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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Ermittlung eines
momentanen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine
im Betrieb, die ein veränderbares Kompressionsvolumen aufweist,
mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben geführt
ist, der über einen Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden
ist, wobei das Pleuel an einer Kurbel der Kurbelwelle angelenkt
ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbar
einstellbaren Kompressionsvolumen und einem Kolbentrieb, der mindestens
einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben geführt ist,
der über einen Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden ist,
wobei das Pleuel an einer Kurbel der Kurbelwelle angelenkt ist,
und einer Sensorelektronik mit einem Auslösesensor, der
von mindestens einem beweglichen Teil des Kolbentriebes erregbar
ist, wodurch ein Signal auslösbar ist und somit synchron
ein Messsensor angesprochen wird, der eine kinematisch wirksame Größe
des Kolbentriebes erfasst, wodurch ein Verdichtungsverhältnis
ermittelbar ist.
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Aus
dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass ein hohes Verdichtungsverhältnis
bei Hubkolbenmaschinen sich grundsätzlich positiv auf den
Wirkungsgrad auswirkt. Bei Hubkolbenmaschinen mit einer Fremdzündung,
nachstehend Ottomotor, die ein festes Verdichtungsverhältnis
aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis nur so hoch
gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein „Klopfen” vermieden
wird. Für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbetrieb,
also bei geringer Füllung, könnte ein Verdichtungsverhältnis
mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen” auftreten
würde. Das bedeutet, dass der wichtige Teillastwirkungsgrad bei
einem Ottomotor verbessert werden könnte, wenn das Verdichtungsverhältnis
variabel einstellbar wäre. Damit wäre es möglich,
bei Volllast den Ottomotor mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis und
bei Teillast bei einem höheren Verdichtungsverhältnis
zu betreiben. Da bei aufgeladenen Ottomotoren das Verdichtungsverhältnis
im Allgemeinen niedriger gewählt werden muss, als bei Saugmotoren, wäre
bei aufgeladenem Motor der zu erzielende Vorteil eines variablen
Verdichtungsverhältnisses entsprechend größer.
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Bei
einer Hubkolbenmaschine mit Selbstzündung, nachstehend
Dieselmotor genannt, wäre es ebenfalls von Vorteil, das
Verdichtungsverhältnis variabel zu gestalten. Für
den Motorstart wäre ein höheres Verdichtungsverhältnis
vorteilhaft, während für den normalen Motorbetrieb
das Verdichtungsverhältnis verringert werden könnte,
um die Bauteilbelastung entsprechend zu verringern. Vorteilhaft
ist ferner der Einsatz eines variablen Verdichtungsverhältnisses
zur Realisierung höherer AGR-Raten mit Hinblick auf Senkung
der Stickoxid Emissionen.
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Ausgestaltungen
einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit
einem veränderbar einstellbaren Kompressionsvolumen und
somit mit einem variablen Verdichtungsverhältnis sind in
den Patentanmeldungen
DE
102 55 299 A1 ,
DE
198 41 381 A1 und in der
DE 37 35 914 C1 offenbart. In der
DE 102 55 299 A1 ist
eine Hubkolbenmaschine mit einem Pleuel beschrieben, die mit einer
veränderbaren Pleuellänge zur Veränderung des
Kompressionsvolumens sowie des Verdichtungsverhältnisses
der Hubkolbenmaschine arbeitet. Hierbei wird mittels eines Exzenters
an einem Pleuelauge des Pleuels ein Abstand von einer Kurbel zu
einem am Pleuelauge befestigten Kolben verändert.
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In
der
DE 198 41 381
A1 ist eine Hubkolbenmaschine mit einem Exzenter mit einer
Kurbel offenbart, wobei der Exzenter einen Kurbelradius aufweist und
damit ebenfalls das Verdichtungsverhältnis veränderbar
macht. Des Weiteren geht eine Vorrichtung zum Verstellen eines im
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zur Änderung des
Verdichtungsverhältnisses veränderbar angeordneten
Nebenkolbens aus der
DE
37 35 914 C1 hervor.
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Es
hat sich gezeigt, dass es bei Hubkolbenmaschinen mit einem variabel
einstellbarem Verdichtungsverhältnis wichtig ist, im laufenden
Betrieb den aktuellen Wert des Verdichtungsverhältnisses
als Regelgröße für die allgemeine Motorsteuerung
zu überwachen. In der
DE 10 2006 033 062 A1 ist ein Verfahren zur
automatischen Ermittlung eines momentanen Verdichtungsverhältnisses
einer Hubkolbenmaschine offenbart, bei dem das momentane Verdichtungsverhältnis
aus einem vorliegenden Kurbelwinkel bei einem bestimmten zurückgelegten
Kolbenweg innerhalb des Zylinders errechnet wird. Bei diesem Verfahren
wird der Zeitpunkt des Überschreitens des Kolbens bezüglich
einer festgelegten Position mittels eines Sensors gemessen. Synchron
wird der Kurbelwinkel erfasst und daraus das Verdichtungsverhältnis errechnet.
Hierbei dient der Näherungssensor als eine Art Auslösesensor,
wodurch ein Signal ausgelöst wird und somit synchron über
einen Messsensor der Kurbelwinkel erfasst wird, wodurch das Verdichtungsverhältnis
ermittelt werden kann. Nachteilig ist hierbei die Anordnung und
Positionierung des Auslösesensors im Bereich des Zylinders,
da zum einen ein Durchtritt für den Auslösesensor
in die Lauffläche des Zylinders eingebracht werden muss
und zum anderen in diesem Bereich hohe Temperaturen vorliegen können,
die die Funktionalität des Auslösesensors beeinträchtigen
können.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur automatischen
Ermittlung eines momentanen Verdichtungsverhältnisses einer
Hubkolbenmaschine im Betrieb, die ein veränderbares Kompressionsvolumen
aufweist, sowie eine Hubkolbenmaschine als solche, mit einem veränderbar
einstellbaren Kompressionsvolumen zu schaffen, wobei die oben genannten
Nachteile vermieden werden, insbesondere das momentan herrschende
Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenmaschine mit einem geringen
Aufwand und auf einer verlässlichen Art und Weise ermittelbar
ist.
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Die
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen
abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dazu
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren
zur automatischen Ermittlung eines momentanen Verdichtungsverhältnisses
der Hubkolbenmaschine in einem ersten Schritt ein Auslösen
eines Signals in einem Zeitpunkt bewirkt, bei dem sich der Kolben
ungefähr im Bereich des unteren Totpunktes befindet, wobei
die Kurbelwelle entsprechend eine definierte Drehposition einnimmt.
Im Zeitpunkt des Auslösens des genannten Signals wird gleichzeitig,
insbesondere synchron die Position des Kolbens durch einen in der
Hubkolbenmaschine angeordneten Messsensor erfasst. Aus der ermittelten
Position des Kolbens kann nun das Verdichtungsverhältnis anhand
vorbekannter und ermittelter Daten ermittelt werden. Hierbei ist
das Verdichtungsverhältnis als Quotient aus einem ersten
Brennraumvolumen bei einer Kolbenstellung in einer unteren Totpunktlage UT
zu einem zweiten Brennraumvolumen bei einer Kolbenstellung in einer
oberen Totpunktlage OT definiert. Das Kompressionsvolumen ist im
Sinne der vorliegenden Erfindung definiert als das Volumen oberhalb
des Kolbens, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt OT befindet. Über
die bekannten geometrischen Daten der Hubkolbenmaschine sowie der erfassten
Daten durch den Messsensor kann auf unbekannte Werte geschlossen
werden, so dass das aktuelle Verdichtungsverhältnis im
Betrieb der Hubkolbenmaschine bestimmt werden kann, worauf im Folgenden
nicht näher eingegangen wird und beispielsweise in der
DE 10 2006 033 062
A1 offenbart ist. Im Gegensatz zur
DE 10 2006 033 062 A1 ist
hier das Verfahren zur Ermittlung des momentanen Verdichtungsverhältnisses
umgekehrt. Anstatt den Kurbelwinkel bei gegebener Kolbenposition
zu erfassen, wird bei der vorliegenden Erfindung die Kolbenposition
bei einem festen Kurbelwinkel bestimmt, wodurch vorteilhafterweise
ein einfacheres und präziseres Messverfahren geschaffen
wird. Durch eine feste Wahl des Zeitpunktes, bei dem sich der Kolben
ungefähr im Bereich des unteren Totpunktes befindet, kann
der Messaufwand für die automatische Ermittlung des momentanen
Verdichtungsverhältnisses stark vereinfacht werden, insbesondere
durch den Einsatz eines Auslösesensors, der den Bereich
des unteren Totpunktes des Kolbens über die Drehposition
der Kurbelwelle auf eine einfache Art und Weise erkennt. Beispielsweise
kann ein Triggerelement an der Kurbelwelle angeordnet sein, der
mit dem Auslösesensor zusammenwirkt. Somit ist der untere
Totpunkt durch den Auslösesensor über die Drehposition
der Kurbelwelle gut detektierbar. Vorteilhafterweise ist in diesem
Zusammenhang der Auslösesensor als ein digitaler Näherungssensor,
insbesondere als induktiver Sensor oder Hallsensor ausgebildet.
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Ebenfalls
ist es vorteilhaft, dass das Auslösesignal ohne Auslösesensor
direkt aus der Motorsteuerung entnommen wird. Das bedeutet, dass
die Motorsteuerung einen definierten Kurbelwinkel vorgibt. Bei diesem
Kurbelwinkel erfolgt eine Auslösung und ein „Ansprechen” des
Messsensors, der die Position des Kolbens synchron zu dem Auslösezeitpunkt
des Auslösesignals erfasst, wobei der Messsensor sich nicht
in oder an der Lauffläche des Zylinders, an der der Kolben
während des Betriebes der Hubkolbenmaschine sich bewegt,
vorgesehen ist. Hierdurch kann der Gesamtaufbau des Verfahrens zur
automatischen Ermittlung des momentanen Verdichtungsverhältnisses
stark vereinfacht werden, wobei gleichzeitig die temperaturempfindliche
Elektronik zur Auswertung des gemessenen Signals des Messsensors vorteilhafterweise
außerhalb des Zylinderkurbelgehäuses anzuordnen
ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das
Pleuel an der Kurbel angelenkt, wobei sich zwischen der Zylinderhochachse
des Zylinders, entlang dieser sich der Kolben bewegt, und der Kurbel
ein Kurbelwinkel α bildet. Vorteilhafterweise folgt das
Auslösen des Signals bei einem fest definierten Kurbelwinkel α,
das bedeutet, vorzugsweise bei einem Winkel α = 180°,
bei dem sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet. Hierbei kann
der Messsensor optisch, kapazitiv oder induktiv die Position des
Kolbens erfassen. In einer möglichen Ausgestaltung kann
der Messsensor als induktiver Sensor ausgeführt sein, der
analog die Position des Kolbens erfasst, wodurch eine präzise
Auswertung ohne notwendige Weiterverarbeitung eines vom Messsensor ausgelösten
Messsignals notwendig ist, sondern direkt ein momentanes Verdichtungsverhältnis
der Hubkolbenmaschine ermittelt werden kann. Ein Vorteil der Erfassung
der Position des Kolbens zu dem Zeitpunkt, bei dem der Kolben sich
im Bereich des unteren Totpunktes befindet ist, dass eine Kollision des
Kolbens mit dem Messsensor ausgeschlossen werden kann, da der Messsensor
zweckmäßigerweise unterhalb der Lauffläche
des Zylinderrohres angeordnet ist. Eine hohe Signaltreue stellt
einen weiteren Vorteil für die Bestimmung der Position
des Kolbens dar, da die Kolbengeschwindigkeit im unteren Totpunkt
nahezu 0 ist.
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In
einer möglichen Ausführungsform der Erfindung
steht ein Motorsteuergerät in Datenkombination mit dem
Messsensor und dem Auslösesensor, wobei das Motorsteuergerät
aus den kinematischen Zusammenhängen, insbesondere aus
den vorbekannten und ermittelten Daten des erfindungsgemäßen
Verfahrens das Verdichtungsverhältnis ermittelt. Vorzugsweise
ist zumindest eine Kennlinie und/oder ein Datensatz im Motorsteuergerät
vorgesehen, wobei die Kennlinie und/oder der Datensatz das Verdichtungsverhältnis
zu der vom Messsensor erfassten Position des Kolbens beschreibt.
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Des
Weiteren wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine
Hubkolbenmaschine mit einem veränderbar einstellbaren Kompressionsvolumen
und einem Kolbentrieb gelöst, der mindestens einen Zylinder
aufweist, in dem ein Kolben geführt ist, der über
einen Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei das Pleuel
an einer Kurbel der Kurbelwelle angelenkt ist, und einer Sensorelektronik mit
einem Messsensor, der eine geometrische Größe des
Kolbentriebes erfasst, wodurch ein Verdichtungsverhältnisses
ermittelbar ist. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen,
dass die Sensorelektronik derart am Kolbentrieb angeordnet und ausgeführt
ist, dass ein Signal zu einem Zeitpunkt ausgelöst wird, bei
dem sich der Kolben ungefähr im Bereich des unteren Totpunkt
es befindet, wobei die Kurbelwelle eine definierte Drehposition
einnimmt, und dass synchron der Messsensor angesprochen wird, der
die Position des Kolbens erfasst, wodurch ein Motorsteuergerät,
das mit der Sensorelektronik in Datenkommunikation steht, das Verdichtungsverhältnis
anhand vorbekannter und ermittelter Daten des Kolbentriebs ermittelt.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Hubkolbenmaschine
mit der integrierten Sensorelektronik kann eine kompakte Gesamteinheit
geschaffen werden, die auf einfache und zuverlässige Art
und Weise den aktuellen Wert des Verdichtungsverhältnisses
der Hubkolbenmaschine ermittelt.
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Vorteilhafterweise
kann ein Auslösesensor vorgesehen sein, der das Auslösesignal
generiert, bei dem sich der Kolben im Bereich des unteren Totpunktes
befindet. Hierbei ist der Auslösesensor von mindestens
einem beweglichen Teil des Kolbentriebes erregbar.
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Erfindungsgemäß kann
der Messsensor als induktiver Sensor ausgeführt sein, der
mit einem am Kolben angeordneten Sensorgegenelement zusammenwirkt.
In Abhängigkeit vom Verfahrweg des Kolbens während
des Betriebs erfolgt gleichzeitig eine Bewegung des Sensorgegenelementes,
welches durch den Messsensor detektiert werden kann. Kommt ein induktiver
Sensor zum Einsatz, erfolgt in Abhängigkeit vom Verfahrweg
des Sensorgegenelementes eine Änderung der Induktivität
der Spule, wodurch zumindest eine kinematisch wirksame Größe des
Kolbentriebes erfasst werden kann, wodurch ein Verdichtungsverhältnis
ableitbar ist.
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In
einer denkbaren Ausführungsform ist der Messsensor als
Spule mit einem Innenraum ausgeführt, in den das Sensorgegenelement
zumindest teilweise zum Zeitpunkt der Signalauslösung hineinragt.
Hierbei kann das Sensorgegenelement stiftartig ausgeführt
sein, wobei seine Geometrie dem Innenraum der Spule angepasst ist,
damit im unteren Totpunkt des Kolbens das Sensorgegenelement nicht mit
dem Messsensor kollidiert, sondern zuverlässig zumindest
teilweise in den Innenraum eintauchen kann. In Abhängigkeit
vom Eintauchweg ändert sich die Induktivität der
Spule. Aus dieser Abhängigkeit kann beispielsweise auf
die momentane Pleuelstangenlänge geschlossen werden und
somit das aktuelle Verdichtungsverhältnis bestimmt werden.
Vorzugsweise besteht das Sensorgegenelement aus einem Weicheisen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen
beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen
und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln
für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich
sein. Es zeigen:
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1 eine
mögliche Ausführungsform eines Kolbentriebs einer
Hubkolbenmaschine,
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2 der
Kolbentrieb gemäß 1, wobei der
Kolben sich im unteren Totpunkt befindet und der Kolbentrieb ein
erstes Kompressionsvolumen aufweist,
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3 der
Kolbentrieb gemäß 1, wobei der
Kolben sich im unteren Totpunkt befindet und der Kolbentrieb ein
zweites Kompressionsvolumen aufweist, welches größer
ist als das erste Kompressionsvolumen gemäß 2,
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4 eine
Kennlinie, die eine Relation des Eintauchweges des Sensorgegenelementes
in den Messsensor zu dem variablen Verdichtungsverhältnis
beschreibt und
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5 eine
mögliche Ausführungsform einer vierzylindrigen
Hubkolbenmaschine mit einem Kolbentrieb gemäß 1.
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1 zeigt
rein schematisch einen Kolbentrieb 10, der mit einem Zylinder 11 ausgeführt
ist, in dem ein Kolben 12 linearverschiebbar geführt
ist. Der Kolbentrieb 10 ist Bestandteil einer Hubkolbenmaschine,
die in 5 beispielhaft gezeigt ist. Der Kolben 12 ist über
einem Pleuel 13 mit der Kurbelwelle 20, die rein
schematisch angedeutet ist, verbunden. Hierbei ist der Pleuel 13 an
einem ersten freien Ende an einem Anlenkpunkt 14 mit dem
Kolben 12 verbunden. An dem zweiten Ende des Pleuels 13 ist
das Pleuel 13 am Kurbelzapfen 15 der Kurbelwelle 20 angelenkt.
Zwischen dem Kurbelzapfen 15 und der Drehachse 22 der
Kurbelwelle 20 befindet sich rein schematisch dargestellt
die Kurbel 21. Der Kolben 12 gemäß 1 befindet
sich in der Nähe des oberen Totpunktes (OT). Der Kolben 12 ist
innerhalb eines explizit nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Hubraumes
mittels des Kolbentriebes 10 bewegbar. Eine Höhe
des Hubraumes ist durch einen Abstand von dem oberen Totpunkt zu
einem unteren Totpunkt festgelegt, der in 2 bzw. in 3 gezeigt
ist. Oberhalb des oberen Totpunktes befindet sich ein Brennraumvolumen,
das dem Kompressionsvolumen entspricht, wenn bei einer Aufwärtsbewegung des
Kolbens 12 die nicht explizit dargestellten Ventile geschlossen
sind.
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Im
Kolbentrieb 10 ist eine Sensorelektronik 30 integriert,
die gemäß 5 zum einen
aus einem Auslösesensor 31 besteht. Dieser Auslösesensor 31 ist
von mindestens einem beweglichen Teil des Kolbentriebes 10 erregbar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an der Kurbelwelle 20 ein
Triggerelement 36 angeordnet, das mit dem Auslösesensor 31 zusammenwirkt.
Gemäß des Ausführungsbeispiels in 5 ist
der Auslösesensor 31 ein digitaler Näherungssensor 31.
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Zum
anderen weist die Sensorelektronik 30 einen Messsensor 32 auf,
der eine geometrische Größe des Kolbentriebes 10 erfassen
kann. Im vorliegenden Fall kann der Messsensor 32 die Position
des Kolbens 12 erfassen. Hierbei ist der Messsensor 32 als
Spule 32 mit einem Innenraum 35 ausgeführt. Gleichzeitig
wirkt der Messsensor 32 mit einem am Kolben 12 angeordneten
Sensorgegenelement 34 zusammen. Das Sensorgegenelement 34,
welches aus einem Weicheisen besteht, ist hierbei stiftartig ausgeführt,
und kann im unteren Totpunkt des Kolbens 12 in Abhängigkeit
vom momentanen Verdichtungsverhältnis zumindest teilweise
in den Innenraum 35 des Messsensors 32 eintauchen,
welches in 2 und 3 angedeutet
ist.
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Die
Veränderung des momentanen Verdichtungsverhältnisses
bzw. des Kompressionsvolumens erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Änderung
der Pleuellänge L. Die Pleuellänge gemäß 2 ist
hierbei kürzer ausgeführt als die Pleuellänge
L gemäß 3. Hierbei
ist während des Betriebes der Hubkolbenmaschine, insbesondere des
Kolbentriebes 10 die Position des Pleuels 13 relativ
zur Drehachse 22 der Kurbelwelle 20, insbesondere
die Pleuellänge L veränderbar, wodurch das Kompressionsvolumen
sowie auch das Verdichtungsverhältnis variierbar ist.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist das Pleuel 13 an der
Kurbel 21 angelenkt, wobei zwischen der Zylinderhochachse 16 und
der Kurbel 21 ein Kurbelwinkel α sich bildet.
Im unteren Totpunkt gemäß 2 und 3 ist
der Kurbelwinkel α = 180°. Um nun die Funktionalität
der Hubkolbenmaschine 1 im laufenden Betrieb zu überwachen,
wird über die installierte Sensorelektronik 30 der
aktuelle Wert des Verdichtungsverhältnisses als Regelgröße
für die Motorsteuerung gewonnen, welches nach folgenden
Verfahrensschritten abläuft: Das Verfahren zur automatischen
Ermittlung des momentanen Verdichtungsverhältnisses ist
derart ausgelegt, dass in einem ersten Schritt zunächst
in einem fest definierten Zeitpunkt ein Signal ausgelöst
wird, bei dem sich der Kolben 12 ungefähr im Bereich
des unteren Totpunktes befindet. Dieses ist beispielhaft in 2 und 3 dargestellt.
Hierfür ist der Auslösesensor 31 gemäß 5 vorgesehen,
der den Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens 12 jedes
Zylinders über die Drehposition der Kurbelwelle 20 erkennt.
Dieses erfolgt über das an der Kurbelwelle 20 angeordnete
Triggerelement 36, das mit dem digitalen Näherungssensor 31 zusammenarbeitet.
Befindet sich die Kurbelwelle 20 in der entsprechenden
Drehposition, in der der jeweilige Kolben 12 den unteren
Totpunkt erreicht hat, erfolgt eine Signalauslösung, bei
der synchron der zweite Schritt in Gang gesetzt wird, bei dem die
Position des Kolbens 12 durch den Messsensor 32 erfasst
wird. Alternativ dazu kann es ebenfalls vorgesehen sein, dass ohne
Auslösesensor das Verdichtungsverhältnis ermittelt
wird. Hierbei wird das Auslösesignal ohne Auslösesensor
direkt aus der Motorsteuerung entnommen. Das bedeutet, dass die
Motorsteuerung einen definierten Kurbelwinkel vorgibt. Bei diesem
Kurbelwinkel erfolgt eine Auslösung und ein „Ansprechen” des
Messsensors, der die Position des Kolbens synchron zu dem Auslösezeitpunkt
des Auslösesignals erfasst.
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In
Abhängigkeit vom Eintauchweg des Sensorgegenelementes 34 in
die Spule 32 ändert sich die Induktivität
der Spule 32. Gemäß 2 taucht das
Sensorgegenelement 34 lediglich mit seinem freien unteren
Ende in den Innenraum 35 der Spule 32 ein, wobei
der restliche Körper des Sensorgegenelementes 34 außerhalb
des Innenraumes 35 verbleibt. Gleichzeitig ändert
sich die Induktivität der Spule 32, so dass hieraus
auf das momentane Verdichtungsverhältnis geschlossen werden
kann. 4 zeigt beispielhaft, wie sich das Verdichtungsverhältnis
in Relation zur Eintauchtiefe des Sensorgegenelementes 34 in
die Spule 32 verändert. Besonders von Vorteil
ist, dass das Sensorgegenelement 34 berührungslos
zur Spule 32 in den Innenraum 35 hinein fährt,
welches sich unter anderem positiv auf die Wirkungsgradneutralität
durch Reibungsfreiheit und Verschleißanfälligkeit
auswirkt.
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In 3 ist
die momentane Pleuellänge L geringer als die Pleuellänge
gemäß 2. Aufgrund der geringeren Pleuellänge
L in 3 ist das Kompressionsvolumen größer
als das Kompressionsvolumen gemäß 2.
Im unteren Totpunkt des Kolbens 12 taucht das Sensorgegenelement 34 mit
einem großen Teil seines Körpers in die Spule 32 ein,
wodurch auch hier über die Änderung der Induktivität der
Spule 32 auf das momentane Verdichtungsverhältnis
des Kolbentriebs 10 geschlossen werden kann.
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Wie
in 1 deutlich wird ist das Sensorgegenelement 34 im
Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens 12 beabstandet
zum Innenraum 35 der Spule 32 angeordnet. Damit
die Position des Kolbens 12 in dem unteren Totpunkt erfasst
werden kann, ist es notwendig, dass zumindest das Sensorgegenelement 34 sich
soweit in den Wirkbereich bzw.
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Messbereich
des Messsensors 32 bewegt, dass hierdurch ein Auslösesignal
induziert werden kann, welches in 2 angedeutet
ist. Das Sensorgegenelement 34 kann über eine
form- und/oder kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige
Verbindung am Kolben 12 befestigt sein. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel besteht der Kolben 12 aus
einem anderen Material als das Sensorgegenelement 34. Der Messsensor 32 ist
hierbei unterhalb der Lauffläche des Kolbens 12.
angeordnet. Auch hier ist es denkbar, den Messsensor 32 form-
und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig am Zylinderrohr 11 oder
am Kurbelgehäuse zu befestigen. Selbstverständlich
ist es in einer alternativen Ausführungsform denkbar, den
Kolben 12 einstückig, materialeinheitlich mit
dem Sensorgegenelement 34 auszuführen.
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In 5 ist
schematisch die Hubkolbenmaschine 1 mit vier Zylindern 11 dargestellt.
Jeder Kolben 12 innerhalb eines Zylinders 11 ist
mit einem Sensorgegenelement 34 an seiner Unterseite ausgeführt,
der in dem unteren Totpunkt des Kolbens 12 durch den Messsensor 32 erfasst
werden kann. Wie in 5 verdeutlicht ist, weist jeder
Kolbentrieb 10 der vierzylindrigen Hubkolbenmaschine 1 die
beschriebenen Merkmale einschließlich Kolbentrieb 10 sowie
Sensorelektronik 30 der beschriebenen 1 bis 3 auf.
Die Sensorelektronik 30 ist mit einem Motorsteuergerät 33 in
Datenkommunikation, in der aus den kinematischen Zusammenhängen,
die über den Auslösesensor 31/Messsensor 32 erfasst
werden, das Verdichtungsverhältnis ermittelt bzw. abgeleitet
werden kann.
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- 1
- Hubkolbenmaschine
- 10
- Kolbentrieb
- 11
- Zylinder
- 12
- Kolben
- 13
- Pleuel
- 14
- Anlenkpunkt
- 15
- Kurbelzapfen
- 16
- Zylinderhochachse
- 20
- Kurbelwelle
- 21
- Kurbel
- 22
- Drehachse
der Kurbelwelle
- 30
- Sensorelektronik
- 31
- Auslösesensor,
digitaler Näherungssensor
- 32
- Messsensor,
Spule
- 33
- Motorsteuergerät
- 34
- Sensorgegenelement,
Stift
- 35
- Innenraum
der Spule
- 36
- Triggerelement
- L
- Pleuellänge
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10255299
A1 [0004, 0004]
- - DE 19841381 A1 [0004, 0005]
- - DE 3735914 C1 [0004, 0005]
- - DE 102006033062 A1 [0006, 0009, 0009]