d. h., das Nettoergebnis selbst mit der Änderung des Motordrehzahl/Last-Profils und des CR-Übergangs ein Kraftstoffverlust ist, so geht das Verfahren bei 318 dazu über, den Motor in dem aktuellen Verdichtungsverhältnis zu halten. Demnach kann die Steuerung, obwohl das andere CR nominal kraftstoffeffizienter für die konkrete Anforderung der Ansteuerung ist, den Motor vor dem Hintergrund kraftstoffeffizienteres Einschränkungen, die beim Betrieb mit dem anderen CR auftreten können, in dem aktuellen CR halten. Das Beibehalten des aktuellen CR umfasst, dass die Steuerung ein Signal an das VCR-Betätigungselement sendet, das an den VCR-Mechanismus gekoppelt ist, um die Position des VCR-Mechanismus beizubehalten. Darüber hinaus kann die Steuerung bei 320 das CVT einstellen, um das Motordrehzahl/Last-Profil bereitzustellen, das für das ausgewählte CR optimal ist. Dies kann das Beibehalten eines standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profils für das aktuelle CR beinhalten, während das aktuelle CR beibehalten wird. Alternativ kann dies das Einstellen des Motordrehzahl/Last-Profils für das aktuelle CR über Einstellungen an dem CVT-Drehzahlverhältnis beinhalten, während das aktuelle CR beibehalten wird.
  • Es versteht sich, dass, während das vorstehende Verfahren das Vorhersagen von Klopfeinschränkungen bei dem vorhergesagten Motordrehzahl/Last-Profil bei 310 und das Vorhersagen eines Kraftstoffaufwands für die Klopfabschwächung bei 314 erörtert, dies nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen ist. In einem Beispiel kann die Steuerung Reibungskräfte bei der vorhergesagten Motordrehzahl/Last vorhersagen und anschließend einen Kraftstoffaufwand für die Reibungsabschwächung vorhersagen. Zum Beispiel kann beim Betrieb mit einem geringeren CR bei geringerer Last die Reibung gegen Klopfeinschränkungen eingetauscht werden. Demnach ist es möglicherweise kraftstoffeffizienter, den Motor zu dem geringeren CR zu überführen, während das CVT auf ein Drehzahlverhältnis eingestellt wird, das die Motordrehzahl verringert und die Motorlast steigert, während dieselbe Leistungsausgabe des Motors beibehalten wird.
  • In einem Beispiel können, wie unter Bezugnahme auf 4 ausgeführt, die Kraftstoffdaten aus den Muscheldiagrammen für jedes Verdichtungsverhältnis auf zwei Linien zur besten Effizienz reduziert werden, zwischen denen die Steuerung in Echtzeit schneller umschalten kann. Ansonsten müsste die Steuerung eine Optimierung für jedes Kraftstoffdiagramm ausführen und anschließend versuchen, einen Punkt zwischen den zwei Zuständen des Verdichtungsverhältnisses weiter zu optimieren. Bei dem vorliegenden Ansatz kann die Steuerung Kraftstoffmuscheldiagramme für das Verdichtungsverhältnis verwenden, um vorab eine Linie zur optimalen Effizienz zu bestimmen. Anschließend kann die Steuerung für die aktuelle Leistungsanforderung Linien zur optimalen Effizienz für eine aktuelle Betriebsleistung suchen und die zwei Kurven auswerten, um die optimale Effizienz zu bestimmen. Wenn das CR variabel ist (z. B. wenn sich das CR um 40 % von einem CR, CR1, zu einem zweiten CR, CR2, ändert), kann die Steuerung linear zwischen der Linie zur optimalen Effizienz für das erste CR und das zweite CR interpolieren. Obwohl die Linie möglicherweise nicht ganz linear ist, können die Änderungen gering genug sein, sodass eine lineare Annäherung eine angemessene Echtzeitannäherung ist.
  • In Bezug auf 4 ist ein Beispieldiagramm 400 zum Vergleichen von Kraftstoffeffizienzen, die mit unterschiedlichen CR für eine konkrete, von der Ansteuerung angeforderte Leistungsausgabe verbunden sind, sowie zum Vergleichen der Kraftstoffeffizienzen, die mit unterschiedlichen Motordrehzahl/Last-Profilen für eine konkrete CR verbunden sind, dargestellt. In einem Beispiel kann das Diagramm aus 4 während der Motorkalibrierung erzeugt und im Speicher der Motorsteuerung gespeichert werden. Die Steuern kann dann während des Motorbetriebs auf das Diagramm verweisen, um zu bestimmen, ob als Reaktion auf eine Änderung der Anforderung der Ansteuerung ein aktuelles CR beibehalten oder zu einem alternativen CR übergegangen werden soll.
  • Das Diagramm 400 stellt eine erste Linie zur besten Effizienz im Vergleich zur Leistung bei einem höheren Verdichtungsverhältnis dar, die hier auch als Grenze 404 der optimalen Effizienz und Last bei höherem CR (als durchgezogene Linie dargestellt) bezeichnet wird. Das Diagramm 400 stellt darüber hinaus eine zweite Linie zur besten Effizienz im Vergleich zur Leistung bei einem geringeren Verdichtungsverhältnis dar, die hier auch als Grenze 406 der optimalen Effizienz und Last bei geringerem CR (als gestrichelte Linie dargestellt), bezeichnet wird. Die Darstellungen sind mit der Motordrehzahl entlang der X-Achse und der Motorlast oder dem -drehmoment entlang der y-Achse dargestellt. Eine beispielhafte BSFC-Muschel (hier oval) zur besten Kraftstoffeffizienz für das höhere Verdichtungsverhältnis ist als gepunktete Linie 408 darübergelegt, während eine entsprechende Muschel für das geringere Verdichtungsverhältnis an der gepunkteten Linie 409 darübergelegt ist. Es versteht sich, dass die Muscheln 408 und 409 die innerste Muschel des geringsten Kraftstoffverbrauchs darstellen und dass die Kraftstoffmuscheln außerhalb dieser Muscheln hier aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt sind. Im Grunde genommen ändern sich die genauen Positionen der Ovale der konstanten Effizienz in Abhängigkeit von aktuellen Klopfgrenzen, die je nach Oktanzahl, Temperatur, Feuchtigkeit und natürlich Verdichtungsverhältnis variieren. Das maximale Drehmoment des Motors bei einer konkreten Motordrehzahl ist durch die Kurve 402 dargestellt. Die Linien zur konstanten Leistungsausgabe, die 10 kW–50 kW entsprechen, sind an den Leistungslinien 450–490 dargestellt.
  • Eine erste CR- und CVT-Einstellung ist in Bezug auf die Betriebspunkte 410–416 dargestellt. Auf Grundlage einer aktuellen Anforderung der Ansteuerung kann sich der Motor bei Betriebspunkt 410 in dem Motordrehzahl/Last-Diagramm befinden. Insbesondere kann der Motor auf Grundlage der Motorlast, die einer Position an (oder direkt unter) der Lastgrenze 404 für die höhere CR bei optimaler Effizienz und einer Leistungsanforderung von 10 kW entspricht, bei Betriebspunkt 410 mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis und mit einer Motordrehzahl/Last entlang der Leistungslinie 450 betrieben werden. Die Motordrehzahl/Last bei dem aktuellen CR kann auf Grundlage der BSFC-Muschel 408 ausgewählt werden.
  • Wenn es zu einer Steuerung der Anforderung der Ansteuerung auf 20 kW kommt (zum Beispiel auf Grundlage einer Pedalbetätigung des Fahrzeugführers, während sich der Motor in dem höheren Verdichtungsverhältnis befindet), kann der Motor zum Betrieb entlang der Leitungslinie 460 übergehen und bestimmen, ob er in dem höheren CR bleiben oder auf Grundlage der Änderungen der Kraftstoffeffizienz zu dem geringeren CR übergehen soll. Als erste Möglichkeit könnte der Motor entlang der Leistungslinie 460 zu Betriebspunkt 412 überführt werden. Hier wird die Anforderung der Ansteuerung bereitgestellt, während das aktuelle höhere CR beibehalten wird. Als zweite Möglichkeit könnte der Motor entlang der Leitungslinie 460 zu einem Betriebspunkt 414 überführt werden, bei dem während des Übergangs zu dem geringeren CR die gleiche Leistungsausgabe bereitgestellt wird. Daher kann für die konkrete Anforderung der Ansteuerung eine höhere Kraftstoffeffizienz bei dem geringeren CR bereitgestellt werden, da der Motor bei einer Muschel zur höheren Kraftstoffeffizienz bei Punkt 414 betrieben wird. Die Steuerung kann ferner jedoch bestimmen, dass der Betriebspunkt 414 mit einer Einschränkung (z. B. einer Klopfeinschränkung) verbunden ist, die als dritte Möglichkeit zu Betriebspunkt 416 überführt werden kann, bei dem beim Verbleiben auf der Leitungslinie 460 die Motorlast erhöht und die Motordrehzahl verringert wird. Die Einstellung der Motordrehzahl/Last kann über Einstellungen eines Drehzahlverhältnisses für das CVT ausgeführt werden. Das Überführen zu Betriebspunkt 416 würde im Vergleich zum Verbleiben bei Betriebspunkt 414 zu einem Abfall der Kraftstoffeffizienz führen (d. h. mit einem Kraftstoffaufwand einhergehen). Der Kraftstoffaufwand, der mit dem Übergang von Betriebspunkt 414 zu Betriebspunkt 416 verbunden ist, ist jedoch geringer als die Kraftstoffverbesserung, die mit dem Übergang von Betriebspunkt 412 zu Betriebspunkt 414 verbunden ist. Folglich ist es als Reaktion auf die Erhöhung der Anforderung der Ansteuerung kraftstoffeffizienter, zu einem Betriebspunkt 410 bis 416 überzugehen, indem zu dem geringeren Verdichtungsverhältnis übergegangen und die Motordrehzahl verringert wird.
  • Es versteht sich, dass, wenn die Einstellung der Motordrehzahl/Last, die erforderlich ist, um die Einschränkung anzugehen, den Motor als vierte Möglichkeit zu Betriebspunkt 418 überführen würde (bei dem bei Verbleib auf der Leistungslinie 460 die Motorlast weiter gesteigert wird und die Motordrehzahl weiter verringert wird), die Überführung mit einem größeren Kraftstoffaufwand einhergehen würde. In diesem Fall würde vorhergesagt werden, dass der Kraftstoffaufwand, der mit dem Übergang von Betriebspunkt 414 zu Betriebspunkt 418 verbunden ist, größer als die Kraftstoffverbesserung ist, die mit dem Übergang von Betriebspunkt 412 zu Betriebspunkt 414 verbunden ist. Folglich wäre es als Reaktion auf die Erhöhung der Anforderung der Ansteuerung kraftstoffeffizienter, von Betriebspunkt 410 zu 414 überzugehen, indem das höhere Verdichtungsverhältnis beibehalten wird.
  • Eine zweite CR- und CVT-Einstellung ist in Bezug auf die Betriebspunkte 420–424 dargestellt. Auf Grundlage einer aktuellen Anforderung der Ansteuerung kann der Motor bei Betriebspunkt 420 in dem Motordrehzahl/Last-Diagramm befinden. Insbesondere kann der Motor auf Grundlage der Motorlast, die einer Position an (oder direkt unter) der Lastgrenze 404 für die höhere CR bei optimaler Effizienz und einer Leistungsanforderung von 40 kW entspricht, bei Betriebspunkt 420 mit dem geringeren Verdichtungsverhältnis (d. h. wobei der VCR-Mechanismus in eine Position überführt wird, bei der die Entfernung zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf größer ist) und mit einer Motordrehzahl/Last entlang der Leistungslinie 480 betrieben werden. Die Motordrehzahl/Last bei dem aktuellen CR kann auf Grundlage der BSFC-Muschel 409 ausgewählt werden.
  • Wenn es zu einer Steigerung der Anforderung der Ansteuerung auf 50 kW kommt (zum Beispiel auf Grundlage einer Pedalbetätigung des Fahrzeugführers, während sich der Motor in dem höheren Verdichtungsverhältnis befindet), kann der Motor zum Betrieb entlang der Leitungslinie 490 übergehen und bestimmen, ob er in dem höheren CR bleiben oder auf Grundlage der Änderungen der Kraftstoffeffizienz zu dem geringeren CR übergehen soll. Als erste Möglichkeit könnte der Motor entlang der Leistungslinie 490 zu Betriebspunkt 422 überführt werden. Hier wird die Anforderung der Ansteuerung bereitgestellt, während das aktuelle höhere CR beibehalten wird. Als zweite Möglichkeit könnte der Motor entlang der Leitungslinie 490 zu einem Betriebspunkt 424 überführt werden, bei dem die gleiche Leistungsausgabe bereitgestellt wird, während zu dem geringeren CR übergegangen wird. Daher ist für die konkrete Anforderung der Ansteuerung des Fahrers eine höhere Kraftstoffeffizienz bei dem höheren CR bereitgestellt, was auf Grundlage eines Vergleichs ihrer BSFC-Muscheln bestimmt wurde. Folglich ist es als Reaktion auf die Erhöhung der Anforderung der Ansteuerung kraftstoffeffizienter, von Betriebspunkt 420 zu 424 überzugehen, indem das höhere Verdichtungsverhältnis beibehalten wird. Darüber hinaus können die Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz bei Verbleib in dem höheren CR über CVT-Einstellungen erzielt werden. Insbesondere kann ein Drehzahlverhältnis des CVT darauf eingestellt werden, den Verbrennungsmotor entlang der Leistungslinie 490 zu dem Betriebspunkt 426 zu überführen, bei dem die gleiche Leistungsausgabe bereitgestellt wird, während das höhere CR beibehalten wird, indem die Motorlast verringert wird, während die Motordrehzahl erhöht wird.
  • Auf dieses Weise kann eine Motorsteuerung für eine konkrete Anforderung der Ansteuerung eine erste Kraftstoffeffizienz, die mit dem Aufrechterhalten eines ersten Verdichtungsverhältnisses verbunden ist, im Vergleich zu einer zweiten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Übergehen in ein zweites Verdichtungsverhältnis verbunden ist, während der Betriebs mit einem Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen schätzen. Wenn die zweite Kraftstoffeffizienz höher als die erste Kraftstoffeffizienz ist, kann die Steuerung bestimmen, dass ein Übergang kraftstoffeffizienter ist, und die Steuerung kann den Motor über mechanische Einstellungen der Kolbenposition (zum Beispiel über den VCT-Mechanismus) zu dem zweiten Verdichtungsverhältnis überführen. Darüber hinaus kann die Steuerung den Motor über Einstellungen des Drehzahlverhältnisses des CVT in das Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen überführen. Hier umfasst das Übergehen zu dem Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen das Übergehen von einem standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profil des zweiten Verdichtungsverhältnisses. In einem Beispiel umfasst das Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen eine höhere Motordrehzahl und eine geringere Motorlast im Vergleich zu dem standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profil für ein konkretes Leistungsniveau bei dem konkreten Verdichtungsverhältnis. Darüber hinaus entspricht eine Ausgabeleistung des Motors während des Motorbetriebs bei dem ersten Verdichtungsverhältnis der Ausgabeleistung des Motors während des Motorbetriebs bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis mit dem Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen. Im Vergleich kann die Steuerung, wenn die zweite Kraftstoffeffizienz geringer als die erste Kraftstoffeffizienz ist, bestimmen, dass eine Überführung nicht kraftstoffeffizient ist, und die Steuerung kann das erste Verdichtungsverhältnis beibehalten. Zusätzlich oder optional kann die Steuerung während des ersten Verdichtungsverhältnisses über Einstellungen des Drehzahlverhältnisses des CVT zu einem Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen übergehen, wenn das Motordrehzahl/Last-Profil mit Reibungseinstellungen noch mehr Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz bereitstellt (als der Verbleib in dem ersten Verdichtungsverhältnis mit dem standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profil). In einem Beispiel beinhaltet, wenn das zweite Verdichtungsverhältnis höher als das erste Verdichtungsverhältnis ist, das Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis eine höhere als eine standardmäßige Motordrehzahl und eine geringer als eine standardmäßige Motorlast, während das Motordrehzahl/Last-Profil mit Reibungseinstellungen bei dem ersten Verdichtungsverhältnis eine geringere als eine standardmäßige Motordrehzahl und eine höhere als eine standardmäßige Motorleistung umfasst.
  • In Bezug auf 5 zeigt das Diagramm 500 beispielhafte CVT- und VCR-Einstellungen, die verbunden werden können, um synergistische Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz bereitzustellen. Das Diagramm 500 zeigt Änderungen einer Motordrehzahl bei Darstellung 502, Änderungen einer Motorlast bei Darstellung 504, Änderungen einer Leistungsausgabe des Motors bei Darstellung 506, Änderungen eines Verdichtungsverhältnisses (CR) des Motors bei Darstellung 508 und eine Klopfsensorausgabe bei Darstellung 510. Es versteht sich, dass im hier verwendeten Sinne die Motorleistung als Produkt der Motordrehzahl und der Motorlast (oder des Drehmoments) bestimmt wird. Darüber hinaus werden die Einstellungen der Motordrehzahl/Last über Einstellungen eines Drehzahlverhältnisses eines CVT erzielt, das zwischen dem Motor und einer Ausgangswelle angekoppelt ist. Im vorliegenden Beispiel ist das CR zwischen einem ersten und einem zweiten Wert einstellbar, obwohl in Alternativbeispielen zusätzliche CR möglich sein können und/oder das CR auf beliebige CR zwischen dem ersten und dem zweiten Wert einstellbar sind.
  • Vor t1 kann der Motor betrieben werden, um eine Leistungsabgabe bereitzustellen, die über das abgebildete Motordrehzahl/Last-Profil zugeführt wird, und wobei der Motor das höhere CR aufweist. Bei t1 kann die Leistungsausgabe des Motors als Reaktion auf eine Steigerung der Anforderung der Ansteuerung erhöht werden. Hier wird die Leistungsausgabe durch den Übergang zu dem geringeren CR erhöht, da das höhere CR kraftstoffeffizienter als das höhere CR ist. Darüber hinaus werden weitere Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz durch das Einstellen des Motordrehzahl/Last-Profils in dem geringeren CR über CVT-Einstellungen erzielt, sodass die gleiche Motorleistung unter Verwendung einer höheren als einer standardmäßigen Motorleistung und einer geringeren als einer standardmäßigen Motorlast bereitgestellt wird. Die standardmäßige Motordrehzahl und -last (für das konkrete CR) sind hier als gestrichelte Linien dargestellt. Insbesondere wäre, wenn der Motor in dem höheren CR gehalten worden und mit der standardmäßigen Motordrehzahl/-last betrieben worden wäre, der Motor klopfbeschränkt gewesen, worauf dadurch hingewiesen wird, dass die vorhergesagte Klopfsensorausgabe 512 (gestrichelter Abschnitt) den Schwellenwert für das Klopfen (Klpf_Schw.) übersteigt. Hier wird ein Klopfen bei höheren Lasten durch den Übergang zu der höheren Motordrehzahl und der geringeren Motorlast über CVT-Einstellungen während des Übergangs zu dem geringeren CR über VCR-Einstellungen angegangen, während die Gesamtkraftstoffeffizienz des Motors verbessert wird, und ohne, dass die Leistungsausgabe des Motors beeinträchtigt wird.
  • Der Motor kann über einen Zeitraum bis t2 hinweg mit der höheren als der standardmäßigen Motordrehzahl und der geringeren als der standardmäßigen Motorlast bei dem geringeren CR betrieben werden. Bei t2 kann der Motor als Reaktion auf einen Abfall der Anforderung der Ansteuerung in dem geringeren CR gehalten werden, während die standardmäßige Motordrehzahl und die standardmäßige Motorlast wieder aufgenommen werden, da der Motor nicht mehr klopfbeschränkt ist. Dieser Betrieb kann bis zu t3 beibehalten werden.
  • Bei t3 kann die Leistungsausgabe des Motors als Reaktion auf eine Verringerung der Anforderung der Ansteuerung verringert werden. Hier wird die Leistungsausgabe durch den Übergang zu dem höheren CR verringert, da das höhere CR kraftstoffeffizienter als das geringere CR ist. Darüber hinaus werden weitere Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz durch Einstellen des Motordrehzahl/Last-Profils in dem höheren CR über CVT-Einstellungen erzielt, sodass die gleiche Motorleistung unter Verwendung einer geringeren als einer standardmäßigen Motorleistung und einer höheren als einer standardmäßigen Motorlast bereitgestellt wird. Die standardmäßige Motordrehzahl und die -last (für das konkrete CR) sind hier als gestrichelte Linien dargestellt. Insbesondere hätte der Motor, wenn der Motor in das geringere CR überführt und mit der standardmäßigen Motordrehzahl/Last betrieben wird, reibungsbeschränkt sein können. Hier werden Reibungsverluste bei geringeren Lasten durch den Übergang zu der geringeren Motordrehzahl und der höheren Motorlast über CVT-Einstellungen während des Übergangs zu dem höheren CR über VCR-Einstellungen reduziert, während die Gesamtkraftstoffeffizienz des Motors verbessert wird, und ohne, dass die Leistungsausgabe des Motors beeinträchtigt wird.
  • Auf diese Weise kann die Kraftstoffeffizienz eines Motors durch das Verbinden von VCR-Technologie mit CVT-Technologie verbessert werden. Durch das Nutzen der unterschiedlichen Motordrehzahl/Last-Kombinationen, die für eine konkrete Leistungsausgabe des Motors über CVT-Einstellungen erzielbar sind, kann eine Motorsteuerung Motoreinschränkungen präziser angehen, so etwa Klopfeinschränkungen, die mit einem Verdichtungsverhältnisübergang verbunden sind. Im Grunde genommen ermöglicht dies es, die mit einem Verdichtungsverhältnisübergang verbundenen Kraftstoffkosten präziser zu bestimmen, wodurch die Häufigkeit kraftstoffineffizienter Verdichtungsverhältniswechsel als Reaktion auf häufige Änderungen der Anforderung des Fahrzeugführers oder der Raddrehmomentanforderung verringert wird. Insgesamt kann die Kraftstoffeffizienz eines Motors gesteigert werden.
  • Ein beispielhaftes Verfahren für einen Motor, der an ein stufenloses Getriebe (CVT) gekoppelt ist, umfasst: für ein gewünschtes Leistungsniveau das Vergleichen des Motorwirkungsgrads bei einem aktuellen Verdichtungsverhältnis mit einem Motorwirkungsgrad bei einem veränderten Verdichtungsverhältnis mit einer eingestellten Motordrehzahl/-last; und als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Verbesserung des Motorwirkungsgrads bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis mit der eingestellten Motordrehzahl/-last das Übergehen zu dem veränderten Verdichtungsverhältnis und das Einstellen auf die eingestellte Motordrehzahl/-last. In dem vorstehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: als Reaktion auf eine unter einem Schwellenwert liegende Verbesserung des Motorwirkungsgrads Beibehalten des aktuellen Verdichtungsverhältnisses. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner das Einstellen der Motordrehzahl/-last, während das aktuelle Verdichtungsverhältnis beibehalten wird, wobei sich die eingestellte Motordrehzahl/-last mit dem aktuellen Verdichtungsverhältnis von der eingestellten Motordrehzahl/-last mit dem veränderten Verdichtungsverhältnis unterscheidet. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele basiert die eingestellte Motordrehzahl/-last mit dem veränderten Verdichtungsverhältnis auf einer Klopfgrenze des Motors bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einstellen auf die eingestellte Motordrehzahl/-last zusätzlich oder optional ein Erhöhen der Motordrehzahl, während die Motorlast verringert wird, um das Leistungsniveau aufrechtzuerhalten, während sich der Motorbetrieb bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis der Klopfgrenze nähert. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einstellen auf die eingestellte Motordrehzahl/-last zusätzlich oder optional ein Auswählen eines CVT-Drehzahlverhältnisses, das der eingestellten Motordrehzahl/-last entspricht. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele wird das Leistungsniveau zusätzlich oder optional jeweils bei Motorbetrieb in dem aktuellen Verdichtungsverhältnis und bei Motorbetrieb in dem veränderten Verdichtungsverhältnis bei der eingestellten Motordrehzahl/-Last gehalten. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele handelt es sich bei dem Leistungsniveau zusätzlich oder optional um eine Antriebsausgabe des Motors, die als Produkt der Motorlast und der Motordrehzahl bestimmt wird. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Überführen in das veränderte Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional das Betätigen eines Mechanismus für das variable Verdichtungsverhältnis, um eine Kolbenposition in einem Zylinder des Motors mechanisch zu ändern. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele handelt es sich bei dem Mechanismus für das variable Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional um einen Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition, der eines von Folgendem umfasst: eine elliptische Kurbelwelle und einen Exzenter, der an einen Kolbenbolzen gekoppelt ist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele handelt es sich bei dem Mechanismus für das variable Verdichtungsverhältnis um einen Mechanismus zur Änderung des Zylinderkopfvolumens.
  • Ein weiteres Beispiel für einen Motor, der an ein stufenloses Getriebe (CVT) gekoppelt ist, umfasst: für eine Anfrage einer Ansteuerung das Schätzen einer ersten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Aufrechterhalten eines ersten Verdichtungsverhältnisses verbunden ist, im Vergleich zu einer zweiten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Übergehen in ein zweites Verdichtungsverhältnis verbunden ist, während des Betriebs mit einem Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen; und als Reaktion darauf, dass die zweite Kraftstoffeffizienz höher als die erste Kraftstoffeffizienz ist, das Überführen in das zweite Verdichtungsverhältnis über mechanische Einstellungen einer Kolbenposition und das Überführen in das Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen über Einstellungen an dem Drehzahlverhältnis des CVT. Im vorstehenden Beispiel umfasst das Überführen in das Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen zusätzlich oder optional das Überführen von einem standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profil des zweiten Verdichtungsverhältnisses. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele entspricht eine Ausgabeleistung des Motors während des Motorbetriebs bei dem ersten Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional der Ausgabeleistung des Motors während des Motorbetriebs bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis mit dem Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner als Reaktion darauf, dass die zweite Kraftstoffeffizienz geringer als die erste Kraftstoffeffizienz ist, das Beibehalten des ersten Verdichtungsverhältnisses und gegebenenfalls das Überführen in das Motordrehzahl/Last-Profil mit Reibungseinstellungen über Einstellungen des Drehzahlverhältnisses des CVT. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele ist das zweite Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional höher als das erste Verdichtungsverhältnis, wobei das Motordrehzahl/Last-Profil mit Klopfeinstellungen eine höhere als eine standardmäßige Motordrehzahl und eine geringer als eine standardmäßige Motorlast umfasst und wobei das Motordrehzahl/Last-Profil mit Reibungseinstellungen eine geringere als eine standardmäßige Motordrehzahl und eine höhere als eine standardmäßige Motorleistung umfasst.
  • Ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugsystem umfasst Folgendes: einen Motor mit einem Zylinder; einen VCR-Mechanismus, der an einen Kolben des Zylinders gekoppelt ist, um ein Verdichtungsverhältnis des Motors über eine mechanische Änderung einer Kolbenposition in dem Zylinder zu variieren; ein stufenloses Getriebe (CVT), das den Motor an die Fahrzeugräder koppelt, wobei das CVT eine Mehrzahl von Drehzahlverhältnissen aufweist; und eine Steuerung. Die Steuerung kann mit computerlesbaren Anweisungen konfiguriert sein, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um: eine erste Kraftstoffeffizienz, die mit dem Beibehalten eines ersten Verdichtungsverhältnisses verbunden ist, im Vergleich zu einer zweiten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Übergang zu einem zweiten Verdichtungsverhältnis verbunden ist, zu schätzen; wenn die zweite Kraftstoffeffizienz höher ist, einen Kraftstoffaufwand vorherzusagen, der mit dem Betreiben mit einem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis verbunden ist; und, wenn die auf den Kraftstoffaufwand eingestellte zweite Kraftstoffeffizienz höher als die erste Kraftstoffeffizienz ist, den VCR-Mechanismus zu betätigen, um in das zweite Verdichtungsverhältnis überzugehen, während eines aus der Mehrzahl von Drehzahlverhältnissen ausgewählt wird, um das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil bereitzustellen. In dem vorstehenden Beispiel umfasst die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen, um: wenn die erste Kraftstoffeffizienz höher als die auf den Kraftstoffaufwand eingestellte zweite Kraftstoffeffizienz ist, eine Position des VCR-Mechanismus beizubehalten, um den Motorbetrieb in dem ersten Verdichtungsverhältnis aufrechtzuerhalten. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele handelt es sich bei dem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil mit dem zweiten Verdichtungsverhältnis zusätzlich oder optional um ein erstes verändertes Motordrehzahl/Last-Profil, das auf einer Motorklopfgrenze bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis basiert, wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: während des Beibehaltens des Motorbetriebs in dem ersten Verdichtungsverhältnis den Kraftstoffaufwand vorherzusagen, der mit dem Betrieb mit einem zweiten veränderten Motordrehzahl/Last-Profil mit dem ersten Verdichtungsverhältnis verbunden ist, wobei das zweite veränderte Motordrehzahl/Last-Profil auf einem Motorreibungsverlust in dem ersten Verdichtungsverhältnis basiert; wenn der Kraftstoffaufwand geringer ist, den Motor mit dem zweiten veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem ersten Verdichtungsverhältnis zu betreiben; und wenn der Kraftstoffaufwand größer ist, ein standardmäßiges Motordrehzahl/Last-Profil bei dem ersten Verdichtungsverhältnis beizubehalten. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Auswählen zusätzlich oder optional das Auswählen eines ersten geringeren Drehzahlverhältnisses, wenn das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil eine höhere Motordrehzahl und eine geringere Motorlast umfasst, und das Auswählen eines zweiten höheren Verhältnisses, wenn das verändert Motordrehzahl/Last-Profil eine geringere Motordrehzahl und eine höhere Motorlast umfasst.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzabläufe mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -abläufe können als ausführbare Anweisungen auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuerungssystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen und anderer Verbrennungsmotorhardware beinhaltet. Die hier beschriebenen konkreten Abläufe können für eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien stehen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Daher können verschiedene dargestellte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern sie ist zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der dargestellten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, je nach konkret eingesetzter Strategie. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch für einen Code stehen, der auf einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Abläufe beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere in der vorliegenden Schrift offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neu und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche, egal ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, werden ferner als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Verfahren für einen mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) gekoppelten Motor, umfassend: für ein Leistungsniveau Vergleichen des Motorwirkungsgrads bei einem aktuellen Verdichtungsverhältnis mit dem Motorwirkungsgrad bei einem veränderten Verdichtungsverhältnis mit einer eingestellten Motordrehzahl/-last; und als Reaktion auf eine über einem Schwellenwert liegende Verbesserung des Motorwirkungsgrads bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis mit der eingestellten Motordrehzahl/-last Übergehen zu dem veränderten Verdichtungsverhältnis und Einstellen auf die eingestellte Motordrehzahl/-last.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: als Reaktion auf eine unter einem Schwellenwert liegende Verbesserung des Motorwirkungsgrads Beibehalten des aktuellen Verdichtungsverhältnisses.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Einstellen der Motordrehzahl/-last, während das aktuelle Verdichtungsverhältnis beibehalten wird, wobei sich die eingestellte Motordrehzahl/-last mit dem aktuellen Verdichtungsverhältnis von der eingestellten Motordrehzahl/-last mit dem veränderten Verdichtungsverhältnis unterscheidet, wobei die eingestellte Motordrehzahl/-last mit dem veränderten Verdichtungsverhältnis auf einer Klopfgrenze des Motors bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis basiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen auf die eingestellte Motordrehzahl/-last eines von Folgendem umfasst: Erhöhen der Motordrehzahl, während die Motorlast verringert wird, um das Leistungsniveau beizubehalten, wenn sich der Motorbetrieb bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis einer Klopfgrenze nähert, und Verringern der Motordrehzahl, während die Motorlast erhöht wird, um das Leistungsniveau beizubehalten, wenn sich der Motorbetrieb bei dem veränderten Verdichtungsverhältnis von einer Klopfgrenze entfernt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen auf die eingestellte Motordrehzahl/-last ein Auswählen eines CVT-Drehzahlverhältnisses umfasst, das der eingestellten Motordrehzahl/-last entspricht.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Leistungsniveau jeweils bei Motorbetrieb in dem aktuellen Verdichtungsverhältnis und bei Motorbetrieb in dem veränderten Verdichtungsverhältnis mit der eingestellten Motordrehzahl/-last aufrechterhalten wird und wobei es sich bei dem Leistungsniveau um eine Antriebsausgabe des Motors handelt, die als Produkt der Motorlast und Motordrehzahl bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Übergehen zu dem veränderten Verdichtungsverhältnis das Betätigen eines Mechanismus für das variable Verdichtungsverhältnis beinhaltet, um mechanisch eine Kolbenposition in einem Zylinder des Motors zu verändern, wobei der Mechanismus für das variable Verdichtungsverhältnis einen von einem Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition und einem Mechanismus zum Ändern des Kopftotvolumens umfasst, wobei der Mechanismus zum Ändern der Kolbenposition eines von Folgendem umfasst: einen Kolbenboden mit variabler Länge und eine Pleuelstange mit variabler Länge und eine Zusatzverbindung in dem Kurbeltrieb und einen Exzenter, der an ein Kurbelwellenlager gekoppelt ist, und einen Exzenter, der an eine Pleuelstange gekoppelt ist, und einem Exzenter, der an einen Kolbenbolzen gekoppelt ist.
  8. Fahrzeugsystem, umfassend: einen Motor mit einem Zylinder; einen VCR-Mechanismus, der mit einem Kolben des Zylinders zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses des Motors über mechanische Änderung einer Kolbenposition in dem Zylinder gekoppelt ist; ein stufenloses Getriebe (CVT), das den Motor mit den Fahrzeugrädern koppelt, wobei das CVT eine Mehrzahl von Drehzahlverhältnissen aufweist; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Schätzen einer ersten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Aufrechterhalten eines ersten Verdichtungsverhältnisses verbunden ist, im Vergleich zu einer zweiten Kraftstoffeffizienz, die mit dem Überführen in ein zweites Verdichtungsverhältnis verbunden ist; wenn die zweite Kraftstoffeffizienz höher ist, Vorhersagen eines Kraftstoffaufwands, der mit dem Betreiben mit einem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis verbunden ist; und wenn die auf den Kraftstoffaufwand eingestellte zweite Kraftstoffeffizienz höher als die erste Kraftstoffeffizienz ist, Betätigen des VCR-Mechanismus, um zu dem zweiten Verdichtungsverhältnis überzugehen, während eines aus der Mehrzahl von Drehzahlverhältnissen ausgewählt wird, um das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil bereitzustellen.
  9. System nach Anspruch 8, wobei das Auswählen das Auswählen eines ersten geringeren Drehzahlverhältnisses, wenn das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil eine höhere Motordrehzahl und eine geringere Motorlast beinhaltet, und das Auswählen eines zweiten höheren Verhältnisses, wenn das veränderte Motordrehzahl/Last-Profil eine geringere Motordrehzahl und eine höhere Motorlast beinhaltet, umfasst und wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: wenn die erste Kraftstoffeffizienz höher als die auf den Kraftstoffaufwand eingestellte zweite Kraftstoffeffizienz ist, eine Position des VCR-Mechanismus beizubehalten, um den Motorbetrieb in dem ersten Verdichtungsverhältnis aufrechtzuerhalten.
  10. System nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem veränderten Motordrehzahl/Last-Profil mit dem zweiten Verdichtungsverhältnis um ein erstes Motordrehzahl/Last-Profil auf Grundlage einer Motorklopfgrenze und einer Motorreibung in dem zweiten Verdichtungsverhältnis handelt, wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: während der Motorbetrieb in dem ersten Verdichtungsverhältnis beibehalten wird, den Kraftstoffaufwand, der mit dem Betreiben mit einem zweiten veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem ersten Verdichtungsverhältnis verbunden ist, vorherzusagen, wobei das zweite veränderte Motordrehzahl/Last-Profil auf einer Motorklopfgrenze und einer Motorreibung in dem ersten Verdichtungsverhältnis basiert; wenn der Kraftstoffaufwand geringer ist, Betreiben mit dem zweiten veränderten Motordrehzahl/Last-Profil bei dem zweiten Verdichtungsverhältnis; und wenn der Kraftstoffaufwand höher ist, Beibehalten eines standardmäßigen Motordrehzahl/Last-Profils bei dem ersten Verdichtungsverhältnis.
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