DE102016006478B4 - Method for operating an internal combustion engine and corresponding internal combustion engines - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die wenigstens einen in einem Zylinder linear zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerbaren Kolben (3) sowie eine Stelleinrichtung (8) zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung (8) der Kolben (3) in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position verlagert wird, wobei das Verlagern des Kolbens (3) durch Antreiben einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) mittels einer elektrischen Maschine erfolgt.Method for operating an internal combustion engine (1), which has at least one piston (3) displaceable in a cylinder linearly between a top dead center and a bottom dead center and an adjusting device (8) for setting a specific compression ratio in the cylinder, characterized in that a malfunction of the actuator (8) of the piston (3) is displaced in the cylinder in a position spaced from the top dead center, wherein the displacement of the piston (3) by driving a crankshaft (2) of the internal combustion engine (1) by means of an electric machine he follows.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die wenigstens einen in einem Zylinder linear zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerbaren Kolben sowie eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder aufweist, wobei bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung der Kolben in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position verlagert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine having at least one in a cylinder linearly displaceable between a top dead center and a bottom dead center piston and an adjusting device for setting a specific compression ratio in a cylinder, wherein in case of malfunction of the actuator of the piston in the Cylinder is displaced in a position spaced from the top dead center position. The invention further relates to an internal combustion engine.

Die Brennkraftmaschine dient beispielsweise einem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, also dem Bereitstellen eines für das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Die Brennkraftmaschine weist zudem wenigstens einen Zylinder auf, in welchem der Kolben linear verlagerbar angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine selbstverständlich mehrere Zylinder auf, wobei in jedem der Zylinder ein derartiger Kolben angeordnet ist. Der Kolben ist zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt verlagerbar, wobei die Totpunkte jeweils Wendepunkte der Verlagerung des Kolbens darstellen. In den Totpunkten kehrt sich mithin die Verlagerungsrichtung des Kolbens um.The internal combustion engine serves, for example, for driving a motor vehicle, that is to say providing a torque directed for driving the motor vehicle. The internal combustion engine also has at least one cylinder, in which the piston is arranged linearly displaceable. Of course, the internal combustion engine of course has a plurality of cylinders, wherein in each of the cylinders such a piston is arranged. The piston is displaceable between its top dead center and its bottom dead center, the dead points each represent inflection points of the displacement of the piston. In the dead centers, therefore, the direction of displacement of the piston reverses.

Die Brennkraftmaschine verfügt weiterhin über die Stelleinrichtung, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine beziehungsweise das Verdichtungsverhältnis in dem wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann. An der Stelleinrichtung wird hierzu ein Sollverdichtungsverhältnis eingestellt, woraufhin diese ein Istverdichtungsverhältnis in Richtung des Sollverdichtungsverhältnisses verändert oder - falls das Istverdichtungsverhältnis bereits dem Sollverdichtungsverhältnis entspricht - auf dem Sollverdichtungsverhältnis hält.The internal combustion engine further has the adjusting device, by means of which the compression ratio of the internal combustion engine or the compression ratio in the at least one cylinder of the internal combustion engine can be adjusted. For this purpose, a set compression ratio is set at the adjusting device, whereupon it changes an actual compression ratio in the direction of the nominal compression ratio or, if the actual compression ratio already corresponds to the nominal compression ratio, maintains the target compression ratio.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift EP 2 578 847 A1 bekannt, die eine fremdgezündete Brennkraftmaschine betrifft. Weiterhin beschreibt die Druckschrift DE 10 2007 016 122 A1 ein Zündzeitsteuerungssystem und -verfahren für einen Verbrennungsmotor, die Druckschrift US 5 476 074 A einen Kolben mit veränderlicher Höhe für eine Brennkraftmaschine sowie die Druckschrift DE 10 2010 045 221 A1 einen Stahlkolben für Verbrennungsmotoren.From the prior art, for example, the publication EP 2 578 847 A1 known, which relates to a spark-ignited internal combustion engine. Furthermore, the document describes DE 10 2007 016 122 A1 an ignition timing control system and method for an internal combustion engine, the document US 5,476,074 a piston with variable height for an internal combustion engine and the document DE 10 2010 045 221 A1 a steel piston for internal combustion engines.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere Beschädigungen einer Brennkraftmaschine aufgrund unterschiedlicher Materialausdehnungen zuverlässig verhindert. Weiterhin soll eine entsprechende Brennkraftmaschine vorgeschlagen werden.It is an object of the invention to provide a method for operating an internal combustion engine, which has advantages over known methods, in particular reliably prevents damage to an internal combustion engine due to different material expansions. Furthermore, a corresponding internal combustion engine to be proposed.

Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Verlagern des Kolbens durch Antreiben einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels einer elektrischen Maschine erfolgt. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung der Kolben in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position verlagert wird.This is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1. It is provided that the displacement of the piston takes place by driving a crankshaft of the internal combustion engine by means of an electric machine. In principle, it is provided that in case of a malfunction of the adjusting device, the piston is displaced in the cylinder in a position spaced from the upper dead center position.

Vor dem Starten der Brennkraftmaschine wird insoweit zunächst geprüft, ob die Stelleinrichtung funktionsfähig ist oder ob die Fehlfunktion vorliegt. Ist die Stelleinrichtung funktionsfähig, so wird das Starten zugelassen und nachfolgend vorzugsweise durchgeführt. Das Starten der Brennkraftmaschine erfolgt beispielsweise aus dem Stillstand. Während des Startens wird die Brennkraftmaschine auf eine bestimmte Drehzahl, beispielsweise eine Minimaldrehzahl oder eine Leerlaufdrehzahl, gebracht.Before starting the internal combustion engine is first checked so far, whether the actuator is functional or if the malfunction is present. If the setting device is functional, the starting is permitted and subsequently preferably carried out. The starting of the internal combustion engine takes place, for example, from standstill. During starting, the internal combustion engine is brought to a certain speed, for example a minimum speed or an idling speed.

Unter der Minimaldrehzahl ist eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verstehen, ab welcher diese selbsttätig betrieben werden kann, also ohne den Einfluss eines auf das Antreiben der Brennkraftmaschine gerichteten externen Drehmoments. Die Leerlaufdrehzahl beschreibt dagegen eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, bei welcher diese im lastfreien Zustand betrieben wird, also wenn die Brennkraftmaschine von weiteren Bereichen eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs entkoppelt ist. Die Leerlaufdrehzahl wird üblicherweise derart gewählt, dass ein möglichst geräuscharmer, kraftstoffsparender und emissionsarmer Betrieb der Brennkraftmaschine realisiert ist. Die Leerlaufdrehzahl ist vorzugsweise größer als die Minimaldrehzahl. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine wird die Brennkraftmaschine befeuert betrieben, also unter Kraftstoffzufuhr, insbesondere bei ihrer Leerlaufdrehzahl.Under the minimum speed is a speed of the internal combustion engine to understand, from which it can be operated automatically, ie without the influence of a directed to the driving of the internal combustion engine external torque. In contrast, the idling speed describes a speed of the internal combustion engine, in which it is operated in the no-load state, that is, when the internal combustion engine is decoupled from other areas of a drive train of the motor vehicle. The idling speed is usually selected such that the lowest possible possible, fuel-saving and low-emission operation of the internal combustion engine is realized. The idle speed is preferably greater than the minimum speed. After starting the internal combustion engine, the internal combustion engine is operated fired, ie under fuel supply, especially at its idle speed.

Wird vor dem Starten der Brennkraftmaschine die Fehlfunktion der Stelleinrichtung festgestellt, kann also das momentan eingestellte Sollverdichtungsverhältnis und mithin auch das momentan vorliegenden Istverdichtungsverhältnis nicht verändert werden, so ist es sinnvoll, sicherzustellen, dass dennoch ein sicherer Start der Brennkraftmaschine erfolgen kann.If the malfunction of the adjusting device is detected before starting the internal combustion engine, that is, the set target compaction ratio and therefore also the instantaneous actual compression ratio can not be changed, then it makes sense to ensure that a reliable start of the internal combustion engine can nevertheless take place.

In dem oberen Totpunkt ist der Abstand zwischen dem Kolben und wenigstens einem Gaswechselventil des Zylinders am geringsten. Somit besteht nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine die Gefahr, dass es bei einer Verringerung der Temperatur der Brennkraftmaschine in Richtung der Umgebungstemperatur zu einer Verringerung des Abstands zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil oder sogar einer Kollision des Kolbens mit dem Gaswechselventil kommt. Bei einer solchen Kollision können das Gaswechselventil und/oder der Kolben beschädigt werden, sodass ein weiteres Betreiben der Brennkraftmaschine nicht möglich ist.At the top dead center, the distance between the piston and at least one gas exchange valve of the cylinder is the lowest. Thus, after stopping the engine there is a risk that, with a decrease in the temperature of the internal combustion engine in the direction of the ambient temperature to a reduction in the distance between the piston and the Gas exchange valve or even a collision of the piston with the gas exchange valve comes. In such a collision, the gas exchange valve and / or the piston may be damaged, so that further operation of the internal combustion engine is not possible.

Eine solche Kollision wird üblicherweise verhindert, indem bei dem Abstellen oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis in dem Zylinder mithilfe der Stelleinrichtung verringert wird, wobei das Sollverdichtungsverhältnis für den Zylinder derart eingestellt wird, dass eine Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil bei dem Abkühlen der Brennkraftmaschine sicher verhindert wird. Ist dies aufgrund der Fehlfunktion der Stelleinrichtung nicht möglich, so muss die Kollision auf andere Art und Weise verhindert werden.Such a collision is usually prevented by reducing the compression ratio in the cylinder by means of the actuator when stopping or after stopping the internal combustion engine, wherein the target compression ratio for the cylinder is set such that a collision between the piston and the gas exchange valve during cooling the internal combustion engine is reliably prevented. If this is not possible due to the malfunction of the actuator, the collision must be prevented in other ways.

Erfindungsgemäß wird dies erzielt, indem der Kolben in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position verlagert wird. Besonders bevorzugt erfolgt dies bei dem Abstellen der Brennkraftmaschine oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine, insbesondere jedoch vor einer nennenswerten Temperaturveränderung der Brennkraftmaschine. Beispielsweise wird zum Verlagern des Kolbens in dem Zylinder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine, also aus dem Stillstand der Brennkraftmaschine heraus, die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mithilfe einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Startergenerators, insbesondere eines Riemenstartergenerators, angetrieben.According to the invention, this is achieved by displacing the piston in the cylinder to a position spaced from top dead center. This is particularly preferably done when switching off the internal combustion engine or after switching off the internal combustion engine, but in particular before a significant change in temperature of the internal combustion engine. For example, to displace the piston in the cylinder after switching off the internal combustion engine, ie, out of standstill of the internal combustion engine, the crankshaft of the internal combustion engine is driven by means of an electric machine, for example a starter generator, in particular a belt starter generator.

Verfügt die Brennkraftmaschine über mehrere Zylinder, so werden vorzugsweise alle Kolben derart verlagert, dass sie von ihrem jeweiligen oberen Totpunkt beabstandet angeordnet sind. Beispielsweise werden dabei die Zylinder derart angeordnet, dass die Summe ihrer Abstände zu dem oberen Totpunkt einem globalen Maximum entspricht, also den größtmöglichen Wert darstellt.If the internal combustion engine has a plurality of cylinders, then preferably all the pistons are displaced such that they are arranged at a distance from their respective top dead center. For example, the cylinders are arranged in such a way that the sum of their distances from the top dead center corresponds to a global maximum, ie represents the largest possible value.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verlagern des Kolbens mittels einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Starters der Brennkraftmaschine, erfolgt. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Die elektrische Maschine kann lediglich zeitweise oder permanent mit der Brennkraftmaschine in Wirkverbindung stehen. Als elektrische Maschine kann beispielsweise der Starter der Brennkraftmaschine verwendet werden, welcher insbesondere als Startergenerator beziehungsweise als Riemenstartergenerator vorliegt. Alternativ kann jedoch auch eine der Brennkraftmaschine nebengeordnete Traktionsmaschine zum Verlagern des Kolbens herangezogen werden, sofern diese von Rädern des Kraftfahrzeugs entkoppelbar ist.A preferred embodiment of the invention provides that the displacement of the piston by means of an electric machine, in particular a starter of the internal combustion engine, takes place. This has already been pointed out above. The electric machine can be only temporarily or permanently in operative connection with the internal combustion engine. As an electric machine, for example, the starter of the internal combustion engine can be used, which is present in particular as a starter generator or as a belt starter generator. Alternatively, however, one of the internal combustion engine sidelined traction machine can be used to displace the piston, provided that it can be decoupled from wheels of the motor vehicle.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verlagern des Kolbens bei oder nach einem dem Starten vorhergehenden Abstellen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Auch hierauf wurde bereits hingewiesen. Die Verringerung des Abstands zwischen dem Kolben und seinem oberen Totpunkt aufgrund des Abkühlens ergibt sich insbesondere aus der Verwendung unterschiedlicher Materialien oder von Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für ein Zylinderkurbelgehäuse einerseits und ein Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine andererseits.A further preferred embodiment of the invention provides that the displacement of the piston is carried out during or after a shutdown of the internal combustion engine preceding the starting. This has already been pointed out. The reduction of the distance between the piston and its top dead center due to the cooling results in particular from the use of different materials or materials with different thermal expansion coefficients for a cylinder crankcase on the one hand and a crank mechanism of the internal combustion engine on the other.

Das Zylinderkurbelgehäuse nimmt den Zylinder auf beziehungsweise bildet diesen aus. Der Kurbeltrieb dient einer Umsetzung der linearen Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung, insbesondere einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die Stelleinrichtung kann ebenfalls Bestandteil des Kurbeltriebs sein, insbesondere falls die Stelleinrichtung als Mehrgelenkskurbeltrieb ausgestaltet ist. Beispielsweise besteht das Zylinderkurbelgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, während der Kurbeltrieb wenigstens teilweise aus Stahl oder einer anderen Eisenlegierung besteht.The cylinder crankcase receives the cylinder or forms this. The crank mechanism is used to implement the linear movement of the piston in a rotational movement, in particular a crankshaft of the internal combustion engine. The adjusting device can also be part of the crank mechanism, in particular if the adjusting device is designed as a multi-joint crank drive. For example, the cylinder crankcase made of aluminum or an aluminum alloy, while the crank mechanism is at least partially made of steel or other iron alloy.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass vor dem Starten der Brennkraftmaschine ein momentan eingestelltes Istverdichtungsverhältnis mit einem Maximalverdichtungsverhältnis verglichen und das Starten der Brennkraftmaschine bei einem Überschreiten des Maximalverdichtungsverhältnisses durch das Istverdichtungsverhältnis unterbunden wird. Es wird angenommen, dass die Brennkraftmaschine sicher gestartet werden kann, wenn das momentan eingestellte Sollverdichtungsverhältnis oder Istverdichtungsverhältnis kleiner ist als das Maximalverdichtungsverhältnis. Wird festgestellt, dass sowohl die Fehlfunktion der Stelleinrichtung vorliegt als auch das Istverdichtungsverhältnis größer ist als das Maximalverdichtungsverhältnis, so wird das Starten der Brennkraftmaschine unterbunden, also nicht zugelassen. Ist dagegen das Istverdichtungsverhältnis kleiner oder höchstens gleich dem Maximalverdichtungsverhältnis, so wird das Starten der Brennkraftmaschine trotz der Fehlfunktion, also gerade auch bei dem Vorliegen der Fehlfunktion der Stelleinrichtung, zugelassen und vorzugsweise nachfolgend durchgeführt.A development of the invention provides that, before starting the internal combustion engine, a currently set actual compression ratio is compared with a maximum compression ratio and starting of the internal combustion engine is suppressed if the maximum compression ratio is exceeded by the actual compression ratio. It is assumed that the engine can be safely started when the currently set target compression ratio or actual compression ratio is smaller than the maximum compression ratio. If it is determined that both the malfunction of the adjusting device is present and the actual compression ratio is greater than the maximum compression ratio, the starting of the internal combustion engine is prevented, that is not permitted. If, on the other hand, the actual compression ratio is less than or at most equal to the maximum compression ratio, the starting of the internal combustion engine is permitted and preferably subsequently performed despite the malfunction, that is to say even in the presence of the malfunction of the actuator.

Es kann vorgesehen sein, die Isttemperatur bei dem Abstellen der Brennkraftmaschine festzustellen und bei Auftreten der Fehlfunktion der Stelleinrichtung das Starten der Brennkraftmaschine in jedem Fall zu unterbinden, wenn die Isttemperatur größer ist als die Mindesttemperatur. Bei sehr großer Isttemperatur kann davon ausgegangen werden, dass nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine der Abstand zwischen dem Kolben und seinem oberen Totpunkt stark abgenommen hat. Mit besonders hoher Genauigkeit kann dies festgestellt werden, wenn sowohl die Isttemperatur bei dem Abstellen als auch die Isttemperatur unmittelbar vor dem Starten der Brennkraftmaschine festgestellt wird. Aus diesen beiden Isttemperaturen wird eine Temperaturdifferenz ermittelt. Überschreitet die Temperaturdifferenz eine Maximaltemperaturdifferenz, so wird das Starten der Brennkraftmaschine unterbunden und anderenfalls zugelassen. Es kann auch vorgesehen sein, den Mindestabstand des Kolbens von seinem oberen Totpunkt in Abhängigkeit von der Isttemperatur und/oder der Temperaturdifferenz zu ermitteln. Dabei ist bevorzugt der Abstand umso größer, je größer die Isttemperatur beziehungsweise die Temperaturdifferenz ist.It can be provided to determine the actual temperature when switching off the internal combustion engine and to prevent the occurrence of the malfunction of the actuating device, the starting of the internal combustion engine in any case, when the actual temperature is greater than the minimum temperature. At very high actual temperature can be assumed that after stopping the engine, the distance between the piston and its top dead center has greatly decreased. With a particularly high Accuracy, this can be determined if both the actual temperature at the shutdown and the actual temperature is determined immediately before starting the internal combustion engine. From these two actual temperatures, a temperature difference is determined. If the temperature difference exceeds a maximum temperature difference, starting of the internal combustion engine is prevented and otherwise permitted. It can also be provided to determine the minimum distance of the piston from its top dead center as a function of the actual temperature and / or the temperature difference. In this case, the distance is greater, the greater the actual temperature or the temperature difference.

Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein den Zylinder aufweisendes Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und zumindest ein Bestandteile eines Kurbeltriebs der Brennkraftmaschine aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen. Das Zylinderkurbelgehäuse nimmt den Zylinder wenigstens bereichsweise auf. Beispielsweise schließt es den Zylinder gemeinsam mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ein. In dem Zylinderkurbelgehäuse ist zusätzlich zu dem Zylinder der Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine angeordnet, welcher wenigstens aus der Kurbelwelle besteht. Zusätzlich zu der Kurbelwelle kann der Kurbeltrieb die Stelleinrichtung, insbesondere den Mehrgelenkskurbeltrieb, aufweisen. Der Kurbeltrieb ist vorzugsweise in einem Kurbelraum des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet.Finally, in the context of a further embodiment of the invention, it may be provided that a cylinder crankcase of the internal combustion engine having the cylinder and at least one component of a crank mechanism of the internal combustion engine consist of materials having different thermal expansion coefficients. The cylinder crankcase takes up the cylinder at least partially. For example, it includes the cylinder together with a cylinder head of the internal combustion engine. In the cylinder crankcase, the crank mechanism of the internal combustion engine is arranged in addition to the cylinder, which consists at least of the crankshaft. In addition to the crankshaft, the crank mechanism may have the adjusting device, in particular the multi-link crank drive. The crank mechanism is preferably arranged in a crank chamber of the cylinder crankcase.

Weil das Zylinderkurbelgehäuse und der Kurbeltrieb aus den Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, kann es zu der vorstehend erläuterten Problematik kommen, dass nämlich sich bei einem Abkühlen der Brennkraftmaschine, beispielsweise ausgehend von ihrer Betriebstemperatur, der Abstand zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventil während eines Stillstands der Brennkraftmaschine verringert. Hierbei kann es zu der Kollision zwischen dem Kolben und dem Gaswechselventils kommen. Dies wird durch die vorstehend beschriebene Vorgehensweise jedoch zuverlässig verhindert. Beispielsweise besteht das Zylinderkurbelgehäuse zumindest teilweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Kurbeltrieb kann dagegen zumindest teilweise aus Stahl hergestellt sein.Because the cylinder crankcase and the crank mechanism consist of the materials with different coefficients of thermal expansion, it can lead to the above-discussed problem, namely that when cooling the internal combustion engine, for example, starting from its operating temperature, the distance between the piston and the gas exchange valve during a stoppage of Internal combustion engine reduced. This can lead to the collision between the piston and the gas exchange valve. However, this is reliably prevented by the procedure described above. For example, the cylinder crankcase is at least partially made of aluminum or an aluminum alloy. The crank mechanism, however, may be at least partially made of steel.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen in einem Zylinder linear zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerbaren Kolben sowie eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung den Kolben in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position zu verlagern, und dass das Verlagern des Kolbens durch Antreiben einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels einer elektrischen Maschine erfolgt.The invention further relates to an internal combustion engine, in particular for carrying out the method according to the preceding embodiments, wherein the internal combustion engine has at least one in a cylinder linearly displaceable between a top dead center and a bottom dead center piston and an adjusting device for setting a specific compression ratio in the cylinder. It is provided that the internal combustion engine is adapted to displace the piston in the cylinder in a position spaced from the top dead center position in a malfunction of the adjusting device, and that the displacement of the piston takes place by driving a crankshaft of the internal combustion engine by means of an electric machine.

Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wird bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.The advantages of such an approach or such an embodiment of the internal combustion engine is already pointed out. Both the internal combustion engine and the method can be developed according to the above explanations, so that reference is made to this extent.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, sowie
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows
  • 1 a schematic representation of a portion of an internal combustion engine, as well
  • 2 a flowchart of a method for operating the internal combustion engine.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, welche beispielsweise als Reihenbrennkraftmaschine, insbesondere als Viertakt-Vierzylinder- Reihenbrennkraftmaschine vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt eine Kurbelwelle 2 und wenigstens einen Kolben 3 (hier: vier Kolben 3). Der Kolben 3 beziehungsweise die Kolben 3 sind jeweils in einem von hier nicht dargestellten Zylindern der Brennkraftmaschine 1 linear beweglich gelagert. Jeder der Kolben 3 ist über eine Kolbenpleuelstange 4 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden.The figure shows a schematic representation of a portion of an internal combustion engine 1 which is present for example as a series internal combustion engine, in particular as a four-stroke four-cylinder in-line internal combustion engine. The internal combustion engine 1 has a crankshaft 2 and at least one piston 3 (here: four pistons 3 ). The piston 3 or the pistons 3 are each in a cylinder, not shown here, of the internal combustion engine 1 linearly movable. Each of the pistons 3 is via a piston connecting rod 4 with the crankshaft 2 operatively connected.

Die Kurbelwelle 2 ist beispielsweise in hier nicht dargestellten Wellenlagern eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und weist mehrere der Lagerung dienende zylindrische Wellenzapfen sowie wenigstens einen Hubzapfen (hier nicht erkennbar) auf, dessen Längsmittelachse parallel zu einer Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 versetzt ist. Üblicherweise liegen ebenso viele Hubzapfen wie Kolben 3 beziehungsweise Kolbenpleuelstangen 4 vor, sodass in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Hubzapfen vorgesehen sind, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zu der Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 versetzt sind.The crankshaft 2 is, for example, in shaft bearings not shown here of a cylinder crankcase, also not shown, of the internal combustion engine 1 rotatably mounted and has a plurality of cylindrical shaft journals serving for storage and at least one crank pin (not visible here), the longitudinal center axis parallel to a rotation axis 5 the crankshaft 2 is offset. Usually there are just as many crank pins as pistons 3 or piston connecting rods 4 before, so that in the embodiment shown here four Hubzapfen are provided, the longitudinal center axes in different angular orientations parallel to the axis of rotation 5 the crankshaft 2 are offset.

Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 6, die eine zur Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 parallele Drehachse 7 aufweist. Die Exzenterwelle 6 ist beispielsweise neben der Kurbelwelle 2 sowie etwas unterhalb von dieser in dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert. Sie ist über einen Mehrgelenkskurbeltrieb 8 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Neben der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 6 umfasst der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 wenigstens ein Koppelglied 9, welches auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist. Üblicherweise sind ebenso viele Koppelglieder 9 wie Kolben 3 beziehungsweise Kolbenpleuelstangen 4 vorhanden, sodass in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Koppelglieder 9 vorliegen, die jeweils auf einem der Hubzapfen der der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert sind.The internal combustion engine 1 further includes an eccentric shaft 6 one to the axis of rotation 5 the crankshaft 2 parallel axis of rotation 7 having. The eccentric shaft 6 is, for example, next to the crankshaft 2 as well as slightly below this in the Cylinder crankcase rotatably mounted. It is about a multi-joint crank drive 8th with the crankshaft 2 coupled. Next to the crankshaft 2 and the eccentric shaft 6 includes the multi-link crank drive 8th at least one coupling link 9 , which is on the crankpin of the crankshaft 2 is rotatably mounted. Usually, there are just as many coupling links 9 like pistons 3 or piston connecting rods 4 present, so in the embodiment shown here four coupling links 9 present, each on one of the crankpin of the crankshaft 2 are rotatably mounted.

Jedes der Koppelglieder 9 weist einen Hubarm 10 auf, der über ein Schwenkgelenk 11 schwenkbar mit einem unteren Ende von einem der Kolbenpleuelstangen 4 verbunden ist. Ein oberes Ende der jeweiligen Kolbenpleuelstange 4 ist über ein weiteres Schwenkgelenk 12 am zugehörigen Kolben 3 angelenkt. Insgesamt ist also jeder der Kolben 3 über die jeweilige Kolbenpleuelstange 4 und das jeweilige Koppelglied 9 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden.Each of the coupling links 9 has a lift arm 10 on, over a swivel joint 11 pivotable with a lower end of one of the piston connecting rods 4 connected is. An upper end of the respective Kolbenpleuelstange 4 is about another swivel joint 12 on the associated piston 3 hinged. Overall, therefore, each of the pistons 3 over the respective Kolbenpleuelstange 4 and the respective coupling member 9 with the crankshaft 2 operatively connected.

Der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuelstangen 4 und der Koppelglieder 9 entsprechende Anzahl von Anlenkpleuelstangen 13. Diese sind vorzugsweise ungefähr parallel zu den Kolbenpleuelstangen 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 6 jeweils in etwa derselben Ebene wie die dazugehörige Kolbenpleuelstange 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2, angeordnet. Jede Anlenkpleuelstange 13 umfasst eine Pleuelstange 14 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 14 angeordnete Pleuelaugen 15 und 16, insbesondere mit unterschiedlichen inneren Durchmessern.The multi-link crank drive 8th further includes one of the number of Kolbenpleuelstangen 4 and the coupling links 9 corresponding number of Anlenkpleuelstangen 13 , These are preferably approximately parallel to the Kolbenpleuelstangen 4 aligned and in the axial direction of the crankshaft 2 and the eccentric shaft 6 each in about the same plane as the associated Kolbenpleuelstange 4 but on the opposite side of the crankshaft 2 arranged. Each articulated connecting rod 13 includes a connecting rod 14 and two at opposite ends of the connecting rod 14 arranged connecting rod eyes 15 and 16 , in particular with different inner diameters.

Das Pleuelauge 16 jeder Anlenkpleuelstange 13 am unteren Ende der Pleuelstange 14 umgibt einen in Bezug zur Drehachse der Exzenterwelle 6 exzentrischen Hubzapfen 17 der Exzenterwelle 6, auf dem die Anlenkpleuelstange 13 mittels eines Drehlagers 18 drehbar gelagert ist. Das Pleuelauge 15 am oberen Ende der Pleuelstange 14 jeder Anlenkpleuelstange 13 bildet einen Teil eines Schwenkgelenks 9 zwischen der Anlenkpleuelstange 13 und einem Koppelarm 20 des benachbarten Koppelglieds 9, der auf der zum Hubarm 10 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht. Die Exzenterwelle 6 weist zwischen benachbarten exzentrischen Hubzapfen 17 sowie an ihren Stirnenden zur Lagerung der Exzenterwelle 6 in Wellenlagern dienende, zur Drehachse 7 koaxiale Wellenabschnitte 21 auf.The connecting rod eye 16 each articulated connecting rod 13 at the lower end of the connecting rod 14 surrounds a relative to the axis of rotation of the eccentric shaft 6 eccentric crankpin 17 the eccentric shaft 6 on which the articulated connecting rod 13 by means of a rotary bearing 18 is rotatably mounted. The connecting rod eye 15 at the upper end of the connecting rod 14 each articulated connecting rod 13 forms part of a swivel joint 9 between the Anlenkpleuelstange 13 and a coupling arm 20 of the adjacent coupling member 9 who is on the lift arm 10 opposite side of the crankshaft 2 survives on these. The eccentric shaft 6 points between adjacent eccentric crank pins 17 and at their ends for supporting the eccentric shaft 6 serving in shaft bearings, to the axis of rotation 7 coaxial shaft sections 21 on.

Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann mittels der zuvor beschriebenen Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 2 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibungskräfte zwischen dem Kolben 3 und Zylinderwänden der Zylinder führt. Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 8 ein Arbeitshub der Kolben 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden. Insoweit stellt der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 eine Stelleinrichtung zum Verstellen des Istverdichtungsverhältnisses in den Zylindern dar.Apart from a variable compression can by means of the arrangement described above, the inclination of Kolbenpleuel 4 with respect to the cylinder axis of the associated cylinders during rotation of the crankshaft 2 be reduced, resulting in a reduction of the piston side forces and thus the friction forces between the piston 3 and cylinder walls of the cylinder leads. Overall, with the multi-link crank drive described here 8th a working stroke of the pistons 3 in response to a momentary power stroke of the internal combustion engine 1 to get voted. In that regard, the multi-joint crank drive 8th an adjusting device for adjusting the Istverdichtungsverhältnisses in the cylinders.

Weiter weist die Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 eine Stellvorrichtung 22 auf, mittels welcher die Istdrehwinkelstellung der Exzenterwelle 6 innerhalb eines bestimmten Drehwinkelbereichs einstellbar ist. Die Stellvorrichtung 22 verfügt über ein Getriebe 23 mit einem auf der Exzenterwelle 6 drehfest angeordneten Abtriebsrad 24. Ein mit dem Abtriebsrad 24 wirkverbundenes Antriebselement 25 ist mittels einer Antriebseinrichtung 26 antreibbar. Die Antriebseinrichtung 26 ist beispielsweise ein kleinbauender Elektromotor, welcher insbesondere bei hoher Drehzahl, jedoch mit niedrigem Drehmoment betrieben wird.Next, the internal combustion engine 1 or the multi-joint crank drive 8th an actuator 22 on, by means of which the Istdrehwinkelstellung the eccentric shaft 6 is adjustable within a certain angle of rotation range. The adjusting device 22 has a gearbox 23 with one on the eccentric shaft 6 rotatably mounted output gear 24 , One with the output gear 24 Actively connected drive element 25 is by means of a drive device 26 drivable. The drive device 26 is, for example, a small-sized electric motor, which is operated in particular at high speed, but with low torque.

Das Getriebe 23 liegt in der hier dargestellten Ausführungsform als Schneckengetriebe vor. Das bedeutet, dass das Antriebselement 25 als Schnecke und das Abtriebsrad 24 als Schneckenrad ausgebildet ist. Das Schneckengetriebe ist vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgebildet. Das bedeutet, dass sowohl eine Drehbewegung der Antriebseinrichtung 26 auf das Abtriebsrad 24 übertragen wird, als auch in die umgekehrte Richtung. Alternativ kann selbstverständlich eine selbsthemmende Ausführungsform des Schneckengetriebes realisiert sein. Das Antriebselement 25 ist auf einer Antriebswelle 27 angeordnet beziehungsweise drehfest mit dieser verbunden. Die Antriebswelle 27 ist über ein Übersetzungsgetriebe 28, welches als Planetengetriebe ausgebildet ist, von der Antriebseinrichtung 26 antreibbar.The gear 23 is in the embodiment shown here as a worm gear before. That means the drive element 25 as a worm and the driven wheel 24 is designed as a worm wheel. The worm gear is preferably not self-locking. This means that both a rotational movement of the drive device 26 on the output gear 24 is transmitted, as well as in the opposite direction. Alternatively, of course, a self-locking embodiment of the worm gear can be realized. The drive element 25 is on a drive shaft 27 arranged or rotatably connected thereto. The drive shaft 27 is via a transmission gear 28 , which is designed as a planetary gear, from the drive device 26 drivable.

Die 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1. Das Verfahren beginnt in einem Startpunkt 29 und kommt insbesondere bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine 1 zum Einsatz. Zunächst wird im Rahmen einer Operation 30 begonnen, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 in Richtung des Stillstands zu verringern. Mithin wird also das Abstellen der Brennkraftmaschine 1 eingeleitet. Anschließend wird im Rahmen einer Abfrage 31 abgefragt, ob eine Fehlfunktion der Stelleinrichtung 8 der Brennkraftmaschine 1 vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren unmittelbar an einem Endpunkt 32 beendet. Anderenfalls, also im Falle der Fehlfunktion, wird im Rahmen einer Abfrage 33 geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine 1 bereits im Stillstand befindet, also eine Drehzahl von null vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird für die Abfrage 33 zurückverzweigt und entsprechend so lange gewartet, bis sich die Brennkraftmaschine 1 tatsächlich im Stillstand befindet.The 2 shows a flowchart of a method for operating the internal combustion engine 1 , The procedure starts at a starting point 29 and comes especially at a shutdown of the internal combustion engine 1 for use. First, as part of an operation 30 started, the speed of the internal combustion engine 1 in the direction of the standstill. Thus, so stopping the engine 1 initiated. Subsequently, as part of a query 31 queried whether a malfunction of the actuator 8th the internal combustion engine 1 is present. If this is not the case, then the procedure is immediately at an endpoint 32 completed. Otherwise, ie in the case of malfunction, is in the context of a query 33 Checked if the internal combustion engine 1 already at a standstill, so there is a speed of zero. If this is not the case, then the query 33 branched back and waited accordingly until the internal combustion engine 1 actually is at a standstill.

Nachfolgend wird in einer Abfrage 34 geprüft, ob eine Isttemperatur der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise eine Kühlmitteltemperatur, größer ist als ein Schwellenwert. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren durch Verzweigen zu dem Endpunkt 32 unmittelbar beendet. Ist dagegen die Isttemperatur größer als der Schwellenwert, so wird im Rahmen einer Operation 35 sichergestellt, dass keiner der Kolben 3 in seinem oberen Totpunkt vorliegt, sondern vielmehr von diesem beabstandet ist. Anschließend wird erneut das Verfahren beendet.The following is in a query 34 checked whether an actual temperature of the internal combustion engine 1 For example, a coolant temperature is greater than a threshold. If this is not the case, then the method branches to the end point 32 immediately ended. If, on the other hand, the actual temperature is greater than the threshold value, this is done as part of an operation 35 made sure that none of the pistons 3 is present at its top dead center, but rather is spaced therefrom. Subsequently, the procedure is terminated again.

Soll nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 1 diese erneut gestartet werden, so kann es vorgesehen sein, zunächst ein momentan eingestelltes Istverdichtungsverhältnis mit einem Maximalverdichtungsverhältnis zu vergleichen. Das Starten der Brennkraftmaschine wird nur dann zugelassen, wenn das Istverdichtungsverhältnis kleiner ist als das Maximalverdichtungsverhältnis. Anderenfalls wird es unterbunden. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass keine Beschädigungen der Brennkraftmaschine 1 aufgrund des Starts auftreten.Should after switching off the internal combustion engine 1 These can be restarted, it may be provided to first compare a currently set Istverdichtungsverhältnis with a maximum compression ratio. The starting of the internal combustion engine is allowed only if the Istverdichtungsverhältnis is smaller than the maximum compression ratio. Otherwise it will be prevented. In this way it can be ensured that no damage to the internal combustion engine 1 due to the start.

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), die wenigstens einen in einem Zylinder linear zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerbaren Kolben (3) sowie eine Stelleinrichtung (8) zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung (8) der Kolben (3) in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position verlagert wird, wobei das Verlagern des Kolbens (3) durch Antreiben einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) mittels einer elektrischen Maschine erfolgt.Method for operating an internal combustion engine (1), which has at least one piston (3) displaceable in a cylinder linearly between a top dead center and a bottom dead center and an adjusting device (8) for setting a specific compression ratio in the cylinder, characterized in that a malfunction of the actuator (8) of the piston (3) is displaced in the cylinder in a position spaced from the top dead center, wherein the displacement of the piston (3) by driving a crankshaft (2) of the internal combustion engine (1) by means of an electric machine he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagern des Kolbens (3) bei oder nach einem dem Starten vorhergehenden Abstellen der Brennkraftmaschine (1) durchgeführt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the displacement of the piston (3) is carried out at or after a previous starting the stopping of the internal combustion engine (1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Starten der Brennkraftmaschine (1) ein momentan eingestelltes Istverdichtungsverhältnis mit einem Maximalverdichtungsverhältnis verglichen und das Starten der Brennkraftmaschine bei einem Überschreiten des Maximalverdichtungsverhältnisses durch das Istverdichungsverhältnis unterbunden wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to starting the internal combustion engine (1) a currently set Istverdichtungsverhältnis compared with a maximum compression ratio and the starting of the internal combustion engine is suppressed by exceeding the maximum compression ratio by the Istverdichungsverhältnis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Zylinder aufweisendes Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine (1) und zumindest ein Bestandteil eines Kurbeltriebs der Brennkraftmaschine (1) aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cylinder crankcase comprising the cylinder of the internal combustion engine (1) and at least one component of a crank mechanism of the internal combustion engine (1) consist of materials having different thermal expansion coefficients. Brennkraftmaschine (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (1) wenigstens einen in einem Zylinder linear zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verlagerbaren Kolben (3) sowie eine Stelleinrichtung (8) zum Einstellen eines bestimmten Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) dazu ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion der Stelleinrichtung (8) den Kolben in dem Zylinder in eine von dem oberen Totpunkt beabstandete Position zu verlagern, wobei das Verlagern des Kolbens (3) durch Antreiben einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) mittels einer elektrischen Maschine erfolgt.Internal combustion engine (1), in particular for carrying out the method according to one or more of the claims, wherein the internal combustion engine (1) at least one in a cylinder linearly displaceable between a top dead center and a bottom dead center piston (3) and an adjusting device (8) for adjusting a specific compression ratio in the cylinder, characterized in that the internal combustion engine (1) is adapted to displace the piston in the cylinder in a position spaced from the top dead center in case of malfunction of the adjusting device (8), wherein the displacement of the piston (3) by driving a crankshaft (2) of the internal combustion engine (1) by means of an electric machine.
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