WO2016016187A1 - Vcr-steuerung und obd - Google Patents

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WO2016016187A1
WO2016016187A1 PCT/EP2015/067154 EP2015067154W WO2016016187A1 WO 2016016187 A1 WO2016016187 A1 WO 2016016187A1 EP 2015067154 W EP2015067154 W EP 2015067154W WO 2016016187 A1 WO2016016187 A1 WO 2016016187A1
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WO
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compression ratio
sensor
cylinder
piston
board diagnosis
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/067154
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Schaffrath
Thorsten Schnorbus
Matthias Thewes
Original Assignee
Fev Gmbh
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 Fev Gmbh filed Critical Fev Gmbh
Priority to DE112015003502.8T priority Critical patent/DE112015003502A5/de
Publication of WO2016016187A1 publication Critical patent/WO2016016187A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/08—Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/06—Testing internal-combustion engines by monitoring positions of pistons or cranks

Definitions

  • the present invention relates to a method for performing an on-board diagnosis in a reciprocating internal combustion engine with an adjustable compression ratio, a vehicle with a reciprocating internal combustion engine with a stored on-board diagnosis and a computer program product with program code means.
  • Object of the present invention is to improve the accuracy of the adjustable compression or to verify more precisely.
  • OBD on-board diagnostic
  • each cylinder is checked in the context of an on-board diagnosis with regard to the individual compression ratio.
  • An embodiment provides for example, that determines a defined position of the piston by means of a position sensor and it is concluded ichtungs ⁇ ratio to the Comp.
  • a pos tible sensor may be, for example, a Hall sensor. This is, for example, embedded in the piston and can be detected from outside of the cylinder Zyl.
  • a further position determination can be carried out in the context of the OBD, for example with a sensor and with a method as disclosed in DE-A-10 2006 033 062, the disclosure of which is hereby incorporated by reference into the subject matter of the preceding patent application.
  • Another embodiment provides that is by evaluating one or more signals of a knock sensor to the Verd ichtungscutit CLOSED ⁇ sen.
  • a calibration is triggered for at least those cylinders whose determined deviation h lies outside the compression ratio outside a tolerance, preferably a calibration for al le cylinder at u n- desired deviations of Verdichtungscher is triggered each other.
  • the OBD includes the monitoring of various components, in particular of the engine as well as of components connected to the engine. This monitoring is triggered by the commissioning of the vehicle.
  • d iekos components can be monitored as, which are for the change of a diluent ichtungsjans also proposes rele- vant ls, for example, catalysts, NOx storage, Abgas Weg Operationssstre ⁇ CKEN, oxygen sensors as well as other sensors.
  • rele- vant ls for example, catalysts, NOx storage, Abgaslessness Resultssstre ⁇ CKEN, oxygen sensors as well as other sensors.
  • an infrastructure already exists in which the monitoring or calibration of the compression ratio can be integrated.
  • fault storage is also possible.
  • Occurring deviations in the determined Verd weighting ratio can be classified as an error from a certain limit, stored or displayed to an operator of the vehicle, for example on a fault light. Error storage can be done in the engine control unit, for example, until the values are read out. Error messages can be queried via standardized interfaces, according to the PO codes specified in ISO standard 15031-6.
  • an adjustment of the actual piston position or of the adjusted variable compression ratio takes place discontinuously.
  • a check can be triggered after a certain, for example adjustable, time has elapsed.
  • the position sensor preferably used to verify the current compression ratio is preferably outside the combustion chamber appropriate. This has the advantage that no high-dynamic-resolution, expensive pressure sensor has to be used for the compression ratio. Furthermore, in one embodiment, the sensor is designed as a binary sensor. Advantages of binary sensors are also low costs and the ease of use of the determined data. If, for example, a threshold value detection is carried out by the signal evaluation electronics, it is also possible to use sensors which supply an analog or a digital signal.
  • the senor is mounted in a stationary manner relative to the movable part of the reciprocating internal combustion engine, for example on the cylinder, in particular on the outside of the cylinder.
  • the sensor may be mounted such that the sensor responds to the piston at least once during each stroke cycle.
  • This point or area referred to as a trigger mark, may be mounted at any height of the piston.
  • the trigger mark can be designed, for example, as an edge running in the circumferential direction or, in the simplest case, as the piston wall lower edge.
  • the response of the sensor can be done, for example, before reaching bottom dead center.
  • the sensor may be mounted at different altitudes above the crankshaft center.
  • the sensor is mounted as low as possible to maximize the accuracy of the process.
  • the lowest possible installation height, designated h min for example, depends on which of the three kinematic effective lengths is variable: crank radius r is variable
  • RPM is the crank radius at minimum compression.
  • Connecting rod length I is variable
  • Isrnax is the connecting rod length at maximum compression. Trigger mark distance a is variable
  • a £ max is the distance between the M itte of the piston pin and the trigger mark at maximum Dilute ichtung.
  • I d reproduces the connecting rod length and then the respective crankshaft wheel ius.
  • This embodiment has advantages over a displacement sensor on a moving system, such as a part of the crank mechanism, in particular a variable part of the cranking operation.
  • a dormant sensor no complex telemetry is needed, which makes the overall system pondereg ünstiger and more robust.
  • the senor is a proximity sensor. Particularly preferred is an embodiment as an inductive sensor. A variation as a capacitive sensor is also possible. Also, this embodiment can be configured as an optical sensor for this sensor.
  • a further preferred embodiment of the invention is a sensor configured as a magnetometer, preferably as a Hall probe or a magnetoresistive sensor.
  • a magnetoresistive sensor is a thin-film sensor that changes its resistance under the influence of a magnetic field and is usually referred to as an XM R sensor - X-mag netoresistive sensor.
  • the senor has an integrating stage.
  • This may example as ⁇ be formed so that an analog Sig nal is converted into a binary nal environmentally Sig and / or that an analog signal into a digital sig nal ge is ⁇ converts and / or that a Sig nal adapted to an interface is, preferably to a serial interface Stel le.
  • the proximity sensor emits a digital, in particular binary signal, exactly at the time of sweeping the lower edge of the piston wall.
  • the binary signal may be characterized by a rising or falling edge.
  • the senor is designed in one embodiment of the invention so that it has a recess in a cross section.
  • the sensor can be designed as a horseshoe or U-shape.
  • Another embodiment of the sensor may be a cylindrical shape having a cylindrical or otherwise type of recess. Particularly preferred is a design as a cuboid having a cuboid or otherwise shaped recess.
  • a corresponding geometric adaptation of the recess to the corresponding element is provided in a further variant.
  • a piston wall lower edge or the corresponding marking element can dip into the recess. Due to the particular horseshoe-shaped configuration, the magnetic field lines are preferably parallel, resulting in a very steep gradient of the induced z. B. Hall voltage leads when the piston wall lower edge or the corresponding marking element is immersed in the recess.
  • the signal evaluation electronics have a control unit, preferably an engine control unit.
  • the information from the sensor are transmitted in a further preferred embodiment serially to the control unit, preferably by means of a data bus.
  • a preferred variation of the reciprocating engine comprises a sensor which is an integrated sensor, preferably a magnetometer.
  • a sensor which is an integrated sensor, preferably a magnetometer.
  • this sensor has a recess, wherein the piston circumferential wall during operation of the reciprocating engine in the open cross section is submersible.
  • the integrated sensor makes it possible to convert determined data without additional electronics from an analog value into a digital value, in particular a binary value, and in particular to feed this into a data bus. The data can then be passed on to the OBD via the data bus.
  • the results of the on-board diagnosis can also be read out by special software applications on PCs, notebooks or even smartphones with adapters.
  • the connected workshop or notebook computer Via the diagnostic interface, the connected workshop or notebook computer transmits commands to one of the control units, which is activated via its address, via additional hardware required for protocol interpretation and signal level conversion, and then receives results.
  • Commands are available for reading the ID, in particular precise model name and version of the control unit, for reading and resetting the above-mentioned error entries, for reading measured value blocks, also called standard display) for reading, testing and setting of various setting parameters, so-called matching channels and especially for the development for direct reading and writing of memory cells in the control unit.
  • the sensor diagnosis can z. B. include:
  • a system diagnosis for the monitoring of the compression ratio can also be provided. For example, it can be checked whether the output values of the system of variable compression or the effective length adjustment of a connecting rod over a required time under changed conditions are still acceptable or whether, possibly caused by wear, has given deviations that are outside a tolerance field ,
  • Another advantage of using the OBD is the prevention of z. B. Damage to the engine or other components by a misalignment of the piston and thus a different compression with consequences such as the emergence of unburned HCs that can destroy exhaust gas cleaning components, the formation of NOx outside a specified by exhaust limits tolerance or other.
  • the OBD can also prevent engine damage. With a corresponding error, for example, a motor-conserving emergency program is activated. For example, after detecting a faulty piston position and thus incorrectly adjusted compression of the corresponding cylinder can be switched off by no more fuel is injected, otherwise the unburned mixture could destroy the catalyst. This can be indicated to the driver by the warning lamp or a warning.
  • a vehicle having a reciprocating internal combustion engine with a stored on-board diagnosis is beaten, wherein the on-board diagnosis comprises checking the adjustable compression ratio, preferably with a method as described above or below will describe.
  • the VCR piston engine may be configured, for example, as disclosed, for example, in DE-A-10 2005 055 199, DE-A-10 2011 056 298, DE-A-10 2012 014917, DE-A-10 2011 108790, DE -A-10 2010061 360, DE-A-10 2010 061 359, DE 10 2010 061 361 AI and / or DE-A-10 2008005467 forth ⁇ approaches, pointing to the possible constructions of the connecting rod with eccentric adjustment of the compression piston, the adjusting mechanism and the support cylinder or support piston and their operation is pointed.
  • the contents of these publications are therefore incorporated by reference into the subject of the present patent application.
  • the reciprocating engine at least one cylinder, a piston, a connecting rod, a crank, a sensor electronics and a signal evaluation on.
  • the compression volume in the cylinder of the reciprocating piston machine is determined, for example, by the driven geomet ⁇ effective effective length of a component and is ver ⁇ changeable by at least one or at least one of the aforementioned components.
  • the sensor electronics of the reciprocating engine has at least ei ⁇ NEN sensor and a crank angle sensor, wherein the sensor is mounted such that it is addressed by at least one movable component of Kolbentrie ⁇ bes, and wherein the crank angle sensor is mounted such that the crank angle sensor Crank angle recorded.
  • At least one data line connects at least the sensor and the crank angle sensor with the signal evaluation electronics.
  • the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine can be set simultaneously for all cylinders or for all cylinders of a cylinder bank or can be adjusted for the individual cylinders of the reciprocating internal combustion engine, in all the above-mentioned cases either actively or passively.
  • the geometry of an engine component such as the connecting rod, the crank shaft ⁇ radius, the bearing of the crankshaft and / or the bearing of the piston seal Ver ⁇ on the connecting rod, thereby changing the effective rod length is preferred.
  • Be ⁇ preferably this is done hydraulically, ie using a medium.
  • the motor oil is especially suitable as a medium.
  • the active adjustment means that an adjustment of the relevant engine component is achieved by the action of external adjusting forces on the adjusting mechanism.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a sensor arrangement of a reciprocating engine
  • FIG. 2 shows an exemplary schematic representation of a piston drive at the time of a signal triggering
  • FIG. 6 shows a fourth sensor arrangement with an inductive sensor
  • FIG. 10 shows a third characteristic which describes the relation of the compression ratio ⁇ to the trigger angle ⁇ at a variable trigger mark distance a.
  • Fig. 1 shows a schematic illustration of a cylinder 1 with a piston engine 2, the piston engine 2 having a crank 3, a connecting rod 4 and a piston 5.
  • the piston drive is designed such that its effective length is variable.
  • a sensor electronics 6 has a sensor 7 and a crank angle sensor 8.
  • the sensor 7 has a sensor 9 and a Integ rationstress 10.
  • the crank angle sensor 8 also has a sensor 11 and an integration stage 12.
  • the sensor 7 and the crank angle sensor 8 are connected via a data line 13 to a signal evaluation electronics 14.
  • the piston 5 is innenhal b of a displacement 15 of the cylinder 1 by means of the piston engine 2 movable bar.
  • the height of the displacement space 15 is T he From ⁇ stand of the upper Totpun kt 16 to m lower dead point 17 fixed and is determined d hrough t he geometry of the crank 3.
  • Oberhal b of top dead center 16 is a Brennraumvol umen, the compression volume of the 18 corresponds to when the upward and downward movement of the piston 5, the inlet and outlet valves 19 are closed.
  • the aktuel le compaction ratio is calculated in the signal evaluation, which has a controller 20.
  • the geometrical relationships are considered, as shown in FIG. 2 are described.
  • FIGS. g leiche Be ⁇ zugs Schweizer be used for g leiche or similar components.
  • Fig. Fig. 2 shows a schematic representation of a piston engine 2 having a piston at 3, a connecting rod 4 and a piston 5, the piston 5 having a piston circumferential wall 21 having a height a, hereinafter called a trigger mark distance.
  • the sensor 7 is arranged at a fixed distance h to the crankshaft center 22.
  • the connecting rod 4 has a connecting rod length I and the crank 3 a crank wheel ius r on.
  • the piston 5 is longitudinally displaced, wherein the connecting rod 4 ken to a Schwenkwin angle ⁇ from a vertical position.
  • the distance h and the respective unchangeable lengths are known from the construction.
  • the angle 23 is referred to as the trigger angle ⁇ when the piston circumferential wall 21 excites the sensor 7, which takes place, for example, at the lower piston edge height of h above the crankshaft center 22.
  • This trigger angle is detected by means of the crank angle sensor 8 and is therefore also known. If the crank 3 rotates about the crankshaft center 22, the sensor 7 responds at certain angular positions ⁇ of the crank 3. A resulting edge in the sensor signal can be used to determine the trigger angle, as described above. It is both possible to use the rising and the falling edge in the signal of the sensor 7.
  • the swivel angle ⁇ can be determined by means of the equation r s sin (or)
  • crank radius r is given by the equation
  • Fig. 3 shows an arrangement of a sensor 7 on a cylinder wall 24. When the piston 5 moves in the cylinder, the sensor 7 responds.
  • the illustrated sensor may be, for example, a capacitive sensor.
  • Fig. 4 shows an arrangement of a sensor 7, wherein a sensor auxiliary element 25 is attached to the piston 5, wherein the auxiliary sensor element 25 is immersed in a Hall probe 26, wherein the probe Lhalde 26 has an open mold 27.
  • Fig. 5 shows an arrangement of a sensor 7 in a crank mechanism, the sensor 7 being designed as an optical sensor (for example a light barrier) and having a photoemitter 28 and a photodetector 29.
  • the piston peripheral wall is immersed in the open mold 27 of the sensor 7 and can trigger a signal when the luminous flux from the photoemitter 28 to the photodetector 29 is interrupted.
  • Positionserkennu ng of the piston 5 is a two-way light barrier, the photoemitter 28 and the Pho ⁇ todetektor 29 angeord net on one side of the piston 5 are. The presence of the piston 5 is detected on the basis of the light intensity.
  • Fig. 6 shows a sensor 7, which is configured as an inductive sensor. A position change of the piston 5 causes a change in the magnetic field which the sensor generates.
  • the sensor 7 can optionally be designed so that the piston approaches or dips the sensor. Also, a positioning of the sensor 7 analogous to the arrangement in FIG. 3 done.
  • Fig. 7 shows a flow chart of a program in a control unit for determining the current compression ratio, wherein the programming steps include the following:
  • a sensor signal is read in which is generated, for example, by the sensor 7.
  • B After detection of a trigger signal or after the signal has exceeded a threshold value, the determination of the compression ratio is started.
  • crank angle ⁇ is read.
  • Fig. 8 shows a first characteristic which describes the compression ratio ⁇ as a function of the trigger angle ⁇ .
  • the variable kinematically effective quantity in this case is the crank radius r.
  • the quantities h, I, a and ⁇ are known and the quantities r and ⁇ are unknown.
  • V c , £ max represents the compression volume V c and the value r £ max represents the crank radius r at the maximum compression ratio.
  • a K is a value for the piston area. The compression ratio depends on the crank radius r as follows:
  • the unknown quantities ⁇ , r, ⁇ can be determined by solving the equation system consisting of (equation 1), (equation 2) and (equation 9).
  • the characteristic curve is the relationship of trigger angle ⁇ with the compaction ⁇ duty ratio ⁇ in an exemplary embodiment, again, the trigger mark distance a 30 millimeters, the diameter of the piston D 81 mm, the rod length I 144 millimeter, the height h of the sensor over the Crankshaft center 71.5 mm and the maximum extension of the crank ⁇ radius r £ max 45 mm.
  • the characteristic curve shows that the compression ratio ⁇ is minimal at a trigger angle ⁇ of 180 °.
  • FIG. 9 shows a second characteristic which shows the relationship between the trigger angle ⁇ and the compression ratio ⁇ in the case of a variable connecting rod length I.
  • the quantities h, r, a and ⁇ are known and the quantities ⁇ , I and ⁇ are unknown.
  • the compression ratio depends on the length of the connecting rod I as follows:
  • the unknown quantities ⁇ , I and ⁇ can be determined by solving the equation system consisting of (equation 1), (equation 2) and (equation 11).
  • a characteristic curve is obtained according to FIG. 9.
  • the characteristic shown by way of example is at a crank radius r of 43.4 millimeters, a piston measured D of 81 millimeters, a piston height a as a trigger mark distance of 30 millimeters, a height h of the sensor above the crankshaft center of 71.8 millimeters and a maximum connecting rod length ⁇ ⁇ 3 ⁇ of 146 millimeters has been determined.
  • the unknown quantities ⁇ , a, ⁇ can be determined by solving the equation system consisting of (equation 1), (equation 2) and (equation 13).
  • the invention can be described by one of the following feature groups: the feature groups can be combined with one another as desired and also individual features of a feature group with one or more features of one or more other feature groups. groups and / or one or more of the embodiments described above can be combined.
  • a method for performing on-board diagnosis in a reciprocating internal combustion engine with an adjustable variable compression ratio in TDC preferably by setting an effective length of a connecting rod, wherein the on-board diagnosis is used, the adjustable compression ratio to a cylinder to verify.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer On-Board-Diagnose bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis in OT, vorzugsweise durch Einstellung der effektiven Länge eines Pleuels (4), wobei die On-Board-Diagnose genutzt wird, um das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders (1) zu überprüfen.

Description

VCR-Steuerunq und OBD
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 010 975.5 vom 29. Juli 2014 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer On- Board-Diagnose bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem einstellbarem Verdichtungsverhältnis, ein Fahrzeug mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer hinterlegten On-Board-Diagnose und ein Computerprogramm- produkt mit Programmcodemitteln.
Für die Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses bei einem Verbrennungsmotor existieren unterschiedliche Lösungen. Diese Lösungen können in eine kontinuierliche und in eine diskontinuierliche Verstellung des Verdich- tungsverhältnisses eingeteilt werden. Eine kontinuierliche Verstellung ist aufgrund eines in jedem Betriebspunkt optimal einstellbares Verdichtungsverhältnisses zum Beispiel vorteilhaft für den C02-Ausstoß oder für eine sonstige Optimierung . Dem steht eine diskontinuierliche Verstellung mit zwei Stufen entgegen, jeweils als Endanschlag einer Verstellbewegung, mit dem Vorteil der einfachsten Form zur Realisierung der Konstruktion einer Brennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis. Alle konstruktiven Lösungen hängen aber davon ab, dass die Verstellung so präzise wie möglich erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Genauigkeit der einstellbaren Verdichtung zu verbessern bzw. exakter verifizieren zu können.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Durchführung einer On-Board- Diagnose bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit den Merkmalen des An- Spruchs 1, mit einem Fahrzeug mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer hinterlegten On-Board-Diagnose mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und mit einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen wie auch aus der Beschreibung hervor. Die vorgeschlagenen unabhängigen Ansprüche sollen nicht als Beschränkung des zu beanspruchenden Gegenstands verstanden werden. Vielmehr können ein oder mehr Merkmale aus den jeweiligen unabhängigen wie auch abhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere Merkmale aus der Be- Schreibung wie auch aus den anderen Ansprüchen ergänzt und/oder ersetzt werden wie auch ein oder mehrere Merkmale aus den jeweiligen Ansprüchen gestrichen werden können.
Es wird ein Verfahren zur Durchführung einer On-Board-Diagnose, abgekürzt OBD, bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungs¬ verhältnis vorgeschlagen, vorzugsweise durch Einstellung der effektiven Länge eines Pleuels, wobei die On-Board-Diagnose (OBD) genutzt wird, das einstell¬ bare Verdichtungsverhältnis an einem Zylinder zu überprüfen. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei der OBD der Zylinderdruck aufgenommen und über den Zylinderdruck auf das Verdichtungsverhältnis des Zylinders geschlossen wird.
Weiterhin ist vorgesehen, dass über den Zylinderdruck auf das Verdichtungs- Verhältnis des Zylinders geschlossen wird und darüber ein Abgleich zwischen dem ermitteltem Verdichtungsverhältnis und dem in der Motorsteuerung für den aktuellen Betriebszustand hinterlegten Verdichtungsverhältnis vorgenom¬ men und gegebenenfalls eine Korrektur des in der Motorsteuerung hinterlegten Verdichtungsverhältnis vorgenommen wird.
, Bei diesem Anlernvorgang wird üblicherweise eine Funktion in der Motorsteu¬ erung auf das ermittelte Verdichtungsverhältnis angelernt. Diese Funktion gibt das angelernte reale Verdichtungsverhältnis dann an al le weiteren Funktionen in der Motorsteuerung weiter, die das Verd ichtungsverhältnis als Eingangsg rö¬ ße verwenden . Statt eine Funktion anzulernen, kann in der Motorsteuerung auch eine Tabelle erstellt und abgelegt werden .
Bevorzugt ist es, wenn jeder Zyl inder im Rahmen einer On- Board- Diag nose hinsichtlich des individuellen Verd ichtungsverhältnisses überprüft wird .
Eine Ausgestaltung sieht zum Beispiel vor, dass mittels eines Positionssensors eine definierte Lage des Kolbens ermittelt und daraus auf das Verd ichtungs¬ verhältnis geschlossen wird . Ein mög licher Sensor kann zum Beispiel ein Hall- Sensor sein . Dieser ist beispielsweise in dem Kolben eingelassen und kann von außerhal b des Zyl inders detektiert werden . Eine weitere Positionsbestimmung kann im Rahmen der OBD zum Beispiel mit einem Sensor und mit einem Ver- fahren erfolgen, wie es aus der DE-A- 10 2006 033 062 hervorgeht, deren Offenbarung hiermit d urch Bezugnahme zum Gegenstand der vorl iegenden Patentanmeldung gehört.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass über eine Auswertung eines oder mehrere Signale eines Klopfsensors auf das Verd ichtungsverhältnis geschlos¬ sen wird .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass während einer Beschleunig ungspha¬ se der Hubkolbenbrennkraftmaschine eine On- Board- Diag nose d urchgeführt und ein oder mehrere Signale des Klopfsensors aufgenommen und ausgewer¬ tet werden .
Weiterhin ist es bevorzugt, dass bei einer Abweichung zwischen den ermittelten und den hinterlegten Verdichtungsverhältnissen der Zylinder untereinander eine Kalibrierung für zumindest denjenigen Zylinder getriggert wird, dessen ermittelte Abweichung h insichtl ich des Verd ichtungsverhältnisses außerhal b einer Toleranz liegt, wobei bevorzugt eine Kal ibrierung für al le Zylinder bei u n- gewollten Abweichungen der Verd ichtungsverhältnisse untereinander getriggert wird .
Die Nutzung der OBD- Funktion eines Fahrzeugs hat versch iedene Vorteile : die OBD beinhaltet die Ü berwachung verschiedener Komponenten insbesondere des Motors wie aber auch von an den Motor angeschlossenen Komponenten . Diese Ü berwachung wird d urch die Inbetriebnahme des Fahrzeugs getriggert. Insbesondere können somit auch d iejenigen Komponenten mitüberwacht werden, die für die Veränderung eines Verd ichtungsverhältnisses ebenfal ls rele- vant sind, zum Beispiel Katalysatoren, NOx-Speicher, Abgasrückführungsstre¬ cken, Lambda-Sonden wie auch sonstige Sensoren . Es existiert also bereits eine Infrastruktur, in die die Ü berwachung bzw. Kalibrierung des Verd ichtungsverhältnisses eingebunden werden kann . Weiterhin besteht die Mögl ichkeit, dass neben den vorhanden Informationsleitungen wie zum Beispiel ein CAN- Bussystem auch eine Fehlerspeicherung ermög licht ist. Auftretende Abweichungen bei dem festgestellten Verd ichtungsverhältnis können ab einer gewissen Grenze als Fehler eingestuft, abgespeichert bzw. einem Bediener des Fahrzeugs zum Beispiel über einer Fehlerleuchte angezeigt werden . Die Fehler- speicherung kann zum Beispiel im Motorsteuergerät erfolgen, bis die Werte ausgelesen werden . Fehlermeldungen können über genormte Schnittstellen abgefragt werden, entsprechend der PO-Codes, die in der ISO- Norm 15031-6 festgelegt sind .
Bevorzugt erfolgt ein Abgleich der tatsächlichen Kol benposition bzw. des ein- gestellten variablen Verd ichtungsverhältnisses diskontinuierlich . H ierbei kann nach Verstreichen einer gewissen, beispielweise einstellbaren Zeit eine Ü berprüfung angetriggert werden . Es besteht aber ebenfal ls die Mög lichkeit, dass eine permanente Ü berwachung gewäh rleistet wird, zum Beispiel entsprechend der Überwachung sonstiger Komponenten im Rahmen der OBD.
Der zur Verifizierung des aktuellen Verd ichtungsverhältnisses bevorzugt verwendete Positionssensor ist vorzugsweise außerhal b des Verbrennungsrau ms angebracht. Dies hat den Vorteil, dass für das Verdichtungsverhältnis kein hochdynamisch auflösender, teurer Drucksensor verwendet werden muss. Weiterhin wird in einer Ausführung der Sensor als binärer Sensor ausgestaltet. Vorteile binärer Sensoren sind ebenfalls geringe Kosten und die einfache Ver- wendbarkeit der ermittelten Daten . Wird beispielsweise eine Schwellwerterkennung von der Signalauswerteelektronik vorgenommen, so können auch Sensoren verwendet werden, die ein analoges oder ein digitales Signal liefern .
Es ist besonders bevorzugt, dass der Sensor relativ zu dem beweglichen Teil der Hubkolbenbrennkraftmaschine ruhend angebracht ist, beispielsweise am Zylinder, insbesondere an der Außenseite des Zylinders. Weiterhin kann der Sensor derart angebracht sein, dass der Sensor auf den Kolben bei jedem Hubzyklus zumindest einmal anspricht. Dieser Punkt oder Bereich, als Triggermarke bezeichnet, kann auf einer beliebigen Höhenlage des Kolbens angebracht sein . Die Triggermarke kann zum Beispiel als eine in Umfangsrich- tung verlaufende Kante ausgebildet sein oder im einfachsten Fall die Kolbenwandunterkante sein . Das Ansprechen des Sensors kann zum Beispiel vor Erreichen des unteren Totpunktes erfolgen . Dabei kann der Sensor auf unterschiedlichen Höhenlagen über der Kurbelwellenmitte angebracht sein . Vor- zugsweise wird der Sensor so tief wie möglich angebracht, um die Genauigkeit des Verfahrens zu maximieren . Die tiefst mögliche Einbauhöhe, mit hmin bezeichnet, hängt beispielsweise davon ab, welche der drei kinematisch wirksamen Längen variabel ist: Kurbelradius r ist variabel
r£min ist der Kurbelradius bei minimaler Verdichtung .
Pleuellänge I ist variabel
(Gl . 3b) Isrnax ist d ie Pleuellänge bei maximaler Verdichtung . Triggermarkenabstand a ist variabel
Figure imgf000008_0001
a£max ist der Abstand zwischen der M itte des Kolbenbolzens und der Triggermarke bei maximaler Verd ichtung .
Weiterhin lässt sich beispielsweise aus Fig . 2 entnehmen, dass I d ie Pleuellänge und r den dann jeweiligen Kurbelwel lenrad ius wiederg ibt. Diese Ausgestaltung hat Vorteile gegenüber einem Wegsensor auf einem bewegten System, wie zum Beispiel einem Teil des Kurbeltriebs, insbesondere einem veränderbaren Teil des Kurbelbetriebs. So wird in einer Ausgestaltung der Erfind ung mit einem ruhenden Sensor keine aufwendige Telemetrie benötigt, was das Gesamt- System kosteng ünstiger und robuster macht.
Bei einer Ausgestaltung der Erfind ung ist der Sensor ein Näherungssensor. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung als ind uktiver Sensor. Eine Variation als kapazitiver Sensor ist ebenfal ls mög lich . Auch kann für d iesen Sensor eine Ausgestaltung als optischer Sensor erfolgen .
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfind ung ist ein Sensor ausgestaltet als Mag netometer, vorzugsweise als eine Hall-Sonde oder ein mag netoresistiver Sensor. Ein mag netoresistiver Sensor ist ein Dünnschicht- sensor, der unter Einfl uß eines Mag netfeldes seinen Widerstand ändert und mit meist als XM R-Sensor - X-mag netoresistiver-Sensor - bezeichnet wird .
Bevorzugt weist der Sensor eine Integ rationsstufe auf. Diese kann beispiels¬ weise so ausgebildet sein, dass ein analoges Sig nal in ein binäres Sig nal um- gewandelt wird und/oder dass ein analoges Signal in ein digitales Sig nal ge¬ wandelt wird und/oder dass ein Sig nal an eine Schnittstelle angepasst wird, vorzugsweise an eine serielle Schnittstel le . Vorzugsweise gibt der Näherungssensor exakt zum Zeitpunkt des Überstreichens der Kolbenwandunterkante ein digitales, insbesondere binäres Signal ab. Insbesondere kann das binäre Signal durch eine steigende oder fallende Flanke gekennzeichnet sein.
Geometrisch wird in einer Ausführung der Erfindung der Sensor so gestaltet, daß dieser in einem Querschnitt eine Ausnehmung aufweist. So kann der Sensor beispielsweise als Hufeisen- bzw. U-form ausgebildet sein. Eine weitere Ausgestaltung des Sensors kann eine zylindrische Form sein, die eine zylindrische oder auf andere Weise geartete Ausnehmung aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Gestaltung als Quader, der eine quaderförmige oder anders gestaltete Ausnehmung aufweist. In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass ein Element, welches der Kolben aufweist, in die Ausnehmung des Sen- sors eintaucht. Dieses Element ist vorzugsweise die Kolbenwand oder ein Markierungselement am Kolben. Eine dementsprechende geometrische Anpassung der Ausnehmung an das entsprechende Element ist in einer weiteren Variante vorgesehen. Insbesondere bei einer Ausführung des Sensors als Hall-Sonde kann eine Kolbenwandunterkante beziehungsweise das entsprechende Markie- rungselement in die Ausnehmung eintauchen. Durch die insbesondere hufeisenförmige Ausgestaltung verlaufen die magnetischen Feldlinien vorzugsweise parallel, was zu einem sehr steilen Gradienten der induzierten z. B. Hall- Spannung führt, wenn die Kolbenwandunterkante beziehungsweise das entsprechende Markierungselement in die Ausnehmung eintaucht.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Signalauswerteelektronik ein Steuergerät auf, vorzugsweise ein Motorsteuergerät. Die Informationen vom Sensor werden in einer weiter bevorzugten Ausführung seriell zum Steuergerät übertragen, vorzugsweise mittels eines Datenbusses.
Eine bevorzugte Variation der Hubkolbenmaschine weist einen Sensor auf, welcher ein integrierter Sensor ist, vorzugsweise ein Magnetometer. In dieser Ausgestaltung überträgt der Sensor digitale, insbesondere binäre Signale mittels beispielsweise eines Datenbusses an ein Motorsteuergerät. Des Weiteren weist dieser Sensor eine Ausnehmung auf, wobei die Kolbenumfangswand während des Betriebes der Hubkolbenmaschine in den offenen Querschnitt ein- tauchbar ist. Der integrierte Sensor ermöglicht es, ermittelte Daten ohne zusätzliche Elektronik von einem analogen Wert in einen digitalen Wert, insbesondere einen binären Wert, zu wandeln und diesen insbesondere in einen Datenbus einzuspeisen. Über den Datenbus können die Daten sodann an die OBD weitergereicht werden.
Die Ergebnisse der On-Board-Diagnose können auch durch spezielle Softwareanwendungen auf PCs, Notebooks oder auch Smartphones mit Adapter ausgelesen werden. Über die Diagnoseschnittstelle sendet der angeschlossene Werkstatt- oder Notebook-Computer über zusätzlich erforderliche Hardware zur Protokollinterpretation und Signalpegelwandlung Befehle an eines der Steuergeräte, das über seine Adresse aktiviert wird, und erhält anschließend Ergebnisse zurück. Befehle gibt es zum Lesen der ID, insbesondere präzise Modellbezeichnung und Version des Steuergeräts, zum Lesen und Rücksetzen der oben erwähnten Fehlereinträge, zum Auslesen von Messwertblöcken, auch Normanzeige genannt) zum Lesen, Testen und Setzen von diversen Einstellungsparametern, sogenannte Anpasskanälen und vor allem für die Entwicklung zum direkten Lesen und Schreiben von Speicherzellen im Steuergerät.
Im Rahmen der OBD kann neben der Überprüfung und gegebenenfalls Kali- brierung der einstellbaren Verdichtung auch eine Diagnose des zugehörigen Sensors durchgeführt werden. Die Sensordiagnose kann z. B. folgendes umfassen :
• Plausibilitätsdiagnose: der Wert des Sensors befindet sich im bezogen auf den derzeitigen Betriebszustand erlaubten Bereich
· Abgleichdiagnose: mehrere Sensoren werden miteinander verglichen und ggf. anschließend abgeglichen • „Stuck"-Diagnose: Verändert sich der Wert bei bestimmten Bedingungen, zum Beispiel Transienten?
• Gradientenüberwachung : Überprüfung, ob der Anstieg oder allgemein die Veränderung des Sensorsignals real möglich ist.
Daneben kann im Rahmen der OBD aber auch der oder die zugehörigen Aktua- toren und/oder Verstellmechaniken überprüft werden, die die Verstellung auslösen. Hierbei kann z. B. geprüft werden, ob der Aktuator oder die Verstellmechanik auf eine Ansteuerung überhaupt reagiert, insbesondere auf ein Signal des zu überwachenden Sensors. Des Weiteren kann auch eine Systemdiagnose für die Überwachung des Verdichtungsverhältnisses vorgesehen sein. Zum Beispiel kann dabei überprüft werden, ob die Ausgangswerte des Systems der variablen Verdichtung bzw. der effektiven Längeneinstellung eines Pleuels über eine geforderte Zeit bei veränderten Bedingungen noch akzeptabel sind oder ob es, eventuell verursacht durch Verschleiß, Abweichungen gegeben hat, die außerhalb eines Toleranzfeldes liegen.
Ein weiterer Vorteil der Nutzung der OBD ist die Verhinderung von z. B. Schäden am Motor oder sonstiger Komponenten durch eine Fehlstellung des Kol- bens und dadurch eine abweichende Verdichtung mit Folgen wie der Entstehung von unverbrannten HCs, die Abgasreinigungskomponenten zerstören können, der Entstehung von NOx außerhalb eines durch Abgasgrenzen vorgegeben Toleranzfeldes oder sonstiges. Neben der Gefahrenabwehr und Schonung der Umwelt kann damit die OBD auch Motorschäden verhindern . Bei ent- sprechendem Fehler wird zum Beispiel ein motorschonendes Notlaufprogramme aktiviert. Zum Beispiel kann nach Erkennen einer fehlerhaften Kolbenstellung und damit falsch eingestellter Verdichtung der entsprechende Zylinder abgeschaltet werden, indem kein Kraftstoff mehr eingespritzt wird, da sonst das unverbrannte Gemisch den Katalysator zerstören könnte. Dem Fahrer kann das durch die Warnlampe oder einen Warnhinweis angezeigt werden. Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer hinterlegten On-Board-Diagnose vor¬ geschlagen, wobei die On-Board-Diagnose die Überprüfung des einstellbaren Verdichtungsverhältnisses umfasst, vorzugsweise mit einem Verfahren wie es oben bzw. nachfolgend noch näher beschreiben wird.
Hierzu kann die VCR-Kolbenmaschine beispielsweise ausgestaltet sein, wie es jeweils beispielweise aus DE-A-10 2005 055 199, DE-A-10 2011 056 298, DE- A-10 2012 014917, DE-A-10 2011 108790, DE-A-10 2010061 360, DE-A-10 2010 061 359, DE 10 2010 061 361 AI und/oder DE-A-10 2008005467 her¬ vorgeht, auf die unter Hinweis auf mögliche Konstruktionen des Pleuels mit exzentrischer Verstellung des Verdichtungskolbens, des Verstellmechanismus und der Stützzylinder bzw. Stützkolben und deren Betätigung hingewiesen wird. Die Inhalte dieser Druckschriften gehören durch Bezugnahme somit zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Hubkolbenmaschine mindestens einen Zylinder, einen Kolben, ein Pleuel, eine Kurbel, eine Sensorelektronik und eine Signalauswerteelektronik auf. Das Kompressionsvolumen in dem Zylinder der Hubkolbenmaschine wird zum Beispiel durch die geomet¬ risch wirksame effektive Länge einer Komponente bestimmt und ist durch mindestens eines oder bei mindestens einem der vorgenannten Bauteile ver¬ änderbar. Die Sensorelektronik der Hubkolbenmaschine weist mindestens ei¬ nen Sensor und einen Kurbelwinkelsensor auf, wobei der Sensor derart ange- bracht ist, dass er von mindestens einem beweglichen Bauteil des Kolbentrie¬ bes ansprechbar ist, und wobei der Kurbelwinkelsensor derart angebracht ist, dass der Kurbelwinkelsensor einen Kurbelwinkel erfasst. Mindestens eine Datenleitung verbindet mindestens den Sensor und den Kurbelwinkelsensor mit der Signalauswerteelektronik.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der Verfahrensschritte gemäß einem der oben bzw. nachfolgend erläuterten Verfahren vorgeschlagen, wenn das Computerprogrammprodukt in einem Motorsteuergerät ausgeführt wird, vorzugsweise in einem Motorsteuergerät eines Fahrzeugs wie hier be¬ schrieben.
Grundsätzlich gilt, dass sich das Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine gleichzeitig für sämtliche Zylinder oder für sämtliche Zylinder einer Zylinderbank einstellen lässt oder für die einzelnen Zylinder der Hubkol- benbrennkraftmaschine einstellen lässt, und zwar in sämtlichen zuvor genann- ten Fällen entweder aktiv oder passiv. Hierbei wird bevorzugt die Geometrie einer Triebwerkskomponente wie beispielsweise die Pleuellänge, der Kurbel¬ wellenradius, die Lagerung der Kurbelwelle und/oder die Lagerung des Ver¬ dichtungskolbens am Pleuel und damit die effektive Pleuellänge verändert. Be¬ vorzugt erfolgt dies hydraulisch, d.h. unter Einsatz eines Mediums. Hier eignet sich vor allem als Medium das Motoröl. Die aktive Verstellung bedeutet, dass durch Einwirken von externen Verstellkräften auf den Verstellmechanismus eine Verstellung der betreffenden Triebwerkskomponente erzielt wird. Die pas¬ sive Verstellung besagt, dass auf die Triebwerkskomponente beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wirkende Kräfte wie die Gasdruckkräfte und die Massenkräfte ausgenutzt werden, um eine Verstellung der Triebwerkskompo¬ nente zu bewirken. Bei der passiven Verstellung kommt es also aufgrund der Ausnutzung dieser Kräfte zu einer automatischen Verstellung der Triebwerkskomponente, während bei der aktiven Verstellung von außen, d.h. zusätzlich zu den zuvor genannten wirkenden Kräften oder unabhängig von diesen noch weitere Verstell kräfte eingebracht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den Figuren hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelne Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren Ausgestaltungen untereinander wie aber auch mit Merkmalen aus der obigen allgemeinen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Daher dienen die folgenden Ausgestaltungen zur Veranschaulichung von verschiedenen Möglichkeiten und Aspekten der Erfindung, ohne aber diese auf diese Ausgestaltungen beschränken zu wollen. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung einer Hubkolbenmaschine,
Fig. 2 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Kolbentriebs zum Zeitpunkt einer Signalauslösung,
Fig. 3 eine erste Sensoranordnung,
Fig. 4 eine zweite Sensoranordnung mit einer Hallsonde
Fig. 5 eine dritte Sensoranordnung mit einem optischen Sensor,
Fig. 6 eine vierte Sensoranordnung mit einem induktivem Sensor,
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm für die Ermittlung eines Verdichtungsverhältnisses,
Fig. 8 eine erste Kennlinie, welche die Relation des Verdichtungsverhältnisses ε zum Triggerwinkel α bei einem variablen Kurbelradius r beschreibt,
Fig. 9 eine zweite Kennlinie, welche die Relation des Verdichtungsverhältnisses ε zum Triggerwinkel α bei einer variablen Pleuellänge I beschreibt, und
Fig. 10 eine dritte Kennlinie, welche die Relation des Verdichtungsverhältnisses ε zum Triggerwinkel α bei einem variablen Triggermarkenabstand a beschreibt. Fig . 1 zeigt eine schematische Darstel lung eines Zyl inders 1 mit einem Kol bentrieb 2, wobei der Kol bentrieb 2 eine Kurbel 3, ein Pleuel 4 und einen Kolben 5 aufweist. Der Kolbentrieb ist derart ausgestaltet, dass seine effektive Länge veränderbar ist. Eine Sensorelektron ik 6 weist einen Sensor 7 und einen Ku r- belwinkelsensor 8 auf. Der Sensor 7 weist eine Sensorik 9 und eine Integ rationsstufe 10 auf. Der Kurbelwinkelsensor 8 weist ebenfal ls eine Sensorik 11 und eine Integrationsstufe 12 auf. Der Sensor 7 und der Kurbelwinkelsensor 8 sind über eine Datenleitung 13 mit einer Signalauswerteelektronik 14 verbu nden . Der Kolben 5 ist innerhal b eines Hubraumes 15 des Zyl inders 1 mittels des Kolbentriebs 2 beweg bar. Die Höhe des Hubraumes 15 ist d urch den Ab¬ stand des oberen Totpun kt 16 zu m unteren Totpunkt 17 festgelegt und wird bestimmt d urch d ie Geometrie der Kurbel 3. Oberhal b des oberen Totpunktes 16 befindet sich ein Brennraumvol umen, der dem Kompressionsvolumen 18 entspricht, wenn bei einer Aufwärtsbewegu ng des Kol bens 5 die Ein- und Aus- lassventile 19 geschlossen sind .
An hand der Informationen des Sensors 7 und des Kurbelwinkelsensors 8 wird in der Signalauswerteelektronik, die ein Steuergerät 20 aufweist, das aktuel le Verd ichtungsverhältnis berechnet. Für die Berechnung werden die geometri- sehen Zusammenhänge betrachtet, wie sie in Fig . 2 beschrieben sind . In den nachfolgenden Fign . werden für g leiche bzw. gleichartige Bauteile g leiche Be¬ zugszeichen verwendet.
Fig . 2 zeigt eine schematische Darstell ung eines Kolbentriebs 2, der eine Ku r- bei 3, einen Pleuel 4 und einen Kolben 5 aufweist, wobei der Kolben 5 eine Kolbenumfangswand 21 aufweist, das eine Höhe a aufweist, die im Folgenden Triggermarkenabstand genannt wird . Der Sensor 7 ist in einem festen Abstand h zur Kurbelwellenmitte 22 angeordnet. Das Pleuel 4 weist eine Pleuel länge I und die Kurbel 3 einen Kurbel rad ius r auf. Bei einer Rotation der Kurbel 3 um einen Winkel α wird der Kolben 5 longitudinal verschoben, wobei der Pleuel 4 um einen Schwenkwin kel Ψ aus einer Vertikallage ausschert. Der Abstand h und die jeweils unveränderlichen Längen sind aus der Konstruktion bekannt. Der Winkel 23 wird als Triggerwinkel α bezeichnet, wenn die Kolbenumfangs- wand 21 den Sensor 7 erregt, was beispielsweise bei der Kolbenunterkantenhöhe von h über der Kurbelwellenmitte 22 erfolgt. Dieser Triggerwinkel wird mittels des Kurbelwinkelsensors 8 erfasst und ist somit auch bekannt. Rotiert die Kurbel 3 um die Kurbelwellenmitte 22, spricht der Sensor 7 in bestimmten Winkellagen α der Kurbel 3 an. Eine hierdurch entstehende Flanke im Sensorsignal kann genutzt werden, um den Triggerwinkel, wie oben beschrieben, zu ermitteln. Dabei ist es sowohl möglich, die steigende als auch die fallende Flanke im Signal des Sensors 7 zu verwenden.
Bei veränderlicher Pleuellänge I und bekanntem Kurbelradius r läßt sich der Schwenkwinkel Ψ mittels der Gleichung r■ sin(or)
Ψ = arctan
h + a - r - sin(or)
(Gl. 4) errechnen. Die aktuelle Pleuellänge I ist dann sin(or)
l = r - sin(T) (Gl. 5)
Bei veränderlichem Kurbelradius r und bekannter Pleuellänge I ist der Kurbel radius r durch die Gleichung
Figure imgf000016_0001
bestimmbar. Fig . 3 zeigt eine Anordn ung eines Sensors 7 an einer Zyl inderwand 24. Bewegt sich der Kol ben 5 im Zylinder, so spricht der Sensor 7 an . Bei dem dargestel lten Sensor kann es sich beispielsweise um einen kapazitiven Sensor handeln . Fig . 4 zeigt eine Anordnung eines Sensors 7, wobei am Kolben 5 ein Sensorhilfselement 25 befestigt ist, wobei das Sensorhilfselement 25 in eine Hallsonde 26 eintauchbar ist, wobei die Hal lsonde 26 eine offene Form 27 aufweist.
Fig . 5 zeigt eine Anordnung eines Sensors 7 bei einem Kurbeltrieb, wobei der Sensor 7 als optischer Sensor (z. B. Lichtschranke) ausgestaltet ist und einen Photoemitter 28 und einen Photodetektor 29 aufweist. Die Kolbenumfangs- wand ist in d ie offene Form 27 des Sensors 7 eintauch bar und kan n ein Sig nal auslösen, wenn der Lichtstrom vom Photoemitter 28 zum Photodetektor 29 unterbrochen wird . Eine weitere Variante der Positionserkennu ng des Kolbens 5 ist eine Zwei-Wege- Lichtschranke, wobei der Photoemitter 28 und der Pho¬ todetektor 29 auf einer Seite des Kolbens 5 angeord net sind . Die Anwesenheit des Kol bens 5 wird anhand der Lichtintensität detektiert.
Fig . 6 zeigt einen Sensor 7, der als ind uktiver Sensor ausgestaltet ist. Eine Po- sitionsveränderung des Kol bens 5 bewirkt eine Veränderung des Magnetfeldes, welches der Sensor erzeugt. Der Sensor 7 kann wahlweise so ausgefüh rt werden, dass sich der Kolben dem Sensor nähert oder eintaucht. Auch kann eine Positionierung des Sensors 7 analog der Anordnung in Fig . 3 erfolgen . Fig . 7 zeigt ein Fl ussd iagramm eines Prog ramms in einem Steuergerät zur Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses, wobei die Prog rammschritte folgendes beinhalten :
A : Es wird ein Sensorsig nal eingelesen, welches beispielsweise vom Sensor 7 erzeugt wird . B: Nach einer Detektion eines Triggersignals oder nachdem das Signal einen Schwellwert überschritten hat, wird mit der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses begonnen.
C: Zunächst wird der Kurbelwinkel α eingelesen.
D: Danach wird die aktuelle kinematisch wirksame Länge errechnet.
E: Anschließend wird die Größe des Kompressionsvolumens 18 und/oder des Hubvolumens ermittelt.
F: Schließlich wird anhand vorbekannter und ermittelter Daten das Verdichtungsverhältnis berechnet.
Fig . 8 zeigt eine erste Kennlinie, die das Verdichtungsverhältnis ε in Abhängigkeit vom Triggerwinkel α beschreibt. Die variable kinematisch wirksame Größe ist in diesem Fall der Kurbelradius r. Die Größen h, I, a und α sind bekannt und die Größen r und ε sind unbekannt.
Infolge eines variablen Kurbelradius r ändert sich das Kompressionsvolumen Vc und das Hubvolumen VH wie folgt:
— c ε max + (re max r) ' (GI. 8)
Der Wert Vc,£max gibt das Kompressionsvolumen Vc und der Wert r£max den Kurbelradius r jeweils bei maximalem Verdichtungsverhältnis wieder. AK ist ein Wert für die Kolbenfläche. Das Verdichtungsverhältnis hängt damit wie folgt vom Kurbelradius r ab:
2 - r - A
1 + - K_
c,e max + (re nriax r) AK (Gl. 9)
Die unbekannten Größen ψ, r, ε können durch Lösung des aus (Gl. 1), (Gl. 2) und (Gl. 9) bestehenden Gleichungssystems bestimmt werden. Die Kennlinie gibt den Zusammenhang von Triggerwinkel α mit dem Verdich¬ tungsverhältnis ε in einer beispielhaften Ausgestaltung wieder, wobei der Triggermarkenabstand a 30 Millimeter, der Durchmesser des Kolbens D 81 Mil- limeter, die Pleuellänge I 144 Millimeter, die Höhe h des Sensors über dem Kurbelwellenmitte 71,5 Millimeter und die maximale Ausdehnung des Kurbel¬ radius r£max 45 Millimeter betragen.
Die Kennlinie zeigt, dass bei einem Triggerwinkel α von 180° das Verdich- tungsverhältnis ε minimal ist.
Fig. 9 zeigt eine zweite Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen Triggerwinkel α und Verdichtungsverhältnis ε bei einer variabler Pleuellänge I zeigt. Somit sind in diesem Beispiel die Größen h, r, a und α bekannt und die Größen Ψ, I und ε unbekannt.
Infolge der variablen Pleuellänge I ändert sich das Kompressionsvolumen wie folgt: = VCg max + (lg max— l) · ,
Das Verdichtungsverhältnis hängt damit wie folgt von der Pleuellänge I ab:
Figure imgf000019_0001
Die unbekannten Größen ψ, I und ε können durch Lösung des aus (Gl. 1), (Gl. 2) und (Gl. 11) bestehenden Gleichungssystems bestimmt werden.
Wird das Verdichtungsverhältnis ε in Relation zum Triggerwinkel α aufgetra- gen, so erhält man eine Kennlinie gemäß Fig. 9. Die beispielhaft gezeigte Kennlinie ist bei einem Kurbelradius r von 43,4 Millimetern, einem Kolben- durchmessen D von 81 Millimetern, einer Kolbenhöhe a als Triggermarkenabstand von 30 Millimetern, einer Höhe h des Sensors über der Kurbelwellenmitte von 71,8 Millimetern und einer maximalen Pleuellänge Ιεπΐ3Χ von 146 Millimetern ermittelt worden.
Gemäß der Kennlinie aus Fig . 9 ergibt sich ein maximales Verdichtungsverhältnis ε bei einem Triggerwinkel α von 180°.
Fig. 10 zeigt eine dritte Kennlinie des Verdichtungsverhältnisses ε in Relation zum Triggerwinkel α bei variablem Triggermarkenabstand a.
Bekannt sind in diesem Beispiel die Größen h, r, I und a. Unbekannt sind hingegen die Größen Ψ, a und ε. Infolge des variablen Triggermarkenabstands a ändert sich das Kompressionsvolumen folgendermaßen :
= ^c,s max " (ae max " a) ' -^2) Das Verdichtungsverhältnis hängt damit wie folgt von dem Triggermarkenabstand a ab:
ε = 1 + V"
Die unbekannten Größen ψ, a, ε können durch Lösung des aus (Gl. 1), (Gl . 2) und (Gl. 13) bestehenden Gleichungssystems bestimmt werden.
Die Erfindung lässt sich ferner alternativ durch eine der nachfolgend genannten Merkmalsgruppen umschreiben, wobei die Merkmalsgruppen beliebig mit- einander kombinierbar sind und auch einzelne Merkmale einer Merkmalsgruppe mit ein oder mehreren Merkmalen einer oder mehrerer anderer Merkmals- gruppen und/oder einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen kombinierbar sind.
1. Verfahren zur Durchführung einer On-Board-Diagnose bei einer Hubkol- benverbrennungskraftmaschine mit einem einstellbar veränderbarem Verdichtungsverhältnis in OT, vorzugsweise durch Einstellung einer effektiven Länge eines Pleuels, wobei die On-Board-Diagnose genutzt wird, das einstellbare Verdichtungsverhältnis an einem Zylinder zu überprüfen.
2. Verfahren nach Ziffer 1, wobei ein Zylinderdruck in einem Zylinder aufgenommen und über den Zylinderdruck auf das Verdichtungsverhältnis des Zylinders geschlossen wird.
3. Verfahren nach den Ziffern 1 oder 2, wobei ein Abgleich zwischen dem ermitteltem Verdichtungsverhältnis und einem hinterlegten Verdichtungsverhältnis vorgenommen und gegebenenfalls eine Korrektur vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis mittels der On-Board-Diagnose ein Kalibrieren des einstellbaren Verdichtungsverhältnisses eines Zylinders erfolgt.
5. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei jeder Zylinder im Rahmen einer On-Board-Diagnose hinsichtlich des individuellen Verdichtungsverhältnisses überprüft wird.
6. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei mittels eines Positionssensors eine definierte Lage des Kolbens ermittelt und daraus auf das Verdichtungsverhältnis geschlossen wird. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei über eine Auswertung von ein oder mehreren Signalen eines Klopfsensors auf das Verdichtungsverhältnis geschlossen wird. Verfahren nach Ziffer 7, wobei während einer Beschleunigungsphase der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine eine On-Board-Diagnose durchgeführt und ein oder mehrere Signale des Klopfsensors aufgenommen und ausgewertet werden. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei bei einer Abweichung zwischen den ermittelten und den hinterlegten Verdichtungsverhältnissen der Zylinder untereinander eine Kalibrierung für zumindest denjenigen Zylinder getriggert wird, dessen ermittelte Abweichung hinsichtlich des Verdichtungsverhältnisses außerhalb einer Toleranz liegt, wobei bevorzugt eine Kalibrierung für alle Zylinder bei ungewollten Abweichungen der Verdichtungsverhältnisse untereinander getriggert wird. Fahrzeug mit einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine und mit einer hinterlegten On-Board-Diagnose, wobei die On-Board-Diagnose eine Prüfung eines einstellbaren Verdichtungsverhältnisses umfasst, vorzugsweise mit einem Verfahren nach einer der Ziffern 1 bis 9. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der Verfahrensschritte gemäß einer der Ziffern 1 bis 9, wenn das Computerprogrammprodukt in einem Motorsteuergerät ausgeführt wird, vorzugsweise einem Motorsteuergerät eines Fahrzeugs gemäß Ziffer 10. B EZUGSZE IC H E N LISTE
1 Zylinder
2 Kolbentrieb
3 Kurbel
4 Pleuel
5 Kolben
6 Sensorelektronik
7 Positionssensor
8 Kurbelwinkelsensor
9 Sensorik
10 Integrationsstufe
11 Sensorik
12 Integrationsstufe
13 Datenleitung
14 Signalauswerteelektronik
15 Hubraumes
16 Totpunkt
17 Totpunkt
18 Kompressionsvolumen
19 Auslassventile
20 Steuergerät
21 Kolbenumfangswand
22 Kurbelwellenmitte
23 Winkel
24 Zylinderwand
25 Sensorhilfselement
26 Hallsonde
27 Form
28 Photoemitter
29 Photodetektor

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Durchführung einer On-Board-Diagnose bei einer Hubkol- benbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, wobei die On-Board-Diagnose zur Überprüfung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der On-Board-Diagnose der Zylinderdruck in einem Zylinder (1) aufgenommen und anhand des Zylinderdrucks auf das Verdichtungsverhältnis des Zylinders (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich zwischen dem ermitteltem Ist-Verdichtungsverhältnis und einem hinterlegten Soll-Verdichtungsverhältnis erfolgt und gegebenenfalls Funktionen in der Motorsteuerung basierend darauf angelernt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der in Bezug auf das Verdichtungsverhältnis erfolgenden On-Board-Diagnose eine Kalibrierung dergestalt erfolgt, dass eine die verschiedenen möglichen einstellbaren Verdichtungsverhältnisse eines Zylinders (1) beschreibende Funktion oder Tabelle erstellt bzw. angelernt wird .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1) im Rahmen einer On-Board-Diagnose hinsichtlich des individuellen Verdichtungsverhältnisses überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem anderen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Positionssensors (7) eine definierte Lage des Kolbens (5) ermittelt und daraus auf das Verdichtungsverhältnis geschlossen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem anderen der vorhergehenden An Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Auswertung eines ode mehrerer Signale eines Klopfsensors auf das Verdichtungsverhältnis ge schlössen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Beschleunigungsphase der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine eine On-Board-Diagnose durchgeführt und ein oder mehrere Signale des Klopfsensors aufgenommen und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung zwischen den ermittelten und den hinterlegten Verdichtungsverhältnissen der Zylinder (1) untereinander zumindest für denjenigen Zylinder (1) dessen ermittelte Abweichung hinsichtlich des Verdichtungsverhältnisses außerhalb einer Toleranz liegt, ein Verfahren gestartet wird, das zum Ziel hat, das ermittelte Verdichtungsverhältnis dem hinterlegten Verdichtungsverhältnis gleichzustellen wobei dies bevorzugt für alle Zylinder (1) bei ungewollten Abweichungen der Verdichtungsverhältnisse untereinander gestartet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis durch Verändern der effektiven Länge eines Pleuels (4) eingestellt wird.
11. Fahrzeug mit einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine und mit einer hinterlegten On-Board-Diagnose, wobei die On-Board-Diagnose eine Prüfung eines einstellbaren Verdichtungsverhältnisses umfasst, vorzugsweise mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der Verfahrensschritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogrammprodukt in einem Motorsteuergerät ausgeführt wird, vorzugsweise in einem Motorsteuergerät eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 11.
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