WO2017144268A1 - Betriebsverfahren und brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2017144268A1
WO2017144268A1 PCT/EP2017/052659 EP2017052659W WO2017144268A1 WO 2017144268 A1 WO2017144268 A1 WO 2017144268A1 EP 2017052659 W EP2017052659 W EP 2017052659W WO 2017144268 A1 WO2017144268 A1 WO 2017144268A1
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eccentric shaft
combustion engine
internal combustion
stop
curve
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PCT/EP2017/052659
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Matthias Delp
Axel Weber
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • F02B75/00—Other engines
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    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/222—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices

Definitions

  • the invention relates to an operating method according to claim 1 and an internal combustion engine according to claim 6.
  • an improved method of operating an internal combustion engine may be provided thereby, based on an operating condition of the internal combustion engine ⁇ a predefined angle of rotation of an eccentric shaft for controlling a compression in a cylinder of the internal combustion engine is determined, wherein an eccentric shaft drive rotates the eccentric shaft so far that an eccentric shafts ⁇ stop abuts on a first stationary stop surface, a stop angle of the eccentric shaft is detected in abutment of the Exzenterwellenantriebs the stationary stop, wherein an operating parameter of the Exzenterwellenantriebs is determined based on the predefined angle of rotation and the abutment angle, wherein the eccentric shaft drive is rotated based on the Tropara ⁇ meters.
  • This embodiment has the advantage that it is possible to dispense with an eccentric shaft sensor for determining the angle of rotation of the eccentric shaft. As a result, the internal combustion engine can be made particularly cost-effective.
  • a functionality of an eccentric shaft sensor for detecting a rotation angle of the eccentric shaft of the internal combustion engine is checked, wherein exclusively in case of failure of the functionality of the Exzen- terwellensensors the operating method, which is designed as described above, is performed.
  • This embodiment has the advantage that an emergency running property of the internal combustion engine is ensured and in regular operation of the Exzenterwel ⁇ lens sensor can be used to determine the angle of rotation of the eccentric shaft.
  • a pole change behavior of an electric machine of the eccentric shaft drive and / or a sensor signal of a sensor system of the eccentric shaft drive are taken into account.
  • the eccentric shaft drive is used on the basis of a further operating parameter at least as a manipulated variable and as a desired value of the operating parameters as the desired value.
  • the operating parameter is determined on the basis of a characteristic map and / or a mathematical function and / or an algorithm.
  • the internal combustion engine comprises an adjusting drive, a piston and at least one
  • the eccentric shaft is rotatably mounted about a Exzenterwellenenburnachse, the eccentric shaft a first eccentric ⁇ shaft stop, a second Exzenterwellenanschlag and a first eccentric ⁇ shaft stop, a second eccentric shaft stop and a Control cam, wherein the control cam is limited at its ends by the first eccentric shaft stop and the second eccentric shaft stop, wherein the control cam has a global minimum curve, wherein in a projection of the control cam, the first eccentric shaft stop and the second Exzenterwellenanschlags in the axial direction with respect to the Exzenterwellenenburnachse in a rotational plane of the global cure ⁇ venminimum spaced from the first Exzenterwellenanschlag and arranged the second Exzenterwellenanschlag.
  • This embodiment has the advantage that the internal combustion engine can be operated reliably even during operation of the attacks.
  • control cam has a local maximum curve.
  • the local maximum curve is arranged in the circumferential direction adjacent to the first eccentric shaft stop.
  • control curve has a global maximum curve.
  • the global maximum curve is located circumferentially adjacent to the second eccentric shaft stop.
  • control cam has a first portion and at least a second portion, wherein the first portion in the circumferential direction between the first eccentric shaft stop and the global curve minimum and the second portion in the circumferential direction between the global
  • Curve minimum and the second eccentric shaft stop is arranged.
  • the first section and the second section each adjoin the global curve minimum.
  • the first section and the second sections are formed axisymmetric with respect to an axis of symmetry by the global curve minimum.
  • the adjusting drive has an eccentric shaft drive and a control unit.
  • the eccentric shaft drive ⁇ is connected to the control unit and electrically with the eccentric shaft a torque-locking.
  • the internal combustion ⁇ machine has a first stationary stop surface and a second stationary stop surface.
  • the control unit is configured to control the internal combustion engine as described above at ⁇ .
  • the eccentric shaft drive has an electric machine, preferably a brushless DC motor
  • the control device has a control device and a controller.
  • the controller is coupled to the electric machine.
  • the controller transfers the operating parameter to the controller as a setpoint.
  • the controller is designed to regulate the electric machine based on the desired value by means of at least one further operating parameter such that the eccentric shaft is rotated by the predefined angle of rotation. This allows the Exzenterwel ⁇ lenantrieb be controlled sensorless.
  • Figure 1 is a perspective view of a section of a
  • Internal combustion engine 2 shows a longitudinal section through a shown in Figure 1
  • Eccentric shaft 3 is a sectional view taken along a section plane shown in Figure 2 by a AA shown in Figure 2 Ex ⁇ zenterwelle;
  • Figure 4 is a graph of the cam applied over the
  • Figure 5 shows a flow diagram of a method for controlling the internal combustion engine described in Figures 1 to 4 show.
  • Figure 1 shows a perspective view of a portion of an internal combustion engine 10, which is exemplified as a series internal combustion engine, in particular as a four-stroke four-cylinder inline internal combustion engine is formed.
  • the internal combustion engine 10 may also be designed differently.
  • the internal combustion engine 10 comprises a multi-joint crank drive 11, a crankshaft 15 and by way of example four pistons 20, each of which is movably mounted in one of four cylinders, not shown, of the internal combustion engine 10.
  • the crankshaft 15 is exemplarily rotatably supported by not shown shaft bearing of a likewise not shown cylinder crankcase of the internal combustion engine 10 and has in the off ⁇ leadership example several storage serving centrally arranged shaft journals 30 and corresponding to the number of pistons 20 provided first crank pin 35 (of which 1 each only one is visible), whose longitudinal central axes are offset in different angular orientations parallel to a rotation axis 40 about which the crankshaft 15 is rotatable.
  • the multi-joint crank drive 11 has, for example, a piston connecting rod 25 and a coupling member 60 for each piston 20.
  • the coupling member 60 is rotatably supported respectively on one of the first crank pins 35 of the crankshaft 15.
  • Each of the coupling links 60 has a lift arm 65, which is preferably arranged in a plane of rotation to the axis of rotation 40.
  • the lift arm 65 is pivotally connected via a first pivot joint 70 with a lower end of the Kolbenpleuels 25.
  • An upper end of the respective Kolbenpleuels 25 is connected via a second pivot joint 75 with the piston 20.
  • each of the piston 20 is connected by the respective Kolbenpleuel 25 and the respective coupling member 60 with the crankshaft 15.
  • the internal combustion engine 10 further includes an adjusting drive 45.
  • the adjusting drive 45 includes an eccentric shaft 50 which be ⁇ vorzugtrine is arranged parallel to the rotation axis 40 and is rotatable about a Exzenterwellenburnachse 55th
  • the eccentric shaft 50 is rotatably mounted by way of example next to the crankshaft 15 and slightly below it in the cylinder crankcase and is coupled in a torque-locking manner to the crankshaft 15.
  • the adjusting drive 45 further comprises a number of Kol ⁇ benpleuel 25 and the coupling members 60 corresponding number of Anschpleuel 80. These are for example approximately parallel to the Kolbenpleuel 25 aligned and in the axial direction of the crankshaft 15 and the eccentric shaft 50 each about the same plane of rotation the associated Kolbenpleuel 25, but arranged on the opposite side of the crankshaft 15.
  • Each Anlenkpleuel 80 includes a connecting rod 85 and two at opposite ends of the connecting rod 85 arranged
  • Connecting rods 90, 95 in particular with different inner diameters.
  • the larger lower connecting rod eye 95 of each Anlenkpleuels 80 at the lower end of the connecting rod 85 and surrounds a relative to the axis of rotation 40 of the eccentric shaft 50 eccentric second crank pin 100 of the eccentric shaft 50 on which the Anlenkpleuel 80 is rotatably supported by a pivot bearing 105.
  • the smaller connecting rod eye 90 at the upper end of the connecting rod 85 forms part of a third pivot joint 110 between the Anlenkpleuel 80 and a coupling arm 115 of the adjacent coupling member 60, which projects beyond the lift arm 65 on the side of the crankshaft 15 via this.
  • the eccentric shaft 50 has between adjacent eccentric second crank pin 100 and at their front ends for supporting the eccentric shaft 50 in shaft bearings serving for Exzenterwellenburnse 55 ko ⁇ axial shaft sections 120 on.
  • shaft bearings serving for Exzenterwellenbondse 55 ko ⁇ axial shaft sections 120 on.
  • the inclination of Kolbenpleuel 25 with respect to the cylinder axis of the associated cylinder during the rotation of the crankshaft 15, resulting in a reduction of piston side forces and thus the frictional forces between the piston 20 and cylinder walls of the cylinder leads.
  • Piston 20 is selected depending on a current operating cycle of the internal combustion engine 10 or adjusted by the adjusting drive 45 targeted.
  • the United ⁇ actuator 45 further includes a Exzenterwellenantrieb 125, which torsionally couples the eccentric shaft 50 with the crankshaft 15 °.
  • the eccentric shaft drive 125 further includes an electric machine 130.
  • the electric machine 130 is torque-coupled to the eccentric shaft 50.
  • the electric machine 130 is designed to rotate relative to the crankshaft 15, the eccentric shaft 50.
  • the eccentric shaft 125 may additionally have a gear ⁇ element (not shown) to couple the eccentric shaft 50 torque-locking manner with the crankshaft 15.
  • the internal combustion engine 10 further comprises a control unit 135.
  • the control unit 135 comprises a control device 140, an interface 145 and a memory 150.
  • the memory 150 is connected to the control device 140 via a first connection 155.
  • the interface 145 is connected to the control device 140 by means of a second connection 160.
  • Interface 145 is connected via a third connection 165 to the electric machine 130 of the eccentric shaft drive 125. Furthermore, the adjusting drive 45 has an eccentric shaft sensor 170. The eccentric shaft sensor 170 is designed to detect a twist angle ⁇ of the eccentric shaft 50. The Exzen The first sensor 170 is connected to the interface 145 of the controller 135 via a fourth connection 175.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the eccentric shaft 50.
  • the eccentric shaft 50 may, for example, a support tube 180 to take ⁇ , which is formed as a hollow cylinder.
  • the second crank pin 100 and, for example, a transmission element 185 may be provided on the support tube 180.
  • the transmission element 185 may, for example, be connected radially on the inside to the electric machine 130 of the eccentric shaft drive 125.
  • a stator 190 of the electric machine 130 with the support tube 180 torque-locking ver ⁇ be connected, while a rotor 195 is connected to the transmission element 185 torque-locking.
  • the electric machine 130 is exemplified as a brushless DC motor. Also, the electric machine 130 may be configured differently. Of particular advantage here is when the electric machine 130 has its own sensor with respect to a position of the rotor 195 relative to the stator 190. Alternatively, it is also conceivable that a Positi ⁇ tion of the rotor 195 relative to the stator 190 can be determined due to a Pol flick s. Furthermore, by way of example, the eccentric shaft sensor 170 may comprise a transmitter wheel 200 and an eccentric shaft sensor element 205, wherein the eccentric shaft sensor element 205 is arranged stationary and the transmitter wheel 200 is connected to the carrier tube 180 in a torque- locking manner.
  • the encoder wheel 200 may have teeth, wherein the eccentric shaft sensor element 205 tooth flanks of the teeth detected and corresponding to the geometric configuration of the teeth of the encoder wheel 200 provides a Exzenterwellensensorsignal via the fourth connection 175 of the interface 145.
  • the interface 145 provides the eccentric shaft sensor signal via the second connection 160 to the controller 140.
  • the eccentric shaft 50 comprises a stop wheel 210.
  • the stop wheel 210 is torque-locked to the carrier tube 180 _
  • FIG. 3 shows a cross section along a sectional plane AA shown in FIG. 2 through the eccentric shaft 50 shown in FIG. 2.
  • the stop wheel 210 has a first eccentric shaft stop 215 and a second eccentric shaft stop 220.
  • the first Exzenterwellenanschlag 215 has a first Exzenterwellen- stop surface 225, which is preferably in a plane at ⁇ ordered in which the Exzenterwellen loftachse extends 55th
  • the first eccentric shaft stop face 225 is arranged on a side face of the first eccentric shaft stop 215 facing away from the second eccentric shaft stop 220.
  • the second Exzenterwellenanschlag 220 has a second ex ⁇ zenterwellenanschlags appearance 230th
  • the second Exzenterwel ⁇ lenanschlags preparation 230 is in a further plane in which the Exzenterwellenenburnachse 55 extends arranged.
  • the second Exzenterwellenanschlags composition 230 is disposed on a side facing away from the first Exzenterwellenanschlag 215 side surface of the second Exzenterwellenanschlags 220.
  • the first eccentric shaft abutment surface 225 and the second eccentric shaft abutment surface 230 are illustrative of an angle of 270 °.
  • first Exzenterwellenanschlags behavior 225 and the second Exzenterwellenanschlag relations 230 relative to the Exzenter ⁇ wave rotation axis 55 another angle, but preferably an angle in an angular segment between 180 ° and 360 °, in particular in an angular range between 220 ° and 300 ° , lock in .
  • the internal combustion engine 10 further includes a stationary stop 235.
  • the stationary stopper 235 has a first stationary abutment surface 236 and a second stationary one
  • the stationary stop 235 is arranged rotationally fixed relative to the eccentric shaft 50 and can For example, be connected to a cylinder crankcase, not shown, of the internal combustion engine 10.
  • the second crank pin 100 has an outer circumferential surface 240 with a control cam 245.
  • a rotation of the eccentric shaft 50 relative to the crankshaft 15 by an angle of rotation ⁇ that causes due to the spatial arrangement of the control cam 245 via the multi-joint crank mechanism 11 a Combustion chamber in the Brennkraftma ⁇ machine 10 is increased or decreased.
  • the stationary stop 235 instead of the stationary stop 235 with two stop surfaces 236, 237, two stationary stops are provided, each with one of the abutment surfaces 236, 237, in which case the two stationary stops are circumferentially offset with respect to the eccentric shaft axis of rotation 55 are.
  • the first stationary stop surface is then rated as 236 stopping on a side facing the first Exzenterwellenan Kunststoffs formulation 225 side surface of the first stati ⁇ ondid stopper 235 and the second stationary abutment surface 237 on a side facing the second Exzenterwellenanschlags composition 230 side of the second stationary stopper 235th
  • FIG. 4 shows a diagram of the control curve 245 plotted against an angle of rotation ⁇ of the eccentric shaft 50.
  • the control curve 245 has a predefined stroke H for each angle of rotation ⁇ , which corresponds to a local distance of a point on the circumferential surface 240 to the eccentric shaft axis of rotation 55.
  • the control curve 245 has a global curve minimum 250, a global curve maximum 255 and a local maximum curve 260.
  • the local maximum curve 260 is disposed circumferentially adjacent to the first eccentric shaft stop surface 225 of the first eccentric shaft stopper 215.
  • the global maximum curves ⁇ 255 adjacent second circumferential direction to the Exzenterwellenanschlagsflache 230 of the second Exzenterwel ⁇ lenanschlags 220 arranged.
  • the global minimum curve 255 is located between the local maximum 260 and the global maximum 255.
  • the global curve minimum 250 is spaced from the first Exzenterwellenanschlag 215 and the second Exzenterwellenan ⁇ impact 220 arranged.
  • the control cam 245 further includes a first portion 265 and at least one second portion 270.
  • the first section 265 is arranged circumferentially between the first eccentric shaft stop 215 and the global curve minimum 250.
  • the second section 270 is arranged circumferentially between the global curve minimum 250 and the second eccentric shaft stop 230.
  • the first section 265 and the second section 270 each adjoin the global curve minimum 250.
  • the first section 265 and the second section 270 are formed axially symmetrically with respect to an axis of symmetry 275 through the global curve minimum 250.
  • the control cam 245 is limited at a first end by the first Exzenterwellenanschlagsflache 225 and at its second end by the second Exzenterwellenanschlagsflache 230.
  • the size of the combustion chamber is controlled via the multi-joint crank mechanism 11 and, due to the size of the combustion chamber, a compression of gas located in the combustion chamber.
  • the eccentric shaft 50 is rotated relative to the crankshaft 15 such that the internal combustion engine 10 is driven with the global maximum curve 255 of the eccentric shaft 50, the internal combustion engine 10 is operated with a maximum compression.
  • the maximum compression can, for example, in the case of an Otto engine operated internal combustion engine. machine 10 have a value 13.
  • the maximum compression can for example be controlled in particular when the internal combustion engine 10 is operated in a partial load range, so as to provide a particularly efficiently operating internal combustion engine 10.
  • first eccentric shaft abutment surface 225 is arranged in the circumferential direction offset from the global curve minimum 250 causes the internal combustion engine 10 to be operated with a medium compression when the first eccentric shaft abutment surface 225 abuts against the first stationary abutment surface 236. This ensures that the internal combustion engine 10 can be reliably operated even at full load or in critical operating conditions.
  • FIG. 5 shows a flowchart of an operating method for operating the internal combustion engine described in Figures 1 to 4 10.
  • the controller 140 checks a functional capability of the eccentric ⁇ wave sensor 170 with respect to the determination of the angle of rotation ⁇ of the eccentric shaft 50.
  • a second method step 305 is continued. If the Exzenterwellensensor 170 is not operational, is continued ⁇ driven with a third method step 310th
  • the controller 140 controls the Exzenterwellenantrieb 125 on the basis of the provided by the Ex ⁇ zenterwellensensor Verfitwinkelsignals 170, a power requirement of the internal combustion engine 10 and stored in a memory 150 the first control parameter.
  • the first control parameter may be, for example, an algorithm, a map and / or a mathematical function.
  • the control device 140 checks whether the angle of rotation ⁇ of the eccentric shaft 50 of the control device 140 is known. If this is the case, then the control device 140 continues with a fourth method step 315. If this is not the case, the control device 140 moves with a fifth method step 320.
  • the control ⁇ means 140 selects as the maximum turning speed, with which it drives the electric machine 130, a reduced maximum speed value, which is stored in the predefined memory 150th
  • the Steuerein ⁇ device 140 proceeds to the second process step 305 continues and controls the Exzenterwellenantrieb 125 as in the second procedural ⁇ rens Colour 305 described with the only difference as ⁇ executed starting just that the maximum turning speed compared to the regular operation in the second Method step 305 is reduced. This ensures that the Exzenterwellenantrieb 125 is not inadvertently adjusted and the different positions can also be controlled without position measurement over the Exzenterwellensensor 170 to ⁇ reliable.
  • the control device 140 detects a ⁇ requested by the internal combustion engine 10 to be dispensed mechanical power.
  • a fifth method step 320 following the fourth method step 315 the controller 140 compares the requested power with a predefined power threshold stored in the memory 150. Depending on the result of the comparison, the control device 140 selects a direction of rotation with which the electric machine 130 is actuated firstly and, on the other hand, the electric machine 130 rotates the eccentric shaft 50 with respect to the cylinder crankcase.
  • the control device 140 selects the direction of rotation with which the electric machine 130 rotates the eccentric shaft 50 so is rotated relative to the cylinder crankcase so that the second stationary abutment surface 237 is moved in the direction of the second Exzenterwellenanschlags behavior 230 until the second Exzenterwellenanschlags composition 230 abuts the second stationary abutment surface 237. A striking of the second
  • Eccentric shaft stop 220 at the stationary stop 235 has the advantage that the internal combustion engine 10 is operated at the global maximum curve 260 of the control cam 245. As a result, the compression is lowered and knocking of the internal combustion engine 10 is reliably prevented.
  • the striking of the second eccentric shaft stop 220 on the stationary stop 235 detects the control device 140. This can be done, for example, by the control device 140 monitoring a current required by the electric machine 130, wherein when the second eccentric shaft stop surface 230 abuts from the second stationary An ⁇ impact surface 237 of the electrical machine 130 be ⁇ required current increases abruptly.
  • the control device 140 monitoring a current required by the electric machine 130, wherein when the second eccentric shaft stop surface 230 abuts from the second stationary An ⁇ impact surface 237 of the electrical machine 130 be ⁇ required current increases abruptly.
  • the abutment of the second Exzenterwellenanschlags constitution 230 is detected differently on the stationary stop 235.
  • the control device 140 If the control device 140 detects that the mechanical power of the internal combustion engine 10 to be delivered is lower than the predefined power threshold value, the control device 140 controls the electric machine 130 in such a way that the first eccentric shaft stop 215 moves in the direction of the stationary stop 235 by the electric machine 130 is rotated until the first Exzenterwellenanschlags constitutional 225 abuts the first stationary abutment surface 236.
  • the striking first eccentric shaft stop 215 on the first stationary stop surface 236 detects the control device 140, for example, as described above.
  • a striking of the first eccentric shaft stop 215 on the stationary stop 235 has the advantage that the internal combustion engine 10 is operated with the local maximum curve 260 of the control curve 245. This has the particular advantage that in difficult conditions, especially at idle, a reliable operation of
  • the internal combustion engine 10 is ensured. Furthermore, it is avoided that the internal combustion engine 10 is operated with the global curve minimum 250 of the control curve 245 and thus with a particularly high compression. As a result, the compression can be increased, in particular, for example, during idling, and, for example, instead of a value of 7 or 8, as has conventionally, has a value of, for example, 10.5.
  • the control device 140 By striking the respective eccentric shaft stop 215, 220 to the stationary stop 235, the control device 140 selects a stop angle.
  • the control device 140 can select on the stationary stop 235, the control device 140 as a stop angle of 0 ° for example, with abutment of the first Exzenterwellenanschlags 215, while on the other hand it the second Exzenterwel ⁇ lena 220 selects shock at striking the stationary stop 235 and stop angle 270 °.
  • control device 140 determines the basis of an operating state of the
  • the second control parameter is formed, for example, as a map, mathematical function and / or algorithm, a predefined angle of rotation ⁇ of the eccentric shaft 50 relative to the crankshaft 15th
  • a tenth step 345 140 the controller determines ⁇ means based on the determined predefined twist angle ⁇ and the stop angle determined one operating parameter of Exzenterwellenantriebs 125.
  • the Be ⁇ operating parameters for example, a Polar of the electrical machine 130 of the Exzenterwellenantriebs 125 and / or a sensor signal of the sensor be the electric machine 130.
  • control device 140 controls the electrical system on the basis of the operating parameter.
  • the electric machine 130 rotates the eccentric shaft 50 relative to the crankshaft 15 in such a way that the predefined displacement angle ⁇ is maintained.
  • the control device 140 additionally has a control device.
  • the control device is designed such that a further loading of the operating parameters ⁇ Exzenterwellenantriebs 125 is controlled such as a setpoint value, that the operating parameter determined is maintained.
  • the control device takes into account as a setpoint a predefined number of pole changes, as a further operating parameter a voltage and / or a current and / or a frequency of a rotating field for the electric machine 130 is regulated as a further operating parameter by the control.
  • an additional process step between the fifth and tenth process step 320 may be provided to 345, which is formed in accordance with the fourth method step 315 from ⁇ .
  • the operating method is carried out again at the start of the internal combustion engine 10, in each case, so as to ensure that the eccentric shaft 50 is suitable for the purpose of operating behavior of the internal combustion engine 10 is controlled by the control device 140.
  • the operating method described in FIG. 5 can also be repeated at regular intervals during operation of the internal combustion engine 10, without the internal combustion engine 10 having significant power losses here and / or an exhaust gas behavior of the internal combustion engine 10 being impaired.
  • the internal combustion engine 10 described in FIGS. 1 to 4 also has an improved operating behavior independent of the operating method described in FIG. 5, even if the eccentric shaft sensor 170 fails. Also, the operating method, as described in Figure 5, independently of that described in Figures 1 to 4
  • Internal combustion engine 10 are used to control the eccentric shaft 50 for operating ⁇ behavior of the internal combustion engine 10 in case of failure of Ex ⁇ center shaft sensor 170.
  • a further additional method step 355 may be provided, wherein in the additional method step 355 the control device 140 determines an adapted adjustment angle based on a predefined offset stored in the memory 150 and controls the eccentric shaft drive 125 in the eleventh method step 350 on the basis of the adapted adjustment angle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Betriebsverfahren für eine Brenn- kraftmaschine und eine Brennkraftmaschine, wobei auf Grundlage eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein vordefinierter Verdrehwinkel einer Exzenterwelle zur Steuerung einer Verdichtung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei ein Exzenterwellenantrieb die Exzenterwelle so weit verdreht, dassein Exzenterwellenanschlag an einer ersten stationären Anschlagsfläche anschlägt, wobei bei Anschlagen des Exzenterwellenanschlags an dem stationären ersten Anschlag ein Anschlagswinkel der Exzenterwelle erfasst wird, wobei auf Grundlage des vordefinierten Verdrehwinkels und des Anschlagswinkels ein Betriebsparameter des Exzenterwellenantriebs ermittelt wird, wobei auf Grundlage des Betriebsparameters der Exzenterwellenantrieb verdreht wird.

Description

Beschreibung
Betriebsverfahren und Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 6.
Aus der DE 102012001 648 B4 ist ein Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten An- lenkpleuel bekannt, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar um einen Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist, wobei die Exzenterwelle als gebaute Welle vorliegt und ein Trägerrohr, wenigstens einen zu einer Drehachse der Exzenterwelle exzentrisch getrennt vom Trägerrohr ausgebildeten Hubzapfen sowie zumindest ein getrennt von dem Trägerrohr ausgebildetes Getriebeelement aufweist. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Betriebsverfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und eine verbesserte Brennkraftmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Betriebsverfahrens gemäß Patentanspruch 1 und mittels einer Brennkraftmaschine gemäß
Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass ein verbessertes Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine dadurch bereitgestellt werden kann, wobei auf Grundlage eines Betriebszustands der Brennkraftma¬ schine ein vordefinierter Verdrehwinkel einer Exzenterwelle zur Steuerung einer Verdichtung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei ein Exzenterwellenantrieb die Exzenterwelle so weit verdreht, dass ein Exzenterwellen¬ anschlag an einer ersten stationären Anschlagsfläche anschlägt, wobei bei Anschlagen des Exzenterwellenantriebs am stationären Anschlag ein Anschlagswinkel der Exzenterwelle erfasst wird, wobei auf Grundlage des vordefinierten Verdrehwinkels und des Anschlagswinkels ein Betriebsparameter des Exzenterwellenantriebs ermittelt wird, wobei auf Grundlage des Betriebspara¬ meters der Exzenterwellenantrieb verdreht wird.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf einen Exzenterwellensensor zur Bestimmung des Verdrehwinkels der Exzenterwelle verzichtet werden kann. Dadurch kann die Brennkraftmaschine besonders kostengünstig ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Funktionsfähigkeit eines Exzenterwellensensors zur Erfassung eines Verdrehwinkels der Exzenterwelle der Brennkraftmaschine überprüft, wobei ausschließlich bei Ausfall der Funktionsfähigkeit des Exzen- terwellensensors das Betriebsverfahren, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, durchgeführt wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Notlaufeigenschaft der Brennkraftmaschine sichergestellt wird und im Regulärbetrieb der Exzenterwel¬ lensensor zur Bestimmung des Verdrehwinkels der Exzenterwelle genutzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei Bestimmung des Betriebsparameters ein Polwechselverhalten einer elektrischen Maschine des Exzenterwellenantriebs und/oder ein Sensorsignal einer Sensorik des Exzenterwellenantriebs berücksichtigt.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Exzenterwellenantrieb auf Grundlage eines weiteren Betriebsparameters wenigstens als Stellgröße und als Sollwert der Betriebsparameter als Sollwert verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Betriebsparameter auf Grundlage eines Kennfelds und/oder einer mathematischen Funktion und/oder eines Algorithmus ermittelt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Brennkraftmaschine einem Verstelltrieb, einen Kolben und wenigstens einem
Brennraum, wobei der Kolben einen Brennraum zumindest ab- schnittweise begrenzt, wobei der Verstelltrieb ausgebildet ist, zumindest eine Verdichtung in dem Brennraum zu verändern, wobei der Verstelltrieb wenigstens eine Exzenterwelle umfasst, wobei die Exzenterwelle drehbar um eine Exzenterwellendrehachse gelagert ist, wobei die Exzenterwelle einen ersten Exzenter¬ wellenanschlag, einen zweiten Exzenterwellenanschlag und eine Steuerkurve aufweist, wobei die Steuerkurve an ihren Enden jeweils durch den ersten Exzenterwellenanschlag und den zweiten Exzenterwellenanschlag begrenzt wird, wobei die Steuerkurve ein globales Kurvenminimum aufweist, wobei bei einer Projektion der Steuerkurve, des ersten Exzenterwellenanschlags und des zweiten Exzenterwellenanschlags in axialer Richtung bezogen auf die Exzenterwellendrehachse in eine Drehebene das globale Kur¬ venminimum beabstandet zu dem ersten Exzenterwellenanschlag und dem zweiten Exzenterwellenanschlag angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Brennkraftmaschine auch im Betrieb an den Anschlägen zuverlässig betrieben werden kann .
In einer weiteren Ausführungsform weist die Steuerkurve ein lokales Kurvenmaximum auf. Das lokale Kurvenmaximum ist in Umfangsrichtung angrenzend zu dem ersten Exzenterwellenanschlag angeordnet .
In einer weiteren Ausführungsform weist die Steuerkurve ein globales Kurvenmaximum auf. Das globale Kurvenmaximum ist in Umfangsrichtung angrenzend an den zweiten Exzenterwellenanschlag angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Steuerkurve einen ersten Abschnitt und wenigstens einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Exzenterwellenanschlag und dem globalen Kurvenminimum und der zweite Abschnitt in Umfangsrichtung zwischen dem globalen
Kurvenminimum und dem zweiten Exzenterwellenanschlag angeordnet ist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt grenzen jeweils an das globale Kurvenminimum an. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind achsensymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse durch das globale Kurvenminimum ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verstelltrieb einen Exzenterwellenantrieb und ein Steuergerät auf. Der Exzenter¬ wellenantrieb ist mit dem Steuergerät elektrisch und mit der Exzenterwelle drehmomentschlüssig verbunden. Die Brennkraft¬ maschine weist eine erste stationäre Anschlagsfläche und eine zweite stationäre Anschlagsfläche auf. Das Steuergerät ist ausgebildet, die Brennkraftmaschine wie oben beschrieben an¬ zusteuern .
In einer weiteren Ausführungsform weist der Exzenterwellenantrieb eine elektrische Maschine, vorzugsweise einen bürs- tenlosen Gleichstrommotor, und das Steuergerät eine Steuereinrichtung und einen Regler auf. Der Regler ist mit der elektrischen Maschine gekoppelt. Die Steuereinrichtung übergibt den Betriebsparameter dem Regler als Sollwert. Der Regler ausgebildet ist, auf Grundlage des Sollwerts die elektrische Maschine mittels wenigstens eines weiteren Betriebsparameters derart zu regeln, dass die Exzenterwelle um den vordefinierten Verdrehwinkel verdreht wird. Dadurch kann der Exzenterwel¬ lenantrieb sensorlos gesteuert werden. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer
Brennkraftmaschine ; Figur 2 einen Längsschnitt durch eine in Figur 1 gezeigte
Exzenterwelle ; Figur 3 eine Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten Schnittebene A-A durch eine in Figur 2 gezeigte Ex¬ zenterwelle;
Figur 4 ein Diagramm der Steuerkurve aufgetragen über dem
Verdrehwinkel φ der Exzenterwelle; und
Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Brennkraftmaschine zeigen .
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennkraftmaschine 10, welche beispielhaft als Reihenbrenn- kraftmaschine, insbesondere als Viertakt-Vierzylinder- Reihenbrennkraftmaschine, ausgebildet ist. Selbstverständlich kann die Brennkraftmaschine 10 auch andersartig ausgebildet sein .
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Mehrgelenkskurbeltrieb 11, eine Kurbelwelle 15 und beispielhaft vier Kolben 20, von denen jeder in einem von vier nicht dargestellten Zylindern der Brennkraftmaschine 10 beweglich gelagert ist. Die Kurbelwelle 15 ist beispielhaft durch nicht dargestellte Wellenlager eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 10 drehbar gelagert und weist in der Aus¬ führungsform beispielhaft mehrere zur Lagerung dienende zentrisch angeordnete Wellenzapfen 30 sowie korrespondierend zur Anzahl der Kolben 20 vorgesehene erste Hubzapfen 35 (von denen in Figur 1 jeweils nur einer sichtbar ist) auf, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zu einer Drehachse 40, um die die Kurbelwelle 15 drehbar ist, versetzt sind.
Der Mehrgelenkskurbeltrieb 11 weist beispielhaft für jeden Kolben 20 jeweils ein Kolbenpleuel 25 und ein Koppelglied 60 auf. Das Koppelglied 60 ist jeweils auf einem der ersten Hubzapfen 35 der Kurbelwelle 15 drehbar gelagert. Jedes der Koppelglieder 60 weist einen Hubarm 65 auf, der vorzugsweise in einer Drehebene zu der Drehachse 40 angeordnet ist. Der Hubarm 65 ist über ein erstes Schwenkgelenk 70 schwenkbar mit einem unteren Ende des Kolbenpleuels 25 verbunden. Ein oberes Ende des jeweiligen Kolbenpleuels 25 ist über ein zweites Schwenkgelenk 75 mit dem Kolben 20 verbunden. Insgesamt ist also jeder der Kolben 20 durch das jeweilige Kolbenpleuel 25 und das jeweilige Koppelglied 60 mit der Kurbelwelle 15 verbunden. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner einen Verstelltrieb 45. Der Verstelltrieb 45 umfasst eine Exzenterwelle 50, die be¬ vorzugterweise parallel zur Drehachse 40 angeordnet ist und um eine Exzenterwellendrehachse 55 drehbar ist. Die Exzenterwelle 50 ist beispielhaft neben der Kurbelwelle 15 sowie etwas un- terhalb von dieser im Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert und mit der Kurbelwelle 15 drehmomentschlüssig gekoppelt.
Der Verstelltrieb 45 umfasst weiter eine der Anzahl der Kol¬ benpleuel 25 und der Koppelglieder 60 entsprechende Anzahl von Anlenkpleuel 80. Diese sind beispielhaft ungefähr parallel zu dem Kolbenpleuel 25 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 15 und der Exzenterwelle 50 jeweils in etwa derselben Drehebene wie das zugehörige Kolbenpleuel 25, jedoch auf entgegengesetzter Seite der Kurbelwelle 15 angeordnet. Jeder Anlenkpleuel 80 umfasst eine Pleuelstange 85 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 85 angeordnete
Pleuelaugen 90, 95, insbesondere mit unterschiedlichen inneren Durchmessern. Beispielhaft ist das größere untere Pleuelauge 95 jedes Anlenkpleuels 80 am unteren Ende der Pleuelstange 85 und umgibt einen in Bezug zur Drehachse 40 der Exzenterwelle 50 exzentrischen zweiten Hubzapfen 100 der Exzenterwelle 50, auf dem der Anlenkpleuel 80 mittels eines Drehlagers 105 drehbar gelagert ist. Das kleinere Pleuelauge 90 am oberen Ende der Pleuelstange 85 bildet einen Teil eines dritten Schwenkgelenks 110 zwischen dem Anlenkpleuel 80 und einem Koppelarm 115 des benachbarten Koppelglieds 60, der auf der zum Hubarm 65 gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle 15 über diese übersteht. Die Exzenterwelle 50 weist zwischen benachbarten exzentrischen zweiten Hubzapfen 100 sowie an ihren Stirnenden zur Lagerung der Exzenterwelle 50 in Wellenlagern dienende, zur Exzenterwellendrehachse 55 ko¬ axiale Wellenabschnitte 120 auf. Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann durch die zuvor beschriebene Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 25 im Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 15 variiert werden, was zu einer Verringerung von Kolbenseitenkräften und damit der Reibkräfte zwischen Kolben 20 und Zylinderwänden der Zylinder führt. Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 11 ein Arbeitshub der
Kolben 20 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine 10 gewählt bzw. durch den Verstelltrieb 45 gezielt eingestellt werden. Zu diesem Zweck weist der Ver¬ stelltrieb 45 ferner einen Exzenterwellenantrieb 125 auf, der die Exzenterwelle 50 mit der Kurbelwelle 15 drehmomentschlüssig koppelt. Der Exzenterwellenantrieb 125 umfasst ferner eine elektrische Maschine 130. Die elektrische Maschine 130 ist drehmomentschlüssig mit der Exzenterwelle 50 gekoppelt. Die elektrische Maschine 130 ist dabei ausgebildet, relativ bezogen zu der Kurbelwelle 15 die Exzenterwelle 50 zu verdrehen. Ferner kann der Exzenterwellenantrieb 125 zusätzlich ein Getriebe¬ element (nicht dargestellt) aufweisen, um die Exzenterwelle 50 drehmomentschlüssig mit der Kurbelwelle 15 zu koppeln. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner ein Steuergerät 135. Das Steuergerät 135 umfasst eine Steuereinrichtung 140, eine Schnittstelle 145 und einen Speicher 150. Der Speicher 150 ist über eine erste Verbindung 155 mit der Steuereinrichtung 140 verbunden. Die Schnittstelle 145 ist mittels einer zweiten Verbindung 160 mit der Steuereinrichtung 140 verbunden. Die
Schnittstelle 145 ist über eine dritte Verbindung 165 mit der elektrischen Maschine 130 des Exzenterwellenantriebs 125 verbunden . Ferner weist der Verstelltrieb 45 einen Exzenterwellensensor 170 auf. Der Exzenterwellensensor 170 ist ausgebildet, einen Verdrehwinkel φ der Exzenterwelle 50 zu erfassen. Der Exzen- terwellensensor 170 ist über eine vierte Verbindung 175 mit der Schnittstelle 145 des Steuergeräts 135 verbunden.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Exzenterwelle 50. Die Exzenterwelle 50 kann beispielsweise ein Trägerrohr 180 um¬ fassen, welches hohlzylindrisch ausgebildet ist. Auf dem Trägerrohr 180 kann der zweite Hubzapfen 100 und beispielsweise ein Getriebeelement 185 vorgesehen sein. Das Getriebeelement 185 kann beispielsweise radial innenseitig mit der elektrischen Maschine 130 des Exzenterwellenantriebs 125 verbunden sein. Dabei kann beispielsweise ein Stator 190 der elektrischen Maschine 130 mit dem Trägerrohr 180 drehmomentschlüssig ver¬ bunden sein, während hingegen ein Rotor 195 mit dem Getriebeelement 185 drehmomentschlüssig verbunden ist.
Die elektrische Maschine 130 ist beispielhaft als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Auch kann die elektrische Maschine 130 andersartig ausgebildet sein. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die elektrische Maschine 130 eine eigene Sensorik hinsichtlich einer Position des Rotors 195 gegenüber dem Stator 190 aufweist. Alternativ ist auch denkbar, dass eine Positi¬ onierung des Rotors 195 gegenüber dem Stator 190 aufgrund eines Polwechselverhaltens ermittelt werden kann. Des Weiteren kann beispielhaft der Exzenterwellensensor 170 ein Geberrad 200 und ein Exzenterwellensensorelement 205 umfassen, wobei das Exzenterwellensensorelement 205 stationär angeordnet ist und das Geberrad 200 mit dem Trägerrohr 180 drehmoment¬ schlüssig verbunden ist. Das Geberrad 200 kann Zähne aufweisen, wobei das Exzenterwellensensorelement 205 Zahnflanken der Zähne erfasst und korrespondierend zu der geometrischen Ausgestaltung der Zähne des Geberrads 200 ein Exzenterwellensensorsignal über die vierte Verbindung 175 der Schnittstelle 145 bereitstellt. Die Schnittstelle 145 stellt das Exzenterwellensensorsignal über die zweite Verbindung 160 der Steuereinrichtung 140 bereit.
Ferner umfasst die Exzenterwelle 50 ein Anschlagsrad 210. Das Anschlagsrad 210 ist drehmomentschlüssig mit dem Trägerrohr 180 _
y
verbunden. Selbstverständlich kann auch das Anschlagsrad 210 und das Trägerrohr 180 einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sein. Figur 3 zeigt einen Querschnitt entlang einer in Figur 2 gezeigten Schnittebene A-A durch die in Figur 2 gezeigte Exzenterwelle 50. Das Anschlagsrad 210 weist einen ersten Exzenterwellenanschlag 215 und einen zweiten Exzenterwellenanschlag 220 auf. Der erste Exzenterwellenanschlag 215 weist eine erste Exzenterwellen- anschlagsfläche 225 auf, die vorzugsweise in einer Ebene an¬ geordnet ist, in der die Exzenterwellendrehachse 55 verläuft. Die erste Exzenterwellenanschlagsfläche 225 ist auf einer zum zweiten Exzenterwellenanschlag 220 abgewandten Seitenfläche des ersten Exzenterwellenanschlags 215 angeordnet.
Der zweite Exzenterwellenanschlag 220 weist eine zweite Ex¬ zenterwellenanschlagsfläche 230 auf. Die zweite Exzenterwel¬ lenanschlagsfläche 230 ist in einer weiteren Ebene, in der die Exzenterwellendrehachse 55 verläuft, angeordnet. Dabei ist die zweite Exzenterwellenanschlagsfläche 230 auf einer zum ersten Exzenterwellenanschlag 215 abgewandten Seitenfläche des zweiten Exzenterwellenanschlags 220 angeordnet. In der Ausführungsform schließen die erste Exzenterwellenanschlagsfläche 225 und die zweite Exzenterwellenanschlagsfläche 230 beispielhaft einen Winkel von 270° ein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die erste Exzenterwellenanschlagsfläche 225 und die zweite Exzenterwellenanschlagsfläche 230 bezogen auf die Exzenter¬ wellendrehachse 55 einen anderen Winkel, vorzugsweise jedoch einen Winkel in einem Winkelsegment zwischen 180° und 360°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 220° und 300°, einschließen .
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner einen stationären Anschlag 235. Der stationäre Anschlag 235 weist eine erste stationäre Anschlagsfläche 236 und eine zweite stationäre
Anschlagsfläche 237 auf. Der stationäre Anschlag 235 ist bezogen auf die Exzenterwelle 50 drehfest angeordnet und kann bei- spielsweise mit einem nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 10 verbunden sein.
Der zweite Hubzapfen 100 weist eine äußere Umfangsfläche 240 mit einer Steuerkurve 245 auf. Die Steuerkurve 245 weist dabei in Umfangsrichtung bezogen auf die Exzenterwellendrehachse 55 in unterschiedlichem Abstand zu der Exzenterwellendrehachse 55. Dabei bewirkt eine Verdrehung der Exzenterwelle 50 relativ gegenüber der Kurbelwelle 15 um einen Verdrehwinkel φ, dass aufgrund der räumlichen Anordnung der Steuerkurve 245 über den Mehrgelenkskurbeltrieb 11 ein Brennraum in der Brennkraftma¬ schine 10 vergrößert oder verkleinert wird.
Auch ist denkbar, dass anstatt des stationären Anschlags 235 mit zwei Anschlagsflächen 236, 237 zwei stationäre Anschläge mit jeweils einer der Anschlagsflächen 236, 237 vorgesehen ist, wobei in diesem Fall die beiden stationären Anschläge in Umfangs- richtung bezogen auf die Exzenterwellendrehachse 55 versetzt zueinander angeordnet sind. Dabei ist dann die erste stationäre Anschlagsfläche 236 auf einer zur ersten Exzenterwellenan- schlagsfläche 225 zugewandten Seitenfläche des ersten stati¬ onären Anschlags 235 und die zweite stationäre Anschlagsfläche 237 auf einer zur zweiten Exzenterwellenanschlagsfläche 230 zugewandten Seite des zweiten stationären Anschlags 235 an- geordnet.
Figur 4 zeigt ein Diagramm der Steuerkurve 245 aufgetragen über einem Verdrehwinkel φ der Exzenterwelle 50. Die Steuerkurve 245 weist zu jedem Verdrehwinkel φ einen vordefinierten Hub H auf, der einem lokalen Abstand eines Punkts auf der Umfangsfläche 240 zu der Exzenterwellendrehachse 55 entspricht.
Die Steuerkurve 245 weist ein globales Kurvenminimum 250, ein globales Kurvenmaximum 255 und ein lokales Kurvenmaximum 260 auf. Das lokale Kurvenmaximum 260 ist in Umfangsrichtung angrenzend an die erste Exzenterwellenanschlagsfläche 225 des ersten Exzenterwellenanschlags 215 angeordnet. Das globale Kurven¬ maximum 255 ist in Umfangsrichtung angrenzend zu der zweiten Exzenterwellenanschlagsflache 230 des zweiten Exzenterwel¬ lenanschlags 220 angeordnet. Das globale Kurvenminimum 255 ist zwischen dem lokalen Kurvenmaximum 260 und dem globalen Kurvenmaximum 255 angeordnet.
Bei einer Projektion der Steuerkurve 245, des ersten Exzenterwellenanschlags 215 und des zweiten Exzenterwellenanschlags 220 in axialer Richtung bezogen auf die Exzenterwellendrehachse 55 in eine Drehebene bezogen auf die Exzenterwellendrehachse 55, ist das globale Kurvenminimum 250 beabstandet zu dem ersten Exzenterwellenanschlag 215 und dem zweiten Exzenterwellenan¬ schlag 220 angeordnet.
Die Steuerkurve 245 weist ferner einen ersten Abschnitt 265 und wenigstens einen zweiten Abschnitt 270 auf. Der erste Abschnitt 265 ist in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Exzenterwellenanschlag 215 und dem globalen Kurvenminimum 250 angeordnet. Der zweite Abschnitt 270 ist in Umfangsrichtung zwischen dem globalen Kurvenminimum 250 und dem zweiten Exzenterwellenanschlag 230 angeordnet. Der erste Abschnitt 265 und der zweite Abschnitt 270 grenzen jeweils an das globale Kurvenminimum 250 an. Der erste Abschnitt 265 und der zweite Abschnitt 270 sind achsensymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse 275 durch das globale Kurvenminimum 250 ausgebildet. Die Steuerkurve 245 wird an einem ersten Ende durch die erste Exzenterwellenanschlagsflache 225 und an ihrem zweiten Ende durch die zweite Exzenterwellenanschlagsflache 230 begrenzt.
Je nach Verdrehwinkel φ der Exzenterwelle 50 gegenüber der Kurbelwelle 15 wird über den Mehrgelenkskurbeltrieb 11 die Größe des Brennraums und aufgrund der Größe des Brennraums eine Verdichtung von im Brennraum befindlichem Gas gesteuert. Ist beispielsweise die Exzenterwelle 50 derart gegenüber der Kurbelwelle 15 verdreht ist, dass die Brennkraftmaschine 10 mit dem globalen Kurvenmaximum 255 der Exzenterwelle 50 angesteuert wird, so wird die Brennkraftmaschine 10 mit einer maximalen Verdichtung betrieben. Die maximale Verdichtung kann beispielsweise bei einer ottomotorisch betriebenen Brennkraft- maschine 10 einen Wert 13 aufweisen. Die maximale Verdichtung kann beispielsweise insbesondere dann angesteuert werden, wenn die Brennkraftmaschine 10 in einem Teillastbereich betrieben wird, um so eine besonders effizient arbeitende Brennkraft- maschine 10 bereitzustellen. Dadurch, dass die erste Exzenterwellenanschlagsflache 225 in Umfangsrichtung versetzt zum globalen Kurvenminimum 250 angeordnet ist, wird bewirkt, dass bei einem Anschlag der ersten Exzenterwellenanschlagsflache 225 an der ersten stationären Anschlagsfläche 236 die Brennkraftma- schine 10 mit einer mittleren Verdichtung betrieben wird . Dadurch wird sichergestellt, dass die Brennkraftmaschine 10 auch bei Volllast oder bei kritischen Betriebszuständen zuverlässig betrieben werden kann.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Betriebsverfahrens zum Betrieb der in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Brennkraftmaschine 10. In einem ersten Verfahrensschritt 300 überprüft die Steuereinrichtung 140 eine Funktionsfähigkeit des Exzenter¬ wellensensors 170 hinsichtlich der Bestimmung eines des Verdrehwinkels φ der Exzenterwelle 50. Ist der Exzenterwellensensor 170 funktionsfähig, wird mit einem zweiten Verfahrensschritt 305 fortgefahren. Ist der Exzenterwellensensor 170 nicht funktionsfähig, wird mit einem dritten Verfahrensschritt 310 fort¬ gefahren .
Im zweiten Verfahrensschritt 305 steuert die Steuereinrichtung 140 den Exzenterwellenantrieb 125 auf Grundlage des vom Ex¬ zenterwellensensor 170 bereitgestellten Verdrehwinkelsignals, einer Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine 10 und eines im Speicher 150 abgelegten ersten Steuerparameters. Der erste Steuerparameter kann beispielsweise ein Algorithmus, ein Kennfeld und/oder eine mathematische Funktion sein.
Im dritten Verfahrensschritt 310 überprüft die Steuereinrichtung 140, ob der Verdrehwinkel φ der Exzenterwelle 50 der Steuer¬ einrichtung 140 bekannt ist. Ist dies der Fall, so fährt die Steuereinrichtung 140 mit einem vierten Verfahrensschritt 315 fort. Ist dies nicht der Fall, fährt die Steuereinrichtung 140 mit einem fünften Verfahrensschritt 320 fort. Im vierten Verfahrensschritt 315, der fakultativ ist, wählt die Steuer¬ einrichtung 140 als maximale Verdrehgeschwindigkeit, mit der sie die elektrische Maschine 130 ansteuert, einen reduzierten maximalen Geschwindigkeitswert, der im Speicher 150 vordefiniert abgelegt ist.
Auf den vierten Verfahrensschritt 315 fährt die Steuerein¬ richtung 140 mit dem zweiten Verfahrensschritt 305 fort und steuert den Exzenterwellenantrieb 125 wie im zweiten Verfah¬ rensschritt 305 beschrieben mit dem einzigen Unterschied da¬ hingehend genauso an, dass die maximale Verdrehgeschwindigkeit gegenüber dem regulären Betrieb im zweiten Verfahrensschritt 305 reduziert ist. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Exzenterwellenantrieb 125 nicht ungewollt verstellt und zu¬ verlässig die unterschiedlichen Positionen auch ohne Positionsmessung über den Exzenterwellensensor 170 angesteuert werden können . In einem fünften Verfahrensschritt 320 erfasst die Steuer¬ einrichtung 140 eine von der Brennkraftmaschine 10 angeforderte abzugebende mechanische Leistung.
In einem auf den vierten Verfahrensschritt 315 folgenden fünften Verfahrensschritt 320 vergleicht die Steuereinrichtung 140 die angeforderte Leistung mit einem im Speicher 150 abgelegten vordefinierten Leistungsschwellenwert. In Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs wählt die Steuereinrichtung 140 eine Verdrehrichtung, mit der die elektrische Maschine 130 zum einen angesteuert wird und zum anderen die elektrische Maschine 130 die Exzenterwelle 50 gegenüber dem Zylinderkurbelgehäuse verdreht.
Ist beispielsweise die von der Brennkraftmaschine 10 abzugebende mechanische Leistung größer als der vordefinierte Leistungs- Schwellenwert, beispielsweise ist die Brennkraftmaschine 10 in einem hohen Teillastbereich oder im Volllastbereich zu betreiben, so wählt die Steuereinrichtung 140 die Drehrichtung, mit der die elektrische Maschine 130 die Exzenterwelle 50 derart gegenüber der Zylinderkurbelgehäuse verdreht so, sodass die zweite stationäre Anschlagsfläche 237 in Richtung der zweiten Exzenterwellenanschlagsfläche 230 bewegt wird, bis die zweite Exzenterwellenanschlagsfläche 230 an der zweiten stationären Anschlagsfläche 237 anschlägt. Ein Anschlagen des zweiten
Exzenterwellenanschlags 220 am stationären Anschlag 235 hat den Vorteil, dass die Brennkraftmaschine 10 mit dem globalen Kurvenmaximum 260 der Steuerkurve 245 betrieben wird. Dadurch wird die Verdichtung abgesenkt und ein Klopfen der Brenn- kraftmaschine 10 wird zuverlässig vermieden wird.
Das Anschlagen des zweiten Exzenterwellenanschlags 220 am stationären Anschlag 235 erfasst die Steuereinrichtung 140. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem die Steuerein- richtung 140 einen durch die elektrische Maschine 130 benötigten Strom überwacht, wobei bei Anschlagen der zweiten Exzenterwellenanschlagsfläche 230 ab der zweiten stationären An¬ schlagsfläche 237 der durch die elektrische Maschine 130 be¬ nötigte Strom schlagartig ansteigt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das Anschlagen der zweiten Exzenterwellenanschlagsfläche 230 am stationären Anschlag 235 andersartig erfasst wird.
Erfasst die Steuereinrichtung 140, dass die abzugebende me- chanische Leistung der Brennkraftmaschine 10 geringer als der vordefinierte Leistungsschwellenwert ist, so steuert die Steuereinrichtung 140 die elektrische Maschine 130 derart an, dass der erste Exzenterwellenanschlag 215 in Richtung des stationären Anschlags 235 durch die elektrische Maschine 130 verdreht wird, bis die erste Exzenterwellenanschlagsfläche 225 an der ersten stationären Anschlagsfläche 236 anschlägt. Das Anschlagen erste Exzenterwellenanschlag 215 an der ersten stationären Anschlagsfläche 236 erfasst die Steuereinrichtung 140 beispielsweise wie oben beschrieben. Ein Anschlagen des ersten Exzenterwellenanschlags 215 am stationären Anschlag 235 hat den Vorteil, dass die Brennkraftmaschine 10 mit dem lokalen Kurvenmaximum 260 der Steuerkurve 245 betrieben wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass bei schwierigen Bedingungen, insbesondere im Leerlauf, ein zuverlässiger Betrieb der
Brennkraftmaschine 10 sichergestellt ist. Ferner wird vermieden, dass die Brennkraftmaschine 10 mit dem globalen Kurvenminimum 250 der Steuerkurve 245 und somit mit einer besonders hohen Ver- dichtung betrieben wird. Dadurch kann die Verdichtung, insbesondere beispielsweise im Leerlauf, angehoben werden und weist beispielsweise statt wie herkömmlicherweise einen Wert von 7 oder 8 einen Wert von beispielsweise von 10,5 auf. Mit Anschlagen des jeweiligen Exzenterwellenanschlags 215, 220 an den stationären Anschlag 235 wählt die Steuereinrichtung 140 einen Anschlagswinkel aus. So kann beispielsweise mit Anschlagen des ersten Exzenterwellenanschlags 215 am stationären Anschlag 235 die Steuereinrichtung 140 als Anschlagswinkel 0° auswählen, während hingegen sie bei Anschlagen des zweiten Exzenterwel¬ lenanschlags 220 am stationären Anschlag 235 als Anschlagswinkel 270° auswählt.
In einem neunten Verfahrensschritt 340 ermittelt die Steuer- einrichtung 140 auf Grundlage eines Betriebszustands der
Brennkraftmaschine 10, beispielsweise auf Grundlage der durch die Brennkraftmaschine 10 abzugebenden mechanischen Last und eines zweiten Steuerparameters, wobei der zweite Steuerparameter beispielsweise als Kennfeld, mathematische Funktion und/oder Algorithmus ausgebildet ist, einen vordefinierten Verdrehwinkel φ der Exzenterwelle 50 gegenüber der Kurbelwelle 15.
In einem zehnten Verfahrensschritt 345 ermittelt die Steuer¬ einrichtung 140 auf Grundlage des ermittelten vordefinierten Verdrehwinkels φ und des ermittelten Anschlagswinkels einen Betriebsparameter des Exzenterwellenantriebs 125. Der Be¬ triebsparameter kann beispielsweise ein Polwechselverhalten der elektrischen Maschine 130 des Exzenterwellenantriebs 125 und/oder ein Sensorsignal der Sensorik der elektrischen Maschine 130 sein.
In einem elften Verfahrensschritt 350 steuert die Steuerein¬ richtung 140 auf Grundlage des Betriebsparameters die elekt- rische Maschine 130 des Exzenterwellenantriebs 125 derart an, dass die elektrische Maschine 130 die Exzenterwelle 50 gegenüber der Kurbelwelle 15 derart verdreht, dass der vordefinierte Verstellwinkel φ eingehalten wird.
In der Ausführungsform weist beispielhaft die Steuereinrichtung 140 zusätzlich eine Regeleinrichtung auf. Die Regeleinrichtung ist derart ausgebildet, dass als Sollwert ein weiterer Be¬ triebsparameter des Exzenterwellenantriebs 125 derart gesteuert wird, dass der ermittelte Betriebsparameter eingehalten wird. Beispielsweise berücksichtigt die Regeleinrichtung als Sollwert eine vordefinierte Anzahl von Polwechseln, wobei als weiterer Betriebsparameter eine Spannung und/oder ein Strom und/oder eine Frequenz eines Drehfelds für die elektrische Maschine 130 als weiterer Betriebsparameter durch die Regelung geregelt wird.
Durch die Regeleinrichtung kann sensorlos der Exzenterwellenantrieb 125 geregelt werden, ohne dass hierfür der Exzen¬ terwellensensor 170 funktionsfähig sein muss.
Dadurch wird sichergestellt, dass auf zuverlässige Weise die Brennkraftmaschine 10 gesteuert werden kann und auch bei Ausfall des Exzenterwellensensors 170 zuverlässig die Verdichtung variabel gesteuert werden kann. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die Brennkraftmaschine 10 wie in den Figuren 1 bis 5 ausgestaltet ist. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das in Figur 5 beschriebene Betriebsverfahren mit einer aus dem Stand der Technik bekannten anderen Brennkraftmaschine mit variabler Kompression betrieben wird.
Ferner kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt zwischen dem fünften und zehnten Verfahrensschritt 320 bis 345 vorgesehen sein, der entsprechend dem vierte Verfahrensschritt 315 aus¬ gebildet ist.
Ferner ist von Vorteil, wenn das Betriebsverfahren beim Start der Brennkraftmaschine 10 jeweils erneut durchgeführt wird, um so sicherzustellen, dass die Exzenterwelle 50 passend zum Be- triebsverhalten der Brennkraftmaschine 10 durch die Steuereinrichtung 140 angesteuert wird. Auch kann das in Figur 5 beschriebene Betriebsverfahren in regelmäßigen Zeitabständen auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 wiederholt werden, ohne dass hier die Brennkraftmaschine 10 wesentliche Leistungseinbußen aufweist und/oder ein Abgasverhalten der Brennkraftmaschine 10 beeinträchtigt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in Figur 1 bis 4 beschriebene Brennkraftmaschine 10 auch unabhängig von dem in Figur 5 beschriebenen Betriebsverfahren auch bei Ausfall des Exzenterwellensensors 170 ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist. Auch kann das Betriebsverfahren, wie in Figur 5 beschrieben, unabhängig von der in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen
Brennkraftmaschine 10 genutzt werden, um bei Ausfall des Ex¬ zenterwellensensors 170 die Exzenterwelle 50 zum Betriebs¬ verhalten der Brennkraftmaschine 10 anzusteuern.
Ferner kann ein weiterer zusätzlicher Verfahrensschritt 355 vorgesehen sein, wobei im weiteren zusätzlichen Verfahrensschritt 355 die Steuereinrichtung 140 auf Grundlage eines im Speicher 150 abgelegten vordefinierten Offsets einen adaptierten Verstellwinkel ermittelt und im elften Verfahrensschritt 350 auf Grundlage des adaptierten Verstellwinkels den Exzenterwel- lenantrieb 125 steuert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. , 0
Bezugs zeichenliste
10 Brennkraftmaschine
11 Mehrgelenkskurbeltrieb
15 Kurbelwelle
20 Kolben
25 Kolbenpleuel
30 Wellenzapfen
35 erster Hubzapfen
40 Drehachse
45 Verstelltrieb
50 Exzenterwelle
55 Exzenterwellendrehachse
60 Koppelglied
65 Hubarm
70 Schwenkgelenk
75 Schwenkgelenk
80 Anlenkpleuel
85 Pleuelstange
90 oberes Pleuelauge
95 unteres Pleuelauge
100 zweiter Hubzapfen
105 Drehlager
110 Schwenkgelenk
115 Koppelarm
120 Wellenabschnitt
125 Exzenterwellenantrieb
130 elektrische Maschine
135 Steuergerät
140 Steuereinrichtung
145 Schnittstelle
150 Speicher
155 erste Verbindung
160 zweite Verbindung
165 dritte Verbindung
170 Exzenterwellensensor
175 vierte Verbindung , _
180 Trägerrohr
185 Getriebeelement
190 Stator
195 Rotor
200 Geberrad
205 Exzenterwellensensorelement
210 Anschlagsrad
215 erster Exzenterwellenanschlag
220 zweiter Exzenterwellenanschlag
225 erste Exzenterwellenanschlagsfläche
230 zweite Exzenterwellenanschlagsfläche
235 stationärer Anschlag
236 erste stationäre Anschlagsfläche
237 zweite stationäre Anschlagsfläche
240 Umfangsfläche
245 Steuerkurve
250 globales Kurvenminimum
255 globales Kurvenmaximum
260 lokales Kurvenmaximum
265 erster Abschnitt
270 zweiter Abschnitt
275 Symmetrieachse
300 erster Verfahrensschritt
305 zweiter Verfahrensschritt
310 dritter Verfahrensschritt
315 vierter Verfahrensschritt
320 fünfter Verfahrensschritt
325 sechster Verfahrensschritt
330 siebter Verfahrensschritt
335 achter Verfahrensschritt
340 neunter Verfahrensschritt
345 zehnter Verfahrensschritt
350 elfter Verfahrensschritt
355 zusätzlicher Verfahrensschritt
360 weiterer zusätzlicher Verfahrensschritt

Claims

Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (10), wobei auf Grundlage eines Betriebszustands der Brenn¬ kraftmaschine (10) ein vordefinierter Verdrehwinkel einer Exzenterwelle (50) zur Steuerung einer Verdichtung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine (10) ermittelt wird, wobei ein Exzenterwellenantrieb (125) die Exzenterwelle (50) so weit verdreht, dass ein Exzenterwellenanschlag (215, 220) an einer ersten stationären Anschlagsfläche (236) anschlägt,
wobei bei Anschlagen des Exzenterwellenanschlags (215, 220) an dem stationären ersten Anschlag (235) ein Anschlagswinkel der Exzenterwelle (50) erfasst wird,
wobei auf Grundlage des vordefinierten Verdrehwinkels und des Anschlagswinkels ein Betriebsparameter des Exzenterwellenantriebs (125) ermittelt wird,
wobei auf Grundlage des Betriebsparameters der Exzen¬ terwellenantrieb (125) verdreht wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
wobei eine Funktionsfähigkeit eines Exzenterwellensensors (170) zur Erfassung eines Verdrehwinkels der Exzenterwelle (50) der Brennkraftmaschine (10) überprüft wird,
wobei ausschließlich bei Ausfall der Funktionsfähigkeit des
Exzenterwellensensors (170) das Betriebsverfahren nach
Anspruch 1 durchgeführt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei bei Bestimmung des Betriebsparameters ein Pol¬ wechselverhalten einer elektrischen Maschine (130) des Exzenterwellenantriebs (125) und /oder ein Sensorsignal einer Sensorik des Exzenterwellenantriebs (125) berück¬ sichtigt wird.
Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Sollwert zur Regelung des Verstellwinkels der Betriebsparameter wenigstens einen weiteren Betriebsparameters des Exzenterwellenantriebs (125) berücksichtigt.
Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter auf Grundlage eines Kennfelds und/oder einer mathematischen Funktion und/oder eines Algorithmus ermittelt wird.
Brennkraftmaschine (10) mit einem Verstelltrieb (45), einem Kolben (20) und wenigstens einem Brennraum,
wobei der Kolben (20) einen Brennraum zumindest abschnittweise begrenzt,
wobei der Verstelltrieb (45) eine Exzenterwelle (50) umfasst und ausgebildet ist, zumindest eine Verdichtung in dem Brennraum zu verändern,
wobei die Exzenterwelle (50) drehbar um eine Exzenter¬ wellendrehachse (55) gelagert ist,
wobei bei die Exzenterwelle (50) einen ersten Exzenter¬ wellenanschlag (215) , einen zweiten Exzenterwellenanschlag (220) und eine Steuerkurve (245) aufweist,
wobei die Steuerkurve (245) an ihren Enden jeweils durch den ersten Exzenterwellenanschlag (215) und den zweiten Ex¬ zenterwellenanschlag (220) begrenzt wird,
wobei die Steuerkurve (245) ein globales Kurvenminimum (250) aufweist,
wobei bei einer Projektion der Steuerkurve (245) , des ersten Exzenterwellenanschlags (215) und des zweiten Exzenter¬ wellenanschlags (220) in axialer Richtung bezogen auf die Exzenterwellendrehachse (55) in eine Drehebene das globale Kurvenminimum (250) beabstandet zu dem ersten Exzenterwellenanschlag (215) und dem zweiten Exzenterwellenanschlag (220) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 6,
wobei die Steuerkurve (245) ein lokales Kurvenmaximum (260) umfasst, wobei das lokale Kurvenmaximum (260) in Umfangsrichtung angrenzend zu dem ersten Exzenterwellenanschlag (215) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 6 oder 7,
wobei die Steuerkurve (245) ein globales Kurvenmaximum (255) aufweist,
wobei das globale Kurvenmaximum (255) in Umfangsrichtung angrenzend zu dem zweiten Exzenterwellenanschlag (220) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Steuerkurve (245) einen ersten Abschnitt (265) und wenigstens einen zweiten Abschnitt (270) aufweist, wobei der erste Abschnitt (265) in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Exzenterwellenanschlag (215) und dem globalen Kurvenminimum (250) und der zweite Abschnitt (270) in Umfangsrichtung zwischen dem globalen Kurvenminimum (250) und dem zweiten Exzenterwellenanschlag (220) angeordnet ist,
wobei der erste Abschnitt (265) und der zweite Abschnitt (270) jeweils an das globale Kurvenminimum (250) angrenzen, wobei der erste Abschnitt (265) und der zweite Abschnitt (270) achsensymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse (275) durch das globale Kurvenminimum (250) ausgebildet sind .
Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Verstelltrieb (45) einen Exzenterwellenantrieb (125) und ein Steuergerät (135) umfasst,
wobei der Exzenterwellenantrieb (125) mit dem Steuergerät (135) elektrisch und mit der Exzenterwelle (50) drehmo¬ mentschlüssig verbunden ist,
wobei die Brennkraftmaschine (10) eine erste stationäre Anschlagsfläche (236) und eine zweite stationäre An¬ schlagsfläche (237) aufweist,
wobei das Steuergerät (135) ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Exzenterwellenantrieb (125) eine elektrische Maschine (130), vorzugsweise einen bürstenlosen Gleich¬ stromelektromotor, und das Steuergerät (135) eine Steu¬ ereinrichtung (140) und einen Regler aufweist,
wobei der Regler mit der elektrischen Maschine (130) gekoppelt ist,
wobei die Steuereinrichtung (140) den Betriebsparameter dem Regler als Sollwert übergibt,
wobei der Regler ausgebildet ist, auf Grundlage des Sollwerts die elektrische Maschine (130) mittels wenigstens eines weiteren Betriebsparameters derart zu regeln, dass die Exzenterwelle (50) um den vordefinierten Verdrehwinkel verdreht wird.
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