WO2012139611A1 - Verfahren zum betreiben einer stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2012139611A1
WO2012139611A1 PCT/EP2011/006131 EP2011006131W WO2012139611A1 WO 2012139611 A1 WO2012139611 A1 WO 2012139611A1 EP 2011006131 W EP2011006131 W EP 2011006131W WO 2012139611 A1 WO2012139611 A1 WO 2012139611A1
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compression ratio
combustion engine
internal combustion
energy
during
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Inventor
Martin Bechtold
Jochen Betsch
Klaus Fieweger
Gerd KRÖNER
Markus Lengfeld
Alexander SCHEINDLIN
Dietmar Schröer
Georg Seidel
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Daimler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • 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
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1.
  • DE 10 2005 020 270 A1 discloses an internal combustion engine with cylinders arranged in a housing, a crankshaft and pistons which move in the cylinders.
  • the internal combustion engine further comprises a device for changing a
  • Device for at least cylinder having an adjusting lever, the length of the connecting rod, the stroke of the crankshaft and / or a directly or via intermediate lever
  • the device further comprises for at least one cylinder an eccentric, which is mounted in the housing and changes the position and / or direction of the adjusting lever by turning. Furthermore, the device for at least one cylinder on a drive device for an adjusting shaft, on which the at least one cylinder associated eccentric is assigned.
  • the drive device via a coupling with the crankshaft and a brake device with the housing in operative connection can be brought.
  • DE 10 2008 050 872 discloses an adjusting device for a crankshaft of an internal combustion engine, which is mounted in adjusting bearings which is adjustable via an adjusting shaft in order to change the position of the crankshaft between a minimum compression position and a maximum compression position.
  • the adjusting device comprises a
  • Locking mechanism which can take a locking and a freewheeling position and in a locking position, an automatic adjustment of the
  • an unlocking actuator is provided which is in a fail-safe state adjusted the locking mechanism in the freewheeling position to allow the crankshaft to automatically take the minimum compression position, without activating the Verstellwellenantrieb.
  • the unlocking actuator may be an electromagnet which is energized with electrical current for adjusting and holding the locking mechanism in the freewheeling position. In this case, a currentless holding the locking position is given. Likewise, a reversal of the switching function of the electromagnet can be provided. In this case, the electromagnet must be energized with electric current to the
  • Locking mechanism to adjust the locking position and hold them.
  • the known devices have an undesirably high energy requirement.
  • the compression ratio is set to a predetermined value.
  • the compression ratio is set during a certain period of time.
  • a braking device of the adjusting device by means of which the set compression ratio can be maintained, depending on a load of the internal combustion engine optionally during the at least substantially entire period of energy for holding the compression ratio is supplied or during the at least substantially entire period is operated in an at least substantially energy-free state.
  • the adjusting device serves to adapt the compression ratio to thermodynamic requirements of the internal combustion engine. So If necessary, the compression ratio can be adapted to different driving situations and operating points of the internal combustion engine, which leads to a particularly efficient operation of the internal combustion engine. This is thus operated with low fuel consumption and low C0 2 emissions.
  • Compression ratio can be counteracted by means of the braking device, by means of which the set compression ratio against that from the
  • the braking device comprises, for example, an electrically operable actuator, by means of which a holding force and / or a holding torque is to be attached, so as to
  • Compression ratio is energized by means of the braking device of the electrically actuated actuator.
  • the braking device is closed when energized, while it is open without activation, that is, de-energized.
  • the compression ratio may optionally by the
  • Adjustment device to be adjusted.
  • the design of the adjusting device that the braking device of the actuator is normally open and closed when energized has the advantage that thereby for adjusting the compression ratio, the braking device not only by
  • Another advantage is that during the adjustment process by the braking device no energy is consumed. Another advantage is that in case of power failure, especially the
  • the compression ratio at least substantially automatically by the combustion processes resulting forces and / or moments can be set to a relatively low, in particular the lowest, compression ratio.
  • the engine torque or engine power which can be represented by the internal combustion engine.
  • the inventive method also has the advantage that the holding of the compression ratio by the active power supply of the braking device, in particular by the active energizing them, is performed only in dependence on the load or speed. It can be provided that the holding of the compression ratio by the power supply of the adjusting device is performed only in predeterminable areas of the map of the internal combustion engine and / or only for predetermined values of the period. In the other areas of the map and / or for other values of the period of time, this active keeping of the compression ratio by the power supply, in particular the energization, the braking device is not provided and not needed because of the
  • Compression ratio is to maintain or would be, in certain operating points of the internal combustion engine is not sufficiently large. Alternatively or additionally, further conditions are possible depending on which the active holding is performed by supplying the internal combustion engine with energy or not.
  • the braking device is additionally optionally supplied with energy for maintaining the compression ratio only during at least a portion of the time period, during which it is not energized during the remaining time period or during at least another portion of the time period and, accordingly, in the at least operated essentially energy-free state.
  • the method according to the invention thus enables a particularly demand-driven operation of the braking device, in which the braking device is only supplied with energy, in particular with electric current, if this is actually necessary to maintain the set compression ratio. This consumes the
  • Braking device actually only energy, in particular electricity, when the load and forces and / or moments require it.
  • Control device in particular a control device, the actuator is deposited, the actuator can be operated with a reduced energy consumption, which is associated with a reduced fuel consumption and thus with reduced C0 2 emissions of the internal combustion engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem das Verdichtungsverhältnis auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird und während einer Zeitspanne eingestellt ist, wobei eine Bremseinrichtung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einer Last der Verbrennungskraftmaschine wahlweise: während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt wird oder während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER STELLEINRICHTUNG ZUM VARIABLEN EINSTELLEN EINES VERDICHTUNGSVERHÄLTNISSES EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE
Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 10 2005 020 270 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse angeordneten Zylindern, einer Kurbelwelle und Kolben, die sich in den Zylindern bewegen. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner eine Vorrichtung zur Veränderung eines
Verdichtungsverhältnisses eines Brennraums der Brennkraftmaschine, wobei die
Vorrichtung für wenigstens Zylinder einen Verstellhebel aufweist, der direkt oder über Zwischenhebel die Länge der Pleuelstange, den Hub der Kurbelwelle und/oder eine
Oberkante der Zylinder in ihre Lage zur Mitte der Kurbelwelle verändert. Die Vorrichtung umfasst ferner für wenigstens einen Zylinder einen Exzenter, der im Gehäuse gelagert ist und Lage und/oder Richtung des Verstellhebels durch Drehen verändert. Ferner weist die Vorrichtung für wenigstens einen Zylinder eine Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle auf, auf der der dem wenigstens einen Zylinder zugeordnete Exzenter zugeordnet ist.
Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung über eine Kupplung mit der Kurbelwelle und über eine Bremseinrichtung mit dem Gehäuse in Wirkverbindung bringbar ist.
Die DE 10 2008 050 872 offenbart eine Verstellvorrichtung für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, welche in Einstelllagern gelagert ist die über eine Verstellwelle verstellbar ist, um die Position der Kurbelwelle zwischen einem Minimalverdichtungslage und einer Maximalverdichtungslage zu ändern. Die Versteilvorrichtung umfasst einen
Verstellwellenantrieb und einen form- und/oder kraftschlüssig wirkenden
Verriegelungsmechanismus, welcher eine Verriegelungs- und eine Freilaufposition einnehmen kann und in einer Verriegelungsposition eine selbsttätige Verstellung der
Kurbelwelle in Richtung Minimalverdichtungslage und/oder Maximalverdichtungslage verhindert. Dabei ist ein Freischaltaktuator vorgesehen, der in einem Fail-Safe-Zustand den Verriegelungsmechanismus in die Freilaufposition verstellt, um der Kurbelwelle die selbsttätige Einnahme der Minimalverdichtungslage zu ermöglichen, ohne dafür den Verstellwellenantrieb zu aktivieren.
Der Freischaltaktuator kann ein Elektromagnet sein, der zum Verstellen und zum Halten des Verriegelungsmechanismus in der Freilaufposition mit elektrischem Strom bestromt wird. Dabei ist ein stromloses Halten der Verriegelungsposition gegeben. Ebenso kann eine Umkehrung der Schaltfunktion des Elektromagneten vorgesehen sein. In diesem Fall muss der Elektromagnet mit elektrischem Strom bestromt werden, um den
Verriegelungsmechanismus in die Verriegelungsposition zu verstellen und diese zu halten. Die bekannten Vorrichtungen weisen dabei einen unerwünscht hohen Energiebedarf auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wodurch der Energieverbrauch der Stelleinrichtung reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, wird das Verdichtungsverhältnis auf einen vorgebbaren Wert eingestellt. Dabei ist das Verdichtungsverhältnis während einer gewissen Zeitspanne eingestellt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Bremseinrichtung der Stelleinrichtung, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis gehalten werden kann, in Abhängigkeit von einer Last der Verbrennungskraftmaschine wahlweise während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnis versorgt wird oder während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.
Bei der Verbrennungskraftmaschine mit dem wenigstens einen variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis dient die Stelleinrichtung dazu, dass Verdichtungsverhältnis thermodynamischen Erfordernissen der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. So kann das Verdichtungsverhältnis bedarfsgerecht auf unterschiedliche Fahrsituationen und Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden, was zu einem besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine führt. Diese wird somit mit einem geringen Kraftstoffbedarf und mit nur geringen C02-Emissionen betrieben.
Insbesondere während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, bei welchem in wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der
Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen, wirken auf die
Stelleinrichtung Kräfte und/oder Momente, welche gegen das eingestellte
Verdichtungsverhältnis wirken. Einer unerwünschten Veränderung des
Verdichtungsverhältnisses kann mittels der Bremseinrichtung entgegengewirkt werden, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis entgegen den aus den
Verbrennungsvorgängen resultierenden Kräften und/oder Momenten gehalten werden kann.
Ist ein solches Halten des Verdichtungsverhältnisses mit der Bremsvorrichtung
vorgesehen, so wird diese mit Energie, insbesondere mit elektrischem Strom, versorgt. Die Bremseinrichtung umfasst dabei beispielsweise einen elektrisch betätigbaren Aktor, mittels welchem eine Haltekraft und/oder ein Haltemoment anzubringen ist, um so das
Verdichtungsverhältnis zu halten. Dies bedeutet, dass zum Halten des
Verdichtungsverhältnisses mittels der Bremseinrichtung der elektrisch betätigbare Aktor bestromt wird. Mit anderen Worten ist die Bremseinrichtung bei einer Bestromung geschlossen, während sie ohne Ansteuerung, das heißt stromlos, geöffnet ist. Im geöffneten Zustand kann das Verdichtungsverhältnis gegebenenfalls durch die
Stelleinrichtung verstellt werden.
Die Ausgestaltung der Stelleinrichtung, dass die Bremseinrichtung der Stelleinrichtung stromlos offen und bei Bestromung geschlossen ist, birgt den Vorteil, dass dadurch zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses die Bremseinrichtung nicht erst durch
Bestromung geöffnet werden muss, woraus eine Totzeit und ein zusätzlicher Energiebedarf zum offen halten der Bremseinrichtung resultieren würde. Dies bedeutet, dass ein Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses besonders schnell, das heißt in einer besonders kurzen Zeitspanne, erfolgen kann, da zumindest im Wesentlichen keine Zeit zum Öffnen der Bremseinrichtung aufgewendet werden muss.
Ein weiterer Vorteil ist, dass während des Verstellvorgangs durch die Bremseinrichtung keine Energie verbraucht wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Ausfall der Energieversorgung, insbesondere der
Stromversorgung, sich das Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen selbsttätig durch die aus den Verbrennungsvorgängen resultierenden Kräfte und/oder Momente auf ein relativ niedriges, insbesondere das niedrigste, Verdichtungsverhältnis einstellen kann. So kommt es zu keinen Einschränkungen des von der Verbrennungskraftmaschine darstellbaren Motormoments bzw. der Motorleistung.
Das erfindungsgemäße Verfahren birgt darüber hinaus den Vorteil, dass das Halten des Verdichtungsverhältnisses durch die aktive Energieversorgung der Bremseinrichtung, insbesondere durch die aktive Bestromung dieser, lediglich in Abhängigkeit von der Last oder Drehzahl durchgeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Halten des Verdichtungsverhältnisses durch die Energieversorgung der Stelleinrichtung nur in vorgebbaren Bereichen des Kennfelds der Verbrennungskraftmaschine und/oder nur für vorgebbare Werte der Zeitspanne durchgeführt wird. In den anderweitigen Bereichen des Kennfelds und/oder für anderweitige Werte der Zeitspanne ist dieses aktive Halten des Verdichtungsverhältnisses durch die Energieversorgung, insbesondere die Bestromung, der Bremseinrichtung nicht vorgesehen und nicht vonnöten, da die aus den
Verbrennungsvorgängen resultierenden Momente und/oder Kräfte nur sehr gering sind und nicht zu einem Verstellen bzw. zu einer Veränderung des eingestellten
Verdichtungsverhältnis führen würden und/oder da die Zeitspanne, in welcher das
Verdichtungsverhältnis zu halten ist bzw. zu halten wäre, in gewissen Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine nicht ausreichend groß ist. Alternativ oder ergänzend sind weitere Bedingungen möglich, in Abhängigkeit derer das aktive Halten durch Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit Energie durchgeführt wird oder nicht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Bremseinrichtung zusätzlich wahlweise lediglich während wenigstens eines Teils der Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt, wobei sie während der übrigen Zeitspanne oder während wenigstens eins weiteren Teils der Zeitspanne nicht mit Energie versorgt wird und entsprechend in dem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen besonders bedarfsgerechten Betrieb der Bremseinrichtung, bei welchem die Bremseinrichtung nur dann- mit Energie, insbesondere mit elektrischen Strom, versorgt wird, wenn dies auch tatsächlich zum Halten des eingestellten Verdichtungsverhältnisses vonnöten ist. Dadurch verbraucht die
Bremseinrichtung auch tatsächlich nur dann Energie, insbesondere elektrischen Strom, wenn die Last und die Kräfte und/oder Momente dies erfordern. Während des
Verstellvorgangs des Verdichtungsverhältnisses wird dagegen von der Bremseinrichtung keine Energie benötigt. Daher sind insbesondere viele kurze, stufenweise Verstellvorgänge darstellbar. In Folge dieser Betriebsstrategie, welche beispielsweise in einer
Regelungseinrichtung, insbesondere ein Steuergerät, der Stelleinrichtung hinterlegt ist, kann die Stelleinrichtung mit einem reduzierten Energieverbrauch betrieben werden, was mit einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und somit mit reduzierten C02-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bei welchem das
Verdichtungsverhältnis auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird und während einer Zeitspanne eingestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Bremseinrichtung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einer Last der
Verbrennungskraftmaschine wahlweise:
während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt wird oder
während der zumindest im Wesentlichen gesamten Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung zusätzlich wahlweise lediglich während wenigstens eines Teils der Zeitspanne mit Energie zum Halten des Verdichtungsverhältnisses versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung während wenigstens eines anderen Teils der Zeitspanne in einem zumindest im Wesentlichen energieverbrauchslosen Zustand betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung mit elektrischem Strom als der Energie versorgt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Teil der Zeitspanne in Abhängigkeit von der Last eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung während des Verstellvorgangs des Verdichtungsverhältnisses keine Energie benötigt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002317663A (ja) * 2001-04-23 2002-10-31 Nippon Soken Inc 可変圧縮比エンジン
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