DE102018104667A1

DE102018104667A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018104667A1
Application number: DE102018104667.7A
Authority: DE
Inventors: Ion Madan; Rolf Pfeifer; Patrick Stöckle
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-05
Also published as: WO2019166377A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei die Brennkraftmaschine aufweist:
- ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben,
- eine Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa zum Betrieb des Motors und ggfs. einer weiteren Komponente wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, einen Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen,
- eine Einrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine zu überwachen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln, wobei in dem Verfahren:
- Betriebsdaten des Maschinenbauteils und/oder der Betriebsmedien bestimmt werden, sowie
- für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei die Brennkraftmaschine aufweist:

- ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben,
- eine Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa zum Betrieb des Motors und ggfs. einer weiteren Komponente wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, einen Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen,
- eine Einrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine zu überwachen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln, wobei in dem Verfahren:
- Betriebsdaten des Maschinenbauteils und/oder der Betriebsmedien bestimmt werden, sowie
- die Betriebsdaten, insbesondere Temperatur- und/oder Drehzahl- bzw. Drehmoment- Daten, transient bestimmt werden, wobei aus der transienten Bestimmung eine Änderung der Betriebsdaten in einer Amplitude und einem zeitlichen Verlauf angegeben wird, wobei
- ein den Betrieb für das Maschinenbauteil kennzeichnendes relevantes Betriebsmusters bestimmt wird, aus
- einer Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten zugeordneten Lastklassen, und
- diesen jeweils zugeordneten Lastklassenwechseln.

Aus DE 19959526A1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei Betriebskenngrößen erfasst werden, um ein prädiktives Erkennen von Fehlern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dazu wird ein Betriebskenngrößenmuster erstellt, das in geeigneter Form beschrieben wird, so dass aktuell erfasste Betriebskenngrößen mit dem Betriebskenngrößenmuster verglichen werden können.
Es ist auch bekannt, das Betreiben von Brennkraftmaschinen und weiteren Antriebskomponenten eines Fahrzeugs möglichst betriebsfest auszulegen - das heißt Maschinenbauteile der Brennkraftmaschine bzw. der Komponenten der Brennkraftmaschine derart auszulegen, dass diese mit vorgegebener Wahrscheinlichkeit eine bestimmte endliche Lebensdauer ohne unnötigen Aufwand an Werkstoff erreichen können. Wenigstens aber sollte für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall eines oder mehrerer Maschinenbauteile angegeben werden, welche laufzeitbegrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein können.
So ist hinsichtlich einer betriebsfesten Auslegung von Antriebstechnik ein Artikel von Vahlensieck aus dem April 1999 bekannt (54. Jahrgang Landtechnik 4/99). Im Rahmen dieses Artikels wie auch in anderen Erörterungen ist die „Rainflow“-Zählung erläutert, welche es mit verfügbarer Rechenleistung ermöglicht, Lastverläufe an einem Maschinenbauteil zur Erstellung eines Lastkollektivs zu klassieren und daraus eine Maschinenbauteile-Schädigung zu errechnen, welche pro Lastklasse --letztendlich aus dem Quotienten „zu ertragende Lastspielzahl“ (aus dem Lastkollektiv) geteilt durch „ertragbare Lastspielzahl“ (aus einer Grenz-Kennlinie; sogenannte „Wöhlerlinie“)- eine Schädigungszahl angibt bzw. im Kehrwert ein Maß für einen Reserve-Abstand zur Grenz-Kennlinie. Durch aufsummieren der Teileschädigung kann ein Schädigungs-Maß für eine betriebsfeste Auslegung bzw. aus einem Abstand zur Grenz-Kennlinie ein laufzeitbegrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben werden.
Es ist aus DE 10 2005 048 532 A1 bekannt, für die Überwachung einer mechanischen Komponente eines Fahrzeugs bzw. Motors oder einer sonstigen Komponente, Betriebsdaten zu erfassen und anhand der Betriebsdaten eine Kenngröße für den Zustand der Komponente zu ermitteln, so dass eine drohende Störung der Komponente identifiziert werden kann und das Fahrzeug so gesteuert werden kann, dass eine momentane Belastung der Komponente verringert wird. Dadurch wird ein geringerer Verschleiß bewirkt und es wird die Lebensdauer der Komponente, insbesondere des Motors, verlängert und damit der Zeitpuffer bis zum Auftreten einer Störung vergrößert. Aus den Betriebsdaten werden wiederholt Lastzustände identifiziert und als Belastungsdaten protokolliert, wobei die Belastungsdaten beim Ermitteln der Kenngroße verwendet werden. Für das Protokollieren können bekannte Zählverfahren, z. B. Momentanwert- oder „Rainflow“-Zählung, verwendet werden. Als Kenngröße können eine Ausfallwahrscheinlichkeit und/oder ein Schädigungsgrad und/oder eine Belastungskenngröße verwendet werden. Dadurch wird eine einfache und schnelle Identifikation einer drohenden Störung ermöglicht. Für Motorkomponenten oder weitere Antriebsstrangkomponenten werden als Belastungskenngroßen beispielsweise die Drehzahl, das Drehmoment und/oder die Motortemperatur ermittelt.
Wünschenswert ist es nun außerdem, Betriebsdaten des Maschinenbauteils und/oder der Betriebsmedien in verbesserter Weise zu nutzen, um ein die Laufzeit begrenzenden Zeitintervall für ein Maschinenbauteil einer der Komponenten anzugeben.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren, eine Steuereinrichtung und eine Brennkraftmaschine anzugeben, welche es ermöglicht für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall eines Maschinenbauteils derselben in noch verlässlicherer und dennoch effizienter Weise anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der eingangs genannten Art.
Die Erfindung geht damit zunächst von der Überlegung aus, dass zur Ermittlung einer Belastbarkeit einer Komponente der Brennkraftmaschine bzw. eines Maschinenbauteils der Brennkraftmaschine oder einer der Komponenten ein Abnutzungsgrad derselben ermittelt werden kann; insbesondere einer der beispielsweise auf die thermische Ermüdung derselben zurückgeht.
Ursächlich dafür wurde im Rahmen dieser Überlegung erkannt, dass insbesondere transient, insbesondere zyklisch, auftretende schädigende Änderungen des Maschinenbauteils erfasst werden sollten. Es ist somit vorgesehen, dass die Betriebsdaten transient bestimmt werden, wobei aus der transienten Bestimmung eine Änderung der Betriebsdaten in einer Amplitude und einem zeitlichen Verlauf angegeben wird. Es wird ein den Betrieb für das Maschinenbauteil kennzeichnendes relevantes Betriebsmusters bestimmt, aus

- einer Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten zugeordneten Lastklassen, und
- diesen jeweils zugeordneten Lastklassenwechseln

Ein insofern grundsätzlich bekanntes Verfahren kann beispielsweise analog und mittels einer „Rainflow“-Zählung umgesetzt werden. Neu dabei ist es, dass ein Referenzlastwechsel, insbesondere als Grundlage für einen Change Indicator, aus dem Lastwechsel basierenden Betriebsmuster ermittelt wird. Zur Erfassung allen relevanten Lastwechsel wurde das Zahlverfahren erfindungsgemäß erweitert. Nach dem bekannten Rainflow-Verfahren liegt ein Lastwechsel (Schleife) zwar vor, wenn die Last sich aus einer Lastklasse in die andere und zurück in die Ursprungklasse wechselt. Nicht alle Lastwechsel sind jedoch gemäß der Erkenntnis der Erfindung immer schädigend, sondern nur die, die sich in Extremklassen gewisse Zeit aufhalten bzw. beharren. Hier ist insbesondere auf zyklische thermische Belastungen wie etwas aus Abgastemperaturschwankungen hinzuweisen.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass

- aus den transient bestimmten Betriebsdaten für eine Lastklasse eine Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse angegeben wird, und daraus eine Anzahl relevanter Lastklassenwechsel für die Lastklasse klassiert wird, und
- ein relevantes Betriebsmuster angegeben wird, umfassend
- die Anzahl von Lastklassen, und
- diesen zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel für die Lastklasse, und

Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung können Lastwechsel beispielsweise in Matrizen umfassend diese Lastklassen, in so genannten Betriebsmustern gespeichert werden. So werden alle erfindungsgemäß relevante Lastwechsel erfasst; d.h. solche die schädigend sind und sich nach der Erkenntnis der Erfindung sich in Extremklassen oder allgemein in anderen Klassen gewisse Zeit aufhalten bzw. beharren.
Es geht --beispielhaft anders ausgedrückt-- in Extremklassen mit hohen Amplitudenänderung der Betriebsdaten eine Beharrungszeit praktisch gegen Null oder ist vergleichsweise sehr gering bzw. die Anzahl der zulässigen Lastwechsel in solche Extremklassen mit hohen Amplitudenänderung der Betriebsdaten geht gegen Null oder ist vergleichsweise sehr gering.
Dagegen ist --beispielhaft anders ausgedrückt-- in Klassen mit erträglichen bzw. normalen Amplitudenänderung der Betriebsdaten noch eine vergleichsweise hohe Beharrungszeit gegeben bzw. geht gegen einen größeren Nennwert und die Anzahl der zulässigen Lastwechsel ist in solchen Klassen mit erträglichen bzw. normalen Amplitudenänderung der Betriebsdaten noch vergleichsweise hoch bzw. geht gegen einen größeren Nennwert.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass

- ein relevantes Betriebsmuster angegeben wird, umfassend
- eine Schädigungszahl, welche die der Lastklasse zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel und die Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse berücksichtigt, derart, dass
- eine Wertigkeit, insbesondere ein Produkt, mit der Anzahl relevanter Lastklassenwechsel und dem Schädigungsfaktor als Faktoren jeweils für eine Lastklasse angegeben wird.

Jedem insofern erfindungsgemäß relevanten Lastwechsel kann somit ein Schädigungsfaktor zugewiesen werden. Der Schädigungsfaktor gemäß der Erkenntnis der Erfindung berücksichtigt also nicht die irrelevanten (also nicht schädigenden) Lastwechsel; also z.B. weder diejenigen Lastwechsel, die unter einer relevanten Beharrungszeit in einer Lastklasse liegen, noch diejenigen Lastwechsel, die zu gering sind. Der Schädigungsfaktor gemäß der Erkenntnis der Erfindung berücksichtigt aber vorzugsweise mit zunehmender Amplitudenänderung der Betriebsdaten und Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten und/oder bevorzugt zunehmender Relevanz (Beharrungszeit einer Lastklasse) der relevanten Lastklassenwechsel die Schädigung derselben für ein Maschinenbauteil - insofern kann die Regel gelten, dass der Schädigungsfaktor bevorzugt zunimmt mit zunehmender Amplitudenänderung (Höhe der Lastklasse) und/oder zunehmender Anzahl relevanter Lastklassenwechseln und/oder zunehmender Relevanz derselben (Beharrungszeit in einer Lastklasse).
Das Konzept der Erfindung führt damit auf einen für alle Lastklassen zusammenfassenden Referenzlastwechsel, der für alle Lastklassen akkumuliert wird aus einer Mehrzahl dieser jeweils einer Lastklasse zugeordneten Wertigkeiten, wobei

- auf Grundlage des Referenzlastwechsel eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung, insbesondere Tausch- oder Überholung, des Maschinenbauteils angegeben wird.

So ergibt beispielsweise eine Summe des Produkts zwischen der Anzahl relevanter Lastwechsel (also nur solche mit Lastklassen spezifischer ausreichender Beharrungszeit für eine Schädigung) und den dazugehörigen Schädigungsfaktoren die Anzahl der Referenzlastwechsel pro Stunde. Das Konzept der Erfindung bietet somit die Möglichkeit der Ermittlung der Referenzlastwechselzahl.
Die Erfindung führt auch auf eine Steuereinrichtung nach Anspruch 15 und eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 17 mit der Steuereinrichtung, wobei das erfindungsgemäße Verfahren von der Einrichtung umgesetzt werden kann.
Die Motorsteuerung oder eine „On Board Unit“ speichert bevorzugt alle relevanten Lastwechsel; diese könnten auch „Remote“ mit entsprechender kabelloser Übertragung von der Brennkraftmaschine übertragen werden an eine externe Speicher- und Recheneinheit, die beispielsweise für einen Service der Brennkraftmaschine zuständig ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Der im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung angebbare Change Indicator ist vorzugsweise ein Verhältnis der Referenzlastwechselzahl multipliziert mit einer freigegebenen Laufzeit (Time Between Overhaul, TBO) des Motors relativ zur maximalen Anzahl der ertragbaren Lastwechsel LW_max des entsprechenden Bauteils. Im Rahmen einer Weiterbildung kann bevorzugt ein Change Indicators ermittelt werden aus Referenzlastwechselzahl (RLW) und der ertragbaren TMF Belastung (TBO/LW_max) und sich so ein Wert (Change Indicator) ergeben, der individuell für jeden Bauteil bzw. Bauteilposition berechnet wird und somit die mögliche Laufzeit von Bauteilen im Betrieb festlegt. Der Change Indicator kann somit als Thermomechanischer Sicherheitsfaktor angesehen werden. Er kann beispielsweise so berechnet werden, dass falls der Wert ≥ 1 ist, eine präventive Wartung bzw. Ersatz des Bauteils durchzuführen ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass aus der transienten Bestimmung eine zeitliche Änderung der Betriebsdaten angegeben wird, für die hinsichtlich einer Amplitude zwischen zeitlichen Änderungsextrema der Betriebsdaten, eine Lastklasse für das Maschinenbauteil klassiert wird. Der Abstand von zeitlichen Änderungsextrema der Betriebsdaten in einer sogenannten „Schleife“, insbesondere nach der Terminologie einer „Rainflow“-Zählung, ist ausschlaggebend für die Möglichkeit einer Schädigung der betroffenen Komponente oder des Maschinenbauteils. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, derart, dass mittels der Gesamt-Anzahl der vorbestimmten Lastklassen ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird. Beispielsweise kann für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten eine Schädigung als total angesehen werden; d.h. nur einer geringen Anzahl von Lastwechseln oder ggfs. bereits bei einmaligem Lastwechsel in eine Last außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlast mit vergleichsweise kleiner Beharrungszeit der Änderungsextrema der Betriebsdaten in der Lastklasse für die Last außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlast.
Vorzugsweise ist auch vorgesehen, dass aus der transienten Bestimmung hinsichtlich einer Beharrungszeit der Änderungsextrema der Betriebsdaten in der Lastklasse, ein relevanter Lastwechsel für das Maschinenbauteil in der Lastklasse klassiert wird, wenn die Beharrungszeit oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt. Diese Weiterbildung lässt insofern einen Lastklassenwechsel für eine „Schleife“ nur als relevant für eine tatsächliche Schädigung zu, wenn die Beharrungszeit ausreichend groß war - d.h. ein in diesem Sinne nur kurzzeitiger Betrieb des Maschinenbauteils in der betroffenen Lastklasse wird als nicht schädigend angesehen. Vorzugsweise wird dazu vergleichsweise einfach geprüft, ob eine Beharrungszeit in der betroffenen Lastklasse oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt. Der Schwellwert kann pro Lastklasse jeweils angemessen und unterschiedlich vorbestimmt festgelegt werden. Der Schwellwert kann auch ggfs. funktional vorbestimmt sein; etwa als Wert, der abhängig ist von anderen Rahmenbedingungen eines Betriebs des Maschinenbauteils oder der Brennkraftmaschine. Es kann insofern auch eine Korrelation der Beharrungszeiten pro Lastklasse vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Betriebsdaten und/oder das relevante Betriebsmusters aus Lastklassen und in diesen klassierten relevanten Lastklassenwechseln transient bestimmt und laufend gespeichert werden. Dadurch steht vorteilhaft wird ein laufend aktualisiertes und protokolliertes Betriebsmuster zur Verfügung, auf das die Steuerung einer Brennkraftmaschine auch im laufenden Betrieb zugreifen kann. Ein für alle Lastklassen zusammenfassender Referenzlastwechsel für alle Lastklassen akkumuliert steht damit für die Angabe eines Change Indikators (CI) als Indikator sowohl für eine maßgebliche Schädigung während des Betriebs als auch für die Angabe zur Erneuerung des Maschinenbauteils auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels zur Verfügung. Die Steuerung der Brennkraftmaschine kann insofern schon während des Betriebs eine maßgebliche Schädigung bei der Steuerung der Brennkraftmaschine berücksichtigen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird für eine oder mehrere Maschinenbauteile von Komponenten ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus: Turbolader, Kühlkreislauf, Motor der Brennkraftmaschine. Die Maschinenbauteile dieser Komponenten sind besonders relevant für einen sicheren bzw. schadensfreien Betrieb der Brennkraftmaschine und lassen sich im Rahmen eines Service frühzeitig tauschen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Maschinenbauteile ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: Laufzeug, insbesondere Turbinen- und/oder Verdichterrad eines Turboladers, Thermostat und/oder Ventil und/oder Wärmetauscher eines Kühlkreislaufs, Laufbuchse eines Motors der Brennkraftmaschine.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Betriebsdaten ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: Drehzahl eines Turboladers, Temperatur eines Kühlkreislaufs, Drehzahl und/oder Drehmoment eines Motors, eine Maschinenbauteil-Temperatur und/oder eine Betriebsmedien-Temperatur. Diese Betriebsdaten erweisen sich als besonders aussagekräftig für die Beurteilung einer Schädigung infolge von relevanten Lastklassenwechseln. Grundsätzlich können diese gemessen und/oder virtuell, insbesondere empirisch und/oder modellbasiert, festgelegt werden - sie stehen jedoch typischerweise als übliche Steuerwerte einer Brennkraftmaschine zur Verfügung und lassen sich beispielsweise aus einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine auslesen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Parameter eines transienten Verlaufs einer Maschinenbauteil- und/oder Betriebsmedien-Temperatur, gemessen und/oder virtuell, insbesondere empirisch und/oder modellbasiert, festgelegt werden. Grundsätzlich erweisen sich Messungen einer Betriebsmedien-Temperatur als unproblematisch und bevorzugt; Messungen einer Maschinenbauteil-Temperatur sind jedoch regelmäßig nicht verfügbar, sind aber die eigentlich aussagekräftigen Angaben zur Beurteilung eines relevanten Lastklassenwechsels und dem Schädigungsfaktor als Faktoren jeweils für eine Lastklasse. Deswegen hat es sich als vorteilhaft erwiesen auch gesicherte, d. h. empirisch und/oder modellbasierte, Annahmen zu Maschinenbauteil- und/oder Betriebsmedien-Temperatur einzubeziehen in die transiente Bestimmung der Betriebsdaten zur Angabe einer Änderung der Betriebsdaten in einer Amplitude und einem zeitlichen Verlauf.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Amplitudenänderung der Betriebsdaten sich bestimmt aus einer zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturänderung und/oder einer Temperaturänderungs-Amplitude und einer Lastklasse zugeordnet wird als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnenden Betriebsmusters. Vor allem Temperaturverläufe an einem Maschinenbauteil und/oder Betriebsmedium lassen die Angabe von besonders aussagekräftigen Betriebsmustern zu, zur Angabe eines zusammenfassenden Referenzlastwechsels für alle Lastklassen akkumuliert aus einer Mehrzahl dieser jeweils einer Lastklasse zugeordneten Wertigkeiten. Es können aber neben Amplituden auch einbezogen werden relevante zeitliche Temperaturrampen; --d. h. z. B. solche mit relevanter Steilheit an einer Stelle eines betroffenen Maschinen-Bauteils oder Mediums-- und/oder relevante örtliche Temperaturgradienten --d. h. z. B. solche mit relevanter Steigung zwischen einem ersten und einem zweiten Ort eines betroffenen Maschinen-Bauteils oder Mediums--.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine zulässige Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel (LW_max ) und/oder ein Basiszeitintervall (LBO) angegeben wird, insbesondere mittels dem Betriebsmuster des Maschinenbauteils, und

- mittels der zulässigen Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel (LW_max ) und/oder dem Basiszeitintervall (LBO) ein Change Indikator (CI) als Indikator für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung des Maschinenbauteils auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels angegeben wird. Bevorzugt lässt sich ein Change Indikator (CI) mit der in 4 dargestellten einfachen Formel angeben; er erweist sich als vergleichsweise breit anwendbar und aussagekräftig für weitere Angaben zu einer maßgeblichen Schädigung und/oder Erneuerung, insbesondere Tausch- oder Überholung, des Maschinenbauteils. Mit dem Kehrwert 1/CI des Change Indicators CI lässt sich beispielsweise ein Sicherheitsfaktor SI angeben. Der Change Indikator (CI) ist beispielsweise regelmäßig <1 skaliert; bei einem Wert von CI=1 ist der Austausch eines betroffenen Maschinenbauteils geboten. Der Sicherheitsfaktor SI=1/CI gibt also als Faktor zur bestehenden Verbauzeit an, wie lange ein betroffenes Maschinenbauteil noch verbaut bleiben kann

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine ermittelt wird aus einem Change-Indikator, auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels multipliziert mit einem Verhältnis aus zulässiger Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel (LW_max ) und einem Nennwert eines Zeitintervalls für den Betrieb (TBO) des Maschinenbauteils angegeben wird. Bevorzugt wird ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben, vorzugsweise als ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, und dieses

- auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels, insbesondere des Change Indikator (CI) als Indikator für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung des Maschinenbauteils, angegeben wird.

Insbesondere kann ein Change Indikator (CI) und/oder ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall der Brennkraftmaschine Maschinenbauteils --insbesondere akkumuliert über eine Anzahl verschiedener Maschinenbauteile der Brennkraftmaschine-- angegeben werden. Wenn man beispielsweise von k=1..N Maschinenbauteilen einer Brennkraftmaschine ausgeht, deren Schädigung maßgeblich ist für die verbleibende Betriebsdauer bis zum nächsten Service (und Austausch wenigstens eines Maschinenbauteils) kann auch ein zusammenfassender Referenzlastwechsels RLW pro Maschinenbauteil RLW_k definiert werden und akkumuliert über alle k=1..N Maschinenbauteile einen gesamtheitlichen Referenzlastwechsel RLW bzw. Change Indicator für die gesamte Brennkraftmaschine definieren.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung mit einer Steuereinrichtung zur Ausführung der Funktionalitäten gemäß dem Konzept der Erfindung;
2A, 2B ein relevantes Betriebsmusters für den Betrieb einer Brennkraftmaschine, d.h. in 2A eine beispielhafte Matrix mit Temperaturklassen entsprechend einer zugehörigen Temperaturänderungsamplituden und darin eingetragen eine Anzahl relevanter Lastklassenwechsel, d.h. mit einer ausreichend hohen Beharrungszeit in der Lastklasse und in 2B eine für die in 2A dargestellte Matrix von relevanten Lastklassenwechseln angemessene Schädigungsfaktoren pro Lastklassenwechsel unter Berücksichtigung der ausreichend hohen Beharrungszeit;
3A, 3B eine erste und zweite Darstellung eines Leistungsverlaufs eines Motors zugeordnet einer Anzahl von zwölf (0-11) Leistungsklassen über eine normierte Zeitachse als weiteres Beispiel von Betriebsdaten für eine Brennkraftmaschine, wobei 3A eine an sich bekannte Protokollierung eines Leistungsverlaufs zeigt und 3B eine gemäß dem Konzept der Erfindung präferierte transiente Bestimmung des Leistungsverlaufs unter Berücksichtigung von Beharrungszeiten pro Lastklasse;
4 eine mit der in 2A und 2B verknüpfte Matrix zur Zuordnung von bestimmten Referenzlastwechseln pro Lastklasse und ein dazu gehöriges Rechenschema zur Ermittlung eines sogenannten Change-Indikators als Indikator für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung eines Maschinenbauteils bzw. einer Schädigungszahl als Grundlage zur Ermittlung eines laufzeitbegrenzenden Zeitintervalls des Maschinenbauteils;
5 einen grundsätzlichen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Maschinenbauteil, das laufzeitbegrenzend für den Betrieb derselben ist und für das ein Change-Indikator gemäß dem Konzept der Erfindung festgelegt wird unter Berücksichtigung des Referenzlastwechsels wie er anhand der 4 dargestellt ist.

Ein Verbrennungsmotor wird im Feld unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, die abhängig von der Anwendung, dem Betreiber, den Umgebungsbedingungen etc. sind. Die Belastungen bestimmen demzufolge die Lebensdauer des Motors. Die Lebensdauer eines Produkts ist unter anderem ein wesentliches Verkaufsargument und fordert die Wettbewerbsfähigkeit. Ein „Load-Faktor“ (die mittlere Auslastung) ist eine wesentliche Größe und entscheidend für die Lebensdauer. Je höher sie ist, desto belasteter ist der Motor und geringer die Lebensdauer. Somit können dem gleichen Produkt unterschiedliche Lebensdauern zugewiesen bzw. dem Kunden zugesichert werden; sie wird vertraglich festgehalten. Jedoch ist allein die mittlere Auslastung für die Beschreibung einer Bauteilbelastung nicht immer ausreichend. Außerdem sind bisherige Berechnungen wie Festigkeitsrechnungen der eingangs genannten Art zum Teil sehr ungenau und müssen deswegen äußerst konservativ durchgeführt werden, um demnach präventive Wartungs- und Austauschintervalle von Motorkomponenten meistens zu kurz zu definieren. Dieser Sachstand verursacht vergleichsweise hohe Lebenszykluskosten und führt zur Senkung der Wettbewerbsfähigkeit.
Ein weiterer schädigender Betriebsfaktor ist der transiente Betrieb. Um diesen Betrieb zu erfassen und zu bewerten, werden Lastwechsel z.B. aus Motorleistung, Drehzahl, Druck- und Temperaturschwankungen etc. erfasst. Der transiente Betrieb einer Brennkraftmaschine 100, wie sie in 1 dargestellt ist, bewirkt aber ein transientes, insbesondere zumeist zyklisches Aufheizen und wieder Abkühlen des Motors und weiterer Komponenten und deren Maschinenbauteile derselben; beispielsweise im Sinne eines Zyklus zwischen einem oberen und unteren Temperaturniveau. Diese Prozesse einer Brennkraftmaschine 100 sind für einige symbolisch dargestellte Maschinenbauteile --beispielsweise einem Motor M, einem Abgasturbolader AGT, einem Wärmetauscher WT sowie einer Abgasleitung mit Abgasnachbehandlungsaggregat AG-- in 1 dargestellt. Die zugehörigen im Rahmen des Konzepts der Erfindung mittels einem Sensor oder „virtuellen Sensor“ bestimmbaren transienten bzw. zyklischen Temperaturverläufe T M, T AGT, T_WT, T AG für diese Maschinenbauteile sind in 1 im Block 1' ebenfalls dargestellt.
Die Anzahl und das Ausmaß, insbesondere Größe bzw. Amplitude der durch Temperaturdifferenzen bzw. Temperaturgradienten solcher transienten Temperaturverläufe bzw. -zyklen bestimmen letztendlich die Lebensdauer der hier beispielhaft genannten Komponenten, da sie letztendlich einen Lastwechsel für die Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile und eine damit verbundene thermische Ermüdung der Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile hervorrufen. Bislang werden die in Block 1' symbolisch gezeigten Temperaturverläufe T_i (i=M, AGT, WT, AG) nicht durchgehend erfasst. Als Folge können Schädigungen und tatsächlich eintretende Schäden bei einer Brennkraftmaschine im Feld im Detail weder antizipiert noch nachvollzogen werden - d. h. im Ergebnis besteht bislang immer noch ein vergleichsweises hohes Gefahrenpotential, dass eine Brennkraftmaschine unerwartet ausfällt. Dies ist in den allermeisten Fällen mit einem hohen Risiko für das Fahrzeug verbunden, in dem die Brennkraftmaschine installiert ist - so beispielsweise bei einem Schiff mit einem Schiffsmotor oder dergleichen.
Bisher werden im Rahmen der präventiven Wartung auch keine Wartungsintervalle aufgrund von Lastwechseln definiert. Dies hat dazu geführt, dass die Wartungsintervalle wie oben erläutert eher nach den vermuteten „Worst-Case“-Bedingungen für alle Motoren gleich festgelegt werden; d.h. bisherige Berechnungen wie Festigkeitsrechnungen der eingangs genannten Art sind zum Teil sehr ungenau und müssen deswegen äußerst konservativ durchgeführt werden Dies führt vor allem bei zahlreichen wenig oder nicht transient betriebenen Motoren dazu, dass Bauteile unnötig präventiv gewechselt werden und damit zu hohe ServiceKosten entstehen. Da aufgrund von Felderfahrungen die Kunden, diese Wartungen teilweise nicht vornehmen und auch keine Defekte feststellen besteht ein grundsätzlicher Akzeptanzmangel bezüglich den Wartungsplanen. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass hierdurch tatsachlich stark belastete Bauteile nicht gewechselt werden.
Zu diesem Zweck wurden Algorithmen und Tools basierend auf der eingangs genannten „Rainflow“-Zählung entwickelt, die diesen Schädigungszustand von Bauteilen erfassen. Es wurde verifiziert, dass diese Algorithmen in der Motorsteuerung aufgespielt werden können und somit die Basis zur Festlegung von präventiven Wartungstätigkeiten bilden können. Erschwerend kommt aber hinzu, dass der thermomechanische Schädigungszustand von Bauteilen im Rahmen einer Befundung nicht zu verifizieren ist.
Das Konzept der Erfindung hat erkannt, dass eine insbesondere thermische Belastung von Maschinenbauteilen der Brennkraftmaschine erst dann verlässlich beurteilt werden kann, wenn die Medientemperaturen, beispielsweise die vorgenannten Medientemperaturen der Ladeluft LL, des Abgases AG, des Kühlmittels KM und dergleichen nicht nur überwacht, sondern auch deren transiente Verläufe T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) gezielt aufgenommen und/oder abgespeichert werden können; d.h. transient protokolliert ein Betriebsmuster der Brennkraftmaschine erstellbar ist. Dazu sieht eine Brennkraftmaschine 100 oder dergleichen Antriebssystem wie es in 1 gezeigt ist eine Brennkraftmaschine 100 mit einer an sich bekannten Steuer- und Regeleinrichtung ECU vor, sowie einer ebenfalls an sich bekannten Sensorik S welche in der Lage ist mittels einer Erfassungseinrichtung EE über die Sensorik S den Betrieb der Brennkraftmaschine 100 wenigstens zu überwachen.
Betriebsdaten der Brennkraftmaschine 100 und der Betriebsmedien, d.h. hier der Kühlmittel KM, Schmierstoffe wie Öle SS, der Kraftstoffe KS sowie der Ladeluft LL bzw. Abgastemperaturen AG wie sie unter Block 1 in 1 gezeigt sind werden, d. h. insbesondere auch die transienten Temperaturverläufe T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) im Block 1' der Betriebsmedien und/oder Bauteiltemperaturen werden nunmehr gemäß dem Konzept der Erfindung mittels einem echten oder virtuellen Sensor S und in der Erfassungseinrichtung EE gezielt aufgenommen und abgespeichert. Insbesondere kann über eine Auswerteeinheit AE mit der ECU und eine ggfs. von der ECU entfernte Recheneinheit RE sowie einen virtuellen Sensors VS auch auf eine Bauteiltemperatur geschlossen werden. Weiter ist die Auswerteeinheit AE bzw. die Remote-Einheit RE ausgebildet, mittels der transienten Maschinenbauteiltemperatur T_M, T_AGT, T_WT, T_AG wie im Block 1' dargestellt wenigstens eine Temperaturänderung der Maschinenbauteiltemperatur --insbesondere eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur-- anzugeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnenden Betriebsmusters zu klassieren.
Es hat sich gezeigt, dass vor allem die erfassten Temperaturänderungen oder Temperaturgradienten innerhalb des vorgenannten Motorkomponenten beispielsweise mit Hilfe eines modernen Vertreters einer stochastischen Auswertung, nämlich der Rainflow-Zählungsmethode Aufschluss über den transienten Betrieb und über die Belastung bzw. Festigkeitsgrenze der Komponenten geben kann. Als Resultat werden die thermischen Lastwechsel unterschiedlicher Größenordnungen in einem Betriebsmuster gespeichert - die Größenordnungen können je nach Bedarf im Rahmen der Klassierung festgelegt werden. Das Betriebsmuster kann dann die Grundlage für die genaue Berechnung der transienten Belastung bzw. Festigkeitsgrenzen bilden; als Beispiel wird ein solches Betriebsmuster in Matrixform mit Schädigungsfaktor in 2A und 2B gezeigt.
Es können aber auch andere Betriebsdaten und/oder das relevante Betriebsmusters aus Lastklassen und in diesen klassierten relevanten Lastklassenwechseln transient bestimmt und laufend gespeichert werden. Bevorzugt können die Betriebsdaten ausgewählt sein aus einer Gruppe, die besteht aus: Drehzahl eines Turboladers, Temperatur eines Kühlkreislaufs, Drehzahl und/oder Drehmoment eines Motors, eine Maschinenbauteil-Temperatur und/oder eine Betriebsmedien-Temperatur. Auf Grundlage eines oder mehrerer solcher Betriebsmuster kann das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall eines oder mehrerer Maschinenbauteile der Brennkraftmaschine, also für den Betrieb der Brennkraftmaschine, angegeben werden. So kann das präventive Tausch- oder Überholungsintervall von diesem Baumaschinenbauteil abhängig vom Lastprofil bzw. Betriebsmuster definiert werden.
Als Hilfsmittel zur Umsetzung dieses Verfahren lässt sich beispielsweise in der ECU ein Lastprofilrekorder, welcher permanent Daten als Betriebsdaten der Brennkraftmaschine speichert und eine Schnittstelle zum Auslesen der Daten zur Verfügung stellt, die auch als drahtlose Schnittstelle remote ausgelesen werden kann um die Betriebsdaten beispielsweise in einer Remotezentrale, etwa in einer Servicezentrale oder dergleichen Speichereinheit zu speichern.
Ein solches Konzept führt zu einem vergleichsweise intelligenten Wartungskonzept unter Optimierung der Auslegungsmethoden in Analytik und Bildung von Prognosemodellen. Durch den Fortschritt der IT-Technologien können die Betriebsdaten einer Anlage während des realen Betriebs präzise erfasst und ausgewertet werden. Dies leistet die Sensorik, die Erfassungseinheit EE und die Auswerteeinheit AE/RU, d. h. die Daten können entweder lokal auf einer „On-Board Unit“ AE ausgewertet und gespeichert EE oder an einen Server für ausführlichere Analysen wie die RE versandt werden. Somit werden die Betriebsdaten vermehrt für die Beurteilung der Funktionalität und der Belastbarkeit der technischen Systeme einbezogen. Der Change Indicator dient in seiner breiten angelegten Signifikanz vor allem auch dazu, die wenigen „kritisch“ betriebenen Motoren auszufiltern im Rahmen einer erhöhten Sicherheit. Er liefert auch einen Beitrag dazu, die LCC-Kosten (Life-Cycle-Costs - Lebenszykluskosten) der Motoren zu senken; damit ist auch ein zusätzliches Qualitätsargument im Rahmen eines intelligenten Service und Überholungs-System bereitgestellt.
Das vorliegende Konzept der Erfindung wird im Folgenden schrittweise beispielhaft erläutert anhand von Grafiken die letztendlich eine sehr realistische und nachgewiesener Weise verlässliche --virtuelle oder reale sensorische-- Erfassung einer transienten Maschinenbauteil- und/oder Medien-Temperatur, wie sie in 1' gezeigt ist, zum Ergebnis hat.
Ziel ist die Einführung eines „Change Indicators“ zur Beschreibung der Belastung des transienten Betriebs, der als Ergänzung zum eingangs genannten „Load-Faktor“ genutzt wird. Neu dabei ist es also, dass der „Change Indicator“ sich aus einem an sich neuen Lastwechsel-Betriebsmuster ermittelt wird; nämlich unter Berücksichtigung der vorgenannten Beharrungszeiten von Betriebsdaten in einer Lastklasse zur Beurteilung der Relevanz des Lastwechsels für eine tatsächlich Schädigung eines Maschinenbauteils. Dies führt zu einer erheblich verbesserten Signifikanz zur Angabe eines TBO-Intervalls.
Eine Lastwechselzahlung bzw. Lastklassenwechselzählung erfolgt grundsätzlich mit Hilfe des an sich bekannten Rainflow-Verfahrens. Zur Erfassung aller relevanten Lastwechsel bzw. Lastklassenwechsel wurde das Zahlverfahren jedoch erfindungsgemäß erweitert. Nach dem bekannten Rainflow-Verfahren liegt ein Lastwechsel im Rahmen einer sogenannten „Schleife“ vor, wie sie in 3A beispielhaft gezeigt ist; d.h. wenn die Last sich aus einem Änderungextremum, z. B. einem lokalen Lastmaximum, einer ersten Lastklasse in ein anderes Änderungextremum, z. B. ein lokales Lastminimum, und zurück in die erste Lastklasse entwickelt (2A) oder diese durchläuft.
Erfindungsgemäß werden die Lastwechsel in Matrizen, in so genannten Betriebsmustern gespeichert (2A). 2A zeigt eine erste Matrix für ein Betriebsmuster einer Brennkraftmaschine, in der die Klassierung von Abgastemperaturen aus einer transienten Bestimmung der Abgastemperatur festgehalten ist. Erkennbar sind zwölf Klassen (#0..#11) von Abgastemperaturen aufgetragen, nämlich Klasse #0 für einen Temperaturbereich von 0 - 150°C, Klasse #1 für einen Temperaturbereich von 150°C - 190°C sowie --mit einer Klassenbreite von 40°C-- weiter aufsteigend die Klassen #2 bis #11. Die Temperaturen sind als TMF-Temperaturen bezeichnet und insofern relevant für eine thermo-mechanische Ermüdung der betroffenen Maschinenbauteile (thermo-mechanical fatigue - TMF); wie etwa die des Turbinenrades eines Turboladers oder eines Thermostats im Abgaskanal oder einem Abgasrückführ- oder Bypass-Ventil. Pro Klasse ist eingetragen die Rate aufgrund von Temperaturänderungen festgestellten Lastwechseln pro Stunde. Das Betriebsmuster der 2A in Matrixform gibt also eine Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten in Form der Abgastemperatur zugeordnet zu zwölf Lastklassen wieder; dies auf Grundlage der Betriebsdaten hier in Form der Abgastemperatur sowie pro Lastklasse, die jeweils zugeordneten Lastklassenwechsel, die hier mit LW_i,j bezeichnet sind.
In 2B sind die pro Lastklasse relevanten Schädigungsfaktoren SF_i, _j je Lastwechsel festgehalten und jeweils einer Lastklasse zugeordnet; konkret ein für die entsprechende in 2A dargestellte Temperaturklasse und der zugehörigen Temperaturänderungsamplitude und Lastklassenwechsel sowie Beharrungszeit angemessene Darstellung von Schädigungsfaktoren pro Lastwechsel. Dabei zeigt die Temperaturänderungsklasse #10 einen Schädigungsgrad von „1“ und stellt damit einen Referenzbetriebspunkt dar.
Speziell bei diesem Verfahren ist, dass --gemäß dem Konzept der Erfindung-- aus den transient bestimmten Betriebsdaten der Abgastemperaturen für eine Lastklasse auch eine Beharrungszeit der Betriebsdaten, nämlich hier der Abgastemperatur, in der Lastklasse angegeben wird, so dass nur für bestimmte Beharrungszeiten oberhalb eines bestimmten Schwellwertes ein Lastklassenwechsel LW_i , _j als relevant angesehen wird und in die in 2A eingetragene Rate eines Lastklassenwechsels LW_i,j pro Stunde eingeht.
Konkret wird hier eine Beharrungszeit in der entsprechenden Lastklasse für 60 Sekunden Beharrung als Minimum, d.h. als unterer Schwellwert, angesehen. Dies führt zu einem gänzlich anderen Betriebsmuster im Vergleich zu einem Betriebsmuster bei dem auch nicht schädigenden Lastwechsel festgehalten werden. Nicht schädigende Lastwechsel sind vorliegend entweder Lastwechsel, welche sich innerhalb einer Lastklasse abspielen, also mit zu geringer Amplitudenänderung der Abgastemperatur oder aber bei einem Wechsel der Lastklasse ein zu geringe Beharrungszeit am zeitlichen Änderungsextremum pro Lastklasse vorliegt.
Wie hier beispielhaft gezeigt sieht das Konzept der Erfindung also ausdrücklich vor, dass die Lastwechselrate mit der Anzahl von Lastwechseln pro Stunde ausgeht von Lastwechseln die wenigstens einen unteren Schwellwert für eine Beharrung pro Lastklasse überschreiten; dieser geht vorliegend von 60 Sekunden Beharrung für jede Lastklasse aus, kann jedoch auch anders definiert werden, wie beispielsweise angepasst auf die jeweilige Lastklasse und/oder abhängig von einem sonstigen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine.
Ziel dieser Festlegung einer Anzahl von -insofern lediglich-- relevanten Lastklassenwechseln LW_i , _j für eine Lastklasse ist es, ein insofern für die Schädigung relevantes Betriebsmuster anzugeben, mit einer Anzahl von Lastklassen und diesen zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel für die Lastklasse, wie dies in 2A gezeigt ist. Ziel dieser Festlegung ist auch eine Schädigungszahl SF_i , _j , wie dies in 2B gezeigt ist, anzugeben, welche die Lastklasse zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel und auch die Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse berücksichtigt.
Nicht alle Lastwechsel sind also immer schädigend, sondern nur diejenigen, welche sich in bestimmten Lastklassen gewisse Zeit aufhalten bzw. beharren oder ggfs. in Extremklassen nur sehr geringe oder ggfs. nur für eine vorbestimmte geringe Häufigkeit aufhalten. Hier sind insbesondere zyklische thermische Belastungen wie etwa aus Abgastemperaturschwankungen relevant. Die in 2B mit Schädigungsfaktor 1 angegebene Lastklasse #10 stellt dazu einen Referenz-Betriebspunkt dar - die in 2B mit Schädigungsfaktor <1 angegebenen Lastklassen #0-#9 (mit aufsteigendem Schädigungsfaktor 0-0.85) stellen Klassen mit einem Betriebspunkt innerhalb des Nennbetriebs dar - die in 2B mit Schädigungsfaktor 1.2 angegebene Lastklasse #11 stellt eine Extremklasse dar mit einem Betriebspunkt deutlich außerhalb des Nennbetriebs.
4 zeigt dazu ein Bespiel einer Wertigkeit, nämlich hier das Produkt einer Anzahl relevanten Lastklassenwechsel LW_i , _j mit dem Schädigungsfaktor SF_i , _j als Faktoren jeweils für eine Lastklasse, nämlich vorliegend die in 4 dargestellten klassenbezogenen Referenzlastwechsel RLW_i, _j pro Stunde und die für alle Lastklassen zusammenfassenden Referenzlastwechsel RLW für alle Lastklassen aufkumuliert aus der Mehrzahl jeweils einer Lastklasse zugeordneten Wertigkeiten; nämlich hier der Produkte einer Anzahl relevanten Lastklassenwechsel LW_i , _j mit dem Schädigungsfaktor SF_i , _j . Konkret ist es vorliegend die Summe aller Produkte RLW_i, _j von Lastklassenwechseln multipliziert mit dem entsprechenden Schädigungsfaktor der Lastklasse für alle Lastklassen (Definition der Anzahl der Referenzlastwechsel).
Die Matrix der 2B klassiert Temperaturänderungs-Amplituden der Abgastemperatur - ähnlich kann mit einer Maschinenbauteil-Temperatur verfahren werden; so können durchaus eine Mehrzahl von Temperaturverläufen von TMF-Temperaturen festgehalten werden für Medien und/oder Bauteile. So kann infolge des Leistungsverlaufs der 3B eine Matrix entstehen, welche klassiert eine Motor-Drehzahl nMOT und/oder ein Motor-Moment MM zusammen oder relativ zueinander - für jede Klasse kann analog eine Anzahl der Lastwechsel eingetragen werden; d. h. ein Betrieb des Motors, der in eine bestimmte Klasse führt und wieder aus dieser heraus.
Aus der Zusammenschau der in den Matrizen eingetragenen Lasthäufigkeiten pro Klasse lässt sich ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angeben und auf Grundlage des Betriebsmusters lässt sich ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.
Dazu zeigt 3A beispielsweise ein bekanntes Verfahren unter Protokollierung eines Leistungsverlaufs in mehreren Leistungsklassen als Lastklassen #1 - #11 unter Darstellung einer Schleife „1“ und einer Schleife „2“, wobei die Schleife „1“ anschaulich einen Lastwechsel zwischen Leistungsklasse #5, #3 und wiederum #5 anzeigt (dunkel schraffierte Fläche) und Schleife „2“ eine Schleife zwischen Leistungsklasse #5, #10 und wiederum #5 anzeigt (hell schraffierte Fläche). Insofern lässt sich mit einem solchen bekannten Verfahren jedenfalls auf Grundlage einer „Rain-Flow“-Zählung ein Betriebsmuster definierten. Völlig unberücksichtigt bei dem protokollierten Leistungsverlaufs in mehreren Leistungsklassen bleibt jedoch, ob die mit Schleife „1“ und Schleife „2“ bezeichneten Lastwechsel auch tatsächlich schädigend für den in diesem Fall als Motor anzugebende Betriebskomponente angesehen werden darf.
3B zeigt ein gemäß dem Konzept der Erfindung dargestelltes Diagramm, bei dem ein Leistungsverlauf für ein Maschinenbauteil in Form des Motors einer Brennkraftmaschine -ebenfalls in mehreren Leistungsklassen als Lastklassen #1 - #11 unter Darstellung einer Schleife „1“ und einer Schleife „2“-- transient bestimmt wird. Aus der transienten Bestimmung wird nicht nur eine Änderung der Leistung des Motors in Amplitude und zeitlichen Verlauf angegeben, sondern eben auch eine Beharrungszeit des Leistungsverlaufs in einer entsprechenden Lastklasse.
Erkennbar sind die Beharrungszeiten von einem Zeitintervall in der Leistungsklasse #5, die Beharrungszeit von einem weiteren Zeitintervall in der Leistungsklasse #3, die Beharrungszeit von einem Zeitintervall in der Leistungsklasse #10 und schließlich wiederum die Beharrungszeit über ein Zeitintervall in der Leistungsklasse #1. Die Änderungsextrema und Beharrungszeiten lassen sich also angeben, etwa wie folgt „1-1, 5-5, 3-3, 10-10, 1-1“; wobei „-“ jeweils einer Zeiteinheit für einen Schwellwert einer mindestens relevanten Beharrungszeit entspricht.
Demnach wird gemäß dem Konzept der Erfindung für dieses Verfahren zur zusätzlichen Feststellung von Beharrungszeiten in den Änderungsextrema der Betriebsdaten (hier Leistungsverlauf in wenigstens einem Zeitintervall Beharrungszeit) nur die relevanten Lastwechselklassen für nur die relevanten Lastwechsel klassiert, d. h. solche Lastwechsel klassiert, bei denen die Beharrungszeit oberhalb des vorbestimmten Zeitwerts „1“ liegt. Demnach ergibt sich bei dem in 3B dargestellten transienten Verlauf der Leistungsverläufe mit angezeigten Leistungsklassen genau zwei Schleifen, also zwei Lastwechsel die mit entsprechender Änderungsamplitude einmal für den Klassenwechsel „5- 3- 5“ und einmal für den Klassenwechsel „5 - 10 - 5“ eingetragen wird. So werden nur relevante Lastwechsel erfasst. Jedem Lastwechsel kann eine Schädigungszahl zugewiesen werden (2B).
Ziel dieser Festlegung einer Anzahl von -insofern lediglich-- relevanten Lastklassenwechseln LW_i, _j für eine Lastklasse ist es, ein insofern für die Schädigung relevantes Betriebsmuster anzugeben, mit einer Anzahl von Lastklassen und diesen zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel für die Lastklasse, wie dies in 2A gezeigt ist. Ziel dieser Festlegung ist auch eine Schädigungszahl SF_i , _j , wie dies in 2B gezeigt ist, anzugeben, welche die Lastklasse zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel und auch die Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse berücksichtigt. Die Summe des Produkts zwischen den Lastwechseln und den dazugehörigen Schädigungszahlen ergibt die Anzahl der Referenzlastwechsel pro Stunde, wie RLW_i,j.
Nach 4 ist der Change Indicator damit das Verhältnis der über RLW_i,j akkumulierten Referenzlastwechselzahl RLW multipliziert mit der TBO (freigegebene Laufzeit) des Motors zur maximalen Anzahl der ertragbaren Lastwechsel des entsprechenden Bauteils. Der Change Indicator kann somit als Thermomechanischer Sicherheitszahl angesehen werden. Wird der Wert CI >=1, so ist eine präventive Wartung bzw. Ersatz des Bauteils durchzuführen.
Die Motorsteuerung oder eine „On Board Unit“ speichert alle relevanten Lastwechsel und bietet somit die Möglichkeit der Ermittlung der Referenzlastwechselzahl bzw. des Change Indicators. Aus Referenzlastwechselzahl und der ertragbaren TMF Belastung ergibt sich somit ein Wert (Change Indicator), der individuell für jeden Bauteil bzw. Bauteilposition berechnet wird und somit die mögliche Laufzeit von Bauteilen im Betrieb festlegt. Mit Hilfe des Change Indicator CI kann somit auch plakativ erklärt werden, welche Wartungsintervalle bzw. LCC (Life-Cycle-Costs - Lebenszykluskosten) der Motoren bei gewissen Betriebsbedingungen entstehen werden.
Außerdem können die aktuellen Betriebsdaten in digitalisierter Form zugänglich gemacht werden. Die Referenzlastwechsel wird ständig mit der maximal zulässigen Lastwechsel verglichen und kann eine Warnung zur nächsten Wartung abhängig von den Betriebsbedingungen herleiten. Diese Warnung kann anschließend dem Betreiber via einer App auf Smartphone, im Kombi-Instrument des Fahrzeuges oder anderweit mittels Informationstechnologien angezeigt werden. Wartungsinterwalle werden somit kundenspezifisch definiert.
5 zeigt einen grundsätzlichen Verlauf eines Verfahrens zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Maschinenbauteil, das laufzeitbegrenzend für den Betrieb derselben ist und eine Anzahl von Betriebsmedien aufweist, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Maschinenbauteils genutzt werden. Die Betriebsdaten BD der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien werden bestimmt im Schritt S1 und im Ergebnis wird ein Referenzlastwechsel pro Stunde, wie RLW_i,j bzw. ein akkumulierter Referenzlastwechsel RLW zur Bestimmung einer Schädigungszahl angegeben mit Hilfe dessen ein Change-Indikator als Indikator CI für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung - etwa über einen Sicherheitsfaktor SI=1/CI-- des Maschinenbauteils auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels RLW angegeben wird.
Im Schritt S1 werden zunächst die Betriebsdaten BD des entsprechenden Maschinenbauteils transient bestimmt. Dazu werden beispielsweise Betriebsdaten wie eine Abgastemperatur T AG transient gemessen, und/oder eine Bauteiltemperatur -etwa wie in 1 dargestellt-- virtuell gemessen. Es kann auch ein anderer Betriebsparameter wie beispielsweise Drehzahl oder Leistungsverläufe oder Drehmomente eines Motors als Betriebsdaten ausgelesen oder gemessen werden.
Diese transienten, insbesondere zyklischen, Betriebsdaten BD werden im Schritt S2 hinsichtlich ihrer Änderungsamplitude untersucht, so dass sich darüber Schleifen im Sinne der „Rain-Flow“-Zählung -wie beispielhaft in 3B für einen Leistungsverlauf dargestellt-- definieren lassen als Lastwechsel der Betriebsdaten im Schritt S3. Für die Änderungsextrema dieser Schleifen, also obere Extremalpunkte oder untere Extremalpunkte werden im Schritt S4 aus der transienten Bestimmung die Beharrungszeiten in diesen Extrema angegeben und es wird geprüft, ob diese Beharrungszeiten oberhalb eines Schwellwerts liegen.
In dem im Schritt S4 implizierten Prüfungsvorgang, dass die Beharrungszeit oberhalb des Schwellwerts liegt erfolgt ein Speichern der Schleife mit entsprechendem Lastwechsel LW_i , _j in der Matrix für ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils. Die Matrix aus Lastwechseln ist also eine Matrix relevanter Lastwechsel LW_i , _j .
Zu dieser Matrix von Lastwechseln folgt eine Bestimmung und Angabe der zugehörigen pro Klasse definierten Schädigungszahlen SF_i , _j . Die Schädigungszahlen SF_i , _j sind nicht nur spezifisch für die entsprechende Lastklasse sondern auch für den dazu gehörigen Lastwechsel in seiner Änderungsamplitude; ggfs. auch in seiner Häufigkeit.
Die Schädigungszahl SF_i , _j kann aber vor allem --wie auch im vorliegenden Fall als Schädigungsfaktor pro Lastwechsel definiert werden-- d. h. jeder Schädigungsfaktor SF_i , _j wird einem Lastwechsel LW_i , _j zugeordnet. Dieser Schädigungsfaktor SF_i , _j ist dann spezifisch für die Änderungsamplitude des Lastwechsels LW_{i, j} .
Im vorliegenden Fall --da die Lastwechsel LW_i , _j auch nur relevante Lastwechsel LW_i , _j sind-deren Beharrungszeit in einer Änderungsextrema also oberhalb eines Schwellwerts liegt, ist die Schädigungszahl SF_i , _j auch maßgeblich für den Grad der Schädigung bei wenigstens dieser Beharrungszeit.
Insofern unterscheidet sich die im Schritt S6 angegebene Schädigungszahl SF_i , _j und das Abspeichern eines relevanten Lastwechsels LW_i , _j im Schritt S5 maßgeblich von bisherigen Ansätzen einer „Rain-Flow“-Zählung.
Im Schritt S7 erfolgt dann die Bestimmung eines Referenzlastwechsels RLW als Summe aller relevanten Lastwechsel LW_i , _j jeweils multipliziert mit dem ihnen zugeordneten Schädigungsfaktor SF_i , _j für die gesamte Matrix RLW_i,j des Betriebsmusters.
Eine Multiplikation des Referenzlastwechsels RLW mit dem Verhältnis aus maximaler Zeit zwischen Überholung TBO (Time Between Overhaul) relativ zur maximal zulässigen Anzahl der Lastwechsel pro Bauteil LW_max ergibt den sogenannten Change-Indikator CI. Sollte dieser unterhalb von 1 liegen wird die Bestimmung der Betriebsmustermatrizen (Lastwechsel LW_i , _j und Schädigungszahl SF_i , _j ) fortgesetzt unter transienten Bestimmen der Betriebsdaten der Brennkraftmaschine.
Sollte der Change-Indikator jedoch einen Wert oberhalb von 1 annehmen ist dies ein Zeichen dafür, dass ein Bauteiltausch im Schritt S8 empfohlen werden kann. Umgekehrt gibt der Kehrwert des Change-Indikators einen Sicherheitsfaktor SI an, welcher bei einem Wert größer 1 (regelmäßig der Fall) angibt wie lange ein Bauteil noch verbaut bleiben werden kann im Verhältnis zu der bereits verbauten Zeit.
BEISPIEL
Als Beispiel sei etwa ein LW_max Wert bekannt von 100.000, was angibt, dass ein Motor bei 100.000 Lastwechseln beim Schädigungsgrad von SF = 1 ausgetauscht werden müsste. Ein entsprechender TWO-Wert würde bei erfahrungsgemäß 20.000 Betriebsstunden liegen.
Ergibt sich bei dem in 4 gezeigten Beispiel ein Referenzlastwechsel von 1,07 entspricht dies einem Change-Indikator von 0,214 = CI. Der Sicherheitsfaktor SI entspricht also ungefähr 5, d. h. der Motor kann 5 mal länger verbaut bleiben als dies bereits der Fall ist.
Als Betriebsdaten können nicht nur die oben genannte Motordrehzahl, Drehmoment und Abgastemperatur in Frage kommen, sondern auch andere relevante Betriebsdaten allein oder kumulativ. Als besonders bevorzugt haben sich beispielsweise Betriebsdaten wie die Drehzahl eines Abgasturboladers nAR, die Temperatur im Wasserkreislauf T_Kü erwiesen, wobei letztere insbesondere die Belastung für den Thermostat wiedergibt.
Für jede Eingangsgröße kann auf diese Weise ein Change-Indikator CI bzw. ein Sicherheitsfaktor SI in der oben genannten Weise bestimmt werden. Praktischerweise lässt sich für ein Abgasturbolader so die Belastung des Laufzeugs wie etwa ein Turbine- oder Verdichterrad bestimmen. Für das Thermostatventil lässt sich über die Größe der Temperatur des Wasserkreislaufs eine entsprechende Belastung bestimmen und für den Motor oder die Laufbuchse im Kurbelgehäuse lässt sich ein CI-Wert oder SI-Wert mittels der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment bestimmen.
Sollte sich für eines oder mehrere dieser Bauteile ein Change-Indikator CI von ≥ 1 oder aber ein Sicherheitsfaktor SI unterhalb von 1 ergeben muss im Schritt S8 eine Empfehlung für ein Bauteiltausch angegeben werden.
Danach kann im Schritt S9 die Matrix für das Betriebsmuster gelöscht werden und das Verfahren ist grundsätzlich am Ende der ersten Schleife (i= 1).
Wenn man beispielsweise von k=1..N Maschinenbauteilen einer Brennkraftmaschine ausgeht, deren Schädigung maßgeblich ist für die verbleibende Betriebsdauer bis zum nächsten Service (und Austausch wenigstens eines Maschinenbauteils) kann auch ein zusammenfassender Referenzlastwechsels RLW pro Maschinenbauteil RLW_k definiert werden und akkumuliert über alle k=1..N Maschinenbauteile einen gesamtheitlichen Referenzlastwechsel RLW bzw. Change Indicator für die gesamte Brennkraftmaschine definieren. Es lässt sich im Schritt S10 hier beispielsweise auch eine Schädigungszahl D angeben, die hier vorliegend über N=10 Maschinenteile kumuliert ist als Schädigungszahl für die gesamte Brennkraftmaschine, also beispielsweise dem Motor, den Abgasturbolader und das Thermostatventil sowie andere Komponenten der Brennkraftmaschine berücksichtigen könnte. Für jeden der vorgenannten Komponenten lässt sich also eine Schrittabfolge SI - S9 durchführen. Im Schritt S10 lassen sich somit diese Maßnahmen für sämtliche relevanten Maschinenbauteile, d. h. insbesondere Komponenten einer Brennkraftmaschine umsetzen - die Summe derselben gibt eine Gesamtschädigungsrate der Brennkraftmaschine und führt insofern auch zu einer Angabe eines laufzeitbegrenzenden Intervalls für den Betrieb der Brennkraftmaschine insgesamt.
Bezugszeichenliste

100: Brennkraftmaschine
1,1': Block
M: Motor
AGT: Abgasturbolader
WT: Wärmetauscher
AG: Abgasleitung mit Abgasnachbehandlungsaggregat
T: Temperaturverläufe
KM: Kühlmedium
AG: Abgase
LL: Ladeluft
S: Sensorik
EE: Erfassungseinrichtung
AE: Auswerteeinheit
RE: Remote-Einheit
SS: Schmierstoffe (z.B. Öle)
KS: Kraftstoff
LW: Lastwechsel
SF: Schädigungsfaktor
RLW: Referenzlastwechsel
SI=1/CI: Sicherheitsfaktor
T_AG: Abgastemperatur
AGT: Abgasturbolader
CI: Change-Indikator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19959526 A1 [0002]
DE 102005048532 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei die Brennkraftmaschine aufweist: - ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben, - eine Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa zum Betrieb des Motors und ggfs. einer weiteren Komponente wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, einen Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen, - eine Einrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine zu überwachen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln, wobei in dem Verfahren: - Betriebsdaten des Maschinenbauteils und/oder der Betriebsmedien bestimmt werden, sowie - die Betriebsdaten, insbesondere Temperatur- und/oder Drehzahl- bzw. Drehmoment- Daten, transient bestimmt werden, wobei aus der transienten Bestimmung eine Änderung der Betriebsdaten in einer Amplitude und einem zeitlichen Verlauf angegeben wird, wobei - ein den Betrieb für das Maschinenbauteil kennzeichnendes relevantes Betriebsmusters bestimmt wird, aus - einer Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten zugeordneten Lastklassen, und - diesen jeweils zugeordneten Lastklassenwechseln, dadurch gekennzeichnet, dass - aus den transient bestimmten Betriebsdaten für eine Lastklasse eine Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse angegeben wird, und daraus eine Anzahl relevanter Lastklassenwechsel für die Lastklasse klassiert wird, und - ein relevantes Betriebsmuster angegeben wird, umfassend - die Anzahl von Lastklassen, und - diesen zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel für die Lastklasse, und - eine Schädigungszahl, welche die der Lastklasse zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel und die Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse berücksichtigt, und - eine Wertigkeit, insbesondere ein Produkt, mit der Anzahl relevanter Lastklassenwechsel und dem Schädigungsfaktor als Faktoren jeweils für eine Lastklasse angegeben wird, und - ein für alle Lastklassen zusammenfassender Referenzlastwechsel für alle Lastklassen akkumuliert wird aus einer Mehrzahl dieser jeweils einer Lastklasse zugeordneten Wertigkeiten, wobei - auf Grundlage des Referenzlastwechsels eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung, insbesondere Tausch- oder Überholung, des Maschinenbauteils angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein Change Indikator (CI) als Indikator für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung des Maschinenbauteils auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der transienten Bestimmung eine zeitliche Änderung der Betriebsdaten angegeben wird, für die - hinsichtlich einer Amplitude zwischen zeitlichen Änderungsextrema der Betriebsdaten, eine Lastklasse für das Maschinenbauteil klassiert wird, und - hinsichtlich einer Beharrungszeit der Änderungsextrema der Betriebsdaten in der Lastklasse, ein relevanter Lastwechsel für das Maschinenbauteil in der Lastklasse klassiert wird, wenn die Beharrungszeit oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten und/oder das relevante Betriebsmusters aus Lastklassen und in diesen klassierten relevanten Lastklassenwechseln transient bestimmt und laufend gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird für eine oder mehrere Maschinenbauteile von Komponenten ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus: Turbolader, Kühlkreislauf, Motor der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbauteile ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: Laufzeug eines Turboladers, insbesondere Turbinen- und/oder Verdichterrad eines Turboladers, Thermostat und/oder Ventil und/oder Wärmetauscher eines Kühlkreislaufs, Laufzeug eines Motors, insbesondere Laufbuchse eines Motors der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten ausgewählt sind aus einer Gruppe, die besteht aus: Drehzahl eines Turboladers, Temperatur eines Kühlkreislaufs, Drehzahl und/oder Drehmoment eines Motors, eine Maschinenbauteil-Temperatur und/oder eine Betriebsmedien-Temperatur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter eines transienten Verlaufs einer Maschinenbauteil- und/oder Betriebsmedien-Temperatur, gemessen und/oder virtuell, insbesondere empirisch und/oder modellbasiert, festgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenänderung der Betriebsdaten sich bestimmt aus einer zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturänderung und/oder einer Temperaturänderungs-Amplitude und einer Lastklasse zugeordnet wird als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnenden Betriebsmusters.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zulässige Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel (LW_max) und/oder ein Basiszeitintervall angegeben wird, insbesondere mittels dem Betriebsmuster des Maschinenbauteils, und - mittels der zulässigen Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel (LW_max) und/oder dem Basiszeitintervall ein Change Indikator (CI) als Indikator für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung des Maschinenbauteils auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels angegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine ermittelt wird aus einem Change-Indikator, auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels multipliziert mit einem Verhältnis aus zulässiger Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel (LW_max) und einem Nennwert eines Zeitintervalls für den Betrieb (TBO) des Maschinenbauteils angegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise als ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, und dieses - auf Grundlage des zusammenfassenden Referenzlastwechsels, insbesondere des Change Indikator (CI) als Indikator für eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung des Maschinenbauteils, angegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Change Indikator (CI) und/oder ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall der Brennkraftmaschine Maschinenbauteils --insbesondere akkumuliert über eine Anzahl verschiedener Maschinenbauteile der Brennkraftmaschine-- angegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Extremal-Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, derart, dass unter Berücksichtigung auch der Gesamt-Anzahl der vorbestimmten Extremal-Lastklassen ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird.
Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend - eine Überwachungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine zu überwachen, - eine Erfassungseinrichtung mittels der Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden, wobei - eine Bestimmungseinrichtung mittels der für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass: - Betriebsdaten des Maschinenbauteils und/oder der Betriebsmedien bestimmt werden, sowie - die Betriebsdaten, insbesondere Temperatur- und/oder Drehzahl- bzw. Drehmoment- Daten, transient bestimmt werden, wobei aus der transienten Bestimmung eine Änderung der Betriebsdaten in einer Amplitude und einem zeitlichen Verlauf angegeben wird, wobei - ein den Betrieb für das Maschinenbauteil kennzeichnendes relevantes Betriebsmusters bestimmt wird, aus - einer Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten zugeordneten Lastklassen, und - diesen jeweils zugeordneten Lastklassenwechseln, dadurch gekennzeichnet, dass - aus den transient bestimmten Betriebsdaten für eine Lastklasse eine Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse angegeben wird, und daraus eine Anzahl relevanter Lastklassenwechsel für die Lastklasse klassiert wird, und - ein relevantes Betriebsmuster angegeben wird, umfassend - die Anzahl von Lastklassen, und - diesen zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel für die Lastklasse, und - eine Schädigungszahl, welche die der Lastklasse zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel und die Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse berücksichtigt, und - eine Wertigkeit, insbesondere ein Produkt, mit der Anzahl relevanter Lastklassenwechsel und dem Schädigungsfaktor als Faktoren jeweils für eine Lastklasse angegeben wird, und - ein für alle Lastklassen zusammenfassender Referenzlastwechsel für alle Lastklassen akkumuliert wird aus einer Mehrzahl dieser jeweils einer Lastklasse zugeordneten Wertigkeiten, wobei - auf Grundlage des Referenzlastwechsels eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung, insbesondere Tausch- oder Überholung, des Maschinenbauteils angegeben wird.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung mit der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug beweglich oder separat davon an einem festen Ort angeordnet ist, mittels der klassiert wird, ein Betriebsmuster angegeben wird und ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.
Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei - ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben, - eine Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa zum Betrieb des Motors und ggfs. einer weiteren Komponente wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, einen Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen, - eine Einrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine zu überwachen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln, wobei: - Betriebsdaten des Maschinenbauteils und/oder der Betriebsmedien bestimmt werden, sowie - die Betriebsdaten, insbesondere Temperatur- und/oder Drehzahl- bzw. Drehmoment- Daten, transient bestimmt werden, wobei aus der transienten Bestimmung eine Änderung der Betriebsdaten in einer Amplitude und einem zeitlichen Verlauf angegeben wird, wobei - ein den Betrieb für das Maschinenbauteil kennzeichnendes relevantes Betriebsmusters bestimmt wird, aus - einer Anzahl einer Amplitudenänderung der Betriebsdaten zugeordneten Lastklassen, und - diesen jeweils zugeordneten Lastklassenwechseln, dadurch gekennzeichnet, dass - aus den transient bestimmten Betriebsdaten für eine Lastklasse eine Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse angegeben wird, und daraus eine Anzahl relevanter Lastklassenwechsel für die Lastklasse klassiert wird, und - ein relevantes Betriebsmuster angegeben wird, umfassend - die Anzahl von Lastklassen, und - diesen zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel für die Lastklasse, und - eine Schädigungszahl, welche die der Lastklasse zugeordneten relevanten Lastklassenwechsel und die Beharrungszeit der Betriebsdaten in der Lastklasse berücksichtigt, und - eine Wertigkeit, insbesondere ein Produkt, mit der Anzahl relevanter Lastklassenwechsel und dem Schädigungsfaktor als Faktoren jeweils für eine Lastklasse angegeben wird, und - ein für alle Lastklassen zusammenfassender Referenzlastwechsel für alle Lastklassen akkumuliert wird aus einer Mehrzahl dieser jeweils einer Lastklasse zugeordneten Wertigkeiten, wobei - auf Grundlage des Referenzlastwechsels eine maßgebliche Schädigung und/oder Erneuerung, insbesondere Tausch- oder Überholung, des Maschinenbauteils angegeben wird.