DE102021103442A1

DE102021103442A1 - Verbrennungskraftmaschine und Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102021103442A1
Application number: DE102021103442.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Mirlach
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1) und ein mit der Verbrennungskraftmaschine (1) ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine (1) weist einen Kolbenlaufraum (2) und einen darin angeordneten Hubkolben (3) sowie eine Erfassungseinrichtung (9) auf und ist zwischen einer ersten Verdichtungsendstellung und einer zweiten Verdichtungsendstellung verstellbar ist. Dabei ist mittels der Erfassungseinrichtung (9) erfassbar, ob die Verbrennungskraftmaschine (1) in der ersten Verdichtungsendstellung oder in der zweiten Verdichtungsendstellung angeordnet ist. Hierzu weist die Erfassungseinrichtung (9) eine Öffnung (10) sowie eine Öffnungsüberwachungseinheit (12) auf. Die Öffnung (10) ist in einer Totpunktlage (UT) des Hubkolbens (3) mittels des Hubkolbens (3) überdeckt ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) in die erste Verdichtungsendstellung verstellt ist. Ferner ist die Öffnung (10) in der Totpunktlage (UT) des Hubkolbens (3) freigegeben, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) in die zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist. Mittels der Öffnungsüberwachungseinheit (12) ist ein Überdeckungszustand der Öffnung (10) erfassbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug, das mit der Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet ist. Der thermodynamische Wirkungsgrad η_tn und damit die Effizienz eines Verbrennungsmotors hängen maßgeblich von seinem Verdichtungsverhältnis ε ab. Beispielsweise bei einem Ottomotor gilt folgender physikalischer Zusammenhang: $η_{t h O t t o} = 1 - \frac{1}{ε^{K - 1}}$
Dabei ist κ der Isentropenexponent, welcher auch als Wärmekapazitätsverhältnis bezeichnet wird. Ferner ist beim Ottomotor das maximale Verdichtungsverhältnis durch die Selbstzündungsneigung des Kraftstoff-Luft-Gemisches begrenzt. Denn die Selbstzündungsneigung ist im Betrieb des Ottomotors unerwünscht, da sie zu einem unkontrollierten Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum des Motors - dem sogenannten Klopfen - führt. Das Klopfen des Motors kann in der Folge zu einem Motorschaden führen.
Das optimale Verdichtungsverhältnis hängt weiter von Einflussparametern wie Klopffestigkeit des Kraftstoffs, der Geometrie des Brennraums, der Ansaugtemperatur des Gemisches etc. ab, ist aber auch stark vom Betriebspunkt des Motors (Drehzahl, Last) abhängig. Um den Verbrennungsmotor in jedem Betriebspunkt mit dem hierfür optimalen Verdichtungsverhältnis betreiben zu können, ist ein variables Verdichtungsverhältnis aus Effizienzgründen von großem Vorteil.
Um die mit dem variablen Verdichtungsverhältnis einhergehenden Vorteile besonders effizient ausnutzen zu können, besteht der Bedarf, zuverlässig zu erkennen, ob das Verändern des Verdichtungsverhältnisses tatsächlich mechanisch erfolgt ist. Denn würde beispielsweise bei einer Laststeigerung eine Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine lediglich einen entsprechenden Steuerbefehl zum Verstellen der Verbrennungskraftmaschine von einer höheren auf eine niedrigere Verdichtung bereitgestellt, wobei ein mechanisches Verstellen tatsächlich unterbliebe, zum Beispiel wenn die Verbrennungskraftmaschine beschädigt ist, käme es zu einer klopfenden Verbrennung in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, was ein Risiko eines Motorschadens bedeutet.
Eine Verbrennungskraftmaschine, deren Verdichtungsverhältnis mittels eines längenveränderbaren Pleuels verstellbar ist, ist beispielsweise aus der WO 2016/016228 A1 bekannt. Diese herkömmliche Verbrennungskraftmaschine weist zudem einen Positionssensor, vorzugsweise Hall-Sensor, auf, mittels dem ein Kolben der Verbrennungskraftmaschine erfassbar ist und somit auf ein aktuelles Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine geschlossen werden kann. Hierbei ist der Positionssensor bzw. Hall-Sensor innenseitig in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, wo der Positionssensor und insbesondere elektrische Anschlusselemente des Positionssensors besonders hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen unterworfen sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfache und besonders zuverlässige Möglichkeit bereitzustellen, eine Verdichtungsstellung einer Verbrennungskraftmaschine zu erfassen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist einen Kolbenlaufraum und einen darin hubbewegbar angeordneten Hubkolben auf. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich insbesondere um einen Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei jedoch denkbar ist, dass die Verbrennungskraftmaschine alternativ oder zusätzlich zum Automobilbereich in anderen Bereichen der Technik eingesetzt wird.
Die Verbrennungskraftmaschine ist - insbesondere während eines Kurbelbetriebs der Verbrennungskraftmaschine - zwischen einer ersten Verdichtungsendstellung und einer zweiten Verdichtungsendstellung verstellbar. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine ein variables Verdichtungsverhältnis aufweist, Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine ein längenvariables bzw. längenveränderbares Pleuel aufweist, dessen effektive Länge - insbesondere während des Kurbelbetriebs der Verbrennungskraftmaschine - verändert werden kann, sodass je nach effektiver Länge des längenveränderbaren Pleuels unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse einstellbar sind. Unabhängig davon, ob für die vorliegende Verbrennungskraftmaschine das längenveränderbare Pleuel oder eine andere Verstelleinrichtung zum Ändern des Verdichtungsverhältnisses zum Einsatz kommt, ist der Hubkolben - wenn ein dem Hubkolben zugeordneter Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine im oberen Totpunkt angeordnet ist - näher an einem Kopfanteil des Kolbenlaufraums angeordnet als bei einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis.
Insbesondere handelt es sich bei der ersten Verdichtungsendstellung um eine Niedrigstverdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine, wohingegen es sich bei der zweiten Verdichtungsendstellung um eine Höchstverdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine handelt. Das bedeutet, dass ein Totraum, der in einer oberen Totpunktlage des Hubkolbens zwischen einem Kolbenboden des Hubkolbens und dem Kopfanteil des Kolbenlaufraums ausgebildet ist, in der ersten Verdichtungsendstellung ein konstruktiv vorgegebenes Größtvolumen aufweist. Dementsprechend weist der Totraum in der zweiten Verdichtungsendstellung bzw. in der Höchstverdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine ein konstruktiv vorgegebenes Mindestvolumen auf.
Die Verbrennungskraftmaschine weist weiter eine Erfassungseinrichtung auf, mittels derer erfassbar ist, ob die Verbrennungskraftmaschine in der ersten Verdichtungsendstellung oder in der zweiten Verdichtungsendstellung angeordnet ist. Hierzu weist die Erfassungseinrichtung eine (erste) Öffnung auf, die in einer Totpunktlage des Hubkolbens, insbesondere in einer unteren Totpunktlage des Hubkolbens, mittels des Hubkolbens überdeckt bzw. verdeckt ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine in die erste Verdichtungsendstellung verstellt ist. Die Öffnung ist des Weiteren in der Totpunktlage, insbesondere unteren Totpunktlage, des Hubkolbens freigegeben, wenn die Verbrennungskraftmaschine in die zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist. Indem die Öffnung mittels des Hubkolbens überdeckt ist, trifft eine Längsmittenachse der Öffnung einen der Öffnung zugewandten Anteil des Hubkolbens senkrecht, wobei der Hubkolben - entlang der Längsmittenachse der Öffnung - zumindest so weit vor der Öffnung angeordnet ist, dass eine Querschnittsfigur der Öffnung vollständig in dem Hubkolben ist. Dabei kann die Öffnung mittels des Hubkolbens verschlossen sein. Das bedeutet, dass der Hubkolben in seiner Totpunktlage direkt an eine dem Hubkolben zugewandte Mündung der Öffnung angrenzt, sodass die Öffnung an deren Mündung mittels des Hubkolbens verschlossen, insbesondere fluidisch abgedichtet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass, indem die Öffnung mittels des Hubkolbens überdeckt ist, der Hubkolben vor der Öffnung angeordnet ist und zwischen der Öffnung und dem Hubkolben ein Spalt ausgebildet ist. Dann mündet die Öffnung in den Spalt, der zwischen der Mündung der Öffnung und dem Hubkolben ausgebildet ist.
Zudem weist die Erfassungseinrichtung eine Öffnungsüberwachungseinheit auf, mittels derer ein Überdeckungszustand der Öffnung erfassbar ist. Anders ausgedrückt weist die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere deren Erfassungseinrichtung, Mittel auf, aufgrund derer mittels der Erfassungseinrichtung erfassbar ist, ob mittels des Hubkolbens die Öffnung aktuell verdeckt ist oder nicht. Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Erfassungseinrichtung dazu ausgebildet ist, basierend auf dem mittels der Öffnungsüberwachungseinheit erfassten Überdeckungszustand der Öffnung ein den Überdeckungszustand der Öffnung charakterisierendes Steuersignal bereitzustellen, das von einer Steuereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer Steuereinrichtung eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs als ein Eingangssteuersignal akzeptiert wird.
Mittels der Erfassungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine ist es ermöglicht, festzustellen bzw. zu ermitteln, ob die Verbrennungskraftmaschine tatsächlich bzw. mechanisch in die entsprechende Verdichtungsendstellung verstellt ist. Dieses tatsächliche Verstellen ist mittels der Erfassungseinrichtung wirksam von einem fehlerbehafteten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu unterscheiden, in welchem zwar die Verstelleinrichtung der Verbrennungskraftmaschine ein Eingangssteuersignal zum Verstellen der Verbrennungskraftmaschine in eine der Verdichtungsendstellungen empfangen hat, das tatsächliche bzw. mechanische Verstellen jedoch unterbleibt, beispielsweise wenn die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere deren Verstelleinrichtung, nicht fehlerfrei funktioniert, etwa beschädigt ist. Insbesondere wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein Ottomotor ausgebildet ist, ist in vorteilhafter Weise mittels der Erfassungseinrichtung des Ottomotors bzw. der Verbrennungskraftmaschine ein Klopfen der Verbrennung verhinderbar, indem vermieden wird, dass fälschlicherweise ein in den Kolbanlaufraum eingebrachter Kraftstoff zu stark verdichtet wird. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann es sich alternativ um einen Dieselmotor handeln.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine in wenigstens eine Verdichtungszwischenstellung verstellbar ist und die Erfassungseinrichtung eine weitere (zweite) Öffnung aufweist, wobei die zweite Öffnung in der Totpunktlage des Hubkolbens mittels des Hubkolbens überdeckt, beispielsweise verschlossen ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine in die Verdichtungszwischenstellung verstellt ist. Des Weiteren ist die zweite Öffnung in der Totpunktlage des Hubkolbens freigegeben, wenn die Verbrennungskraftmaschine in die zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist, wobei mittels der Öffnungsüberwachungseinheit ein Überdeckungszustand der zweiten Öffnung erfassbar ist. Bei der Verdichtungszwischenstellung handelt es sich um eine weitere Verdichtungsstellung, in welche die Verbrennungskraftmaschine verstellbar ist, wobei das durch die Verdichtungszwischenstellung charakterisierte Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine größer als das durch die erste Verdichtungsendstellung charakterisierte Verdichtungsverhältnis und kleiner als das durch die zweite Verdichtungsendstellung charakterisierte Verdichtungsverhältnis ist.
In dieser Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist also mittels der Erfassungseinrichtung erfassbar, ob die Verbrennungskraftmaschine in die erste Verdichtungsendstellung, in die zweite Verdichtungsendstellung oder in die zwischen den Verdichtungsendstellungen angeordnete Verdichtungszwischenstellung verstellt ist. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Erfassungseinrichtung, so viele weitere Öffnungen aufweist, wie die Verbrennungskraftmaschine Verdichtungszwischenstellungen aufweist. So ist besonders genau erfassbar bzw. bestimmbar oder ermittelbar, in welche der Verdichtungsstellungen, das heißt Verdichtungsendstellungen oder Verdichtungszwischenstellungen, die Verbrennungskraftmaschine verstellt ist.
Generell kann es sich bei der Verbrennungskraftmaschine ferner um einen Vielstoffmotor handeln. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus und wenigstens einem anderen Betriebsmodus - jeweils bestimmungsgemäß - betrieben zu werden. Dabei ist dem ersten Betriebsmodus ein erster Kraftstofftyp und/oder ein erstes Zündverfahren zugeordnet, wohingegen dem zweiten Betriebsmodus ein anderer Kraftstofftyp und/oder ein anderes Zündverfahren zugeordnet ist. Dabei kann bei der Verbrennungskraftmaschine weiter vorgesehen sein, dass dem jeweiligen Betriebsmodus eine jeweilige Verdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, sodass in dem entsprechenden Betriebsmodus die Verbrennungskraftmaschine in die entsprechend zugeordnete der Verdichtungsstellungen verstellt ist oder wird. Denn unterschiedliche Kraftstofftypen erfordern für eine jeweils besonders effiziente Verbrennung ein jeweils an den Kraftstofftyp - und insbesondere an dessen Klopfneigung - angepasstes Verdichtungsverhältnis. Weist zum Beispiel einer der Kraftstofftypen eine relativ hohe Klopfneigung auf, ist ein relativ niedriges Verdichtungsverhältnis vorteilhaft, wohingegen bei einem anderen der Kraftstofftypen, der eine relativ niedrige Klopfneigung aufweist, ein relativ hohes Verdichtungsverhältnis vorteilhaft ist. Infolgedessen ist die in den wenigstens zwei unterschiedlichen Betriebsmodi bestimmungsgemäß betreibbare Verbrennungskraftmaschine besonders effizient betreibbar.
Ein prominentes Beispiel für einen solchen Vielstoffmotor ist ein Ottomotor, welcher in einem der Betriebsmodi mit Benzin, und in einem anderen der Betriebsmodi mit einem Gaskraftstoff, etwa Autogas (LPG: liquefied petroleum gas), Erdgas (CNG: compressed natural gas), gekühltes Flüssigerdgas (LNG: liquefied natural gas) etc., betreibbar ist. Wird die Verbrennungskraftmaschine beim Umschalten bzw. Verstellen zwischen dem Benzinbetriebsmodus und dem Gasbetriebsmodus in ein jeweiliges Verdichtungsverhältnis verstellt, bietet sich die Erfassungseinrichtung an, um zu gewährleisten, dass die Verstellung der Verbrennungskraftmaschine in das entsprechende Verdichtungsverhältnis auch tatsächlich bzw. mechanisch erfolgt ist. Insbesondere kann dann vorgesehen sein, dass erst nachdem erfasst ist, dass das Verstellen mechanisch realisiert ist, der entsprechende Betriebsmodus vollständig aktiv ist und erst dann das Autogas oder das Benzin zur Verbrennung in den Brennraum eingebracht wird.
In diesem Zusammenhang bietet die mit der Erfassungseinrichtung ausgestattete Verbrennungskraftmaschine den Vorteil, dass ein Verbrennen von Benzin bei einem zu hohen Verdichtungsverhältnis und das damit einhergehende Klopfen verhindert sind. Ferner ist verhindert, dass Gas bei einem zu niedrigen Verdichtungsverhältnis und somit wenig effizient verbrannt wird. Denn bevor tatsächlich Benzin und/oder Gas in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird, wird erfasst, ob das für Benzin geeignete bzw. bevorzugte Verdichtungsverhältnis bzw. das für Gas geeignete bzw. bevorzugte Verdichtungsverhältnis tatsächlich mechanisch vorliegt. Mit anderen Worten wird aufgrund der Erfassungseinrichtung beispielsweise verhindert, das unbeabsichtigt Benzin in den Brennraum eingebracht wird, während die Verbrennungskraftmaschine in unentdeckter Weise (zumindest noch teilweise) mit einem für Gas geeigneten Verdichtungsverhältnis arbeitet.
Weiter kann es sich bei einem der Betriebsmodi um einen Kaltstartbetriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine handeln, wohingegen es sich bei wenigstens einem weiteren der Betriebsmodi um einen Warmbetriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine handelt. Diese beiden speziellen Betriebsmodi unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass im Kaltstartbetriebsmodus eine erwünschte Betriebstemperatur einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, etwa einem Katalysator etc., noch nicht erreicht ist. Mit anderen Worten wird die Verbrennungskraftmaschine zumindest so lang in dem Kaltstartbetriebsmodus betrieben, bis die erwünschte Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht ist. Ist dies der Fall, liegt der Warmbetriebsmodus vor bzw. wird die Verbrennungskraftmaschine im Warmbetriebsmodus betrieben. In diesem Zusammenhang ist es bei der Verbrennungskraftmaschine aus ökologischen Gründen weiter denkbar, einen speziellen Kraftstoff im Kaltstartbetriebsmodus einzusetzen, das heißt im Brennraum zu verbrennen, der besonders schadstoffarm verbrennt. Im Warmbetriebsmodus - wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung auf die für eine maximaleffiziente Abgasreinigung erforderliche Betriebstemperatur erwärmt ist - wird dann anderer Kraftstoff (beispielsweise Normkraftstoff wie Benzin) eingesetzt. Dabei erfordert der für den Kaltstartbetriebsmodus designte Kraftstoff eventuell eine andere Verdichtung als der für den Warmbetriebsmodus vorgesehene Kraftstoff. Hierbei wird mittels der Erfassungseinrichtung erfasst, ob die Verbrennungskraftmaschine in die entsprechende Verdichtungsstellung für den Kaltstartbetriebsmodus bzw. für den Warmbetriebsmodus tatsächlich mechanisch verstellt ist, um eine mindereffiziente Verbrennung des für den Kaltstartbetriebsmodus designten/vorgesehenen Kraftstoffs bzw. eine klopfende Verbrennung des Benzins zu verhindern.
Der Kolbenlaufraum der Verbrennungskraftmaschine weist einen Arbeitsraum und einen Pleuelraum auf, was bedeutet, dass der Kolbenlaufraum durch den Arbeitsraum und den Pleuelraum gebildet ist. Hierbei sind der Arbeitsraum und der Pleuelraum mittels eines Kolbenrings des Hubkolbens voneinander abgedichtet. Es gilt dann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine, dass die jeweilige Öffnung in einer Innenwand des Kolbenlaufraums ausgebildet ist. Mit anderen Worten mündet die Öffnung in den Kolbenlaufraum. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Öffnung und die Innenwand des Kolbenlaufraums bündig und glatt miteinander abschließen. Insbesondere gilt, dass die jeweilige Öffnung in den Kolbenlaufraum mündet, indem die Öffnung in den Pleuelraum mündet. Das bedeutet, dass die jeweilige Öffnung abseits des Arbeitsraums angeordnet ist und in den Kolbenlaufraum abseits des Arbeitsraums mündet, sodass die jeweilige Öffnung Betriebstakte der Verbrennungskraftmaschine und infolgedessen des Hubkolbens nicht beeinflusst. Hierbei sind der Arbeitsraum und der Pleuelraum in Bezug auf den unteren Totpunkt des Hubkolbens bzw. des mit dem Hubkolben verbundenen Kurbelzapfens der Kurbelwelle definiert. Das bedeutet, dass die jeweilige Öffnung unterhalb einer Ringpartie des Hubkolbens, in welcher der Kolbenring angeordnet ist, ausgebildet ist. In dem Kurbelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, in welchem der Hubkolben zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt hubbewegbar bewegt wird, verbleibt die Öffnung stets unterhalb der Ringpartie bzw. lediglich im Pleuelraum mündend angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, dass eine positionelle Lage der jeweiligen Öffnung mit einem Kolbenhemd des Hubkolbens korrespondiert, wodurch durch das Kolbenhemd ein Öffnungsüberdeckungselement zum Überdecken der jeweiligen Öffnung gebildet ist. Insbesondere korrespondieren die positionelle Lage der jeweiligen Öffnung und eine Außenoberfläche des Kolbenhemds miteinander, wobei die Außenoberfläche des Kolbenhemds unmittelbar der jeweiligen Öffnung zugewandt ist. Denn die Außenoberfläche des Kolbenhemds ist flächenparallel zu einer Innenoberfläche des Kolbenlaufraums angeordnet, da der Kolbenlaufraum und der darin hubbewegbar geführte Hubkolben koaxial zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist die jeweilige Öffnung mittels des Kolbenhemds bzw. dessen Außenoberfläche besonders zuverlässig überdeckbar, wobei die jeweilige Öffnung in vorteilhafter Weise besonders weit weg von dem Arbeitsraum angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist die jeweilige Öffnung von einem Überwachungsfluid durchströmbar, bei welchem es sich insbesondere um ein Maschinenöl („Motoröl“) der Verbrennungskraftmaschine handelt. Insoweit weist das Maschinenöl der Verbrennungskraftmaschine zumindest eine Doppelfunktionalität auf, nämlich - erstens - fungiert das Maschinenöl als Kühl- und/oder Schmiermittel für die Verbrennungskraftmaschine und - zweitens - fungiert das Maschinenöl als das Überwachungsfluid der Erfassungseinrichtung. Bei der Verbrennungskraftmaschine kann also in vorteilhafter Weise auf ein separat von dem Maschinenöl ausgebildetes Überwachungsfluid verzichtet werden, wodurch die Erfassungseinrichtung, und infolgedessen die mit der Erfassungseinrichtung ausgerüstete Verbrennungskraftmaschine, besonders einfach aufgebaut ist.
Im Zusammenhang mit der von dem Überwachungsfluid bzw. Maschinenöl durchströmbaren Öffnung ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, dass mittels der Öffnungsüberwachungseinheit der Überdeckungszustand der jeweiligen Öffnung erfassbar ist, indem die Öffnungsüberwachungseinheit eine Fluidsensorik aufweist, mittels derer eine den Überdeckungszustand der jeweiligen Öffnung charakterisierende strömungsmechanische Eigenschaft des Überwachungsfluids (beispielsweise ein Druck, eine Strömungsgeschwindigkeit etc. des Überwachungsfluids) erfassbar, insbesondere messbar ist.
Indem zum Feststellen, ob die Verbrennungskraftmaschine in der jeweiligen Verdichtungsstellung angeordnet ist, die strömungsmechanische Eigenschaft des Überwachungsfluids oder mehr strömungsmechanische Eigenschaften des Überwachungsfluids herangezogen wird/werden, ist besonders zuverlässig erfassbar, ob die Verbrennungskraftmaschine tatsächlich mechanisch in die jeweilige Verdichtungsstellung verstellt wurde. Denn ist der Hubkolben in seiner unteren Totpunktlage angeordnet, ist die Öffnung, die von dem Überwachungsfluid durchströmbar ist, mittels des Hubkolbens, insbesondere mittels dessen Kolbenhemds, überdeckt, sodass der Hubkolben mit dem Überwachungsfluid, das aus der jeweiligen Öffnung austritt, angespritzt bzw. bespritzt wird, wobei dieses Anspritzen des Hubkolbens sich in wenigstens einer strömungsmechanischen Eigenschaft des Überwachungsfluids niederschlägt. Beispielsweise ist ein Druck des Überwachungsfluids vergleichsweise hoch, wenn die Öffnung mittels des Hubkolbens verdeckt ist, wohingegen der Druck des Überwachungsfluids vergleichsweise niedrig ist, wenn die Öffnung freigegeben, das heißt nicht überdeckt ist.
Insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Fluidsensorik weitab der jeweiligen Öffnung angeordnet werden kann, ist das Erfassen der jeweiligen Verdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine besonders einfach und insbesondere besonders wenig störanfällig.
Eine weitere Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine sieht vor, dass die Öffnungsüberwachungseinheit eine Auswerteeinheit aufweist, die zum Empfangen von mittels einer Verbrennungskraftmaschinensensorik bereitstellbaren Sensorsignalen mit einem Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt bzw. koppelbar ist. Das bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine die Verbrennungskraftmaschinensensorik sowie das Steuergerät („Motorsteuergerät“) aufweist. Die Verbrennungskraftmaschinensensorik ist hierbei dazu konfiguriert, die einen aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine charakterisierenden Sensorsignale bereitzustellen, insbesondere dem Steuergerät bereitzustellen. Bei dem Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine kann es sich beispielsweise um eine digitale Motorelektronik (DME) handeln. In dieser Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine ist dann die Öffnungsüberwachungseinheit dazu konfiguriert, zum Erfassen des Öffnungszustands der jeweiligen Öffnung die mittels der Verbrennungskraftmaschinensensorik bereitstellbaren bzw. bereitgestellten Sensorsignale auszuwerten. Mit anderen Worten werden zum Erfassen, ob die Verbrennungskraftmaschine in die jeweilige Verdichtungsstellung verstellt ist, die mittels der Verbrennungskraftmaschinensensorik bereitgestellten Sensorsignale mit betrachtet. Wenn bei der Erfassungseinrichtung - wie bereits weiter oben dargelegt - das Maschinenöl bzw. Motoröl der Verbrennungskraftmaschine zum Überwachen des jeweiligen Überdeckungszustands der jeweiligen Öffnung eingesetzt ist, können so beispielsweise ein Systemdruck eines Maschinenölkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine, eine Maschinenöltemperatur, eine aktuelle Kurbelwellendrehzahl etc. und/oder modellberechnete mit der Verbrennungskraftmaschine in Zusammenhang stehende Größen mit herangezogen werden, um besonders zuverlässig festzustellen bzw. zu ermitteln, ob die Verbrennungskraftmaschine tatsächlich in die jeweilige Verdichtungsstellung verstellt worden ist.
Insbesondere, wenn das Verstellen der Verbrennungskraftmaschine zwischen deren Verdichtungsstellungen brennraumselektiv bzw. zylinderselektiv erfolgt, etwa mittels eines längenveränderbaren Pleuels, kann bei der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine so viele Erfassungseinrichtungen aufweist, wie die Verbrennungskraftmaschine Kolbenlaufräume bzw. Zylinder aufweist. So ist in vorteilhafter Weise ermöglicht, die jeweilige Verdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine zylinderselektiv bzw. brennraumselektiv besonders zuverlässig zu erfassen. Denn zum Erfassen bzw. Feststellen, ob die Verbrennungskraftmaschine in die jeweilige Verdichtungsstellung tatsächlich bzw. mechanisch verstellt ist, wird dann mittels der Vielzahl von Erfassungseinrichtungen jeder der Kolbenlaufräume bzw. Zylinder der Verbrennungskraftmaschine beachtet. Ist beispielsweise eines von mehreren längenveränderbaren Pleueln defekt, wird der das defekte Pleuel aufweisende Kolbenlaufraum nicht mechanisch in die jeweilige Verdichtungsstellung verstellt, wohingegen die restlichen Kolbenlaufräume bzw. Zylinder der Verbrennungskraftmaschine tatsächlich mechanisch in die jeweilige Verdichtungsstellung verstellt worden sind. So kann es in diesem Zylinder, der das defekte längenveränderbare Pleuel aufweist, zu einer klopfenden Verbrennung kommen, welcher in wirksamer Weise entgegengewirkt wird, indem die brennraumselektive bzw. zylinderselektive Überwachung des tatsächlichen Verstellens der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine.
Mit der vorliegenden Beschreibung ist des Weiteren ein Verfahren zum Erfassen bzw. Bestimmen eines tatsächlichen bzw. mechanischen Verstellungszustands einer Verbrennungskraftmaschine offenbart, wobei die Verbrennungskraftmaschine selektiv zwischen den Verdichtungsstellungen verstellbar ist. Hierbei sind Mittel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine und/oder Mittel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs zum Ausführen von Verfahrensschritten des Verfahrens konfiguriert.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in jeweils stark schematisierter und geschnittener Ansicht

1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Erfassungseinrichtung, wobei die Verbrennungskraftmaschine in eine erste Verdichtungsendstellung verstellt ist;
2 die Verbrennungskraftmaschine, die in eine zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist; und
3 die Verbrennungskraftmaschine, die in eine Verdichtungszwischenstellung verstellt ist.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Verbrennungskraftmaschine 1 sowie ein mit der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgerüstetes Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) beschrieben. Des Weiteren wird in dieser Beschreibung ein Verfahren zum Feststellen bzw. Ermitteln einer aktuellen Verdichtungsstellung beschrieben, in welche die Verbrennungskraftmaschine 1 verstellbar ist. 1, 2 und 3 zeigen hierzu in jeweils stark schematisierter und geschnittener Ansicht die Verbrennungskraftmaschine 1, die einen Kolbenlaufraum 2 sowie einen in dem Kolbenlaufraum 2 angeordneten und hubbewegbar geführten Hubkolben 3 aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist somit als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet, die eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) aufweist, mit welcher der Hubkolben 3 über ein Pleuel 4 gekoppelt ist. Während einer 360-Grad-Umdrehung der Kurbelwelle wird der Hubkolben 3 zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT in dem Kolbenlaufraum 2 verstellt. In den Fig. ist der im unteren Totpunkt UT angeordnete Hubkolben 3 durchgezogen dargestellt, wohingegen der im oberen Totpunkt OT angeordnete Hubkolben 3 strichliert dargestellt ist.
Es ist zu erkennen, dass im Kolbenlaufraum 2 oberhalb eines Kolbenbodens 5 des Hubkolbens 3, wenn dieser im oberen Totpunkt OT angeordnet ist, ein Totraum 6 zwischen einem Kopfanteil 7, welcher einen Ventilsitz (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine 1 aufweist, und dem Kolbenboden 5 eingeschlossen ist. Da die Verbrennungskraftmaschine 1 vorliegend als eine Verbrennungskraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis ausgebildet ist, variiert ein Volumen des Totraums 6 je nachdem, in welche von mehreren Verdichtungsstellungen die Verbrennungskraftmaschine 1 verstellt ist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist zwischen einer ersten Verdichtungsendstellung, die in 1 dargestellt ist, und einer zweiten Verdichtungsendstellung, die in 2 dargestellt ist, verstellbar. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist zwischen den Verdichtungsendstellungen verstellbar, indem ein oberer Totpunktabstand 8, über welchen der Kopfanteil 7 und der Kolbenboden 5 im oberen Totpunkt des Hubkolbens 3 voneinander beabstandet sind, verstellt, was vorliegend - lediglich beispielhaft - mittels des Pleuels 4 erfolgt. Denn das Pleuel 4 ist vorliegend als ein längenveränderbares bzw. längenvariables Pleuel 4 ausgestaltet, wodurch eine effektive Länge des Pleuels 4 zwischen einer die erste Verdichtungsendstellung charakterisierenden, ersten effektiven Pleuellänge und einer die zweite Verdichtungsendstellung charakterisierenden, zweiten effektiven Pleuellänge verstellbar ist.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist zudem eine Erfassungseinrichtung 9 auf, mittels derer erfassbar ist, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 in die erste Verdichtungsendstellung oder in die zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist. Da die Verbrennungskraftmaschine 1 im folgenden Beispiel als eine Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine 1 ausgebildet ist, umfasst die Verbrennungskraftmaschine mehrere Erfassungseinrichtungen 9, von denen im Folgenden lediglich eine beispielhaft näher dargelegt wird. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist zum Beispiel genau so viele Erfassungseinrichtungen 9 auf, wie die Verbrennungskraftmaschine 1 Zylinder, das heißt Kolbenlaufräume 2 und Hubkolben 3, aufweist.
Bei einer Zusammenschau der 1 mit der 2 wird deutlich, dass es sich bei der ersten Verdichtungsendstellung (siehe 1) um eine Niedrigstverdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine 1 handelt, wohingegen es sich bei der zweiten Verdichtungsendstellung (siehe 2) um eine Höchstverdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine 1 handelt. Das bedeutet, dass bei der Niedrigstverdichtungsstellung bzw. ersten Verdichtungsendstellung (siehe 2) der Totraum 6 größer ist, als wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in die zweite Verdichtungsendstellung bzw. Höchstverdichtungsstellung (siehe 2) verstellt ist. Insbesondere weist der Totraum 6 - wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in die erste Verdichtungsendstellung bzw. Niedrigstverdichtungsstellung verstellt ist - ein konstruktiv vorgegebenes Höchstvolumen auf, wohingegen der Totraum 6 - wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in die zweite Verdichtungsendstellung bzw. Höchstverdichtungsstellung verstellt ist - ein konstruktiv vorgegebenes Mindestvolumen aufweist.
Vorliegend ist die Verbrennungskraftmaschine 1 in zumindest eine Verdichtungszwischenstellung (siehe 3) verstellbar, welche zwischen der ersten Verdichtungsendstellung und der zweiten Verdichtungsendstellung angeordnet ist. Ist die Verbrennungskraftmaschine 1 in die Verdichtungszwischenstellung (siehe 3) verstellt, weist der Totraum 6 ein Volumen auf, das kleiner ist als das die erste Verdichtungsendstellung charakterisierende Höchstvolumen und größer ist als das die zweite Verdichtungsendstellung charakterisierende Mindestvolumen. Insbesondere kann die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Vielzahl von Verdichtungszwischenstellungen aufweisen.
Um nun mittels der Erfassungseinrichtung 9 zu erfassen, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 in die erste Verdichtungsendstellung, in die zweite Verdichtungsendstellung oder in eine der Verdichtungszwischenstellungen tatsächlich verstellt ist, weist die Erfassungseinrichtung 9 eine wenigstens eine erste Öffnung 10 aufweisende Öffnungsanordnung 11 auf. Unter erneuter Zusammenschau der 1 mit der 2 ist erkennbar, dass die erste Öffnung 10 in einer Totpunktlage des Hubkolbens 3, das heißt, wenn der Hubkolben 3 in einem Totpunkt, insbesondere unteren Totpunkt UT, angeordnet ist, mittels des Hubkolbens 3 überdeckt ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in die erste Verdichtungsendstellung (siehe 1), verstellt ist. Dahingegen ist die erste Öffnung 10 nicht von dem Hubkolben 3 verdeckt, das heißt freigegeben, wenn die Verbrennungskraftmaschine in die zweite Verdichtungsendstellung (siehe 2) verstellt ist, wobei der Hubkolben 3 in der Totpunktlage, insbesondere in dessen unteren Totpunkt UT, angeordnet ist. Dabei ist der Überdeckungszustand der ersten Öffnung 10, das heißt ob die erste Öffnung 10 mittels des Hubkolbens 3 verdeckt ist oder nicht, durch die Erfassungseinrichtung 9 erfassbar, indem die Erfassungseinrichtung 9 eine Öffnungsüberwachungseinheit 12 aufweist. Die Öffnungsüberwachungseinheit 12 ist - direkt oder indirekt - auf die Öffnungsanordnung 11, insbesondere erste Öffnung 10, gerichtet, um den Überdeckungszustand der ersten Öffnung 10 zu erfassen.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist vorliegend zwischen den Verdichtungsendstellungen (siehe 1 und 2) in die wenigstens eine Verdichtungszwischenstellung (vorliegend in zwei Verdichtungszwischenstellungen) verstellbar (siehe 3). Um mittels der Erfassungseinrichtung 9 zuverlässig zu erfassen, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 in die erste Verdichtungsendstellung, in die zweite Verdichtungsendstellung, in die erste Verdichtungszwischenstellung oder in die zweite Verdichtungszwischenstellung verstellt ist, weist die Erfassungseinrichtung 9, insbesondere deren Öffnungsanordnung 11, vorliegend eine zweite Öffnung 13 und eine dritte Öffnung 14 auf. Während hierbei die erste Öffnung 10 der ersten Verdichtungsendstellung zugeordnet ist, ist die zweite Öffnung 13 der ersten Verdichtungszwischenstellung und die dritte Öffnung 14 der zweiten Verdichtungsstellung (siehe 3) zugeordnet. Das bedeutet, dass die zweite Öffnung 13 in der unteren Totpunktlage UT des Hubkolbens 3 mittels des Hubkolbens 3 überdeckt und/oder verschlossen ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in die erste Verdichtungszwischenstellung verstellt ist. Gleichermaßen ist die dritte Öffnung 14 in der unteren Totpunktlage UT des Hubkolbens 3 mittels des Hubkolbens 3 überdeckt und/oder verschlossen, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in die zweite Verdichtungszwischenstellung verstellt ist. In 3 ist dargestellt, wie die Verbrennungskraftmaschine 1 in die zweite Verdichtungszwischenstellung verstellt ist, wobei die dritte Öffnung 14 mittels des Hubkolbens 3 überdeckt ist. Ist die Verbrennungskraftmaschine 1 dahingegen in die erste Verdichtungsendstellung (siehe 2) verstellt, sind in unterer Totpunktlage UT des Hubkolbens 3 die Öffnungen 10, 13, 14 von dem Hubkolben 3 freigegeben.
Die Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere deren Erfassungseinrichtung 9, weist also eine Anzahl von Öffnungen 10, 13, 14 auf, die um eins geringer ist als die Anzahl der Verdichtungsstellungen, in welche die Verbrennungskraftmaschine 1 verstellbar ist. Dabei beträgt die Anzahl der Öffnungen genau eins mehr als die Anzahl der Verdichtungszwischenstellungen, in welche die Verbrennungskraftmaschine 1 verstellbar ist (Verdichtungsendstellungen exklusive).
Die Öffnungsanordnung 11 und infolgedessen die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 ist an/in einer Innenwand 15 des Kolbenlaufraums 2 ausgebildet, wobei die jeweilige Öffnung 10, 13, 14, also die Öffnungsanordnung 11, in einen Pleuelraum 16 des Kolbenlaufraums 2 mündet. Der Kolbenlaufraum 2 weist den Pleuelraum 16 und einen Arbeitsraum 17 auf, wobei es sich bei dem Arbeitsraum 17 um einen Verdichtungs- und/oder Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 1 handelt. Dabei sind der Arbeitsraum 17 und der Pleuelraum 16 - die in der unteren Totpunktlage des Hubkolbens 3 definiert sind - mittels einer wenigstens einen Kolbenring 18 aufweisenden Ringpartie 19 des Hubkolbens 3 voneinander abgedichtet. Indem die Öffnungen 10, 13, 14 der Öffnungsanordnung 11 anstatt in den Arbeitsraum 17 in den Pleuelraum 16 des Kolbenlaufraums 2 münden, sind Arbeitstakte der als die Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 1 durch die Öffnungsanordnung 11 unbeeinflusst.
Die Öffnungsanordnung 11, das heißt die jeweilige Öffnung 10, 13, 14, korrespondiert mit dem Hubkolben 3, insbesondere mit einem Kolbenhemd 20 des Hubkolbens 3, derart, dass durch den Hubkolben 3, insbesondere dessen Kolbenhemd 20, ein Öffnungsüberdeckungselement 20a zum Überdecken der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 bzw. der Öffnungsanordnung 11 gebildet ist. Mit anderen Worten korrespondieren eine positionelle Lage der Öffnungsanordnung 11 und eine positionelle Lage des Kolbenhemds 20 - wenn der Hubkolben 3 in der unteren Totpunktlage angeordnet ist - miteinander, sodass in der unteren Totpunktlage die entsprechende der Öffnungen 10, 13, 14 (je nach Verdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine 1) mittels des Kolbenhemds 20 des Hubkolbens 3 überdeckt ist.
Da die Öffnungsüberwachungseinheit 12 auf die Öffnungsanordnung 11 gerichtet ist, ist die Öffnungsüberwachungseinheit 12 auf die erste Öffnung 10, auf die zweite Öffnung 13 und auf die dritte Öffnung 14 gerichtet, sodass mittels der Öffnungsüberwachungseinheit 12 ein jeweiliger Überdeckungszustand der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 erfassbar ist. Folglich ist die die Öffnungsüberwachungseinheit 12 auf alle Öffnungen der Öffnungsanordnung 11 gerichtet. Hierbei ist durch den jeweiligen Öffnungszustand der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 eine jeweilige der Verdichtungsstellungen charakterisiert, in welche die Verbrennungskraftmaschine 1 verstellbar ist. Insoweit lässt sich aufgrund des Ermittelns des Öffnungszustands bzw. Überdeckungszustands der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 bzw. der Öffnungsanordnung 11 auf die Verdichtungsstellung schließen, in welche die Verbrennungskraftmaschine 1 tatsächlich bzw. mechanisch verstellt ist. Hierzu ist im vorliegenden Beispiel ein Überwachungsfluid (nicht dargestellt) vorgesehen, mit welchem die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 durchströmbar ist. Zudem weist die Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere die Erfassungseinrichtung 9, eine Fluidsensorik 21 auf, mittels derer eine den jeweiligen Überdeckungszustand der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 charakterisierende strömungsmechanische Eigenschaft des Überwachungsfluids erfassbar, insbesondere messbar, ist. Bei dem Überwachungsfluid handelt es sich insbesondere um ein Maschinenöl („Motoröl“) der Verbrennungskraftmaschine 1, welches als ein Schmier- und/oder Kühlmittel für die Verbrennungskraftmaschine 1 bzw. der Verbrennungskraftmaschine 1 fungiert. Das bedeutet, dass die Öffnungsanordnung 11, insbesondere deren Öffnungen 10, 13, 14 und/oder weitere Öffnungen der Öffnungsanordnung 11, an einen Ölkreislauf 22 der Verbrennungskraftmaschine 1 angeschlossen sein können. Des Weiteren ist dann die Fluidsensorik 21 auf den Ölkreislauf 22 der Verbrennungskraftmaschine 1 gerichtet, insbesondere auf einen Abschnitt 23 des Ölkreislaufs 22, über welchen die Öffnungsanordnung 11 mit dem Überwachungsfluid bzw. Motoröl anströmbar und durchströmbar sind.
Bei der strömungsmechanischen Eigenschaft des Überwachungsfluids handelt es sich insbesondere um einen Druck des Überwachungsfluids, unter welchem das Überwachungsfluid durch die Öffnungsanordnung 11 bzw. durch eine oder mehr der Öffnungen 10, 13, 14 hindurchströmt. Das bedeutet, dass die Fluidsensorik 21 beispielsweise einen Drucksensor umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, ein den Druck des Überwachungsfluids charakterisierendes Sensorsignal bereitzustellen, wobei dieser Druck durch einen jeweiligen Überdeckungszustand der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 charakterisiert ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Fluidsensorik 21 ein Massenstrommesselement bzw. Volumenstrommesselement aufweist, um als die strömungsmechanische Eigenschaft des Überwachungsfluids einen Volumen- und/oder Massenstrom des Überwachungsfluids zu messen bzw. zu erfassen. Denn der Massen- und/oder Volumenstrom des Überwachungsfluids ist durch den jeweiligen Überdeckungszustand der Öffnung 10, 13, 14 charakterisiert, sodass aufgrund des Massen- und/oder Volumenstroms des Überwachungsfluids auf den jeweiligen Überdeckungszustand der entsprechenden Öffnung 10, 13, 14 geschlossen werden kann.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Fluidsensorik 21 bzw. deren Sensoren besonders weit weg von dem Arbeitsraum 17 angeordnet ist/sind, sodass die Fluidsensorik 21 vor einer thermischen und/oder mechanischen Belastung durch Arbeitstakte der Verbrennungskraftmaschine 1 bzw. des Hubkolbens 3 geschützt ist. Um eine Menge (das heißt eine Masse und/oder ein Volumen) des Überwachungsfluids zum Erfassen des jeweiligen Überdeckungszustands in vorteilhafter Weise zu begrenzen, kann in dem Abschnitt 23 des Ölkreislaufs 22 - insbesondere je Öffnung 10, 13, 14 - ein Drosselelement ausgebildet sein, mittels dessen ein Durchfluss des Überwachungsfluids durch die Öffnungen 10, 13, 14 begrenzbar ist.
Generell weist die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 eine Querschnittsfigur auf, die kantenlos, insbesondere oval, zum Beispiel kreisrund, ausgebildet ist. So ist die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 besonders einfach herstellbar. Dennoch ist es denkbar, dass die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 eine Querschnittsfigur aufweist, die Innenkanten umfasst, beispielsweise polygonal ausgebildet ist. Für den Fall, dass die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 die kreisrunde Querschnittsfigur aufweist, ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweilige Öffnung 10, 13, 14 einen Radius von beispielsweise 1 mm (Millimeter) aufweist.
In den Fig. ist des Weiteren zu erkennen, dass die Erfassungseinrichtung 9, insbesondere deren Öffnungsüberwachungseinheit 12, eine Auswerteeinheit 24 aufweist, die mit einem Steuergerät 25 der Verbrennungskraftmaschine 1 gekoppelt oder koppelbar ist. Dabei ist das Steuergerät 25, bei welchem es sich insbesondere um eine digitale Motorelektronik (DME) handelt, dazu konfiguriert, Sensorsignale 26 einer Verbrennungskraftmaschinensensorik (nicht dargestellt) zu empfangen, wobei die Sensorsignale 26 einen aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 charakterisieren. Die Sensorsignale 26 umfassen des Weiteren insbesondere Signale, die unabhängig von der Verbrennungskraftmaschinensensorik mittels des Steuergeräts 25 erstellbar und bereitstellbar sind, wobei es sich beispielsweise um modellberechnete Größen handeln kann, die den aktuellen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 charakterisieren. Des Weiteren kann es sich bei dem jeweiligen Sensorsignal 26, welches mittels der Verbrennungskraftmaschinensensorik der Auswerteeinheit 24 bereitgestellt wird, um eine aktuelle Kurbelwellendrehzahl, um eine aktuelle Öltemperatur, um einen aktuellen Öldruck etc. der Verbrennungskraftmaschine 1 handeln.
Die Auswerteeinheit 24 ist jedenfalls dazu ausgebildet, die Sensorsignale 26 zu verarbeiten oder weiterzuverarbeiten, insbesondere auszuwerten, sodass zum Erfassen des jeweiligen Öffnungszustands der jeweiligen Öffnung 10, 13, 14 die Sensorsignale 26 mit in Betracht gezogen werden.
Insgesamt zeigt die Erfindung eine Möglichkeit auf, wie eine besonders zuverlässige Lageerkennung in einem rotierenden bzw. sich bewegenden Pleuel-Kurbeltrieb-System realisiert ist. Durch die Lageerkennung ist eine jeweilige untere Totpunktlage UT des Hubkolbens 3 mit Bezug auf die jeweilige Verdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine 1 erfassbar. Dabei ist die Lageerkennung im Vergleich zu herkömmlichen Lageerkennungen besonders einfach und/oder aufwandsarm realisiert ist und funktioniert dabei in vorteilhafter Weise besonders zuverlässig. Mit anderen Worten ist die Erfassungseinrichtung 9 der Verbrennungskraftmaschine 1 besonders störunanfällig. Durch die Erfassungseinrichtung 9 ist die Verbrennungskraftmaschine 1 besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar, indem besonders zuverlässig mittels der Erfassungseinrichtung 9 die aktuelle Verdichtungsstellung der Verbrennungskraftmaschine 1 erfassbar ist. Hierbei ist insbesondere das tatsächliche mechanische bzw. räumliche Verlagern von Bestandteilen der Verbrennungskraftmaschine 1 zwischen den Verdichtungsstellungen erfassbar, sodass besonders zuverlässig mittels der Erfassungseinrichtung 9 bestimmbar ist, ob das Ändern des Verdichtungsverhältnisses der Verbrennungskraftmaschine 1 tatsächlich erfolgt ist und nicht nur ein das Verstellen der Verbrennungskraftmaschine 1 charakterisierendes Steuersignal bereitgestellt worden ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Kolbenlaufraum
3: Hubkolben
4: Pleuel
5: Kolbenboden
6: Totraum
7: Kopfanteil
8: oberer Totpunktabstand
9: Erfassungseinrichtung
10: erste Öffnung
11: Öffnungsanordnung
12: Öffnungsüberwachungseinheit
13: zweite Öffnung
14: dritte Öffnung
15: Innenwand
16: Pleuelraum
17: Arbeitsraum
18: Kolbenring
19: Ringpartie
20: Kolbenhemd
20a: Öffnungsüberdeckungselement
21: Fluidsensorik
22: Ölkreislauf
23: Abschnitt
24: Auswerteeinheit
25: Steuergerät
26: Sensorsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/016228 A1 [0005]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1), die einen Kolbenlaufraum (2) und einen darin angeordneten Hubkolben (3) sowie eine Erfassungseinrichtung (9) aufweist und zwischen einer ersten Verdichtungsendstellung und einer zweiten Verdichtungsendstellung verstellbar ist, wobei mittels der Erfassungseinrichtung (9) erfassbar ist, ob die Verbrennungskraftmaschine (1) in der ersten Verdichtungsendstellung oder in der zweiten Verdichtungsendstellung angeordnet ist, indem die Erfassungseinrichtung (9) eine Öffnung (10) sowie eine Öffnungsüberwachungseinheit (12) aufweist, wobei die Öffnung (10) in einer Totpunktlage (UT) des Hubkolbens (3) mittels des Hubkolbens (3) überdeckt ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) in die erste Verdichtungsendstellung verstellt ist, und die Öffnung (10) in der Totpunktlage (UT) des Hubkolbens (3) freigegeben ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) in die zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist, wobei mittels der Öffnungsüberwachungseinheit (12) ein Überdeckungszustand der Öffnung (10) erfassbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) in eine Verdichtungszwischenstellung verstellbar ist, und die Erfassungseinrichtung (9) eine weitere Öffnung (13, 14) aufweist, wobei die weitere Öffnung (13, 14) in der Totpunktlage (UT) des Hubkolbens (3) mittels des Hubkolbens (3) überdeckt ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) in die Verdichtungszwischenstellung verstellt ist, und die weitere Öffnung (13, 14) in der Totpunktlage (UT) des Hubkolbens (3) freigegeben ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) in die zweite Verdichtungsendstellung verstellt ist, wobei mittels der Öffnungsüberwachungseinheit (12) ein Überdeckungszustand der weiteren Öffnung (13, 14) erfassbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10, 13, 14) in einer Innenwand (15) des Kolbenlaufraums (2) ausgebildet ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenlaufraum (2) einen Arbeitsraum (17) und einen Pleuelraum (16) aufweist, die mittels eines Kolbenrings (18) des Hubkolbens (3) voneinander abgedichtet sind, wobei die Öffnung (10, 13, 14) in den Kolbenlaufraum (2) mündet, indem die Öffnung (10, 13, 14) in den Pleuelraum (16) mündet.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine positionelle Lage der Öffnung (10, 13, 14) mit einem Kolbenhemd (20) des Hubkolbens (3) korrespondiert, wodurch durch das Kolbenhemd (20) ein Öffnungsüberdeckungselement (20a) zum Überdecken der Öffnung (10, 13, 14) gebildet ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10, 13, 14) von einem Überwachungsfluid durchströmbar ist, und mittels der Öffnungsüberwachungseinheit (12) der Überdeckungszustand der Öffnung (10, 13, 14) erfassbar ist, indem die Öffnungsüberwachungseinheit (12) eine Fluidsensorik (21) aufweist, mittels derer eine den Überdeckungszustand der Öffnung (10, 13, 14) charakterisierende strömungsmechanische Eigenschaft des Überwachungsfluids erfassbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsfluid als ein Maschinenöl der Verbrennungskraftmaschine (1) ausgebildet ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsüberwachungseinheit (12) eine Auswerteeinheit (24) aufweist, die zum Empfangen von mittels einer Verbrennungskraftmaschinensensorik bereitstellbaren Sensorsignalen (26) mit einem Steuergerät (25) der Verbrennungskraftmaschine (10) koppelbar ist, wodurch die Öffnungsüberwachungseinheit (12) dazu konfiguriert ist, zum Erfassen des Öffnungszustands der Öffnung (10, 13, 14) die Sensorsignale (26) auszuwerten.
Verbrennungskraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Erfassungseinrichtungen (9), welche einer Anzahl von Kolbenlaufräumen (2) der Verbrennungskraftmaschine (1) entspricht.
Kraftfahrzeug mit einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine (1).