DE102018106476A1 - Verfahren und system zur motorsteuerung - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Anzeigen einer Verschlechterung eines VCR-Mechanismus bereitgestellt, die mechanisch ein Zylinderverdichtungsverhältnis ändert. Die Verschlechterung wird auf Grundlage eines erhöhten Auftretens von Klopfen und einer erhöhten Verwendung von Spätzündung erkannt. Wenn der VCR-Mechanismus hängengeblieben ist, werden Klopfen und Frühzündung, die durch einen fortgesetzten Betrieb in einem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis ausgelöst werden könnten, durch das Einschränken der Motorlast abgeschwächt.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Steuern eines Motors als Reaktion auf eine Verschlechterung eines Mechanismus mit variablem Verdichtungsverhältnis.
  • Allgemeiner Stand der Technik/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.
  • Bei Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis (VCR - variable compression ratio) kann der Motor mit verschiedenen Mechanismen zum Ändern des volumetrischen Verhältnisses zwischen dem OT und UT des Kolbens ausgestattet sein, wodurch eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses bei Änderung der Motorbetriebsbedingungen ermöglicht wird. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der VCR-Motor mit einem Hubraumveränderungsmechanismus (z. B. einem Exzenter) ausgestaltet sein, der die Kolben näher zum Zylinderkopf hin oder weiter von diesem weg bewegt, wodurch sich die Größe der Brennkammern ändert. Wieder andere Motoren können ein Zylinderkopfvolumen verändern.
  • Einen beispielhaften Ansatz zum Ausnutzen der Vorteile eines VCR-Mechanismus zeigt Kolmanovsky et al. in US 6,553,949 . Dabei kann ein hohes Verdichtungsverhältnis in niedrigen Motordrehzahl-/-lastbereichen verwendet werden, um die Wärmeeffizienz zu steigern. Ein niedriges Verdichtungsverhältnis kann in höheren Motordrehzahl-/-lastbereichen verwendet werden. Ferner kann das Klopfen im niedrigen Drehzahl-/Lastbereich unter Verwendung von Spätzündung abgeschwächt werden, während das Klopfen im höheren Drehzahl-/Lastbereich mittels Anpassungen des Verdichtungsverhältnisses abgeschwächt wird. Wenn der Motor während des Betriebs mit dem höheren Verdichtungsverhältnis hinsichtlich der Zündung eingeschränkt wird, kann die Hinauszögerung der Verbrennungsphasenregelung den Vorteil des Wärmewirkungsgrads des Verdichtungsverhältnisses schmälern. Zu diesem Zeitpunkt kann das Verdichtungsverhältnis herabgesetzt werden, während die Spätzündung vorgezogen wird, um ein effektiveres Gleichgewicht zwischen Verbrennungsphasenregelung und Wärmewirkungsgrad bereitzustellen. Darüber hinaus wird das Sägen zwischen unterschiedlichen Verdichtungsniveaus verringert und ein jeweiliges Verdichtungsverhältnis kann effektiver verwendet werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit einem solchen System erkannt. In einem Beispiel kann sich der VCR-Mechanismus verschlechtern, was zur Folge hat, dass der Motor mit einem Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das sich von dem gewünschten unterscheidet. Beispielsweise kann der VCR-Mechanismus hängenbleiben. Wenn der Mechanismus in einem höheren Verdichtungsverhältnis als dem gewünschten hängenbleibt, zum Beispiel wenn der Mechanismus hängenbleibt, während er sich in einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis befindet, oder während eines Übergangs zu einer Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis (jedoch bevor die Einstellung des geringeren Verdichtungsverhältnisses erreicht wird), kann sich das Risiko eines Motorklopfens und einer Frühzündung erhöhen. Insbesondere können höhere Drücke zum Zündzeitpunkt zu höheren Temperaturen und einer höheren Wahrscheinlichkeit einer Selbstzündung der unverbrannten Endgase führen. Das Auftreten von Klopfen und Frühzündung kann die Lebensdauer von Motorkomponenten verringern.
  • In einem Beispiel kann die vorstehende Problematik zumindest teilweise durch ein Verfahren für einen Motor in Angriff genommen werden, das Folgendes umfasst: mechanisches Variieren eines Verdichtungsverhältnisses eines Motors mittels eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis; und als Reaktion darauf, dass sich der Mechanismus verschlechtert, Einschränken einer Motorlast. Auf dieses Weise werden ein Klopfen oder eine Frühzündung, die durch eine Verschlechterung des VCR-Mechanismus ausgelöst werden, reduziert.
  • Beispielsweise kann ein Motor mit einem VCR-Mechanismus ausgestaltet sein, der bei Betätigung mechanisch die Position eines Kolbens in der Brennkammer variiert, wodurch das Verdichtungsverhältnis variiert wird. Als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen kann das Verdichtungsverhältnis variiert werden, beispielsweise durch Anwendung eines vergleichsweise höheren Verdichtungsverhältnisses bei niedrigen Motorlasten, um einen Vorteil durch gesteigerten Wärmewirkungsgrad zu unterstützen, während bei höheren Motorlasten zu einem vergleichsweise niedrigeren Verdichtungsverhältnis übergegangen wird, um den Vorteil einer Verbrennungsphasenregelung auszunutzen. Der VCR-Mechanismus kann während des Übergangs zwischen den Einstellungen mit höherem und niedrigerem Verdichtungsverhältnis hängenbleiben. Die Verschlechterung des VCR-Mechanismus kann auf Grundlage einer Rückmeldung hinsichtlich einer Position des VCR-Mechanismus abgeleitet werden, zum Beispiel über einen Positionssensor, der mit dem Mechanismus gekoppelt ist. Beispielsweise kann, wenn sich die erkannte Position von der befohlenen Position unterschiedet, abgeleitet werden, dass der Mechanismus im falschen Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist. Alternativ dazu kann eine Verschlechterung des VCR-Mechanismus als Reaktion auf ein Auftreten von Klopfen, das höher als erwartet ist, und/oder ein adaptives Klopfen, das früher als erwartet zu einem Schwellenwert hinausgezögert wird, abgeleitet werden. Das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis kann auf Grundlage einer Rückmeldung eines Positionssensors oder auf Grundlage des Auftretens von Klopfen bestimmt werden. Die Motorlast kann anschließend auf eine Sperre begrenzt werden, die der für das jeweilige hängengebliebene Verdichtungsverhältnis höchstmöglichen Last entspricht. Eine Ansaugluftfüllung kann verringert werden, um die Last einzuschränken, zum Beispiel durch Verringern der Öffnung einer Ansaugdrossel oder durch Vergrößern der Öffnung eines Abgas-Wastegate-Ventils. Darüber hinaus kann eine Grenzzündung auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses angepasst werden. Der Zündzeitpunkt kann dann vorangetrieben werden.
  • Auf diese Weise kann ein Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis besser vor wiederauftretendem Klopfen und Frühzündung geschützt werden. Die technische Wirkung der Einschränkung der Ansaugluftfüllung, um die Motorlast als Reaktion auf eine Verschlechterung des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis einzuschränken, besteht darin, dass ein wiederkehrendes Klopfen verhindert werden kann. Insbesondere kann thermische Belastung, die in einem Zylinder aufgrund eines Betriebs bei einem Verdichtungsverhältnis ausgelöst werden kann, das höher als beabsichtigt ist, verringert werden (was beispielsweise aufgrund dessen auftreten kann, dass der Mechanismus in einer Einstellung mit einem Verdichtungsverhältnis hängenbleiben kann, das höher als erwartet ist). Darüber hinaus kann der Motor mit einer Zündung betrieben werden, die von einer Spätzündungsgrenze vorgezogen wurde. Insgesamt kann die Lebensdauer der Motorkomponenten verlängert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands herauszustellen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Motorsystem, das mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis ausgestaltet ist.
    • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm auf höherer Ebene zum Einschränken einer Motorlast als Reaktion auf eine Anzeige einer Verschlechterung des VCR-Mechanismus.
    • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm auf höherer Ebene zum Erkennen einer Verschlechterung des VCR-Mechanismus.
    • 4 zeigt ein prognostisches Beispiel für VCR- und Motorlastanpassungen während des Motorbetriebs.
    • 5 zeigt eine beispielhafte Lookup-Tabelle, die zum Darstellen eines Verdichtungsverhältnisses gegenüber Motordrehzahl-/-lastbedingungen verwendet werden kann.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Verringern des Risikos von Klopfen und Frühzündung in einem Motorsystem, das mit einem VCR-Mechanismus (Variable Compression Ratio, variables Verdichtungsverhältnis) ausgestaltet ist, wie in Bezug auf das Motorsystem aus 1 beschrieben. Durch Betätigen des VCR-Mechanismus kann eine Position eines Kolbens in einer Brennkammer variiert werden, was Verbesserungen hinsichtlich des Wärmewirkungsgrads ermöglicht. Eine Steuerung kann dazu ausgelegt sein, einen Steuerablauf wie den Beispielablauf aus 2 auszuführen, um ein Verdichtungsverhältnis des Motors auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen zu variieren, zum Beispiel durch Hinzuziehung der Tabelle aus 5. Als Reaktion auf eine Verschlechterung des VCR-Mechanismus kann die Steuerung eine Motorlast auf Grundlage des Verdichtungsverhältnisses sperren, an dem der Mechanismus hängengeblieben ist. Die Steuerung kann eine Verschlechterung des VCR-Mechanismus auf Grundlage einer Rückmeldung bezüglich einer Position des Mechanismus oder auf Grundlage einer Klopfhäufigkeit und Verwendung adaptiver Spätzündung erkennen, wie in 3 beschrieben. Ein beispielhafter Motorbetrieb mit VCR- und Motorlasteinstellungen ist in 4 dargestellt. Auf diese Art und Weise kann eine VCR-Verschlechterung frühzeitig erkannt und angegangen werden.
  • 1 bildet eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders eines internen Verbrennungsmotors 10 ab. Der Motor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuersystem, das die Steuerung 12 beinhaltet, und eine Eingabe von einem Bediener 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 aufweisen, in deren Innerem ein Kolben 138 angeordnet ist. Der Kolben 138 kann an die 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) ausgestaltet sein, wobei das Verdichtungsverhältnis (CR) jedes Zylinders (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 192 variiert werden, das einen VCR-Mechanismus 194 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 dem abgebildeten Beispiel ist der VCR-Mechanismus 194 an den Kolben 138 gekoppelt, sodass der VCR-Mechanismus die OT-Position des Kolbens ändern kann. Zum Beispiel kann der Kolben 138 über einen VCR-Mechanismus 194 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. Ein Positionssensor 196 kann an den VCR-Mechanismus 192 gekoppelt sein und kann dazu ausgelegt sein, eine Rückmeldung bezüglich der Position des VCR-Mechanismus 194 (und somit des Verdichtungsverhältnisses), die auf den Zylinder angewendet wird, an die Steuerung 12 bereitzustellen.
  • 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 ausgestaltet 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. In einem anderen Beispiel kann der VCR-Mechanismus einen auf Hydraulikdruck, Luftdruck oder mechanisch reagierenden Kolben beinhalten. Ferner kann der VCR-Mechanismus einen Mechanismus mit mehrfacher Verbindung oder einen Mechanismus mit gebogener Stange beinhalten. Es können noch weitere Kombinationen möglich sein. Es versteht sich, dass der VCR-Motor im hier verwendeten Sinne dazu ausgelegt 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 das Einstellen 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, dass der VCR-Mechanismus auf eine erste Position betätigt wird, in welcher der Kolben einen kleineren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. In einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, indem die Steuerung ein Signal sendet, dass der VCR-Mechanismus in eine zweite Position gebracht wird, in der der Kolben einen größeren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Änderungen des Verdichtungsverhältnisses des Motors können vorteilhaft zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein höheres Verdichtungsverhältnis verwendet werden, um die Kraftstoffeffizienz bei leichten bis mäßigen Motorlasten zu verbessern, bis die Spätzündung von dem frühen Einsetzen des Klopfens den Vorteil hinsichtlich der Kraftstoffeffizienzvorteil schmälert. Der Motor kann dann in ein geringeres Verdichtungsverhältnis geschaltet werden, wodurch Wärmewirkungsgrad gegen Wirkungsgrad der Verbrennungsphasenregelung eingetauscht wird. Kontinuierliche VCR-Systeme können den Verbrennungsphasenregelungs- und den Wärmewirkungsgrad kontinuierlich optimieren, um das beste Verdichtungsverhältnis zwischen den Grenzen für das höhere Verdichtungsverhältnis und das geringere Verdichtungsverhältnis bei den jeweiligen Betriebsbedingungen bereitzustellen. In einem Beispiel kann eine Motorsteuerung eine Lookup-Tabelle hinzuziehen, zum Beispiel Tabelle 500 aus 5, um ein anzuwendendes Verdichtungsverhältnis auf Grundlage von Motordrehzahl-/-lastbedingungen auszuwählen. Wie nachstehend erörtert kann das Auswählen ein Auswählen eines geringeren Verdichtungsverhältnisses bei höheren Motorlasten und ein Auswählen eines höheren Verdichtungsverhältnisses bei geringen Motorlasten beinhalten.
  • Es kann Bedingungen geben, unter denen sich der VCR-Mechanismus verschlechtert, beispielsweise, wenn der Mechanismus in einem unbeabsichtigten Verdichtungsverhältnis hängenbleibt. Beispielsweise kann der Mechanismus in einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis hängenbleiben, wenn ein Übergang zu einer Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis befohlen wird. Ein längerer unbeabsichtigter Betrieb bei dem höheren Verdichtungsverhältnis kann eine Zunahme der Neigung zu Klopfen und Frühzündung zur Folge haben. Wie unter Bezugnahme auf 2 erläutert, kann als Reaktion auf eine Anzeige einer Verschlechterung eines VCR-Mechanismus die Steuerung eine Motorlast einschränken, um das Auftreten von Klopfen und Frühzündung zu verringern. Ferner kann die Anzeige der Verschlechterung des VCR-Mechanismus auf Grundlage einer Rückmeldung von einem an den VCR-Mechanismus gekoppelten Positionssensor (wie zum Beispiel den Positionssensor 196) und/oder auf Grundlage der Klopfhäufigkeit und der Verwendung einer adaptiven Zündung als Reaktion auf das Auftreten von Klopfen abgeleitet werden.
  • Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. 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 1 einen Verbrennungsmotor 10, der mit einem Turbolader einschließlich eines Kompressors 174 ausgestaltet 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 ausgestaltet 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 1 dargestellt, oder sie kann alternativ dazu dem Verdichter 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-LambdaSonde 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 von einem oder mehreren Abgassensoren 128 berechnet werden. Es versteht sich, dass die Abgastemperatur alternativ von einer beliebigen Kombination von Verfahren zur Temperaturschätzung, die hier angeführt sind, 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 von einer Steuerung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 151 durch eine Nockenbetätigung gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über ein Nockenbetätigungssystem 153 von der 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(WT)- und/oder variable Ventilhub(WL)-Systeme, die von der 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 das Auslassventil von einer elektrischen 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 das Einlass- und das Auslassventil von einem gemeinsamen Ventilbetätigungselement oder -betätigungssystem oder ein Betätigungselement zur variablen Ventilansteuerung oder einem variablen 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 manchen 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 einer Direkteinspritzung aufgrund ihrer Auswirkung auf das Verbrennungsmotorklopfen ebenfalls erhöht sein. Das Verdichtungsverhältnis kann auch auf Grundlage der Anforderung der Ansteuerung über Einstellungen eines VCR-Betätigungselements 192 variiert werden, das einen VCR-Mechanismus 194 betätigt, wodurch die effektive Position des Kolbens 138 in der Brennkammer 14 variiert wird. Das Verdichtungsverhältnis kann auf Grundlage einer Rückmeldung von dem Sensor 196 in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus 194 abgeleitet werden.
  • In manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 zum Initiieren der Verbrennung eine Zündkerze 192 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 ausgestaltet 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 Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Wenngleich 1 die Einspritzvorrichtung 166 als seitliche Einspritzvorrichtung zeigt, kann sie sich auch über dem Kolben befinden, wie etwa 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 Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 von einem 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. Demnach kann das AFR als Lambda(λ)-Wert bereitgestellt sein, das heißt als Verhältnis des tatsächlichen AFR zur Stöchiometrie für ein konkretes Gemisch. Somit 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 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Im Grunde genommen kann jeder Zylinder gleichermaßen einen 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 ausgestaltet 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. Beispielsweise kann ein Klopfen als Reaktion darauf festgestellt werden, dass eine in einem Klopffenster geschätzte Klopfsensorausgabe über einem Schwellenwert für das Klopfen liegt, während eine Frühzündung als Reaktion darauf festgestellt werden kann, dass eine in einem Frühzündungsfenster geschätzte Klopfsensorausgabe über einem Schwellenwert für die Frühzündung liegt, der Schwellenwert für die Frühzündung über dem Schwellenwert für das Klopfen liegt, das Frühzündungsfenster vor dem Klopffenster liegt. Ferner kann die anormale Verbrennung entsprechend behoben werden. Zum Beispiel lässt sich ein Klopfen durch ein Verringern des Verdichtungsverhältnisses und/oder Verzögern des Zündzeitpunkts beheben, während eine Frühzündung durch ein Anreichern des Motors und/oder ein Einschränken der Motorlast behoben wird. Darüber hinaus verringert eine Herabsetzung des Verdichtungsverhältnisses auch die Veränderungen weiterer Frühzündung. Wie hier unter Bezugnahme auf 3 ausgeführt ist, kann eine Klopfhäufigkeit auch verwendet werden, um eine Verschlechterung eines VCR-Mechanismus anzuzeigen, was zum Beispiel auftreten kann, wenn der VCR-Mechanismus in einer unbeabsichtigten Einstellung des Verdichtungsverhältnisses hängengeblieben ist (das höher oder niedriger als die beabsichtigte Einstellung des Verdichtungsverhältnisses ist).
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 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 zählen. 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 einer Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer), der mit Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenstellungssensor; Krümmerabsolutdrucksignal (MAP) von Sensor 124, Zylinder-AFR von Lambdasonde 128, anormaler Verbrennung von dem Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor und VCR-Mechanismusposition von einem Positionssensor 196. Ein Verbrennungsmotordrehzahlsignal, RPM, kann von der Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, einen Hinweis auf Vakuum oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Betätigungselemente aus 1 ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, anzupassen. Zum Beispiel kann auf Grundlage der Motordrehzahl und -last die Steuerung das Verdichtungsverhältnis des Motors anpassen, indem sie 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 die Steuerung eine Ausgabe von dem an den VCR-Mechanismus gekoppelten Positionssensor mit einem befohlenen Signal an den VCR-Mechanismus vergleichen, um zu bestimmen, ob der VCR-Mechanismus an einer unbeabsichtigten Einstellung für das Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist. Als Reaktion darauf, dass der VCR-Mechanismus hängengeblieben ist, zum Beispiel bei einer Einstellung des Verdichtungsverhältnisses, die über dem beabsichtigten liegt, kann die Steuerung ein Signal an eine Ansaugdrossel senden, um die Luftfüllung zu dem Motor einzuschränken, wodurch die Motorlast eingeschränkt wird, um die Neigung zu Klopfen und Frühzündung, die durch den fortgesetzten Betrieb bei der Einstellung mit erhöhtem Verdichtungsverhältnis ausgelöst wird, zu verringern.
  • 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.
  • Auf diese Weise stellen die Systeme aus 1 ein Motorsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Motor, der einen Zylinder aufweist; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis, um eine Kolbenposition in dem Zylinder mechanisch zu ändern; einen Positionssensor, der an den Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis gekoppelt ist; eine Zündkerze zum Bereitstellung eines Zündfunkens an den Zylinder; eine Ansaugdrossel; einen Turbolader, der einen Ansaugverdichter aufweist, der von einer Abgasturbine angetrieben wird; ein Wastegate, das ein Wastegate-Betätigungselement beinhaltet, das an die Abgasturbine gekoppelt ist; einen Klopfsensor; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen ausgestaltet ist, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis, um den Motor von einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis in eine Einstellung mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis zu überführen; Anzeigen, dass der Mechanismus in der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, auf Grundlage einer Ausgabe von einem oder mehreren von dem Positionssensor und dem Klopfsensor; und als Reaktion auf die Anzeige Verringern einer Luftfüllung, die dem Motor während des Verzögerns des Zündzeitpunkts zugeführt wird. Das Anzeigen kann ein Anzeigen beinhalten, dass der Mechanismus bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, als Reaktion auf eine oder mehrere davon, dass eine Klopfhäufigkeit, wie auf Grundlage der Ausgabe von dem Klopfsensor angegeben, über einem Schwellenwert für die Häufigkeit liegt, und sich eine tatsächliche Position des Mechanismus, wie auf Grundlage der Ausgabe von dem Positionssensor angezeigt, von einer befohlenen Position unterschiedet, wobei jede von der befohlenen Position und dem Schwellenwert für die Häufigkeit auf der Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis basiert. Das Verringern der Luftfüllung kann eines oder mehrere von dem Verringern einer Öffnung der Ansaugdrossel und dem Vergrößern einer Öffnung des Wastegate-Betätigungselements beinhalten, um eine maximale Motorlast einzuschränken, die bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis zulässig ist. Die Steuerung kann weitere Anweisungen beinhalten, um als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung, die sich von Klopfen unterscheidet, wie auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors nach dem Verringern der Ansaugluftfüllung angezeigt, die maximale Motorlast einzuschränken, die bei der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis zulässig ist.
  • In Bezug auf 2 ist ein beispielhafter Ablauf 200 zum Einschränken einer Motorlast als Reaktion auf eine Anzeige einer Verschlechterung des VCR-Mechanismus beschrieben. Das Verfahren verringert das Auftreten von Klopfen und Frühzündung, die durch anhaltenden Betrieb bei einem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis ausgelöst werden. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der anderen hier enthaltenen Verfahren können von einer Steuerung auf Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa die vorstehend in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motorbetätigungselemente des Motorsystems verwenden, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 202 beinhaltet das Verfahren 200 das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zu Motorbetriebsbedingungen können beispielsweise Leistungsbedarf des Fahrers (zum Beispiel auf Grundlage einer Ausgabe eines Pedalpositionssensors, der an ein Fahrzeugführerpedal gekoppelt ist); Umgebungstemperatur, -druck und -feuchte; Motortemperatur; Krümmerdruck (manifold pressure - MAP); Krümmerluftstrom (manifold air flow - MAF); Katalysatortemperatur; Ansaugtemperatur; Ladeniveau; Kraftstoffoktanzahl des in einem Kraftstofftank verfügbaren Kraftstoff usw. zählen.
  • Bei 204 beinhaltet das Verfahren 200 ein Auswählen eines Verdichtungsverhältnisses zum Betreiben des Motors auf Grundlage der geschätzten Motorbetriebsbedingungen. Der Motor kann mit einem VCR-Mechanismus (z. B. dem VCR-Mechanismus 194 aus 1) ausgestaltet sein, der das Motorverdichtungsverhältnis zwischen einer ersten, niedrigeren und einer zweiten, höheren Verdichtungsverhältniseinstellung mechanisch ändert. Der VCR-Mechanismus kann dies durch mechanisches Ändern einer Kolbenposition in einem Zylinder erzielen. Alternativ dazu können mehrere Verdichtungsverhältnisse zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichtungsverhältnis möglich sein. Die Steuerung kann die Kraftstoffeffizienz bei jedem Verdichtungsverhältnis des Motors bei dem jeweiligen Leistungsbedarf des Fahrers vergleichen und das Verdichtungsverhältnis auswählen, das die höchste Kraftstoffeffizienz bereitstellt. Die Steuerung kann die Kraftstoffeffizienz bei den zwei Verdichtungsverhältnissen beispielsweise durch das Vergleichen des spezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC) des Motors bei jedem Verdichtungsverhältnis vergleichen. Die Kraftstoffeffizienz des Motors kann bei jedem Verdichtungsverhältnis mittels einer Tabelle, eines Diagramms, eines Algorithmus und/oder einer Gleichung als Funktion der Betriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Drehmoment, Temperatur, Feuchte, abgeleitete Oktanzahl des Kraftstoffs usw.) gespeichert werden.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung eine Lookup-Tabelle oder ein Diagramm hinzuziehen, zum Beispiel Tabelle 500 aus 5, um eine Verdichtung zum Betreiben des Motors auf Grundlage von Motordrehzahl-/-lastbedingungen auszuwählen. Wie in Diagramm 500 dargestellt kann, wenn die Motorlast oder der BMEP zunimmt, das ausgewählte Verdichtungsverhältnis verringert werden. Dementsprechend wird ein geringeres Verdichtungsverhältnis bei höheren Motorlasten ausgewählt und ein höheres Verdichtungsverhältnis bei niedrigeren Motorlasten ausgewählt.
  • Bei 206 beinhaltet das Verfahren 200 das Betätigen des VCR-Mechanismus, um das ausgewählte Verdichtungsverhältnis bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Signal an ein VCR-Betätigungselement (z. B. VCR-Betätigungselement 192 aus 1), das an den VCR-Mechanismus gekoppelt ist, senden, um den Mechanismus in eine Position zu bringen, die das ausgewählte Verdichtungsverhältnis bereitstellt. In einem Beispiel kann die Steuerung ein Signal senden, um den VCR-Mechanismus bei geringen bis mäßigen Motordrehzahlen und -lasten in eine Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis zu bringen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung ein Signal senden, um den VCR-Mechanismus bei mäßigen bis hohen Motordrehzahlen und -lasten in eine Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis zu bringen.
  • Bei 208 beinhaltet das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat. Insbesondere kann bestimmt werden, ob der VCR-Mechanismus bei einer Verdichtungsverhältniseinstellung hängengeblieben ist, die sich von der beabsichtigten Einstellung für das Verdichtungsverhältnis für die jeweiligen Motordrehzahl-/- lastbedingungen unterscheidet. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert kann die Verschlechterung des VCR-Mechanismus auf Grundlage einer Ausgabe eines VCR-Positionssensors abgeleitet werden, der anzeigt, dass sich eine Position des VCR-Mechanismus von einer erwarteten Position auf Grundlage der beabsichtigten Einstellung für das Verdichtungsverhältnis unterscheidet. In einem anderen Beispiel kann eine Verschlechterung des VCR-Mechanismus beispielsweise auf Grundlage der Ausgabe eines Klopfsensors abgeleitet werden, die anzeigt, dass eine Klopfhäufigkeit über einem Schwellenwert für das Klopfen liegt. Ferner kann eine Verschlechterung des VCR-Mechanismus als Reaktion darauf angezeigt werden, dass eine adaptive Zündung stärker als erwartet hinausgezögert wird.
  • Wenn bestimmt wird, dass sich der VCR-Mechanismus nicht verschlechtert hat, geht das Verfahren 200 geht zu 210 über, wobei die Steuerung weiterhin das Verdichtungsverhältnis des Motors auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen über Einstellungen des VCR-Mechanismus einstellt. Beispielsweise kann die Steuerung weiterhin die Kraftstoffeffizienz bei jedem Verdichtungsverhältnis des Motors bei dem jeweiligen Leistungsbedarf des Fahrers vergleichen und das Verdichtungsverhältnis auswählen, das die höchste Kraftstoffeffizienz bereitstellt, wie bei 204 beschrieben, und weiterhin das VCR-Betätigungselement betätigen, um den VCR-Mechanismus zu betätigen, der das ausgewählte Verdichtungsverhältnis bereitstellt, wie bei 206 beschrieben. Das Verfahren 200 kann dann zu 220 übergehen, wie weiter unten beschreiben.
  • Falls es bei 208 festgestellt hat, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat, geht das Verfahren 200 geht zu 211 über, um das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis zu bestimmen. Beispielsweise kann sich der VCR-Mechanismus während eines Übergangs zwischen Verdichtungsverhältniseinstellungen verschlechtern (beispielsweise, wenn sich der Motor in einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis befindet, und ihm eine Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis befohlen wird, oder sich der Motor in einer Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis befindet und ihm eine Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis befohlen wird). Die Steuerung kann das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis auf Grundlage einer erfassten Position des VCR-Mechanismus bestimmen. Beispielsweise kann auf Grundlage einer Ausgabe von einem mit dem VCR-Mechanismus gekoppelten Positionssensor (z. B. Sensor 196 aus 1) die Steuerung eine tatsächliche Position des VCR-Mechanismus bestimmen. Wenn die tatsächliche Position, die erfasst wurde, nicht mit der erwarteten Position, die befohlen wurde, übereinstimmt, kann die Steuerung die tatsächliche Position als hängengebliebene Position erlernen und das entsprechende hängengebliebene Verdichtungsverhältnis bestimmen. Der VCR-Mechanismus kann bei dem geringeren Verdichtungsverhältnis hängenbleiben, wenn ihm das höhere Verhältnis befohlen wird, kann bei dem höheren Verdichtungsverhältnis hängenbleiben, wenn ihm das geringere Verhältnis befohlen wird, oder kann in einer Position zwischen dem ursprünglichen und dem befohlenen Verhältnis hängenbleiben. In anderen Beispielen können die hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisse beispielsweise auf Grundlage eines Auftretens von Klopfen, adaptiver Zündung usw. abgeleitet werden.
  • Das Verfahren geht dann zu 212 über, wo das Verfahren beinhaltet, dass als Reaktion auf die Anzeige der Verschlechterung des VCR-Mechanismus die Motorlast durch Einschränken der Luftfüllung zu dem Motor eingeschränkt wird. Insbesondere kann die Steuerung die maximal zulässige Motorlast auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und unabhängig von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis einschränken. In einem Beispiel kann, wenn ihm befohlen wird, in eine Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis überzugehen, der VCR-Mechanismus in einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis (oder zwischen der Einstellung mit höherem und geringerem Verdichtungsverhältnis) hängenbleiben. Beispielsweise kann die Steuerung den Motor bei dem höheren Verdichtungsverhältnis aufgrund des erhöhten Wärmewirkungsgrads bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis bei geringeren Drehmomentanforderungen des Fahrzeugführers (und geringeren Motorlasten) betreiben. Es kann jedoch ein Klopfen bei dem höheren Verdichtungsverhältnis auftreten, was zur Verwendung von Spätzündung führt. Sobald eine adaptive Zündung erfolgreich hinausgezögert wurde, kann der Motor hinsichtlich der Zündung bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Verzögerung der Verbrennungsphasenregelung den Vorteil des Wärmewirkungsgrads des Betreibens bei dem höheren Verdichtungsverhältnis schmälert, eingeschränkt werden. Als Reaktion darauf, dass eine adaptive Zündung während des Betriebs bei dem höheren Verdichtungsverhältnis bis zu einer Grenze hinausgezögert wird, kann die Steuerung einen Übergang zu dem geringeren Verdichtungsverhältnis befehlen. Der VCR-Mechanismus kann während des Übergangs jedoch bei der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis (oder zwischen der Einstellung mit dem höheren und dem geringen Verdichtungsverhältnis) hängenbleiben. Hier kann die Steuerung als Reaktion auf die Anzeige der Verschlechterung des VCR-Mechanismus die maximale Luftfüllung, die in dem Motor aufgenommen werden kann, während er in der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis hängt, verringern, wodurch die maximale Motorlast und der maximale Ladedruck verringert werden, die in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis erzielbar sind. Folglich kann der Zylinder bei dem höheren Verdichtungsverhältnis mit einer weniger eingeschränkten Motorlast (und einem weniger eingeschränkten Luftfüllungsstorm) betrieben werden, wenn sich der VCR-Mechanismus nicht verschlechtert hat, kann bei dem höheren Verdichtungsverhältnis jedoch mit einer stärker eingeschränkten Motorlast (und einem stärker eingeschränkten Luftladestrom) betrieben werden, wenn sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat.
  • Durch das Einschränken der Ansaugluftfüllung kann die Motorlast aktiv unter einer Grenze für den Zylinder in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis gehalten werden. Folglich können Hochdruckschwingungen im Zylinder aus Klopfen und/oder Frühzündung, die aufgrund des verlängerten Betriebs in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis auftreten können, verringert werden. Durch das Verringern der Neigung zu Klopfen und Frühzündung beim Betrieb in einem unbeabsichtigten Verdichtungsverhältnis aufgrund einer Verschlechterung des VCR-Mechanismus kann die Lebensdauer der Motorkomponenten verbessert werden und der VCR zeitlich festgelegt werden.
  • Ein Einschränken der Motorlast durch ein Einschränken der Luftfüllung zu dem Motor kann ein Einstellen einer Ansaugdrosselöffnung, wie bei 214 dargestellt, und/oder ein Einstellen einer Wastegateventilöffnung, wie bei 216 dargestellt, beinhalten. Beispielsweise kann ein Drosselventil (z. B. Drosselventil 20 aus 1), das in einem Luftansaugkanal des Motors angeordnet ist, in eine geschlossenere Position gebracht werden, wodurch eine Ansaugdrosselöffnung bei dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis verringert wird. Hierdurch wird eine Luftmenge, die durch das Drosselventil und in Zylinder des Motors strömt, verringert. In einem anderen Beispiel kann, wenn es sich bei dem Motor um einen Turboladermotor handelt, ein Wastegateventil oder Betätigungselement eines Wastegates, das über eine Abgasturbine hinweg angekoppelt ist, in eine offenere Position gebracht werden. Durch das Vergrößern einer Öffnung des Wastegatebetätigungselements kann eine Abgasmenge, die durch das Wastegate strömt, während sie die Abgasturbine umgeht, erhöht werden, wodurch sich die Turbinendrehzahl und wiederum ein Massenstrom durch einen Ansaugverdichter, der von der Abgasturbine angetrieben wird, verringern. Der verringerte Massenstrom durch den Verdichter verringert den Ladedruck und Luftfüllungsstorm zu dem Motor.
  • Der erforderliche Grad an Lastbegrenzung und die entsprechende Position des Drosselventils oder des Wastegatebetätigungselements, die befohlen wird, kann als Funktion des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und sonstiger Motorbetriebsbedingungen wie zum Beispiel MAF und MAP bestimmt werden. Beispielsweise kann ein höherer Grad an Lastbegrenzung angewendet werden, wenn der VCR-Mechanismus in einem höheren Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist als dem beabsichtigten, da der verlängerte Betrieb bei einem höheren Verdichtungsverhältnis als dem beabsichtigten die Neigung zu anormalen Verbrennungsereignissen wie zum Beispiel Klopfen und Frühzündung steigern kann. Außerdem kann beispielsweise ein geringerer Grad an Lastbegrenzung angewendet werden, wenn der VCR-Mechanismus in einem geringeren Verdichtungsverhältnis als dem beabsichtigten hängengeblieben ist. Die Steuerung kann sich auf ein Diagramm, einen Algorithmus, eine Lookup-Tabelle usw. beziehen, die das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis und ein beabsichtigtes Verdichtungsverhältnis als Eingaben und den gewünschten Grad an Lastbegrenzung (einschließlich einer entsprechenden Drosselposition und/oder Wastegateventilposition) als Ausgabe beinhalten. In einigen Beispielen kann die Position des Wastegateventils ferner auf der Position der Ansaugdrossel basieren.
  • Bei 218 beinhaltet das Verfahren 200 ein Einstellen eines Zündzeitpunkts auf Grundlage der gemessenen Position des VCR-Mechanismus (wie beispielsweise auf Grundlage der Ausgabe des Positionssensors bestimmt). Das heißt, dass die Zündung auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und unabhängig von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis (und der beabsichtigten VCR-Position) geplant wird. Beispielsweise kann der Zündzeitpunkt für das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis an der gemessenen VCR-Position auf Grundlage der tatsächlichen oder erfassten Position des VCR-Mechanismus ausgewählt (z. B. beschleunigt oder hinausgezögert) werden anstelle der Einstellung eines Zündzeitpunkts für das beabsichtigte Verdichtungsverhältnis auf Grundlage der befohlenen Position des VCR-Mechanismus. Bei Nichtvorhandensein einer Verschlechterung des VCR-Mechanismus können Anpassungen des Zündzeitpunkts nominal ausgeführt werden, wenn sich ein Kolben an einer bestimmten Position in einem Zylinder befindet (z. B. vor dem OT), um eine Kraftmenge auf den Kolben zu maximieren, die durch die Expansion von Verbrennungsgasen erzeugt wird. Da sich die Position des Kolbens im Zylinder bei einem entsprechenden Kurbelwinkel auf Grundlage der Position des VCR-Mechanismus ändern, ändert sich auch der optimale Zündzeitpunkt auf Grundlage der Position des VCR-Mechanismus. Dementsprechend wird, wenn sich der VCR-Mechanismus verschlechtert und sich das tatsächliche Verdichtungsverhältnis, bei dem der Motor hängengeblieben ist, von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis unterscheidet, der Zündzeitpunkt angepasst, um den Unterschied auszugleichen. Die Steuerung kann beispielsweise einen Zündzeitpunkt für das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis durch Hinzuziehen eines Diagramms, eines Algorithmus oder einer Lookup-Tabelle mit der erfassten Position des VCR-Mechanismus, Motordrehzahl, Ansauglufttemperatur, MAP, MAP und Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Eingaben und dem Zündzeitpunkt als Ausgabe auswählen.
  • Das Planen der Zündung an der gemessenen VCR-Position kann das Planen der Zündung auf Grundlage der gemessenen VCR-Position und ferner auf Grundlage von Motordrehzahl und -last an der gemessenen VCR-Position beinhalten. In einem Beispiel kann bei einer Motordrehzahl von 2500 U/min und einer Motordrehzahl von 10 bar BMEP eine gemessene VCR-Position, die einem Verdichtungsverhältnis 13:1 entspricht, erfordern, dass die Zündung bei 2 deg BTDC eingeplant wird. In einem anderen Beispiel kann für die gleiche Motordrehzahl und -last bei einer gemessenen VCR-Position, die ein Verdichtungsverhältnis von 8:1 bereitstellt, die Zündung bei 22 deg BTDC eingeplant werden.
  • Bei 220 beinhaltet das Verfahren 200 das Bestimmen, ob ein Klopfen erkannt wird. Wie in Bezug auf 1 beschrieben kann ein Klopfen auf Grundlage einer Ausgabe eines Klopfsensors (z. B. Klopfsensor 90 aus 1) in Kombination mit der Ausgabe eines Kurbelwellenbeschleunigungssensors, die während eines definierten Klopffensters erhalten wird, erkannt werden. Insbesondere nimmt die Neigung zum Klopfen bei hohen Drücken im Zylinder zu, was auftreten kann, wenn der Motor über einen längeren Zeitraum bei einem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis betrieben wird. Wenn ein Klopfen erkannt wird, geht das Verfahren 200 zu 222 über, um einen Vorgang zum Abschwächen des Klopfens auszuführen, der das Verzögern des Zündzeitpunkts beinhaltet. Beispielsweise kann der Zündzeitpunkt bei 210 von einem nominalen Zeitpunkt, der auf Grundlage des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses festgelegt wurde, hinausgezögert werden, wenn sich der VCR-Mechanismus nicht verschlechtert hat, oder bei 218 von einem Zeitpunkt, der auf dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis basiert, hinausgezögert werden, wenn sich das Verdichtungsverhältnis verschlechtert hat. In einem Beispiel wird der nominale Zündzeitpunkt, der angewendet wird, wenn sich der VCR-Mechanismus nicht verschlechtert, stärker vorgezogen als der Zündzeitpunkt, der verwendet wird, wenn sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat. In einem anderen Beispiel muss bei höheren Lasten, wenn der Motor bei einem höheren Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, die Zündung unter Umständen stärker hinausgezögert werden, um Klopfen zu vermeiden. Im Anschluss an 222 endet das Verfahren 200.
  • Wenn kein Klopfen erkannt wird, geht das Verfahren 200 zu 224 über und beinhaltet ein Bestimmen, ob eine Frühzündung erkannt wird. Eine Frühzündung kann auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors und des Kurbelwellenbeschleunigungssensors, die während eines Frühzündungsfensters erhalten wurde, erkannt werden. Beispielsweise kann das Frühzündungszeitfenster zu einem früheren Kurbelwinkelzeitpunkt auftreten als das Klopfzeitfenster. In einem Beispiel kann eine Frühzündung in einem Zylinder angezeigt werden, wenn eine anormale Verbrennung vor einem Zündereignis dieses Zylinders vorliegt. Im Vergleich dazu kann ein Klopfen in einem Zylinder angezeigt werden, wenn eine anormale Verbrennung nach einem Zündereignis dieses Zylinders vorliegt. Darüber hinaus kann ein Klopfen auf Grundlage der Klopfsensorausgabe in dem Klopffenster relativ zu einem Schwellenwert für das Klopfen erkannt werden, während eine Frühzündung auf Grundalge der Klopfsensorausgabe in dem Frühzündungsfenster relativ zu einem Schwellenwert für die Frühzündung erkannt werden kann, wobei der Schwellenwert für die Frühzündung höher ist als der Schwellenwert für das Klopfen. Auf diese Weise kann eine Frühzündung auf Grundlage der Klopfsensorausgabe in unterschiedlichen Fenstern und relativ zu unterschiedlichen Schwellen unterschieden werden.
  • Wenn keine Frühzündung erkannt wird, geht das Verfahren 200 zu 226 über und beinhaltet das Beibehalten der Motoreinstellungen. Beispielsweise können Zündzeitpunkt, Kraftstoffzufuhr und Motorlast weiterhin nominal eingestellt werden, basierend auf den Motorbetriebsbedingungen einschließlich einer Änderung des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers. Im Anschluss an 226 endet das Verfahren 200.
  • Wenn eine Frühzündung erkannt wird, geht das Verfahren 200 dazu über, eine oder mehrere Handlungen zum Abschwächen der Frühzündung auszuführen, was das Anreichern des frühzeitig zündenden Zylinders bei 228 beinhaltet. Durch das Erhöhen der Kraftstoffmenge, die dem Frühzündungszylinder relativ zur Luftmenge zugeführt wird, um den Zylinder reicher als stöchiometrisch zu betreiben, ergibt sich ein Ladungskühlungseffekt, der die Temperatur in dem frühzeitig zündenden Zylinder verringert. Durch das Kühlen des Zylinders wird ein weiteres Auftreten einer Frühzündung in dem Zylinder abgeschwächt. Da eine Kraftstoffanreicherung eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz, eine Verschlechterung der Abgasemissionen und eine mögliche Drehmomentverringerung zur Folge haben kann, kann/können nur der/die frühzündende(n) Zylinder selektiv angereichert werden.
  • Bei 230 beinhaltet das Verfahren 200 ein (weiteres) Einschränken der Motorlast, um die Wahrscheinlichkeit weiterer Frühzündungen zu verringern. Beispielsweise kann als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung, die empfangen wird, während sich der Motor in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis befindet (wo die Motorlast bereits eingeschränkt wurde, bei 212), die Motorlast weiter eingeschränkt werden. Dies kann das weitere Verringern einer Öffnung des Ansaugdrosselventils und/oder das weitere Vergrößern einer Öffnung des Wastegatebetätigungselements beinhalten, um die Ansaugluftfüllung und den maximalen Ladedruck, der in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis zulässig ist, weiter zu reduzieren. Die weiter eingeschränkte Motorlast kann unter Verwendung eines Diagramms, einer Lookup-Tabelle oder eines Algorithmus bestimmt werden. Im Anschluss an 230 endet das Verfahren 200.
  • Somit stellt 2 ein Verfahren zum Anpassen des Motorbetriebs als Reaktion auf eine Anzeige einer Verschlechterung des VCR-Mechanismus bereit, das die Neigung zu anormalen Verbrennungsereignissen wie zum Beispiel Klopfen und Frühzündung verringern kann. Das Verringern des Auftretens von Klopfen und Frühzündung kann dabei helfen, die Lebensdauer von Motorkomponenten zu verlängern.
  • In Bezug auf 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Bestimmen, ob sich ein VCR-Mechanismus (z. B. der VCR-Mechanismus 194 aus 1) eines Motors verschlechtert hat, dargestellt. Wie in Bezug auf 1 beschrieben kann sich der VCR-Mechanismus verschlechtern, wenn er in einem Zylinderverdichtungsverhältnis hängenbleibt, das sich von dem beabsichtigten unterscheidet. Wenn der Mechanismus in einem geringeren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis hängenbleibt, kann ein Wärmewirkungsgrad des Motors verringert werden, was eine verringerte Kraftstoffeffizienz zur Folge hat. Wenn der Mechanismus in einem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis hängenbleibt, kann eine Neigung zu Klopfen und Frühzündung zunehmen. Das Verfahren 300 kann beispielsweise als Teil des Verfahrens 200 aus 2 (z. B. bei 208) ausgeführt werden.
  • Das Verfahren 300 beginnt mit 302 und beinhaltet ein Bestimmen, ob eine Rückmeldung in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus verfügbar ist. Beispielsweise kann eine Rückmeldung in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus verfügbar sein, wenn ein Positionssensor an den VCR-Mechanismus gekoppelt ist (z. B. Positionssensor 196 aus 1).
  • Wenn eine Rückmeldung in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus verfügbar ist, geht das Verfahren 300 zu 304 über und beinhaltet das Empfangen einer Rückmeldung in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus. Beispielsweise kann die Position des VCR-Mechanismus auf Grundlage einer Ausgabe des Positionssensors bestimmt werden, der mit dem VCR-Mechanismus gekoppelt ist. In einem Beispiel kann das Bestimmen der Position des VCR-Mechanismus das Bestimmen eines tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses des Zylinders beinhalten.
  • Bei 306 kann nach dem Bestimmen der tatsächlichen Position des VCR-Mechanismus (hier auch als tatsächliche VCR-Position bezeichnet) bestimmt werden, ob sich die tatsächliche (erfasste) Position des VCR-Mechanismus von einer erwarteten Position unterscheidet. Die erwartete oder beabsichtigte Position kann einer Position des VCR-Mechanismus entsprechen, die auf einer Anweisung basiert, die von der Steuerung an das VCR-Betätigungselement gesendet wird. Bei der erwarteten Position kann es sich um eine befohlene Position handeln, die ein Verdichtungsverhältnis bereitstellt, das von der Steuerung auf Grundlage der Motordrehzahl-/-lastbedingungen ausgewählt wird (z. B. wie bei 204 aus 2 ausgewählt). Wenn der VCR-Mechanismus sich verschlechtert, kann die tatsächliche Position einem anderen Verdichtungsverhältnis entsprechen als dem befohlenen.
  • Wenn sich die tatsächliche Position des VCR-Mechanismus nicht von der erwarteten Position unterscheidet (z. B. ist die tatsächliche Position die gleiche wie die erwartete Position oder innerhalb eines Schwellenwerts der erwarteten Position), beinhaltet das Verfahren bei 320 ein Anzeigen, dass der VCR-Mechanismus sich nicht verschlechtert hat. Bei funktionierendem VCR-Mechanismus kann die Steuerung das Verdichtungsverhältnis weiterhin auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen über Einstellungen des VCR-Mechanismus einstellen (z. B. wie zuvor bei 210 aus 2 ausgeführt). Im Anschluss an 320 endet das Verfahren 300.
  • Wenn sich die tatsächliche Position des VCR-Mechanismus von der erwarteten Position unterscheidet (z. B. ist die tatsächliche Position außerhalb eines Schwellenwerts der erwarteten Position), beinhaltet das Verfahren bei 308 ein Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat. Das Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat, kann das Einstellen eines Fehlercodes (DTC - diagnostic trouble code) beinhalten und kann ferner das Beleuchten einer Störungsanzeigeleuchte (MIL - malfunction indicator lamp) beinhalten, um einen Fahrzeugführer auf den Verschlechterungszustand aufmerksam zu machen. In einem Beispiel beinhaltet das Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat, das Anzeigen, dass der VCR-Mechanismus in einer Position hängengeblieben ist, die sich von der beabsichtigten unterscheidet, was zur Folge hat, dass der Motor in einem Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das sich von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis unterscheidet (z. B. höher oder niedriger ist).
  • Bei 310 beinhaltet das Verfahren das Erlernen der gemessenen (hängengebliebenen) Position und des entsprechenden hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses. Beispielsweise kann das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis, das der tatsächlichen Position des VCR-Mechanismus entspricht, auf Grundlage der Rückmeldung bestimmt werden, die von dem VCR-Mechanismuspositionssensor empfangen wird. Hier handelt es sich bei der tatsächlichen VCR-Position um eine gemessene Position. Anschließend können eine maximale Motorlast und ein maximaler Ladedruck, der in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis zulässig sind, eingeschränkt (das heißt reduziert oder verringert) werden, um die Neigung zu anormalen Verbrennungsereignissen in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis zum Beispiel gemäß dem Verfahren aus 2 zu reduzieren. Im Anschluss an 310 endet das Verfahren 300.
  • Erneut in Bezug auf 302 geht, wenn die Rückmeldung bezüglich der Position des VCR-Mechanismus nicht verfügbar ist, das Verfahren 300 zu 312 über und beinhaltet ein Bestimmen, ob ein Klopfen erkannt wird. Beispielsweise kann ein Klopfen auf Grundlage einer Ausgabe eines Klopfsensors erkannt werden, der entlang eines Motorblocks angekoppelt ist (z. B. Klopfsensor 90 aus 1), der mit einer Ausgabe von einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor kombiniert ist. In einem Beispiel kann das Klopfen in einem Zylinder bestimmt werden, wenn die Ausgabe eines Klopfsensors, der an den Zylinder gekoppelt ist, wobei die Ausgabe in einem Kurbelwinkelfenster erfasst wird, das nach einem Zündereignis in dem entsprechenden Zylinder auftritt, höher als ein Schwellenwert für das Klopfen ist.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass das Betreiben bei einem hohen Verdichtungsverhältnis, zum Beispiel wenn der Drehmomentbedarf erhöht ist, einen erhöhten Wärmewirkungsgrad ermöglichen kann. Wenn der Drehmomentbedarf erhöht ist und der Motor bei hohen Motordrehzahlen und -lasten und mit einem hohen Verdichtungsverhältnis betrieben wird, besteht jedoch eine Neigung zu Klopfen. Diese Neigung nimmt bei geladenen Motoranwendungen zu, wenn ein VCR-Mechanismus in einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis hängenbleibt. Dementsprechend kann durch das Kontrollieren des Auftretens von Klopfen in einem Motor bei Betrieb in einem befohlenen Verdichtungsverhältnis bestimmt werden, ob das Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist. Insbesondere kann, wenn der VCR-Mechanismus in einem Zustand mit höherem als dem beabsichtigen Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, ein Klopfauftreten beginnen, zuzunehmen, und die Verwendung einer Spätzündung kann eine Sperre erreichen. In einem anderen Beispiel kann, wenn der VCR-Mechanismus in einem Zustand mit einem geringeren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, die Steuerung versuchen, zu einem höheren Verdichtungsverhältnis überzugehen und das Vorziehen der Zündung zu erhöhen. Wenn die Zündung vor ein MBT (maximales Bremsmoment, Maximum brake torque) bei dem höchsten befohlenen Verdichtungsverhältnis vorgezogen werden kann, ohne ein Klopfen bei mäßigen bis hohen Motorlasten zu verursachen, so kann die Steuerung bestimmen, dass der VCR-Mechanismus in einer Position mit geringem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, und die Zündung so zu betreiben, dass sie nicht vor den MBT oder die Grenze vorgezogen wird, wie von der Kopfsteuerung bestimmt.
  • Wenn kein Klopfen erkannt wird, beinhaltet das Verfahren bei 320 ein Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus nicht verschlechtert hat. Beispielsweise kann, selbst ohne Rückmeldung bezüglich der Position des VCR-Mechanismus, abgeleitet werden, dass der Motor bei dem befohlenen Verdichtungsverhältnis ohne Verschlechterung des VCR-Mechanismus betrieben wird, wenn kein Klopfen auftritt (oder wenn das Auftreten des Klopfens geringer als ein Schwellenwert ist).
  • Wenn ein Klopfen erkannt wird, beinhaltet das Verfahren bei 312 das Hinauszögern des Zündzeitpunkts. Durch das Hinauszögern des Zündzeitpunkts als Reaktion auf die Anzeige eines Klopfens können Drücke im Zylinder verringert werden, wodurch die Neigung zu weiterem Klopfen verringert wird. Ein angewendetes Ausmaß der Spätzündung kann auf Grundlage des ursprünglichen Zündzeitpunkts und ferner auf Grundlage der Anzeige des Klopfens bestimmt werden. Beispielsweise kann, während die Anzeige des Klopfens zunimmt (z. B. da die Ausgabe des Klopfsensors den Schwellenwert für das Klopfen übersteigt), das angewendete Ausmaß der Spätzündung gesteigert werden. Außerdem kann beispielsweise, wenn die Grundspätzündung näher am MBT liegt, das angewendete Ausmaß der Spätzündung gesteigert werden. In einem Beispiel kann der Zündzeitpunkt als Reaktion auf die Anzeige eines Klopfens um 1-2 Kurbelwinkelgrad verringert werden.
  • Bei 316 beinhaltet das Verfahren 300 ein Bestimmen, ob sich die Verwendung einer Spätzündung an einer Grenze befindet. Das heißt, es kann bestimmt werden, ob eine Verwendung einer Spätzündung eine Sperre erreicht. Die Grenze kann als Funktion des befohlenen Verdichtungsverhältnisses bestimmt werden. Beispielsweise kann ein größeres Ausmaß der Verwendung von Spätzündung (und somit eine höhere Grenze für die Spätzündung) beim Betrieb in einem höheren Verdichtungsverhältnis toleriert werden, während ein geringes Ausmaß an Spätzündungsverwendung (und somit eine geringere Spätzündungsgrenze) beim Betrieb in einem geringeren Verdichtungsverhältnis toleriert werden kann. Die Grenze kann ein Spätzündungsausmaß definieren, jenseits dem Motorleistungsverluste, Überhitzungstendenzen und hohe Emissionen bei dem befohlenen Verdichtungsverhältnis auftreten können. Die Zündung kann von der Grenze nicht weiter hinausgezögert werden.
  • Wenn sich die Verwendung einer Spätzündung an der Grenze befindet, geht das Verfahren 300 zu 308 über und beinhaltet ein Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat, wie vorstehend beschrieben. Beispielsweise kann, wenn sich die Verwendung einer Spätzündung an der Grenze befindet, bestimmt werden, dass der VCR-Mechanismus in einem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist.
  • Wenn sich die Verwendung einer Spätzündung nicht an der Grenze befindet, geht das Verfahren 300 zu 318 über und beinhaltet ein Bestimmen, ob die Klopfhäufigkeit größer als ein Schwellenwert ist. Wenn die Klopfhäufigkeit größer als der Schwellenwert ist, das heißt wenn es selbst bei der Verwendung von Spätzündung zu wiederkehrendem Klopfen kommt, geht das Verfahren 300 zu 308 über und beinhaltet ein Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat. Außerdem geht, wenn die Klopfhäufigkeit nicht größer als der Schwellenwert ist, das Verfahren 300 zu 320 über und beinhaltet ein Anzeigen, dass sich der VCR-Mechanismus nicht verschlechtert hat. In alternativen Beispielen kann anstelle des Überwachens der Klopfhäufigkeit die Klopfintensität für jede Klopfsituation integriert werden, und wenn die integrierte Klopfintensität über mehrere Klopfsituationen einen Schwellenwert für die Intensität übersteigt, kann bestimmt werden, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat.
  • In anderen Beispielen können die Klopfintensität und die Verwendung von Spätzündung jeweils kombiniert werden, um zu bestimmen, ob sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat. Beispielsweise kann als Reaktion darauf, dass ein integrierter Wert, der anhand einer Kombination aus der Verwendung von Spätzündung und Klopfintensität bestimmt wird, über mehrere Klopfsituationen einen Schwellenwert übersteigt, bestimmt werden, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat. In einem Beispiel kann als Reaktion darauf, dass jede Spätzündung eine Sperre oder Grenze erreicht und die Klopfhäufigkeit oder die integrierte Klopfintensität einen Schwellenwert erreicht, bestimmt werden, dass sich der VCR-Mechanismus verschlechtert hat.
  • Auf diese Weise kann eine Motorsteuerung eine Verschlechterung eines Mechanismus mit variablem Verdichtungsverhältnis anzeigen, der mechanisch eine Kolbenposition in einem Zylinder auf Grundlage einer oder mehrerer der Folgenden ändert: Ausgabe von einem Positionssensor, der mit dem Mechanismus gekoppelt ist, Klopfsensorausgabe und adaptive Zündung; und als Reaktion auf die Anzeige kann die Steuerung eine Motorlast einschränken und einen Zündzeitpunkt vorziehen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von weiterem Klopfen oder Frühzündung verringert wird. Beispielsweise kann das Anzeigen einer Verschlechterung ein Anzeigen beinhalten, dass der Motor in einem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das sich von einem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis unterscheidet. Das Anzeigen kann ein Anzeigen einer Verschlechterung beinhalten, wenn sich eine oder mehrere von einer tatsächlichen Position des Mechanismus auf Grundlage der Ausgabe des Positionssensors von einer erwarteten Position des Mechanismus auf Grundlage eines erwarteten Verdichtungsverhältnisses des Motors unterscheidet; die Klopfhäufigkeit auf Grundlage der Klopfsensorausgabe höher als ein Schwellenwert für die Häufigkeit ist, der für das beabsichtige Verdichtungsverhältnis erwartet wurde, und die adaptive Zündung auf einen Schwellenwert auf Grundlage des beabsichtigten Verdichtungsverhältnisses hinausgezögert wird. Das Einschränken der Motorlast kann das Verringern der maximalen Motorlast und eines maximalen Ladedrucks beinhalten, der bei dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis zulässig ist. In einem Beispiel kann das Einschränken der Motorlast über eines oder mehrere von Reduzieren einer Ansaugdrosselöffnung in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis und Vergrößern einer Wastegatebetätigungselementöffnung in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis erzielt werden. Ferner kann die Steuerung als Reaktion auf die Anzeige den Zündzeitpunkt auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und unabhängig von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis vorziehen.
  • In Bezug auf 4 ist eine beispielhafte Anpassung der Motorlast als Reaktion auf eine VCR-Mechanismus-Diagnose dargestellt. Die stellt bei Kurve 402 eine Pedalposition (PP) dar, die auf einen Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers hinweist. Die stellt ferner eine Ansaugdrosselposition bei Kurve 404, einen Zündzeitpunkt bei Kurve 406, ein Zylinderverdichtungsverhältnis (Zylinder-CR) bei Kurve 408 und eine Klopfsensorausgabe bei Kurve 410 dar. Die Klopfsensorausgabe ist relativ zu jedem von einem Schwellenwert für das Klopfen Schw_Klo und einem Schwellenwert für die Frühzündung Schw_FZ dargestellt. Der Zündzeitpunkt ist in Relation zum MBT (Strichlinie) und Grenzzündung (BDL - borderline spark, Strichpunktlinie) dargestellt. Alle Kurven sind entlang der x-Achse gegen die Zeit dargestellt.
  • Vor t1 wird der Motor als Reaktion auf einen niedrigeren Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers (Kurve 402) mit einem höheren Verdichtungsverhältnis (Kurve 408) betrieben. Beispielsweise wird der Motor mit Betätigung des VCR-Mechanismus in eine erste Position gebracht, die dem höheren Verdichtungsverhältnis (hohes CR) entspricht. Darüber hinaus ist die Drosselöffnung auf einen geringeren Öffnungsgrad eingestellt, um dem geringeren Drehmomentbedarf gerechtzuwerden. Der Zündzeitpunkt wird zu diesem Zeitpunkt bei dem oder um den MBT gehalten (zum Beispiel leicht von dem MBT hinausgezögert). Da der Motor mit einer geringen Motordrehzahl und -last und bei dem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben wird, bleibt die Klopfneigung des Motors niedrig und das tatsächliche Klopfen tritt nicht auf, da die Klopfsensorausgabe unter dem Schwellenwert für das Klopfen Schw_Klo bleibt.
  • Bei t1 kommt es zu einer Pedalbetätigung des Fahrzeugführers. Zum Beispiel kommt es zu einem Übergang von Bedingungen mit niedriger zu mittlerer Motorlast. Die Drosselöffnung wird als Reaktion auf die Steigerung des Drehmomentbedarfs vergrößert. Ferner wird, da der Motor noch nicht hinsichtlich des Klopfens eingeschränkt ist, das höhere Verdichtungsverhältnis beibehalten. Zum Beispiel wird der VCR-Mechanismus in der ersten Position gehalten, die dem höheren Verdichtungsverhältnis entspricht. Darüber hinaus werden die Grenzzündung (BDL, Strichpunktlinie) und der Zündzeitpunkt von dem MBT aufgrund der höheren Klopfneigung des Motors bei der höheren Motorlast und mit dem höheren Verdichtungsverhältnis hinausgezögert (das heißt, der Motor ist stärker hinsichtlich des Klopfens eingeschränkt). Die Klopfsensorausgabe bewegt sich näher an den Schwellenwert für das Klopfen, während sie darunter bleibt, was darauf hinweist, dass der Motor stärker hinsichtlich des Klopfens eingeschränkt ist als er vor t1 war. Das tatsächliche Klopfen tritt jedoch nur auf, da die Klopfsensorausgabe unter dem Schwellenwert für das Klopfen Schw_Klo bleibt.
  • Bei t2 kommt es zu einer weiteren Steigerung der Pedalposition. Würde der Motor in dem höheren Verdichtungsverhältnis gehalten, würde die Klopfneigung des Motors aufgrund der Notwendigkeit einer Spätzündung zunehmen. Der Kraftstoffmehrverbrauch aufgrund der Spätzündung würde die Kraftstoffeffizienz bei dem höheren Verdichtungsverhältnis ausgleichen. Deshalb wird der Motor als Reaktion auf die Veränderung des Drehmomentbedarfs von dem höheren Verdichtungsverhältnis in ein geringeres Verdichtungsverhältnis überführt. Beispielsweise wird dem VCR-Mechanismus ein Übergang von der ersten Position, die dem hohen CR entspricht, zu einer zweiten Position, die einem geringeren CR entspricht, befohlen. Darüber hinaus wird die Drosselöffnung vergrößert, um dem gesteigerten Drehmomentbedarf gerecht zu werden. Wenn das Verdichtungsverhältnis verringert und die Drosselöffnung vergrößert wird, wird der Motor hinsichtlich des Klopfens weniger eingeschränkt und der BDL kann relativ zu seiner Position vor t2 vorgezogen werden. Darüber hinaus kann der Zündzeitpunkt zu einem nominalen Zeitpunkt um den MBT zurückkehren. Die Klopfsensorausgabe kann nahe dem, doch unter dem Schwellenwert für das Klopfen bleiben.
  • Bei t3 kommt es zu einer weiteren Pedalbetätigung des Fahrzeugführers. Als Reaktion auf die Zunahme des Drehmomentbedarfs des Fahrzeugführers wird die Drosselöffnung vergrößert, während der Motor auf dem geringeren Verdichtungsverhältnis gehalten wird. Beispielsweise wird der VCR-Mechanismus in der zweiten Position gehalten. Da der Motor unter diesen Bedingungen stärker hinsichtlich des Klopfens eingeschränkt wird, werden BDL und Zündzeitpunkt von dem MBT hinausgezögert, während die Klopfsensorausgabe unter dem Schwellenwert für das Klopfen gehalten wird.
  • Bei t4 wurde der Zündzeitpunkt zu einem Punkt hinausgezögert, an dem der Kraftstoffmehrverbrauch, der mit Spätzündung verbunden ist, die Kraftstoffeffizienz des Betriebs in dem ausgewählten Verdichtungsverhältnis ausgleicht. Dementsprechend wird zu diesem Zeitpunkt befohlen, dass das Verdichtungsverhältnis weiter verringert wird. Beispielsweise wird dem VCR-Mechanismus ein Übergang von der zweiten Position in eine dritte Position befohlen, die einem Verdichtungsverhältnis entspricht, das geringer als das Verdichtungsverhältnis in der zweiten Position ist. Infolge der Verringerung des Verdichtungsverhältnisses wird der BDL vorgezogen und wird der Zündzeitpunkt ebenfalls auf einen nominalen Zeitpunkt um den MBT vorgezogen.
  • Im Anschluss an den befohlenen Übergang, insbesondere ab t5, beginnt die Klopfneigung zuzunehmen. Insbesondere tritt ein intermittierendes Klopfen auf, wenn die Klopfsensorausgabe intermittierend den Schwellenwert für das Klopfen Schw_Klo überschreitet. Als Reaktion auf jede Anzeige eines Klopfens wird der Zündzeitpunkt allmählich von dem MBT hinausgezögert.
  • Kurz vor t6 wird der Zündzeitpunkt als Reaktion auf ein intermittierendes Klopfen auf eine Grenze (oder eine Sperre) hinausgezögert. Als Reaktion darauf, dass die Klopfhäufigkeit selbst bei hinausgezögertem Zündzeitpunkt (gegenüber der Sperre) erhöht ist, kann abgeleitet werden, dass der VCR-Mechanismus während des Übergangs, der bei t4 befohlen wurde, verschlechtert war. Insbesondere kann abgeleitet werden, dass das tatsächliche Verdichtungsverhältnis des Motors (durch die durchgezogene Linie 408 dargestellt) höher als das beabsichtigte Verdichtungsverhältnis des Motors (durch die Strichlinie 409 dargestellt) ist, da der VCR-Mechanismus zwischen der zweiten und der dritten Position hängengeblieben ist. In einem Beispiel kann das hängengebliebene Verdichtungsverhältnis von einer gemessenen Position des VCR-Mechanismus (zwischen der zweiten und der dritten Position) abgeleitet werden, wie über einen Positionssensor angezeigt.
  • Als Reaktion auf die Verschlechterung des VCR-Mechanismus wird bei t6 die Motorlast eingeschränkt. Insbesondere wird eine maximale Motorlast, die während des Betriebs in der gemessenen VCR-Position (dem hängengebliebenen, höheren als beabsichtigten Verdichtungsverhältnis) zulässig ist, verringert. In dem abgebildeten Beispiel wird die Motorlast durch das Reduzieren der Ansaugdrosselöffnung von einer maximal zulässigen Drosselöffnung zu einer geringeren Drosselöffnung (Kurve 404, durchgezogene Linie) verringert. Infolgedessen wird die Luftbefüllung, die durch den Motor strömt, verringert. In alternativen Beispielen kann die Motorlast zusätzlich oder optional durch das Vergrößern der Öffnung eines Abgaswastegatebetätigungselements verringert werden, das über eine Abgasturbine hinweg angekoppelt ist, die einen Ansaugverdichter antreibt. Infolgedessen wird ein maximal zulässiger Ladedruck in dem jeweiligen CR verringert. Zusätzlich zum Einschränken der Motorlast werden BDL und Zündzeitpunkt von dem MBT hinausgezögert.
  • Von daher hätte, wäre die Motorlast nicht eingeschränkt worden, der anhaltende Betrieb in dem höheren als dem beabsichtigten CR zu erhöhten Drücken und Temperaturen im Zylinder zur Folge gehabt. Dies hätte zu einem vermehrten Auftreten von Klopfen geführt. Darüber hinaus könnte eine Frühzündung auftreten, wobei die Klopfsensorausgabe einen Schwellenwert für die Frühzündung (Schw_FZ) übersteigt, der über einem Schwellenwert für das Klopfen (Schw_Klo) liegt. Es versteht sich, dass, wenn eine Frühzündung selbst nach der Verringerung der Motorlast auftritt, wie zum Beispiel durch das gestrichelte Segment 412 dargestellt, die Motorlast weiter verringert werden kann. Zum Beispiel kann als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung nach t6 die Drosselöffnung weiter verringert werden (unter das bei 404 dargestellte Niveau), wie zum Beispiel durch das gestrichelte Segment 405 dargestellt.
  • Bei t7 wird nach dem Einschränken der Motorlast, wenn die Klopfneigung hinreichend verringert wurde, der BDL vorgezogen und der Zündzeitpunkt zurück um den MBT gebracht, während die Motorlast eingeschränkt und die Drosselöffnung reduziert bliebt.
  • Auf diese Weise kann ein Mechanismus mit variablem Verdichtungsverhältnis zeitnah diagnostiziert und entsprechend behandelt werden. Durch das Verlassen darauf, dass eine adaptive Zündung auf eine Sperre hinausgezögert wird, wenn ein geringeres Verdichtungsverhältnis befohlen wird, kann zuverlässig festgestellt werden, dass ein VCR-Mechanismus in einer Position mit einem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist. Durch das Anwenden einer Einschränkung der Motorlast als Reaktion darauf, dass ein VCR-Mechanismus hängengeblieben ist, können Klopfen und Frühzündung, die sich aus dem fortgesetzten Motorbetrieb bei dem höheren als dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis ergeben, abgeschwächt werden. Durch das Einschränken der Luftfüllung, um die zulässige Motorlast zu verringern, und das Vorziehen des Zündzeitpunkts von der Grenze für die Spätzündung, wenn der Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis in einem höheren Verdichtungsverhältnis als beabsichtigt hängengeblieben ist, können Drücke und Temperaturen im Zylinder verringert werden, wodurch die Neigung zu wiederkehrendem Klopfen oder Frühzündung reduziert wird. Durch das Reduzieren der thermischen Belastung, die auf einen Motor angewendet wird, wenn sich ein VCR-Mechanismus verschlechtert, kann die Lebensdauer der Motorkomponenten verbessert werden.
  • Ein beispielhaftes Verfahren umfasst Folgendes: mechanisches Variieren eines Verdichtungsverhältnisses eines Motors mittels eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis; und als Reaktion darauf, dass sich der Mechanismus verschlechtert, Einschränken einer Motorlast. Im vorstehenden Beispiel beinhaltet der verschlechterte Mechanismus zusätzlich oder optional, dass der Motor in einem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, das sich von einem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis für eine jeweilige Motordrehzahl-/-lastbedingung unterscheidet. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einschränken der Motorlast zusätzlich oder optional ein Einschränken einer maximal zulässigen Motorlast auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und unabhängig von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einschränken der Motorlast zusätzlich oder optional ein Verringern einer Öffnung einer Ansaugdrossel, um die Luftfüllung des Motors bei dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis einzuschränken. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einschränken der Motorlast zusätzlich oder optional ein Einschränken des Ladedrucks durch das Vergrößern einer Öffnung eines Abgaswastegatebetätigungselements, das an eine Abgasturbine gekoppelt ist. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder optional ferner ein Anzeigen, dass sich der Mechanismus verschlechtert hat, als Reaktion darauf, dass sich eine tatsächliche Position des Mechanismus auf Grundlage einer Sensorausgabe von einem an den Mechanismus gekoppelten Positionssensor von einer befohlenen Position des Mechanismus unterscheidet, wobei die befohlene Position auf dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis für die jeweiligen Motordrehzahl-/-lastbedingung basiert. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder optional ferner ein Anzeigen, dass sich der Mechanismus verschlechtert hat, als Reaktion auf eines oder mehrere davon, dass die adaptive Zündung auf Grundlage des beabsichtigten Verdichtungsverhältnisses jenseits eines Schwellenwerts hinausgezögert wird und die Klopfhäufigkeit höher als ein Schwellenwert für die Häufigkeit ist, während die adaptive Zündung hinausgezögert wird. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder optional ferner ein Vorziehen des Zündzeitpunkts als Reaktion auf das Einschränken der Motorlast, wobei das Vorziehen des Zündzeitpunkts auf dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis basiert. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion auf eine Klopfanzeige, die während des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses empfangen wird, ein Verzögern des Zündzeitpunkts. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung, die während des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses empfangen wird, ein weiteres Einschränken der Motorlast auf Grundlage der Anzeige der Frühzündung.
  • Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst Folgendes: Anzeigen einer Verschlechterung eines Mechanismus mit variablem Verdichtungsverhältnis, der mechanisch eine Kolbenposition in einem Zylinder auf Grundlage einer oder mehrerer von einer Ausgabe von einem Positionssensor, der mit dem Mechanismus gekoppelt ist, einer Klopfsensorausgabe und einer Verwendung adaptiver Spätzündung ändert; und als Reaktion auf die Anzeige ein Einschränken einer Motorlast, während der Zündzeitpunkt in Richtung MBT vorgezogen wird. Im vorstehenden Beispiel beinhaltet das Anzeigen einer Verschlechterung zusätzlich oder optional ein Anzeigen, dass der Motor in einem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das sich von einem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis unterscheidet. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Verfahren zusätzlich oder optional ein Anzeigen einer Verschlechterung, wenn sich eine oder mehrere von einer tatsächlichen Position des Mechanismus auf Grundlage der Ausgabe des Positionssensors von einer erwarteten Position des Mechanismus auf Grundlage eines erwarteten Verdichtungsverhältnisses des Motors unterscheidet; die Klopfhäufigkeit auf Grundlage der Klopfsensorausgabe höher als ein Schwellenwert für die Häufigkeit ist, der für das beabsichtige Verdichtungsverhältnis erwartet wurde, und die adaptive Zündung auf Grundlage des beabsichtigten Verdichtungsverhältnisses auf einen Schwellenwert hinausgezögert wird. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Einschränken der Motorlast zusätzlich oder optional ein Verringern einer maximalen Motorlast und eines maximalen Ladedrucks, der in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis zulässig ist. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet ein Einschränken der Motorlast zusätzlich oder optional eines oder mehrere von Reduzieren einer Ansaugdrosselöffnung in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis und Vergrößern einer Wastegatebetätigungselementöffnung in dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion auf die Anzeige ein Vorziehen einer Grenzzündung auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und der Einschränkung der Motorlast und unabhängig von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis.
  • Ein weiteres beispielhaftes Motorsystem umfasst Folgendes: einen Motor, der einen Zylinder aufweist; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis, um eine Kolbenposition in dem Zylinder mechanisch zu ändern; einen Positionssensor, der an den Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis gekoppelt ist; eine Zündkerze zum Bereitstellung eines Zündfunkens an den Zylinder; eine Ansaugdrossel; einen Turbolader, der einen Ansaugverdichter aufweist, der von einer Abgasturbine angetrieben wird; ein Wastegate, das ein Wastegate-Betätigungselement beinhaltet, das an die Abgasturbine gekoppelt ist; einen Klopfsensor; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen ausgestaltet ist, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis, um den Motor von einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis in eine Einstellung mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis zu überführen; Anzeigen, dass der Mechanismus in der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, auf Grundlage einer Ausgabe von einem oder mehreren von dem Positionssensor und dem Klopfsensor; und als Reaktion auf die Anzeige Verringern einer Luftfüllung, die dem Motor während des Vorziehens des Zündzeitpunkts zugeführt wird. Im vorstehenden Beispiel beinhaltet das Anzeigen zusätzlich oder optional ein Anzeigen, dass der Mechanismus bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, als Reaktion auf eine oder mehrere davon, dass eine Klopfhäufigkeit, wie auf Grundlage der Ausgabe von dem Klopfsensor angegeben, über einem Schwellenwert für die Häufigkeit liegt während der Zündzeitpunkt hinausgezögert wird, und sich eine tatsächliche Position des Mechanismus, wie auf Grundlage der Ausgabe von dem Positionssensor, von einer befohlenen Position unterschiedet, wobei jede von der befohlenen Position und dem Schwellenwert für die Häufigkeit auf der Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis basiert. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Verringern der Luftfüllung zusätzlich oder optional eines oder mehrere von dem Verringern einer Öffnung der Ansaugdrossel und dem Vergrößern einer Öffnung des Wastegate-Betätigungselements, um eine maximale Motorlast einzuschränken, die bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis zulässig ist. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional ferner Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung, die sich von Klopfen unterscheidet, wie auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors nach dem Verringern der Ansaugluftfüllung angezeigt, Einschränken der maximalen Motorlast, die bei der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis zulässig ist.
  • In einer weiteren Auslegung umfasst ein Verfahren für einen aufgeladenen Motor ein Befehlen eines Übergangs des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis von einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis zu einer Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis als Reaktion darauf, dass eine adaptive Zündung zu einer Grenze hinausgezögert wird; und als Reaktion darauf, dass der Mechanismus im Anschluss an das Befehlen in der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, ein Verringern einer maximalen Motorlast, die bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis zulässig ist.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen im Zusammenhang mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die vorliegend offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und von dem Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen und sonstiger Motorhardware enthält, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa einer ereignisgesteuerten, einer unterbrechungsgesteuerten, Multitasking-, Multithreading- und dergleichen, wiedergeben. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Außerdem ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach der konkreten eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der im nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der unterschiedlichen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig 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 solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche, egal ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, werden außerdem als im Gegenstand 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
    • US 6553949 [0004]

Claims (14)

  1. Verfahren, umfassend: mechanisches Variieren eines Verdichtungsverhältnisses eines Motors mittels eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis; und als Reaktion darauf, dass sich der Mechanismus verschlechtert, Einschränken einer Motorlast.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der verschlechterte Mechanismus beinhaltet, dass der Motor in einem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, das sich von einem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis für eine jeweilige Motordrehzahl-/-lastbedingung unterscheidet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einschränken der Motorlast ein Einschränken der maximalen Motorlast beinhaltet, die auf Grundlage des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses und unabhängig von dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis zulässig ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einschränken der Motorlast ein Einschränken einer Öffnung einer Ansaugdrossel beinhaltet, um die Luftfüllung des Motors bei dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis einzuschränken.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einschränken der Motorlast ein Einschränken des Ladedrucks durch das Vergrößern einer Öffnung eines Abgaswastegatebetätigungselements beinhaltet, das an eine Abgasturbine gekoppelt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Anzeigen, dass sich der Mechanismus verschlechtert hat, als Reaktion darauf, dass sich eine tatsächliche Position des Mechanismus auf Grundlage einer Sensorausgabe von einem an den Mechanismus gekoppelten Positionssensor von einer befohlenen Position des Mechanismus unterscheidet, wobei die befohlene Position auf dem beabsichtigten Verdichtungsverhältnis für die jeweiligen Motordrehzahl-/-lastbedingung basiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Anzeigen, dass sich der Mechanismus verschlechtert hat, als Reaktion auf eines oder mehrere davon, dass die adaptive Zündung auf Grundlage des beabsichtigten Verdichtungsverhältnisses jenseits eines Schwellenwerts hinausgezögert wird und die Klopfhäufigkeit höher als ein Schwellenwert für die Häufigkeit ist, während die adaptive Zündung hinausgezögert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Vorziehen eines Zündzeitpunkts als Reaktion auf ein Einschränken der Motorlast, wobei das Vorziehen des Zündzeitpunkts auf dem hängengebliebenen Verdichtungsverhältnis basiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, als Reaktion auf eine Klopfanzeige, die während des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses empfangen wird, ein Verzögern des Zündzeitpunkts.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung, die während des hängengebliebenen Verdichtungsverhältnisses empfangen wird, ein weiteres Einschränken der Motorlast auf Grundlage der Anzeige der Frühzündung.
  11. Motorsystem, umfassend: einen Motor, der einen Zylinder aufweist; einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum mechanischen Ändern einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders; einen an den Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis gekoppelten Positionssensor; eine Zündkerze zum Bereitstellen eines Zündfunkens an den Zylinder; eine Ansaugdrossel; einen Turbolader, der einen von einer Abgasturbine angetriebenen Ansaugverdichter aufweist; ein Wastegate, das ein an die Abgasturbine gekoppeltes Wastegatebetätigungselement beinhaltet; einen Klopfsensor; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, für Folgendes ausgelegt ist: Betätigen des Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis, um den Motor aus einer Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis in eine Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis zu überführen; Anzeigen, dass der Mechanismus in der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, auf Grundlage einer Ausgabe von einem oder mehreren von dem Positionssensor und dem Klopfsensor; und als Reaktion auf die Anzeige Verringern einer dem Motor zugeführten Luftfüllung, während der Zündzeitpunkt vorgezogen wird.
  12. System nach Anspruch 11, wobei das Anzeigen ein Anzeigen beinhaltet, dass der Mechanismus bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis hängengeblieben ist, als Reaktion auf eine oder mehrere davon, dass eine Klopfhäufigkeit, wie auf Grundlage der Ausgabe von dem Klopfsensor angegeben, über einem Schwellenwert für die Häufigkeit liegt, während der Zündzeitpunkt hinausgezögert wird, und sich eine tatsächliche Position des Mechanismus, wie auf Grundlage der Ausgabe von dem Positionssensor angezeigt, von einer befohlenen Position unterschiedet, wobei jede von der befohlenen Position und dem Schwellenwert für die Häufigkeit auf der Einstellung mit geringerem Verdichtungsverhältnis basiert.
  13. System nach Anspruch 11, wobei ein Verringern der Luftfüllung eines oder mehrere von einem Verringern einer Öffnung der Ansaugdrossel und einem Vergrößern einer Öffnung des Wastegate-Betätigungselements beinhaltet, um eine maximale Motorlast einzuschränken, die bei der Einstellung mit höherem Verdichtungsverhältnis zulässig ist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet, um: als Reaktion auf eine Anzeige einer Frühzündung, die sich von Klopfen unterscheidet, wie auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors nach dem Verringern der Ansaugluftfüllung angezeigt, die maximale Motorlast einzuschränken, die bei der Einstellung mit dem höheren Verdichtungsverhältnis zulässig ist.
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