DE102012018405A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgestellt. Bei dem Verfahren wird eine erste Verteilung von Werten für mindestens eine Größe herangezogen und es werden über einen zweiten Zeitraum Werte für diese Größe aufgenommen und klassifiziert, so dass eine zweite Verteilung ermittelt wird. Anschließend wird die erste Verteilung mit der zweiten Verteilung verglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors mit zugeordneter Angasnachbehandlung. Das Verfahren dient dabei zum automatisierten Optimieren der Betriebskosten für den Verbrennungsmotor.
  • Bei Verbrennungsmotoren, die auch als Verbrennungskraftmaschinen oder Brennkraftmaschinen bezeichnet werden, wird durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einem Brennraum, typischerweise einem Zylinder, mechanische Arbeit erzeugt. Solche Verbrennungsmotoren, ob mit Diesel oder Benzin betrieben, werden zum Antrieb von Vorrichtungen eingesetzt.
  • Unter Abgasnachbehandlung sind alle Verfahren zu verstehen, bei denen Verbrennungsgase, nachdem diese den Brennraum verlassen haben, mechanisch, katalytisch oder chemisch gereinigt werden.
  • Um einen sicheren Betrieb des Verbrennungsmotors und damit der angetriebenen Vorrichtung zu gewährleisten, ist es erforderlich, in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder gar kontinuierlich bestimmte Größen, bspw. physikalische Größen, des Verbrennungsmotors, des Abgasnachbehandlungssystems und weiterer Komponenten der Vorrichtung aufzunehmen und auszuwerten. Manche Größen werden auch gesteuert oder geregelt. Physikalische Größen sind allgemein quantitativ bestimmbare Eigenschaften eines physikalischen Objekts. Unter Größen des Verbrennungsmotors sind bspw. die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die Geschwindigkeit der Vorrichtung und die Abgastemperatur zu verstehen. Diese Größen sind hier jedoch nur beispielhaft genannt.
  • So ist es bspw. vorgesehen, als Maßnahme zur Regeneration des Dieselpartikelfilters die Abgastemperatur als Größe zu erhöhen. Dies erfolgt gesteuert oder durch Vorgabe eines Sollwerts in einer Regelung. Erfolgt diese Maßnahme, bspw. durch das Lastprofil vor Ort beim Nutzer des Fahrzeugs, zu früh, kann dies zu einem unnötigerweise erhöhten Kraftstoffverbrauch führen.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, den Betrieb eines Verbrennungsmotors ggf. mit zugeordnetem Abgasnachbehandlungssystem zu verbessern.
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
  • Das beschriebene Verfahren dient zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, wobei eine erste Verteilung von Werten für mindestens eine Größe herangezogen wird und eine zweite Verteilung dieser Werte ermittelt wird, indem über einen zweiten Zeitraum Werte dieser Größe aufgenommen und klassifiziert werden. Anschließend wird die erste Verteilung mit der zweiten Verteilung verglichen. Klassifiziert bedeutet, dass die Werte Klassen, üblicherweise Wertebereichen, zugeordnet werden. Somit ergibt sich eine statistische Verteilung der Werte.
  • Größen können physikalische bzw. physikalisch messbare Größen aber auch modellbasierte andere Größen sein. Eine physikalische Größe, wie bspw. die Drehzahl des Verbrennungsmotors oder die Abgastemperatur, beschreibt ggf. zusammen mit anderen Größen einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage und damit der betriebenen Vorrichtung.
  • In Ausgestaltung ist vorgesehen, die erste Verteilung durch Aufnahme von Werten der mindestens einen Größe über einen ersten Zeitraum zu ermitteln. Dies erfolgt in der Regel mit einer Verteilungsfunktion, welche die ermittelten Werte Klassen zuteilt, d. h. diese klassifiziert, und auf diese Weise eine statistische Verteilung der Werte ermittelt.
  • Zweckmäßigerweise ist der erste Zeitraum länger als der zweite Zeitraum. Der erste Zeitraum kann bspw. sieben Tage betragen, der zweite Zeitraum fünf Stunden.
  • Alternativ kann die erste Verteilung in einer Klassifikation, bspw. werksseitig, vorgegeben werden. Diese vorgegebene Klassifikation kann selbstverständlich im Laufe des Betriebs der Vorrichtung angepasst werden.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in der zweiten Verteilung die mindestens eine Größe in Abhängigkeit mindestens einer zweiten Größe klassifiziert wird. Auf diese Weise können Abhängigkeiten zwischen Größen in der Vorrichtung berücksichtigt werden. Hierzu wird eine abhängige Verteilfunktion angewandt.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass auf Grundlage des Vergleichs ein Ereignis ausgelöst wird. Dieses Ereignis kann bspw. darin bestehen, wenn als Größe die Abgastemperatur betrachtet wird, dass die Abgastemperatur nicht oder in anderem Maße verändert wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Schwelle berücksichtigt. Dies bedeutet, dass erst bei einem bestimmten Maß der Abweichung der ersten Verteilung von der zweiten Verteilung dies als Abweichung eingestuft wird und dann ggf. ein Ereignis ausgelöst wird.
  • Es bietet sich an, das Verfahren für ein System, das einen Verbrennungsmotor mit zugeordnetem Abgasnachbehandlungssystem, durchzuführen.
  • Die vorgestellte Anordnung kommt in Verbindung mit dem betriebenen Verbrennungsmotor, bspw. in einer angetriebenen Vorrichtung, zum Einsatz und ist dazu ausgelegt, ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art auszuführen. Die Anordnung umfasst ein Steuergerät, das zum Vergleich einer ersten Verteilung mit einer zweiten Verteilung ausgelegt ist.
  • Es wird somit ein klassifizierendes, statistisches Auswerteverfahren durchgeführt, um in der Regel online Betriebskosten für Systeme, die einen Verbrennungsmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem umfassen, zu optimieren.
  • Das vorgestellte Verfahren ist grundsätzlich bei einem System mit Abgasnachbehandlung denkbar. Auf diese Weise kann der Verbrauch, bspw. der Dieselverbrauch, eines Motors gesenkt werden. Der Verbrennungsmotor kann sich an das aktuelle Motorbetriebsprofil adaptieren, ohne dabei die Sicherheit des Systems zu riskieren.
  • Es werden dabei bestimmte Größen des Motors nach Klassen eingeteilt und in Ausgestaltung über zwei verschiedene Zeiträume jeweils eine Verteilung ermittelt. Das Verhalten über die zwei verschiedenen Zeiträume wird modellbasiert weiterverarbeitet. Weiterhin kann das Ergebnis dann statistisch bewertet und je nach Wahrscheinlichkeit für ein bestimmtes Ereignis kann eine Aktion ausgelöst oder verzögert werden.
  • Von Vorteil ist, dass der Kraftstoffverbrauch während des Motorbetriebs verringert werden kann. Durch das Lastprofil vor Ort beim Kunden kann es sein, dass bspw. Maßnahmen zur Regeneration des Dieselpartikelfilters, nämlich Anheben der Abgastemperatur, d. h. hoher Dieselverbrauch, zu früh gestartet würden. Wenn man solche Maßnahmen etwas verzögert, ist es denkbar, dass keine Regenerationsmaßnahmen notwendig werden, falls z. B. wieder ein Motorbetriebspunkt mit hohen Abgastemperaturen kommt, was statistisch erwartet wird.
  • Weitere mögliche Anwendungen sind bspw. bei einer verfrühten Regeneration zum Senken des Abgasgegendrucks und bei der Effizienzberechnung der Regenerationsmaßnahmen gegeben.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt in einem Flussdiagramm eine Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens.
  • 2 zeigt in einem Flussdiagramm eine weitere Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens.
  • 3 zeigt in einem Flussdiagramm noch eine weitere Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens.
  • 4 zeigt in einer schematischen Darstellung stark vereinfacht eine Ausführungsform einer Vorrichtung, in dem das vorgestellte Verfahren zur Ausführung kommt.
  • 1 zeigt in einem Flussdiagramm stark vereinfacht eine mögliche Ausführung des Verfahrens.
  • Werte Gn, k für eine Größe G, die eine physikalische Eigenschaft eines Verbrennungsmotors beschreibt, gehen in eine relative Verteilfunktion 10 ein, die über einen ersten Zeitraum, der begrenzt ist, eine n·Klasseneinteilung, nämlich eine erste Verteilung Y1n, k, ausgibt. Wird der erste Zeitraum ausreichend lang gewählt, so kann damit das Langzeitverhalten des Verbrennungsmotors beschrieben werden.
  • Die Werte Gn, k werden auch in eine abhängige Verteilfunktion 12 für einen zweiten Zeitraum, der üblicherweise kürzer als der erste Zeitraum ist, eingegeben. Weiterhin werden Werte Xn, k für eine weitere Größe X eingegeben. Hieraus ergibt sich eine zweite Verteilung Y2n, k, die ein kurzzeitiges Verhalten des Verbrennungsmotors, in diesem Fall in Abhängigkeit einer weiteren Größe, beschreibt. Somit wird die Größe G in Abhängigkeit der Größe X, die bspw. durch das Verhalten des Nutzers beeinflusst ist, ausgewertet bzw. klassifiziert. Die zweite Verteilung Y2n, k stellt eine n·Klasseneinteilung dar, dies kann zeitlich begrenzt oder unbegrenzt durchgeführt werden.
  • In einem Modell 14 erfolgt ein Vergleich der ersten Verteilung Y1n, k mit der zweiten Verteilung Y2n, k. Das Ergebnis des Vergleichs wird abschließend ausgewertet (Block 16) und es wird an einem Ausgang 18 eine Information ausgegeben, die ggf. ein Ereignis auslöst.
  • Bei dem Verfahren ist somit vorgesehen, den Einfluss bestimmter Größen durch das Verhalten des Nutzers bzw. Kunden statistisch zu erfassen. Die Auswirkungen durch diesen Einfluss werden berechnet, um ggf. das Verhalten des gesamten Systems, bspw. des Verbrennungsmotors mit zugeordnetem Abgasnachbehandlungssystem, anzupassen.
  • Es erfolgt dabei die gleiche Klasseneinteilung für die relative Verteilfunktion 10 und die abhängige Verteilfunktion 12. In Abhängigkeit von Gn, k wird ermittelt, innerhalb welcher Klasse das System, bspw. Verbrennungsmotor und Abgasnachbehandlungssystem, gerade betrieben werden.
  • Dabei gilt:
    k = 1, 2, ...5 Klasse
    D = 0, 1, 2 Dämpfung
    L > 1 Lernanteil
  • Für den Fall, dass Gn, k innerhalb einer Klasse k liegt: Y1n, k = Y1n – 1, k + (Xn, k – Y1n – 1, k)/L
  • Für den Fall, dass Gn, k außerhalb einer Klasse k liegt: Y2n, k = Y2n – 1, k + (Y2n – 1, k)·D/L
  • 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführung des Verfahrens. Die Darstellung zeigt eine relative Verteilfunktion 30 und eine abhängige Verteilfunktion 32. In der relativen Verteilfunktion 30 wird eine Abgastemperaturverteilung über einen langen Zeitraum ermittelt. In der abhängigen Verteilfunktion 32 wird eine Abgastemperaturverteilung über einen kurzen Zeitraum ermittelt.
  • Eingangsgrößen sind Werte für die Abgastemperatur Gn, k und Werte Xn, k einer weiteren Größe X, die in diesem Fall konstant 1 ist.
  • Zu erkennen ist, dass die Werte Gn, k den Klassen 200°C, 250°C, 300°C, 350°C und 400°C zugeordnet werden. Dabei können der Klasse 200°C bspw. alle Werte Gn, k zugeordnet werden, die kleiner gleich 200°C sind. Alternativ können der Klasse 200°C alle Werte Gn, k zugeordnet werden die kleiner 250°C sind. In diesem Fall werden der Klasse 250°C alle Werte Gn, k zugeordnet, die größer gleich 250°C und kleiner 300°C sind. Dies kann jedoch beliebig vereinbart werden.
  • Die sich ergebenden Verteilungen werden ausgewertet (Block 34), wobei auch nur bestimmte Klassen untersucht werden können. So können bei der Auswertung bspw. nur Klassen > 350°C untersucht werden. An das Ergebnis der Auswertung wird eine Schwelle 36 angelegt. In diesem Fall wird erkannt, dass der Klasse 400°C, die sich in der relativen Verteilfunktion 30 ergibt, weitaus mehr Werte zugeordnet sind als der Klasse 400°C in der abhängigen Verteilfunktion 32. Da folglich in absehbarer Zeit hohe Abgastemperaturen erwartet werden, wird die Regeneration zunächst unterdrückt und an einem Ausgang 38 eine entsprechende Information ausgegeben.
  • Dem Verfahren liegt in diesem Fall folgende Überlegung zugrunde:
    Wenn schon lange keine Phase mit hoher Temperatur mehr kam, dies aber sonst der Fall ist, steigt die Wahrscheinlichkeit dafür, dass bald eine kommt. Daraus folgt ein limitiertes Verzögern des weichen Thermomanagement.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführung des Verfahrens mit einer relativen Verteilfunktion 50, die eine erste Verteilung über einen langen Zeitraum ermittelt, und einer abhängigen Verteilfunktion 52, die eine zweite Verteilung über einen kurzen Zeitraum ermittelt. Eingangsgrößen sind Werte Gn, k für ein Abgasvolumen. Weitere Eingangsgröße für die abhängige Verteilfunktion 52 sind Werte Xn, k für einen Differenzdruck.
  • Mit der relativen Verteilfunktion 50, die eine erste Verteilung über einen langen Zeitraum ermittelt, wird erfasst, in welcher Abgasvolumen-Klasse sich der Verbrennungsmotor befindet. Mit der abhängigen Verteilfunktion 52, die eine zweite Verteilung über einen kurzen Zeitraum ermittelt, wird erfasst, in welcher Abgasvolumen-Klasse der Verbrennungsmotor welchen zusätzlichen Differenzdruck dP sieht.
  • In einem Modell 54 wird der Differenzdruck mit einer Änderung eines Verbrauchs in Beziehung gesetzt. Abschließend wird eine Gewichtung durch Vergleich vorgenommen (Block 56) und an einem Ausgang 58 eine Information zu einem zusätzlichen Verbrauch in Abhängigkeit des Differenzdrucks ausgegeben.
  • Es kann somit in Abhängigkeit davon, wie oft der Verbrennungsmotor sich in welcher Abgasvolumen-Klasse befindet, ein zusätzlicher Differenzdruck durch den Dieselpartikelfilter ermittelt werden.
  • In 4 ist in schematischer Darstellung und stark vereinfacht eine Vorrichtung dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 70 bezeichnet ist.
  • Die Darstellung zeigt einen Verbrennungsmotor 72, der zum Antrieb der Vorrichtung 70 vorgesehen ist und dem ein Abgasbehandlungssystem 74 zugeordnet ist. Weiterhin ist ein Steuergerät 76 vorgesehen, das mit einer Anzahl von Sensoren 78 zur Erfassung physikalischer Größen verbunden ist.
  • In dem Steuergerät 76 kann ein Vergleich zwischen einer ersten Verteilung 80, die mit einer relativen Verteilfunktion über einen ersten Zeitraum ermittelt werden kann, und einer zweiten Verteilung 82, die über eine relative Verteilfunktion oder einen abhängigen Verteilfunktion über einen zweiten Zeitraum ermittelt werden kann, durchgeführt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (72), bei dem eine erste Verteilung (80) von Werten für mindestens eine Größe herangezogen wird und über einen zweiten Zeitraum Werte für diese Größe aufgenommen und klassifiziert werden, so dass eine zweite Verteilung (82) ermittelt wird und anschließend die erste Verteilung (80) mit der zweiten Verteilung (82) verglichen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Verteilung (80) durch Aufnahme von Werten der mindestens einen Größe über einen ersten Zeitraum ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Zeitraum länger als der zweite Zeitraum ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Verteilung (80) in einer Klassifikation vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in der zweiten Verteilung (82) die mindestens eine Größe in Abhängigkeit mindestens einer zweiten Größe klassifiziert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem auf Grundlage des Vergleichs ein Ereignis ausgelöst wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als mindestens eine Größe die Abgastemperatur herangezogen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei dem Vergleich eine Schwelle (36) berücksichtigt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das für einen Verbrennungsmotor (72), dem ein Abgasnachbehandlungssystem (74) zugeordnet ist, durchgeführt wird.
  10. Anordnung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (72) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Steuergerät (76), das dazu ausgelegt ist, eine erste Verteilung (80) mit einer zweiten Verteilung (82) zu vergleichen.
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