WO2012013262A1 - Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine - Google Patents

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WO2012013262A1
WO2012013262A1 PCT/EP2011/002890 EP2011002890W WO2012013262A1 WO 2012013262 A1 WO2012013262 A1 WO 2012013262A1 EP 2011002890 W EP2011002890 W EP 2011002890W WO 2012013262 A1 WO2012013262 A1 WO 2012013262A1
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WO
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compression ratio
signal
piston
control
engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/002890
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Wodischek
Simone NOWAK
Bernd-Heinrich Schmitfranz
Tilmann RÖMHELD
Michael Wagenplast
Dieter Nowak
Original Assignee
Daimler Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
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Priority to EP11726073.7A priority patent/EP2598734A1/de
Priority to JP2013520982A priority patent/JP2013532791A/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a reciprocating engine specified in the preamble of claim 1. Art.
  • DE 199 55 250 A1 discloses a method for monitoring the function of a
  • Engine operating parameters are then compared with each other to determine whether a change in the engine operating parameter has occurred, wherein a change in the engine operating parameter is indicative of a correct operation of the cylinder compression variable adjustment device.
  • a method for controlling the cylinder compression during the starting phase of an internal combustion engine is known, which is equipped with a device for changing it compression end pressure.
  • a device for changing it compression end pressure Before switching on a starter of the internal combustion engine, one or more criteria for a difficult starting the machine are checked. If at least one difficult starting criterion is met, the cylinder compression of at least one cylinder is reduced to a predetermined minimum value until the engine speed has ramped up to a defined threshold, then cylinder compression is increased.
  • an air intake control device for an engine which comprises a mechanism for variably adjusting an amount of intake air which controls an amount of fresh air flowing into the engine. Further, a mechanism for variably adjusting a
  • Compression ratio provided, which a compression ratio of the engine variable controls. Sensors detect operating conditions of the engine as well as the
  • a compression ratio wherein a controller is configured to be electronically connected to the sensors, the variable intake air amount adjusting mechanism, and the compression ratio variable compression mechanism, to use the variable intake air amount adjusting mechanism Compression ratio and of the
  • Compression ratio of an internal combustion engine with a mechanism for changing the compression ratio of the internal combustion engine, at least between a first higher and a second lower stage, corresponding to
  • a compression ratio measuring means for determining the current compression ratio.
  • the apparatus includes sensor error detecting means for detecting a malfunction of the compression ratio measuring means, and a guard for changing and maintaining the compression ratio at the lower stage when the sensor error detecting means malfunctions the
  • Compression ratio measuring device detects.
  • map-controlled, variable compression ratio as known, which is a load detection, a load request detection and an actuator for
  • Adjustment of the compression ratio includes. Further, a motor controller is provided, which is in communication with a time signal generator, wherein the
  • the internal combustion engine includes an integrated into the engine control
  • Comparator which determines from the signals transmitted via the signal lines concerning at least the load in comparison with at least values from a predefinable characteristic map an optimized compression ratio.
  • DE 10 2006 033 062 A1 discloses a method for automatically determining a current compression ratio of a reciprocating piston engine during operation, wherein the reciprocating piston engine has a variable compression volume and a measurable crank angle, wherein by means of a relative to a sensor moving Part of a piston engine generates a signal and by means of the signal in relation to the crank angle standing trigger angle is determined, which is included in a determination of the current compression ratio.
  • US 6 857 401 B1 discloses a device for detecting a variable
  • Compression ratio for an internal combustion engine with a crankshaft and at least one piston wherein the device is a connecting rod with a variable
  • Compression ratio comprises, via which the piston is connected to the crankshaft.
  • the connecting rod has a plurality of discrete states for setting the compression ratio.
  • a digital output sensor for generating a signal, the signal having a value corresponding to a particular state of the connecting rod.
  • the sensor comprises a Hall sensor, which generates a signal that lasts longer, that corresponds to a high compression ratio.
  • the Hall sensor generates a shorter duration signal, which corresponds to a low compression ratio.
  • Reciprocating piston engine in which a piston guided translationally movable
  • a movably held on a guide of the adjusting device actuating part, in particular a control piston is moved between at least two position.
  • the inventive method allows due to the detection of at least one position, in particular at least almost all position, the control part a very precise determination of the set compression ratio of the corresponding
  • the compression ratio can be adjusted precisely and as needed by precisely determining the compression ratio for controlled or controlled, staged or continuous adjustment of the compression ratio
  • the determination of the compression ratio according to the invention also makes it possible to compare the compression ratio set as the actual compression ratio with a desired setpoint compression ratio to be set. If the actual compression ratio deviates from the nominal compression ratio, which may occur, for example, as a result of wear during a very long service life of the reciprocating piston engine, then suitable countermeasures can be initiated in order to compensate for this deviation. In this case, for example, a readjustment
  • control element is designed, for example, as a control piston, which comprises a control rod and a piston connected to the control rod, which piston is acted upon in a cylinder which can be acted upon by a working medium
  • Actuator is slidably guided out.
  • the cylinder forms the
  • the control piston is formed for example as a hydraulic piston and actuated as a result of an actuation of the cylinder with a hydraulic fluid, wherein the admission, ie a supply and a discharge of Hydraulic fluid is controlled in the cylinder or out of the cylinder, for example via an electromagnet.
  • the piston is moved due to gas and assenementn the reciprocating engine, which act for example via a piston in the cylinder on the control piston and thus on the piston of the actuator.
  • the plunger of the actuator is released by the working fluid and valve means, for example check valves, which are connected via other control valves, for example a control spool with control edges, which release or block lines for the working fluid, released in a desired direction of movement and opposed in the desired direction of movement
  • Movement direction blocked or completely held It is a kind of hydraulic freewheel.
  • This embodiment has the advantage that a desired compression ratio can be set without and with only a very small additional energy input.
  • the actuator as an electromagnet or as part of a
  • Electromagnet is formed and thus on the operating principle of such
  • Electromagnet for adjusting the compression ratio is actuated.
  • control piston is designed as a pneumatic piston, which can be actuated by applying pressure to the cylinder with compressed air.
  • Actuation of the cylinder so the supply or discharge of compressed air into the cylinder or out of the cylinder can be controlled or regulated via an electromagnet.
  • the advantage of using such an electromagnet has the advantage that this makes the adjusting particularly quickly adjustable and thus the
  • Compression ratio is particularly fast and needs changing
  • the detection of the position of the actuating part makes it possible to check whether the desired compression ratio is actually set. If this is not the case, readjustment or readjustment can be carried out if necessary and until the desired compression ratio has actually been set and the control element has been adjusted takes the necessary position. As a result, the assumption of the required position by the adjusting member negatively influencing factors, such as deposition due to wear or the like, can be compensated.
  • the signal characterizing the position is compared with one or more characteristic values stored, for example, in a control or regulating device of the reciprocating engine, and checked for a deviation or an exceeding or undershooting of a threshold value by such a deviation.
  • the detection device comprises at least one transmitter part, in particular a magnet and in particular one
  • Permanent magnets as well as a corresponding detection part, in particular a detection plate, wherein the transmitter part, for example, on the control part and the detection part on a housing of the reciprocating engine, to which the control part and the guide are pivotally mounted together about a pivot axis, are arranged. It is also possible that the detection part on the control part and the transmitter part are arranged on the housing. In other words, in an operation of the reciprocating engine, the detection part and the transmitter part move relative to each other, since the adjusting device and thus the control part in the operation of the reciprocating engine
  • the detection device comprises a Hall sensor, to which the detection part and the transmitter part are assigned, this has the advantage that the position can be detected particularly precisely and particularly robustly and consequently the compression ratio can be determined and adjusted particularly precisely.
  • the detection part and / or the transmitter part are curved, in particular convex - formed with respect to the pivot axis. This avoids or at least reduces a negative impact on the determination of the compression ratio due to any angular error due to the relative movement, in particular the relative pivoting of the detection part and the transmitter part to each other. This comes the precise detection of the position and thus the Particularly precise determination of the compression ratio particularly beneficial.
  • a particularly precise determination of the compression ratio is possible if the curvature of the transmitter part and / or the detection part of the pivoting movement corresponds, for example, the center of the curvature lies on the pivot axis. As a result, there is no or only to a very limited extent angular errors in the relative movement of the detection part and the encoder part to each other, resulting in a very accurate detection of the position of the actuator results.
  • a magnetic field of the encoder part is curved, in particular with respect to the pivot axis convex, formed, wherein preferably the center of the curvature lies on the pivot axis and thus corresponds to the curvature of the relative movement, in particular the relative pivoting of the transmitter part and the detection part to each other.
  • Setting device can be adjusted.
  • the detection device is an optical
  • Detection device which comprises a reflection part, in particular a reflection plate.
  • the emitting part of the optical detecting means emits rays which are reflected by the reflecting part and detected by the detecting part.
  • Detecting part can detect the position of the control part particularly quickly and precisely and as a result, the compression ratio can be determined very accurately and just as quickly. This is particularly advantageous in that even with rapidly changing operating points of the reciprocating engine and accordingly quickly adjusted and rapidly changing compression ratios dieselbigen to determine very quickly and adjust particularly quickly.
  • the reflection part is arranged, for example, on the setting part or on the housing, on which the adjusting part or the adjusting device moves at least during operation of the reciprocating piston engine.
  • the compression ratio is thereby to be determined particularly accurately because the detected position of the control part is clearly assigned a compression ratio and any ambiguities are avoided.
  • a signal characterizing the position of the actuating part can occur which, albeit only slightly, is emitted by the control unit
  • This deviation of the detected from the actual position can be determined for example on the basis of experiments and stored for example in a map of a control or regulating device of the reciprocating engine and is thus known, so that this error as a function of the known, because detected compensated, rotational position and the detected position of the control part so at least in
  • a correction value is read in accordance with the detected rotational position, by means of which the detected position is corrected.
  • the detection of the position of the actuating part makes it possible to check whether the position of the actuating part is at least substantially within a certain range and thus the actuating device or the actuating part has a desired functionality. If the position is outside this range, this indicates a malfunction of the control part, so that appropriate countermeasures must be taken to avoid damaging operation of the reciprocating engine or the actuator or operation of the reciprocating engine with an undesirably high energy consumption and undesirably high emissions.
  • the detection of the position of the actuating part allows, in particular by the described compensation in dependence on the rotational position of the crankshaft on the one hand a particularly precise detection of the position and thus a particularly precise adjustment of the compression ratio and on the other hand, the verification of the adjusting device or the actuating part to a desired functionality.
  • a hysteresis compensation is realized, by which a deviation of the position of the actuating part is compensated in its from the actual position.
  • This is particularly advantageous in a range of so-called end stops of the actuating part.
  • These areas are respective end regions of a Movement range, in particular a pivoting range, the actuating part, in which moves the actuator during operation of the reciprocating engine or to the
  • Pivot axis pivots back and forth. In these end regions may possibly be particularly large deviations. In addition, this is
  • Hysteresis compensation advantageous if the setting part for setting the maximum or minimum adjustable compression ratio has its maximum or minimum stroke and maximum retracted or extended. Even with such a
  • Maximum or minimum stroke may possibly be given relatively large deviations. These can be compensated by the hysteresis compensation.
  • an analog transmission of the position characterizing signal is performed in particular to a control or regulating device of the reciprocating engine, which has the advantage that thereby a continuous signal transmission with very high sampling rates is possible, the precise detection of the position and thus the precise determination of the Densification ratio benefits.
  • Compaction ratio and thus a particularly precise adjustment desselbigen allows when a deviation of the determined based on the signal position of the adjusting part of a set in a map in a table or the like specified position corrected and the determined based on the signal position at least substantially to the actual Position is adjusted.
  • This correction and adaptation can be carried out very precisely in particular if the deviation is dependent on a generation of the signal by the detection device and / or on a duration of a transmission of the signal to the control or
  • Signal conditioning of the signal and / or from a computing power of the control or regulating device of the reciprocating engine is corrected and adjusted.
  • model-based filtering ensures that no surreal dynamics of the
  • Reciprocating piston or the adjusting device as a current, the reciprocating engine or the adjusting device characterizing variables are taken into account and so
  • Fig. 1 a detail of a schematic side view of a crank mechanism for a reciprocating engine with a plurality of cylinders and the cylinders associated pistons, wherein by means of the crank mechanism respective compression ratios of the cylinder cylinder individually independently adjustable;
  • Fig. 2 shows a detail of a schematic side view of the crank mechanism according to
  • FIG. 1 with a schematic diagram for detecting a position of a
  • Compression ratio wherein based on the detected position of the control piston, the set compression ratio of the corresponding cylinder is determined
  • FIG. 3 shows a schematic side view of an embodiment of the crank mechanism according to the preceding figures with a bipolar encoder plate of a detection device of the adjusting device, which is designed to be curved in the same way as its magnetic field;
  • FIG. 4 shows a schematic view of the curved encoder plate and its curved magnetic field according to FIG. 3;
  • Fig. 5 is a schematic view of a course of the curved magnetic field of the encoder plate of FIG. 3 in a movement of the adjusting device and a schematic view of a contrast straight
  • FIG. 6 is a schematic diagram for compensating a deviation of one of the
  • Encoder plate according to FIG. 3 detected position of the adjusting device of an actual position of the adjusting device.
  • Fig. 1 shows a crank mechanism 10 for a reciprocating engine of a motor vehicle, wherein the reciprocating piston engine comprises a plurality of cylinders.
  • the crank mechanism 10 will be described with reference to FIG. 1 with respect to one of these cylinders corresponding to the crank mechanism 10 of the reciprocating piston engine. It is understood that the description of the crank mechanism 10 and the cylinder is analogous to the other cylinders of the reciprocating piston engine, in particular all others.
  • the crank mechanism 10 comprises a crankshaft 12, which has main bearing points, via which the crankshaft 12 is mounted in a crankcase of the reciprocating engine. Furthermore, the crankshaft 12 crank webs, of which such a crank arm 14 is shown in FIG. 1. In addition, the crankshaft 12 crank pin, of which a crank pin 16 is shown in FIG. The crank pin 6 corresponds to a cylinder of the reciprocating engine. In the same way, the other crank pins correspond to a cylinder of the same
  • crank operation 10 includes a transverse lever 18, which is a first
  • Lever element 20 and a second lever element 22 includes, which are connected to each other, for example, screwed together, are.
  • the transverse lever 18 is rotatably mounted on the crank pin 16 relative to this about an axis of rotation 25 and performs strokes in a rotation of the crankshaft 12, for example, during operation of the reciprocating engine, with out.
  • the transverse lever 18 has a first bearing 24, on which a connecting rod 26 of the crank mechanism 10 is articulated.
  • the connecting rod 26 can rotate about a rotation axis 28.
  • the axis of rotation 28 is spaced from the axis of rotation 25 in the radial direction of the crank pin 16 by a first lever arm 11.
  • the crank mechanism 10 also includes a piston 30, which corresponds to the cylinder, to which the crank pin 16 corresponds, and in which the piston 30 is received translationally movable.
  • the piston 30 is pivotally connected to the connecting rod 26 via a further bearing 32. Attached is the piston 30 to the connecting rod 26th via a piston pin in the piston 30 by a corresponding
  • Circlip is secured in the axial direction of the piston pin. If the piston 30 is moved translationally in the cylinder as a result of combustion processes, this translational movement is converted via the connecting rod 26, the transverse lever 18 and the crankpin 16 into a rotational movement of the crankshaft 12.
  • the transverse lever 18 has a further bearing 34, on which a control piston 36 of an adjusting device 38 of the reciprocating engine articulated and with the
  • Cross lever 18 is connected.
  • the control piston 36 can rotate about an axis of rotation 40 of the bearing 34.
  • the axis of rotation 40 is spaced by a further lever h 2 in the radial direction of the crank pin 16 of the rotation axis 25. It can be seen that the levers and h 2 differ in terms of amount.
  • the lever h 2 is larger than the lever hi. It is also possible that the levers and h 2 are equal in magnitude, or that the lever is larger than the lever h 2 .
  • Control piston 36, the adjusting device 38 comprises a housing 41 through which a cylinder is formed. In the cylinder, the control piston 36 is held translationally guided guided. By supplying or removing a working medium into the cylinder, for example compressed air, hydraulic fluid or the like, the control piston 36 can be moved translationally in accordance with a directional arrow 43 and extended with respect to the housing 41 according to a directional arrow 44 or retracted according to a directional arrow 46. In contrast to such an active attitude is also a passive one
  • control piston 36 is moved as a result of gas and inertial forces of the reciprocating engine, which act on the piston 30 on the control piston 36.
  • the control piston 36 is released by the working fluid and valve means, for example check valves which are connected via other control valves, for example, a control slide with control edges which lines for the working fluid release or obstruct, in a desired direction of movement and opposite in the desired direction of movement
  • Movement direction blocked or completely held It is a kind of hydraulic freewheel.
  • This embodiment has the advantage that a desired compression ratio can be set without and with only a very small additional energy input. It is also possible to actuate the control piston 36 by means of an electromagnet.
  • crank pin 16 moves up and down, which also leads to a movement of the transverse lever 18.
  • the adjusting device 38 also moves by the housing 41 pivotable about a pivot axis 42 at a Adjusting device 38 surrounding housing, for example, on a crankcase of the reciprocating engine, is mounted.
  • control piston 36 If the control piston 36 is moved translationally according to the directional arrow 43, this leads to a rotation of the transverse lever 18 relative to the crank pin 16 according to a directional arrow 48, whereby the compression ratio of the corresponding cylinder can be adjusted.
  • the adjustment of the control piston 36 acts on the ratio of the levers hi and h 2 to the same extent, reinforced or reduced.
  • the adjustment of the control piston 36 leads to an adjustment or adjustment of the top dead center of the piston 30 in the cylinder and thus to an adjustment or adjustment of the compression volume v c of the corresponding cylinder.
  • the adjustment of the control piston 36 also affects the stroke and thus the stroke volume v H of the piston 30.
  • the stroke volume v H reduces as the flow increases
  • each of the cylinders of the reciprocating engine associated with such a control device 38 by means of which the compression ratio of the corresponding cylinder can be adjusted independently of the other cylinders.
  • This cylinder-specific adjustment of the corresponding compression ratios allows a very precise and extremely needs-based adjustment of
  • Compression ratio can be used to adjust this variable, continuously or stepwise. This is illustrated by the schematic diagram in FIG. 2.
  • a schematically illustrated in FIG. 2 sensor 50 detects the position of the control piston 36 and a
  • Control rod this relative to a reference point and / or the stroke of the control piston 36 and a position and / or the stroke characterizing signal.
  • This signal is transmitted according to a directional arrow 52 to a position control 54 of a control device 56, wherein the control device 56 is formed, for example, as a control unit of the reciprocating engine.
  • the control device 56 further comprises a combustion control 58, by means of which the combustion processes in the cylinders of the reciprocating engine are controlled or regulated.
  • Combustion control 58 inter alia, a feedback 60 of the set actual compression ratio, which is determined by the position control 54 based on the signal detected by the sensor 50 and thus based on the position of the control piston 36.
  • a feedback 60 of the set actual compression ratio which is determined by the position control 54 based on the signal detected by the sensor 50 and thus based on the position of the control piston 36.
  • Combustion control 58 a preset 62 of a target compression ratio to the position control 54, which converts the target compression ratio in a position to be adjusted of the control piston 36.
  • the position control 54 also takes into account any other system variables 64 of the crank mechanism 10 and the
  • the determined position for setting the desired compression ratio or a position of the control piston 36 characterizing signal is transmitted to a control 65 for the control device 38, which transmits corresponding control signals to an actuator 66, by means of which the control piston 36 moves and thus the
  • Compression ratio is set.
  • FIG. 3 shows a possibility of detecting the position of the control piston 36 in order to precisely determine the set compression ratio as a function of this position and to set it precisely in the sequence.
  • the sensor 50 comprises a bipolar encoder plate 70, which is shown schematically in FIG. 4 and has a magnetic field 72.
  • the encoder plate 70 is formed curved like its magnetic field 72, wherein the center of the curvature lies on the pivot axis 42. This causes the curvature of the encoder plate 70 and the magnetic field 72 to correspond to the pivotal movement of the control piston 36, which the control piston 36 during operation of the
  • Directional arrow 68 executes.
  • the term "north” in FIG. 4 designates the north pole of the magnetic field 72
  • the term “south” in FIG. 4 designates the south pole of the magnetic field 72.
  • a curved line 74 indicates a boundary between the north pole and the south pole and illustrates that the magnetic field 72 is curved.
  • Another line 76 in FIG. 4 indicates an imaginary boundary of a non-curved but straight magnetic field of the encoder plate 70.
  • a detection part 78 of the sensor 50 is shown in FIG. 4, by means of which the magnetic field 72 for detecting the position of the control piston 36 is to be detected.
  • the sensor 50 detects the orientation of the magnetic field 72 over the
  • Detecting part 78 the current position or the current stroke of the control piston 36 for adjusting the compression ratio, ie how far the control piston 36 is extended or retracted from the housing 41. This position characterizes this
  • the encoder plate 70 and its magnetic field 72 is curved and has a correspondingly large extent in the direction of movement of the control piston 36 for adjusting the compression ratio according to the
  • FIG. 5 shows a diagram 78, on the abscissa 80 of which time and on whose ordinate 82 a variable characterizing the magnetic field 72 is plotted.
  • a trace 84 in the diagram 78 gives a behavior of the
  • Magnetic field 72 characterizing size of one in the diagram 78th
  • Diagram 78 is indicated in a region 86, results only in that the control piston 36 moves in translation according to the direction arrow 43 and thus the compression ratio is changed.
  • the pivoting or oscillating movement of the control piston 36 about the pivot axis 42 influences the magnetic field 72
  • a further course 88 is shown, which reproduces the behavior of a magnetic field characterizing variables, which in contrast to the magnetic field 72 and line 76 correspondingly straight formed and formed for example by an equally straight encoder plate.
  • FIG. 6 shows a further possibility of detecting the position of the control piston 36 in a particularly precise and accurate manner, and thereby determining the set compression ratio particularly precisely.
  • 6 shows a diagram 90 in which a curve 92 of a signal is entered, the position of the control piston 36 detected by the encoder plate 70 and the magnetic field 72 at a set compression ratio and during the execution of the swinging movement about the pivot axis 42 characterized according to the directional arrow 68.
  • Detected detecting rotational position which is referred to as a degree crank angle
  • the crankshaft 12 of the reciprocating engine synchronized to compensate for a deviation of the detected position of the control piston 36 from the actual present position.
  • a detection time 94 is entered.
  • the control piston 36 which is characterized by a value 96 characterizing the magnetic field 72.
  • a value 96 characterizing the magnetic field 72.
  • Reciprocating piston machine a deviation of the detected position from the actual position before. This is the case, in particular, when the control piston 36 is extended to the maximum, as shown by a profile 100 or when the control piston 36 has retracted to the maximum, which is represented by a profile 102.
  • the curve 100 provides a track of the oscillating motion of the
  • Control piston 36 at its maximum stroke that is, when the control piston is maximally extended.
  • the course 102 in other words, a career of
  • Control piston 36 is retracted maximally.
  • the curve 92 represents a nominal curvature of the magnetic field 72.
  • the described deviation is characterized in the diagram 90 by a measurement error 104.
  • a compensation of this deviation or this measurement error 104 can be carried out on the basis of a characteristic field stored in the control device 56. Since the rotational position of the crankshaft 12 uniquely represents a position on the encoder plate 70, the error in the current detection time 94 can be compensated, since the measurement errors 104 were determined, for example, in tests and stored in the map.
  • the maximum measurement error 104 is dependent on the deviation between the detected position of the control piston 36 and the associated degree crank angle.
  • the measurement error 104 is composed of a duration for signal generation in the sensor 50, a duration for signal transmission, a duration for signal processing in the control device 56, and a duration of a computing time that the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben (30) translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden Stelleinrichtung (38) eingestellt wird, wobei ein an einer Führung (41) der Stelleinrichtung (38) bewegbar gehaltenes Stellteil (36), insbesondere ein Steuerkolben (36), zwischen zumindest zwei Stellungen bewegt wird, wobei das eingestellte Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von zumindest einem, mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung (50) erfassten und zumindest eine der Stellungen charakterisierenden Signal ermittelt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 199 55 250 A1 offenbart ein Verfahren zur Funktionsüberwachung einer
Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung bei einer Hubkolben- Brennkraftmaschine. Dabei wird vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung zur Veränderung der Zylinderverdichtung ein Motorbethebsparameter, der auf eine
Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt. Beide Werte des
Motorbetriebsparameters werden dann miteinander verglichen, um festzustellen, ob eine Veränderung des Motorbetriebsparameters eingetreten ist, wobei eine Veränderung des Motorbetriebsparameters ein Indiz für eine korrekte Funktion der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung darstellt.
Aus der WO 01/34948 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Zylinderverdichtung während der Startphase einer Brennkraftmaschine bekannt, welche mit einer Einrichtung zur Änderung es Verdichtungsenddruckes ausgestattet ist. Vor dem Einschalten eines Starters der Brennkraftmaschine werden ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine überprüft. Wenn mindestens ein Kriterium für ein erschwertes Starten erfüllt ist, wird die Zylinderverdichtung von mindestens einem Zylinder solange auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert, bis die Motordrehzahl bis zu einer definierten Schwelle hochgefahren worden ist, wobei dann die Zylinderverdichtung erhöht wird.
Aus der EP 1 431 59 A2 ist eine Lufteinlasssteuerungseinrichtung für einen Motor als bekannt zu entnehmen, welche einen Mechanismus zur variablen Einstellung einer Menge an Einlassluft umfasst, welcher eine Menge an Frischluft steuert, die in den Motor strömt. Ferner ist ein Mechanismus zur variablen Einstellung eines
Verdichtungsverhältnisses vorgesehen, welcher ein Verdichtungsverhältnis des Motors variabel steuert. Sensoren erfassen Betriebsbedingungen des Motors sowie das
Verdichtungsverhältnis, wobei eine Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt ist, mit den Sensoren, dem Mechanismus zur variablen Einstellung der Menge an Einlassluft und mit dem Mechanismus zur variablen Steuerung des Verdichtungsverhältnisses elektronisch verbunden zu sein, um den Mechanismus zur variablen Einstellung der Menge an Einlassluft in Abhängigkeit von dem Verdichtungsverhältnis sowie von den
Betriebsbedingungen des Motors zu steuern.
Die DE 38 25 369 A1 offenbart eine Einrichtung zum Steuern des
Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine, mit einem Mechanismus zum Ändern des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine, mindestens zwischen einer ersten höheren und einer zweiten niedrigeren Stufe, entsprechend den
Maschinenbetriebszuständen. Ferner ist eine Verdichtungsverhältnismesseinrichtung zum Bestimmen des aktuellen Verdichtungsverhältnisses vorgesehen. Darüber hinaus enthält die Einrichtung eine Sensorfehlererkenneinrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion der Verdichtungsverhältnismesseinrichtung sowie eine Schutzeinrichtung zum Ändern und Festhalten des Verdichtungsverhältnisses auf der niedrigeren Stufe, wenn die Sensorfehlererkenneinrichtung eine Fehlfunktion der
Verdichtungsverhältnismesseinrichtung feststellt.
Aus der DE 10 2004 031 288 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem
kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis als bekannt zu entnehmen, welche eine Lasterkennung, eine Lastanforderungserkennung sowie eine Stellglied zur
Einstellung des Verdichtungsverhältnisses umfasst. Ferner ist eine Motorsteuerung vorgesehen, die in Verbindung mit einem Zeitsignalgenerator steht, wobei die
Motorsteuerung für die Ermittlung des einzustellenden variablen
Verdichtungsverhältnisses in einem Bereich der Brennkraftmaschine Signalleitungen aufweist zur Erfassung von zumindest einem Teil der Brennkraftmaschinenlast. Darüber hinaus umfasst die Brennkraftmaschine einen in die Motorsteuerung integrierten
Vergleicher, der aus den über die Signalleitungen übertragenen Signalen betreffend zumindest die Last im Abgleich mit zumindest Werten aus einem vorgebbaren Kennfeld ein optimiertes Verdichtungsverhältnis ermittelt.
Die DE 10 2006 033 062 A1 offenbart ein Verfahren zur automatischen Ermittlung eines momentanen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine im Betrieb, wobei die Hubkolbenmaschine ein veränderbares Kompressionsvolumen und einen messbaren Kurbelwinkel aufweist, wobei mittels eines relativ zu einem Sensor sich bewegenden Bauteils eines Kolbentriebs ein Signal erzeugt und mittels des Signals in einen Bezug zum Kurbelwinkel stehender Triggerwinkel bestimmt wird, der in einer Ermittlung des momentanen Verdichtungsverhältnisses mit einfließt.
Die US 6 857 401 B1 offenbart eine Einrichtung zur Erfassung eines variablen
Verdichtungsverhältnisses für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle und zumindest einem Kolben, wobei die Einrichtung ein Pleuel mit einem variablen
Verdichtungsverhältnis umfasst, über welches der Kolben mit der Kurbelwelle verbunden ist. Das Pleuel weist dabei eine Mehrzahl von diskreten Zuständen zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses auf. Es ist ein digitaler Ausgabesensor zur Erzeugung eines Signals vorgesehen, wobei das Signal einen Wert aufweist, welcher zu einem bestimmten Zustand des Pleuels korrespondiert. Der Sensor umfasst dabei eine Hall-Sensor, welcher ein länger andauerndes Signal erzeugt, dass zu einem hohen Verdichtungsverhältnis korrespondiert. Der Hall-Sensor erzeugt ein kürzer andauerndes Signal, welches zu einem ein niedrigen Verdichtungsverhältnis korrespondiert.
Die bekannten Hubkolbenmaschinen und Verfahren weisen Potential auf, ein
eingestelltes Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine präziser einzustellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine bereitzustellen, welches ein präziseres Einstellen des
Verdichtungsverhältnisses ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Bei einem solchen Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, wird ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der
Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben translatorisch bewegbar geführt
aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden Stelleinrichtung eingestellt, wobei ein an einer Führung der Stelleinrichtung bewegbar gehaltenes Stellteil, insbesondere ein Steuerkolben, zwischen zumindest zwei Stellung bewegt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das eingestellte Verdichtungsverhältnis in
Abhängigkeit von zumindest einem, mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung erfassten und zumindest eine der Stellungen charakterisierenden Signal ermittelt wird. Das erfindungsgemäß Verfahren ermöglicht infolge der Erfassung der zumindest einen Stellung, insbesondere zumindest nahezu aller Stellung, des Stellteils eine sehr präzise Ermittlung des eingestellten Verdichtungsverhältnisses des korrespondierenden
Zylinders. Zur Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses werden gegebenenfalls weitere Größen wie beispielsweise Hebel-, Abstands- und/oder Winkelverhältnisse sowie anderweitige trigonometrische Zusammenhänge berücksichtigt. In jeglicher Hinsicht kann dementsprechend das Verdichtungsverhältnis präzise und bedarfsgerecht eingestellt werden, indem dazu das präzise Ermitteln des Verdichtungsverhältnisses zur gesteuerten oder geregelten, stufenweisen oder kontinuierlichen Einstellung des
Verdichtungsverhältnisses genutzt wird.
Die erfindungsgemäße Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht auch einen Vergleich des als Ist-Verdichtungsverhältnis eingestellten Verdichtungsverhältnisses mit einem gewünschten, einzustellenden Soll-Verdichtungsverhältnis. Weicht das Ist- Verdichtungsverhältnis von dem Soll-Verdichtungsverhältnis ab, was beispielsweise infolge von Verschleiß bei einer sehr hohen Lebensdauer der Hubkolbenmaschine vorkommen kann, so können geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um diese Abweichung zu kompensieren. Dabei wird beispielsweise eine Nachjustierung
durchgeführt, so dass das eingestellte Ist-Verdichtungsverhältnis zumindest im
Wesentlichen mit dem gewünschten Soll-Verdichtungsverhältnis übereinstimmt. Dies ermöglicht einen sehr effizienten, emissions- und energieverbrauchsarmen, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen, Betrieb der Hubkolbenmaschine und das auch bei einer sehr hohen Lebensdauer sowie bei einer sehr hohen Betriebsdauer derselbigen.
Dabei ist ebenso möglich, dass mittels der Erfassungseinrichtung ein von dem Stellteil zwischen den Stellungen zurückgelegter Weg, d.h. ein Hub, des Stellteils erfasst wird, was der präzisen Ermittlung und damit der präzisen Einstellung des
Verdichtungsverhältnisses zugute kommt.
Wie bereits angedeutet, ist das Stellteil beispielsweise als Steuerkolben ausgebildet, welcher eine Steuerstange sowie einen mit der Steuerstange verbunden Kolben umfasst, welcher in einem mit einem Arbeitsmedium beaufschlagbaren Zylinder der
Stelleinrichtung verschiebbar geführt angeordnet ist. Dabei bildet der Zylinder die
Führung der Stelleinrichtung. Der Steuerkolben ist beispielsweise als Hydraulikkolben ausgebildet und infolge einer Beaufschlagung des Zylinders mit einer Hydraulikflüssigkeit betätigbar, wobei die Beaufschlagung, d.h. eine Zufuhr und eine Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder heraus beispielsweise über einen Elektromagneten gesteuert wird.
Im Gegensatz zu solch einer aktiven Einstellung ist auch eine passive Einstellung möglich, bei welcher der Kolben bewegt wird infolge von Gas- und assenkräften der Hubkolbenmaschine, die beispielsweise über einen Kolben in dem Zylinder auf den Steuerkolben und damit auf den Kolben der Stelleinrichtung wirken. Der Kolben der Stelleinrichtung wird durch das Arbeitsmedium und Ventileinrichtungen, beispielsweise Rückschlagventile, welche über anderweitige Steuerventile, beispielsweise einen Steuerschieber mit Steuerkanten, welche Leitungen für das Arbeitsmedium freigeben oder versperren, geschaltet werden, in einer gewünschten Bewegungsrichtung freigegeben und in der gewünschten Bewegungsrichtung entgegengesetzten
Bewegungsrichtung blockiert bzw. ganz festgehalten. Es handelt sich dabei um eine Art hydraulischen Freilauf. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis eingestellt werden kann ohne und nur mit einem sehr geringen zusätzlichen Energieaufwand.
Ebenso möglich ist, dass das Stellteil als Elektromagnet bzw. als Teil eines
Elektromagneten ausgebildet ist und somit über das Wirkprinzip eines solchen
Elektromagneten zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses betätigbar ist.
Ferner ist es möglich, dass der Steuerkolben als Pneumatikkolben ausgebildet ist, welcher durch Beaufschlagung des Zylinders mit Druckluft betätigbar ist. Die
Beaufschlagung des Zylinders, also die Zufuhr oder Abfuhr der Druckluft in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder heraus kann dabei über einen Elektromagneten gesteuert bzw. geregelt werden.
In jeglicher Hinsicht birgt der Vorteil eines Einsatzes eines solchen Elektromagneten den Vorteil, dass dadurch das Stellteil besonders schnell verstellbar und somit das
Verdichtungsverhältnis besonders schnell und bedarfsgerecht an sich ändernde
Betriebspunkte bzw. an aktuelle vorliegenden Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine anpassbar ist.
Die Erfassung der Stellung des Stellteils ermöglicht dabei die Überprüfung, ob das gewünschte Verdichtungsverhältnis auch tatsächlich eingestellt ist. Ist dies nicht der Fall so kann gegebenenfalls nachgesteuert oder nachgeregelt werden und zwar solange bis das gewünschte Verdichtungsverhältnis auch tatsächlich eingestellt ist und das Stellteil die dazu nötige Stellung einnimmt. Dadurch können das Einnehmen der nötigen Stellung durch das Stellteil negativ beeinflussende Faktoren, wie beispielsweise Ablagerung infolge von Verschleiß oder dergleichen, kompensiert werden. Dazu wird beispielsweise das die Stellung charakterisierende Signal mit einem oder mehreren beispielsweise in einer Regelungs- oder Steuerungseinrichtung der Hubkolbenmaschine hinterlegtem Kennwert verglichen und auf eine Abweichung oder auf ein Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts durch eine solche Abweichung überprüft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Erfassungseinrichtung zumindest ein Geberteil, insbesondere einen Magneten und insbesondere einen
Permanentmagneten, sowie ein dazu korrespondierendes Erfassungsteil, insbesondere eine Erfassungsplatte, wobei das Geberteil beispielsweise an dem Stellteil und das Erfassungsteil an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine, zu welchem das Stellteil und die Führung gemeinsam relativ um eine Schwenkachse schwenkbar sind, angeordnet sind. Ebenso möglich ist, dass das Erfassungsteil an dem Stellteil und das Geberteil an dem Gehäuse angeordnet sind. Mit anderen Worten bewegen sich bei einem Betrieb der Hubkolbenmaschine das Erfassungsteil und das Geberteil relativ zueinander, da die Stelleinrichtung und damit das Stellteil bei dem Betrieb der Hubkolbenmaschine
Bewegungen ausführt und sich beispielsweise mit einem an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine gelagerten Querhebel und sich relativ zu dem Gehäuse, insbesondere einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine und/oder einem die Stelleinrichtung umgebenden Gehäuse, bewegt. Dies ermöglicht eine besonders präzise Erfassung der Stellung des Stellteils und in der Folge eine besonders präzise und bedarfsgerecht Einstellung des Verdichtungsverhältnis, was zu einem effizienten, emissions- und energieverbraucharmen Betrieb der Hubkolbenmaschine führt.
Umfasst die Erfassungseinrichtung einen Hall-Sensor, welchem das Erfassungsteil und Geberteil zugeordnet sind, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch die Stellung besonders präzise und besonders robust erfassbar und in der Folge das Verdichtungsverhältnis besonders präzise zu ermitteln und einzustellen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Erfassungsteil und/oder das Geberteil gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse konvex - ausgebildet. Dies vermeidet oder reduziert zumindest eine negative Beeinträchtigung der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses infolge eines etwaigen Winkelfehlers durch das relative Bewegen, insbesondere das relative Schwenken, des Erfassungsteils und des Geberteil zueinander. Dies kommt der präzisen Erfassung der Stellung und damit der besonders präzisen Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses besonders zugute. Eine besonders präzise Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses ist dann möglich, wenn die Krümmung des Geberteils und/oder des Erfassungsteils der Schwenkbewegung entspricht, wobei beispielsweise der Mittelpunkt der Krümmung auf der Schwenkachse liegt. Dadurch kommt es nicht oder nur in sehr geringem Maße zu Winkelfehlern bei der Relativbewegung des Erfassungsteils und des Geberteils zueinander, woraus eine sehr genaue Erfassung der Stellung des Stellteils resultiert.
Besonders vorteilhaft ist ein Magnetfeld des Geberteils gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse konvex, ausgebildet, wobei bevorzugt der Mittelpunkt der Krümmung auf der Schwenkachse liegt und somit die Krümmung der Relativbewegung, insbesondere dem relativen Schwenken, des Geberteils und des Erfassungsteils zueinander entspricht. Dadurch kann die Stellung des Stellteils sehr präzise und in der Folge das Verdichtungsverhältnis sehr genau ermittelt werden, so dass durch eine Nutzung des ermittelten Verdichtungsverhältnisses zur Einstellung eines gewünschten Verdichtungsverhältnisses dieses sehr genau und bedarfsgerecht mittels der
Stelleinrichtung eingestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung einen optische
Erfassungseinrichtung, welche eine Reflektionsteil, insbesondere eine Reflektionsplatte, umfasst. Das Geberteil der optischen Erfassungseinrichtung sendet Strahlen aus, die durch das Reflektionsteil reflektiert und durch das Erfassungsteil erfasst werden.
Beispielsweise in Abhängigkeit von dem Zeitraum zwischen dem Aussenden der Strahlen und dem Erfassen der durch das Reflektionsteil reflektierten Strahlen durch das
Erfassungsteil kann die Stellung des Stellteils besonders schnell und präzise erfasst und infolge dessen das Verdichtungsverhältnis sehr genau und ebenso schnell ermittelt werden. Dies ist insbesondere insofern vorteilhaft, als dadurch auch bei sich schnell ändernden Betriebspunkten der Hubkolbenmaschine und dementsprechend schnell einzustellenden und schnell zu ändernden Verdichtungsverhältnissen dieselbigen besonders schnell zu ermitteln und besonders schnell einzustellen sind. Analog zu dem Erfassungsteil bzw. dem Geberteil ist das Reflektionsteil beispielsweise an dem Stellteil oder an dem Gehäuse angeordnet, an welchem sich das Stellteil bzw. die Stelleinrichtung zumindest während des Betriebs der Hubkolbenmaschine bewegt.
Wird das Signal mit einer Drehstellung der Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine, welche auch als Gradkurbelwelle ([°KW]) bezeichnet wird, synchronsiert und somit die Stellung bzw. das die Stellung charakterisierende Signal in Bezug zu dem Gradkurbelwinkel gesetzt, so ist dadurch das Verdichtungsverhältnis besonders genau zu ermitteln, da der erfassten Stellung des Stellteils eindeutig ein Verdichtungsverhältnis zuzuordnen ist und etwaige Mehrdeutigkeiten vermieden sind. Selbst bei dem gekrümmten Geberteil und/oder dem gekrümmten Erfassungsteil kann es zu einem die Stellung des Stellteils charakterisierenden Signal kommen, welches, wenn auch nur wenig, von der
tatsächlichen Stellung des Stellteils abweicht. Die erfasste Drehstellung
(Gradkurbelwinkel) der Kurbelwelle charakterisiert eine Position auf dem Erfassungsteil bzw. dem Stellteil eindeutig, was es ermöglicht, die genannte Abweichung zu
kompensieren.
Diese Abweichung der erfassten von der tatsächlichen Stellung kann beispielsweise anhand von Versuchen ermittelt und beispielsweise in einem Kennfeld einer Steuerungsoder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine hinterlegt werden und ist somit bekannt, so dass dieser Fehler in Abhängigkeit von der bekannten, weil erfassten, Drehstellung kompensiert und die erfasste Stellung des Stellteils so zumindest im
Wesentlichen an die tatsächliche Stellung angepasst bzw. angeglichen werden kann.
Aus dem Kennfeld wird entsprechend der erfassten Drehstellung beispielsweise ein Korrekturwert ausgelesen, mittels welchem die erfasste Stellung korrigiert wird. Die Erfassung der Stellung des Stellteils ermöglicht es dabei zu überprüfen, ob die Stellung des Stellteils zumindest im Wesentlichen innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt und somit die Stelleinrichtung bzw. das Stellteil eine gewünschte Funktionsfähigkeit aufweist. Liegt die Stellung außerhalb dieses Bereichs, so deutet dies auf eine Fehlfunktion des Stellteils hin, so dass entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten sind, um einen schädigenden Betrieb der Hubkolbenmaschine oder der Stelleinrichtung oder einen Betrieb der Hubkolbenmaschine mit einem unerwünscht hohen Energieverbrauch und unerwünscht hohen Emissionen zu vermeiden. Somit ermöglicht die Erfassung der Stellung des Stellteils insbesondere durch die geschilderte Kompensation in Abhängigkeit von der Drehstellung der Kurbelwelle einerseits eine besonders präzise Erfassung der Stellung und damit eine besonders präzise Einstellung des Verdichtungsverhältnisses und andererseits die Überprüfung der Stelleinrichtung bzw. des Stellteils auf eine gewünschte Funktionsfähigkeit.
Dadurch ist eine Hysteresekompensation realisiert, durch welche eine Abweichung der Stellung des Stellteils bei dessen von der tatsächlichen Stellung kompensiert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft in einem Bereich sogenannter Endanschläge des Stellteils. Bei diesen Bereichen handelt es sich um jeweilige Endbereiche eines Bewegungsbereichs, insbesondere eines Schwenkbereichs, des Stellteils, in welchem sich das Stellteil beim Betrieb der Hubkolbenmaschine bewegt bzw. um die
Schwenkachse hin- und herschwenkt. In diesen Endbereichen können gegebenenfalls besonders große Abweichungen vorliegen. Darüber hinaus ist diese
Hysteresekompensation vorteilhaft, wenn das Stellteil zur Einstellung des maximal oder minimal einstellbaren Verdichtungsverhältnisses seinen maximalen oder minimalen Hub aufweist und maximal eingefahren oder ausgefahren ist. Auch bei einem solchen
Maximal- bzw. Minimalhub können gegebenenfalls relativ große Abweichungen gegeben sein. Diese sind durch die Hysteresekompensation ausgleichbar.
Bevorzugt wird eine analoge Übertragung des die Stellung charakterisierenden Signals insbesondere an eine Steuerung- oder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine durchgeführt, was den Vorteil hat, dass dadurch eine kontinuierliche Signalübertragung mit sehr hohen Abtastraten ermöglicht ist, die der präzisen Erfassung der Stellung und damit der präzisen Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses zugute kommt.
Wie bereits geschildert ist eine besonders präzise Ermittlung der
Verdichtungsverhältnisses und damit eine besonders präzise Einstellung desselbigen ermöglicht, wenn eine Abweichung der anhand des Signals ermittelten Stellung des Stellteils von einer in einem Kennfeld in einer Tabelle oder dergleichen vorgegebenen Soll-Stellung korrigiert und die anhand des Signals ermittelte Stellung zumindest im Wesentlichen an die Ist-Stellung angepasst wird. Diese Korrektur und Anpassung kann insbesondere dadurch sehr genau durchgeführt werden, wenn die Abweichung in Abhängigkeit von einer Erzeugung des Signals durch die Erfassungseinrichtung und/oder von einer Dauer einer Übertragung des Signals zu der Steuerung- oder
Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine und/oder von einer Dauer einer
Signalaufbereitung des Signals und/oder von einer Berechnungsleistung der Steuerungoder Regelungseinrichtung der Hubkolbenmaschine korrigiert und angepasst wird.
Mögliche, das Signal bzw. dessen Erzeugung und Erfassung negativ beeinträchtigende Störungen können durch eine modellbasierte Filterung kompensiert werden. Eine solche modellbasierte Filterung stellt sicher, dass keine surrealen Dynamiken der
Hubkolbenmaschine bzw. der Stelleinrichtung als aktuelle, die Hubkolbenmaschine bzw. die Stelleinrichtung charakterisierende Größen berücksichtigt werden und so
gegebenenfalls die Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses negativ beeinträchtigen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten 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:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Kurbeltriebs für eine Hubkolbenmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern und den Zylindern zugeordneten Kolben, wobei mittels des Kurbeltriebs jeweilige Verdichtungsverhältnisse der Zylinder zylinderindividuell unabhängig voneinander einstellbar sind;
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Kurbeltriebs gemäß
Fig. 1 mit einer Prinzipskizze zur Erfassung einer Stellung eines
Steuerkolbens einer Stelleinrichtung zur Einstellung des
Verdichtungsverhältnisses, wobei anhand der erfassten Stellung des Steuerkolbens das eingestellte Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders ermittelt wird;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Kurbeltriebs gemäß den vorhergehenden Figuren mit einer bipolaren Geberplatte einer Erfassungseinrichtung der Stelleinrichtung, welche ebenso wie ihr Magnetfeld gekrümmt ausgebildet ist;
Fig. 4 eine schematische Ansicht der gekrümmten Geberplatte sowie deren gekrümmten Magnetfelds gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Verlaufs des gekrümmten Magnetfelds der Geberplatte gemäß Fig. 3 bei einer Bewegung der Stelleinrichtung sowie eine schematische Ansicht eines demgegenüber geraden
Magnetfelds einer solchen Bewegung der Stelleinrichtung; und Fig. 6 eine Prinzipdarstellung zur Kompensation einer Abweichung einer von der
Geberplatte gemäß Fig. 3 erfassten Stellung der Stelleinrichtung von einer Ist-Stellung der Stelleinrichtung.
Die Fig. 1 zeigt einen Kurbeltrieb 10 für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftwagens, wobei die Hubkolbenmaschine eine Mehrzahl von Zylindern umfasst. Der Übersicht wegen wird anhand der Fig. 1 der Kurbeltrieb 10 in Bezug auf einen dieser, zu dem Kurbeltrieb 10 korrespondierenden Zylinder der Hubkolbenmaschine beschrieben. Es versteht sich, dass das zu dem Kurbeltrieb 10 und dem Zylinder Geschilderte analog auf die anderen, insbesondere alle anderen, Zylinder der Hubkolbenmaschine zutrifft.
Der Kurbeltrieb 10 umfasst eine Kurbelwelle 12, welche Hauptlagerstellen aufweist, über welche die Kurbelwelle 12 in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine gelagert ist. Des Weiteren weist die Kurbelwelle 12 Kurbelwangen auf, von welchen eine solche Kurbelwange 14 in der Fig. 1 dargestellt ist. Darüber hinaus weist die Kurbelwelle 12 Hubzapfen auf, von welchen ein Hubzapfen 16 in der Fig. 1 dargestellt ist. Der Hubzapfen 6 korrespondiert dabei zu einem Zylinder der Hubkolbenmaschine. In gleicher Weise korrespondierenden auch die anderen Hubzapfen jeweils zu einem Zylinder der
Hubkolbenmaschine.
Ferner umfasst der Kurbelbetrieb 10 einen Querhebel 18, welcher ein erstes
Hebelelement 20 sowie ein zweites Hebelelement 22 umfasst, die miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschraubt, sind. Der Querhebel 18 ist dabei an dem Hubzapfen 16 relativ zu diesem um eine Drehachse 25 drehbar gelagert und führt Hubbewegungen bei einer Rotation der Kurbelwelle 12, beispielsweise während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine, mit aus.
Der Querhebel 18 weist eine erste Lagerstelle 24 auf, an welcher ein Pleuel 26 des Kurbeltriebs 10 gelenkig gelagert ist. Dabei kann sich das Pleuel 26 um eine Drehachse 28 drehen. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist die Drehachse 28 von der Drehachse 25 in radialer Richtung des Hubzapfens 16 um einen ersten Hebelarm l^ beabstandet.
Der Kurbeltrieb 10 umfasst ebenso einen Kolben 30, welcher zu dem Zylinder, zu welchem der Hubzapfen 16 korrespondiert, korrespondiert und in welchem der Kolben 30 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Kolben 30 ist mit dem Pleuel 26 über eine weitere Lagerstelle 32 gelenkig verbunden. Befestigt ist der Kolben 30 an dem Pleuel 26 über einen Kolbenbolzen, der in dem Kolben 30 durch einen entsprechenden
Sicherungsring in axialer Richtung des Kolbenbolzens gesichert ist. Wird der Kolben 30 infolge von Verbrennungsvorgängen in dem Zylinder translatorisch bewegt, so wird diese translatorische Bewegung über das Pleuel 26, den Querhebel 18 sowie den Hubzapfen 16 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 12 umgewandelt.
Der Querhebel 18 weist eine weitere Lagerstelle 34 auf, an welcher ein Steuerkolben 36 einer Stelleinrichtung 38 der Hubkolbenmaschine gelenkig gelagert und mit dem
Querhebel 18 verbunden ist. Dabei kann sich der Steuerkolben 36 um eine Drehachse 40 der Lagerstelle 34 drehen. Die Drehachse 40 ist um einen weiteren Hebel h2 in radialer Richtung des Hubzapfens 16 von der Drehachse 25 beabstandet. Es ist erkennbar, dass sich die Hebel und h2 betragsmäßig voneinander unterscheiden. Der Hebel h2 ist größer als der Hebel hi. Ebenso möglich ist, dass die Hebel und h2 betragsmäßig gleich sind, oder das der Hebel größer ist als der Hebel h2. Zusätzlich zum
Steuerkolben 36 umfasst die Stelleinrichtung 38 ein Gehäuse 41 , durch welches ein Zylinder gebildet ist. In dem Zylinder ist der Steuerkolben 36 translatorisch bewegbar geführt gehalten. Durch Zufuhr oder Abfuhr eines Arbeitsmediums in den Zylinder, beispielsweise Druckluft, Hydraulikflüssigkeit oder dergleichen, kann der Steuerkolben 36 translatorisch gemäß einem Richtungspfeil 43 bewegt und bzgl. des Gehäuses 41 gemäß einem Richtungspfeil 44 ausgefahren oder gemäß einem Richtungspfeil 46 eingefahren werden. Im Gegensatz zu solch einer aktiven Einstellung ist auch eine passive
Einstellung möglich, bei welcher der Steuerkolben 36 bewegt wird infolge von Gas- und Massenkräften der Hubkolbenmaschine, die über den Kolben 30 auf den Steuerkolben 36 wirken. Der Steuerkolben 36 wird durch das Arbeitsmedium und Ventileinrichtungen, beispielsweise Rückschlagventile, welche über anderweitige Steuerventile, beispielsweise einen Steuerschieber mit Steuerkanten, welche Leitungen für das Arbeitsmedium freigeben oder versperren, geschaltet werden, in einer gewünschten Bewegungsrichtung freigegeben und in der gewünschten Bewegungsrichtung entgegengesetzten
Bewegungsrichtung blockiert bzw. ganz festgehalten. Es handelt sich dabei um eine Art hydraulischen Freilauf. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis eingestellt werden kann ohne und nur mit einem sehr geringen zusätzlichen Energieaufwand. Ebenso möglich ist, den Steuerkolben 36 mittels eines Elektromagneten zu betätigen.
Rotiert die Kurbelwelle 12, so bewegt sich der Hubzapfen16 auf und ab, was auch zu einer Bewegung des Querhebels 18 führt. Auch die Stelleinrichtung 38 bewegt sich mit, indem das Gehäuse 41 um eine Schwenkachse 42 schwenkbar an einem die Stelleinrichtung 38 umgebenden Gehäuse, beispielsweise an einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine, gelagert ist.
Wird der Steuerkolben 36 gemäß dem Richtungspfeil 43 translatorisch bewegt, so führt dies zu einer Drehung des Querhebels 18 relativ zu dem Hubzapfen 16 gemäß einem Richtungspfeil 48, wodurch das Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders eingestellt werden kann. Dabei wirkt die Verstellung des Steuerkolbens 36 über das Verhältnis der Hebel hi und h2 im gleichen Maße, verstärkt oder reduziert. Mit anderen Worten führt die Verstellung des Steuerkolbens 36 zu einer Einstellung bzw. Verstellung des oberen Totpunkts des Kolbens 30 im Zylinder und damit zu einer Verstellung bzw. Einstellung des Kompressionsvolumens vc des entsprechenden Zylinders. Die Verstellung des Steuerkolbens 36 wirkt sich auch auf den Hub und damit das Hubvolumen vH des Kolbens 30 aus. Das Hubvolumen vH reduziert sich bei steigendem
Verdichtungsverhältnis, was im Sinne des Downsizing-Konzepts erwünscht ist. Daraus resultiert ein entsprechendes Verdichtungsverhältnis, welches auch als ε bezeichnet wird:
Wie bereits angedeutet, ist vorteilhafterweise jedem der Zylinder der Hubkolbenmaschine eine derartige Stelleinrichtung 38 zugeordnet, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis des entsprechenden Zylinders unabhängig von den anderen Zylindern eingestellt werden kann. Diese zylinderindividuelle Einstellung der entsprechenden Verdichtungsverhältnisse ermöglicht eine sehr präzise und äußerst bedarfsgerechte Anpassung der
Hubkolbenmaschine an vorliegende Betriebspunkte, so dass die Hubkolbenmaschine sehr effizient, emissions- und energieverbrauchsarm, insbesondere
kraftstoffverbrauchsarm, betrieben werden kann.
Zur präzisen und bedarfsgerechten Einstellung des Verdichtungsverhältnisses ist es dabei wünschenswert, das eingestellte Verdichtungsverhältnis zu ermitteln und
gegebenenfalls zu überprüfen. Dies ist beispielsweise möglich, in dem die Stellung des Steuerkolbens 36 relativ zu einem Bezugspunkt und/oder den bei der Bewegung des Steuerkolbens 36 zurückgelegten Weg, also den Hub des Steuerkolbens 36, zu erfassen, und davon ausgehend unter anderem auch in Abhängigkeit von den Hebeln n und h2, dem Pleuel 26 etc. auf das eingestellte Verdichtungsverhältnis rückzuschließen bzw. dieses zu ermitteln. Ein die Stellung bzw. den Hub des Steuerkolbens 36
charakterisierendes Signal kann dann zur Steuerung oder Regelung des
Verdichtungsverhältnisses genutzt werden, um dieses variabel, kontinuierlich oder stufenweise einzustellen. Dies ist anhand der Prinzipskizze in der Fig. 2 dargestellt. Ein in der Fig. 2 schematisch dargestellter Sensor 50 erfasst die Stellung des Steuerkolbens 36 bzw. einer
Steuerstange dieses relativ zu einem Bezugspunkt und/oder den Hub des Steuerkolbens 36 bzw. ein die Stellung und/oder den Hub charakterisierendes Signal. Dieses Signal wird gemäß einem Richtungspfeil 52 an eine Positionsregelung 54 einer Regelungseinrichtung 56 übermittelt, wobei die Regelungseinrichtung 56 beispielsweise als Steuergerät der Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Die Regelungseinrichtung 56 umfasst weiterhin eine Verbrennungsregelung 58, mittels welcher die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern der Hubkolbenmaschine gesteuert bzw. geregelt werden. Dazu berücksichtig die
Verbrennungsregelung 58 unter anderem eine Rückmeldung 60 des eingestellten Ist- Verdichtungsverhältnisses, welches durch die Positionsregelung 54 anhand des vom Sensor 50 erfassten Signals und damit anhand der Stellung des Steuerkolbens 36 ermittelt wird. Zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses und zur Anpassung desselbigen an einen Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine übermittelt die
Verbrennungsregelung 58 eine Vorgabe 62 eines Soll-Verdichtungsverhältnisses an die Positionsregelung 54, die das Soll-Verdichtungsverhältnis in eine einzustellende Stellung des Steuerkolbens 36 überführt. Dazu berücksichtigt die Positionsregelung 54 auch etwaige, anderweitige Systemgrößen 64 des Kurbelgetriebes 10 und der
Hubkolbenmaschine.
Die ermittelte Stellung zur Einstellung des gewünschten Verdichtungsverhältnis bzw. ein die Stellung des Steuerkolbens 36 charakterisierendes Signal wird an eine Ansteuerung 65 für die Steuereinrichtung 38 übermittelt, welche entsprechende Steuersignale an einen Aktor 66 übermittelt, mittels welchem der Steuerkolben 36 bewegt und damit das
Verdichtungsverhältnis eingestellt wird.
Die Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, die Stellung des Steuerkolbens 36 zu erfassen, um in Abhängigkeit von dieser Stellung das eingestellte Verdichtungsverhältnis präzise zu ermitteln und in der Folge präzise einzustellen. Dazu umfasst der Sensor 50 eine bipolare Geberplatte 70, welche in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist und ein Magnetfeld 72 aufweist. Die Geberplatte 70 ist wie ihr Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet, wobei der Mittelpunkt der Krümmung auf der Schwenkachse 42 liegt. Dies bewirkt, dass die Krümmung der Geberplatte 70 und des Magnetfelds 72 der Schwenkbewegung des Steuerkolbens 36 entspricht, die der Steuerkolben 36 während des Betriebs der
Hubkolbenmaschine beim Schwenken um die Schwenkachse 42 gemäß einem
Richtungspfeil 68 ausführt. Die Bezeichnung„Nord" in der Fig. 4 bezeichnet dabei den Nordpol des Magnetfelds 72, während die Bezeichnung„Süd" in der Fig. 4 in den Südpol des Magnetfelds 72 bezeichnet. Eine gekrümmte Linie 74 deutet eine Grenze zwischen dem Nordpol und dem Südpol an und verdeutlicht, dass das Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet ist. Eine weitere Linie 76 in der Fig. 4 deutet eine gedachte Grenze eines nicht gekrümmt sondern geraden Magnetfelds der Geberplatte 70 an. Ebenso ist ein Erfassungsteil 78 des Sensors 50 in der Fig. 4 dargestellt, mittels welchem das Magnetfeld 72 zur Erfassung der Stellung des Steuerkolbens 36 zu Erfassen ist.
Der Sensor 50 erfasst anhand der Ausrichtung des Magnetfelds 72 über das
Erfassungsteil 78 die aktuelle Stellung bzw. den aktuellen Hub des Steuerkolbens 36 zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses, also wie weit der Steuerkolben 36 aus dem Gehäuse 41 ausgefahren oder eingefahren ist. Diese Stellung charakterisiert das
Verdichtungsverhältnis. Wird ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis beibehalten, so bleibt auch die translatorische Stellung gemäß dem Richtungspfeil 43 des Steuerkolbens 36 konstant. Nichtsdestotrotz bewegt sich der Steuerkolben 36 während des Betriebs der Hubkolbenmaschine rotatorisch, indem der Steuerkolben 36 um die Schwenkachse 42 gemäß dem Richtungspfeil 68 schwenkt und dadurch eine Schwingbewegung ausführt.
Zur präzisen Erfassung der translatorischen Stellung des Steuerkolbens 36 auch während dieser Schwingbewegung ist die Geberplatte 70 und dessen Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet und weist eine entsprechend große Erstreckung in Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 36 zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses gemäß dem
Richtungspfeil 43 auf. Dadurch ist gewährleistet, dass das Erfassungsteil 78 stets zumindest bereichsweise, insbesondere überwiegend und insbesondere komplett, in Überdeckung mit der Geberplatte 70 ist. Die bogenförmige Ausbildung der Geberplatte 70 sowie des Magnetfelds 72 vermeidet oder reduziert zumindest einen Winkelfehler, welcher bei einem geraden Magnetfeld ungleich größer oder überhaupt gegeben wird.
Dies ist in der Fig. 5 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm 78, auf dessen Abszisse 80 die Zeit und auf dessen Ordinate 82 eine das Magnetfeld 72 charakterisierende Größe aufgetragen ist. Ein Verlauf 84 in dem Diagramm 78 gibt ein Verhalten einer das
Magnetfeld 72 charakterisierenden Größe über einen in dem Diagramm 78
aufgetragenen Zeitraum an, in welchem sich die Hubkolbenmaschine in Betrieb befindet und dementsprechend der Steuerkolben 36 um die Schwenkachse 42 schwingt. Da das Magnetfeld 72 gekrümmt ausgebildet ist, bleibt die das Magnetfeld 72 charakterisierende Größe konstant. Somit ist anhand der das Magnetfeld 72 charakterisierenden Größe eindeutig das entsprechend eingestellte Verdichtungsverhältnis zu ermitteln. Eine
Veränderung der das Magnetfeld 72 charakterisierenden Größe, wie sie in dem
Diagramm 78 in einem Bereich 86 angedeutet ist, ergibt sich lediglich dadurch, dass der Steuerkolben 36 translatorisch gemäß dem Richtungspfeil 43 bewegt und somit das Verdichtungsverhältnis verändert wird. Das Schwenken bzw. die Schwingbewegung des Steuerkolbens 36 um die Schwenkachse 42 beeinflusst die das Magnetfeld 72
charakterisierende Größe nicht.
Im Gegensatz dazu ist in dem Diagramm 78 auch ein weiterer Verlauf 88 dargestellt, welcher das Verhalten einer das Magnetfeld charakterisierenden Größen wiedergibt, welches im Gegensatz zum Magnetfeld 72 und er Linie 76 entsprechend gerade ausgebildet und beispielsweise durch eine ebenso gerade ausgebildete Geberplatte gebildet ist.
Wie anhand des Verlaufes 88 zu erkennen ist, ergibt sich eine Schwingbewegung, die der Schwingbewegung des Steuerkolbens 36 um die Schwenkachse 42 entspricht und ein nur schwer zu handhabendes und wenig aussagekräftiges Signal zur Erfassung der Stellung des Steuerkolbens 36 zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses darstellt. Der Vergleich der Verläufe 84 und 88 zeigt, dass die Stellung des Steuerkolbens 36 zur Einstellung des Verdichterverhältnisses, also in translatorischer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 43, durch das gebogene Magnetfeld 72 wesentlich präziser und
aussagekräftiger zu erfassen ist.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Stellung des Steuerkolbens 36 besonders präzise und genau zu erfassen, und dadurch das eingestellte Verdichtungsverhältnis besonders genau zu ermitteln. Die Fig. 6 zeigt ein Diagramm 90, in welchem ein Verlauf 92 eines Signals eingetragen ist, das die durch die Geberplatte 70 und das Magnetfeld 72 erfasste Stellung des Steuerkolbens 36 bei einem eingestellten Verdichtungsverhältnis und bei dem Ausführen der Schwing beweg ung um die Schwenkachse 42 gemäß dem Richtungspfeil 68 charakterisiert.
Das die Stellung charakterisierende Signal wird mit einer mittels einer weiteren
Erfassungseinrichtung erfassten Drehstellung, welche als Gradkurbelwinkel bezeichnet wird, der Kurbelwelle 12 der Hubkolbenmaschine synchronisiert, um eine Abweichung der erfassten Stellung des Steuerkolbens 36 von der tatsächlich vorliegenden Stellung zu kompensieren. In der Fig. 6 ist ein Erfassungszeitpunkt 94 eingetragen. Zu dem Erfassungszeitpunkt 94 liegt eine entsprechende Stellung des Steuerkolbens 36 vor, welche durch einen das Magnetfeld 72 charakterisierenden Wert 96 charakterisiert wird. Wie der Fig. 6 zu entnehmen ist, liegt jedoch selbst bei Einsatz der gekrümmten Geberplatte 70 und des gekrümmten Magnetfelds 72 insbesondere in Endbereichen 98 eines Schwenkbereichs des Steuerkolbens 36, in welchem der Steuerkolben 36 beim Betrieb der
Hubkolbenmaschine schwenken kann, eine Abweichung der erfassten Stellung von der tatsächlichen Stellung vor. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Steuerkolben 36 maximal ausgefahren ist, was durch einen Verlauf 100 dargestellt ist oder wenn der Steuerkolben 36 maximal eingefahren ist, was durch einen Verlauf 102 dargestellt ist. Mit anderen Worten stellt der Verlauf 100 eine Laufbahn der Schwingbewegung des
Steuerkolbens 36 bei dessen Maximalhub dar, wenn also der Steuerkolben maximal ausgefahren ist. Der Verlauf 102 stellt mit anderen Worten eine Laufbahn der
Schwingbewegung des Steuerkolbens bei einem Minimalhub dar, wenn also der
Steuerkolben 36 maximal eingefahren ist. Der Verlauf 92 stellt eine Nominalkrümmung des Magnetfelds 72 dar. Die beschriebene Abweichung ist in dem Diagramm 90 durch einen Messfehler 104 charakterisiert.
Eine Kompensation dieser Abweichung bzw. dieses Messfehlers 104 kann anhand eines in der Regelungseinrichtung 56 hinterlegten Kennfelds durchgeführt werden. Da die Drehstellung der Kurbelwelle 12 eine Position auf der Geberplatte 70 eindeutig repräsentiert, kann der Fehler im aktuellen Erfassungszeitpunkt 94 kompensiert werden, da die Messfehler 104 beispielsweise in Versuchen ermittelt wurden und in dem Kennfeld hinterlegt sind. Der maximale Messfehler 104 ist abhängig von der Abweichung zwischen der erfassten Stellung des Steuerkolbens 36 und dem zugeordneten Gradkurbelwinkel. Der Messfehler 104 setzt sich zusammen aus einer Dauer zur Signalerzeugung im Sensor 50, einer Dauer zur Signalübertragung, einer Dauer zur Signalaufbereitung in der Regelungseinrichtung 56 sowie einer Dauer einer Rechenzeit, die die
Regelungseinrichtung 56 für eine Zuweisung des Gradkurbelwinkels zu dem Wert 96 benötigt. Daimler AG
Bezugszeichenliste
10 Kurbeltrieb
12 Kurbelwelle
14 Kurbelwange
16 Hubzapfen
18 Querhebel
20 Hebelelement
22 Hebelelement
24 Lagerstelle
25 Drehachse
26 Pleuel
28 Drehachse
30 Kolben
32 Lagerstelle
34 Lagerstelle
36 Steuerkolben
38 Stelleinrichtung
40 Drehachse
41 Gehäuse
42 Schwenkachse
43 Richtungspfeil
44 Richtungspfeil
46 Richtungspfeil
48 Richtungspfeil
50 Sensor
52 Richtungspfeil
54 Positionsregelung
56 Regelungseinrichtung
58 Verbrennungsregelung
60 Rückmeldung 62 Vorgabe
64 Systemgrößen
65 Ansteuerung
66 Aktor
68 Richtungspfeil
70 Geberplatte
72 Magnetfeld
74 Linie
76 Linie
78 Diagramm
80 Abszisse
82 Ordinate
84 Verlauf
86 Bereich
88 Verlauf
90 Diagramm
92 Verlauf
94 Erfassungszeitpunkt
96 Wert
98 Bereich
100 Verlauf
102 Verlauf
104 Messfehler hi Hebel
h2 Hebel

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben (30) translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden
Stelleinrichtung (38) eingestellt wird, wobei ein an einer Führung (41 ) der
Stelleinrichtung (38) bewegbar gehaltenes Stellteil (36), insbesondere ein
Steuerkolben (36), zwischen zumindest zwei Stellungen bewegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das eingestellte Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von zumindest einem, mittels wenigstens einer Erfassungseinrichtung (50) erfassten und zumindest eine der Stellungen charakterisierenden Signal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erfassungseinrichtung (50) zumindest ein Geberteil (70), insbesondere einen Magneten (70), und ein dazu korrespondierendes Erfassungsteil (78), insbesondere eine Erfassungsplatte (78), umfasst, wobei das Geberteil (70) an dem Stellteil 36) und das Erfassungsteil (78) an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine, zu welchem das Stellteil (36) und die Führung (41 ) gemeinsam relativ um eine
Schwenkachse (42) schwenkbar, sind, angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erfassungseinrichtung (38) zumindest ein Geberteil (70), insbesondere einen Magneten (70), und ein dazu korrespondierendes Erfassungsteil (78), insbesondere eine Erfassungsplatte (78), umfasst, wobei das Geberteil (70) an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine, zu welchem das Stellteil (36) und die Führung (41 ) gemeinsam relativ um eine Schwenkachse (42) schwenkbar sind, und das
Erfassungsteil (78) an dem Stellteil (36) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erfassungsteil (78) und/oder das Geberteil (70) gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse (42) konvex, ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Magnetfeld (72) des Geberteils (70) gekrümmt, insbesondere bezüglich der Schwenkachse (42) konvex, ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erfassungseinrichtung (50) ein Hall-Sensor oder eine optische
Erfassungseinrichtung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Signal mit einer Drehstellung einer Kurbelwelle (12) der Hubkolbenmaschine synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine analoge oder eine digitale Übertragung des Signals an eine
Steuerungseinrichtung (56) der Hubkolbenmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Abweichung der anhand des Signals ermittelten Stellung des Stellteils (36) von einer in einem Kennfeld, einer Tabelle oder dergleichen vorgegebenen Ist-Stellung korrigiert und die anhand des Signals ermittelte Stellung zumindest im
Wesentlichen an die Ist-Stellung angepasst wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abweichung in Abhängigkeit von einer Erzeugung des Signals durch die Erfassungseinrichtung (50) und/oder von einer Dauer einer Übertragung des Signals zu einer Steuerungseinrichtung (56) der Hubkolbenmaschine und/oder von einer Dauer einer Signalaufbereitung des Signals und/oder von einer
Berechnungsleistung einer Steuerungseinrichtung (56) der Hubkolbenmaschine korrigiert wird.
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