DE102014208932A1

DE102014208932A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine sowie Anlage

Info

Publication number: DE102014208932A1
Application number: DE102014208932.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Reitenbach; Michael Körner
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: DE102014208932B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (3), mit folgenden Schritten: Durchführen eines parametergesteuerten Startbetriebs auf der Grundlage von wenigstens einem Startparameter; Erfassen von wenigstens einem Startkriterium; Bewerten des Startbetriebs anhand des wenigstens einen Startkriteriums, und Anpassen des wenigstens einen Startparameters auf der Grundlage der Bewertung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 12, eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 13 und eine Anlage gemäß Anspruch 14.
Brennkraftmaschinen werden typischerweise als Antriebseinrichtungen verwendet, die mit einer angetriebenen Einrichtung, beispielsweise einem Generator oder einem Antriebsstrang für eine Maschine, zu deren Antrieb wirkverbunden sind. Dabei zeigt sich, dass ein Startverhalten einer Brennkraftmaschine von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängig ist, wobei diese Einflussgrößen insbesondere Umgebungsbedingungen sowie Konfigurationen der aus der Antriebseinrichtung und der angetriebenen Einrichtung gebildeten Anlage, insbesondere Konfigurationen der angetriebenen Einrichtung, einschließen. Häufig wird/werden der gleiche Typ Brennkraftmaschine beziehungsweise Brennkraftmaschinen einer identischen Baureihe mit einer Vielzahl verschiedener angetriebener Einrichtungen kombiniert. Umgekehrt ist es auch üblich, einem bestimmten Typ einer angetriebenen Einrichtung verschiedene Brennkraftmaschinen zuzuordnen. Dabei soll jede konkret eingesetzte Brennkraftmaschine unter allen möglichen Bedingungen starten können. Zu solchen Bedingungen, die in der Praxis variieren können, gehört die Zylinderzahl der konkret eingesetzten Brennkraftmaschine, eine konkret verwendete Variante eines Antriebsstrangs, beispielsweise ein dieselelektrischer, dieselmechanischer oder dieselhydraulischer Antriebsstrang, die Größe und Art der angetriebenen Einrichtung oder eines nachgeschalteten Aggregats, und/oder ein Schaltzustand der angetriebenen Einrichtung beim Start der Brennkraftmaschine, wobei dies insbesondere anspricht, ob die angetriebene Einrichtung beim Start der Brennkraftmaschine an diese angekoppelt ist und/oder unter Last angetrieben wird. Als Umgebungsbedingungen treten insbesondere der Luftdruck und die Temperatur hinzu. Dabei soll der Start der Brennkraftmaschine unabhängig von den konkret vorliegenden Bedingungen möglichst emissionsoptimal erfolgen, was beispielsweise einschließen kann, dass kaum oder kein sichtbarer Weißrauch und/oder kaum oder kein sichtbarer Schwarzrauch entsteht.
Gegebenenfalls geltende Emissionsgrenzen sollen ebenfalls auch beim Starten der Brennkraftmaschine eingehalten werden. Um ein optimales Startverhalten einer Brennkraftmaschine zu gewährleisten, wird dieses typischerweise mittels Prüfstandsversuchen auf ihre konkrete Anwendung, also insbesondere auf eine konkrete Anlagenkonfiguration sowie konkrete Umgebungsbedingungen abgestimmt. Eine solche anlagenspezifische Einrichtung der Brennkraftmaschine ist sehr aufwendig und kostenintensiv und führt dazu, dass bei einem Tausch der Brennkraftmaschine und deren Verwendung in Zusammenhang mit einer anderen Anlagenkonfiguration ein verändertes Startverhalten vorliegt, welches dann typischerweise nicht mehr optimal ist. Es ist auch möglich, einer Brennkraftmaschine einen festen Parametersatz für ein gesteuertes Startverhalten zuzuordnen, wobei beispielsweise jeder Drehzahl eine einzuspritzende Brennstoffmasse fest zugeordnet ist. Im Startbetrieb fährt die Brennkraftmaschine dann eine Drehzahlrampe mit drehzahlabhängig variierender, eingespritzter Brennstoffmasse. Diese Vorgehensweise erlaubt jedoch keine Anpassung des Startverhaltens der Brennkraftmaschine auf sich verändernde Einflussgrößen, insbesondere auf variierende Umgebungsbedingungen, beispielsweise auf die Umgebungstemperatur. Auch ist eine solche feste Zuordnung von Startparametern naturgemäß nicht für alle Anlagenkonfigurationen optimal.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät, eine Brennkraftmaschine, und eine Anlage zu schaffen, welche ebenfalls die genannten Nachteile nicht aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird ein parametergesteuerter Startbetrieb auf der Grundlage von wenigstens einem Startparameter durchgeführt. Während des Startbetriebs wird wenigstens ein Startkriterium erfasst. Anhand dieses Startkriteriums wird der Startbetrieb bewertet, und der wenigstens eine Startparameter wird auf der Grundlage der Bewertung angepasst. Auf diese Weise ist es möglich, für den Startbetrieb relevante Einflussgrößen über das Startkriterium zu berücksichtigen und den Startbetrieb durch entsprechende Veränderung des Startparameters an konkret vorliegende Einflussgrößen oder Werte von Einflussgrößen anzupassen. Insbesondere ist es dabei möglich, mithilfe des Startkriteriums Randbedingungen zu berücksichtigen, die nur indirekt erfassbar sind, nämlich vermittelt über das mithilfe des Startkriteriums erfasste und bewertete Startverhalten der Brennkraftmaschine. Dazu gehören insbesondere Konfigurationen der angetriebenen Einrichtung, eine Art und Anzahl möglicherweise vorhandener Nebenabtriebe, und/oder ein Zustand einer Anlasseinrichtung für die Brennkraftmaschine, wobei solche Randbedingungen typischerweise nicht direkt in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine erfasst werden. Gleichwohl beeinflussen diese Randbedingungen direkt das Startverhalten der Brennkraftmaschine und sind so über das Startkriterium und die Bewertung des Startbetriebs jedenfalls mittelbar erfassbar, sodass die Brennkraftmaschine durch Anpassen des wenigstens einen Startparameters hierauf eingerichtet werden kann. Somit wird die Brennkraftmaschine mithilfe des Verfahrens auf die konkret vorliegenden Einflussgrößen und insbesondere Randbedingungen angepasst, wobei sich ein geeignetes Startverhalten einstellt. Es bedarf daher keiner aufwendigen und kostenintensiven Prüfstandsversuche für jede einzelne Anlagenkonfiguration, weil mithilfe des Verfahrens eine selbständige Anpassung der Brennkraftmaschine im Anwendungsfeld gewährleistet ist.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der wenigstens eine Startparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführten Brennstoffmasse, insbesondere einer eingespritzten Brennstoffmasse – vorzugsweise bezogen auf ein einzelnes Einspritzereignis oder ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine –, einem Einspritzbeginn – vorzugsweise gemessen in Grad Kurbelwellenwinkel oder in Einheiten der Zeit, und vorzugsweise bezogen auf ein einzelnes Einspritzereignis –, einem Einspritzdruck, insbesondere einem Brennstoffdruck zu Beginn eines Einspritzereignisses, einer Anzahl von Einspritzereignissen pro Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, und einer zum Ende des Startbetriebs zu erreichenden, bestimmten Leerlaufdrehzahl. Mithilfe von wenigstens einem dieser Startparameter, vorzugsweise einer Kombination von wenigstens zwei Startparametern, einer Mehrzahl der Startparameter, oder auch allen genannten Startparametern ist es möglich, den parametergesteuerten Startbetrieb zielgerichtet und genau durchzuführen.
Unter dem Begriff „Einspritzereignis“ wird ein einzelnes Öffnungsereignis eines Einspritzventils, insbesondere eines Injektors verstanden, insbesondere eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung. Dabei kann die Zahl der Einspritzereignisse pro Arbeitsspiel variiert werden. Beispielsweise ist es möglich, dass nur eine Haupteinspritzung, also nur ein Einspritzereignis pro Arbeitsspiel erfolgt. Alternativ ist es möglich, dass eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung, eine Nacheinspritzung und eine Haupteinspritzung, oder eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung pro Arbeitsspiel durchgeführt werden. Auch mehr als drei Einspritzereignisse pro Arbeitsspiel sind möglich. Ein Brenn- oder Heizverlauf in einem Brennraum der Brennkraftmaschine kann insbesondere über den Einspritzbeginn, mithin den Beginn eines Einspritzereignisses, beeinflusst werden. Die Brennstoffmasse kann bezogen auf ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine betrachtet werden, oder aber bezogen auf einzelnes Einspritzereignis. Der Begriff „Einspritzdruck“ bezeichnet insbesondere einen Brennstoffdruck, der im Bereich eines Einspritzventils, insbesondere eines Injektors, zu Beginn eines Einspritzereignisses herrscht. Dabei ist es möglich, dass als Einspritzdruck ein Druck in einem gemeinsamen Hochdruckspeicher, nämlich einem sogenannten Rail eines Common-Rail-Einspritzsystems, oder aber ein Druck in einem Einzelspeicher eines Einspritzventils, insbesondere eines Injektors, herangezogen wird. Es ist auch möglich, dass der Einspritzdruck direkt in oder an dem Einspritzventil oder in einer Hochdruckleitung zu dem Einspritzventil gemessen wird.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das wenigstens eine Startkriterium ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Hochlaufzeit, nämlich einer Zeit, die von einem ersten Anlaufen der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen einer bestimmten Leerlaufdrehzahl verstreicht, einer Hochlauframpe, die vorzugsweise definiert ist durch die zum Ende des Startbetriebs zu erreichende, bestimmte Leerlaufdrehzahl sowie die Hochlaufzeit, einen gleichmäßigen Drehzahlaufbau, insbesondere einem asymptotischen Drehzahlverlauf im Startbetrieb ohne Überschwingen im Bereich der Leerlaufdrehzahl, einer Druckverlaufs-, Brennverlaufs- und/oder Heizverlaufsentwicklung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine während des Startbetriebs, einem Auftreten oder einer Entwicklung von Drehschwingungen während des Startbetriebs, einem Auftreten und/oder einer Entwicklung von Emissionen während des Startbetriebs, und einem Übergang von dem Startbetrieb in einen vorzugsweise geregelten Leerlaufbetrieb am Ende des Startbetriebs. Mithilfe von wenigstens einem dieser Startkriterien, vorzugsweise wenigstens zwei solcher Startkriterien, einer Mehrzahl der oder allen genannten Startkriterien kann ein geeignetes Startverhalten der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
Für die Hochlauframpe wird vorzugsweise ein linearer Verlauf, also ein linearer Anstieg der Drehzahl mit der Zeit bis zu der bestimmten Leerlaufdrehzahl angenommen. Dies entspricht einer sehr einfachen, wenig rechen- und speicherintensiven Annahme für die Hochlauframpe.
Das wenigstens eine erfasste Startkriterium wird vorzugsweise mit einem bestimmten Soll-Kriterium verglichen, beispielsweise wird eine tatsächliche Hochlaufzeit mit einer bestimmten Soll-Hochlaufzeit, oder eine tatsächliche Hochlauframpe mit einer bestimmten Soll-Hochlauframpe verglichen. Ist ein Drucksensor zur Druckindizierung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine vorgesehen, kann auch ein tatsächlich erfasster Druckverlauf und/oder ein insbesondere hieraus ermittelter Brenn- oder Heizverlauf oder die Entwicklung eines solchen Verlaufs über den Startbetrieb mit einer entsprechenden, bestimmten Soll-Entwicklung verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, einen Druck-, Brenn oder Heizverlauf über ein virtuelles Modell zu bestimmen und mit einem Soll-Verlauf oder einer Soll-Entwicklung zu vergleichen. Werden auftretende Drehschwingungen insbesondere in einem Antriebsstrang als Startkriterium herangezogen, sind vorzugsweise frequenzabhängige Grenzwerte für Amplituden der erfassten Drehschwingungen bestimmt. Bevorzugt werden die Drehschwingungen über ein Drehzahlsignal ausgewertet. Werden Emissionen oder eine Emissionsentwicklung der Brennkraftmaschine als Startkriterium herangezogen, sind vorzugsweise Soll-Entwicklungskurven und/oder Soll-Grenzwerte für die entsprechenden Emissionen bestimmt, mit denen die tatsächlich erfassten Emissionen verglichen werden. Im Fall eines Übergangs von dem gesteuerten Startbetrieb zu einem vorzugsweise geregelten Leerlaufbetrieb als Startkriterium wird vorzugsweise geprüft, ob die Brennkraftmaschine nach Erreichen der bestimmten Leerlaufdrehzahl abstirbt. Dies ist möglich, weil typischerweise beim Übergang von dem Startbetrieb in den geregelten Leerlaufbetrieb eine Kennfeldumschaltung durchgeführt wird, weil der Startbetrieb mithilfe anderer Kennfelder durchgeführt wird als der Dauerbetrieb im Leerlauf. Ist dabei insbesondere die am Ende des Startbetriebs erreichte Leerlaufdrehzahl zu klein, kann die Brennkraftmaschine absterben.
Anhand des Startkriteriums, insbesondere anhand eines Vergleichs des Startkriteriums mit einem bestimmten Soll-Kriterium wird der Startbetrieb bewertet, wobei der wenigstens eine Startparameter auf der Grundlage der Bewertung angepasst wird. Dabei ist es beispielsweise möglich, eine eingespritzte Brennstoffmasse und/oder einen Einspritzbeginn zu verändern, um die Hochlaufzeit, die Hochlauframpe, eine Druckverlaufsentwicklung, eine Brennverlaufsentwicklung, eine Heizverlaufsentwicklung, eine Drehschwingungsentwicklung und/oder eine Emissionsentwicklung der Brennkraftmaschine in geeigneter Weise zu beeinflussen, insbesondere dem vorherbestimmten Soll-Kriterium anzunähern. Wird ein Absterben der Brennkraftmaschine im Übergang zu dem geregelten Leerlaufbetrieb festgestellt, kann beispielsweise die bestimmte Leerlaufdrehzahl als Startparameter angehoben werden.
Über die derart vorgesehene Anpassung des Startparameters kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine insbesondere auf spezifische Randbedingungen angepasst werden.
Beispielsweise ist es möglich, dass ein Generator mit einem gegebenen Massenträgheitsmoment einmal mit einer Brennkraftmaschine, die sechs Zylinder aufweist, und ein anderes Mal mit einer Brennkraftmaschine, die zwölf Zylinder aufweist, betrieben werden soll. Aufgrund des gleichen Massenträgheitsmoments des Generators erfordert ein erfolgreicher Hochlauf der Brennkraftmaschine auf die bestimmte Leerlaufdrehzahl einen gleichen Energieaufwand – wobei das Reibmoment der Brennkraftmaschine selbst unberücksichtigt bleibt. Die Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern weist jedoch im Vergleich zu der Brennkraftmaschine mit zwölf Zylindern die halbe Anzahl von Brennräumen auf. Um einen gleichen Energieumsatz zu erreichen, muss daher bei der sechszylindrigen Brennkraftmaschine im Vergleich zu der zwölfzylindrigen Brennkraftmaschine eine doppelte Brennstoffmenge eingespritzt werden. Es ist dann möglich, dass die mit dieser Brennstoffmenge angesteuerte, sechszylindrige Brennkraftmaschine nicht sauber hochläuft oder direkt beim Starten abstirbt, weil mit der eingespritzten Brennstoffmenge kein geeigneter Brennverlauf realisiert werden kann, wobei im schlimmsten Fall kein zündfähiges Gemisch in dem Brennraum gebildet wird. Dies kann im Rahmen des Verfahrens erkannt werden, wobei die eingespritzte Brennstoffmenge dann entsprechend reduziert wird, um auch der sechszylindrigen Brennkraftmaschine ein geeignetes Hochlaufverhalten – dann gegebenenfalls mit verlängerter Hochlaufzeit und verringerter Steigung der Hochlauframpe – ermöglicht wird. Mithilfe des Verfahrens ist es also grundsätzlich möglich, sowohl die sechszylindrige Brennkraftmaschine als auch die zwölfzylindrige Brennkraftmaschine mit einer identischen Basiskonfiguration bezüglich der einzuspritzenden Brennstoffmenge bereitzustellen, wobei sich die konkrete Brennkraftmaschine dann mithilfe des Verfahrens an die vorliegenden Randbedingungen, hier also das Massenträgheitsmoment des Generators, anpasst. Ohne das Verfahren wäre eine solche identische Basiskonfiguration der verschiedenen Brennkraftmaschinen nicht möglich, weil ein geeignetes Hochlaufverhalten beider Brennkraftmaschinentypen, also zugleich der sechszylindrigen Brennkraftmaschine und auch der zwölfzylindrigen Brennkraftmaschine, nicht gewährleistet werden könnte.
Zu den im Rahmen des Verfahrens berücksichtigbaren Randbedingungen gehören auch die verwendeten Antriebsstrangvarianten, beispielsweise ein dieselelektrischer, ein dieselmechanischer oder ein dieselhydraulischer Antriebsstrang, die Art und Größe der angetriebenen Einrichtung, und/oder deren Schaltzustand beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine. Beispielsweise ist es möglich, dass eine angetriebene Einrichtung im Startbetrieb der Brennkraftmaschine abgekoppelt ist. Alternativ ist es möglich, dass eine angetriebene Einrichtung beim Startbetrieb der Brennkraftmaschine mitläuft, also bereits von der Brennkraftmaschine angetrieben werden muss. Dabei ist es wiederum möglich, dass die angetriebene Einrichtung während des Startbetriebs der Brennkraftmaschine lastfrei geschaltet ist und erst nach Erreichen der bestimmten Leerlaufdrehzahl unter Last kommt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die angetriebene Einrichtung bereits während des Startbetriebs der Brennkraftmaschine unter Last angetrieben werden muss. Es ist offensichtlich, dass diese variierenden Randbedingungen Einfluss auf das Startverhalten der Brennkraftmaschine und insbesondere auf den wenigstens einen Startparameter zum Erreichen eines geeigneten Hochlaufverhaltens haben. Das Verfahren ermöglicht eine flexible Anpassung der Brennkraftmaschine auf die konkret vorliegenden Randbedingungen durch geeignete Anpassung des Startparameters.
Weitere Randbedingungen, die gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich zu berücksichtigen sein können, sind auch eine Stromversorgung für eine Anlasseinrichtung der Brennkraftmaschine, beispielsweise der Zustand einer Spannungsquelle, insbesondere einer Anlassbatterie, insbesondere deren Alter und/oder Qualität, sowie ein Widerstand der Stromleitungen zwischen der Spannungsquelle und der Anlasseinrichtung. Auch eine Art und/oder Anzahl von Nebenabtrieben gehört/gehören zu diesen Randbedingungen. Auch eine Art und/oder Anzahl von Anlasseinrichtungen ist/sind im Rahmen des Verfahrens berücksichtigbar. Art, Anzahl und Zustand der Anlasseinrichtung(en) bestimmen dabei insbesondere eine Anfangsdrehzahl der Brennkraftmaschine für den Startbetrieb, von der ausgehend die Hochlauframpe beginnt.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren, insbesondere die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte, iterativ durchgeführt wird/werden. Auf diese Weise kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine schrittweise auf die vorliegenden und gegebenenfalls zeitlich variierenden Einflussgrößen angepasst werden. Der Startbetrieb wird dabei vorzugsweise erstmalig auf der Grundlage einer Basiskonfiguration für den wenigstens einen Startparameter durchgeführt, wobei der Startparameter am Ende des ersten Verfahrensdurchlaufs auf der Grundlage der vorgenommenen Bewertung angepasst wird. Bei einem folgenden Durchlauf des Verfahrens wird der Startbetrieb auf der Grundlage des im Rahmen des ersten Durchlaufs angepassten Startparameters durchgeführt, wobei eine weitere Anpassung auf der Grundlage der dann erfolgten Bewertung vorgenommen wird. Auf diese Weise wird das Verfahren iterativ fortgesetzt, wobei der Startparameter immer besser auf die tatsächlich vorliegenden Einflussgrößen angepasst wird. Auf diese Weise kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine in Hinblick auf konkret vorliegende Einflussgrößen optimiert werden. Auch kann sich das Startverhalten der Brennkraftmaschine mit der Zeit an variierende Einflussgrößen anpassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses iterativ zu Beginn eines ersten, konkreten Einsatzes der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Es ist dabei vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine vor einem Normalbetrieb einer Anlage, in der sie eingesetzt wird, mehrfach gestartet und wieder abgeschaltet wird, wobei bei jedem Start eine Iteration des Verfahrens durchgeführt wird. Dies erfolgt solange, bis ein im Rahmen vorherbestimmter Kriterien akzeptables Startverhalten erreicht ist. Es ist möglich, dass das Verfahren daraufhin im Normalbetrieb der Anlage nicht mehr durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich wird das Verfahren bevorzugt permanent während des gesamten Betriebs der Anlage, in der die Brennkraftmaschine eingesetzt wird, durchgeführt. Dabei wird vorzugsweise auf mehrmaliges Starten der Anlage zu Beginn des Betriebs verzichtet. Stattdessen wird der Startbetrieb quasi permanent über den Anlagenbetrieb durch fortgesetztes Iterieren des Verfahrens gelernt, wobei bei jedem Start der Brennkraftmaschine eine Anpassung des wenigstens einen Startparameters erfolgt. Dies ermöglicht nicht nur ein völlig unaufwändiges, störungsfreies Optimieren des Startverhaltens der Brennkraftmaschine im Anwendungsfeld während des Anlagenbetriebs, sondern darüber hinaus auch eine Anpassung des Startverhaltens der Brennkraftmaschine an sich mit der Zeit ändernde Einflussgrößen.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens eine Zustandsgröße der Brennkraftmaschine vor Durchführung des Startbetriebs erfasst und bei der Durchführung des Startbetriebs berücksichtigt wird. Dies ermöglicht einen auf einen konkret vorliegenden Zustand der Brennkraftmaschine angepassten Startbetrieb. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Startparameter in einem Kennfeld in Abhängigkeit von der erfassten Zustandsgröße hinterlegt. Es wird dann für den Wert der erfassten Zustandsgröße aus dem Kennfeld ein passender, zugeordneter Wert für den Startparameter ausgelesen und zur Durchführung des Startbetriebs verwendet. Es versteht sich, dass der Begriff „Wert“ hier nicht notwendig eindimensional gemeint ist. Der Startparameter ist nämlich nicht notwendig skalarwertig, sondern kann auch vektorwertig oder matrixwertig sein, wobei in diesem Fall als „Wert“ für den Startparameter eine Mehrzahl von Parameterwerten aus dem Kennfeld ausgelesen wird. Es ist auch möglich, dass der Startparameter als insbesondere in Form diskreter Wertepaare hinterlegte Funktion gegeben ist, wobei für jeden Wert der Zustandsgröße in dem Kennfeld eine bestimmte Funktion als Startparameter hinterlegt ist. In diesem Fall wird die jeweils der Zustandsgröße zugeordnete Funktion aus dem Kennfeld ausgelesen. Nur der einfacheren Darstellung wegen wird hier und im Folgenden in Zusammenhang mit dem Startparameter von einem „Wert“ gesprochen.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens eine Zustandsgröße der Brennkraftmaschine während des Startbetriebs erfasst und bei der Anpassung des Startparameters berücksichtigt wird. Insbesondere wird dabei der angepasste Startparameter vorzugsweise in einem Kennfeld in Abhängigkeit der erfassten Zustandsgröße hinterlegt.
Insgesamt wird demnach eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher der wenigstens eine Startparameter in Abhängigkeit von der erfassten Zustandsgröße ermittelt – vorzugsweise nämlich aus dem Kennfeld ausgelesen – wird, und/oder wobei der angepasste Startparameter in Abhängigkeit von der erfassten Zustandsgröße hinterlegt wird. Auf diese Weise kann das Startverhalten der Brennkraftmaschine sehr flexibel auf einen konkret vorliegenden und sich gegebenenfalls zeitlich ändernden Zustand der Brennkraftmaschine, insbesondere auf Umgebungsbedingungen derselben, wie beispielsweise veränderte Druck- und/oder Temperaturbedingungen, angepasst werden. Durch die zustandsgrößenabhängige Hinterlegung des Startparameters in einem Kennfeld existieren quasi verschiedene Kennfeldbereiche für verschiedene Umgebungsbedingungen, beispielsweise für verschiedene Drücke und/oder Temperaturen. Damit ist es insbesondere auch möglich, bestimmte klimatische Einsatzbedingungen der Brennkraftmaschine oder im Jahresverlauf variierende Klimabedingungen zu berücksichtigen, wobei beispielsweise ohne weiteres im Sommer auf einen anderen Kennfeldbereich zurückgegriffen wird als im Winter.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Zustandsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Ladelufttemperatur, einer Kühlwassertemperatur, einer Schmiermitteltemperatur, insbesondere einer Öltemperatur, einer Brennstofftemperatur und einem Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine. Dabei bestimmt der Umgebungsdruck insbesondere einen Druck der von der Brennkraftmaschine angesaugten Ladeluft und somit insbesondere ein Ansaugdruckniveau für eine Verdichtereinrichtung der Brennkraftmaschine. Mithilfe wenigstens einer dieser Zustandsgrößen, vorzugsweise mithilfe einer Kombination von wenigstens zwei, bevorzugt von einer Mehrzahl der Zustandsgrößen, sind Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine, mithin Betriebsbedingungen derselben, die für das Startverhalten relevant sind, erfassbar, sodass das Startverhalten der Brennkraftmaschine im Rahmen des Verfahrens auf diese Umgebungsbedingungen abgestimmt werden kann. Letztlich kann so mithilfe des Verfahrens ein optimales Startverhalten unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen gewährleistet werden.
Es zeigt sich Folgendes: Das Startverhalten der Brennkraftmaschine unterliegt dem Einfluss einer Vielzahl von Einflussgrößen, wobei hier und im Folgenden unterschieden wird zwischen Zustandsgrößen einerseits und Randbedingungen andererseits.
Dabei wird unter einer „Zustandsgröße“ eine Einflussgröße verstanden, die durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine entweder direkt mittels eines Sensors oder mittelbar als abgeleitete Größe aus einer Messung einer anderen Zustandsgröße in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine erfassbar ist. Beispielsweise ist es möglich, dass eine Brennkraftmaschine einen Temperatursensor zur Erfassung der Ladelufttemperatur und/oder einen Temperatursensor zur Erfassung der Kühlwassertemperatur aufweist. Diese beiden Zustandsgrößen sind somit bevorzugt unmittelbar erfassbar. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine keine Temperatursensoren für die Schmiermitteltemperatur und die Brennstofftemperatur aufweist. Diese Größen sind aber durch das Steuergerät insbesondere aus der erfassten Kühlwassertemperatur ableitbar.
Unter einer „Randbedingung“ wird demgegenüber eine Einflussgröße verstanden, die nicht durch das Steuergerät unmittelbar oder mittelbar erfasst werden kann. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Konfiguration der angetriebenen Einrichtung, beispielsweise das Massenträgheitsmoment und/oder das Reibmoment einer angetriebenen Einrichtung, beispielsweise eines Generators, eine Zahl und/oder Art von Nebenabtrieben, den Zustand der Stromversorgung für eine Anlasseinrichtung, oder den Zustand der Anlasseinrichtung. Als Randbedingung(en) kann/können auch das Massenträgheitsmoment und/oder das Reibmoment der Brennkraftmaschine selbst angesehen werden.
Ein Alter, eine Lebensdauer oder ein Zustand der Brennkraftmaschine oder einer Komponente derselben kann entweder als Randbedingung oder als Zustandsgröße Eingang in das Verfahren finden, je nachdem, ob die Größe in dem Steuergerät unmittelbar erfasst oder nur indirekt über das Startkriterium berücksichtigt wird.
Zustandsgrößen werden im Rahmen des Verfahrens vorzugsweise direkt berücksichtigt, indem sie erfasst und bei der Durchführung des Startbetriebs und/oder der Anpassung des Startparameters herangezogen werden. Randbedingungen werden dagegen indirekt im Rahmen des Verfahrens berücksichtigt, indem sie sich auf das erfasste Startkriterium und damit auf die Bewertung des Startbetriebs auswirken. Somit zeigt sich, dass im Rahmen des Verfahrens eine Vielzahl von Einflussgrößen, nämlich sowohl von Zustandsgrößen als auch von Randbedingungen, berücksichtigbar sind.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens ein – vorzugsweise unveränderliches – Basiskennfeld für den parametergesteuerten Startbetrieb verwendet wird, wobei der wenigstens eine Startparameter angepasst wird, indem wenigstens ein von dem Basiskennfeld verschiedenes Korrekturkennfeld bedatet wird. Dies stellt eine besonders ökonomische und einfache Ausführungsform des Verfahrens dar, insbesondere weil jede Brennkraftmaschine mit demselben Basiskennfeld ausgestattet und ausgeliefert werden kann, unabhängig von deren tatsächlicher Verwendung. Der für den Startbetrieb verwendete Startparameter wird vorzugsweise von dem Steuergerät der Brennkraftmaschine ermittelt, indem ein aus dem Basiskennfeld ausgelesener Wert mit einem aus dem Korrekturkennfeld ausgelesenen Wert verrechnet wird. Dies kann beispielsweise multiplikativ oder additiv erfolgen. Im Auslieferungszustand der Brennkraftmaschine ist dabei das Korrekturkennfeld vorzugsweise mit neutralen Werten bedatet, also beispielsweise im Fall einer additiven Verknüpfung mit dem Wert 0 und im Fall einer multiplikativen Verknüpfung mit dem Wert 1. Im Rahmen des Verfahrens, insbesondere während einer iterativen Durchführung desselben, wird das Korrekturkennfeld nach und nach mit von den neutralen Werten abweichenden Korrekturwerten bedatet, sodass für den Startbetrieb angepasste Werte für den Startparameter herangezogen werden können. Bevorzugt sind dabei Werte für den Startparameter in dem Basiskennfeld abhängig von wenigstens einer Zustandsgröße hinterlegt. So kann das Basiskennfeld beispielsweise verschiedene Kennfeldbereiche für verschiedene Ladeluft- und/oder Kühlwassertemperaturen aufweisen. Je nach klimatischen Bedingungen oder Jahreszeitbedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine wird dann der Startparameter im Startbetrieb aus einem anderen Kennfeldbereich des Basiskennfelds ausgelesen. Alternativ oder zusätzlich wird das Korrekturkennfeld vorzugsweise abhängig von wenigstens einer Zustandsgröße bedatet. Insoweit weist auch das Korrekturkennfeld bevorzugt verschiedene Kennfeldbereiche in entsprechender Weise auf. Damit ist es auch möglich, über verschiedene Kennfeldbereiche einen Kaltstart der Brennkraftmaschine von einem Warmstart zu unterscheiden und den Startbetrieb hierauf geeignet anzupassen.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als Startkriterium eine tatsächliche Hochlaufzeit der Brennkraftmaschine auf eine bestimmte Leerlaufdrehzahl erfasst wird, mithin eine Zeit, die von einem ersten Anlaufen der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen der bestimmten Leerlaufdrehzahl vergeht. Die tatsächliche Hochlaufzeit wird mit einer bestimmten Soll-Hochlaufzeit verglichen. Auf diese Weise wird der Startbetrieb der Brennkraftmaschine bewertet. Der wenigstens eine Startparameter wird auf der Grundlage des Vergleichs der tatsächlichen Hochlaufzeit mit der Soll-Hochlaufzeit so angepasst, dass die tatsächliche Hochlaufzeit der Soll-Hochlaufzeit angenähert wird. Insbesondere durch iterative Anwendung des Verfahrens kann so schließlich die tatsächliche Hochlaufzeit möglichst genau der Soll-Hochlaufzeit angenähert und damit der Startbetrieb optimiert werden. Die Soll-Hochlaufzeit ist dabei – vorzugsweise in einem Kennfeld – hinterlegt. Insbesondere ist es möglich, dass die Soll-Hochlaufzeit in Abhängigkeit von wenigstens einer Zustandsgröße in dem Kennfeld hinterlegt ist. Vorzugsweise wird eine einmalig im Rahmen eines Prüfstandsversuchs optimierte Soll-Hochlaufzeit verwendet, die einen geeigneten, insbesondere optimalen Startbetrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein tatsächlicher Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine während des Startbetriebs erfasst wird. Insoweit wird der tatsächliche Drehzahlverlauf als Startkriterium herangezogen. Der tatsächliche Drehzahlverlauf wird mit einem bestimmten Soll-Drehzahlverlauf verglichen. Dadurch wird der Startbetrieb anhand des Startkriteriums bewertet. Der wenigstens eine Startparameter wird so auf der Grundlage des Vergleichs angepasst, dass der tatsächliche Drehzahlverlauf dem Soll-Drehzahlverlauf angenähert wird.
Während die Verwendung der Hochlaufzeit als Startkriterium eine besonders einfache, schnelle und effektive Durchführung des Verfahrens ermöglicht, ist auf der Grundlage des Drehzahlverlaufs als Startkriterium eine genauere Bewertung des Startbetriebs und damit eine verbesserte Optimierung des Startverhaltens der Brennkraftmaschine möglich. Der Soll-Drehzahlverlauf ist vorzugsweise in einem Kennfeld, insbesondere abhängig von wenigstens einer Zustandsgröße, hinterlegt. Es ist möglich, dass der Soll-Drehzahlverlauf anhand von Prüfstandsversuchen ermittelt ist. Vorzugsweise ist der Soll-Drehzahlverlauf charakterisiert durch eine bestimmte Soll-Leerlaufdrehzahl, die zum Ende des Startbetriebs erreicht wird, und eine bestimmte Soll-Hochlaufzeit, die bis zum Erreichen der Soll-Leerlaufdrehzahl vergeht. Bei einer besonders einfachen und effektiven Version des Verfahrens wird dabei als Soll-Drehzahlverlauf eine lineare Drehzahlrampe angenommen, die sich ohne weiteres aus der Soll-Leerlaufdrehzahl und der Soll-Hochlaufzeit ergibt, sodass es zur Charakterisierung des Soll-Drehzahlverlaufs genügt, die Soll-Leerlaufdrehzahl und die Soll-Hochlaufzeit – vorzugsweise in einem Kennfeld – zu hinterlegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zur iterativen Anpassung des wenigstens einen Startparameters ein lineares Modell herangezogen, wobei ein angepasster Wert für den Startparameter aus dem in der vorhergehenden Iteration verwendeten Wert für den Startparameter berechnet wird, indem zu diesem Wert ein Additionsterm addiert wird, der sich aus einer Abweichung des tatsächlich erfassten Drehzahlverlaufs zu dem Soll-Drehzahlverlauf ergibt, vorzugsweise aus einem Produkt der Differenz des tatsächlichen Drehzahlverlaufs zu dem Soll-Drehzahlverlauf mit einem Lernfaktor. Besonders bevorzugt werden der Startparameter ebenso wie der Drehzahlverlauf als zeitabhängige Größe betrachtet, wobei auch die Differenz des Soll-Drehzahlverlaufs zu dem tatsächlichen Drehzahlverlauf als zeitabhängige Größe betrachtet und mit dem Lernfaktor multipliziert wird. Der Start-Parameter ist vorzugsweise eine vektorwertige, also mehrdimensionale Größe, wobei in diesem Fall als Lernfaktor bevorzugt eine Lernmatrix verwendet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Lernfaktor oder die Lernmatrix selbst ebenfalls optimiert, wobei eine Variation des Lernfaktors oder der Lernmatrix auch eine zusätzliche Eingriffsmöglichkeit zur Veränderung des Lernalgorithmus, insbesondere zur Gewichtung verschiedener Parameter, darstellt. Insofern ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Bedienperson der Brennkraftmaschine auf den Lernfaktor oder die Lernmatrix zugreifen und diese verändern kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehzahlverlauf und dem Soll-Drehzahlverlauf gefiltert wird. Dabei wird insbesondere eine Gewichtung der Abweichungen durchgeführt, wobei stärkere Abweichungen gedämpft berücksichtigt, also geringer gewichtet werden, während geringere Abweichungen stärker gewichtet, insbesondere unverändert berücksichtigt werden. Diese Vorgehensweise soll ein Überschwingen des iterativen Lernverfahrens dämpfen oder vermeiden, sodass sich das Startverhalten der Brennkraftmaschine möglichst asymptotisch und gleichmäßig einem optimalen Verhalten annähert.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Soll-Drehzahlverlauf anhand von wenigstens einem Startkriterium angepasst wird. Insbesondere wird bevorzugt die zu erreichende Soll-Leerlaufdrehzahl anhand des wenigstens einen Startkriteriums angepasst. Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise die Soll-Hochlaufzeit anhand des wenigstens einen Startkriteriums angepasst. Beispielsweise ist es möglich, dass in diesem Zusammenhang als Startkriterium ein Übergang von dem gesteuerten Startbetrieb in den vorzugsweise geregelten Leerlaufbetrieb herangezogen wird, wobei beispielsweise die Soll-Leerlaufdrehzahl erhöht wird, wenn ein Absterben der Brennkraftmaschine beim Übergang in den Leerlaufbetrieb festgestellt wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12 geschaffen wird. Das Steuergerät zeichnet sich dadurch aus, dass es eingerichtet ist zur Durchführung von einer der zuvor genannten Ausführungsformen des Verfahrens. Damit ergeben sich in Zusammenhang mit dem Steuergerät die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Es ist möglich, dass das Steuergerät als Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine (Engine Control Unit – ECU) ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, dass das Steuergerät als separates Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen ist.
Das Verfahren ist vorzugsweise in eine elektronische Struktur, insbesondere eine Hardwarestruktur, des Steuergeräts implementiert. Alternativ ist es möglich, dass ein Computerprogrammprodukt in das Steuergerät geladen ist, welches Anweisungen aufweist, aufgrund derer das Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät läuft.
Das Steuergerät weist vorzugsweise eine Schnittstelle zur Verbindung mit wenigstens einem Sensor zur Erfassung des wenigstens einen Startkriteriums auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Steuergerät vorzugsweise wenigstens eine Schnittstelle zu einem Sensor zur Erfassung von wenigstens einer Zustandsgröße auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Steuergerät vorzugsweise wenigstens eine Schnittstelle zu einem Aktor zur Vorgabe von wenigstens einem Startparameter auf. Vorzugsweise ist auch wenigstens eine Schnittstelle an dem Steuergerät vorgesehen, mit der das Steuergerät mit einem Sensor zur Erfassung von wenigstens einem Startparameter wirkverbunden ist, sodass eine Rückkopplung in der Ansteuerung des wenigstens einen Startparameters realisiert werden kann. Insbesondere ist vorzugsweise eine Regelung des wenigstens einen Startparameters möglich.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13 geschaffen wird. Diese zeichnet sich durch ein Steuergerät nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Damit verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Steuergerät erläutert wurden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine weist wenigstens einen Sensor zur Erfassung von wenigstens einem Startkriterium auf. Der Sensor ist vorzugsweise mit dem Steuergerät wirkverbunden. Insbesondere weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise einen Drehzahlsensor zur Erfassung einer Drehzahl oder eines Drehzahlverlaufs und/oder zur Erfassung von Drehschwingungen und/oder einer Drehschwingungsentwicklung auf. Mithilfe des Drehzahlsensors ist es auch möglich, ein Absterben der Brennkraftmaschine beim Übergang von dem gesteuerten Startbetrieb in den vorzugsweise geregelten Leerlaufbetrieb zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen Abgassensor zur Erfassung wenigstens eines Emissionswerts auf. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine wenigstens einen Brennraumdrucksensor zur Erfassung eines Druckverlaufs in einem Brennraum, insbesondere zur Druckindizierung aufweist, wobei das Steuergerät bevorzugt eingerichtet ist zur Berechnung eines Brenn- und/oder Heizverlaufs aus dem erfassten Druckverlauf. Das Steuergerät weist vorzugsweise wenigstens eine Zeitmesseinrichtung auf, um beispielsweise die Hochlaufzeit oder auch zeitabhängige Verläufe erfassen zu können.
Alternativ oder zusätzlich weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen Sensor zur Erfassung von wenigstens einer Zustandsgröße auf. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Ladelufttemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung einer Schmiermitteltemperatur und/oder einer Brennstofftemperatur aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Steuergerät eingerichtet ist zur Berechnung einer Schmiermitteltemperatur und/oder einer Brennstofftemperatur aus einer mittels eines Temperatursensors erfassten Kühlwassertemperatur. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine einen Drucksensor zur Umfassung eines Umgebungsdrucks aufweist.
Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise wenigstens einen Aktor zur Vorgabe wenigstens eines Startparameters auf. Insbesondere ist bevorzugt ein Injektor zur Vorgabe einer eingespritzten Brennstoffmasse vorgesehen. Das Steuergerät ist vorzugsweise eingerichtet zur Vorgabe eines Einspritzbeginns. Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt eine ansteuerbare Brennstoff-Hochdruckpumpe zur Vorgabe eines Einspritzdrucks auf. Das Steuergerät ist vorzugsweise eingerichtet zur Vorgabe einer Anzahl von Einspritzereignissen pro Arbeitsspiel. Das Steuergerät ist vorzugsweise eingerichtet zur Vorgabe, insbesondere zur Regelung einer bestimmten Leerlaufdrehzahl.
Alternativ oder zusätzlich weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen Sensor zur Erfassung von wenigstens einem Startparameter, insbesondere für eine Rückkopplung des wenigstens einen Startparameters auf. Insbesondere wist die Brennkraftmaschine vorzugsweise wenigstens einen Drucksensor zur Erfassung eines Einspritzdrucks auf. Dieser kann als Raildrucksensor, als Einzelspeicherdrucksensor, als Injektordrucksensor oder als Drucksensor an einer Hochdruckleitung für den Brennstoff ausgebildet sein. Eine eingespritzte Brennstoffmasse und/oder ein Einspritzbeginn sind besonders bevorzugt in dem Steuergerät durch Auswertung eines Brennstoffdruckverlaufs während eines Einspritzereignisses bestimmbar. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Einspritzbeginn und/oder die eingespritzte Brennstoffmasse aus elektrischen Ansteuergrößen für ein Einspritzventil, insbesondere aus einem Bestromungsbeginn und/oder einer Bestromungsdauer, berechenbar sind. Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen Drehzahlsensor auf, der insbesondere zur Erfassung einer Leerlaufdrehzahl, die als Startparameter verwendet wird, herangezogen wird.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 14 geschaffen wird. Die Anlage weist eine angetriebene Einrichtung und eine mit der angetriebenen Einrichtung zu deren Antrieb wirkverbundene Antriebseinrichtung aus. Die Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebseinrichtung als Brennkraftmaschine nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Damit verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Anlage die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren, dem Steuergerät und der Brennkraftmaschine erläutert wurden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Anlage ist die angetriebene Einrichtung als Generator zur Stromerzeugung, insbesondere für den Spitzenlastbetrieb und/oder den Notstrombetrieb ausgebildet. Alternativ ist es möglich, dass die angetriebene Einrichtung als Pumpe, beispielsweise zur Förderung von Erdöl, zur Verwendung in einem Fracking-Verfahren zur Erdgasförderung, als Feuerlöschpumpe, insbesondere auf einer Bohrinsel, als Pumpe im Bereich des Bergbaus, oder in anderer Weise ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, dass die angetriebene Einrichtung als Kompressor, insbesondere als Luftkompressor oder als Klimakompressor ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, dass die angetriebene Einrichtung als Antriebsstrang für eine Maschine ausgebildet ist. Dabei ist es möglich, dass der Antriebsstrang als dieselelektrischer, als dieselmechanischer oder als dieselhydraulischer Antriebsstrang ausgebildet ist. Der Antriebsstrang kann dem Antrieb eines Häckslers oder einer Baumaschine, oder einer anderen Maschine dienen. Insbesondere kann der Antriebsstrang dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienen, beispielsweise dem Antrieb eines schweren Nutzfahrzeugs, beispielsweise eines Muldenkippers, eines Baggers oder eines anderen Baufahrzeugs, eines Lastkraftwagens, eines Wasserfahrzeugs, insbesondere eines Schiffs, oder eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers oder eines Artilleriefahrzeugs.
Die Beschreibungen des Verfahrens, des Steuergeräts, der Brennkraftmaschine und der Anlage sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale des Steuergeräts, der Brennkraftmaschine und/oder der Anlage, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Steuergeräts, der Brennkraftmaschine und/oder der Anlage. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit im Zusammenhang mit dem Steuergerät, der Brennkraftmaschine und/oder der Anlage erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Das Steuergerät, die Brennkraftmaschine und/oder die Anlage zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Steuergeräts, der Brennkraftmaschine oder der Anlage bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anlage;
2 eine schematische, diagrammatische Darstellung eines Betriebs einer Brennkraftmaschine;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramm;
4 eine schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens, und
5 eine schematische Detaildarstellung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anlage 1, die eine Antriebseinrichtung 2, nämlich eine Brennkraftmaschine 3 aufweist, wobei die Brennkraftmaschine 3 mit einer angetriebenen Einrichtung 5 zu deren Antrieb wirkverbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Anlage 1 ist die angetriebene Einrichtung 5 als Generator ausgebildet. Ein Startverhalten der Brennkraftmaschine 3 wird von einer Vielzahl von Einflussgrößen 7 beeinflusst. Dabei kann unterschieden werden zwischen Randbedingungen 9, die quasi außerhalb der eigentlichen Sphäre der Brennkraftmaschine 3 liegen und durch ein Steuergerät 11 der Brennkraftmaschine 3 weder unmittelbar noch mittelbar erfassbar sind, und Zustandsgrößen 13, die der Brennkraftmaschine 3 im engeren Sinne und/oder deren Umgebung zugeordnet sind, wobei die Zustandsgrößen 13 in dem Steuergerät 11 unmittelbar oder mittelbar erfassbar sind.
Die Randbedingungen 9 umfassen beispielsweise Konfigurationen der Anlage 1 und insbesondere der angetriebenen Einrichtung 5, sowie Konfigurationen von Peripherieeinrichtungen der Brennkraftmaschine 3. Beispielsweise umfassen die Randbedingungen 9 einen Zustand einer Stromversorgung 15 für eine Anlasseinrichtung der Brennkraftmaschine 3, beispielsweise den Ladezustand eines Akkumulators oder einer Batterie, ein Alter des Akkumulators oder der Batterie, einen Widerstand von Stromleitungen von einer Spannungsquelle zu der Anlasseinrichtung, und/oder ähnliche Bedingungen. Weiterhin umfassen die Randbedingungen 9 beispielsweise ein Massenträgheitsmoment 17 der als Generator ausgebildeten, angetriebenen Einrichtung 5, eine Art und/oder Anzahl von Nebenabtrieben 19, die beispielsweise zum Antrieb von Hilfseinrichtungen für die Brennkraftmaschine 3, beispielsweise eine Schmiermittelpumpe oder eine ähnliche Einrichtung, vorgesehen sind, sowie einen Zustand einer Anlasseinrichtung 21, beispielsweise eine Anzahl von Anlasseinrichtungen und/oder eine Alterung der Anlasseinrichtung. Insbesondere, wenn für eine Mehrzahl von Typen verschiedener Brennkraftmaschinen derselbe Anlasser verwendet wird, ist es möglich, dass für größere Brennkraftmaschinen eine Mehrzahl von Anlassern, insbesondere zwei Anlasser, parallel geschaltet werden. Der Zustand der Stromversorgung 15 und der Anlasseinrichtung 21 bestimmt wesentlich eine Anlasserdrehzahl für die Brennkraftmaschine 3, mithin eine Anlaufdrehzahl, von welcher ausgehend der Startbetrieb beginnt.
Als weitere, hier nicht explizit dargestellte Randbedingung(en) tritt/treten insbesondere das Reibmoment der angetriebenen Einrichtung 5, deren Schaltzustand im Startbetrieb der Brennkraftmaschine 3, und/oder deren Lastzustand im Startbetrieb hinzu. Auch das Massenträgheitsmoment und/oder das Reibmoment der Brennkraftmaschine 3 selbst ist typischerweise – obwohl eine direkte Eigenschaft der Brennkraftmaschine 3 – den Randbedingungen 9 zuzuordnen, da es typischerweise nicht unmittelbar oder mittelbar durch das Steuergerät 11 erfassbar ist.
Den Zustandsgrößen 13 ist/sind insbesondere eine Ladelufttemperatur 23, eine Kühlwassertemperatur 25, eine Schmiermitteltemperatur, insbesondere Öltemperatur 27 der Brennkraftmaschine 3, und/oder eine Brennstofftemperatur 29 zuzurechnen. Dabei weist die Brennkraftmaschine 3 vorzugsweise Temperatursensoren für die Ladelufttemperatur und die Kühlwassertemperatur 25 auf. Hierbei handelt es sich somit um unmittelbar von dem Steuergerät 11 erfassbare Zustandsgrößen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 3 sind keine eigenen Temperatursensoren zur Erfassung der Öltemperatur 27 und der Brennstofftemperatur 29 vorgesehen. Vielmehr ist das Steuergerät 11 bevorzugt eingerichtet, um diese Zustandsgrößen mittelbar aus der erfassten Kühlwassertemperatur 25 abzuleiten. Zu den Zustandsgrößen 13 gehört typischerweise auch ein hier nicht explizit aufgeführter Umgebungsdruck, wobei die Brennkraftmaschine 3 vorzugsweise einen Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdrucks erfasst, sodass auch dieser unmittelbar in dem Steuergerät 11 zur Verfügung steht.
Die Zustandsgrößen 13 und die Randbedingungen 9 beeinflussen als Einflussgrößen 7 das Startverhalten der Brennkraftmaschine 3, wobei dieses weiterhin auch von einer Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 3 abhängt.
Wird eine Mehrzahl von Kombinationen von Brennkraftmaschine 3 desselben Typs mit verschiedenen angetriebenen Einrichtungen 5, oder auch von Kombinationen verschiedener Brennkraftmaschinen 3 mit demselben Typ einer angetriebenen Einrichtung 5 eingesetzt, ist es nicht möglich, einen optimalen, parametergesteuerten Startbetrieb mit einer einzigen Parametrierung für alle Brennkraftmaschinen 3 durchzuführen, da sich die Einflussgrößen 7 von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterscheiden. Eine Konfiguration des Startverhaltens der Brennkraftmaschine 3 auf dem Prüfstand für jeden einzelnen Anwendungsfall ist allerdings aufwendig und kostenintensiv.
Dieses Dilemma wird mithilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens gelöst, wobei ein parametergesteuerter Startbetrieb für die Brennkraftmaschine 3 auf der Grundlage von wenigstens einem Startparameter durchgeführt wird. Dabei wird wenigstens ein Startkriterium erfasst, und der Startbetrieb wird anhand des wenigstens einen Startkriteriums bewertet. Der wenigstens eine Startparameter wird auf der Grundlage der Bewertung angepasst. Das Verfahren wird vorzugsweise iterativ durchgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, die Randbedingungen 9 indirekt über die Bewertung des Startbetriebs anhand des wenigstens einen Startkriteriums, und die Zustandsgrößen 13 entweder auch indirekt über die Bewertung oder aber bevorzugt direkt über die Erfassung wenigstens einer Zustandsgröße und deren Berücksichtigung bei der Durchführung des Startbetriebs und/oder bei der Anpassung des Startparameters, zu berücksichtigen. Das Startverhalten der Brennkraftmaschine kann so – insbesondere iterativ – optimiert werden. Es wird dabei auf die jeweilige Konfiguration der Anlage 1 – vorzugsweise ausgehend von einer Basiskalibrierung für die Brennkraftmaschine 3 – bei jedem Motorstart weiter optimiert beziehungsweise angepasst. Dabei erfolgt die Optimierung durch das Suchen eines im Sinne eines Optimierungskriteriums optimalen Wertes für den wenigstens einen Startparameter, mit dem der Startvorgang dann bedatet und durchgeführt wird. Es ist so möglich, eine Vielzahl von Brennkraftmaschinen 3 mit standardisiertem Datensatz, insbesondere einem Basiskennfeld für den wenigstens einen Startparameter, auszuliefern, wobei sich dieser Datensatz im Anwendungsfeld selbständig anpasst. Dabei wird bevorzugt das Basiskennfeld nicht überschrieben oder verändert, sondern die Veränderung des Datensatzes für den Startparameter erfolgt über eine Bedatung wenigstens eines Korrekturkennfelds, wobei zur Ermittlung des konkret verwendeten Startparameters durch das Steuergerät 11 das Basiskennfeld mit dem Korrekturkennfeld – vorzugsweise additiv oder multiplikativ – verknüpft wird.
Wird das Verfahren dauerhaft iterativ durchgeführt, ist auch eine Anpassung an zeitlich schwankende Einflussgrößen 7, insbesondere an zeitlich schwankende Zustandsgrößen 13, beispielsweise sich periodisch ändernde, klimatische Bedingungen, möglich.
2 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung eines Startvorgangs für die Brennkraftmaschine 3. Dargestellt ist ein Diagramm, in dem eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine 3 aufgetragen ist gegen die Zeit t. Zur besseren Verdeutlichung ist eine Drehzahl n = 0 relativ zu der Zeitachse versetzt eingezeichnet. Zu einem Zeitpunkt t₀ beginnt der Startvorgang, typischerweise indem eine Anlasseinrichtung, die der Brennkraftmaschine 3 zugeordnet ist, bestromt wird. Eine Erfassung der Drehzahl n beginnt zu einem Zeitpunkt t₁, wobei nun eine Drehzahl n₁ erfasst wird, welche der Anlasserdrehzahl entspricht. Zwischen dem Zeitpunkt t₁ und einem Zeitpunkt t₂ wird eine sogenannte Anlasserfahrt durchgeführt, was bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 3 von der Anlasseinrichtung angetrieben wird. Zu dem Zeitpunkt t₂ springt die Brennkraftmaschine 3 an, wobei die Drehzahl von dem Zeitpunkt t₂ bis zu einem Zeitpunkt t₃ entlang einer Hochlauframpe von der Anlasserdrehzahl n₁ bis zu einer bestimmten Leerlaufdrehzahl n₂ hochläuft. Diese Rampe wird auch als Hochlauframpe bezeichnet. In einem Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t₃, zu dem die Brennkraftmaschine 3 erstmals die bestimmte Leerlaufdrehzahl n₂ erreicht, bis zu einem Zeitpunkt t₄ erfolgt ein Übergang zwischen dem gesteuerten Startbetrieb und einem geregelten Leerlaufbetrieb, der sich an den Zeitpunkt t₄ anschließt und fortdauert, bis die Brennkraftmaschine 3 unter Last gesetzt wird. In der Übergangsphase zwischen dem Zeitpunkt t₃ und dem Zeitpunkt t₄ erfolgt vorzugsweise eine Kennfeldumschaltung von dem wenigstens einen, für den gesteuerten Startbetrieb verwendeten Kennfeld, auf wenigstens ein Kennfeld, welches zur Regelung des Leerlaufbetriebs verwendet wird. Insbesondere dabei ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine 3 abstirbt, wenn die Leerlaufdrehzahl n₂ zu niedrig gewählt ist.
Ziel des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist es insbesondere, ein definiertes, optimales Hochlaufen der Brennkraftmaschine 3 zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₃ unabhängig von den konkret vorliegenden Einflussgrößen 7 zu gewährleisten. Dies wird insbesondere durch die iterative Anpassung des wenigstens einen Startparameters sichergestellt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens nach Art eines Flussdiagramms. Dabei ist hier schematisch noch ein dem eigentlichen Verfahren vorgelagerter, erster Schritt S1 dargestellt, in dem das Steuergerät 11 mit einem Basiskennfeld für den gesteuerten Startbetrieb bedatet wird. Dieses Basiskennfeld ist vorzugsweise für alle Brennkraftmaschinen 3, insbesondere für alle Typen von Brennkraftmaschinen 3 und für alle Zylindervarianten identisch. Beispielsweise wird dasselbe Basiskennfeld bevorzugt sowohl für eine sechszylindrige Brennkraftmaschine 3 als auch für eine zwölfzylindrige Brennkraftmaschine 3 verwendet.
In einem zweiten Schritt S2, der für das hier vorgeschlagene Verfahren eigentlich der erste Schritt ist, wird der Startbetrieb für die Brennkraftmaschine 3 begonnen. Während des Startbetriebs wird in einem dritten Schritt S3 wenigstens ein Startkriterium erfasst, welches in einem vierten Schritt S4 verwendet wird, um den Startbetrieb zu bewerten. Dabei wird das Startkriterium insbesondere mit einem bestimmten Soll-Startkriterium verglichen, wobei die Bewertung des Startbetriebs anhand einer Abweichung des tatsächlichen Startkriteriums von dem Soll-Startkriterium vorgenommen wird.
In einem fünften Schritt S5 wird schließlich der wenigstens eine Startparameter auf der Grundlage der in dem vierten Schritt S4 vorgenommenen Bewertung angepasst. Das Verfahren wird bevorzugt iterativ durchgeführt, was hier durch eine Schleife S6 angedeutet ist. Ein erneuter Start der Brennkraftmaschine 3 in dem erneut durchgeführten, zweiten Schritt S2 erfolgt dabei auf der Grundlage des angepassten Startparameters, wobei wiederum die weiteren Schritte S3, S4 durchgeführt werden, und in dem fünften Schritt S5 der Startparameter erneut anhand der weiteren Bewertung des Startbetriebs angepasst wird. Das Startverhalten der Brennkraftmaschine 3 wird so durch iteratives Anpassen des Startparameters auf der Grundlage des wenigstens einen vorherbestimmten Starkriteriums optimiert.
4 zeigt eine schematische Detaildarstellung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Dabei wird im Rahmen dieser Ausführungsform des Verfahrens als Startkriterium eine tatsächliche Hochlaufzeit der Brennkraftmaschine auf die bestimmte Leerlaufdrehzahl n₂ erfasst, wobei die tatsächliche Hochlaufzeit mit einer bestimmten Soll-Hochlaufzeit verglichen wird, wobei der wenigstens eine Startparameter auf der Grundlage des Vergleichs so angepasst wird, dass die tatsächliche Hochlaufzeit der Soll-Hochlaufzeit angenähert wird.
Konkret zeigt sich Folgendes: In einem ersten Schritt S401 wird wenigstens eine Zustandsgröße erfasst. In einem zweiten Schritt S402 wird anhand der erfassten Zustandsgröße wenigstens ein Startparameter aus einem Kennfeld ausgelesen, und der Startbetrieb der Brennkraftmaschine 3 wird durchgeführt. Dabei ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine 3 auf der Grundlage des ausgewählten Startparameters nicht startet, was in einem dritten Schritt S403 festgestellt wird. Dieser Fall kann beispielsweise dann eintreten, wenn eine Brennkraftmaschine 3 mit reduzierter Zylinderzahl, beispielsweise eine sechszylindrige Brennkraftmaschine, mit Parameterwerten betrieben wird, die eigentlich für eine zwölfzylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Dabei ist es insbesondere möglich, dass eine zu große Brennstoffmasse in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, sodass ein Brennverlauf in dem Brennraum suboptimal verläuft, oder kein zündfähiges Gemisch gebildet wird. In diesem Fall ist es im Rahmen des Verfahrens möglich, dass der Startbetrieb erneut durchgeführt wird, wobei jedoch die eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert wird. Besonders bevorzugt werden die Brennstoffmengen für zwei erste Teileinspritzungen innerhalb eines Arbeitsspiels reduziert, um zunächst eine Flamme in dem Brennraum zu generieren. Eine danach erfolgende, weitere Teileinspritzung kann dann eine größere Brennstoffmenge umfassen, die jedoch aufgrund der bereits generierten Flamme sicher entflammt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Einspritzbeginn verlagert werden, um den Verbrennungsschwerpunkt in für das Hochlaufen der Brennkraftmaschine 3 günstiger Weise zu beeinflussen.
In einem vierten Schritt S404 läuft die Brennkraftmaschine 3 dagegen ordnungsgemäß auf die bestimmte Leerlaufdrehzahl n₂ hoch. Dabei ist es allerdings möglich, dass die Brennkraftmaschine 3 in einer kürzeren tatsächlichen Hochlaufzeit hochläuft, als es der bestimmten Soll-Hochlaufzeit entspricht. Dies wird in einem fünften Schritt S405 berücksichtigt. Eine mögliche Ursache hierfür kann sein, dass beispielsweise das Massenträgheitsmoment der angetriebenen Einrichtung 5 geringer ist als ein angenommenes Massenträgheitsmoment, welches der Bedatung des Basiskennfelds zugrunde liegt.
In einem sechsten Schritt S406 wird dann der wenigstens eine Startparameter angepasst, um das Hochlaufverhalten der Brennkraftmaschine 3 der Soll-Hochlaufzeit anzunähern. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die gesamte, innerhalb eines Arbeitsspiels eingespritzte Brennstoffmenge reduziert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine größte Teil-Einspritzmenge zu reduzieren, eine mittlere Teil-Einspritzmenge zu reduzieren, und/oder eine kleinste Teil-Einspritzmenge zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Einspritzbeginn nach spät verlagert wird, also zu größeren Kurbelwellenwinkeln hin, um auch den Verbrennungsschwerpunkt nach spät zu verschieben. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den Einspritzdruck zu reduzieren, beispielsweise durch Reduktion des Raildrucks eines Common-Rail-Einspritzsystems. Auch dies hat zur Folge, dass der Verbrennungsschwerpunkt nach spät verlagert und das Hochlaufverhalten der Brennkraftmaschine 3 verzögert wird.
In einem siebten Schritt S407 wird alternativ festgestellt, dass die Brennkraftmaschine 3 innerhalb der bestimmten Soll-Hochlaufzeit hochläuft. In diesem Fall ergibt sich kein weiterer Handlungsbedarf.
In einem achten Schritt S408 wird dagegen alternativ festgestellt, dass die Brennkraftmaschine 3 langsamer hochläuft, als es der bestimmten Soll-Hochlaufzeit entspricht. Eine mögliche Ursache hierfür ist beispielsweise, dass das Massenträgheitsmoment der angetriebenen Einrichtung 5 höher ist als ein Massenträgheitsmoment, welches für die Bedatung des Basiskennfelds angenommen wurde.
In diesem Fall wird in einem neunten Schritt S409 der wenigstens eine Startparameter in geeigneter Weise verändert, um das Hochlaufverhalten der Brennkraftmaschine 3 der bestimmten Soll-Hochlaufzeit anzupassen. Dabei ist es möglich, dass die gesamte, während eines Arbeitsspiels eingespritzte Brennstoffmenge vergrößert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine größte Teil-Einspritzmenge vergrößert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine mittlere Teil-Einspritzmenge vergrößert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine kleinste Teil-Einspritzmenge vergrößert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Einspritzbeginn nach früh, also zu kleineren Kurbelwellenwinkeln hin, verlagert wird, wodurch auch der Verbrennungsschwerpunkt nach früh verlagert wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Einspritzdruck, vorzugsweise ein Raildruck, angehoben wird, wodurch es ebenfalls möglich ist, den Verbrennungsschwerpunkt nach früh zu verlagern.
Bei dieser Vorgehensweise besteht allerdings das Risiko, dass durch zu weite Anhebung der eingspritzten Brennstoffmasse eine Bauteilschädigung auftritt. Daher ist bevorzugt in einem zehnten Schritt S410 vorgesehen, dass eine Druckindizierung in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine 3 durchgeführt wird, wobei ein Druckverlauf in dem Brennraum bestimmt wird. Es ist möglich, aus diesem Druckverlauf einen Heizverlauf und/oder einen Brennverlauf zu berechnen. Wenigstens eine dieser Informationen kann als ergänzende Information zur Überwachung eines korrekten Betriebs der Brennkraftmaschine 3 verwendet werden, insbesondere um sicherzustellen, dass keine unzulässig hohen Drücke oder kein Klopfen in den Brennräumen der Brennkraftmaschine 3 auftritt/auftreten. Ergibt die Druckindizierung in dem Schritt S410 ein unzulässiges, die Brennkraftmaschine 3 potentiell gefährdendes Ergebnis, wird die eingespritzte Brennstoffmenge vorzugsweise wieder reduziert.
5 zeigt eine schematische Detaildarstellung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Im Rahmen dieser Ausführungsform des Verfahrens wird ein tatsächlicher Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine 3 während des Startbetriebs erfasst, wobei der tatsächliche Drehzahlverlauf mit einem bestimmten Soll-Drehzahlverlauf verglichen wird, und wobei der wenigstens eine Startparameter auf der Grundlage des Vergleichs so angepasst wird, dass der tatsächliche Drehzahlverlauf dem Soll-Drehzahlverlauf angenähert wird.
Dabei zeigt 5a) wiederum eine Auftragung der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 3 gegen die Zeit t, wobei als durchgezogene Linie ein Soll-Drehzahlverlauf n_Soll(t) eingezeichnet ist. Dieser weist eine lineare Rampe zwischen den in Zusammenhang mit 2 erläuterten Zeitpunkten t₂ und t₃ auf, wobei die Drehzahl n von der Anlasserdrehzahl n₁ bis zu der bestimmten Leerlaufdrehzahl n₂ hochläuft.
In 5b) ist eine eingespritzte Brennstoffmasse m in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Im Rahmen der hier erläuterten Ausführungsform des Verfahrens stellt die eingespritzte Brennstoffmasse m den anzupassenden Startparameter dar. Bei einem ersten Durchlauf des Verfahrens folgt die zeitabhängige, eingespritzte Brennstoffmasse m einem in 5b) durchgezogen dargestellten, ersten Brennstoffmassenverlauf m₁(t). Wird der Startbetrieb für die Brennkraftmaschine 3 auf der Grundlage dieses ersten Brennstoffmassenverlaufs m₁(t) durchgeführt, ergibt sich der in 5a) als gestrichelte Kurve dargestellte, erste Drehzahlverlauf n₁(t). Im Rahmen des Verfahrens wird nun eine Differenz e(t) zwischen dem Soll-Drehzahlverlauf n_Soll(t) und dem als Startkriterium erfassten, tatsächlichen Drehzahlverlauf n₁(t) gemäß der folgenden Gleichung berechnet: e(t) = n_Soll(t) – n₁(t). (1)
Über diese Abweichung e(t) wird nun im Rahmen einer vorzugsweise iterativen Durchführung des Verfahrens der Startbetrieb der Brennkraftmaschine 1 eingelernt, indem die einzuspritzende Brennstoffmasse m in Abhängigkeit von der Differenz e(t) angepasst wird. Dies erfolgt bevorzugt in Form einer linearen Anpassung gemäß der folgenden Gleichung: m₂ = m₁ + Le(t). (2)
Dabei ist L ein Lernfaktor – im Falle eines mehrdimensionalen Startparameters eine Lernmatrix –, welche das Lernverhalten des Verhaltens bestimmt. Auf der Grundlage der Gleichung (2) wird so eine zweite einzuspritzende Brennstoffmasse m₂(t) ermittelt, die in 5b) als gestrichelte Kurve dargestellt ist. Wird dieser Brennstoffmassenverlauf m₂(t) als Startparameter verwendet, resultiert hieraus der in 5a) als strichpunktierte Kurve dargestellte, zweite Drehzahlverlauf n₂(t). Dabei zeigt sich, dass dieser bereits besser mit dem Soll-Drehzahlverlauf n_Soll(t) übereinstimmt. Bei iterativer Durchführung des Verfahrens nähert sich so der tatsächliche Drehzahlverlauf immer näher dem Soll-Drehzahlverlauf n_Soll(t) an, wodurch das Startverhalten der Brennkraftmaschine 3 optimiert wird.
Im Rahmen des Verfahrens ist es möglich, dass die Differenz e(t) gewichtet wird, wobei insbesondere stärkere Abweichungen gedämpft berücksichtigt werden, während geringere Abweichungen vorzugsweise unverändert eingehen.
Der in Zusammenhang mit 5 dargestellte, lineare Lernzusammenhang entspricht einer besonders einfachen und schnell zu berechnenden Ausführungsform des Verfahrens. Die Iteration wird dabei bevorzugt zumindest solange durchgeführt, bis der additive Term Le(t) gegen 0 geht. Es ist aber auch eine komplexere Betrachtung sowie eine genauere Berechnung möglich, wenn statt eines linearen Zusammenhangs eine kompliziertere Lernfunktion verwendet wird. Auch ist es möglich, dass einzelne Kennfeldbereiche optimiert werden, wobei auch Extrapolationen und/oder Interpolationen innerhalb eines Kennfelds möglich sind. Insbesondere können auch vektorwertige Startparameter betrachtet werden, wobei dann typischerweise der Lernfaktor L als Lernmatrix angesetzt wird.
Besonders bevorzugt wird ein dreidimensionales Kennfeld verwendet, welches die einzuspritzende Brennstoffmenge, die Drehzahl und eine Temperatur, insbesondere die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 3, als Parameter umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Umgebungsdruck der Brennkraftmaschine 3 berücksichtigt werden.
Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt das bestehende Basiskennfeld nicht überschrieben, sondern der oder die angepassten Startparameter ergibt/ergeben sich aus einer Verrechnung des Basiskennfelds mit einem vorzugsweise permanent neu bedateten Lernkennfeld.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens, des Steuergeräts 11, der Brennkraftmaschine 3 und der Anlage 1 ein definierter, optimaler Startbetrieb mit geringem Aufwand auch bei verschiedensten Randbedingungen, insbesondere Anlagenkonfigurationen und Zuständen, möglich ist. Dabei können – gegebenenfalls auch anwendungsindividuell – Bedingungen als Soll-Startkriterien vorgegeben werden, wobei sich das Startverhalten der Brennkraftmaschine 3 selbständig im Anwendungsfeld anpasst. Hierdurch ergibt sich ein deutlich reduzierter Applikationsaufwand verschiedener Anlagen und Anwendungen. Weiterhin ergibt sich eine gleichbleibende und anlagenunabhängige Startqualität sowie eine gleichbleibende Bauteilbelastung aufgrund definierter Soll-Startkriterien.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (3), mit folgenden Schritten: – Durchführen eines parametergesteuerten Startbetriebs auf der Grundlage von wenigstens einem Startparameter; – Erfassen von wenigstens einem Startkriterium; – Bewerten des Startbetriebs anhand des wenigstens einen Startkriteriums, und – Anpassen des wenigstens einen Startparameters auf der Grundlage der Bewertung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Startparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Brennstoffmasse, einem Einspritzbeginn, einem Einspritzdruck, einer Anzahl von Einspritzereignissen pro Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine (3), und einer bestimmten Leerlaufdrehzahl (n₂).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Startkriterium ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Hochlauframpe, einer Hochlaufzeit bis zu einer bestimmten Leerlaufdrehzahl (n₂), einem gleichmäßigen Drehzahlaufbau, insbesondere einem asymptotischen Drehzahlverlauf, einer Druckverlaufsentwicklung, einer Brennverlaufsentwicklung, einer Heizverlaufsentwicklung, einer Drehschwingungsentwicklung, einer Emissionsentwicklung, und einem Übergang zwischen dem parametergesteuerten Startbetrieb und einem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine (3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren iterativ durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zustandsgröße der Brennkraftmaschine (3) vor und/oder während des Startbetriebs erfasst und bei der Durchführung des Startbetriebs und/oder bei der Anpassung des wenigstens einen Startparameters berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Startparameter in Abhängigkeit von der erfassten Zustandsgröße ermittelt wird, und/oder dass der angepasste Startparameter in Abhängigkeit von der erfassten Zustandsgröße hinterlegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Ladelufttemperatur, einer Kühlwassertemperatur, einer Schmiermitteltemperatur, einer Brennstofftemperatur, und einem Umgebungsdruck.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Basiskennfeld für den parametergesteuerten Startbetrieb verwendet wird, wobei der wenigstens eine Startparameter angepasst wird, indem wenigstens ein von dem Basiskennfeld verschiedenes Korrekturkennfeld bedatet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Startkriterium eine tatsächliche Hochlaufzeit der Brennkraftmaschine (3) auf eine bestimmte Leerlaufdrehzahl (n₂) erfasst wird, wobei die tatsächliche Hochlaufzeit mit einer bestimmten Soll-Hochlaufzeit verglichen wird, und wobei der wenigstens eine Startparameter auf der Grundlage des Vergleichs so angepasst wird, dass die tatsächliche Hochlaufzeit der bestimmten Soll-Hochlaufzeit angenähert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein tatsächlicher Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine während des Startbetriebs erfasst wird, wobei der tatsächliche Drehzahlverlauf mit einem bestimmten Soll-Drehzahlverlauf verglichen wird, und wobei der wenigstens eine Startparameter auf der Grundlage des Vergleichs so angepasst wird, dass der tatsächliche Drehzahlverlauf dem bestimmten Soll-Drehzahlverlauf angenähert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Soll-Drehzahlverlauf, insbesondere eine zu erreichende bestimmte Leerlaufdrehzahl (n₂), und/oder eine bestimmte Soll-Hochlaufzeit, anhand von wenigstens einem Startkriterium angepasst wird/werden.
Steuergerät (11) für eine Brennkraftmaschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (11) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Brennkraftmaschine (3), gekennzeichnet durch ein Steuergerät (11) nach Anspruch 12.
Anlage (1) mit einer angetriebenen Einrichtung (5) und einer mit der angetriebenen Einrichtung (5) zu deren Antrieb wirkvertriebenen Antriebseinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2) als Brennkraftmaschine (3) nach Anspruch 13 ausgebildet ist.