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Title:
METHOD FOR DETERMINING THE CURRENT COMPRESSION RATIO OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE DURING OPERATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/219754
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method by way of which dynamic compressive oscillations in the intake tract of the internal combustion engine in question are measured during normal operation and a corresponding compressive oscillation signal is produced therefrom. At the same time, a crankshaft phase angle signal is determined. The compressive oscillation signal is used to determine an actual value of at least one characteristic of at least one chosen signal frequency of the measured compressive oscillation in relation to the crankshaft phase angle signal and the current compression ratio is determined on the basis of the determined actual value and using reference values of the corresponding characteristic of the same signal frequency for different compression ratios.

Inventors:
BRAUN, Tobias (Wiesengrund 5, Undorf, 93152, DE)
DELP, Matthias (Kurt-Schumacher-Straße 13, Bad Abbach, 93077, DE)
MAURER, Frank (Bierweg 6, Regenstauf, 93128, DE)
Application Number:
EP2018/063565
Publication Date:
December 06, 2018
Filing Date:
May 23, 2018
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
F02D41/00; F02D15/00; F02D35/02; F02D41/14
Domestic Patent References:
WO2015197440A12015-12-30
Foreign References:
DE102013222711A12015-05-13
DE102015222408B32017-03-16
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors im Betrieb,

- wobei einem Zylinder des Verbrennungsmotors zuordenbare dynamische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Aus¬ lasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors, an einem definierten Betriebspunkt, im Normalbetrieb gemessen werden und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt wird und wobei gleichzeitig ein Kurbelwel- len-Phasenwinkelsignal des Verbrennungsmotors ermittelt wird und

- wobei aus dem Druckschwingungssignal mit Hilfe Diskreter-Fou- rier-Transformation zumindest ein Istwert zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbel- wellen-Phasenwinkelsignal ermittelt wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass

- auf Basis des zumindest einen ermittelten Istwertes des jeweiligen Charaktereistikums unter Heranziehung von Referenzwerten des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse, das aktuelle Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-Werte des jeweiligen Charakteristikums in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis in zumindest einem jeweiligen Re¬ ferenzwert-Kennfeld bereitgestellt sind oder zumindest eine jeweilige algebraische Modell-Funktion zur rechnerischen Ermittlung des jeweiligen Referenzwertes des jeweils entspre¬ chenden Charakteristikums bereitgestellt ist, die den Zusam¬ menhang zwischen dem Charakteristikum und dem Verdichtungs- Verhältnis abbildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Istwertes des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz sowie die Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors mit Hilfe einer dem Verbrennungsmotor zugeordneten elektronischen Recheneinheit erfolgt, wobei das jeweilige Referenz¬ wert-Kennfeld oder die jeweilige algebraische Modell-Funktion in zumindest einem, der elektronischen Recheneinheit zugeordneten Speicherbereich gespeichert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums für zumindest eine ausgesuchte Signalfrequenz vorausgehend an einem Refe¬ renz-Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen ermittelt wurde.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Referenzwerten des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz und den zugeordneten Verdichtungsverhältnissen jeweils eine Modell-Funktion hergeleitet ist, die den Zusammenhang zwischen dem Charakteristikum der ausgesuchten Signalfrequenz und dem Verdichtungsverhältnis abbildet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorausgehende Er¬ mittlung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz gekennzeichnet ist durch die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors an zumindest einem definierten Betriebspunkt unter Vorgabe bestimmter Referenz-Verdichtungsverhältnisse,

wobei zur Bestimmung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz - die einem Zylinder des Referenz-Verbrennungsmotors zuord- enbaren dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt, im Betrieb gemessen und ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt wird und

- wobei gleichzeitig ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal er¬ mittelt wird und

- die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal aus dem Druck- Schwingungssignal mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation ermittelt wird und

- die ermittelten Referenzwerte in Abhängigkeit des zugeordneten Verdichtungsverhältnisses in Referenzwert-Kennfeldern ge¬ speichert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als das zumindest eine Charakteristikum der gemessenen Druckschwingungen eine Phasenlage oder eine Amplitude oder eine Phasenlage und eine Amplitude zumindest einer aus- gesuchten Signalfrequenz herangezogen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als das zumindest eine Charakteristikum der gemessenen Druckschwingungen ein Differenzwert zwischen zwei für unterschiedliche Signalfrequenzen ermittelten Werten der

Phasenlage des Druckschwingungssignals oder ein Differenzwert zwischen zwei für unterschiedliche Signalfrequenzen ermittelten Amplituden des Druckschwingungssignals herangezogen werden. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesuchten Signalfrequenzen die Ansaugfrequenz oder eine vielfache der Ansaugfrequenz ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest einer der weiteren Betriebsparameter

- Temperatur des angesaugten Mediums im Ansaugtrakt,

- Temperatur eines zur Kühlung des Verbrennungsmotors ver¬ wendeten Kühlmittels,

- Motordrehzahl des Verbrennungsmotors,

bei der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses des Ver¬ brennungsmotors (1) herangezogen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt mit Hilfe eines serienmäßigen Drucksensors (44) gemessen werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelwellenpositions-Feedbacksignal mit einem Zähnerad und einem Hall-Sensor ermittelt wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Recheneinheit (53) Be¬ standteil einer Motor-Steuerungseinheit (50) zur Steuerung des Verbrennungsmotors (1) ist und eine Anpassung weiterer Steu¬ ergrößen oder Steuerroutinen zur Steuerung des Verbrennungs- motors (1) in Abhängigkeit von dem ermittelten Verdichtungs¬ verhältnis (8) durch die Motor-Steuerungseinheit (50) vorge¬ nommen wird.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors im Betrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung desaktuellen Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmo ¬ tors aus einem im Ansaugtrakt oder im Abgastrakt gemessenen Druckschwingungssignal während des Betriebs des Verbrennungs- motors .

Hubkolben-Verbrennungsmotoren, die in diesem Zusammenhang und im Folgenden verkürzt auch nur als Verbrennungsmotoren bezeichnet werden, weisen ein oder mehrere Zylinder auf in denen jeweils ein Hubkolben angeordnet ist. Zur Veranschaulichung des Prinzips eines Hubkolben-Verbrennungsmotors wird im Folgenden Bezug auf Figur 1 genommen, die beispielhaft einen Zylinder eines ggf. auch mehrzylindrigen Verbennungsmotors mit den wichtigsten Funktionseinheiten darstellt.

Der jeweilige Hubkolben 6 ist linear beweglich im jeweiligen Zylinder 2 angeordnet und schließt mit dem Zylinder 2 einen Brennraum 3 ein. Der jeweilige Hubkolben 6 ist über ein sogenanntes Pleuel 7 mit einem jeweiligen Hubzapfen 8 einer Kurbelwelle 9 verbunden, wobei der Hubzapfen 8 exzentrisch zur Kurbelwellendrehachse 9a angeordnet ist. Durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 3 wird der Hub ¬ kolben 6 linear "abwärts" angetrieben. Die translatorische Hubbewegung des Hubkolbens 6 wird mittels Pleuel 7 und Hubzapfen 8 auf die Kurbelwelle 9 übertragen und in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 9 umgesetzt, die den Hubkolben 6 aufgrund ihrer Massenträgheit, nach Überwindung eines unteren Totpunktes im Zylinder 2 wieder in Gegenrichtung "aufwärts" bis zu einem oberen Totpunkt bewegt. Um einen kontinuierlichen Betrieb des Ver- brennungsmotors 1 zu ermöglichen, muss während eines sogenannten Arbeitsspiels eines Zylinders 2 zunächst der Brennraum 3 über den sogenannten Ansaugtrakt mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllt, das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 3 verdichtet, dann gezündet (im Falle eines Benzin-Verbrennungsmotors mittels Zündkerze und im Falle eines Diesel-Verbrennungsmotors durch Selbstentzündung) und zum Antrieb des Hubkolbens 6 verbrannt werden und schließlich das nach der Verbrennung verbleibende Abgas aus dem Brennraum 3 in den Abgastrakt ausgeschoben werden. Durch kontinuierliche Wiederholung dieses Ablaufs ergibt sich ein kontinuierlicher Betrieb des Verbrennungsmotors 1 unter Abgabe einer zur Verbrennungsenergie proportionalen Arbeit.

Je nach Motorkonzept ist ein Arbeitsspiel des Zylinders 2 in zwei über eine Kurbelwellenumdrehung (360°) verteilte Takte (Zwei ¬ taktmotor) oder in vier über zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°) verteilte Takte (Viertaktmotor) gegliedert.

Als Antrieb für Kraftfahrzeuge hat sich bis heute der Vier- taktmotor durchgesetzt. In einem Ansaugtakt wird, bei Abwärts ¬ bewegung des Hubkolbens 6, Kraftstoff-Luft-Gemisch 21 (bei Saugrohreinspritzung mittels Einspritzventil 5a, in Fig. 1 als Alternative gestrichelt dargestellt) oder auch nur Frischluft (bei Kraftstoff-Direkteinspritzung mittels Einspritzventil 5) aus dem Ansaugtrakt 20 in den Brennraum 3 eingebracht. Im folgenden Verdichtungstakt wird, bei Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 6, das Kraftstoff-Luft-Gemisch oder die Frischluft im Brennraum 3 verdichtet sowie ggf. separat Kraftstoff mittels eines Einspritzventils 5 eingespritzt. Im folgenden Arbeitstakt wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch, zum Beispiel beim Benzin-Verbrennungsmotor mittels einer Zündkerze 4, gezündet, verbrannt und bei Abwärtsbewegung des Hubkolbens 6 unter Abgabe von Arbeit entspannt. Schließlich wird in einem Ausschiebetakt, bei er- neuter Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 6, das verbleibende Abgas 31 aus dem Brennraum 3 in den Abgastrakt 30 ausgeschoben.

Die Abgrenzung des Brennraumes 3 zum Ansaugtrakt 20 oder Ab- gastrakt 30 des Verbrennungsmotors 1 erfolgt in der Regel und insbesondere bei dem hier zugrungegelegten Beispiel über Einlassventile 22 und Auslassventile 32. Die Ansteuerung dieser Ventile erfolgt nach heutigem Stand der Technik über mindestens eine Nockenwelle. Das gezeigte Beispiel verfügt über eine Ein- lassnockenwelle 23 zur Betätigung der Einlassventile 22 und über eine Auslassnockenwelle 33 zur Betätigung der Auslassventile 32. Zwischen den Ventilen und der jeweiligen Nockenwelle sind zumeist noch weitere, hier nicht dargestellte, mechanische Bauteile zur Kraftübertragung vorhanden, die auch einen Ventilspielausgleich beinhalten können (z.B. Tassenstößel, Kipphebel, Schlepphebel, Stößelstange, Hydrostößel etc.).

Der Antrieb der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 erfolgt über den Verbrennungsmotor 1 selbst. Hierzu werden die Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 jeweils über geeignete Einlassnockenwellen-Steueradapter 24 und Auslassnockenwellen-Steueradapter 34, wie zum Beispiel Zahnräder, Kettenräder oder Riemenräder mithilfe eines Steuergetriebes 40, das zum Beispiel ein Zahnradgetriebe, eine Steuerkette oder einen Steuerzahnriemen aufweist, in vorgegebener Lage zueinander und zur Kurbelwelle 9 über einen entsprechenden Kurbelwellen-Steueradapter 10, der entsprechend als Zahnrad, Kettenrad oder Riemen ¬ rad ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle 9 gekoppelt. Durch diese Verbindung ist die Drehlage der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 in Relation zur Drehlage der Kurbelwelle 9 prinzipiell definiert. In Figur 1 ist beispielhaft die Kopplung zwischen Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 und der Kurbelwelle 9 mittels Riemenscheiben und Steuerzahnriemen dargestellt . Der über ein Arbeitsspiel zurückgelegte Drehwinkel der Kur ¬ belwelle wird im Weiteren als Arbeitsphase oder einfach nur Phase bezeichnet. Ein innerhalb einer Arbeitsphase zurückgelegter Drehwinkel der Kurbelwelle wird dem entsprechend als Phasen- winkel bezeichnet. Der jeweils aktuelle Kurbelwellen-Phasen ¬ winkel der Kurbelwelle 9 kann mittels eines mit der Kurbelwelle 9 oder dem Kurbelwellen-Steueradapter 10 verbundenen Lagegebers 43 und einem zugeordneten Kurbelwellen-Lagesensor 41 laufend erfasst werden. Dabei kann der Lagegeber 43 zum Beispiel als Zähnerad mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen ausgeführt sein, wobei die Anzahl der einzelnen Zähne die Auflösung des Kurbelwellen-Phasen- winkelsignals bestimmt. Ebenso können ggf. zusätzlich die aktuellen Phasenwinkel der Einlassnockenwelle 23 und der Auslassnockenwelle 33 mittels entsprechender Lagegeber 43 und zugeordneter Nockenwellenla- gesensoren 42 laufend erfasst werden. Da sich der jeweilige Hubzapfen 8 und mit ihm der Hubkolben 6, die Einlassnockenwelle 23 und mit ihr das jeweilige Einlassventil 22 sowie die Auslassnockenwelle 33 und mit ihr das jeweilige Auslassventil 32 durch die vorgegebene mechanische Kopplung in vorgegebener Relation zueinander und in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehung bewegen, durchlaufen diese Funktionskomponenten synchron zur Kurbelwelle die jeweilige Arbeitsphase. Die jeweiligen Drehlagen und Hubpositionen von Hubkolben 6, Einlassventilen 22 und Auslassventilen 32 können so, unter Berücksichtigung der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse, auf den durch den Kurbelwellen-Lagesensor 41 vorgegebenen Kurbelwellen-Phasenwinkel der Kurbelwelle 9 bezogen werden. Bei einem idealen Verbrennungsmotor ist somit jedem bestimmten Kurbelwellen-Phasenwinkel ein bestimmter Hubzapfenwinkel, ein bestimmter Kolbenhub, ein bestimmter Einlassnockenwellenwinkel n

5 und somit ein bestimmter Einlassventilhub sowie ein bestimmter Auslassnockenwellenwinkel und somit ein bestimmter Auslass ¬ nockenwellenhub zuordenbar. Das heißt alle genannten Komponenten befinden sich bzw. bewegen sich in Phase mit der sich drehenden Kurbelwelle 9.

Symbolisch ist auch eine elektronische, programmierbare Mo ¬ tor-Steuerungseinheit 50 (CPU) zur Steuerung der Motorfunktionen dargestellt, das mit Signal-Eingängen 51 zur Entgegennahme der vielfältigen Sensorsignale und mit Signal- und Leistungs-Aus ¬ gängen 52 zur Ansteuerung entsprechender Stelleinheiten und Aktuatoren sowie mit einer elektronischen Recheneinheit 53 und einer zugeordneten elektronischen Speichereinheit 54 ausgestattet ist.

Durch den sogenannten Ladungswechsel des Verbrennungsmotors, also das Ansaugen von Frischluft 21 bzw. Kraftstoff-Luftgemisch aus dem auch als Ansaugtrakt bezeichneten Einlasstrakt 20 in den Brennraum 3 und das nach der Verbrennung stattfindende Aus- schieben der Abgases 31 in den auch als Abgastrakt bezeichneten Auslasstrakt 30, der in Abhängigkeit von der Hubbewegung des Hubkolbens 6 und dem Öffnen und Schließen der Einlassventile 22 und der Auslassventile 32 erfolgt, werden Druckschwingungen in der Ansaugluft bzw. dem Luft-Kraftstoffgemisch im Einlasstrakt und des Abgases im Auslasstrakt erzeugt, die ebenfalls in Phase mit der Drehung der Kurbelwelle 9 verlaufen und somit in Bezug zum Kurbelwellen-Phasenwinkel gesetzt werden können.

Zur Optimierung des Betriebes eines Verbrennungsmotors gehört es längst zum Stand der Technik im Betrieb ständig bestimmte

Ist-Betriebsparameter sensorisch zu erfassen und bei Abweichungen vom Sollbetrieb mittels des elektronischen Motorsteuergerätes die Einfluss nehmenden Steuerparameter anzupassen bzw. zu korrigieren. Im Fokus standen hierbei bisher Kraftstoffe- inspritzmengen, Einspritz- sowie Zündzeitpunkte, Ventilsteu ¬ erzeiten, Ladedruck, zugeführte Luftmasse, Abgaszusammensetzung (Lambda-Werte) , Abgastemperatur, etc.. Weltweit immer strenger werdende gesetzliche Anforderungen an Abgaszusammensetzung und Abgasmenge von Verbrennungsmotoren lassen in jüngster Vergangenheit auch das sogenannte Verdichtungsverhältnis ε in den Fokus der Entwickler rücken, das anhand von Fig. 2 erläutert wird. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren ist das Verdichtungsverhältnis ein konstruktiv durch den me ¬ chanischen Aufbau des Verbrennungsmotors festgelegter Wert, der das Verhältnis des Verbrennungsraums VR zu dem Kompressionsraum KR beschreibt. Der Kompressionsraum KR beschreibt dabei das im Zylinder durch den Hubkolben eingeschlossene Restvolumen, wenn sich der Hubkolben im oberen Totpunkt OT befindet, wie in Figur 2 a) dargestellt. Der Verbrennungsraum beschreibt dabei das gesamte vom Hubkolben im Zylinder eingeschlossene Volumen, wenn sich der Hubkolben im unteren Totpunkt UT befindet, wie in Figur 2 b) dargestellt und setzt sich wiederum zusammen aus dem Kom- pressionsraum und dem Hubraum HR, wobei der Hubraum HR dem vom Hubkolben auf seinem Kolbenhubweg H vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt im Zylinder verdrängten Volumen entspricht, das sich so also aus der Kolben- bzw. Zylinderquerschnittsfläche Q multipliziert mit dem Kolbenhubweg H ergibt.

Somit ergibt sich das Verdichtungsverhältnis 8 aus:

ε = VR / KR = (HR + KR) / KR

Durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses kann der Wir ¬ kungsgrad des Verbrennungsmotors gesteigert werden. Hier sind jedoch aufgrund der mit dem Verdichtungsverhältnis steigenden Drücke und Temperaturen Grenzen durch die mechanische Festigkeit der Zylinder, der Zylinderkopfdichtungen und nicht zuletzt durch die Kraftstoffqualität , insbesondere die Klopffestigkeit ge ¬ setzt. Im Laufe der Entwicklung von Verbrennungsmotoren konnte durch unterschiedliche Maßnahmen das Verdichtungsverhältnis von anfänglich 4:1 auf bis zu 15:1 bei Otto-Motoren und auf bis zu 23:1 bei Diesel-Motoren gesteigert werden. Wie sich jedoch gezeigt hat, ist nicht in jedem Betriebspunkt eines Verbrennungsmotors das gleich, hohe Verdichtungsver ¬ hältnis optimal. Daraus resultiert das Bestreben ein variables Verdichtungsverhältnis zu ermöglichen, um für jeden Betriebs ¬ punkt das optimale Verdichtungsverhältnis einstellen zu können. Hierzu existieren bereits Lösungen, bei denen zum Beispiel über ein sogenanntes Multi-Link-System der Kolbenhubweg variiert werden kann oder durch Verkippen des Zylinderkopfes der Kompressionsraum vergrößert bzw. verkleinert werden kann. Über entsprechende Aktuatoren kann dabei der Kolbenhubweg oder der Kippwinkel im laufenden Betrieb verstellt werden.

Wie bereits für die vorgenannten Betriebsparameter des Verbrennungsmotors beschrieben, ist es auch hier essentiell, dass der tatsächliche Ist-Wert des eingestellten Verdichtungsver- hältnisses mit dem vorgegebenen Sollwert abgeglichen wird und korrigierend eingegriffen werden kann. Dazu muss das aktuelle Verdichtungsverhältnis zuverlässig erfasst werden. Dies kann bisher nur indirekt über die Erfassung des Stellwegs des Ak- tuators oder ggf. direkt über Zylinderdrucksensoren erfolgen. Im ersten Fall bleiben Unsicherheiten, da ggf. vorhandene Tole ¬ ranzen oder Abweichungen im Stellsystem nicht erfasst werden, im zweiten Fall entstehen erheblich erhöhte Kosten und zusätzlicher vorrichtungstechnischer Aufwand für die zusätzlichen Sensoren. Aber auch bei Verbrennungsmotoren mit an sich konstantem Ver- dichtungsverhältnis , ist eine Bestimmung des aktuellen Ver ¬ dichtungsverhältnisses im laufenden Betrieb wünschenswert zum Beispiel zur frühzeitigen Erkennung von Verschleißerscheinungen oder zur sogenannten On Bord Diagnose (OBD) sowie zur Plausibilisierung weiterer Betriebsparameter oder zur Erkennung von mechanischen Fremd-Eingriffen in die Mechanik des Verbrennungsmotors zum Beispiel im Rahmen von Tuning-Maßnahmen vorteilhaft zum Einsatz kommen.

Die Aufgabe besteht deshalb darin, möglichst ohne zusätzliche Sensoranordnung und vorrichtungstechnischen Aufwand, eine möglichst exakte Bestimmung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses im aktuell laufenden Betrieb für jeden einzelnen Zylinder zu ermöglichen, um entsprechende Anpassungen der Betriebsparameter zur Optimierung des laufenden Betriebs vornehmen zu können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ausführung des erfindungs ¬ gemäße Verfahrens zur Ermittlung des aktuellen Verdichtungs ¬ verhältnisses eines Verbrennungsmotors im Betrieb gemäß Haupt ¬ anspruch. Fortbildungen und Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Der im Folgenden angegebenen Lösung der Aufgabe liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zwischen dem Verdichtungsverhältnis und den Druckschwingungen im Einlasstrakt sowie im Auslasstrakt ein eindeutiger Zusammenhang besteht.

Gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die einem Zylinder des Verbrennungsmotors zuordenbaren dyna ¬ mische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors, an einem definierten Betriebspunkt, im Normalbetrieb gemessen und daraus ein ent ¬ sprechendes Druckschwingungssignal erzeugt. Gleichzeitig, das heißt in zeitlichem Zusammenhang, wird, sozusagen als Referenzoder Bezugs-Signal für das Druckschwingungssignal, ein Kur- belwellen-Phasenwinkelsignal des Verbrennungsmotors ermittelt. _

y

Ein möglicher Betriebspunkt wäre zum Beispiel der Leerlauf ¬ betrieb bei vorgegebener Drehzahl. Dabei ist in vorteilhafter Weise darauf zu Achten, dass andere Einflüsse auf das Druck ¬ schwingungssignal möglichst ausgeschlossen oder zumindest minimiert werden. Der Normalbetrieb kennzeichnet den bestim ¬ mungsmäßigen Betrieb des Verbrennungsmotors, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, wobei der Verbrennungsmotor ein Exemplar einer Serie von baugleichen Verbrennungsmotoren ist. Weitere gebräuchliche Bezeichnungen für einen Solchen Verbrennungsmotor wären Serien-Verbrennungsmotor oder Feld-Verbrennungsmotor.

Bei den gemessenen Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt handelt es sich um Druckschwingungen in der Ansaugluft bzw. dem angesaugten Luft-Kraftstoffgemisch im Ein- lasstrakt bzw. um Druckschwingungen im Abgas im Auslasstrakt.

Aus dem Druckschwingungssignal wird nun mit Hilfe Diskreter-Fou- rier-Transformation zumindest ein Istwert zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwel- len-Phasenwinkelsignal ermittelt .

In weiterer Folge des Verfahrens wird dann auf Basis des zumindest einen ermittelten Istwertes des jeweiligen Charakteristikums unter Heranziehung von Referenzwerten des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse, das aktuelle Ver ¬ dichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors ermittelt. Zur Analyse des im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt des Ver ¬ brennungsmotors aufgenommenen Druckschwingungssignals, wird dieses einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterzogen. Dazu kann ein als Fast Fourier-Transformation (FFT) bekannter Algorithmus zur effizienten Berechnung der DFT herangezogen werden. Mittels DFT wird nun das Druckschwingungssignal in einzelne Signalfrequenzen zerlegt, die im Weiteren separat vereinfacht bezüglich ihrer Amplitude und der Phasenlage analysiert werden können. Im vorliegenden Fall hat sich gezeigt, dass sowohl die Phasenlage als auch die Amplitude ausgesuchter Signal ¬ frequenzen des Druckschwingungssignals in Abhängigkeit stehen zum Verdichtungsverhältnis des jeweiligen Zylinders. Vorteil ¬ haft werden dazu nur diejenigen Signalfrequenzen herangezogen, die der Ansaugfrequenz, als Grundfrequenz oder 1. Harmonische, des Verbrennungsmotors oder einem Vielfachen der Ansaugfrequenz, also der 2. bis n. Harmonischen, entsprechen, wobei die Ansaugfrequenz wiederum in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehzahl und somit also mit dem Verbrennungszyklus oder Pha ¬ senzyklus des Verbrennungsmotors steht. Für zumindest eine ausgesuchte Signalfrequenz wird dann, unter Heranziehung des parallel erfassten Kurbelwellen-Phasenwinkelsignals , zumindest ein Istwert der Phasenlage, der Amplitude oder für beide als Charakteristikum dieser ausgesuchten Signalfrequenzen in Bezug auf den Kurbelwellen-Phasenwinkel ermittelt.

Um nun aus dem so ermittelten Istwert des Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz des Druckschwingungssignals das Verdichtungsverhältnis zu ermitteln wird der Wert des ermit ¬ telten Charakteristikums mit sogenannten Referenzwerten des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse des Verbrennungsmotors verglichen. Diesen Referenzwerten des jeweiligen Charakteristikums sind die entsprechenden Verdichtungsverhältnisse eindeutig zugeordnet. So kann über den mit dem ermittelten Istwert übereinstimmenden Referenzwert auf das zugeordnete Verdichtungsverhältnis geschlossen werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, dass alleine auf Basis eines jeweiligen Drucksignals, das mittels ohnehin im System vorhandener Sensoren ermittelt und mittels einer ohnehin vorhandenen elektronischen Recheneinheit für die Motorsteuerung analysiert bzw. verarbeitet werden kann und somit ohne zusätzlichen vorrichtungstechnischen Aufwand das aktuelle Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders des Verbrenn ¬ ungsmotors ermittelt werden kann. Im Bedarfsfall können dann auf dieser Grundlage die Steuerungsparameter des Verbrennungsmotors korrigierend so verändert werden, dass ein optimaler Betrieb im jeweiligen Betriebspunkt gewährleistet ist.

Zur Erläuterung der Funktionsweise eines der Erfindung zugrundeliegenden Verbrennungsmotors sowie der Zusammenhänge zwischen Verdichtungsverhältnis und den Charakteristika, Phasenlage so ¬ wie Amplitude, des im Einlasstrakt bzw. Auslasstrakt gemessenen Druckschwingungssignals bei bestimmten ausgesuchten Signal ¬ frequenzen, sowie zur Beschreibung besonders vorteilhafte Aus ¬ führungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen des Erfindungsgegenstandes, gemäß der Unteransprüche, wird im Fol ¬ genden auf die Figuren Bezug genommen, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt sein soll. Es zeigen :

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines hier verkürzt als

Verbrennungsmotor bezeichneten Hubkolben-Ver- brennungsmotor mit den wichtigsten Funktionskomponenten;

Figur 2 zwei weiter vereinfachte Darstellungen a) und b) des

Verbrennungsmotors, zur Erläuterung des Verdich ¬ tungsverhältnisses, wobei unter a) der Hubkolben im oberen Totpunkt und unter b) der Hubkolben im unteren

Totpunkt dargestellt ist;

Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Phasenlage des Druckschwingungssignals und dem Verdichtungsverhältnis bei verschiedenen Signal ¬ frequenzen ;

ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Amplitude des Druckschwingungssignals und dem Verdichtungsverhältnis bei verschiedenen Signal ¬ frequenzen ;

ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Phasenlagendifferenz der Phasenlagen zweier unterschiedlicher Signalfrequenzen des Druckschwingungssignals und dem Verdichtungsverhältnis; ein Diagramm zur Darstellung von Referenz-Phasenlagen unterschiedlicher Signalfrequenzen in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis und die Ermittlung eines konkreten Wertes des Verdichtungsverhältnisses ausgehend von einem aktuell ermittelten Wert der Phasenlage eines Druckschwingungssignals; ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Funktions- und Benennungsgleiche Gegenstände sind in den Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Auf die Figuren 1 und 2 wurde bereits bei der vorausgehenden Beschreibung des Funktionsprinzips eines Verbrennungsmotors und zur Erläuterung des Verdichtungsverhältnisses ausführlich eingegangen .

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wie oben bereits erwähnt, vorausgesetzt, dass der Zusammenhang bzw. die Abhängigkeit der genannten Größen voneinander eindeutig bekannt ist. Die Zusammenhänge werden im Weiteren für das im Einlasstrakt gemessene Druckschwingungssignal erläutert, gelten jedoch in ähnlicher Weise auch für das Druckschwingungssignal im Auslasstrakt . Figur 3 zeigt diesen Zusammenhang beispielhaft anhand des Charakteristikums Phasenlage des Druckschwingungssignals im Einlasstrakt in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis 8, bei verschiedenen Signalfrequenzen. Es zeigt sich dabei bei jeder Signalfrequenz eine Verschiebung der Werte der Phasenlage hin zu größeren Werten bei ansteigendem Verdichtungsverhältnis 8. Durch Interpolation zwischen den einzelnen Messpunkten ergibt sich jeweils eine stetig verlaufend ansteigende, nahezu einen li- nearen Verlauf aufweisende Kurve 101 bei Ansaugfrequenz, Kurve 102 bei der doppelten Ansaugfrequenz und Kurve 103 bei der dreifachen Ansaugfrequenz oder den sogenannten ersten, zweiten und dritten Harmonischen. Dabei sind die Werte der zweiten Harmonische durchweg um einen mit zunehmendem Verdichtungs- Verhältnis 8 leicht ansteigenden Wert höher als bei der ersten Harmonischen und die Werte der dritten Harmonischen sind durchweg um einen mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis 8 leicht an ¬ steigenden Wert höher als bei der zweiten Harmonischen, so dass die drei gezeigten Kurven mit ansteigendem Verdichtungsver- hältnis 8 leicht auseinander laufen.

Figur 4 zeigt einen ähnlichen Zusammenhang anhand des Charakteristikums Amplitude des Druckschwingungssignals im Ein ¬ lasstrakt in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis 8, bei wiederum verschiedenen Signalfrequenzen. Es zeigt sich dabei bei jeder Signalfrequenz eine Verschiebung des Wertes der Amplitude hin zu kleineren Werten bei ansteigendem Verdichtungsverhältnis 8. Durch Interpolation zwischen den einzelnen Messpunkten ergibt sich hier jeweils eine stetig verlaufend abfallende, nahezu einen linearen Verlauf aufweisende Kurve 201 bei Ansaugfrequenz, Kurve 202 bei der doppelten Ansaugfrequenzmit und Kurve 103 bei der dreifachen Ansaugfrequenz oder der sogenannten ersten, zweiten und dritten Harmonischen. Dabei sind die Werte der zweiten Harmonische durchweg um einen mit zunehmendem Verdichtungs- Verhältnis 8 leicht abnehmenden Wert niedriger als bei der ersten Harmonischen und die Werte der dritten Harmonischen sind durchweg um einen mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis 8 leicht ab ¬ nehmenden Wert niedriger als bei der zweiten Harmonischen, so dass diese drei gezeigten Kurven mit ansteigendem Verdichtungs ¬ verhältnis 8 leicht aufeinander zu laufen.

Figur 5 zeigt als ein weiteres Charakteristikum des Druckschwingungssignals die Phasendifferenz bzw. Phasenlagendif- ferenz zwischen den jeweiligen Werten der Phasenlage der dritten Harmonischen und der ersten Harmonischen in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis 8. Wie sich aus der Darstellung in Figur 4 ergibt, zeigt sich hier eine mit steigendem Verdichtungs ¬ verhältnis 8 ansteigende Kurve 104 also ein ähnlicher Zusam- menhang wie bei den einzelnen Phasenlagen. Der Vorteil dieses Charakteristikums liegt darin, dass durch die Differenzbildung ggf. Störgrößen, die in den einzelnen Kurven jeweils zu gleichen Anteilen enthalten sind, eliminiert werden können. Selbstverständlich können für die Differenzbildung jeweils auch andere Harmonische herangezogen werden.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Referenz-Werte des jeweiligen Charakteristikums in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis in zumindest einem jeweiligen Re- ferenzwert-Kennfeld bereitgestellt. In einem solchen Refe ¬ renzwert-Kennfeld sind beispielsweise Referenzwerte für die Phasenlage in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis für unterschiedliche Signalfrequenzen, wie in Figur 3 dargestellt oder Referenzwerte für die Amplitude in Abhängigkeit vom Ver- dichtungsverhältnis für unterschiedliche Signalfrequenzen, wie in Figur 4 dargestellt oder auch Referenzwerte für Differenzwerte zwischen zwei für unterschiedliche Signalfrequenzen ermittelten Phasenlagen oder Amplituden in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis, wie in Figur 5 dargestellt, zusammengefasst . Dabei , n

15 können jeweils mehrere solche Kennfelder für unterschiedliche Betriebspunkte des Verbrennungsmotors bereitgestellt sein. So kann ein entsprechendes umfangreicheres Kennfeld beispielsweise entsprechende Referenzwertkurven für unterschiedliche Betriebs- punkte des Verbrennungsmotors und unterschiedliche Signalfre ¬ quenzen enthalten.

Die Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses eines jeweiligen Zylinders des Verbrennungsmotors kann dann, wie in Figur 6 am Beispiel der Phasenlage dargestellt, auf einfache Weise derart erfolgen, dass ausgehend von dem ermittelten Istwert eines Charakteristikums des Druckschwingungssignals, hier der Wert 41 der Phasenlage, für eine ausgesuchte Signalfrequenz, hier die zweite Harmonische 102, im Normalbetrieb des Verbrennungs ¬ motors, der zugehörige Punkt 105 auf der Referenzkurve der zweiten Harmonischen 102 ermittelt und ausgehend wiederum von diesem, das zugehörige Verdichtungsverhältnis, hier 8 = 11,3, ermittelt wird, wie anhand der gestrichelten Linie in Figur 6 bildlich dargestellt. So kann das aktuelle Verdichtungsverhältnis auf besonders einfache Weise und geringem Rechenaufwand im Betrieb ermittelt werden.

Wahlweise ist stattdessen oder ergänzend dazu zumindest eine jeweilige, die entsprechende Referenzkurve charakterisierende, algebraische Modell-Funktion zur rechnerischen Ermittlung des jeweiligen Referenzwertes des jeweils entsprechenden Charakteristikums bereitgestellt, die den Zusammenhang zwischen dem Charakteristikum und dem Verdichtungsverhältnis abbildet. Unter Vorgabe des ermittelten Istwertes des jeweiligen Charakte- ristikums wird dann das Verdichtungsverhältnis aktuell be ¬ rechnet. Der Vorteil dieser Alternative liegt darin, dass ins ¬ gesamt weniger Speicherkapazität zur Verfügung gestellt werden muss . Vorteilhaft erfolgt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also die Ermittlung des Istwertes des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz sowie die Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses des Ver- brennungsmotors mit Hilfe einer dem Verbrennungsmotor zuge ¬ ordneten elektronischen Recheneinheit, die vorzugsweise Be ¬ standteil einer Motor-Steuerungseinheit ist. Dabei sind das jeweilige Referenzwert-Kennfeld und/oder die jeweilige al ¬ gebraische Modell-Funktion in zumindest einem, der elektro- nischen Recheneinheit zugeordneten elektronischen Speicherbereich, der vorzugsweise ebenfalls Bestandteil der Motor-Steu ¬ erungseinheit ist, gespeichert. Dies ist mit Hilfe des Block ¬ diagramms in Figur 7 vereinfacht dargestellt. Eine die elek ¬ tronische Recheneinheit 53 beinhaltende Motor-Steuerungseinheit 50 wird hier symbolisch durch den gestrichelt Rahmen dargestellt, der die einzelnen Schritte/Blöcke des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie den elektronischen Speicherbereich 54 beinhaltet.

Besonders vorteilhaft kann zur Durchführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens eine dem Verbrennungsmotor zugeordneten elektronischen Recheneinheit 53, die beispielsweise Bestandteil der zentralen Motor-Steuereinheit 50, auch als Central Pro ¬ cessing Unit oder CPU bezeichnet, mitbenutzt werden, die zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen ist. Dabei können die Referenzwert-Kennfelder oder die algebraischen Modell-Funktionen in zumindest einem elektronischen Speicherbereich 54 der CPU 50 gespeichert sein.

Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auto- matisch, sehr schnell und wiederkehrend im Betrieb des Ver ¬ brennungsmotors durchführen und eine Anpassung weiterer Steuergrößen oder Steuerroutinen zur Steuerung des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von dem ermittelten Verdichtungsverhältnis kann unmittelbar durch die Motor-Steuerungseinheit vorgenommen werden .

Dies hat zum einen den Vorteil, dass keine separate elektronische Recheneinheit erforderlich ist und so auch keine zusätzlichen, ggf. störungsanfälligen Schnittstellen zwischen mehreren Recheneinheiten bestehen. Zum anderen kann das erfindungsgemäße Verfahren so zum integralen Bestandteil der Steuerungsroutinen des Verbrennungsmotors werden, wodurch eine schnelle Anpassung der Steuergrößen oder Steuerroutinen für den Verbrennungsmotor auf das aktuelle Verdichtungsverhältnis erfolgen kann.

Wie zuvor bereits angedeutet, wird davon ausgegangen, dass die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums für unter- schiedliche Verdichtungsverhältnisse zur Durchführung des Ver ¬ fahrens zur Verfügung stehen.

Dazu werden in Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums für zumindest eine ausgesuchte Signalfrequenz vorausgehend an einem Refe ¬ renz-Verbrennungsmotor in Abhängigkeit von unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen ermittelt. Dies ist symbolisch in dem Blockdiagramm in Figur 7 durch die mit BIO und Bll bezeichneten Blöcke dargestellt, wobei Block BIO die Vermessung eines Re- ferenz-Verbrennungsmotors (Vmssg_Refmot ) kennzeichnet und Block Bll die Zusammenstellung der gemessenen Refernzwerte des jeweiligen Charakteristikums bei ausgesuchten Signalfrequenzen zu Referenzwert-Kennfeldern (RWK_DSC_SF_1...X) symbolisiert. Der Referenz-Verbrennungsmotor ist dabei ein zu der entsprechenden Verbrennungsmotorserie baugleicher Verbrennungsmotor, bei dem insbesondere sichergestellt ist, dass keine das Verhalten be ¬ einflussende baulichen Toleranzabweichungen vorhanden sind. Dadurch soll gewährleistet werden, dass der Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Charakteristikum des Druckschwingungssignals und dem Verdichtungsverhältnis möglichst genau und ohne Einfluss weiterer Störfaktoren ermittelt werden kann.

Die Ermittlung entsprechender Referenzwerte kann mit Hilfe des Referenz-Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Betriebs ¬ punkten und unter Vorgabe bzw. Variation weiterer Betriebsparameter wie der Temperatur des angesaugten Mediums, der Kühlmitteltemperatur oder der Motordrehzahl erfolgen. Die so entstehenden Referenzwert-Kennfelder, siehe beispielsweise Figuren 3, 4 und 5, können dann vorteilhaft bei allen baugleichen Verbrennungsmotoren der Serie zur Verfügung gestellt, insbesondere in einem elektronischen Speicherbereich 54 einer dem Verbrennungsmotor zuordenbaren elektronischen Motor-Steuerungseinheit 50 abgelegt werden.

In Fortführung der vorgenannten vorausgehenden Ermittlung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenzen kann aus den ermittelten Referenzwerten der ausgesuchten Signalfrequenz und den zugeordneten Verdich- tungsverhältnissen eine jeweilige algebraische Modell-Funktion hergeleitet werden, die zumindest den Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Charakteristikum der ausgesuchten Signalfrequenz und dem Verdichtungsverhältnis abbildet. Dies ist im Blockdiagramm der Figur 7 durch den mit B12 gekennzeichneten Block symbo- lisiert. Hierbei können optional auch die oben genannten weiteren Parameter mit einbezogen werden. So entsteht eine algebraische Modell-Funktion (Rf (DSC_SF_1...X) mit der unter Vorgabe der Phasenlage und ggf. unter Einbeziehung der oben genannten Variablen das jeweilige Verdichtungsverhältnis aktuell be- rechnet werden kann.

Die Modell-Funktion kann dann vorteilhaft bei allen baugleichen Verbrennungsmotoren der Serie zur Verfügung gestellt, insbesondere in einem elektronischen Speicherbereich 54 einer dem Verbrennungsmotor zuordenbaren elektronischen Motor-Steuerungseinheit 50 abgelegt werden. Die Vorteile liegen darin, dass die Modell-Funktion weniger Speicherplatz benötigt als umfangreiche Referenzwert-Kennfelder .

In einem Durchführungsbeispiel kann die vorausgehende Ermittlung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der aus ¬ gesuchten Signalfrequenz durch die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors (Vmssg_Refmot ) an zumindest einem definierten Betriebspunkt, unter Vorgabe bestimmter Refe ¬ renz-Verdichtungsverhältnisse erfolgen. Dies ist im Blockdi ¬ agramm in Figur 7 durch den mit BIO gekennzeichneten Block symbolisiert. Dabei werden zur Bestimmung der Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfrequenz die einem Zylinder des Referenz-Verbrennungsmotors zuordenbaren dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt oder im Auslasstrakt, im Betrieb gemessen und ein entsprechendes Druck ¬ schwingungssignal wird erzeugt. Gleichzeitig, also in zeitlichem Zusammenhang zur Messung der dynamischen Druckschwingungen wird ein Kurbelwellen-Phasen- winkelsignal ermittelt. In weiterer Folge werden Referenzwerte des jeweiligen Charakteristikums der ausgesuchten Signalfre ¬ quenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kur- belwellen-Phasenwinkelsignal mit Hilfe Diskreter-Fou- rier-Transformation aus dem Druckschwingungssignal ermittelt.

Die ermittelten Referenzwerte werden dann in Abhängigkeit der zugeordneten Verdichtungsverhältnisse in Referenzwert-Kenn- feidern (RWK_DSC_SF_1...X) gespeichert. Dies ermöglicht die zu ¬ verlässige Ermittlung der Abhängigkeit zwischen dem jeweiligen Charakteristikum des Druckschwingungssignals der ausgesuchten Signalfrequenz und dem Verdichtungsverhältnis. In allen vorgenannten Ausführungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als das zumindest eine Charakteristikum der gemessenen Druckschwingungen eine Phasenlage oder eine Amplitude oder auch eine Phasenlage und eine Amplitude zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz herangezogen werden. Phasenlage und Amplitude sind die wesentlichen, grundlegenden Charakteristika die mittels Diskreter Fou ¬ rier-Transformation bezogen auf einzelne ausgesuchte Signal ¬ frequenzen ermittelt werden können. Im einfachsten Fall wird an einem bestimmten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors genau ein Istwert, zum Beispiel der Phasenlage bei einer ausgesuchten Signalfrequenz, zum Beispiel der 2. Harmonischen, ermittelt und durch Zuordnung dieses Wertes zu dem entsprechenden Referenzwert der Phasenlage in dem gespeicherten Referenzwert-Kennfeld, bei der gleichen Signalfrequenz, der zugeordnete Wert für das Verdichtungsverhältnis ermittelt .

Es können jedoch auch mehrere Istwerte zum Beispiel für die Phasenlage und die Amplitude sowie bei unterschiedlichen Signalfrequenzen ermittelt und zur Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses miteinander verknüpft werden, zum Beispiel durch Mittelwertbildung. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise die Genauigkeit des ermittelten Wertes für das Ver ¬ dichtungsverhältnis gesteigert werden.

Alternativ zur isolierten Betrachtung der Phasenlage bzw. der Amplitude einer jeweiligen Signalfrequenz kann eine kombinierte Betrachtung mehrere Istwerte der Phasenlage oder mehrere Ist ¬ werte der Amplitude jeweils bei unterschiedlichen Signalfre- quenzen erfolgen. So kann als das zumindest eine Charakteristikum der gemessenen Druckschwingungen ein Differenzwert zwischen zwei für unterschiedliche Signalfrequenzen ermittelten Werten der Phasenlage des Druckschwingungssignals oder ein Differenzwert zwischen zwei für unterschiedliche Signalfrequenzen ermittelten Werten der Amplitude des Druckschwingungssignals herangezogen werden. Auf diese Weise können zum Beispiel Störeinflüsse, die sich auf die jeweiligen absoluten Istwerte bei unterschiedlichen Signalfrequenzen gleich auswirken eliminiert werden.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen als ausgesuchte Signal ¬ frequenzen die Ansaugfrequenz oder eine vielfache der Ansaugfrequenz zu wählen, also die 1. Harmonische, die 2. Har ¬ monische, die 3. Harmonische etc.. Bei diesen Signalfrequenzen tritt die Abhängigkeit des jeweiligen Charakteristikums des Druckschwingungssignals vom Verdichtungsverhältnis besonders deutlich hervor.

Um in Weiterbildung des Verfahrens die Genauigkeit der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses in vorteilhafter Weise weiter zu steigern, können zusätzliche Betriebsparameter des Verbrennungsmotors bei der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses herangezogen werden. Dazu kann zumindest einer der weiteren Betriebsparameter

- Temperatur des angesaugten Mediums im Ansaugtrakt,

- Temperatur eines zur Kühlung des Verbrennungsmotors ver ¬ wendeten Kühlmittels und

- Motordrehzahl des Verbrennungsmotors,

bei der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses herangezogen werden.

Die Temperatur des angesaugten Mediums, also im Wesentlichen der Ansaugluft, beeinflusst direkt die Schallgeschwindigkeit im Medium und somit die Druckausbreitung im Einlasstrakt. Diese Temperatur kann im Ansaugtrakt gemessen werden und ist somit bekannt. Auch die Temperatur des Kühlmittels kann die Schall ¬ geschwindigkeit im Angesaugten Medium durch Wärmeübertragung im Einlasstrakt und im Zylinder beeinflussen. Auch diese Temperatur wird in der Regel überwacht und dazu gemessen, steht also ohnedies bereit und kann bei der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses herangezogen werden.

Die Motordrehzahl ist eine der den Betriebspunkt des Ver- brennungsmotors charakterisierenden Größen und beeinflusst die verfügbare Zeit für die Druckausbreitung im Einlasstrakt. Auch die Motordrehzahl wird ständig überwacht und steht somit bei der Ermittlung der KraftstoffZusammensetzung zur Verfügung. Die vorgenannten zusätzlichen Parameter stehen also ohnedies zur Verfügung oder können auf einfache Weise ermittelt werden. Der jeweilige Einfluss der genannten Parameter auf das jeweilige Charakteristikum der ausgesuchten Signalfrequenz des Druckschwingungssignals wird dabei als bekannt vorausgesetzt und wurde beispielsweise, wie vorausgehend bereits angemerkt, bei der Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors ermittelt und in den Referenzwert-Kennfeldern mit abgespeichert. Auch die Einbeziehung mittels entsprechender Korrekturfaktoren oder Korrekturfunktionen bei der Berechnung der Kraftstoffzusammen- setzung mittels einer algebraischen Modell-Funktion stellt eine Möglichkeit dar, diese zusätzlichen, weiteren Betriebsparameter bei der Ermittlung des Verdichtungsverhältnisses zu berück ¬ sichtigen . Weiterhin vorteilhaft können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die dynamischen Druckschwingungen im Einlasstrakt mithilfe eines serienmäßigen Drucksensors, zum Bei ¬ spiel im Saugrohr, gemessen werden. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Drucksensor benötigt wird, was einen Kos- tenvorteil darstellt.

In einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kurbelwellenpositi- ons-Feedbacksignal mit einem Zähnerad und einem Hall-Sensor ermittelt werden, wobei es sich hierbei um eine gebräuchliche, ggf. ohnehin im Verbrennungsmotor vorhandene Sensoranordnung zur Erfassung der Kurbelwellenumdrehungen handelt. Das Zähnerad ist dabei beispielsweise am äußeren Umfang einer Schwungscheibe oder des Kurbelwellen-Steueradapters 10 (siehe auch Figur 1) an ¬ geordnet. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Sen ¬ sor-Anordnung benötigt wird, was einen Kostenvorteil darstellt.

In Figur 7 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des aktuellen Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors im Betrieb nochmals in Form eines verein ¬ fachten Blockdiagrammes mit den wesentlichen Schritten dargestellt. Die im Blockdiagramm gestrichelt eingezeichnete Umrahmung der entsprechenden Blöcke Bl bis B6 und 54, stellt symbolisch die Grenze einer programmierbaren elektronischen Motor-Steuerungseinheit 50 beispielsweise eines als CPU bezeichneten Mo ¬ tor-Steuergerätes des betreffenden Verbrennungsmotors dar, auf dem das Verfahren ausgeführt wird. Diese elektronischen Mo ¬ tor-Steuerungseinheit 50 beinhaltet unter anderem die elekt ¬ ronische Recheneinheit 53 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und den elektronischen Speicherbereich 54. Zu Beginne werden dem jeweiligen Zylinder zuordenbare dynamische Druckschwingungen der Ansaugluft im Einlasstrakt und/oder des Abgases im Auslasstrakt des betreffenden Verbrennungsmotors im Betrieb gemessen und daraus ein entsprechendes Druckschwin ¬ gungssignal (DS_S) erzeugt und es wird gleichzeitig, das heißt in zeitlicher Abhängigkeit, ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal (KwPw_S) ermittelt, was durch die parallel angeordneten, mit Bl und B2 gekennzeichneten Blöcke dargestellt ist. Aus dem Druckschwingungssignal (DS_S) wird dann mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation (DFT) , die durch den mit B3 gekennzeichneten Block symbolisiert ist, ein Istwert

( IW_DSC_SF_1...X) zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal (KwPw_S) ermittelt, was durch den mit B4 gekennzeichneten Block dargestellt ist. Auf Basis des zumindest einen ermittelten Istwertes

( IW_DSC_SF_1...X) des jeweiligen Charakteristikums wird dann im Block B5 eine Verdichtungsverhältnis-Ermittlung (VdVh_EM) durchgeführt. Dies erfolgt unter Heranziehung von Referenzwerten (RW_DSC_SF_1...X) des jeweils entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche

Verdichtungsverhältnisse, die in dem mit 54 gekennzeichneten Speicherbereich bereitgestellt sind bzw. mit Hilfe der im Speicherbereich 54 hinterlegten algebraischen Modell-Funktionen aktuell ermittelt werden. Das so ermittelte aktuelle Ver- dichtungsverhältnis (VdVh_akt) des Verbrennungsmotors wird dann im Block B6 bereitgestellt.

Weiterhin zeigt Figur 7, in den Blöcken BIO, Bll und B12, die dem oben beschriebenen Verfahren vorausgehenden Schritte. In Block BIO erfolgt die Vermessung eines Referenz-Verbrennungsmotors (Vmssg_Refmot ) zur Bestimmung von Referenzwerten des jeweiligen Charakteristikums der jeweils ausgesuchten Signalfrequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwel- len-Phasenwinkelsignal aus dem Druckschwingungssignal mit Hilfe Diskreter-Fourier-Transformation . Die ermittelten Referenzwerte werden dann in Block Bll in Abhängigkeit des zugeordneten Verdichtungsverhältnisses in Referenzwert-Kennfeldern

(RWK DSC SF 1...X) zusammengestellt und in dem elektronischen Speicherbereich 54 der mit CPU gekennzeichneten Motor-Steuerungseinheit 50 gespeichert.

Der mit B12 gekennzeichnete Block beinhaltet die Herleitung von algebraischen Modell-Funktionen (Rf (DSC_SF_1...X) ) , die als

Referenzwertfunktionen beispielsweise den Verlauf der jeweiligen Referenzwertlinien des jeweiligen Charakterisitikums des Druckschwingungssignals für eine jeweilige Signalfrequenz in Abhängigkeit von dem Verdichtungsverhältnis abbilden, auf Basis der zuvor ermittelten Referenzwert-Kennfelder (RWK_DSC_SF_1...X) . Diese algebraischen Modellfunktionen (Rf (DSC_SF_1...X) ) können dann ebenfalls, alternativ oder ergänzend, in dem mit 54 ge ¬ kennzeichneten elektronischen Speicherbereich 54 des mit CPU gekennzeichneten Motor-Steuerungseinheit 50 gespeichert werden, wo sie zur Durchführung des zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung stehen.

Nochmal in Kürze zusammengefasst handelt es sich beim Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der aktuellen Verdichtungsverhältnisses um ein Verfahren bei dem dynamische Druckschwingungen im Einlasstrakt oder Auslasstrakt des be ¬ treffenden Verbrennungsmotors im Normalbetrieb gemessen werden und daraus ein entsprechendes Druckschwingungssignal erzeugt wird. Gleichzeitig wird ein Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt und mit dem Druckschwingungssignal in Relation ge ¬ setzt. Aus dem Druckschwingungssignal wird ein Istwert zumindest eines Charakteristikums zumindest einer ausgesuchten Signal ¬ frequenz der gemessenen Druckschwingungen in Bezug auf das Kurbelwellen-Phasenwinkelsignal ermittelt und auf Basis des ermittelten Istwertes wird unter Heranziehung von Referenzwerten des entsprechenden Charakteristikums der jeweils gleichen Signalfrequenz für unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse, das aktuelle Verdichtungsverhältnis ermittelt.