Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Patentanspruch 1.

Die DE 195 25 831 A1 offenbart ein Planetengetriebe mit einem angetriebenen

Sonnenrad, einem ersten und einem zweiten, jeweils innen- und konischverzahnten Hohlrad, von denen das erste feststeht und das zweite drehantreibbar gelagert ist und den Abtrieb bildet. Das Planetengetriebe umfasst ferner Stufenplaneten mit

konischverzahnten Stufenrädern, die in einem Planetenträger in der Weise gelagert sind, dass sie in ständigem Zahneingriff mit dem Sonnenrad und den Hohlrädern stehen. Dabei ist vorgesehen, dass die Neigungswinkel der Verzahnung der Stufenräder sowie der Hohlräder zueinander entgegengesetzt verlaufen.

Der EP 1 307 642 B1 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen, welche einen in einem Zylinder verschieblich angeordneten Kolben aufweist. Der Kolben ist mit einem Pleuel gelenkig gekoppelt, dessen Bewegung auf eine Kurbel einer

Kurbelwelle übertragbar ist. Zwischen dem Pleuel und der Kurbel ist ein

Übertragungsglied vorgesehen, dessen Bewegung über einen Steuerhebel manipulierbar ist, mit dem Ziel, eine steuerbare Bewegung des Kolben zu gewährleisten, insbesondere um eine Variierung des Verdichtungsverhältnisses und des Kolbenhubs zu ermöglichen. Das Übertragungsglied ist dabei als Querhebel ausgebildet, der über ein Gelenk mit der Kurbel gekoppelt ist. Dieses Gelenk liegt im zwischenliegenden Bereich zwischen einem Lagerpunkt des Querhebels zum Steuerhebel und einem Lagerpunkt des Querhebels zum Pleuel. Das Gelenk ist zwischen Querhebel und Kurbel mit Abstand zur

Verbindungslinie zwischen den beiden Lagerpunkten des Querhebels zum Steuerhebel bzw. zum Pleuel angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass die Seitenlänge zwischen dem Steuerhebel-Lagerpunkt und dem Pleuel-Lagerpunkt und die Seitenlänge zwischen dem Steuerhebel-Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenk-Punkt und die Seitenlange zwischen dem Pleuel-Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenk-Punkt sich auf bestimmte Weise bemessend ausgebildet sind.

Bei dieser sowie bei anderweitigen, aus der Entwicklung von

Verbrennungskraftmaschinen bekannten Stelleinrichtungen zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine ist es bekannt, wenigstens eine jeweilige Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Kräften und/oder Drehmomenten einzusetzen. Über diese Übertragungseinrichtungen werden Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses übertragen. Dabei hat es sich gezeigt, dass es beim Betrieb der Stelleinrichtungen zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen kann, falls keine Gegenmaßnahmen getroffen sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, durch welches ein verbessertes Geräuschverhalten der Stelleinrichtung realisiert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, umfasst wenigstens ein variabel einstellbares

Verdichtungsverhältnis sowie eine Stelleinrichtung, mittels welcher das

Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Die Stelleinrichtung umfasst dabei wenigstens eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Kräften und/oder

Drehmomenten, über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses sind von der Stelleinrichtung Kräfte und/oder Drehmomente aufzuwenden, welche über die Übertragungseinrichtung übertragen werden. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer solchen Stelleinrichtung zum Einstellen des wenigstens einen Verdichtungsverhältnisses der

Verbrennungskraftmaschine wird ein Spiel der Übertragungseinrichtung mittels wenigstens eines Stellglieds einer Spieleinstelleinrichtung eingestellt, in dem wenigstens ein erstes Übertragungselement der Übertragungseinrichtung relativ zu mindestens einem zweiten, zumindest zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses mit dem ersten Übertragungselement eine Wirkverbindung ausbildenden Übertragungselement der Übertragungseinrichtung mittels des Stellglieds bewegt.

Mit anderen Worten, die Übertragungseinrichtung umfasst das erste sowie wenigstens das zweite Übertragungselement. Die Übertragungselemente dienen beide dazu, zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses aufzuwendenden Kräfte und/oder Drehmomente zu übertragen. Zumindest zum Übertragen der Kräfte und/oder Drehmomente gehen die beiden Übertragungselemente eine Wirkverbindung miteinander ein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Übertragungselement zumindest im

Wesentlichen stets miteinander gekoppelt sind. Zum Einstellen des Spiels der

Übertragungseinrichtung wird nun wenigstens das erste Übertragungselement relativ zum zweiten Übertragungselement mittels des Stellglieds bewegt.

Bei dem Spiel handelt es sich insbesondere um eine anwendungs- und/oder

fertigungsbedingte Bewegungsfreiheit zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten Übertragungselement. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, insbesondere mittels einer geeigneten Aktuatorik, insbesondere der Spieleinstelleinrichtung, das Spiel (die Bewegungsfreiheit) automatisch, d.h. ohne Zutun einer Person, über die

Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg und insbesondere bei einem Betrieb der Stelleinrichtung zumindest im Wesentlichen kontinuierlich einzustellen bzw. vorteilhaft nachzustellen. So kann beispielsweise ein sich aufgrund des Betriebs der Stelleinrichtung unerwünschter Wert des Spiels kompensiert und auf einen demgegenüber gewünschten Wert des Spiels eingestellt werden.

Dies ist dabei nicht nur bei der Herstellung und/oder bei einer Erstmontage sowie bei Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten der Stelleinrichtung möglich. Vielmehr ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, zumindest im Wesentlichen kontinuierlich über die Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg zwischen zwei Wartungsintervallen der

Stelleinrichtung das Spiel auf einen gewünschten Wert einzustellen. Dadurch ist es möglich, unerwünschte Geräusche sowie eine unerwünscht hohe Belastung und ein daraus resultierender, unerwünscht hoher Verschleiß der Stelleinrichtung infolge eines unerwünschten Werts des Spiels zu vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit ein verbessertes Geräuschverhalten der Stelleinrichtung. Ferner ermöglicht es das Verfahren, aus dem unerwünschten Spiel resultierende Belastungen der Stelleinrichtungen zu vermeiden oder gering zu halten, so dass diese eine erhöhte Lebensdauer sowie eine erhöhte Funktionserfüllungssicherheit aufweist. Dadurch kann die Stelleinrichtung das Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen über die gesamte Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg effizient und präzise einstellen, so dass die Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht auf unterschiedliche Fahrzustände und Betriebspunkte eingestellt werden kann. Dies geht mit einem besonders effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine einher, woraus ein geringer Kraftstoffverbrauch sowie geringe C0 ₂ -Emissionen derselbigen resultieren.

Beim Einstellen des Spiels ist es dabei möglich, ein unerwünscht großes Spiel zu kompensieren und auf einen demgegenüber niedrigeren Wert einzustellen. Ebenso möglich ist es, ein unerwünscht kleines Spiel zu erhöhen, was beispielsweise der

Funktion und der Effizienz der Stelleinrichtung zugute kommen kann.

Durch die automatische Einstellbarkeit des Spiels durch das Stellglied kann das Spiel in Abhängigkeit von einem Zustand der Stelleinrichtung bzw. der Übertragungseinrichtung eingestellt werden. So kann das Spiel beispielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur der Stelleinrichtung bzw. der Übertragungseinrichtung und/oder von einer auf die

Übertragungseinrichtung wirkenden Last, d.h. Kraft und/oder Drehmoment, eingestellt werden.

Die Übertragungseinrichtung umfasst beispielsweise wenigstens ein Getriebe, welches zumindest zwei Zahnräder als die Übertragungselemente aufweist, welche über jeweilige, miteinander im Eingriff stehende Verzahnungen miteinander gekoppelt sind. Je nach Zustand des Getriebes, beispielsweise je nach Temperatur und/oder Lastzustand, können unterschiedliche Ausdehnungs- und Anlageverhältnisse der Verzahnungen, insbesondere von Zahnflanken der Verzahnungen, vorliegen.

Diese unterschiedlichen Verhältnisse können dabei das Einstellen bzw. Nachjustieren des Spiels zwischen den Verzahnungen beeinflussen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es dabei, zu zumindest nahezu jedem Zeitpunkt diese unterschiedlichen Verhältnisse zu berücksichtigen und in Abhängigkeit des wenigstens einen Zustande des Getriebes das Spiel auf einen entsprechend vorteilhaften Wert einzustellen. Wie bereits geschildert kann dabei sogar vorgesehen sein, dass durch Einstellvorgänge bzw.

Nachstellvorgänge das Spiel von einem ersten auf einen dazu höheren Wert eingestellt wird. Das bedeutet, dass das Spiel vergrößert wird. Dadurch kann beispielsweise die Reibung des Getriebes gering gehalten werden, so dass dieses effizient betrieben werden kann. Daraus resultiert ein geringer Energiebedarf der Stelleinrichtung, was wiederum den Kraftstoffverbrauch und die C0 ₂ -Emissionen der

Verbrennungskraftmaschine gering hält.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Spiel in Abhängigkeit von einer Last und/oder einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird. Dabei beeinflussen die Last und/oder die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine den vorteilhaften,

einzustellenden Wert des Spiels insofern, als auf die Stelleinrichtung und damit auf die Übertragungseinrichtung wirkende Kräfte und/oder Drehmomente von der Last und/oder der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängen. Dadurch kann das Spiel der Übertragungseinrichtung bedarfsgerecht eingestellt werden, so dass die

Übertragungseinrichtung und damit die gesamte Stelleinrichtung effizient und mit einem nur geringen Energiebedarf zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses betrieben werden kann.

Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass das Spiel in Abhängigkeit der Temperatur eines Betriebsmediums der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird. Bei dem

Betriebsmedium kann es sich beispielsweise um ein Schmiermittel, insbesondere um ein Schmieröl, zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung handeln. Ebenso möglich ist es, dass es sich bei dem Betriebsmedium um ein Kühlmittel, insbesondere eine Kühlflüssigkeit handelt, welche zum Kühlen der

Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung dient. Dadurch können unterschiedliche Temperaturverhältnisse, welche das Spiel bzw. den Wert des Spiels infolge von temperaturbedingten Ausdehnungsänderungen beeinflussen, berücksichtigt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Spiel in Abhängigkeit von einer

Betriebszeitdauer der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung und/oder in Abhängigkeit von einer Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine und/oder Stelleinrichtung eingestellt. Dadurch kann der aktuell vorliegende Zustand der

Stelleinrichtung berücksichtigt werden, welcher insbesondere von der Lebensdauer und der Belastung über diese Lebensdauer hinweg, insbesondere hinsichtlich eines

Verschleißes der Stelleinrichtung abhängt.

Das Einstellen, insbesondere ein Nachstellen, des Spiels, wobei das Spiel ausgehend von einem ersten auf einen zweiten davon unterschiedlichen Wert eingestellt wird, wird bevorzugt dann ausgelöst und durchgeführt, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in einem Betriebspunkt geringer Last und geringer Drehzahl befindet. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Spiel bzw. der Wert des Spiels reduziert wird, um ein unerwünscht großes Spiel zu kompensieren. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Spiel bzw. der Wert des Spiels vergrößert wird, was dem effizienten Betrieb der

Stelleinrichtung zugute kommen kann. Durch diese bedarfgerechte Einstellung des Spiels können unerwünschte Geräusche der Stelleinrichtung, insbesondere infolge eines Zahnflankenwechsels der Verzahnungen, vermieden werden. Ebenso kann die Belastung der Übertragungseinrichtung infolge von schwellenden und wechselnden Kräften und/oder Drehmomenten gering gehalten werden, was einen geringen Verschleiß und damit einer hohen Lebensdauer der Stelleinrichtung zugute kommt.

Ebenso ist es möglich, anderweitige Bedingungen hinsichtlich des Zeitpunkts bzw. der Zeitspanne zum Einstellen des Spiels zu berücksichtigen. Eine solche Bedingung ist beispielsweise ein gewisses oder vorgebbares Verhältnis der Last und der Drehzahl oder eine Grenzdrehzahl. Liegt das Verhältnis und/oder die Grenzdrehzahl unterhalb eines Schwellenwerts, so wird das Spiel auf einen vorgebbaren Wert eingestellt bzw.

entsprechend nachgestellt.

Ebenso möglich ist es, das Einstellen des Spiels in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Grenztemperatur einzustellen. Liegt die Temperatur der Stelleinrichtung, der

Übertragungseinrichtung, der Verbrennungskraftmaschine, des Arbeitsmediums und/oder eines anderweitigen Bauteils oder eines anderweitigen Betriebsmediums oder

dergleichen der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung unterhalb der Grenztemperatur während des Betriebs der Stelleinrichtung, so wird das Getriebe nicht eingestellt bzw. nachgestellt. Dies ist beispielsweise der Fall, da die Temperatur, welche zunächst noch unterhalb der Grenztemperatur liegt, weiter steigen kann, woraus eine Veränderung des Spiels resultieren kann. Erreicht die Temperatur die Grenztemperatur, so kann davon ausgegangen werden, dass ein zumindest im Wesentlichen konstanter Zustand, insbesondere Temperaturzustand, vorliegt, in welchem es zumindest im

Wesentlichen zu keiner Veränderung des Spiels mehr kommt. Dadurch kann das Spiel besonders bedarfsgerecht eingestellt werden. Unnötige Einstellvorgänge und damit unnötiger Energieverbrauch sind dadurch vermieden. Die genannten Bedingungen können separat oder in Kombination als Kriterium verwendet werden, um das Spiel einzustellen, wobei jeweils nicht zwangsläufig alle Bedingungen verwendet werden müssen.

Unabhängig davon können für einen Nachlaufbetrieb bei sich abkühlender

Verbrennungskraftmaschine oder während eines Warmlaufvorgangs der

Verbrennungskraftmaschine Temperaturen für Einstellvorgänge zum Einstellen des Spiels definiert sein und/oder vorgegeben werden, um einerseits ein Verspannen der Übertragungseinrichtung, insbesondere der Verzahnungen, und andererseits ein zu großes Spiel durch unterschiedliche Bauteilausdehnungen zu vermeiden.

Es kann vorteilhaft sein, Einstellvorgänge zum Einstellen des Spiels lediglich während Einstellvorgängen zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses zuzulassen und durchzuführen. Ebenso möglich ist es, Einstellvorgänge zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses eigens für den Zweck durchzuführen, das Spiel einzustellen. Diese Stellvorgänge zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses dienen dabei zumindest im Wesentlichen nicht dazu, das Verdichtungsverhältnis auf thermodynamische Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine einzustellen. Ihnen kommt zumindest im Wesentlichen nur die Aufgabe zu, dass Spiel auf den Betrieb der Stelleinrichtung abzustimmen und entsprechend einstellen zu können. Derartige, gesonderte Stellvorgänge zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses werden insbesondere im Nachlaufbetrieb der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt.

Im Nachlaufbetrieb befindet sich die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise dann, wenn ein Abschalten der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise durch den Fahrer eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der

Verbrennungskraftmaschine ausgelöst wird bzw. wurde. Im Nachlaufbetrieb ist die Verbrennungskraftmaschine zumindest im Wesentlichen deaktiviert. Jedoch sind der Verbrennungskraftmaschine zugeordnete Komponenten, Aggregate und/oder

Steuergeräte noch aktiv, um beispielsweise Diagnosevorgänge oder eben

Einstellvorgänge zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses durchführen zu können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Stelleinrichtung und insbesondere das Getriebe der Stelleinrichtung in einem sehr eng tolerierbaren Spieltoleranzfeld in zumindest nahezu allen Betriebszuständen und über die zumindest nahezu gesamte Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschtne hinweg zu betreiben, was sich entsprechend positiv auf das Geräuschverhalten und auf den Verschleiß der

Stelleinrichtung auswirkt. Insbesondere lassen sich dadurch unerwünschte Geräusche sowie ein unerwünscht hoher Verschleiß der Stelleinrichtung vermeiden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch die Gefahr eines Klemmens des Getriebes ausgeschlossen oder zumindest sehr gering gehalten werden. Die Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer geeigneten Nachstellaktuatorik in Form des Stellglieds zum Einstellen des Spiels ermöglicht auch den Verzicht auf aufwändig und damit kostenintensiv herzustellende, teure Verzahnungsqualitäten, was die Kosten der Stelleinrichtung und damit der gesamten Verbrennungskraftmaschine gering hält.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, das gegebenenfalls

bestehende Spiel der Übertragungseinrichtung auf ein vorgebbares Soll-Spiel

einzustellen. Das bestehende Spiel, welches als Ist-Spiel bezeichnet wird, muss dabei nicht bekannt sein.

Bei dem Verfahren kann auch vorgesehen sein, dass das Spiel eingestellt wird, wenn die Temperatur eines Betriebsmediums, insbesondere einer Betriebsflüssigkeit der

Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung eine vorgebbaren

Schwellenwert unterschreitet oder überschreitet. Bei dem Betriebsmedium kann es sich beispielsweise um ein Schmiermedium, insbesondere ein Schmiermittel, zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung oder um ein Kühlmedium zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung handeln. Mit anderen Worten ist der Auslöser zum Durchführen bzw. zum Beginnen der Durchführung des Verfahrens die entsprechende Temperatur. Analoges kann auf die Betriebszeitdauer, die Lebensdauer, die Last und/oder die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung zutreffen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das Spiel betragsmäßig über die Auslösung des Einstellens des Spiels bei einem geeigneten Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine beeinflusst. Wird das Einstellen des Spiels beispielsweise bei einer relativ geringen Drehzahl und einer relativ geringen Last eingestellt, so geht damit einer Verkleinerung des Spiels einher. Demgegenüber bewirkt das Durchführen des Einstellens des Spiel bei demgegenüber höheren Drehzahlen und Lasten eine Spielvergrößerung aufgrund höherer auf die Übertragungseinrichtung wirkender

Wechselmomente. Es wird der Auslösezeitpunkt zum Einstellen des Spiels so gewählt und eingestellt, dass der gewählte Betriebspunkt die gewünschte Einstellung des Betrags des Spiels bewirkt bzw. dass der gewählte Betriebspunkt genutzt werden kann, um das Spiel auf einen gewünschten und insbesondere vorgebbaren Wert einzustellen.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Spiel betragsmäßig über die Auslösung der Spieleinstellung bei einem geeigneten Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine beeinflusst wird. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Spiel betragsmäßig in Abhängigkeit von einer Temperatur wenigstens eines Betriebsmediums, insbesondere einer Betriebsflüssigkeit, der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung eingestellt.

In weitere Ausgestaltung wird das Spiel betragsmäßig in Abhängigkeit von der

Temperatur eines Schmiermittels, insbesondere eines Schmieröls, zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung eingestellt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Spiel betragsmäßig in Abhängigkeit von der Temperatur eines Kühlmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, zum Kühlen der

Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung eingestellt wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Spiel betragsmäßig in Abhängigkeit von einer Betriebszeitdauer der

Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung eingestellt. Ferner kann das Spiel betragsmäßig in Abhängigkeit von einer Laufleistung der

Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung eingestellt werden.