WO2012013263A1 - Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2012013263A1
WO2012013263A1 PCT/EP2011/002891 EP2011002891W WO2012013263A1 WO 2012013263 A1 WO2012013263 A1 WO 2012013263A1 EP 2011002891 W EP2011002891 W EP 2011002891W WO 2012013263 A1 WO2012013263 A1 WO 2012013263A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compression ratio
adjusting device
cylinder
engine
reciprocating engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/002891
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Wodischek
Simone NOWAK
Bernd-Heinrich Schmitfranz
Tilmann RÖMHELD
Michael Wagenplast
Dieter Nowak
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2012013263A1 publication Critical patent/WO2012013263A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D2041/227—Limping Home, i.e. taking specific engine control measures at abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a reciprocating piston engine
  • DE 199 55 250 A1 discloses a method for monitoring the function of a
  • a change in the engine operating parameter is an indication of a correct function of the device for the variable adjustment of the cylinder compression.
  • one or more criteria for a difficult starting the machine are checked. If at least one criterion for a difficult starting is met, then the cylinder compression in at least one cylinder is reduced to a predetermined minimum value until the engine speed has been increased to a defined threshold, in which case the cylinder compression is increased.
  • EP 1 431 559 A2 shows an air intake control device for an engine having a mechanism for variably adjusting an amount of intake air which variably controls an amount of fresh air flowing into the engine, as well as one A variable compression ratio setting mechanism which variably controls a compression ratio of the engine. Sensors record operating conditions of the engine as well as the compression ratio. Further, a control device is provided, which is designed with the sensors, the mechanism for variably adjusting the amount of intake air and with the mechanism for variable
  • Adjustment of the compression ratio to be connected to control the mechanism for the variable adjustment of the amount of intake air based on the compression ratio and on the operating conditions of the engine.
  • 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
  • the Machine operating conditions and with a compression ratio measuring device for determining the current compression ratio.
  • the device contains a
  • Compression ratio measuring device and a protective device for changing and maintaining the compression ratio at the lower level, when the
  • Compression ratio measuring device detects.
  • map-controlled, variable compression ratio which at least one
  • Load detection, a load request detection and an actuator for adjusting the compression ratio comprises. Further, a motor controller is provided, which is in communication with a time signal generator, wherein the engine control for the
  • Determining the variable compression ratio to be set in an area of the internal combustion engine has signal lines for detecting at least part of the engine load.
  • the internal combustion engine further comprises a in the
  • Adjusting device is set, wherein the adjusting device is checked by means of at least one detection device to a predetermined functionality of the adjusting device, characterized in that the adjusting device of a
  • NormalbetnebsTalk is switched to a fault mode when based on the verification of a deviation of a detected in particular by means of the detection device actual functionality of the actuating device of the predetermined
  • This switching to the error mode represents a basic functionality of
  • the reciprocating piston engine preferably has a plurality, that is to say at least two, cylinders with respective pistons received therein, wherein each of the cylinders is assigned at least one adjusting device by means of which the
  • Compression ratio of the respective cylinder variable, controlled or regulated is adjustable stepwise or continuously.
  • the respective compression ratios of the cylinders are cylinder-individually adjustable and thus particularly advantageous adaptable to a currently present operating point of the reciprocating engine.
  • the cylinder-specific adjustment of the compression ratios of the cylinders means that each of the compression ratios can be adjusted independently of the other compression ratios by means of the corresponding adjusting device and adapted to the operating point.
  • each compression ratio can be set individually at the operating point, optionally as a function of a present cycle of the cylinder or the piston, the internal combustion engine has a particularly efficient, low-emission and low-energy consumption, in particular fuel consumption, operation. It should be noted that it is nonetheless readily possible to set the respective compression ratios of the cylinders so that they have at least approximately the same values and thus the reciprocating engine is operated with a single, global compression ratio.
  • Compression ratios allows the switching of the corresponding actuator of one of the cylinders from the normal operating state to the error operating state that only this actuator can be switched to the error operating state, while the other actuators of the other cylinders in the respective
  • the reciprocating engine is designed, for example, as an internal combustion engine, in which combustion processes take place in the cylinder or in the cylinders during operation. It is equally possible that the reciprocating engine as otherwise
  • Reciprocating piston engine for example as a reciprocating compressor for compressing a medium, in particular air, is formed.
  • Normal operating state is switched to the error operating state, if based on the comparison, a deviation of the actual and the target compression ratio is determined.
  • This allows the direct detection of whether the behavior of the actuator in a desired manner or in an undesirable manner on the compression ratio of the cylinder and thus the adaptation of the compression ratio at the operating point of the reciprocating engine is possible in the desired manner. If this is not the case, then deviates the set actual compression ratio of the desired target compression ratio, this indicates a malfunction of the actuator out.
  • Perform downstream correction operations for example in the form of a Nachregelns or a Nachberichtns the adjusting device not
  • the actual ratio or a signal characterizing the actual compression ratio is determined, for example, such that a position of the adjusting device or of a component of the adjusting device relative to a reference point by means of another or the
  • Detection device is detected.
  • Compression ratio is moved and which is during operation of the Reciprocating piston engine, for example, when rotating the crankshaft of the reciprocating engine, moves and pivotable about a pivot axis on a housing, in particular on a crankcase, the Hubkolbenmasehine is stored, is
  • control piston with a control rod and with a fixedly connected to the control rod piston, wherein the control piston is at least partially accommodated translationally displaceable in a cylinder formed by a housing of the adjusting device.
  • the compression ratio for example, the position of the movable relative to the housing control piston relative to the housing of the adjusting device, relative to the housing of the reciprocating engine or relative to another component of a crank mechanism of the reciprocating engine by means of
  • Detected detection device The position is then compared, for example, with a stored desired position. This allows the direct verification of the functionality of the actuator to the predetermined functionality, which ensures the performance of the actuator.
  • Compression ratio can also be performed otherwise, for example, when the actuator of the cylinder has failed completely.
  • an energy store in particular a
  • the power supply only zuzuogen only once or only once to turn off or only once and turn off once.
  • Embodiment provided that in the error operating state, a supply of the adjusting device with a working medium, in particular with a liquid or gaseous working medium and in particular with a hydraulic fluid,
  • Another advantage is that leakage of the medium, for example, as a result of leakage into the environment and an undesirably increased consumption of the working medium is prevented.
  • the adjusting device in particular the set actual compression ratio, depending on a combustion air ratio of the reciprocating engine and / or at least one, prevailing in a suction of the reciprocating engine pressure and / or of a pressure prevailing in the cylinder and / checked or detected by at least one temperature of the reciprocating engine and / or by a smooth running of the reciprocating engine.
  • the first, second or further time derivative of the signal characterizing the actual compression ratio is compared with the first, second or further time derivative of the signal characterizing the target compression ratio. If the signals deviate from one another and / or if any deviation lies above or below a predetermined threshold value, this indicates an undesired one
  • the adjusting device is checked as a function of at least one size of a model simulating at least one physical property of the reciprocating piston engine and in particular the adjusting device. This increases the plausibility and validity of checking the actuator on the
  • predetermined functionality by a further and avoids or at least reduces the likelihood of the actuator even when the given
  • Fig. 1 ausschriittrise a schematic side view of a crank mechanism for a
  • 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 control piston of an adjusting device for adjusting the compression ratio, wherein based on the detected position of the control piston, the set compression ratio of the corresponding cylinder is determined.
  • 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 16 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.
  • 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 26 via a piston pin, which 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.
  • the levers hi and h 2 differ in terms of amount.
  • the lever h 2 is greater than the lever h ⁇
  • the lever h- ⁇ and h 2 are equal in magnitude, or the lever hi 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 Adjustment possible, in which the 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
  • 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
  • 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 lever n 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
  • Compression ratio which is desirable in terms of the downsizing concept. This results in a corresponding compression ratio, which is also referred to as ⁇ .
  • 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 Reciprocating engine to present operating points, so that the reciprocating engine very efficient, low emissions and energy consumption, in particular
  • Compression ratio can be used to adjust this variable, continuously or stepwise.
  • 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.
  • Occurs for example, as a result of wear a malfunction of the actuator 38 and can not be adjusted by means of the adjusting device 38, a desired target compression ratio of the cylinder by means of the actuator 38, it is desirable at least a certain basic functionality of the actuator 38 and thus the
  • Reciprocating engine to move the car by means of the operable reciprocating engine in a workshop to have the actuator 38 repaired if necessary.
  • Actuator 38 advantageously from a normal operating state in one
  • Compression ratio is set and, for example, a hydraulic supply of the adjusting device 38 is switched off to actuate the control piston 36.
  • an operation of the reciprocating engine is avoided with an undesirably high energy consumption and undesirably high emissions.
  • Error operating state can be switched and / or a user of the motor vehicle is informed that there is a malfunction.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

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 die Stelleinrichtung (38) mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung (50) auf eine vorgegebene Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung (38) überprüft wird, wobei die Stelleinrichtung (38) von einem Normalbetriebszustand in einen Fehlerbetnebszustand geschaltet wird, wenn anhand des Überprüfens eine Abweichung einer erfassten Ist-Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung (38) von der vorgegeben Funktionsfähigkeit ermittelt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine,
insbesondere für einen Kraftwagen, 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. Vor und nach einer Ansteuerung der Vorrichtung zur Veränderung der Zylinderverdichtung wird ein Motorbetriebsparameter, der auf eine Veränderung der Zylinderverdichtung reagiert, ermittelt, wobei beide Werte des Motorbetriebsparameters miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob eine Veränderung des
Motorbetriebsparameters eingetreten ist. Eine Veränderung des Motorbetriebsparameters stellt dabei ein Indiz für eine korrekte Funktion der Vorrichtung zur variablen Einstellung der Zylinderverdichtung dar.
Aus der WO 01/34948 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Zylinderverdichtung während der Startphase einer Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen, welche mit einer Einrichtung zur Änderung des Verdichtungsenddrucks ausgestattet ist. Vor dem
Einschalten eines Starters der Brennkraftmaschine werden ein oder mehrere Kriterien für ein erschwertes Starten der Maschine überprüft. Ist mindestens ein Kriterium für ein erschwertes Starten erfüllt, so wird die Zylinderverdichtung in mindestens einem Zylinder so lange auf einen vorgegebenen Minimalwert reduziert, bis die Motordrehzahl bis zu einer definierte Schwelle hochgefahren worden ist, wobei dann die Zylinderverdichtung erhöht wird.
Die EP 1 431 559 A2 zeigt eine Lufteinlasssteuerungseinrichtung für einen Motor mit einem Mechanismus zur variablen Einstellung einer Menge an Einlassluft, welcher eine Menge an Frischluft variabel steuert, welche in den Motor strömt, sowie mit einem Mechanismus zur variablen Einstellung eines Verdichtungsverhältnisses, welcher ein Verdichtungsverhältnis des Motors variabel steuert. Sensoren erfassen Betriebszustände des Motors sowie das Verdichtungsverhältnis. Ferner ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, mit den Sensoren, dem Mechanismus zur variablen Einstellung der Menge an Einlassluft sowie mit dem Mechanismus zur variablen
Einstellung des Verdichtungsverhältnisses verbunden zu sein, um den Mechanismus zur variablen Einstellung der Menge an Einlassluft basierend auf dem Verdichtungsverhältnis sowie auf den Betriebszuständen des Motors zu steuern.
Die DE 38 25 369 C1 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, und mit einer Verdichtungsverhältnismesseinrichtung zum Bestimmen des aktuellen Verdichtungsverhältnisses. Die Einrichtung enthält eine
Sensorfehlererkenneinrichtung zum Feststellen einer Fehlfunktion der
Verdichtungsverhältnismesseinrichtung und eine Schutzeinrichtung zum Ändern und Festhalten des Verdichtungsverhältnisses auf der niedrigeren Stufe, wenn die
Sensorfehlererkenneinrichtung eine Fehlfunktion der
Verdichtungsverhältnismesseinrichtung feststellt.
Die DE 10 2004 031 288 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem
kennfeldgesteuerten, variablen Verdichtungsverhältnis, welche zumindest eine
Lasterkennung, eine Lastanforderungserkennung sowie ein 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. Die Brennkraftmaschine umfasst weiterhin 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 bekannten Hubkolbenmaschinen sowie Verfahren zum Betreiben von
Hubkolbenmaschinen weisen Potential auf, die Funktionserfüllung der
Hubkolbenmaschine zu verbessern. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine bereitzustellen, welches eine verbesserte Funktionserfüllung der Hubkolbenmaschine 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 abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine,
insbesondere für einen Kraftwagen, bei welchem ein Verdichtungsverhältnis zumindest eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, in welchem ein Kolben translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer zu dem Zylinder korrespondierenden
Stelleinrichtung eingestellt wird, wobei die Stelleinrichtung mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung auf eine vorgegebene Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung überprüft wird, zeichnet sich dadurch aus, dass die Stelleinrichtung von einem
Normalbetnebszustand in einen Fehlerbetriebszustand geschaltet wird, wenn anhand des Überprüfens eine Abweichung einer insbesondere mittels der Erfassungseinrichtung erfassten Ist-Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung von der vorgegebenen
Funktionsfähigkeit ermittelt wird.
Dieses Schalten in den Fehlerbetriebszustand stellt eine Grundfunktionalität der
Stelleinrichtung und damit der gesamten Hubkolbenmaschine sicher, durch welche beispielsweise ein für die Stelleinrichtung und/oder für die Hubkolbenmaschine schädigender Betrieb der Stelleinrichtung und/oder ein Betrieb der Hubkolbenmaschine mit unerwünscht hohen Emissionen und mit einem unerwünscht hohen Energieverbrauch vermieden ist. Dies gewährleistet eine sehr hohe Funktionserfüllung sowie eine sehr hohe Funktionserfüllungssicherheit der Stelleinrichtung und damit der Hubkolbenmaschine, da nicht notwendigerweise vorgesehen sein muss, die Stelleinrichtung oder die
Hubkolbenmaschine komplett zu deaktivieren. Vielmehr kann ein Grundbetrieb der Stelleinrichtung und der Hubkolbenmaschine aufrechterhalten werden, sodass beispielsweise ein Nutzer des Kraftwagens diesen, angetrieben durch die
Hubkolbenmaschine, in eine Werkstatt bringen kann, um die Abweichung der Ist- Funktionsfähigkeit von der vorgegebenen Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung und damit eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung beheben zu lassen. Die Hubkolbenmaschine weist bevorzugt eine Mehrzahl, das heißt wenigstens zwei, Zylinder mit jeweiligen, darin aufgenommenen Kolben auf, wobei jedem der Zylinder jeweils zumindest eine Stelleinrichtung zugeordnet ist, mittels welcher das
Verdichtungsverhältnis des jeweiligen Zylinders variabel, gesteuert oder geregelt, stufenweise oder kontinuierlich einstellbar ist. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der Zylinder zylinderindividuell einstellbar und somit besonders vorteilhaft an einen aktuell vorliegenden Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine anpassbar. Die zylinderindividuelle Einstellung der Verdichtungsverhältnisse der Zylinder bedeutet dabei, dass jedes der Verdichtungsverhältnisse für sich unabhängig von den anderen Verdichtungsverhältnissen mittels der entsprechenden Stelleinrichtung eingestellt und an den Betriebspunkt angepasst werden kann.
So ist es möglich, dass die Zylinder voneinander unterschiedliche
Verdichtungsverhältnisse aufweisen und somit die Hubkolbenmaschine mit zumindest zwei voneinander unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen betrieben wird. Dadurch, dass jedes Verdichtungsverhältnis individuell an den Betriebspunkt gegebenenfalls in Abhängigkeit von einem vorliegenden Takt des Zylinders bzw. des Kolbens eingestellt werden kann, weist die Verbrennungskraftmaschine einen besonders effizienten, emissions- und energieverbrauchsarmen, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen, Betrieb auf. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es nichtsdestotrotz ohne Weiteres möglich ist, die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der Zylinder derart einzustellen, dass sie zumindest annähernd gleiche Werte aufweisen und somit die Hubkolbenmaschine mit einem einzigen, globalen Verdichtungsverhältnis betrieben wird.
Insbesondere im Rahmen der zylinderindividuellen Einstellung der
Verdichtungsverhältnisse ermöglicht das Schalten der entsprechenden Stelleinrichtung eines der Zylinder von dem Normalbetriebszustand in den Fehlerbetriebszustand, dass lediglich diese Stelleinrichtung in den Fehlerbetriebszustand geschaltet werden kann, während die anderen Stelleinrichtungen der anderen Zylinder in dem jeweiligen
Normalbetriebszustand weiter betrieben werden können. Dadurch ist weiterhin ein sehr effizienter, emissions- und energieverbrauchsarmer Betrieb der Hubkolbenmaschine sowie die Darstellung eines bestimmten Drehmoments und einer bestimmten Leistung der Hubkolbenmaschine möglich, sodass bezugnehmend auf das zuvor genannte Beispiel der Nutzer des Kraftwagens diesen immer noch komfortabel zur Werkstatt aus eigener Kraft bewegen kann. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt, bei welcher im Betrieb Verbrennungsvorgänge in dem Zylinder bzw. in den Zylindern ablaufen. Ebenso möglich ist es, dass die Hubkolbenmaschine als anderweitige
Hubkolbenmaschine, beispielsweise als Hubkolbenverdichter zur Verdichtung eines Mediums, insbesondere Luft, ausgebildet ist. In jeglicher Ausführungsform gewährleistet das Schalten der Stelleinrichtung von dem Normalbetriebszustand in den
Fehlerbetriebszustand eine hohe Funktionserfüllung sowie eine hohe
Funktionserfüllungssicherheit, sodass die Hubkolbenmaschine zumindest vorübergehend weiterhin effizient betrieben werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mittels der
Erfassungseinrichtung ein ein eingestelltes Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisierendes Signal erfasst und mit einem ein vorgegebenes Soll-Verdichtungsverhältnis
charakterisierenden Signal verglichen, wobei die Stelleinrichtung von dem
Normalbetriebszustand in den Fehlerbetriebszustand geschaltet wird, wenn anhand des Vergleichens eine Abweichung des Ist- von dem Soll-Verdichtungsverhältnis ermittelt wird. Dies ermöglicht die direkte Erfassung, ob sich das Verhalten der Stelleinrichtung in gewünschter Weise oder in ungewünschter Weise auf das Verdichtungsverhältnis des Zylinders auswirkt und somit die Anpassung des Verdichtungsverhältnisses an den Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine auf gewünschte Art und Weise möglich ist. Ist dies nicht der Fall, weicht also das eingestellte Ist-Verdichtungsverhältnis von dem gewünschten Soll-Verdichtungsverhältnis ab, so deutet dies auf eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung hin. Führen auch nachgelagerte Korrekturvorgänge beispielsweise in Form eines Nachregelns oder eines Nachsteuerns der Stelleinrichtung nicht zur
Einstellung des gewünschten Soll-Verdichtungsverhältnisses, so kann zumindest eine Grundfunktionalität der Stelleinrichtung in dem Fehlerbetriebszustand sichergestellt werden, in welchem die Stelleinrichtung und die Hubkolbenmaschine noch betrieben werden können, ohne Schaden davonzutragen und ohne unerwünscht hohe Emissionen auszustoßen und einen unerwünscht hohen Energieverbrauch aufzuweisen.
Das Ist-Verhältnis bzw. ein das Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisierendes Signal wird beispielsweise derart ermittelt, dass eine Stellung der Stelleinrichtung oder eines Bauteils der Stelleinrichtung relativ zu einem Bezugspunkt mittels einer weiteren oder der
Erfassungseinrichtung erfasst wird.
Bei einem solchen Bauteil der Stelleinrichtung, welches zur Einstellung des
Verdichtungsverhältnisses bewegt wird und welches sich während des Betriebs der Hubkolbenmaschine, beispielsweise bei rotierender Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine, bewegt und um eine Schwenkachse schwenkbar an einem Gehäuse, insbesondere an einem Kurbelgehäuse, der Hubkolbenmasehine gelagert ist, handelt es sich
beispielsweise um einen Steuerkolben mit einer Steuerstange und mit einem fest mit der Steuerstange verbundenen Kolben, wobei der Steuerkolben zumindest bereichsweise in einem durch ein Gehäuse der Stelleinrichtung gebildeten Zylinder translatorisch verschiebbar aufgenommen ist.
Zur Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses wird beispielsweise die Stellung des gegenüber dem Gehäuse bewegbaren Steuerkolbens relativ zu dem Gehäuse der Stelleinrichtung, relativ zu dem Gehäuse der Hubkolbenmaschine oder relativ zu einem anderweitigen Bauteil eines Kurbeltriebs der Hubkolbenmaschine mittels der
Erfassungseinrichtung erfasst. Die Stellung wird dann beispielsweise mit einer hinterlegten Soll-Stellung verglichen. Dies ermöglicht die direkte Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung auf die vorgegebene Funktionsfähigkeit, was die Funktionserfüllung der Stelleinrichtung gewährleistet.
Ebenso möglich ist es, Kabel, Leitungen oder dergleichen der Stelleinrichtung
beispielsweise auf Leckage oder einen Kurzschluss zu überprüfen und somit auf die Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung zu schließen, um dann zur Gewährleistung der Funktionserfüllung der Stelleinrichtung in den Fehlerbetnebszustand umzuschalten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in dem
Fehlerbetnebszustand beispielsweise mittels der Stelleinrichtung das minimal einstellbare Verdichtungsverhältnis eingestellt. Dies stellt eine insbesondere mechanische, so genannte fail-safe (Sicherheits-) Position dar, in der die Stelleinrichtung zumindest eine Grundfunktionalität aufweist und weiterhin den Betrieb der Stelleinrichtung der
Hubkolbenmaschine zumindest grundlegend ermöglicht. Die Einstellung des
gewünschten Verdichtungsverhältnisses, insbesondere des minimal einstellbaren
Verdichtungsverhältnisses, kann auch anderweitig durchgeführt werden, beispielsweise dann, wenn die Stelleinrichtung des Zylinders komplett ausgefallen ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass mittels eines Energiespeichers, insbesondere eines
Federspeichers oder dergleichen, bei Ausfall der Stelleinrichtung das minimal einstellbare Verdichtungsverhältnis quasi selbstständig eingestellt wird und die Funktionserfüllung der Stelleinrichtung zumindest in Grundzügen aufrechterhalten ist. In einer weiteren Ausführungsform wird in dem Fehlerbetriebszustand eine
Energieversorgung der Stelleinrichtung zur Versorgung dieser mit Energie abgeschaltet und/oder zugeschaltet. Dies vermeidet insbesondere ein unerwünschtes und
gegebenenfalls unkontrolliertes Betätigen der Stelleinrichtung und insbesondere von bewegbaren Bauteilen der Stelleinrichtung. So ist ein etwaiges Übersteuern und damit eine etwaige Beschädigung der Stelleinrichtung und der Hubkolbenmaschine vermieden. Während des Fehlerbetriebszustands kann dabei vorgesehen sein, dass die
Energieversorgung mehrmals gezielt zu- und/oder mehrmals gezielt abgeschaltet wird. Ebenso möglich ist es, während des Fehlerbetriebszustands bzw. in dem
Fehlerbetriebszustand die Energieversorgung lediglich nur einmal zuzuschalten oder nur einmal zu abzuschalten bzw. lediglich einmal zuzuschalten und einmal abzuschalten.
Zur Gewährleistung der Funktionalität der Stelleinrichtung und zur Vermeidung einer Beschädigung der Stelleinrichtung der Hubkolbenmaschine ist bei einer weiteren
Ausführungsform vorgesehen, dass in dem Fehlerbetriebszustand eine Versorgung der Stelleinrichtung mit einem Arbeitsmedium, insbesondere mit einem flüssigen oder gasförmigen Arbeitsmedium und insbesondere mit einer Hydraulikflüssigkeit,
abgeschaltet und/oder zugeschaltet wird. Ein weiterer Vorteil dabei ist, dass ein Austreten des Mediums, beispielsweise infolge einer Leckage, in die Umwelt sowie ein unerwünscht erhöhter Verbrauch des Arbeitsmediums verhindert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Stelleinrichtung, insbesondere das eingestellte Ist-Verdichtungsverhältnis, in Abhängigkeit von einem Verbrennungsluftverhältnis der Hubkolbenmaschine und/oder von zumindest einem, in einer Ansaugrichtung der Hubkolbenmaschine herrschenden Druck und/oder von einem in dem Zylinder herrschenden Druck und/oder von zumindest einer Temperatur der Hubkolbenmaschine und/oder von einer Laufruhe der Hubkolbenmaschine überprüft bzw. erfasst. Dadurch ist eine besonders aussagekräftige und plausible Überprüfung der Stelleinrichtung auf die vorgegebene Funktionsfähigkeit realisiert, sodass eine mögliche Fehlfunktion der Stelleinrichtung mit einer besonders hohen Wahrscheinlichkeit ermittelt und die Stelleinrichtung auch tatsächlich nur bei Vorliegen der Fehlfunktion in den Fehlerbetriebszustand geschaltet werden kann.
Dies vermeidet oder reduziert zumindest die Wahrscheinlichkeit, die Stelleinrichtung auch dann in den Fehlerbetriebszustand zu schalten, wenn keine Fehlfunktion bzw. keine Abweichung der Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung von der vorgegebenen
Funktionsfähigkeit vorliegt. In Abhängigkeit von den genannten Größen ist es somit möglich, zu überprüfen, ob die Betätigung der Stelleinrichtung auf die gewünschte Art und Weise erfolgt ist und ob somit das eingestellte Ist-Verhältnis mit dem gewünscht einzustellenden Soll-Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen übereinstimmt. Ist dies der Fall, so deutet dies auf eine gewünschte Funktionsfähigkeit der
Stelleinrichtung hin. Weicht das eingestellte Ist-Verdichtungsverhältnis von dem einzustellenden, gewünschten Soll-Verdichtungsverhältnis ab, so deutet dies auf eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung hin, und es können geeignete Maßnahmen in Form des Schaltens von dem Normalbetriebszustand in den Fehlerbetriebszustand eingeleitet werden.
Eine weitere Möglichkeit, eine etwaige Fehlfunktion der Stelleinrichtung mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit und mit einer sehr hohen Aussagekraft zu ermitteln, ist gegeben, wenn zum Überprüfen der Stelleinrichtung auf die vorgegebene
Funktionsfähigkeit zumindest eine zeitliche Ableitung eines das Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisierenden Signals und/oder des das Soll-Verdichtungsverhältnis
charakterisierenden Signals verwendet wird. Mit anderen Worten wird beispielsweise die erste, zweite oder weitere zeitliche Ableitung des das Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisierenden Signals mit der ersten, zweiten oder weiteren zeitlichen Ableitung des das Soll-Verdichtungsverhältnis charakterisierenden Signals verglichen. Weichen die Signale voneinander ab und/oder liegt eine etwaige Abweichung oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, so deutet dies auf eine unerwünschte
Funktionsfähigkeit und damit eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung hin.
Ebenso möglich ist es, dass die Stelleinrichtung in Abhängigkeit von zumindest einer Größe eines zumindest eine physikalische Eigenschaft der Hubkolbenmaschine und insbesondere der Stelleinrichtung nachbildenden Modells überprüft wird. Dies erhöht die Plausibilität und die Aussagekraft des Überprüfens der Stelleinrichtung auf die
vorgegebene Funktionsfähigkeit um ein Weiteres und vermeidet oder reduziert zumindest die Wahrscheinlichkeit, die Stelleinrichtung auch bei Vorliegen der vorgegebenen
Funktionsfähigkeit in den Fehlerbetriebszustand zu schalten. Dies kommt der
Funktionserfüllung und der Funktionserfüllungssicherheit der Stelleinrichtung und damit der Hubkolbenmaschine zugute.
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 ausschriittsweise 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; und
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.
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 16 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 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 hi und h2 betragsmäßig voneinander unterscheiden. Der Hebel h2 ist größer als der Hebel h^ Ebenso möglich ist, dass die Hebel h-\ und h2 betragsmäßig gleich sind, oder das der Hebel hi 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 Hubzapfen 16 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 n 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 h 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.
Tritt beispielsweise infolge von Verschleiß eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung 38 auf und kann so ein gewünschtes Soll-Verdichtungsverhältnis des Zylinders mittels der Stelleinrichtung 38 nicht mehr eingestellt werden, so ist es wünschenswert, zumindest eine bestimmte Grundfunktionalität der Stelleinrichtung 38 und damit der
Hubkolbenmaschine sicherzustellen, damit ein Abschalten der Hubkolbenmaschine vermieden und ein weiterer Betrieb derselbigen aufrechterhalten werden kann, ohne dass es zu einer Beschädigung der Hubkolbenmaschine und der Stelleinrichtung 38 sowie zu unerwünscht hohen Emissionen und einem unerwünscht hohen Kraftstoffverbrauch der Hubkolbenmaschine kommt. Dies ermöglicht es dann einem Nutzer der
Hubkolbenmaschine, den Kraftwagen mittels der betriebsfähigen Hubkolbenmaschine in eine Werkstatt zu bewegen, um die Stelleinrichtung 38 gegebenenfalls reparieren zu lassen.
Wird beispielsweise mittels des Sensors 50 eine Ist-Stellung des Steuerkolbens 36 erfasst, welche von einer in der Regelungseinrichtung 56 hinterlegten und zu einem gewünscht einzustellenden Soll-Verdichtungsverhältnis korrespondierenden Soll-Stellung des Steuerkolbens 36 abweicht, so deutet dies auf eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung 38 hin. Zur Plausibilisierung dieser Fehlfunktion und der Tatsache, dass das Ist- Verdichtungsverhältnis nicht mit dem gewünschten Soll-Verdichtungsverhältnis
übereinstimmt, können weitere Größen der Hubkolbenmaschine, wie beispielsweise das Verbrennungsluftverhältnis (λ), Drücke in einem Luftpfad der Hubkolbenmaschine, in dem Zylinder, Temperaturen sowie eine Laufruhe bzw. eine Laufunruhe berücksichtigt werden.
Ist eine solche Fehlfunktion der Stelleinrichtung 38 plausibel ermittelt, so wird die
Stelleinrichtung 38 vorteilhafterweise von einem Normalbetriebszustand in einen
Fehlerbetriebszustand geschaltet, in welchem das minimal einstellbare
Verdichtungsverhältnis eingestellt wird und beispielsweise eine Hydraulikversorgung der Stelleinrichtung 38 zum Betätigen des Steuerkolbens 36 abgeschaltet wird.
Dies stellt einerseits die Funktionsfähigkeit und damit die Funktionserfüllung der
Stelleinrichtung 38 und damit der Hubkolbenmaschine sicher, sodass eine Werkstatt sicher erreicht werden kann. Andererseits ist dadurch ein Betrieb der Hubkolbenmaschine mit einem unerwünscht hohen Energieverbrauch und mit unerwünscht hohen Emissionen vermieden.
In dem geschilderten Fall wird die Stelleinrichtung 38 auf eine vorgegebene
Funktionsfähigkeit anhand der Ermittlung des Ist-Verdichtungsverhältnisses und in Abgleich mit dem gewünscht einzustellenden Soll-Verdichtungsverhältnis überprüft. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Stelleinrichtung 38 auf ihre vorgegebene und gewünschte Funktionsfähigkeit zu überprüfen, indem Leitungen, Kabel, elektrische oder elektronische Bauteile usw. direkt auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden. Liegt beispielsweise ein Kurzschluss nach Masse oder nach Batterie oder eine Leckage vor, aus welcher Hydraulikflüssigkeit austreten kann, so deutet dies auf eine Fehlfunktion hin, woraufhin in Abhängigkeit von der Schwere der Fehlfunktion in den
Fehlerbetriebszustand geschaltet werden kann und/oder einem Nutzer des Kraftwagens ein Hinweis mitgeteilt wird, dass eine Fehlfunktion vorliegt.
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 Vorgabe
Systemgrößen
Ansteuerung
Aktor
Hebel
Hebel

Claims

Patentansprüche
1. 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 die Stelleinrichtung (38) mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung (50) auf eine vorgegebene
Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung (38) überprüft wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung (38) von einem Normalbetriebszustand in einen
Fehlerbetriebszustand geschaltet wird, wenn anhand des Überprüfens eine
Abweichung einer erfassten Ist-Funktionsfähigkeit der Stelleinrichtung (38) von der vorgegeben Funktionsfähigkeit ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels der Erfassungseinrichtung (50) ein ein eingestelltes Ist- Verdichtungsverhältnis charakterisierendes Signal erfasst und mit einem ein vorgegebenes Soll-Verdichtungsverhältnis des Zylinders charakterisierenden Signal verglichen wird, wobei die Stelleinrichtung (38) von dem Normalbetriebszustand in den Fehlerbetriebszustand geschaltet wird, wenn anhand des Vergleichens eine Abweichung des Ist- von dem Soll- Verdichtungsverhältnis ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fehlerbetriebszustand das minimal einstellbare Verdichtungsverhältnis eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Fehlerbetriebszustand eine Energieversorgung der Stelleinrichtung (38) zur Versorgung dieser mit Energie abgeschaltet und/oder zugeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Fehlerbetriebszustand eine Vorsorgung der Stelleinrichtung (38) mit einem Arbeitsmedium, insbesondere mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium, abgeschaltet und/oder zugeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung (38), insbesondere ein Ist-Verdichtungsverhältnis, in
Abhängigkeit von einem Verbrennungsluftverhältnis der Hubkolbenmaschine und/oder von zumindest einem, in einer Ansaugeinrichtung der Hubkolbenmaschine herrschenden Druck und/oder von einem in dem Zylinder herrschenden Druck und/oder von zumindest einer Temperatur der Hubkolbenmaschine und/oder von einer Laufruhe der Hubkolbenmaschine überprüft bzw. erfasst wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als ein eingestelltes Ist-Verdichtungsverhältnis charakterisierendes Signal eine Stellung eines Bauteils (36) der Stelleinrichtung (38) zum Einstellen des
Verdichtungsverhältnis relativ zu einem Bezugspunkt verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Überprüfen der Stelleinrichtung (38) auf die vorgegebene Funktionsfähigkeit zumindest eine zeitliche Ableitung eines ein Ist-Verdichtungsverhältnis
charakterisierenden Signals und/oder eines ein Soll-Verdichtungsverhältnis charakterisierenden Signals verwendet wird.
PCT/EP2011/002891 2010-07-28 2011-06-11 Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine WO2012013263A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010032487.6 2010-07-28
DE201010032487 DE102010032487A1 (de) 2010-07-28 2010-07-28 Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012013263A1 true WO2012013263A1 (de) 2012-02-02

Family

ID=44454584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/002891 WO2012013263A1 (de) 2010-07-28 2011-06-11 Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010032487A1 (de)
WO (1) WO2012013263A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170096949A1 (en) * 2014-03-20 2017-04-06 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control Device and Control Method for Internal Combustion Engine

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9528437B2 (en) 2012-05-31 2016-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine comprising variable compression ratio mechanism
DE102012019376A1 (de) 2012-10-02 2014-04-03 Daimler Ag Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen
DE102015216293A1 (de) * 2015-08-26 2017-03-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Hubkolben-Verbrennungsmotors mit VCR-Steller
FR3053735B1 (fr) * 2016-07-05 2018-07-13 Renault Sas Procede de diagnostic du fonctionnement d'un systeme de variation de taux de compression d'un moteur a combustion interne.
DE102017115876B4 (de) 2016-08-16 2022-12-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Anomaliediagnosevorrichtung für einen Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses
JP6967860B2 (ja) 2017-03-09 2021-11-17 日立Astemo株式会社 内燃機関の制御装置
AT519804A3 (de) * 2017-04-10 2019-02-15 Avl List Gmbh Steuervorrichtung für ein VCR-Pleuel zum Ermitteln eines Defekts
DE102017109358A1 (de) 2017-04-10 2018-10-11 Avl List Gmbh Steuervorrichtung für ein VCR-Pleuel zum Ermitteln eines Defekts
DE102018209384A1 (de) 2018-06-13 2019-12-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3825369C1 (de) 1987-07-30 1989-05-03 Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, Jp
WO2001034948A1 (de) 1999-11-06 2001-05-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum steuern der zylinderverdichtung während der startphase einer brennkraftmaschine
DE19955250A1 (de) 1999-11-17 2001-05-31 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer variablen Zylinderverdichtung
DE10247942A1 (de) * 2001-10-22 2003-05-08 Ford Global Tech Inc Diagnoseverfahren für einen Motor mit variabler Kompression
EP1431559A2 (de) 2002-12-16 2004-06-23 Nissan Motor Co., Ltd. Vorrichtung zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors
EP1464814A2 (de) * 2003-04-04 2004-10-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren zur Fehlermeldung einer Brennkraftmaschine mit variablen Verdichtungsverhältnis
JP2005069204A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Nissan Motor Co Ltd 可変圧縮比機構付き内燃機関
DE102004031288A1 (de) 2004-06-29 2006-01-19 Fev Motorentechnik Gmbh Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis sowie Verfahren zu deren Betrieb
WO2010064329A1 (ja) * 2008-12-03 2010-06-10 トヨタ自動車株式会社 エンジンシステム制御装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3825369C1 (de) 1987-07-30 1989-05-03 Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, Jp
US4834031A (en) * 1987-07-30 1989-05-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Variable compression-ratio control device for an internal combustion engine
WO2001034948A1 (de) 1999-11-06 2001-05-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum steuern der zylinderverdichtung während der startphase einer brennkraftmaschine
DE19955250A1 (de) 1999-11-17 2001-05-31 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung einer variablen Zylinderverdichtung
DE10247942A1 (de) * 2001-10-22 2003-05-08 Ford Global Tech Inc Diagnoseverfahren für einen Motor mit variabler Kompression
EP1431559A2 (de) 2002-12-16 2004-06-23 Nissan Motor Co., Ltd. Vorrichtung zur Steuerung der Ansaugluftmenge eines Verbrennungsmotors
EP1464814A2 (de) * 2003-04-04 2004-10-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren zur Fehlermeldung einer Brennkraftmaschine mit variablen Verdichtungsverhältnis
JP2005069204A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Nissan Motor Co Ltd 可変圧縮比機構付き内燃機関
DE102004031288A1 (de) 2004-06-29 2006-01-19 Fev Motorentechnik Gmbh Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis sowie Verfahren zu deren Betrieb
WO2010064329A1 (ja) * 2008-12-03 2010-06-10 トヨタ自動車株式会社 エンジンシステム制御装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170096949A1 (en) * 2014-03-20 2017-04-06 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control Device and Control Method for Internal Combustion Engine
US10012152B2 (en) * 2014-03-20 2018-07-03 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Control device and control method for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010032487A1 (de) 2012-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012013263A1 (de) Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine
DE102005001454B4 (de) Fehlerdiagnosevorrichtung für einen veränderlichen Ventilmechanismus eines Verbrennungsmotors und Fehlerdiagnoseverfahren für einen veränderlichen Ventilmechanismus
DE102017127042A1 (de) Verfahren zur regelung der betätigungs-ansprechzeit von ölsteuerventilen unter verwendung von zylinderventildiagnostik
DE102010027520B4 (de) Diagnosesystem zur Kompensation einer durch eine Nockenwelle angetriebenen Ventilbetätigungskomponente
DE10258872A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis
WO2009141199A1 (de) Verfahren zur erkennung einer fehlfunktion und insbesondere einer drift eines raildrucksensors bei einem common rail-einspritzsystem
EP2906803B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE112014005759T5 (de) Steuerungseinrichtung für Verbrennungsmotor und Verfahren zur Abschätzung eines Kompressionsverhältnisses
DE102008008893B4 (de) Verfahren und System zum Einstellen eines Sensors für einen variablen Ventilmechanismus
WO2004036017A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur drehrichtungsüberwachung einer kolbenmaschine
DE102008046756A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Ventileinstellvorrichtung
EP3507475A1 (de) Verfahren, steuervorrichtung und system zum erkennen einer abweichung eines tatsächlichen betätigungszeitpunkts eines gaswechselventils einer verbrennungskraftmaschine von einem vorgegebenen betätigungszeitpunkt
WO2012013262A1 (de) Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine
WO2012013264A1 (de) Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine
WO2012013261A1 (de) Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine
EP1477654B1 (de) Verfahren zum Anhalten einer Brennkraftmaschine in einer gewuenschten Ruheposition
DE10212428B4 (de) Verfahren zum Schutz einer Brennkraftmaschine
DE102013206088A1 (de) Verfahren zum gezielten Abstellen einer Brennkraftmaschine
DE102012019376A1 (de) Hubkolbenmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen
DE102008052323B3 (de) Verfahren und Steuervorrichtung zur Online-Optimierung des Wirkungsgrads einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges während des Fahrbetriebs
EP0972972B1 (de) Betriebsverfahren für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
DE102015216501A1 (de) Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor
WO2006074497A2 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE102005059575A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine
DE102013212168A1 (de) Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, Vorrichtung, Computer-Programmprodukt

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11725640

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11725640

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1