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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
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Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist über wenigstens einen Pleuel mit wenigstens einem Kolben der Brennkraftmaschine wirkverbunden, der in einem Zylinder der Brennkraftmaschine längsverschieblich angeordnet ist. Aufgrund von in dem wenigstens einen Zylinder der Brennkraftmaschine periodisch ablaufenden Verbrennungen wird eine ebenfalls periodische Bewegung des Kolbens und mithin eine Drehbewegung der Kurbelwelle bewirkt. An der Kurbelwelle steht insoweit ein Abtriebsmoment der Brennkraftmaschine zur Verfügung.
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Mit der Kurbelwelle ist die Nockenwelle gekoppelt, welche zur Betätigung des wenigstens einen Gaswechselventils dient, das dem Zylinder zugeordnet ist. Bevorzugt verfügt die Brennkraftmaschine über mehrere Zylinder, welchen jeweils mehrere Gaswechselventile, nämlich zumindest ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil, zugeordnet sind. Das Gaswechselventil wird von der Nockenwelle betätigt, sodass sein Öffnungsgrad von der Drehwinkelstellung der Nockenwelle abhängt. Beispielsweise ist auf der Nockenwelle zumindest ein Nocken gelagert, welcher bei einer Drehbewegung der Nockenwelle einer periodischen Betätigung des Gaswechselventils dient. In Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung entspricht der Öffnungsgrad also einem geschlossenen Gaswechselventil, einem teilweise geöffneten Gaswechselventil oder einem vollständig geöffneten Gaswechselventil. Zusätzlich ist nun der Körperschallsensor vorgesehen, welcher derart angeordnet ist, dass er den von der Brennkraftmaschine erzeugten Körperschall erfassen kann.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2006 061 566 A1 bekannt, welche ein Verfahren zur Synchronisation eines Steuergeräts zeigt. Dabei ist es vorgesehen, eine relative Winkellage einer ersten Welle bezüglich einer zweiten Welle durch Auswerten eines durch die Brennkraftmaschine erzeugten Schallereignisses zu ermitteln.
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Aus dem Stand der Technik ist weiterhin die Druckschrift
DE 10 2010 027 213 A1 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Kraftstoffinjektor je Zylinder, mindestens einer Nockenwelle zur Betätigung wenigstens eines Einlassventils und/oder wenigstens eines Auslassventils, wobei eine Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zur steuerbaren Veränderung der Betätigungscharakteristik von wenigstens einem mittels der Nockenwelle betätigten Ventil vorgesehen ist, einem Kurbelwellensensor, der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal liefert, und einem Steuergerät zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung. Zur Gewinnung einer Information über die aktuelle Einstellung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung wird mindestens ein von einem Zylinderdrucksensor zur Messung des Drucks in einem zugeordneten Zylinder geliefertes Zylinderdrucksignal im Hinblick auf Störsignale ausgewertet und das Auswertungsergebnis als eine Eingangsgröße bei der Steuerung der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung berücksichtigt.
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Weiterhin beschreibt die Druckschrift
DE 10 2009 053 264 A1 ein Verfahren zum Bestimmen von Ventilsteuerzeiten eines Verbrennungsmotors, wobei in einem ersten Schritt ein Zeitfenster bestimmt wird, innerhalb dessen das Schließen des Ventils des Verbrennungsmotors erwartet wird. Es werden die vom Ventil ausgegebenen Vibrationen erfasst und erkannt, ob innerhalb des Zeitfensters ein Ventil geschlossen wurde oder geöffnet wurde. Dabei erfolgt das Erkennen, ob ein Ventil geschlossen oder geöffnet wurde, anhand eines Kriteriums, ob die Amplituden der erfassten Schallwellen einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten.
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Aus der Druckschrift
DE 101 57 514 A1 ist ein Verfahren und ein System zum Erfassen des Zustands eines Ventiltriebs und der Position mindestens eines Ventilöffnungsnockens einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors durch Verarbeiten von Signalen, die von mindestens einem Körperschallsensor erzeugt werden, bekannt. Dazu wird vorzugsweise aus den durch den Körperschallsensor erzeugten Signalen mindestens ein charakteristischer Signalverlauf identifiziert, der zu bestimmten Zeiten während eines Zyklus des Verbrennungsmotors auftritt, und mit einem gespeicherten Referenzsignal verglichen. Als Ergebnis kann auf den Zustand eines Ventiltriebs und/oder die Position mindestens eines Ventilöffnungsnockens der Nockenwelle geschlossen werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 027 214 A1 betrifft die Steuerung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Kraftstoffinjektor je Zylinder, mindestens einer Nockenwelle zur Betätigung wenigstens eines Einlassventils und/oder wenigstens eines Auslassventils, wobei eine Ventiltrieb-Verstelleinrichtung zur steuerbaren Umschaltung zwischen verschiedenen Ventil-Betätigungscharakteristiken vorgesehen ist, optional einem Nockenwellensensor, der ein vom Nockenwellenwinkel abhängiges Nockenwellensignal liefert, einem Kurbelwellensensor, der ein den Kurbelwellenwinkel darstellendes Kurbelwellensignal liefert, und einem Steuergerät, welches die Kraftstoffinjektoren so steuert, dass die vorgegebene Kraftstoffmengen zu vorgegebenen Einspritzzeitpunkten einspritzen, wobei diese Vorgaben in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung erfolgen. Zur Gewinnung einer Information über diesen Schaltzustand wird mindestens ein von einem Zylinderdrucksensor zur Messung des Drucks in einem zugeordneten Zylinder geliefertes Zylinderdrucksignal im Hinblick auf Störsignale ausgewertet und das Auswertungsergebnis bei einer Ermittlung des Schaltzustandes der Ventiltrieb-Verstelleinrichtung für die Vorgabe der einzuspritzenden Kraftstoffmengen und/oder der Einspritzzeitpunkt berücksichtigt.
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Im Rahmen der Druckschrift
DE 10 2004 048 599 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Steuerzeiten variabel gesteuerter Gaswechselventile beschrieben, wobei die Gaswechselventile durch mindestens ein Steuerventil angesteuert werden, und wobei mindestens ein Körperschallsensor zur Erfassung von Körperschall vorgesehen ist, wobei aus den Signalen des Körperschallsensors eine Betätigung des Steuerventils erkannt wird und in Abhängigkeit mindestens einer erkannten Betätigung des Steuerventils Steuerzeiten der Gaswechselventile ermittelt werden.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 100 28 995 A1 ein Verfahren zur Bewertung der Phasenlage einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors. Zur Kontrolle der Phasenverstellung der Nockenwelle, bei welcher die aktuelle Phasenlage einer phasenverschiebbaren Nockenwelle zuverlässig detektiert werden kann, wird während eines vorgegebenen Auswertefensters ein dem tatsächlichen Geräuschpegel des Verbrennungsmotors entsprechender erster Wert ermittelt, welcher mit einem zweiten, dem tatsächlichen Geräuschpegel nach einer Phasenverstellung der Nockenwelle entsprechenden Wert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit von diesem Vergleich die Funktion der Phasenverstellung der Nockenwelle bewertet wird.
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Schließlich offenbart die Druckschrift
DE 196 23 698 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Antriebe von Hubventilen an einer Kolbenbrennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Erkennung des Auftreffzeitpunktes und/oder der Auftreffgeschwindigkeit wenigstens eines der Hubventile, wobei von dem Hubventil und/oder seinem Ventilantrieb im Betrieb erzeugte Schwingungssignale erfasst und der Ventilantrieb in Abhängigkeit von der Größe der erfassten Schwingungssignale angesteuert wird.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, mittels welchem die Brennkraftmaschine genauer angesteuert werden kann, insbesondere zur Verringerung der Abgasemissionen der Brennkraftmaschine sowie zur Verbesserung ihrer Momentengenauigkeit.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Nockenwelle über eine Stelleinrichtung mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist, und dass für das Gaswechselventil ein Sollschließzeitpunkt festgelegt, mittels des Körperschallsensors ein Istschließzeitpunkt des Gaswechselventils ermittelt und bei einer Differenz zwischen Sollschließzeitpunkt und Istschließzeitpunkt der Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle mittels der Stelleinrichtung zum Verringern der Differenz verstellt wird. Die Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle liegt mithin nicht unmittelbar, sondern lediglich mittelbar über die Stelleinrichtung vor. Die Stelleinrichtung dient dazu, den Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle einzustellen, insbesondere innerhalb eines bestimmten Stellbereichs. Mithilfe der Stelleinrichtung kann insoweit der Öffnungszeitraum des Gaswechselventils, beginnend an einem Istöffnungszeitpunkt und endend an dem Istschließzeitpunkt, hinsichtlich seiner zeitlichen Lage sowie seiner Dauer verändert werden.
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Für das Gaswechselventil wird nun der Sollschließzeitpunkt festgelegt. Bei mehreren Gaswechselventilen ist dies für jedes der Gaswechselventile vorgesehen, sodass jedem der Gaswechselventile ein Sollschließzeitpunkt zugeordnet ist. Das Festlegen des Sollschließzeitpunkts wird beispielsweise in Bezug auf die Drehwinkelstellung der Kurbelwelle vorgenommen. Der Sollschließzeitpunkt wird bevorzugt dynamisch festgelegt, kann also für jeden Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine neu gewählt werden.
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Mithilfe des Körperschallsensors wird nun der Istschließzeitpunkt des Gaswechselventils überwacht beziehungsweise ermittelt. Dies ist möglich, weil durch das Aufsetzen eines Schließelements des Gaswechselventils, welches auch als Ventilteller bezeichnet werden kann, auf einem zugeordneten Ventilsitz Körperschall erzeugt wird. Insbesondere wird mithilfe des Körperschallsensors der Zeitpunkt des Auftretens eines Körperschallereignisses bestimmt, welches durch das Auftreffen des Ventiltellers auf den Ventilsitz erzeugt wird.
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Idealerweise stimmt der Istschließzeitpunkt mit dem Sollschließzeitpunkt überein. Aufgrund von Toleranzen in der Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Gaswechselventil, insbesondere also in der Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, kann es jedoch zu einer Abweichung zwischen den beiden Zeitpunkten kommen. Ist dies der Fall, liegt also eine Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt vor, so wird die Stelleinrichtung dazu verwendet, den Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu verstellen. Dies erfolgt derart, dass die Differenz, insbesondere während eines unmittelbar nachfolgenden Arbeitsspiels beziehungsweise Arbeitszyklus, verringert wird. Deutet die Differenz darauf hin, dass der Istschließzeitpunkt vor dem Sollschließzeitpunkt liegt, so wird der Winkelversatz derart verändert, dass das Gaswechselventil später schließt, insbesondere auch bei gleichbleibendem Sollschließzeitpunkt. Liegt dagegen der Istschließzeitpunkt nach dem Sollschließzeitpunkt, so wird der Winkelversatz derart verändert, dass das Gaswechselventil früher schließt, insbesondere auch bei gleichbleibendem Sollschließzeitpunkt.
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Dabei kann der Winkelversatz in die entsprechende Richtung um eine feste Winkeldifferenz verändert werden. Bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, den Winkelversatz um eine Winkeldifferenz zu verändern, die von der Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt abhängig ist. Insbesondere wird die Winkeldifferenz als Funktion der Differenz zwischen den beiden Zeitpunkten ermittelt. Mit einer derartigen Vorgehensweise lassen sich Toleranzen in der Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Gaswechselventil beziehungsweise zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle einfach und zuverlässig ausgleichen. Dies ermöglicht wiederum eine präzisere Bestimmung der in dem, dem Gaswechselventil zugeordneten Zylinder vorliegenden Luftmenge und entsprechend eine genauere Vorsteuerung der in den Zylinder einzubringenden Kraftstoffmenge. Daraus resultieren zum einen eine deutliche Reduzierung der Emissionen der Brennkraftmaschine und zum anderen ein präziseres Einhalten des vorgegebenen Drehmoments.
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Zudem ist vorgesehen, dass mittels des Körperschallsensors ein Aufsetzen eines Ventiltellers des Gaswechselventils auf einen korrespondierenden Ventilsitz erfasst wird. Entsprechend ist der Körperschallsensor derart angeordnet, dass er mit dem Gaswechselventil, insbesondere dem Ventilsitz, in permanenter Körperschallübertragungsverbindung steht. Beispielsweise ist der Körperschallsensor unmittelbar an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt, in oder an welchem auch das Gaswechselventil vorliegt. Das Aufsetzen des Ventiltellers auf den Ventilsitz erzeugt, wie bereits vorstehend ausgeführt, ein entsprechendes Körperschallereignis mit charakteristischen Eigenschaften. Weil trotz der Toleranzen in der Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Gaswechselventil der Istschließzeitpunkt nicht beliebig von dem Sollschließzeitpunkt abweichen kann, sondern innerhalb eines bestimmten Zeitfensters um diesen herum erfolgt, kann das Aufsetzen des Ventiltellers beziehungsweise das entsprechende Körperschallereignis ohne Weiteres dem jeweiligen Gaswechselventil zugeordnet werden.
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Auch ist vorgesehen, dass für mehrere Gaswechselventile jeweils der Sollschließzeitpunkt festgelegt und mittels des Körperschallsensors der Istschließzeitpunkt ermittelt wird. Wie bereits erläutert, verfügt die Brennkraftmaschine üblicherweise über mehrere Gaswechselventile, weil jeder Zylinder der Brennkraftmaschine wenigstens zwei Gaswechselventile, nämlich zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil, aufweist. Zudem verfügt die Brennkraftmaschine besonders bevorzugt über mehrere Zylinder. Für jedes der Gaswechselventile wird nun separat der Sollschließzeitpunkt festgelegt sowie der Istschließzeitpunkt unter Verwendung des Körperschallsensors ermittelt.
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Schließlich ist vorgesehen, dass für jedes der mehreren Gaswechselventile die Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt bestimmt und der Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle mittels der Stelleinrichtung derart eingestellt wird, dass eine aus den Differenzen der Gaswechselventile bestimmte Gesamtdifferenz minimiert wird. Es wird also nicht lediglich die Differenz für ein einziges der Gaswechselventile verringert. Vielmehr wird die Gesamtdifferenz betrachtet, welche sich aus den Differenzen mehrerer, insbesondere aller Gaswechselventile ergibt. Der Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle soll nun derart verändert werden, dass sich die Gesamtdifferenz, insbesondere für den nächsten Arbeitszyklus, verkleinert, bevorzugt minimal wird.
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Grundsätzlich erfolgt dies analog zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise für das eine Gaswechselventil. Allerdings wird hier anstelle der Differenz die Gesamtdifferenz herangezogen. Mithin ergibt sich die Winkeldifferenz, um welche der Winkelversatz verändert wird, als Funktion der Gesamtdifferenz. Bei der hier beschriebenen Vorgehensweise kann es durchaus vorkommen, dass die Differenz für eines oder mehrere der Gaswechselventile durch das Verändern des Winkelversatzes größer wird. Weil gleichzeitig jedoch die Gesamtdifferenz kleiner wird, ergeben sich dennoch die vorstehend genannten Vorteile. Diese Vorgehensweise kann ausdrücklich alternativ zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise für das eine Gaswechselventil verwendet werden. Dies insbesondere vor dem Hintergrund, dass die Differenz – wie erläutert – unter Umständen nicht für alle Gaswechselventile verringert werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine durch das Gaswechselventil während eines Arbeitsspiels einzubringende Vorgabegasmenge sowie eine korrespondierende Kraftstoffmenge bestimmt werden und aus der Vorgabegasmenge der Sollschließzeitpunkt ermittelt wird. Durch das Gaswechselventil soll während des Arbeitsspiels die Vorgabegasmenge eingebracht werden. Die Vorgabegasmenge hängt insbesondere von dem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine ab, welcher sich beispielsweise aus dem angeforderten Drehmoment sowie der angeforderten Drehzahl der Brennkraftmaschine zusammensetzt. In Abhängigkeit von der Vorgabegasmenge wird anschließend die entsprechende Vorgabekraftstoffmenge bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnis.
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Die Vorgabegasmenge umfasst alle durch das Gaswechselventil während des jeweiligen Arbeitsspiels in den Zylinder eingebrachten Gase. Die Vorgabegasmenge kann insoweit eine bestimmte Menge Frischluft umfassen beziehungsweise als Vorgabefrischluftmenge vorliegen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, andere Gase durch das Gaswechselventil in den Zylinder einzubringen, beispielsweise Abgas im Rahmen einer Abgasrückführung. Entsprechend kann die Vorgabegasmenge auch eine bestimmte Menge Abgas umfassen. Die tatsächlich durch das Gaswechselventil in den Zylinder eingebrachte Istgasmenge hängt von dem Istschließzeitpunkt des Gaswechselventils ab. Entsprechend muss zum Einstellen der gewünschten Gasmenge der Sollschließzeitpunkt anhand der Vorgabegasmenge bestimmt werden. Insoweit liegt der Sollschließzeitpunkt als Funktion der Vorgabegasmenge vor.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus der Vorgabegasmenge anhand der Differenz zwischen Sollschließzeitpunkt und Istschließzeitpunkt eine korrigierte Istgasmenge ermittelt wird und aus der Istgasmenge die während des jeweiligen Arbeitsspiels einzubringende Sollkraftstoffmenge bestimmt wird. Ist die Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt des Gaswechselventils gleich Null, so entspricht die Istgasmenge der Vorgabegasmenge. Entsprechend ist in diesem Fall keine Korrektur der einzubringenden Kraftstoffmenge notwendig, sodass auch die Sollkraftstoffmenge, welche während des jeweiligen Arbeitsspiels in den Zylinder einzubringen ist, der Vorgabekraftstoffmenge entspricht. Die tatsächlich in den Zylinder eingebrachte Istkraftstoffmenge entspricht idealerweise – im Rahmen von Toleranzen der entsprechenden Kraftstoffeinbringvorrichtung – der Sollkraftstoffmenge, sodass eine Verbrennung des Kraftstoffs mit dem gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis ablaufen kann.
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Ist die Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt jedoch ungleich Null, so weicht die tatsächlich durch das Gaswechselventil eingebrachte Istgasmenge von der Vorgabegasmenge ab, sodass die Verbrennung nicht mit dem gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis ablaufen könnte. Aus diesem Grund soll die Differenz dazu herangezogen werden, die Menge des zuviel oder zuwenig eingebrachten Gases zu bestimmen und mithin die Istgasmenge zu korrigieren. Die Istgasmenge ergibt sich folglich als Funktion der Vorgabegasmenge und der Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt. Ergibt die Differenz, dass der Istschließzeitpunkt vor dem Sollschließzeitpunkt liegt, so ist die Istgasmenge kleiner als die Vorgabegasmenge, während im umgekehrten Fall die Istgasmenge größer ist als die Vorgabegasmenge. Aus der auf diese Art und Weise korrigierten Istgasmenge wird die Sollkraftstoffmenge bestimmt, die nach dem Schließen des Gaswechselventils während des jeweiligen Arbeitsspiels in den Zylinder eingebracht werden soll. Weil nun die tatsächlich durch das Gaswechselventil in den Zylinder eingebrachte Istgasmenge mit hoher Genauigkeit bekannt ist, und die Sollkraftstoffmenge auf Grundlage dieser genauen Istgasmenge bestimmt wird, ist ein effizienterer Betrieb der Brennkraftmaschine möglich, der insbesondere zu einer Reduzierung der Schadstoffemissionen führt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Gaswechselventil ein Einlassventil verwendet wird. Das Einlassventil dient dazu, Gas, insbesondere Frischluft, in den entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine beziehungsweise Brennraum einzuleiten beziehungsweise einzulassen. Je größer der durch das Einlassventil in den Zylinder einströmende Gasmassenstrom beziehungsweise die entsprechende Strömungsgeschwindigkeit ist, umso größer ist der Einfluss der Differenz zwischen Sollschließzeitpunkt und Istschließzeitpunkt auf die tatsächlich in dem Zylinder vorliegenden Gasmenge beziehungsweise Frischluftmenge. Aus diesem Grund wird die vorstehend beschriebene Vorgehensweise bevorzugt auf das Einlassventil beziehungsweise die Einlassventile angewandt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Körperschallsensor ein Klopfsensor der Brennkraftmaschine verwendet wird. Der Klopfsensor ist ohnehin vorhanden, um eine Klopfregelung der Brennkraftmaschine vorzunehmen, bei welcher eine Erkennung von ungewünschten Detonationen in dem Zylinder beziehungsweise den Zylindern vorgenommen wird, um diese nachfolgend zu vermeiden, beispielsweise durch eine Anpassung des Zündzeitpunkts.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine mit einem Verdichtungsverhältnis betrieben wird, das von dem verwendeten Expansionsverhältnis verschieden ist. Während des Arbeitsspiels wird das in dem Zylinder vorhandene Gas beziehungsweise Kraftstoff-Gas-Gemisch mit dem bestimmten Verdichtungsverhältnis verdichtet und anschließend die Verbrennung des Kraftstoffs eingeleitet. Aufgrund der Verbrennung wird der in dem Zylinder befindliche Kolben verlagert, sodass das Gas beziehungsweise das Kraftstoff-Gas-Gemisch expandiert wird. Dies erfolgt mit dem bestimmten Expansionsverhältnis. Es kann nun vorgesehen sein, dass das Expansionsverhältnis gleich dem Verdichtungsverhältnis ist.
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Ein höherer Wirkungsgrad lässt sich jedoch erzielen, wenn das Verdichtungsverhältnis von dem Expansionsverhältnis verschieden ist. Beispielsweise ist das Verdichtungsverhältnis kleiner als das Expansionsverhältnis. Insbesondere wird die Brennkraftmaschine entsprechend des Miller-Kreisprozesses oder einer Variation davon betrieben. Bei einer derartigen Vorgehensweise ist der durch das Gaswechselventil hindurchströmende Massenstrom zum Istschließzeitpunkt von Null deutlich verschieden beziehungsweise noch sehr groß. Die Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und dem Istschließzeitpunkt wirkt sich demnach signifikant auf die Zylinderfüllung mit dem Gas, insbesondere der Luft, aus. Aus diesem Grund ist bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit von dem Verdichtungsverhältnis verschiedenem Expansionsverhältnis die vorstehend beschriebene Vorgehensweise besonders vorteilhaft.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, die über eine Kurbelwelle, eine mit der Kurbelwelle wirkverbundene Nockenwelle sowie wenigstens ein Gaswechselventil verfügt, dessen Öffnungsgrad von der Drehwinkelstellung der Nockenwelle abhängt, wobei ein Körperschallsensor zur Erfassung des von der Brennkraftmaschine erzeugten Körperschalls vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Nockenwelle über eine Stelleinrichtung mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist, und dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, für das Gaswechselventil einen Sollschließzeitpunkt festzulegen, mittels des Körperschallsensors einen Istschließzeitpunkt des Gaswechselventils zu ermitteln und bei einer Differenz zwischen Sollschließzeitpunkt und Istschließzeitpunkt den Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle mittels der Stelleinrichtung zur Verringerung der Differenz zu verstellen.
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Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise der entsprechenden Brennkraftmaschine wurde bereits hingewiesen. Die Brennkraftmaschine sowie das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur einen Bereich einer Brennkraftmaschine, nämlich zwei Stelleinrichtungen zum Verstellen eines Winkelversatzes zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine.
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Die Figur zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, in welchem zwei Stelleinrichtungen 2 und 3 vorgesehen sind. Über jede der Stelleinrichtungen 2 und 3 ist jeweils eine Wirkverbindung zwischen einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle und jeweils einer ebenfalls nicht dargestellten Nockenwelle hergestellt. Dabei stehen die Stelleinrichtungen 2 und 3 über einen Zahnkranz 4 beziehungsweise 5, der Bestandteil eines Kettentriebs ist, mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 in Wirkverbindung. An eine Nabe 6 beziehungsweise 7 der Stelleinrichtungen 2 und 3 ist die der Stelleinrichtung 2 beziehungsweise 3 jeweils zugeordnete Nockenwelle angeschlossen. Über die Stelleinrichtungen 2 und 3 werden mithin die Nockenwellen von der Kurbelwelle angetrieben.
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Die über die Stelleinrichtungen 2 und 3 angetriebenen Nockenwellen dienen jeweils dem Betätigen wenigstens eines Gaswechselventils, welches hier ebenfalls nicht dargestellt ist. Der Stelleinrichtung 2 sind dabei beispielsweise als Einlassventile ausgebildete Gaswechselventile und der Stelleinrichtung 3 als Auslassventile ausgebildete Gaswechselventile zugeordnet. Die Nockenwellen sind nun derart ausgestaltet, dass der Öffnungsgrad des jeweils zugeordneten Gaswechselventils beziehungsweise der jeweils zugeordneten Gaswechselventile von der Drehwinkelstellung der jeweiligen Nockenwelle abhängt.
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Für jedes Gaswechselventil wird ein Sollschließzeitpunkt bestimmt, bevorzugt in Abhängigkeit von einer Drehwinkelstellung der Kurbelwelle. Um eine Differenz zwischen dem Sollschließzeitpunkt und einem Istschließzeitpunkt, zu welchem das Gaswechselventil tatsächlich schließt, zu verringern, wird zunächst die Differenz mittels eines hier nicht dargestellten Körperschallsensors ermittelt. Letzterer dient insbesondere dazu, den Istschließzeitpunkt des jeweiligen Gaswechselventils zu ermitteln.
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Weicht der Istschließzeitpunkt von dem Sollschließzeitpunkt ab, so wird die jeweilige Stelleinrichtung 2 beziehungsweise 3 verwendet, um den Winkelversatz zwischen der Kurbelwelle und der jeweiligen Nockenwelle derart zu verstellen, dass die Differenz während des folgenden Arbeitsspiels verringert wird. Vorzugsweise erfolgt dies lediglich für die als Einlassventile ausgebildeten Gaswechselventile, mithin also durch Veränderung des Winkelversatzes mithilfe der Stelleinrichtung 2. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch selbstverständlich auch die Differenz für die Auslassventile, in diesem Fall mithilfe der Stelleinrichtung 3, verringert werden.
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Mit dieser Vorgehensweise kann die tatsächlich in den Zylindern vorliegende Gasmenge beziehungsweise Luftmenge und mithin auch die einzuspritzende Sollkraftstoffmenge mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Dies führt dazu, dass die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine 1 verringert werden können. Zudem ist es möglich, das von der Brennkraftmaschine 1 bereitgestellte Drehmoment mit höherer Genauigkeit vorzugeben als dies bislang mit aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen 1 möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Stelleinrichtung
- 3
- Stelleinrichtung
- 4
- Zahnkranz
- 5
- Zahnkranz
- 6
- Nabe
- 7
- Nabe