DE102021132673A1

DE102021132673A1 - Method and system for diagnosing and/or controlling a variable compression ratio reciprocating engine

Info

Publication number: DE102021132673A1
Application number: DE102021132673.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Resch
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-06-15
Also published as: AT524524B1; AT524524A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) und ein System (10) zur Diagnose einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, gekennzeichnet durch:Bestimmen (103) eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) einer Kurbelwelle (5) der Hubkolbenmaschine (1);Transformieren (106) des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals (S(t)) der Kurbelwelle (5) in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal (S(KW)) der Kurbelwelle (5);Bestimmen (107) einer Differenz (ΔS(KW)) zwischen einem Minimum (7) und einem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5), welche in einem Kurbelwinkelbereich (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3,ΔKW4) eines Kurbelwinkels (KW) der Kurbelwelle (5) liegen;Bestimmen (110) eines Schwellenwerts für die Differenz (ΔS(KW)) in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine (1), wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts jeweils das Verdichtungsverhältnis charakterisiert; undBestimmen (111) eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters (H, N) durch Vergleichen der bestimmten Differenz (ΔS(KW)) zwischen dem Minimum (7) und dem Maximum (8) des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals (S(KW)) der Kurbelwelle (5) mit dem Schwellenwert.The invention relates to a method (100) and a system (10) for diagnosing a reciprocating engine (1) with a variable compression ratio, characterized by: determining (103) a time-dependent rotational frequency signal (S(t)) of a crankshaft (5) of the reciprocating engine ( 1);Transforming (106) the time-dependent rotational frequency signal (S(t)) of the crankshaft (5) into an angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5);Determining (107) a difference (ΔS(KW)) between a minimum (7) and a maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5), which lie in a crank angle range (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4) of a crank angle (KW) of the crankshaft (5). ;determining (110) a threshold value for the difference (ΔS(KW)) as a function of an operating state of the reciprocating piston engine (1), falling below or exceeding the threshold value characterizing the compression ratio in each case; anddetermining (111) a value of a compression ratio parameter (H, N) by comparing the determined difference (ΔS(KW)) between the minimum (7) and the maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft ( 5) with the threshold.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit dem System.The invention relates to a method and a system for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio and a motor vehicle, in particular a passenger car, with the system.

Aus dem Stand der Technik sind Hubkolbenmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis bekannt, wobei als Verdichtungsverhältnis ε vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise das Verhältnis der Summe von (Kolben-)Hubvolumen V_h und Kompressions- bzw. Restvolumen V_k zu dem Kompressions- bzw. Restvolumen V_k alleine verstanden wird $(ε = \frac{V_{h} + V_{k}}{V_{k}})$

Reciprocating piston machines with a variable compression ratio are known from the prior art, with the compression ratio ε being the ratio of the sum of (piston) displacement V _h and compression or residual volume V _k to the compression or residual volume V _k in the manner customary in the art alone is understood

(e = \frac{V_{H} + V_{k}}{V_{k}})

Hierdurch kann eine Funktionalität der Hubkolbenmaschine verbessert, insbesondere an unterschiedliche Lastbereiche adaptiert werden.As a result, the functionality of the reciprocating piston machine can be improved, in particular adapted to different load ranges.

Das Dokument WO 2015/055582 A2 schlägt hierzu längenverstellbare Pleuel, auch Pleuelstangen genannt, vor. Der Inhalt dieses Dokuments wird ausdrücklich in die vorliegende Offenbarung durch Referenz einbezogen.The document WO 2015/055582 A2 proposes length-adjustable connecting rods, also known as connecting rods. The content of this document is expressly incorporated into the present disclosure by reference.

Das Dokument WO 2017/207607 A1 , dessen Inhalt ebenfalls ausdrücklich in die vorliegende Offenbarung durch Referenz einbezogen wird, betrifft ein Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, wobei das Verfahren die Arbeitsschritte aufweist:

Ermitteln eines ersten Wertes eines Drehunförmigkeits-Parameters einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine; und
Ermitteln eines Wertes eines Verdichtungsverhältnis-Parameters für die Hubkolbenmaschine auf Basis dieses ersten Drehunförmigkeits-Parameter-Wertes.

The document WO 2017/207607 A1 , the content of which is also expressly incorporated into the present disclosure by reference, relates to a method for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio, the method having the steps:

determining a first value of a rotational irregularity parameter of a crankshaft of the reciprocating engine; and
determining a value of a compression ratio parameter for the reciprocating engine based on said first rotational irregularity parameter value.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis und/oder deren Betrieb zu verbessern. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, das jeweils anliegende Verdichtungsverhältnis zuverlässig feststellen zu können.It is an object of the invention to improve a variable compression ratio reciprocating engine and/or its operation. In particular, it is an object of the invention to be able to reliably determine the compression ratio that is present in each case.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht.This object is achieved by a method and a system and a corresponding motor vehicle according to the independent claims. Advantageous developments are claimed in the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, folgende Arbeitsschritte aufweisend:

Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine;
Transformieren des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle;
Bestimmen einer Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle, welche in einem Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle liegen, welcher von einem Zünd-OT eines Hubkolbens eines ersten Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden, insbesondere zweiten, Zylinders reicht und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders der Hubkolbenmaschine umfasst;
Bestimmen eines Schwellenwerts für die Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in dem Kurbelwinkelbereich in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine, wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts jeweils das Verdichtungsverhältnis charakterisiert; und
Bestimmen eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle mit dem Schwellenwert.

A first aspect of the invention relates to a method for diagnosing and/or controlling a reciprocating piston machine with a variable compression ratio, having the following work steps:

Determining a time-dependent rotational frequency signal of a crankshaft of the reciprocating engine;
transforming the time-dependent crankshaft rotational frequency signal into an angle-dependent crankshaft rotational frequency signal;
Determination of a difference between a minimum and a maximum of the angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft, which lie in a crank angle range of the crankshaft, which ranges from a firing TDC of a reciprocating piston of a first cylinder to a firing TDC of one that fires immediately thereafter in an ignition sequence of the reciprocating piston engine, in particular the second, cylinder ranges and preferably exclusively comprises a working stroke of the first cylinder of the reciprocating piston engine;
determining a threshold value for the difference between the minimum and the maximum of the angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft in the crank angle range as a function of an operating state of the reciprocating piston engine, falling below or exceeding the threshold value characterizing the compression ratio in each case; and
determining a value of a compression ratio parameter by comparing the determined difference between the minimum and maximum of the angle dependent crankshaft rotational frequency signal to the threshold.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, aufweisend:

Mittel zum Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine;
Mittel zum Transformieren des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle;
Mittel zum Bestimmen einer Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle, welche in einem Kurbelwinkelbereich der Kurbelwelle liegen, welcher von einem Zünd-OT eines Hubkolbens eines ersten Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden, insbesondere zweiten, Zylinders reicht und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders der Hubkolbenmaschine umfasst;
Mittel zum Bestimmen eines Schwellenwerts für die Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle in dem Kurbelwinkelbereich in Abhängigkeit eines Betriebszustand der Hubkolbenmaschine, wobei ein Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellenwerts jeweils das Verdichtungsverhältnis charakterisiert; und
Mittel zum Bestimmen eines Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum und dem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle mit dem Schwellenwert. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis und einem System nach dem vorhergehenden Anspruch zur Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine.

A second aspect of the invention relates to a system for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio, comprising:

Means for determining a time-dependent rotational frequency signal of a crankshaft of the reciprocating piston engine;
means for transforming the time-dependent crankshaft rotational frequency signal into an angle-dependent crankshaft rotational frequency signal;
Means for determining a difference between a minimum and a maximum of the angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft, which lie in a crank angle range of the crankshaft, which ranges from an ignition TDC of a reciprocating piston of a first cylinder to an ignition TDC of one in an ignition sequence of the reciprocating engine immediately thereafter igniting, in particular the second, cylinder is sufficient and preferably exclusively comprises a power stroke of the first cylinder of the reciprocating piston engine;
Means for determining a threshold value for the difference between the minimum and the maximum of the angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft in the crank angle range as a function of an operating state of the reciprocating piston engine, falling below or exceeding the threshold value characterizing the compression ratio in each case; and
means for determining a value of a compression ratio parameter by comparing the determined difference between the minimum and maximum of the angle dependent crankshaft rotational frequency signal to the threshold value. A third aspect of the invention relates to a motor vehicle, in particular a passenger car, with a reciprocating piston engine with a variable compression ratio and a system according to the preceding claim for diagnosing and/or controlling the reciprocating piston engine.

Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Schritte des Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis auszuführen, und ein Computer-lesbares Medium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Vorzugsweise ist das Verfahren computerimplementiert.Further aspects of the invention relate to a computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause it to carry out the steps of the method for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio, and a computer-readable medium , on which such a computer program is stored. The method is preferably computer-implemented.

Der Erfindung liegt der Effekt zugrunde, dass eine Drehfrequenz oder Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine und der damit zusammenhängenden Drehschwingung durch die jeweils anliegende Verdichtung beeinflusst werden. The invention is based on the effect that a rotational frequency or rotational speed of the crankshaft of a reciprocating piston engine and the associated torsional vibration are influenced by the compression applied in each case.

Die Veränderung der Drehschwingung, auch Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle genannt, hängt charakteristisch von einem jeweils eingestellten variablen Verdichtungsverhältnis ab. Ein jeweils anliegendes höheres oder niedrigeres Verdichtungsverhältnis eines oder mehrerer Zylinder erzeugt vorzugsweise dynamische Kräfte, insbesondere Trägheits- oder Beschleunigungskräfte, strömungstechnisch induzierte Kräfte, insbesondere Kompressions- und/oder Dekompressionskräfte und/oder Reibungskräfte an deren Kolben, Pleuel oder dergleichen. Diese beeinflussen die Drehungleichförmigkeit. Umgekehrt kann auf der Basis dieser Drehungleichförmigkeiten somit das jeweils eingestellte Verdichtungsverhältnis ermittelt werden.The change in torsional vibration, also known as rotational non-uniformity of the crankshaft, typically depends on a variable compression ratio that is set in each case. A respective higher or lower compression ratio of one or more cylinders preferably generates dynamic forces, in particular inertial or acceleration forces, fluidically induced forces, in particular compression and/or decompression forces and/or frictional forces on their pistons, connecting rods or the like. These affect the rotational non-uniformity. Conversely, the respectively set compression ratio can be determined on the basis of these rotational irregularities.

Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere jener Kurbelwinkelbereich der Drehfrequenz für einen zu betrachtenden Zylinder besonders charakteristisch ist, welcher von einem Zünd-OT des Hubkolbens dieses Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden Zylinders reicht. In diesem Kurbelwinkelbereich wird die Drehungleichförmigkeit besonders stark durch den ersten Zylinder, dessen Verdichtungsverhältnis analysiert werden soll, beeinflusst. Insbesondere liegen in diesem Kurbelwinkelbereich das durch das Verdichtungsverhältnis des ersten Zylinders erzeugte Minimum und Maximum der Drehungleichförmigkeit. Vorzugsweise umfasst der Kurbelwinkelbereich dabei ausschließlich einen Arbeitstakt des ersten Zylinders der Hubkolbenmaschine. Dieser Arbeitstakt wird durch den Zündzeitpunkt des ersten Zylinders und den nachfolgenden unteren Totpunkt, in welchem der Zylinder seine Arbeit verrichtet hat, begrenzt.The inventors have recognized that in particular that crank angle range of the rotational frequency for a cylinder to be considered is particularly characteristic, which extends from a firing TDC of the reciprocating piston of this cylinder to a firing TDC of a cylinder that fires immediately thereafter in a firing sequence of the reciprocating piston engine. In this crank angle range, the rotational non-uniformity is particularly strongly influenced by the first cylinder whose compression ratio is to be analyzed. In particular, the minimum and maximum of the rotational non-uniformity generated by the compression ratio of the first cylinder lie in this crank angle range. In this case, the crank angle range preferably includes exclusively one power stroke of the first cylinder of the reciprocating piston engine. This work cycle is limited by the ignition timing of the first cylinder and the subsequent bottom dead center in which the cylinder has performed its work.

Eine Hubkolbenmaschine im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere ein aufgeladener oder nicht aufgeladener Zwei- oder Viertakt-, insbesondere Otto- oder Dieselmotor.A reciprocating piston engine within the meaning of the invention is preferably a reciprocating piston internal combustion engine, in particular a supercharged or non-supercharged two-stroke or four-stroke engine, in particular an Otto or diesel engine.

Vorzugsweise ist das Verdichtungsverhältnis des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders oder mehrerer, insbesondere aller, Zylinder der Hubkolbenmaschine individuell oder einheitlich, insbesondere gemeinsam, verstellbar, insbesondere reversibel zwischen einem minimalen und einem maximalen Verdichtungsverhältnis. Werden die Verdichtungsverhältnisse aller Zylinder der Hubkolbenmaschine einheitlich verstellt, prägen die einzelnen Zylinder der Drehschwingung ähnliche Drehungleichförmigkeiten auf. Dies kann das Bestimmen des Werts eines Verdichtungsverhältnis-Parameters verbessern. Insbesondere können mittels der Erfindung das erfolgreiche Verstellen des Verdichtungsverhältnisses eines jeden einzelnen Zylinders einer Maschine detektiert werden. Bei einer Hubkolbenmaschine mit nur einem einzigen Zylinder entspricht der danach zündende Zylinder dem ersten Zylinder.Preferably, the compression ratio of the first cylinder and the second cylinder or several, in particular all, cylinders of the reciprocating piston machine can be adjusted individually or uniformly, in particular jointly, in particular reversibly between a minimum and a maximum compression ratio. If the compression ratios of all cylinders of the reciprocating engine are adjusted uniformly, the individual cylinders of the torsional vibration impose similar torsional irregularities. This can improve determining the value of a compression ratio parameter. In particular, the successful adjustment of the compression ratio of each individual cylinder of a machine can be detected by means of the invention. In a reciprocating engine with only one cylinder, the cylinder that then fires corresponds to the first cylinder.

Ein Verdichtungsverhältnis-Parameter im Sinne der Erfindung hängt von dem jeweiligen Verdichtungsverhältnis eines oder mehrerer, insbesondere aller, Zylinder der Hubkolbenmaschine und/oder der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ab. Vorzugsweise gibt der Verdichtungsverhältnis-Parameter ein Verdichtungsverhältnis eines oder mehrerer, insbesondere aller, Zylinder der Hubkolbenmaschine und/oder der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses an, insbesondere ein oder mehrere individuelle Verdichtungsverhältnisse einzelner Zylinder und/oder deren Veränderung. Vorzugsweise weist der Verdichtungsverhältnis-Parameter zwei Werte auf, welche für ein hohes Verdichtungsverhältnis und ein niedriges bzw. ein höheres und ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis stehen.A compression ratio parameter within the meaning of the invention depends on the respective compression ratio of one or more, in particular all, cylinders of the reciprocating piston machine and/or the change in the compression ratio. The compression ratio parameter preferably indicates a compression ratio of one or more, in particular all, cylinders of the reciprocating piston engine and/or the change in the compression ratio, in particular one or more individual compression ratios of individual cylinders and/or their change. Preferably, the compression ratio parameter has two values which indicate a high Compression ratio and a low or a higher and a lower compression ratio.

Vorzugsweise kann mittels des bestimmten Werts des Verdichtungsverhältnis-Parameters auch eine Längeneinstellung der Pleuelstange bestimmt werden, sofern die Erfindung bei einem System zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine zum Einsatz kommt, wie es in der eingangs genannten WO 2015/055582 A2 beschrieben ist. In diesem Fall steht jener Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters, welcher eine höhere Verdichtung angibt, für eine längere Längeneinstellung der Pleuelstange und jener Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters, welcher das niedrigere Verdichtungsverhältnis angibt, für eine kürzere Längeneinstellung der Pleuelstange.A length adjustment of the connecting rod can preferably also be determined by means of the determined value of the compression ratio parameter if the invention is used in a system for changing the compression ratio of a reciprocating piston engine, as in the one mentioned at the outset WO 2015/055582 A2 is described. In this case, the compression ratio parameter value indicative of higher compression represents a longer connecting rod length setting and the compression ratio parameter value indicative of lower compression ratio represents a shorter connecting rod length setting.

Ein zeitabhängiges Signal im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Signal, insbesondere aus elektrischen Impulsen, welches sich im Zeitverlauf ändert.A time-dependent signal within the meaning of the invention is preferably a signal, in particular made up of electrical pulses, which changes over time.

Ein Puls im Sinne der Erfindung bezeichnet vorzugsweise ein sich periodisch wiederholendes impuls- oder stoßartiges Ereignis eines elektrischen Signals.A pulse within the meaning of the invention preferably designates a periodically repeating impulse or shock-like event of an electrical signal.

Glätten im Sinne der Erfindung bedeutet vorzugsweise, eine Kurve in eine Kurve mit geringerer Krümmung zu überführen, die möglichst wenig vom Original abweicht.For the purposes of the invention, smoothing preferably means converting a curve into a curve with less curvature, which deviates as little as possible from the original.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den Arbeitsschritt auf:

Erfassen eines zeitabhängigen Pulssignals, welches zeitlich versetzte Pulse aufweist, wobei die Pulse mit einer Drehbewegung einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine korrelieren, wobei das zeitabhängige Pulssignal zum Bestimmen des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals eingesetzt wird.

In an advantageous embodiment, the method also has the following work step:

Detection of a time-dependent pulse signal, which has pulses offset in time, the pulses correlating with a rotational movement of a crankshaft of the reciprocating piston engine, the time-dependent pulse signal being used to determine the time-dependent rotational frequency signal.

Ein solches zeitabhängiges Pulssignal wird vorzugsweise mittels eines Inkrementalgebers durch eine Pulserfassung eines Geberrades, das auf der Kurbelwelle positioniert ist, realisiert. Ein solches Erfassen von zeitabhängigen Pulsen ist besonders zuverlässig. Darüber hinaus ist ein solches System zum Erfassen von zeitabhängigen Pulsen in Abhängigkeit von der Drehfrequenz der Kurbelwelle im Allgemeinen bei Hubkolbenmaschinen, insbesondere bei solchen, welche als Brennkraftmaschinen ausgeführt sind, bereits vorhanden, um die Drehzahl zu bestimmen. Mithin kann die Erfindung diese vorhandenen Sensoren nutzen und es muss kein eigener Sensor für die Funktion der Erfindung vorgesehen sein.Such a time-dependent pulse signal is preferably implemented by means of an incremental encoder by detecting the pulses of an encoder wheel that is positioned on the crankshaft. Such a detection of time-dependent pulses is particularly reliable. In addition, such a system for detecting time-dependent pulses as a function of the rotational frequency of the crankshaft is generally already present in reciprocating piston machines, in particular in those designed as internal combustion engines, in order to determine the speed. The invention can therefore use these existing sensors and no separate sensor has to be provided for the function of the invention.

Entsprechend weist das System in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf:

Mittel, insbesondere einen Sensor, vorzugsweise einen Inkrementalgeber, zum Erfassen eines zeitabhängigen Pulssignals, welches zeitlich versetzte Pulse aufweist, wobei die Pulse mit der Drehbewegung einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine korrelieren, wobei das zeitabhängige Pulssignal zum Bestimmen eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals eingesetzt wird.

Accordingly, in an advantageous embodiment, the system has:

Means, in particular a sensor, preferably an incremental encoder, for detecting a time-dependent pulse signal which has pulses offset in time, the pulses correlating with the rotational movement of a crankshaft of the reciprocating piston machine, the time-dependent pulse signal being used to determine a time-dependent rotational frequency signal.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf:

Filtern des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle, um dieses zu glätten, wobei das gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignal in das winkelabhängige Drehfrequenzsignal transformiert wird. Durch das Filtern wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal in der Weise geglättet, dass globale Maxima und Minima jener Drehschwingung, welche durch die Verdichtung entstehen, deutlicher sichtbar werden.

In an advantageous embodiment, the method also has the following work step:

filtering the time-varying crankshaft rotational frequency signal to smooth the same, wherein the filtered time-varying rotational frequency signal is transformed into the angle-dependent rotational frequency signal. The filtering smoothes the time-dependent rotation frequency signal in such a way that global maxima and minima of the torsional vibrations that occur as a result of the compression become more clearly visible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden durch das Filtern Signalanteile mit einer Frequenz, welche größer ist als eine n-te Ordnung der Drehfrequenz der Kurbelwelle, aus dem zeitabhängigen Drehfrequenzsignal entfernt, wobei n der halben Zylinderzahl, vorzugsweise der Zylinderzahl entspricht. Das Filtern jener Signale, welche größer sind als die n-te Ordnung der Drehfrequenz, mit n der Zylinderzahl, ist bei einem Viertaktmotor besonders vorteilhaft, da der Gesamt-Zyklus eines 4-Taktmotors zwei Umdrehungen der Kurbelwelle beträgt. Daher sind pro einer Kurbelwellenumdrehung jeweils die Hälfte an Zündereignissen bzw. Drehschwingungsänderungen zu erwarten, d. h. für einen Vierzylinder z. B. zwei maximale Drehungleichförmigkeits-Schwingungsamplituden der Kurbelwelle. Entspricht n der Anzahl der Zylinder, ist dies beispielsweise besonders vorteilhaft zur Diagnostizierung einer Zweitakthubkolbenmaschine.In a further advantageous embodiment of the method, signal components with a frequency which is greater than an nth order of the rotational frequency of the crankshaft are removed from the time-dependent rotational frequency signal by the filtering, where n corresponds to half the number of cylinders, preferably the number of cylinders. The filtering of those signals which are greater than the nth order of the rotational frequency, with n the number of cylinders, is particularly advantageous in a four-stroke engine, since the total cycle of a four-stroke engine is two revolutions of the crankshaft. Therefore, half of the ignition events or torsional vibration changes are to be expected per crankshaft revolution, i. H. for a four-cylinder z. B. two maximum rotational non-uniformity vibration amplitudes of the crankshaft. If n corresponds to the number of cylinders, this is particularly advantageous, for example, for diagnosing a two-stroke piston engine.

Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das System auf: Mittel zum Filtern des zeitabhängigen Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle, um dieses zu glätten, wobei das gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignal in das winkelabhängige Drehfrequenzsignal transformiert wird.Accordingly, in an advantageous embodiment, the system has: means for filtering the time-dependent rotational frequency signal of the crankshaft in order to smooth it, the filtered time-dependent rotational frequency signal being transformed into the angle-dependent rotational frequency signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Arbeitsschritt auf:

Anpassen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht. Wird bei einer Überprüfung festgestellt, dass das Verdichtungsverhältnis nicht oder noch nicht dem vorgegebenen Verdichtungsverhältnis entspricht, können für die Hubkolbenmaschine entsprechende Steuersignale generiert werden, um das Ist-Verdichtungsverhältnis dem Soll-Verdichtungsverhältnis anzupassen.

In a further advantageous embodiment, the method also has the following work step:

adjusting the compression ratio of the reciprocating engine based on a criterion related to the compression ratio, particularly when the determined value of the compression ratio parameter deviates from a predetermined or expected value. If a check establishes that the compression ratio does not or does not yet correspond to the specified compression ratio, appropriate control signals can be generated for the reciprocating piston machine in order to adapt the actual compression ratio to the target compression ratio.

Entsprechend weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das System auf:

Mittel zum Anpassen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht.

Accordingly, in an advantageous embodiment, the system has:

Means for adjusting the compression ratio of the reciprocating engine based on a criterion relating to the compression ratio, in particular when the determined value of the compression ratio parameter deviates from a predetermined or expected value.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erfasste zeitabhängige Pulssignal des Weiteren zeitlich versetzte Lücken auf, wobei das Verfahren des Weiteren folgenden Arbeitsschritt aufweist:

Auffüllen der zeitlich versetzten Lücken mit zeitlich versetzten Pulsen, um ein lückenloses zeitabhängiges Pulssignal zu erhalten, wobei die zeitliche Versetzung von Auffüllimpulsen auf erfassten Pulsen basiert, welche zeitlich vor/oder zeitlich nach den Lücken erfasst werden, wobei das zeitabhängige Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle basierend auf dem lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal bestimmt wird.

In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the detected time-dependent pulse signal also has gaps that are offset in time, the method also having the following work step:

Filling the time-shifted gaps with time-shifted pulses in order to obtain a gap-free time-dependent pulse signal, the time-shifting of filling pulses being based on detected pulses which are recorded in time before/or in time after the gaps, the time-dependent rotational frequency signal of the crankshaft being based on the gapless time-dependent pulse signal is determined.

Durch das Auffüllen der Lücken wird eine bessere Güte des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals erreicht. Im Bereich der Lücken wäre ansonsten keine Information über die Drehfrequenz der Kurbelwelle verfügbar. Durch das Auffüllen der Lücken wird diese fehlende Information mit näherungsweiser bzw. interpolierter Information gefüllt.A better quality of the time-dependent rotary frequency signal is achieved by filling the gaps. Otherwise, no information about the rotational frequency of the crankshaft would be available in the area of the gaps. By filling in the gaps, this missing information is filled with approximate or interpolated information.

Entsprechend weist das System in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf:

Mittel zum Auffüllen der zeitlich versetzten Lücken mit zeitlich versetzten Pulsen, um ein lückenloses zeitabhängiges Pulssignal zu erhalten, wobei die zeitliche Versetzung von auffüllenden Pulsen auf erfassten Pulsen basiert, welche zeitlich vor und/oder zeitlich nach den Lücken erfasst werden, wobei das zeitabhängige Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle basierend auf dem lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal bestimmt wird.

Accordingly, in an advantageous embodiment, the system has:

Means for filling the time-shifted gaps with time-shifted pulses in order to obtain a gap-free time-dependent pulse signal, the time-shifting of filling pulses being based on detected pulses which are recorded chronologically before and/or chronologically after the gaps, the time-dependent rotational frequency signal of the Crankshaft is determined based on the gapless time-dependent pulse signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird, wobei die zeitliche Versetzung der Auffüllimpulse auf einem Mittelwert von Zeitversetzung zwischen erfassten Pulsen, welche zeitlich vor und/oder zeitlich nach den Lücken erfasst werden basiert.In a further advantageous refinement of the method, the time offset of the filling pulses is based on an average value of the time offset between detected pulses which are detected in time before and/or in time after the gaps.

Durch die Mittelwertbildung wird eine besonders gute Interpolation erreicht.A particularly good interpolation is achieved by the averaging.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das winkelabhängige Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle über zwei volle Umdrehungen der Kurbelwelle bestimmt. Dies ist besonders vorteilhaft bei einer Viertakthubkolbenmaschine, bei welcher der Zyklus zwei volle Umdrehungen der Kurbelwellen beträgt. Insbesondere vorteilhaft ist diese Ausgestaltung bei einem Vierzylindermotor, da hierdurch alle vier durch die Zylinder hervorgerufenen Schwingungen erfasst werden können.In a further advantageous embodiment of the method, the angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft is determined over two full revolutions of the crankshaft. This is particularly advantageous in a four-stroke reciprocating engine where the cycle is two full revolutions of the crankshaft. This configuration is particularly advantageous in a four-cylinder engine, since it allows all four vibrations caused by the cylinders to be detected.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren weist die Hubkolbenmaschine wenigstens zwei Zylinder auf, wobei zum Bestimmen eines Werts des Verdichtungsverhältnis-Parameters für jeden der wenigstens zwei Zylinder jeweils eine Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals der Kurbelwelle für verschiedene Kurbelwinkelbereiche bestimmt wird, welche jeweils von einem Zünd-OT eines Hubkolbens eines betrachteten Zylinders bis zu einem Zünd-OT eines in einer Zündabfolge der Hubkolbenmaschine unmittelbar danach zündenden Zylinders reichen und vorzugsweise ausschließlich einen Arbeitstakt des betrachteten Zylinders der Hubkolbenmaschine umfassen. Mittels der Erfindung kann das Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders einer Hubkolbenmaschine einzeln analysiert werden.In a further advantageous embodiment of the method, the reciprocating piston machine has at least two cylinders, a difference between a minimum and a maximum of the angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft being determined for different crank angle ranges for each of the at least two cylinders in order to determine a value of the compression ratio parameter. each of which ranges from a firing TDC of a reciprocating piston of a cylinder under consideration to a firing TDC of a cylinder which fires immediately thereafter in an ignition sequence of the reciprocating engine and preferably exclusively comprise a power stroke of the cylinder under consideration of the reciprocating engine. By means of the invention, the compression ratio of each individual cylinder of a reciprocating engine can be analyzed individually.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens hängen die Kurbelwinkelbereiche von der Anzahl an Zylindern der Hubkolbenmaschine ab. Je nachdem, wie viele Zylinder die Hubkolbenmaschine aufweist und wie deren Zündzeitpunkte zueinander angeordnet sind, ergeben sich die Kurbelwinkelbereiche, in welchen die durch die Verdichtung des Zylinders erzeugten Drehschwingungsschwankungen angeordnet sind.In a further advantageous embodiment of the method, the crank angle ranges depend on the number of cylinders in the reciprocating piston engine. Depending on how many cylinders the reciprocating engine has and how their ignition times are arranged in relation to one another, the crank angle ranges result in which the torsional vibration fluctuations generated by the compression of the cylinder are arranged.

Hierdurch kann eine besonders gute Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine erreicht werden.As a result, a particularly good diagnosis and/or control of the reciprocating piston machine can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Hubkolbenmaschine vier Zylinder auf und der Kurbelwinkelbereich für den ersten Zylinder liegt zwischen etwa 0° und etwa 180° KW, für einen dritten Zylinder zwischen etwa 180° und etwa 360° KW, für einen vierten Zylinder zwischen etwa 360° und etwa 540° KW und für einen zweiten Zylinder zwischen etwa 540° und etwa 720° KW, wobei der Kurbelwinkel KW jeweils in Bezug auf ein Zünd-OT des ersten Zylinders definiert ist. Für den Fachmann ist klar, dass sich die Zählung der Zylinder auf eine bestimmte Zündreihenfolge bezieht (z.B: 1-3-4-2). Auch andere Zündreihenfolgen (z.B: 1-2-3-4; 1-4-3-2; 1-4-2-3; 1 -2-4-3) können selbstverständlich mit denselben Winkelbereichen analysiert werden.In a further advantageous embodiment of the method, the reciprocating piston engine has four cylinders and the crank angle range for the first cylinder is between approximately 0° and approximately 180° CA, for a third cylinder between approximately 180° and approximately 360° CA, for a fourth cylinder between about 360° and about 540° CA and for one second cylinder between approximately 540° and approximately 720° KW, the crank angle KW being defined in each case in relation to an ignition TDC of the first cylinder. It is clear to those skilled in the art that the number of cylinders relates to a specific firing order (eg: 1-3-4-2). Other ignition sequences (e.g.: 1-2-3-4; 1-4-3-2; 1-4-2-3; 1 -2-4-3) can of course also be analyzed with the same angle ranges.

Die im Vorhergehenden genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung gelten entsprechend auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung und umgekehrt.The features and advantages of the invention mentioned above in relation to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the second and third aspects of the invention and vice versa.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis;
3 ein Diagramm eines zeitabhängigen Pulssignals;
4 ein Diagramm eines zeitabhängigen Drehfrequenzsignals;
5 ein Diagramm eines winkelabhängigen Drehfrequenzsignals,
6a ein Diagramm zur Ermittlung einer Differenz zwischen einem Minimum und einem Maximum des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals;
6b ein Diagramm der Differenz über verschiedene Zyklen;
7a bis 7g eine Abfolge von Differenzen gemäß 6b über einen bestimmten Beobachtungszeitraum unter unterschiedlichen Randbedingungen während eines Umschaltvorgangs des Verdichtungsverhältnisses; und
8 ein Ausführungseispiel eines Systems zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis.

Further advantages and features result from the following description with reference to the figures. They show at least partially schematically:

1 an embodiment of a variable compression ratio reciprocating engine;
2 an embodiment of a method for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio;
3 a diagram of a time-dependent pulse signal;
4 a diagram of a time-dependent rotational frequency signal;
5 a diagram of an angle-dependent rotational frequency signal,
6a a diagram for determining a difference between a minimum and a maximum of the angle-dependent rotational frequency signal;
6b a plot of the difference over different cycles;
7a until 7g a sequence of differences according to 6b over a specific observation period under different boundary conditions during a switching process of the compression ratio; and
8th an embodiment of a system for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenmaschine 1, welche als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, mit einem variablen Verdichtungsverhältnis und einem System 10 zur Diagnose der Hubkolbenmaschine nach einem Ausführungsbeispiel. 1 shows an embodiment of a reciprocating engine 1, which is designed as an internal combustion engine, with a variable compression ratio and a system 10 for diagnosing the reciprocating engine according to an embodiment.

Die Hubkolbenmaschine weist in an sich bekannter Weise eine Kurbelwelle 5 und mehrere Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d auf, in denen Kolben abwechselnd ein Kraftstoff-LuftGemisch verdichten (Verdichtungstakt), durch Verbrennung des Gemischs angetrieben werden (Arbeitstakt), Luft oder Gemisch ansaugen (Ansaugtakt) oder ausstoßen (Ausstoßtakt). Die Kolben 4a, 4b, 4c, 4d sind hierzu über Pleuel 3a, 3b, 3c, 3d mit der Kurbelwelle 5 gekoppelt.In a manner known per se, the reciprocating piston engine has a crankshaft 5 and a plurality of cylinders 2a, 2b, 2c, 2d, in which pistons alternately compress a fuel-air mixture (compression stroke), are driven by combustion of the mixture (power stroke), and suck in air or the mixture (intake stroke) or expel (exhaust stroke). For this purpose, the pistons 4a, 4b, 4c, 4d are coupled to the crankshaft 5 via connecting rods 3a, 3b, 3c, 3d.

Wie in dem eingangs genannten Dokument WO 2015/055582 A2 beschrieben, kann das Verdichtungsverhältnis im Brennraum der Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d durch Veränderung der Länge der Pleuel 3a, 3b, 3c, 3d verändert werden. Die Längeneinstellung der Pleuel 3a, 3b, 3c, 3d wird mittels einer Steuereinheit 30 gesteuert. Vorzugsweise wird hierbei ein Kurbelwinkel KW der Kurbelwelle 5 mittels eines Inkrementalgebers 20 erfasst und bei der Steuerung der Brennkraftmaschine 1 berücksichtigt.As in the document mentioned above WO 2015/055582 A2 described, the compression ratio in the combustion chamber of the cylinders 2a, 2b, 2c, 2d can be changed by changing the length of the connecting rods 3a, 3b, 3c, 3d. The length setting of the connecting rods 3a, 3b, 3c, 3d is controlled by a control unit 30. A crank angle KW of the crankshaft 5 is preferably detected here by means of an incremental encoder 20 and taken into account in the control of the internal combustion engine 1 .

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Diagnose und/oder Steuerung der Hubkolbenmaschine 1 mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei das Ausführungsbeispiel anhand dieser Figur sowie den 3 bis 7 erläutert wird. 2 shows an embodiment of a method for diagnosis and / or control of the reciprocating engine 1 with variable compression ratio, the embodiment based on this figure and the 3 until 7 is explained.

In einem ersten Arbeitsschritt 101 wird ein zeitabhängiges Pulssignal PS(t), welches zeitlich versetzte Pulse aufweist, erfasst. Die Pulse korrelieren hierbei mit einer Drehbewegung der Kurbelwelle 5. Vorzugsweise wird hierfür, wie in 1 dargestellt, ein Inkrementalgeber 20 eingesetzt, welcher mittels eines optischen, elektromagnetischen oder anderen geeigneten Verfahrens Drehzahlpulse erkennt, welche mit der Kurbelwelle 5 fest verbunden ist.In a first work step 101, a time-dependent pulse signal PS(t), which has pulses offset in time, is detected. In this case, the pulses correlate with a rotational movement of the crankshaft 5. Preferably, as in 1 shown, an incremental encoder 20 is used, which detects speed pulses by means of an optical, electromagnetic or other suitable method, which is firmly connected to the crankshaft 5 .

Ein solches zeitabhängiges Pulssignal PS(t) ist in 3 dargestellt. Das Pulssignal PS(t) weist hierbei einzelne Pulse 6 auf. Die einzelnen Pulse 6 folgen hierbei, je nach Drehfrequenz der Kurbelwelle 5 beim Erfassen der Pulse 6, in mehr oder weniger gleichmäßiger Abfolge. An einer Stelle des zeitabhängigen Pulssignals PS(t) ist eine Lücke erkennbar, welche durch zwei fehlende Pulse 9, 10 gebildet wird. Diese Lücke entspricht einer Stelle des Geberrades 20, an welcher bewusst keine Markierung gesetzt ist, um die Position der Kurbelwelle feststellen zu können.Such a time-dependent pulse signal PS(t) is in 3 shown. The pulse signal PS(t) has individual pulses 6 here. The individual pulses 6 follow here, depending on the rotational frequency of the crankshaft 5 when the pulses 6 are detected, in a more or less uniform sequence. A gap can be seen at one point in the time-dependent pulse signal PS(t), which gap is formed by two missing pulses 9, 10. This gap corresponds to a point on sensor wheel 20 at which no marking is deliberately placed in order to be able to determine the position of the crankshaft.

In einem zweiten Arbeitsschritt 102 werden die Lücken 9, 10 mit zeitlich versetzten Pulsen aufgefüllt. Die zeitliche Versetzung der auffüllenden Pulse basiert herbei auf der zeitlichen Versetzung von Pulsen 6, welche zeitlich vor oder hinter der Lücke bestimmt wurden. Insbesondere wird hierfür eine Interpolation zwischen den erfassten Pulsen 6 gebildet. Die Interpolation wird vorzugsweise über einen definierte Beobachtungszeitraum von bestimmten Pulsen 6 vor oder hinter der Lücke 9, 10 gebildet. Vorzugsweise weist das Geberrad 58 Rasterungen auf, wobei zwei Rasterungen an einer Stelle ausgelassen sind, welche die Lücke im Pulssignal PS(t) hervorrufen.In a second work step 102, the gaps 9, 10 are filled with pulses offset in time. The offset in time of the filling pulses is based on the offset in time of pulses 6 determined in time before or after the gap. In particular, an interpolation between the detected pulses 6 is formed for this. The interpolation is preferably carried out over a defined observation period of certain Pulses 6 before or after the gap 9, 10 formed. The transmitter wheel 58 preferably has rasters, with two rasters being left out at a point which cause the gap in the pulse signal PS(t).

In einem dritten Arbeitsschritt 103 wird auf der Grundlage des mit auffüllenden Pulsen versehenen und daher lückenlosen zeitabhängigen Pulssignal PS'(t) ein zeitabhängiges Drehfrequenzsignal S(t) der Kurbelwelle 5 bestimmt.In a third work step 103, a time-dependent rotational frequency signal S(t) of the crankshaft 5 is determined on the basis of the time-dependent pulse signal PS′(t) provided with filling pulses and therefore without gaps.

Ein solches zeitabhängiges Drehfrequenzsignal S(t) ist in dem Diagramm der 4 dargestellt. Diese zeigt die jeweilige Drehfrequenz in Umdrehung pro Minute in Abhängigkeit von der Zeit t. Das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) weist starke Schwingungen auf, welche durch das Fahrzeug oder andere Faktoren induziert werden. Aufgrund der starken Schwingungen lässt sich keine Aussage über Schwankungen der Drehfrequenz, sogenannten Drehungleichförmigkeiten, treffen. Insbesondere in jenen Bereichen, in welchen die Lücke des Pulssignals PS(t) aufgefüllt wurde, liegen starke Oszillationen vor, welche der Methodik der Bestimmung der auffüllenden Pulse geschuldet sind.Such a time-dependent rotational frequency signal S(t) is shown in the diagram of FIG 4 shown. This shows the respective rotational frequency in revolutions per minute as a function of time t. The time-varying rotational frequency signal S(t) exhibits large oscillations induced by the vehicle or other factors. Due to the strong vibrations, no statement can be made about fluctuations in the rotational frequency, so-called rotational irregularities. In particular in those areas in which the gap in the pulse signal PS(t) was filled, strong oscillations are present, which are due to the methodology used to determine the filling pulses.

Um das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) für die weitere Signalverarbeitung verarbeitbar zu machen, wird dieses daher in einem fünften Arbeitsschritt 105 daher vorzugsweise gefiltert.In order to make the time-dependent rotational frequency signal S(t) processable for further signal processing, it is therefore preferably filtered in a fifth work step 105 .

Durch das Filtern in dem fünften Arbeitsschritt 105 wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) vorzugsweise geglättet. Hierfür werden jene Signalanteile des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals S(t), welche größer sind als eine definierte Ordnung der Drehfrequenz der Kurbelwelle, aus dem zeitabhängigen Drehfrequenzsignal entfernt. Mithin wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) mit einem Tiefpass-Mitlauffilters in Bezug auf diese Ordnung gefiltert. Bei dem Mitlauffilter wird die Mittenfrequenz des Bandpass-Filters mit der Drehzahl variiert. Die definierte Ordnung ist hierbei vorzugsweise abhängig von der Anzahl an Zylindern und/oder der Taktung der Hubkolbenmaschine 1, z. B. Zweitakt oder Viertakt. Bei einem Viertaktmotor entspricht die Anzahl der n-ten Ordnung wenigstens der halben Anzahl der Zylinder. Vorzugsweise können aber auch weitere Ordnungen der Drehfrequenz bei der Signalverarbeitung berücksichtigt werden, beispielsweise kann die Anzahl der n-ten Ordnung gleich der Anzahl der Zylinder der Hubkolbenmaschine 1 sein bzw. auch darüber liegen.The time-dependent rotation frequency signal S(t) is preferably smoothed by the filtering in the fifth work step 105 . For this purpose, those signal components of the time-dependent rotary frequency signal S(t) which are greater than a defined order of the rotary frequency of the crankshaft are removed from the time-dependent rotary frequency signal. Consequently, the time-dependent rotation frequency signal S(t) is filtered with a low-pass tracking filter in relation to this order. With the tracking filter, the center frequency of the bandpass filter varies with the speed. The defined order is preferably dependent on the number of cylinders and / or the timing of the reciprocating engine 1, z. B. two-stroke or four-stroke. In a four-stroke engine, the number of the nth order corresponds to at least half the number of cylinders. However, other orders of the rotational frequency can preferably also be taken into account in the signal processing, for example the number of the nth order can be equal to the number of cylinders of the reciprocating piston engine 1 or even be higher.

Das in 4 gezeigte zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) ist an einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern, wie in 1 gezeigt, aufgenommen. In 4 wird dieses zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) mit einem Tiefpass-Mitlauffilter bis zur maximalen Ordnung n gefiltert, wodurch das geglättete gefilterte zeitabhängige Drehfrequenzsignal S'(t) entsteht.This in 4 The time-dependent rotational frequency signal S(t) shown is applied to an internal combustion engine with four cylinders, as in FIG 1 shown, recorded. In 4 this time-dependent rotational frequency signal S(t) is filtered with a low-pass tracking filter up to the maximum order n, as a result of which the smoothed, filtered time-dependent rotational frequency signal S'(t) is produced.

Vorzugsweise weist das Verfahren in einem vierten Arbeitsschritt 104 daher das Ermitteln der Filterparameter und die Definition der maximalen Ordnung des Tiefpass-Mitlauffilters auf.In a fourth work step 104, the method therefore preferably has the determination of the filter parameters and the definition of the maximum order of the low-pass tracking filter.

In einem sechsten Arbeitsschritt 106 wird das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t) vorzugsweise in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal S(KW) der Kurbelwelle 5 transformiert. Zum Ermitteln der jeweiligen Stellung der Kurbelwelle 5 kann hierfür die Lücke des Pulssignals PS(t) herangezogen werden. Über diese Lücke kann die absolute Drehposition bestimmt werden.In a sixth work step 106, the time-dependent rotational frequency signal S(t) is preferably transformed into an angle-dependent rotational frequency signal S(KW) of the crankshaft 5. The gap in the pulse signal PS(t) can be used to determine the respective position of the crankshaft 5 . The absolute rotary position can be determined via this gap.

Das erhaltene winkelabhängige Drehfrequenzsignal S(KW) ist in 5 für vier Arbeitszyklen der Hubkolbenmaschine 1 dargestellt.The angle-dependent rotational frequency signal S(KW) obtained is in 5 shown for four work cycles of the reciprocating engine 1.

In einem siebten Arbeitsschritt 107 wird eine Differenz ΔS(KW) zwischen einem Minimum 7 und einem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) der Kurbelwelle bestimmt. Hierfür wird ein Arbeitszyklus der Hubkolbenmaschine in Kurbelwinkelbereiche ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4 unterteilt. Vorzugsweise reicht jeder dieser Kurbelwinkelbereiche ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4 von einem Zünd-OT ZOTa eines Hubkolbens 4a eines ersten Zylinders 2a bis zu einem Zünd-OT ZOTc eines Hubkolbens 4c bei der Hubkolbenmaschine 1 unmittelbar danach zündenden zweiten Zylinders 2c.In a seventh work step 107, a difference ΔS(KW) between a minimum 7 and a maximum 8 of the angle-dependent rotational frequency signal S(KW) of the crankshaft is determined. For this purpose, a working cycle of the reciprocating piston machine is subdivided into crank angle ranges ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4. Preferably, each of these crank angle ranges ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4 extends from an ignition TDC ZOTa of a reciprocating piston 4a of a first cylinder 2a to an ignition TDC ZOTc of a reciprocating piston 4c in the reciprocating piston engine 1 immediately thereafter firing second cylinder 2c.

In diesen Kurbelwinkelbereich ΔKW1 fällt ein Minimum der Drehfrequenz der Kurbelwelle 5, nämlich dann, wenn der erste Kolben 4a des ersten Zylinders 2a die Luft verdichtet hat, und ein Maximum der Drehfrequenz der Kurbelwelle 5, nämlich dann, wenn die Kurbelwelle 5 nach dem Zünden des ersten Zylinders beschleunigt. Hierauf wird, wie auch in 5 ersichtlich ist, die Kurbelwelle 5 erneut abgebremst, da der Kolben 4c des zweiten Zylinders 2c der Zündreihenfolge Luft im Zylinder verdichtet, wodurch eine Bremswirkung entsteht. Dieses Bewegungsschema des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) wiederholt sich für den zweiten Zylinder, den dritten Zylinder und den vierten Zylinder, wobei die jeweils zu betrachtenden Kurbelwinkelbereiche ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4 die jeweils einem Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders 2b, 2c, 2d zuzuordnen Minima und Maxima der Drehfrequenz der Kurbelwelle 5 aufweisen.A minimum of the rotational frequency of the crankshaft 5 falls in this crank angle range ΔKW1, namely when the first piston 4a of the first cylinder 2a has compressed the air, and a maximum of the rotational frequency of the crankshaft 5, namely when the crankshaft 5 after the ignition of the first cylinder accelerated. Hereupon, as also in 5 As can be seen, the crankshaft 5 is braked again, since the piston 4c of the second cylinder 2c of the firing order compresses air in the cylinder, resulting in a braking effect. This movement pattern of the angle-dependent rotational frequency signal S(KW) is repeated for the second cylinder, the third cylinder and the fourth cylinder, with the crank angle ranges ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4 to be considered in each case being associated with the minima and Have maxima of the rotational frequency of the crankshaft 5.

Wird diese Analyse gemäß dem Diagramm nach 5 für alle vier dargestellten Arbeitszyklen wiederholt, so können die Werte für die jeweiligen Minima Min. und Maxima Max. in dem Kurbelwinkelbereich ΔKW1 wie in dem Diagramm in 6a gezeigt aufgetragen werden.Will post this analysis according to the diagram 5 repeated for all four work cycles shown, the values for the respective minima min. and maxima max. in the crank angle range ΔKW1 as in the diagram in 6a shown to be applied.

Die anhand des zweiten Arbeitszyklus des Diagramms aus 5 bestimmte Minima 7 und das Maxima 8 sind entsprechend für den zweiten Zyklus 2 in dem Diagramm in 6a eingetragen. Die Differenz ΔS(KW) ergibt sich aus der Subtraktion des Minimums 7 von dem Wert des Maximums 8. Diese Ergebnisse sind für die einzelnen betrachteten Arbeitszyklen in 6b dargestellt. Bei der Differenz ΔS(KW) kann auch von einer Hüllkurvenbandbreite des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) gesprochen werden.The based on the second duty cycle of the diagram 5 certain minima 7 and the maxima 8 are corresponding for the second cycle 2 in the diagram in 6a registered. The difference ΔS(KW) results from the subtraction of the minimum 7 from the value of the maximum 8. These results are for the individual work cycles considered in 6b shown. In the case of the difference ΔS(KW), one can also speak of an envelope curve bandwidth of the angle-dependent rotational frequency signal S(KW).

7 zeigt verschiedene Diagramme gemäß 6b über einen Betrachtungszeitraum von jeweils 30 Sekunden, welcher sich vor und nach einem Umschaltvorgang des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine 1 erstreckt. Jedes der in 7 gezeigten Diagramme stellt hierbei einen Umschaltvorgang des ersten Zylinders 2a bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Hubkolbenmaschine 1 dar. Diese Betriebsbedingungen werden durch die vorliegende absolute Drehfrequenz und den effektiven Mitteldruck im Inneren des ersten Zylinders 2a IMEP charakterisiert. 7 shows various diagrams according to 6b over an observation period of 30 seconds each, which extends before and after a switching process of the compression ratio of the reciprocating piston engine 1. Each of the 7 The diagram shown here represents a switching process of the first cylinder 2a under different operating conditions of the reciprocating piston engine 1. These operating conditions are characterized by the present absolute rotational frequency and the effective mean pressure inside the first cylinder 2a IMEP.

In einem achten Arbeitsschritt 108 wird vorzugsweise ein gleitender Mittelwert über zeitlich aufeinanderfolgende Differenzen ΔS(KW) verschiedener Arbeitszyklen der Hubkolbenmaschine 1 gebildet. Hierdurch soll ein Einfluss von Ausreißer-Werten auf das erfindungsgemäße Verfahren 100 vermieden werden.In an eighth work step 108, a moving average is preferably formed over temporally successive differences ΔS(KW) of different work cycles of the reciprocating piston machine 1. This is intended to avoid an influence of outlier values on the method 100 according to the invention.

In einem neunten Arbeitsschritt 109 wird vorzugsweise mittels eines Zählers überprüft, ob eine genügende Anzahl an Werten in die Berechnung des gleitenden Mittelwerts der Differenzen ΔS(KW) eingegangen sind. Ist dies der Fall, wird der gleitende Mittelwert an den nächsten Arbeitsschritt ausgegeben.In a ninth work step 109, a counter is preferably used to check whether a sufficient number of values have been included in the calculation of the moving average of the differences ΔS(KW). If this is the case, the moving average is output to the next work step.

In einem zehnten Arbeitsschritt 110 wird vorzugsweise ein Schwellenwert für die Differenz ΔS(KW) in dem jeweils betrachteten Kurbelwinkelbereich, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kurbelwinkelbereich ΔKW1, bestimmt. Der Schwellenwert gibt dabei jenen Wert an, bei dessen Unterschreiten oder Überschreiten auf das jeweils anliegende Verdichtungsverhältnis geschlossen werden kann. Insbesondere liegt eine Differenz ΔS(KW) eines hohen Verdichtungsverhältnisses höher als der Schwellenwert und ein Wert der Differenz ΔS(KW) einer niedrigeren Verdichtungsrate, niedriger als der Schwellenwert oder umgekehrt. Der Schwellenwert wird hierbei vorzugsweise jeweils in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Hubkolbenmaschine 1 bestimmt.In a tenth work step 110, a threshold value for the difference ΔS(KW) in the respective crank angle range under consideration, in the illustrated exemplary embodiment the crank angle range ΔKW1, is preferably determined. The threshold value indicates the value below or above which the respective compression ratio can be inferred. Specifically, a high compression ratio difference ΔS(KW) is higher than the threshold and a value of the lower compression ratio difference ΔS(KW) is lower than the threshold, or vice versa. In this case, the threshold value is preferably determined in each case as a function of an operating state of the reciprocating piston engine 1 .

Die Abhängigkeit des Schwellenwerts von dem Betriebszustand der Hubkolbenmaschine 1 wird nachfolgend in Bezug auf 7 erläutert: Die 7a bis 7c zeigen jeweils Verläufe der Differenz ΔS(KW) für den Kurbelwinkelbereich KW1 über einen Zeitraum von 30 Sekunden vor und nach dem Umschalten eines Verdichtungsverhältnisses bei verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1. Bei der Änderung des Verdichtungsverhältnisses wird jeweils von einer höheren Verdichtungsrate zu einer niedrigeren Verdichtungsrate umgeschaltet. In Richtung der Figuren a bis d nimmt jeweils die absolute Drehfrequenz, bei welcher die Umschaltung erfolgt, zu. Selbiges gilt für die Richtung von Fig. e bis Fig. h. In Querrichtung dazu, d. h. in Richtung von Fig. a auf Fig. e, Fig. b auf Fig. f, usw. wird jeweils bei gleicher Drehfrequenz der effektive Mitteldruck im Inneren des Zylinders verdoppelt.The dependency of the threshold value on the operating state of the reciprocating piston engine 1 is described below with reference to FIG 7 explained: The 7a until 7c each show curves of the difference ΔS(KW) for the crank angle range KW1 over a period of 30 seconds before and after switching a compression ratio in different operating states of the internal combustion engine 1. When the compression ratio changes, a switch is made from a higher compression rate to a lower compression rate. In the direction of Figures a to d, the absolute rotational frequency at which the switching takes place increases. The same applies to the direction of FIG. e to FIG. h. In the transverse direction, ie in the direction from Fig. a to Fig. e, Fig. b to Fig. f, etc., the effective mean pressure inside the cylinder is doubled in each case with the same rotational frequency.

Wie aus den Diagrammen zu erkennen ist, ist die Veränderung der Differenz ΔS(KW) beim Umschalten des Verdichtungsverhältnisses für keinen der Betriebszustände gleich. Insbesondere die Abstände zwischen der Differenz ΔS(KW) vor dem Umschalten und der Differenz ΔS(KW) nach dem Umschalten ist für alle Betriebszustände unterschiedlich groß und liegt in Bezug auf die absoluten Werte auf verschiedenen Niveaus. Für die Umschaltprozesse bei einer Drehfrequenz von 3 000 Umdrehungen pro Minute und einer Drehfrequenz von 2 500 Umdrehungen pro Minute mit einem fiktiven mittleren Innendruck IMEP von 6,5 bar ist die Entwicklung der Differenz ΔS(KW) beim Umdrehen sogar umgekehrt zu den übrigen Betriebszuständen. Bei den in 7 gezeigten Diagrammen ist dabei noch keine Bildung eines gleitenden Mittelwerts nach Arbeitsschritt 108 vorgenommen. Deshalb weisen diese relativ starke Oszillationen auf, welche mit zunehmendem Druck und zunehmender Drehzahl anwachsen.As can be seen from the diagrams, the change in the difference ΔS(KW) when the compression ratio is switched is not the same for any of the operating states. In particular, the distances between the difference ΔS(KW) before switching and the difference ΔS(KW) after switching is different for all operating states and is at different levels in relation to the absolute values. For the switching processes at a rotational frequency of 3,000 rpm and a rotational frequency of 2,500 rpm with a fictitious mean internal pressure IMEP of 6.5 bar, the development of the difference ΔS(KW) during turning is even the opposite of that for the other operating states. At the in 7 In the diagrams shown, a moving average value has not yet been formed after step 108 . Therefore, they show relatively strong oscillations, which increase with increasing pressure and increasing speed.

Die Schwellenwerte für verschiedene Betriebszustände können in dem zehnten Arbeitsschritt 110 vorzugsweise anhand von Funktionen und/oder Kennfeldern, welche in der Steuereinrichtung 30 hinterlegt sind, bestimmt werden. Drehfrequenz, effektiver mittlerer Innendruck IMEP und/oder anliegende Last sind mögliche Parameter, welche den Betriebszustand charakterisieren. Zusätzlich oder alternativ sind aber auch weitere Parameter möglich. Die Kennfelder oder Funktionen für Schwellenwerte beruhen vorzugsweise auf Messungen während des Betriebs der Hubkolbenmaschine 1 und/oder auf simulierten Messwerten, welche mittels eines digitalen Zwillings der Hubkolbenmaschine 1 erfolgen. Weiter vorzugsweise werden die Kennfelder oder Funktionen mittels Prüfstandstests ermittelt.The threshold values for different operating states can be determined in the tenth work step 110, preferably using functions and/or characteristics that are stored in the control device 30. Rotational frequency, mean effective internal pressure IMEP and/or applied load are possible parameters that characterize the operating state. In addition or as an alternative, however, other parameters are also possible. The characteristic diagrams or functions for threshold values are preferably based on measurements during operation of the reciprocating piston engine 1 and/or on simulated measured values, which take place using a digital twin of the reciprocating piston engine 1 . More preferably, the characteristic diagrams or functions are determined by means of test bench tests.

In einem elften Arbeitsschritt 111 werden die Schwellenwerte für die Differenz ΔS(KW) mit den Schwellenwerten für die Differenz verglichen. Je nachdem, wie die ermittelten Differenzen ΔS(KW) in Bezug auf die Schwellenwerte liegen, kann angegeben werden, ob sich die Hubkolbenmaschine in dem Zustand H eines höheren Verdichtungsverhältnisses oder in dem Zustand N eines niedrigeren Verdichtungsverhältnisses befindet.In an eleventh work step 111, the threshold values for the difference ΔS(KW) are compared with the threshold values for the difference. Depending on how the determined differences ΔS(KW) are in relation to the threshold values, it can be specified whether the reciprocating piston machine is in the H state with a higher compression ratio or in the N state with a lower compression ratio.

In einem zwölften Arbeitsschritt 112 wird vorzugsweise, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der in dem elften Arbeitsschritt 111 bestimmte Wert eines Verdichtungsverhältnis-Parameters von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht, das Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine 1 durch die Steuerung 30 angepasst.In a twelfth step 112, the compression ratio of the reciprocating piston engine 1 is preferably adjusted by the controller 30 based on a criterion relating to the compression ratio, in particular if the value of a compression ratio parameter determined in the eleventh step 111 deviates from a predefined or expected value .

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Diagnose und/oder Steuerung einer Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, welches vorzugsweise eingerichtet ist, um ein Verfahren 100, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, auszuführen. 8th FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a system for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine with a variable compression ratio, which system is preferably set up to carry out a method 100 as described above.

Das System 10 weist vorzugsweise insbesondere einen Sensor 20 auf, welcher eingerichtet ist, ein Pulssignal PS(t) in Bezug auf die Drehfrequenz der Kurbelwelle 5 zu ermitteln. Vorzugsweise ist dieser Sensor 20 ein Inkrementalgeber, wie bereits in Bezug auf 1 erläutert. Des Weiteren weist das System 10 vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung 30 auf, welche verschiedene Mittel aufweist, um die einzelnen Arbeitsschritte des Verfahrens 100 auszuführen. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 30 dabei in der Weise ausgeführt, um das Verfahren 100 computerimplementiert auszuführen.The system 10 preferably has in particular a sensor 20 which is set up to determine a pulse signal PS(t) in relation to the rotational frequency of the crankshaft 5 . This sensor 20 is preferably an incremental encoder, as already referred to in FIG 1 explained. Furthermore, the system 10 preferably has a control device 30 which has various means for carrying out the individual work steps of the method 100 . The control device 30 is preferably designed in such a way that the method 100 can be executed in a computer-implemented manner.

Ein Mittel im Sinne der Erfindung kann hierbei hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein und insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Hubkolbenmaschine steuern und/oder überwachen kann.A means within the meaning of the invention can be hardware and/or software and in particular one, preferably with a memory and/or bus system data or signal connected, in particular digital processing, in particular microprocessor unit (CPU) and/or one or more Have programs or program modules. The CPU can be designed to process commands that are implemented in a program stored in a memory system, to acquire input signals from a data bus and/or to emit output signals to a data bus. A storage system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and/or other non-volatile media. The program can be designed in such a way that it embodies or is capable of executing the methods described here, so that the CPU can execute the steps of such methods and can thus in particular control and/or monitor the reciprocating piston machine.

Wie in 8 gezeigt, weist die Steuereinrichtung 30 Mittel 31 zum Auffüllen von zeitlich versetzten Lücken in dem zeitabhängigen Pulssignal PS(t) mit zeitlich versetzten Pulsen auf. Des Weiteren sind die Mittel 32 vorhanden, um ein zeitabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle auf der Grundlage des lückenlosen zeitabhängigen Pulssignals PS'(t) zu bestimmen. Mittel 33 dienen zum Filtern des zeitabhängigen Drehfrequenzsignals S(t) der Kurbelwelle, um dieses zu glätten. Mittel 33 dienen zum Transformieren des gefilterten zeitabhängigen Drehfrequenzsignals S'(t) der Kurbelwelle 5 in ein winkelabhängiges Drehfrequenzsignal der Kurbelwelle. Weitere Mittel 34 dienen zum Bestimmen einer Differenz ΔS(KW) zwischen einem Minimum 7 und einem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignal S(KW) der Kurbelwelle 5. Weitere Mittel 35 dienen zum Bestimmen eines Filters für das zeitabhängige Drehfrequenzsignal S(t). Weitere Mittel 36 dienen zum Bilden eines gleitenden Mittelwerts über die Differenz ΔS(KW) zwischen dem Minimum 7 und dem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW). Weitere Mittel 37 dienen zum Zählen der Anzahl der Werte, welche in dem gleitenden Mittelwert, welcher von den Mitteln 36 gebildet wurde, enthalten sind. Weitere Mittel 38 dienen zum Bestimmen eines Wertes eines Verdichtungsverhältnis-Parameters H, N durch Vergleichen der bestimmten Differenz zwischen dem Minimum 7 und dem Maximum 8 des winkelabhängigen Drehfrequenzsignals S(KW) der Kurbelwelle 5 mit dem Schwellenwert. Weitere Mittel 40 dienen zum Anpassen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine 1, basierend auf einem Kriterium in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis, insbesondere wenn der bestimmte Wert des Verdichtungsverhältnis-Parameters H, N von einem vorgegebenen oder erwarteten Wert abweicht.As in 8th shown, the control device 30 has means 31 for filling time-delayed gaps in the time-dependent pulse signal PS(t) with time-delayed pulses. Furthermore, the means 32 are present to determine a time-dependent rotational frequency signal of the crankshaft on the basis of the uninterrupted time-dependent pulse signal PS'(t). Means 33 serve to filter the time-dependent rotational frequency signal S(t) of the crankshaft in order to smooth it. Means 33 serve to transform the filtered time-dependent rotational frequency signal S'(t) of the crankshaft 5 into an angle-dependent rotational frequency signal of the crankshaft. Further means 34 serve to determine a difference ΔS(KW) between a minimum 7 and a maximum 8 of the angle-dependent rotary frequency signal S(KW) of the crankshaft 5. Further means 35 serve to determine a filter for the time-dependent rotary frequency signal S(t). Further means 36 are used to form a moving average over the difference ΔS(KW) between the minimum 7 and the maximum 8 of the angle-dependent rotation frequency signal S(KW). Further means 37 are used to count the number of values contained in the sliding mean value formed by means 36 . Further means 38 serve to determine a value of a compression ratio parameter H, N by comparing the determined difference between the minimum 7 and the maximum 8 of the angle-dependent rotary frequency signal S(KW) of the crankshaft 5 with the threshold value. Further means 40 are used to adapt the compression ratio of the reciprocating piston machine 1 based on a criterion relating to the compression ratio, in particular if the determined value of the compression ratio parameter H, N deviates from a predetermined or expected value.

Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendung und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.It should be noted that the exemplary embodiments are only examples and are not intended to limit the scope, application and structure in any way. Rather, the above description gives the person skilled in the art a guideline for implementing at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, being able to be made without departing from the scope of protection, as can be seen from the claims and results from these equivalent feature combinations.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2015/055582 A2 [0004, 0017, 0043]
WO 2017/207607 A1 [0005]

Claims

Method for diagnosing and/or controlling a reciprocating piston engine (1) with a variable compression ratio, having the following work steps: Determining (103) a time-dependent rotational frequency signal (S(t)) of a crankshaft (5) of the reciprocating piston engine (1); Transforming (106) the time-dependent rotational frequency signal (S(t)) of the crankshaft (5) into an angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5); Determining (107) a difference (ΔS(KW)) between a minimum (7) and a maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5), which is in a crank angle range (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4) of a crank angle (KW) of the crankshaft (5), which is from an ignition TDC (ZOTa) of a reciprocating piston (4a) of a first cylinder (2a) to an ignition TDC (ZOTc) of one in an ignition sequence of the reciprocating piston engine ( 1) immediately thereafter igniting, in particular the second, cylinder (2c) and preferably comprises exclusively one power stroke of the first cylinder (2a) of the reciprocating piston engine (1); Determining (110) a threshold value for the difference (ΔS(KW)) between the minimum (7) and the maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5) in the crank angle range (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3 ,ΔKW4) as a function of an operating state of the reciprocating piston engine (1), falling below or exceeding the threshold value characterizing the compression ratio of the first cylinder; and Determining (111) a value of a compression ratio parameter (H, N) by comparing the determined difference (ΔS(KW)) between the minimum (7) and the maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft ( 5) with the threshold.

Method (100) according to claim 1 , further having the work step: detecting (101) a time-dependent pulse signal (PS(t)), which has pulses (6) offset in time, the pulses (6) correlating with the rotational movement of a crankshaft (5) of the reciprocating piston engine (1). , wherein the time-dependent pulse signal (PS(t)) is used to determine the time-dependent rotational frequency signal (S(t)).

Method (100) according to claim 1 or 2 , further comprising the step of: filtering (104) the time-dependent rotational frequency signal (S(t)) of the crankshaft (5) in order to smooth it, the filtered time-dependent rotational frequency signal (S'(t)) being converted into the angle-dependent rotational frequency signal (S( KW)) is transformed.

Method (100) according to claim 3 , wherein signal components with a frequency which is greater than an nth order of the rotational frequency of the crankshaft (5) are removed from the time-dependent rotational frequency signal (S(t)) by the filtering, with n half the number of cylinders (2a, 2b, 2c, 2d), preferably the number of cylinders (2a, 2b, 2c, 2d).

Method (100) according to any one of the preceding Claims 1 until 4 , further comprising the following working step: adjusting (112) the compression ratio of the reciprocating piston machine (1) based on a criterion relating to the compression ratio, in particular if the determined value of the compression ratio parameter H, N deviates from a predetermined or expected value.

Method (100) according to any one of the preceding Claims 1 until 5 , wherein the detected time-dependent pulse signal (PS(t)) also has a gap (9, 10), further having the work step: filling (102) the gap (9, 10) with at least one time-staggered pulse to create a gapless to obtain a time-dependent pulse signal (PS'(t)), the time offset of filling pulses being based on detected pulses (6), which are detected in time before and/or in time after the gaps (9), the time-dependent rotational frequency signal (S( t)) of the crankshaft (5) based on the uninterrupted time-dependent pulse signal (PS'(t)).

Method (100) according to claim 6 , wherein the time offset of the filling pulses is based on an average value of time offsets between detected pulses (6) which are detected in time before and/or in time after the gaps (9).

Method (100) according to any one of the preceding Claims 1 until 7 , wherein the threshold value is determined based on measurements during operation of the reciprocating piston engine (1) and/or during a route covered by a vehicle with the reciprocating piston engine (1) and/or simulated measured values by means of a digital twin of the reciprocating piston engine (1).

Method (100) according to any one of the preceding Claims 1 until 8th , wherein the operating state by a, in particular average, rotational frequency of the crankshaft (5) and / or by an effective mean pressure inside the cylinder and/or is characterized by a load applied to the reciprocating piston machine (1).

Method (100) according to claim 9 , wherein a dependency on the, in particular average, rotational frequency of the crankshaft (5) and/or a dependency on the effective mean pressure inside the cylinder and/or a dependency on a load applied to the reciprocating piston engine is determined by means of test bench tests and/or simulations.

Method (100) according to any one of the preceding Claims 1 until 10 , wherein in a reciprocating piston engine (1) with at least two cylinders (2a, 2b, 2c, 2d) for determining a value of the compression ratio parameter for each of the at least two cylinders (2a, 2b, 2c, 2d) respectively a difference between a minimum (7) and a maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5) for different crank angle ranges (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3,ΔKW4), which are each determined by an ignition TDC (ZOTa) of a reciprocating piston (4a) of a cylinder (2a, 2b, 2c, 2d) under consideration up to a firing TDC (ZOTc) of a cylinder (2a, 2b, 2c, 2d) firing immediately afterwards in a firing sequence of the reciprocating piston engine (1) and preferably exclusively comprise a working stroke of the cylinder (2a) of the reciprocating piston engine (1) under consideration.

Method (100) according to claim 11 , wherein the crank angle ranges (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4) depend on the number of cylinders (2a, 2b, 2c, 2d) of the reciprocating piston engine (1).

Method (100) according to claim 12 , whereby in a reciprocating piston engine with four cylinders (2a, 2b, 2c, 2d) the crank angle range for the first cylinder (2a) is between about 0° and about 180° CA, for a third cylinder (2c) between about 180° and about 360° ° KW, for a fourth cylinder (2b) between approximately 360° and approximately 540° KW and for a second cylinder (2d) between approximately 540° and approximately 720° KW, with the specified crank angle KW in each case in relation to an ignition OT (ZOTa) of the first cylinder (2a) is defined.

System (10) for diagnosing and/or controlling a reciprocating engine (1) with a variable compression ratio, comprising: Means (32) for determining a time-dependent rotary frequency signal (S(t)) of a crankshaft (5) of the reciprocating piston engine (1); Means (33) for transforming the time-dependent rotational frequency signal (S(t)) of the crankshaft (5) into an angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5); Means (15) for determining a difference (ΔS(KW)) between a minimum (7) and a maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal (S(KW)) of the crankshaft (5), which is in a crank angle range (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4) of a crank angle (KW) of the crankshaft (5), which ranges from an ignition TDC (ZOTa) of a reciprocating piston (4a) of a first cylinder (2a) to an ignition TDC (ZOTc) in an ignition sequence of the Reciprocating engine (1) immediately thereafter igniting, in particular the second, cylinder (2c) and preferably exclusively includes a working stroke of the first cylinder (2a) of the reciprocating engine (1); Means (16) for determining a threshold value for the difference between the minimum (7) and the maximum (8) of the angle-dependent rotational frequency signal ((S(KW)) of the crankshaft (5) in the crank angle range (ΔKW1, ΔKW2, ΔKW3, ΔKW4) as a function of an operating state of the reciprocating piston engine, falling below or exceeding the threshold value characterizing the compression ratio of the first cylinder; and Means (17) for determining a value of a compression ratio parameter (H, N) by comparing the determined difference between the minimum (7) and the maximum (8) of the angle dependent rotational frequency signal of the crankshaft (5) with the threshold value.

Motor vehicle, in particular passenger car, with a reciprocating piston engine (1) with a variable compression ratio and a system (10) according to the preceding claim for diagnosing and/or controlling the reciprocating piston engine (1).