WO2012013264A1 - Verfahren zum betreiben einer hubkolbenmaschine - Google Patents

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WO2012013264A1
WO2012013264A1 PCT/EP2011/002892 EP2011002892W WO2012013264A1 WO 2012013264 A1 WO2012013264 A1 WO 2012013264A1 EP 2011002892 W EP2011002892 W EP 2011002892W WO 2012013264 A1 WO2012013264 A1 WO 2012013264A1
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reciprocating engine
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reciprocating
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Simone NOWAK
Bernd-Heinrich Schmitfranz
Tilmann RÖMHELD
Michael Wagenplast
Dieter Nowak
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a reciprocating piston engine according to claims 1 and 5.
  • 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 and a motor
  • Mechanism for variably setting a compression ratio which includes Compression ratio of the engine variable controls. 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
  • DE 102 58 872 A1 discloses a method for operating a multi-cylinder
  • a variable compression ratio internal combustion engine in which starting of the internal combustion engine is performed at a compression ratio that is opposite
  • Compression ratios is reduced during normal operation of the internal combustion engine.
  • Reciprocating engines have potential to reduce the energy consumption of the reciprocating engine.
  • the first aspect of the invention relates to a method for operating a
  • Reciprocating engine in particular for a motor vehicle, in which a
  • the reciprocating piston engine which is in a deactivated operating state, is activated with a set compression ratio, which is opposite a preceding one, in particular directly
  • Quick start function means that fuel is introduced into the cylinder and in particular directly injected and ignited, wherein the high compression ratio starting enables the generation of a high force for starting and thus the starting process of the reciprocating engine can be completed very quickly. This is especially in a so-called start / stop operation of
  • Reciprocating engine automatically deactivated, for example, when stopping the motor vehicle at a traffic light and automatically activated again when starting or immediately before starting.
  • the described quick start function in particular by starting with the increased compression ratio allows a particularly fast starting of the deactivated internal combustion engine, whereby a
  • the reciprocating engine for example, with respect to the subsequent startup, i. opposite to the subsequent activation of the
  • the reciprocating piston engine located in the activated operating state with this compression ratio is deactivated, in particular automatically deactivated during start / stop operation, then it may be advantageously provided that the compression ratio with which the reciprocating piston engine is activated in the deactivated operating state is activated, at the activation preceding the deactivation (when the traffic light is reached) the then in the activated operating state reciprocating engine is set.
  • a compression ratio which is higher than the previously activated operating state is set, which then also exists during the deactivated operating state following the activated operating state and during the subsequent start (activation).
  • the desired high or higher compression ratio when starting the internal combustion engine does not have to be set during the starting process, but already exists, since it has already been set in advance.
  • the starting process and in particular the quick start can be performed in a very short time and the reciprocating engine can be started very fast.
  • a realized by the adjustment of the compression ratio according to the invention when activating the reciprocating engine oxygen excess in the cylinder additionally ensures a rapid heating in the flow direction of an exhaust gas of the reciprocating engine, which is ejected from the cylinder through the piston, downstream of the reciprocating engine arranged catalyst so that this particular quickly reaches an advantageous operating temperature (light-off temperature) and can clean the exhaust gas.
  • the harmful emissions of the reciprocating engine can be kept very low and even in time very early after starting derselbigen.
  • the reciprocating engine preferably has a plurality, i. at least two cylinders, in each of which a piston is received translationally movable and which is associated with at least one adjusting device for adjusting the respective compression ratio of the cylinder.
  • This allows a cylinder-individual, variable, controlled or regulated, gradual or continuous adjustment of the respective compression ratios.
  • Cylinder-specific adjustment of the compression ratios means that each of the compression ratios set for themselves and thus the cylinder can be adjusted very precisely and as needed to the current operating point of the reciprocating engine.
  • the compression ratio of a cylinder can be set individually and independently of the other compression ratios of the other cylinder. So it is possible that at least two
  • Reciprocating engine can be operated with at least two different compression ratios. From the cylinder-specific setting of the
  • Reciprocating deactivated or activated with a set compression ratio which is at least temporarily set or can be set even in an activated operating state of the reciprocating engine.
  • Compression ratios during normal operation ie during the activated operating state of the internal combustion engine, can be adjusted and can be used to represent a very efficient operation of the reciprocating engine.
  • deactivation and / or activation
  • Reciprocating engine can be adjusted or adjusted. Rather, these can also be set during activated operating state, so that the range of compression ratios to be set is particularly large. Thus, a very high flexibility is created to adapt the reciprocating engine to a variety of different operating points to represent efficient operation.
  • Reciprocating engine is a separate starting device, in particular a starter, not required for activating the reciprocating engine or must not be used because the reciprocating engine can be activated by the quick start function as a result of the introduction of fuel into the cylinder and the ignition desselbigen without further starting device.
  • This keeps the weight of the motor vehicle in a small frame and helps to avoid or solve package problems, especially in a space-critical area such as an engine compartment of the motor vehicle. Nonetheless
  • the car such a starting device, in particular a starter includes, which is used when activating the reciprocating engine in the presence of certain conditions or can be to activate the reciprocating engine.
  • a further advantage of the activation of the reciprocating engine with the compression ratio increased compared to the previously activated operating state is that the oxygen surplus in the cylinder gives rapid heating of the cylinder, which is also referred to as the combustion chamber, and thus of the reciprocating engine.
  • the second aspect of the invention relates to a method for operating a
  • Reciprocating engine in particular for a motor vehicle, in which a
  • Compression ratio of at least one cylinder of the reciprocating engine, in which a piston is taken translationally guided, is adjusted by means of a corresponding actuator with the cylinder.
  • Compression ratio of the cylinder in operation reciprocating engine on the other hand, a different compression ratio is set, which in a subsequent to the deactivation, in particular directly
  • the second aspect of the invention allows a particularly good and needs-based and especially fast starting or activating the reciprocating engine out of its deactivated operating state, since the advantageous for activating the reciprocating engine in the presence of certain conditions compression ratio is already set in the previous deactivation or was and thus in the
  • Activation is present at least almost without delay.
  • the compression ratio does not have to be set when activating the reciprocating engine be, which would undesirably prolong the starting process, but the desired and adapted to a desired starting behavior of the reciprocating engine compression ratio is already present.
  • Reciprocating engine increased compared to the activated operating state
  • Another possible starting function is, for example, to start the reciprocating engine with a separate starting device, in particular a starter. Then it is particularly advantageous, a relation to the compression ratio of the in operation, ie in activated operating state, located reciprocating engine increased
  • Compression ratio keeps the force required to start the reciprocating engine low, so that the starter has to muster a small force the
  • the reciprocating piston engine comprises such a separate starting device, in particular a starter, then in the context of the first and the second aspects of the invention, depending on the type of start, for example by a driver's request
  • the reciprocating engine can be started either by means of the starting device or without the aid of the starting device and only by injecting and igniting fuel in the cylinder.
  • the methods according to the invention enable a fast, at least almost delay-free, comfortable and therefore very good start and stop behavior of the reciprocating piston engine, and a particularly efficient behavior of the same during activation or deactivation.
  • 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. 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 crankpin 16 corresponds to a cylinder of the reciprocating engine. In the same way, the other crank pin correspond respectively to a cylinder of
  • 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 n.
  • 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. It can be seen that the levers and h 2 differ in terms of amount.
  • the lever h 2 is larger than the lever h ⁇ . It is equally possible that the lever and h 2 are equal in magnitude, or the lever h is greater 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 direction arrow 43 and with respect to the housing 41 according to a direction arrow 44 extended or retracted according to a direction 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
  • 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 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.
  • 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, the target compression ratio in a position to be set of the control piston 36 transferred.
  • 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 or at least one position of the control piston 36.
  • the sensor 50 is designed as a Hall sensor with a detection part 68 which cooperates with an arcuate bipolar encoder plate 70 of the Hall sensor.
  • the detection part 68 is, for example, fixed to the Hall sensor.
  • Control piston 36 allows. Also, the magnetic field of the encoder plate 70 is
  • the control piston 36 is designed, for example, as a hydraulic piston and can be actuated such that the cylinder, with which the cylinder formed by the housing 41 is acted upon by hydraulic fluid, ie the hydraulic fluid is supplied to the housing or removed.
  • the supply of hydraulic fluid into the cylinder or out of the cylinder can be controlled or regulated, for example via an electromagnet, which has particularly fast switching times, so that the
  • Reciprocating engine can be adjusted.
  • control piston 36 is designed as an electromagnet or at least partially as part of such an electromagnet, so that the
  • Control piston 36 can be compacted very quickly to set the compression ratio. Furthermore, it is possible that the control piston 36 is designed as a pneumatic piston and is actuated by supply or discharge of compressed air in or out of the cylinder. The supply or discharge of compressed air can also be controlled or controlled by an electromagnet, which has particularly short switching times and allows the fast operation of the control piston 36.
  • control piston 36 is actuated by means of a gear, in particular a pinion, the control piston 36 is at least partially formed as a rack with a toothing for actuating the control piston 36 with a corresponding toothing of the gear, in particular the Ritzels, cooperates.
  • control piston 36 is actuated by means of a cam, wherein the control piston 36 is at least partially formed as a rod, which with the cam for actuating the control piston 36th
  • control piston 36 can at least partially be designed as a spindle and be actuated by means of a ball screw to set 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 die sich in einem deaktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis aktiviert wird, welches gegenüber einem vorhergehenden, aktivierten Betriebszustand der Hubkolbenmaschine eingestellten Verdichtungsverhältnis erhöht ist. Zur Erfindung gehört auch, dass bei einer Aktivierung der sich mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis des Zylinders in Betrieb befindenden Hubkolbenmaschine ein demgegenüber unterschiedliches Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, welches bei einer sich an die Deaktivierung anschließenden Aktivierung der Hubkolbenmaschine zumindest im Wesentlichen beibehalten wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine gemäß den Patentansprüchen 1 und 5.
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 DE 102 58 872 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines mehrzylindrigen
Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis, bei welchem ein Starten des Verbrennungsmotors mit einem Verdichtungsverhältnis erfolgt, das gegenüber
Verdichtungsverhältnissen im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors verringert ist. Die bekannten Hubkolbenmaschinen sowie Verfahren zum Betreiben von
Hubkolbenmaschinen weisen Potential auf, den Energiebedarf der Hubkolbenmaschine zu reduzieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine bereitzustellen, welches einen reduzierten Energiebedarf der Hubkolbenmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der 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 translatorisch bewegbar geführt ist, mittels einer zu dem Zylinder
korrespondierenden Stelleinrichtung eingestellt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die sich in einem deaktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis aktiviert wird, welches gegenüber einem vorhergehenden, insbesondere unmittelbar
vorhergehenden, aktivierten Betriebszustand der Hubkolbenmaschine eingestellten Verdichtungsverhältnis erhöht ist.
Das Starten der Hubkolbenmaschine mit dem erhöhten Verdichtungsverhältnis erlaubt einen sogenannten Schnellstart der Hubkolbenmaschine, insbesondere wenn diese als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, während deren Betrieb in dem Zylinder Verbrennungsvorgänge ablaufen. Ein solcher Schnellstart bzw. eine solche
Schnellstartfunktion bedeutet, dass in den Zylinder Kraftstoff eingebracht und insbesondere direkt eingespritzt und gezündet wird, wobei das Starten mit dem hohen Verdichtungsverhältnis die Erzeugung einer hohen Kraft zum Starten ermöglicht und somit der Startvorgang der Hubkolbenmaschine besonders schnell abgeschlossen werden kann. Dies ist insbesondere in einem sogenannten Start-/Stopp-Betrieb der
Hubkolbenmaschine vorteilhaft, bei welchem zum Einsparen von Kraftstoff die
Hubkolbenmaschine beispielsweise bei einem Anhalten des Kraftwagens an einer Ampel automatisch deaktiviert und beim Anfahren bzw. unmittelbar kurz vor dem Anfahren automatisch wieder aktiviert wird. Die geschilderte Schnellstartfunktion insbesondere durch das Starten mit dem erhöhten Verdichtungsverhältnis ermöglicht ein besonders schnelles Starten der deaktivierten Verbrennungskraftmaschine, wodurch ein
unerwünscht langes Stehen an der Ampel vermieden ist.
In dem dem deaktivierten Zustand vorhergehenden, aktivierten Betriebszustand, also beispielsweise bei Erreichen der Ampel, die ein Anhalten des Kraftwagens erfordert, kann die Hubkolbenmaschine beispielsweise mit einem gegenüber dem sich anschließenden Startvorgang, d.h. gegenüber dem sich anschließenden Aktivieren der
Verbrennungskraftmaschine, niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden bzw. betrieben worden sein, um einen effizienten, emissions- und energieverbrauchsarmen, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen, Betrieb der Hubkolbenmaschine zu realisieren, bei welchem die Hubkolbenmaschine bzw. das Verdichtungsverhältnis des Zylinders an den vorliegenden Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine bedarfsgerecht angepasst ist.
Wird die sich mit diesem Verdichtungsverhältnis in dem aktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine deaktiviert, insbesondere im Rahmen des Start-/Stopp- Betriebs automatisch deaktiviert, so kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Verdichtungsverhältnis, mit welchem die sich in dem deaktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine aktiviert wird, bei der der Aktivierung vorhergehenden Deaktivierung (bei Erreichen der Ampel) der sich dann in dem aktivierten Betriebszustand befindenden Hubkolbenmaschine eingestellt wird. Mit anderen Worten wird schon bei dem Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine ein gegenüber dem vorhergehenden aktivierten Betriebszustand erhöhtes Verdichtungsverhältnis eingestellt, welches dann auch während des sich an den aktivierten Betriebszustand anschließenden, deaktivierten Betriebszustand sowie bei dem sich daran anschließenden Starten (Aktivieren) vorliegt. Das bedeutet, dass das gewünscht hohe bzw. höhere Verdichtungsverhältnis beim Starten der Verbrennungskraftmaschine nicht erst während des Startvorgangs eingestellt werden muss, sondern bereits vorliegt, da es zeitlich vorher bereits eingestellt wurde. Dadurch kann der Startvorgang und insbesondere der Schnellstart in einer besonders kurzen Zeit durchgeführt werden und die Hubkolbenmaschine kann besonders schnell gestartet werden. Ein durch die erfindungsgemäße Einstellung des Verdichtungsverhältnis beim Aktivieren der Hubkolbenmaschine realisierter Sauerstoffüberschuss in dem Zylinder sorgt zusätzlich für ein schnelles Aufheizen eines in Strömungsrichtung eines Abgases der Hubkolbenmaschine, welches aus dem Zylinder durch den Kolben ausgeschoben wird, stromab der Hubkolbenmaschine angeordneten Katalysators, so dass dieser besonders schnell eine vorteilhafte Betriebstemperatur (Light-Off-Temperatur) erreicht und das Abgas reinigen kann. Auf diese Art und Weise können die schädlichen Emissionen der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden und das auch schon zeitlich sehr früh nach dem Starten derselbigen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Hubkolbenmaschine bevorzugt eine Mehrzahl, d.h. zumindest zwei, Zylinder aufweist, in welchen jeweils ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen ist und welchen jeweils zumindest eine Stelleinrichtung zum Einstellen des jeweiligen Verdichtungsverhältnisses der Zylinder zugeordnet ist. Dies ermöglicht eine zylinderindividuelle, variable, gesteuerte oder geregelte, stufenweise oder kontinuierliche Einstellung der jeweiligen Verdichtungsverhältnisse. Die
zylinderindividuelle Einstellung der Verdichtungsverhältnisse bedeutet, dass jedes der Verdichtungsverhältnisse für sich eingestellt und damit der Zylinder sehr präzise und bedarfsgerecht auf den aktuell vorliegenden Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine angepasst werden kann. Dabei kann das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders individuell und für sich unabhängig von den anderen Verdichtungsverhältnissen der anderen Zylinder eingestellt werden. So ist es möglich, dass sich zumindest zwei
Verdichtungsverhältnisse der Zylinder voneinander unterscheiden und die
Hubkolbenmaschine mit zumindest zwei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen betrieben werden kann. Aus der zylinderindividuellen Einstellung des
Verdichtungsverhältnisses, bei welcher jeder Zylinder für sich optimal an den
vorliegenden Betriebspunkt der Hubkolbenmaschine, beispielsweise auch in Abhängigkeit von einem vorliegenden Takt des Zylinders bzw. des Kolbens, angepasst und
dementsprechend eingestellt ist, resultiert ein besonders effizienter, emissions- und energieverbrauchsarmer, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmer, Betrieb der
Hubkolbenmaschine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die sich in dem aktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis deaktiviert, welches gegenüber einem in dem deaktivierten Betriebszustand eingestellten Verdichtungsverhältnis erhöht ist. Dadurch ist eine
Schnellstoppfunktion mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis realisiert, um die Hubkolbenmaschine ausgehend von dem aktivierten Betriebszustand besonders schnell d.h. innerhalb eines besonders kurzen Zeitraums, zu deaktivieren. Dies hält ein unruhiges Verhalten der Hubkolbenmaschine bei der Deaktivierung, welches als Abstellruckeln bezeichnet wird, gering, so dass die Hubkolbenmaschine eine besonders hohe Laufruhe bei ihrer Deaktivierung aufweist. Dies kommt dem Komfort für Insassen des Kraftwagens zugute.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die
Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis deaktiviert oder aktiviert, welches auch in einem aktivierten Betriebszustand der Hubkolbenmaschine zumindest temporär eingestellt wird bzw. eingestellt werden kann. Die
Hubkolbenmaschine weist vorteilhafterweise eine Mehrzahl von einstellbaren
Verdichtungsverhältnissen auf, um so einerseits einen besonders effizienten, emissions- und energieverbrauchsarmen Betrieb der Hubkolbenmaschine sowie die geschilderten Start- und/oder Stopp-Funktionen zur Realisierung der Schnellstartfunktion bzw. der Schnellstoppfunktion durchzuführen, wobei die dazu einzustellenden
Verdichtungsverhältnisse auch während einem Normalbetrieb, also während dem aktivierten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, eingestellt werden und so zur Darstellung eines sehr effizienten Betriebs der Hubkolbenmaschine genutzt werden können. Bei den beim Deaktivieren und/oder beim Aktivieren einzustellenden
Verdichtungsverhältnissen handelt es sich somit nicht um spezielle
Verdichtungsverhältnisse, die lediglich zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der
Hubkolbenmaschine eingestellt werden oder eingestellt werden können. Vielmehr können diese auch während aktivierten Betriebszustand eingestellt werden, sodass der Bereich an einzustellenden Verdichtungsverhältnissen besonders groß ist. Damit ist eine sehr hohe Flexibilität geschaffen, die Hubkolbenmaschine an eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebspunkte zur Darstellung eines effizienten Betriebs anzupassen.
Durch die geschilderte und aufgrund der erfindungsgemäßen Einstellung des
Verdichtungsverhältnisses vorteilhaft durchzuführende Schnellstartfunktion der
Hubkolbenmaschine ist eine separate Starteinrichtung, insbesondere ein Anlasser, zum Aktivieren der Hubkolbenmaschine nicht vonnöten bzw. muss nicht eingesetzt werden, da die Hubkolbenmaschine durch die Schnellstartfunktion infolge des Einbringens von Kraftstoff in den Zylinder und des Zündens desselbigen ohne weitere Starteinrichtung aktiviert werden kann. Dies hält das Gewicht des Kraftwagens in einem geringen Rahmen und trägt zur Vermeidung oder Lösung von Package-Problemen , insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum des Kraftwagens, bei. Nichtsdestotrotz kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass der Kraftwagen eine solche Starteinrichtung, insbesondere einen Anlasser, umfasst, welcher beim Aktivieren der Hubkolbenmaschine bei Vorliegen bestimmter Rahmenbedingungen eingesetzt wird bzw. werden kann, um die Hubkolbenmaschine zu aktivieren.
Ein weiterer Vorteil der Aktivierung der Hubkolbenmaschine mit dem gegenüber dem vorhergehenden aktivierten Betriebszustand erhöhten Verdichtungsverhältnis ist, dass durch den Sauerstoffüberschuss in dem Zylinder ein schnelles Aufheizen des Zylinders, welcher auch als Brennraum bezeichnet wird, und somit der Hubkolbenmaschine gegeben ist. Dies führt zu einer schnellen Erwärmung eines Schmiermittels, insbesondere eines Schmieröls, der Hubkolbenmaschine, woraus wiederum eine geringe Reibung und damit geringe Verluste der Hubkolbenmaschine, insbesondere beim Aktivieren und während einer Startphase, resultieren. Dies hält den Energiebedarf, insbesondere während der Startphase der Hubkolbenmaschine gering, was mit einem geringen
Kraftstoffverbrauch und mit geringen C02-Emissionen einhergeht.
Der zweite Aspekt der 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 translatorisch bewegbar geführt aufgenommen ist, mittels einer mit dem Zylinder korrespondierenden Stelleinrichtung eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Deaktivierung der sich mit einem eingestellten
Verdichtungsverhältnis des Zylinders in Betrieb befindenden Hubkolbenmaschine ein demgegenüber unterschiedliches Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, welches bei einer sich an die Deaktivierung anschließenden, insbesondere unmittelbar
anschließenden, Aktivierung der Hubkolbenmaschine zumindest im Wesentlichen beibehalten wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt zu sehen.
Der zweite Aspekt der Erfindung ermöglicht ein besonders gutes und bedarfsgerechtes und insbesondere schnelles Starten bzw. Aktiveren der Hubkolbenmaschine aus ihrem deaktivierten Betriebszustand heraus, da das zum Aktivieren der Hubkolbenmaschine bei Vorliegen bestimmter Rahmenbedingungen vorteilhafte Verdichtungsverhältnis bereits bei der vorhergehenden Deaktivierung eingestellt wird bzw. wurde und somit bei der
Aktivierung zumindest nahezu verzögerungsfrei vorliegt. Mit anderen Worten muss das Verdichtungsverhältnis beim Aktivieren der Hubkolbenmaschine nicht erst eingestellt werden, was den Startvorgang unerwünschterweise verlängern würde, sondern das gewünschte und an ein gewünschtes Startverhalten der Hubkolbenmaschine angepasste Verdichtungsverhältnis liegt bereits vor.
So können je nach vorliegenden Rahmenbedingungen, Fahrerwunsch, Betriebszustand der Hubkolbenmaschine bzw. des Kraftwagens und/oder dergleichen unterschiedliche Startfunktionen der Hubkolbenmaschine realisiert werden. Soll eine bereits bezüglich des ersten Aspekts der Erfindung geschilderte, sogenannte Schnellstartfunktion der
Hubkolbenmaschine realisiert werden, so kann bei der Deaktivierung der
Hubkolbenmaschine ein gegenüber dem aktivierten Betriebszustand erhöhtes
Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, um somit die Hubkolbenmaschine ohne Einsatz einer gegebenenfalls vorhandenen, separaten Starteinrichtung lediglich durch Einbringen bzw. Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder und Zünden desselbigen besonders schnell zu starten.
Eine weitere mögliche Startfunktion ist beispielsweise, die Hubkolbenmaschine mit einer separaten Starteinrichtung, insbesondere einem Anlasser, zu starten. Dann ist es besonders vorteilhaft, ein gegenüber dem Verdichtungsverhältnis der sich in Betrieb, also in aktiviertem Betriebszustand, befindenden Hubkolbenmaschine erhöhtes
Verdichtungsverhältnis einzustellen, dass dann zumindest nahezu verzögerungsfrei beim Aktivieren, d.h. beim Übergang vom deaktivierten in den aktivierten Betriebszustand der Hubkolbenmaschine, vorliegt. Die Aktivierung mit einem relativ geringen
Verdichtungsverhältnis hält die zum Starten der Hubkolbenmaschine notwendige Kraft gering, so dass der Anlasser eine nur geringe Kraft aufbringen muss die
Hubkolbenmaschine zu starten. Daraus resultiert ein geringer Energiebedarf des
Anlassers, was mit einer Energie- und somit Kraftstoffeinsparung einhergeht.
Umfasst die Hubkolbenmaschine eine solche, separate Starteinrichtung, insbesondere einen Anlasser, so kann im Rahmen des ersten sowie des zweiten Aspekts der Erfindung abhängig von der Startart, die beispielsweise durch einen Fahrerwunsch, einen
Betriebszustand der Hubkolbenmaschine und/oder dergleichen vorgegeben werden kann, die Hubkolbenmaschine wahlweise mittels der Starteinrichtung oder ohne Zuhilfenahme der Starteinrichtung und lediglich durch Einspritzen und Zünden von Kraftstoff in dem Zylinder gestartet werden. In jeglicher Hinsicht ermöglichen die erfindungsgemäßen Verfahren ein schnelles, zumindest nahezu verzögerungsfreies, komfortables und damit sehr gutes Start- sowie Stopp-Verhalten der Hubkolbenmaschine sowie ein besonders effizientes Verhalten derselbigen beim Aktivieren bzw. Deaktivieren. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand er 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; 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 n 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 h^ . Ebenso möglich ist, dass die Hebel und h2 betragsmäßig gleich sind, oder das der Hebel h 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 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 hh 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 bzw. zumindest eine Stellung des Steuerkolbens 36 zu erfassen. Dazu ist der Sensor 50 als Hall-Sensor mit einem Erfassungsteil 68 ausgebildet, welches mit einer bogenförmigen, bipolaren Geberplatte 70 des Hall-Sensors zusammenwirkt. Das Erfassungsteil 68 ist dabei beispielsweise fest an dem den
Kurbelbetrieb 10 umgebenden Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine befestigt, während die bipolare Geberplatte 70 fest mit dem Steuerkolben 36 verbunden ist. Da während des Betriebs der Hubkolbenmaschine zu einem Schwenken der Stelleinrichtung 38 um die Schwenkachse 42 gemäß einem Richtungspfeil 72 kommt, ist die Geberplatte 70 gekrümmt ausgebildet, wobei der Mittelpunkt der Krümmung vorteilhafterweise auf der Schwenkachse 42 liegt. So können Winkelfehler zumindest sehr gering gehalten werden und es ist eine sehr präzise Erfassung der Stellung und/oder des Hubs des
Steuerkolbens 36 ermöglicht. Auch das Magnetfeld der Geberplatte 70 ist
dementsprechend gekrümmt ausgebildet.
Der Steuerkolben 36 ist beispielsweise als Hydraulikkolben ausgebildet und derart betätigbar, dass der Zylinder, mit welchem der durch das Gehäuse 41 gebildete Zylinder mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird, also dem Gehäuse die Hydraulikflüssigkeit zugeführt bzw. abgeführt wird. Die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder heraus kann beispielsweise über einen Elektromagneten gesteuert oder geregelt werden, welcher besonders schnelle Schaltzeiten aufweist, so dass das
Verdichtungsverhältnis besonders schnell an sich ändernde Betriebspunkte der
Hubkolbenmaschine angepasst werden kann.
Ebenso möglich ist, dass der Steuerkolben 36 als Elektromagnet oder zumindest teilweise als Teil eines solchen Elektromagneten ausgebildet ist, so dass der
Steuerkolben 36 zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses besonders schnell verdichtet werden kann. Weiterhin ist es möglich, dass der Steuerkolben 36 als Pneumatikkolben ausgeführt ist und durch Zufuhr oder Abfuhr von Druckluft in bzw. aus dem Zylinder betätigt wird. Die Zufuhr bzw. Abfuhr von Druckluft kann ebenso über einen Elektromagneten geregelt oder gesteuert werden, welcher besonders kurze Schaltzeiten aufweist und die schnelle Betätigung des Steuerkolbens 36 ermöglicht.
Darüber hinaus ist es möglich, dass der Steuerkolben 36 mittels eines Zahnrads, insbesondere eines Ritzels, betätigt wird, wobei der Steuerkolben 36 zumindest bereichsweise als Zahnstange mit einer Verzahnung ausgebildet ist, die zum Betätigen des Steuerkolbens 36 mit einer korrespondierenden Verzahnung des Zahnrads, insbesondere des Ritzels, zusammenwirkt.
Eine weitere, mögliche Ausführungsform ist, dass der Steuerkolben 36 mittels eines Nockens betätigt wird, wobei der Steuerkolben 36 zumindest bereichsweise als Stange ausgebildet ist, welche mit dem Nocken zum Betätigen des Steuerkolbens 36
zusammenwirkt.
Ferne kann der Steuerkolben 36 zumindest bereichsweise als Spindel ausgeführt sein und mittels eines Kugelgewindetriebs betätigt werden zum Einstellen des
Verdichtungsverhältnisses.
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 Rückmeldung
Vorgabe
Systemgrößen
Ansteuerung
Aktor
Hebel
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,
dadurch gekennzeichnet, dass
die sich in einem deaktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis aktiviert wird, welches gegenüber einem vorhergehenden, aktivierten Betriebszustand der Hubkolbenmaschine eingestellten Verdichtungsverhältnis erhöht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die sich in dem aktivierten Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis deaktiviert wird, welches gegenüber einem in dem aktivierten Betriebszustand eingestellten Verdichtungsverhältnis erhöht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verdichtungsverhältnis, mit welchem die sich in dem deaktivierten
Betriebszustand befindende Hubkolbenmaschine aktiviert wird, bei einer der Aktivierung vorgehenden Deaktivierung der sich in dem vorhergehenden, aktvierten Betriebszustand befindenden Hubkolbenmaschine eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hubkolbenmaschine mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis deaktiviert oder aktiviert wird, welches auch in einem aktivierten Betriebszustand der
Hubkolbenmaschine zumindest temporär eingestellt wird.
5. 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, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Deaktivierung der sich mit einem eingestellten Verdichtungsverhältnis des Zylinders in Betrieb befindenden Hubkolbenmaschine ein demgegenüber unterschiedliches Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, welches bei einer sich an die Deaktivierung anschließenden Aktivierung der Hubkolbenmaschine zumindest im Wesentlichen beibehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein gegenüber dem Verdichtungsverhältnis der sich in Betrieb befindenden
Hubkolbenmaschine erhöhtes Verdichtungsverhältnis eingestellt wird.
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