EP4448948A1 - Verfahren zum überwachen eines verschleisszustands einer gaspfadregelvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum überwachen eines verschleisszustands einer gaspfadregelvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung

Info

Publication number
EP4448948A1
EP4448948A1 EP22835671.3A EP22835671A EP4448948A1 EP 4448948 A1 EP4448948 A1 EP 4448948A1 EP 22835671 A EP22835671 A EP 22835671A EP 4448948 A1 EP4448948 A1 EP 4448948A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wear
control device
gas path
actuator
condition parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22835671.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Egon Theil
michael DOBROWOLSKI
Joachim Thiesemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Solutions GmbH filed Critical Rolls Royce Solutions GmbH
Publication of EP4448948A1 publication Critical patent/EP4448948A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/49—Detecting, diagnosing or indicating an abnormal function of the EGR system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/021—Gearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F16K31/043—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves characterised by mechanical means between the motor and the valve, e.g. lost motion means reducing backlash, clutches, brakes or return means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/53—Mechanical actuating means with toothed gearing

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a state of wear of a gas path control device of an energy conversion device having a gas path, a control device set up to carry out such a method and an energy conversion device having a gas path having a gas path control device and such a control device.
  • Components of energy conversion devices that are subject to wear are conventionally not monitored for their state of wear, but instead are replaced after predetermined operating time intervals, in particular according to a predetermined maintenance schedule.
  • the operating time intervals are chosen to be shorter than the actual lifetime of the corresponding components. This leads to generally high maintenance and life cycle costs, and possibly also to unexpected failures of the affected components, with the associated disadvantages, in particular downtimes.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for monitoring a state of wear of a gas path control device of an energy conversion device having a gas path, a control device that is set up to carry out such a method and an energy conversion device with a gas path having a gas path control device and such a control device, wherein the disadvantages mentioned are at least reduced, preferably do not occur.
  • the object is achieved by providing the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims and the preferred embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
  • the object is achieved in particular by creating a method for monitoring a state of wear of a gas path control device of an energy conversion device having a gas path, which has the following steps: an actuator position of an actuator provided for adjusting an actuating element of the gas path control device is detected as a function of time; At least one wear condition parameter is determined based on the time-dependent detected actuator position, and the wear condition is determined based on the at least one wear condition parameter.
  • the method can advantageously be used to monitor the state of wear of the gas path control device during operation in a simple and cost-effective manner, so that the gas path control device can be replaced as required, depending on its actual state of wear. This eliminates the need for rigid maintenance intervals that are regularly chosen too short for safety reasons, and unexpected failures are effectively avoided, since the actual wear can be determined - which is advantageous at any time. In particular, the maintenance and life cycle costs associated with the gas path control device can be reduced.
  • the state of wear is determined during operation of the gas path control device.
  • the state of wear is continuously determined during the operation of the gas path control device, in particular event-controlled, at regular intervals, or continuously.
  • At least one measure is taken as a function of the determined state of wear.
  • the at least one measure is preferably selected from a group consisting of: issuing a warning to an operator of the gas path control device; Issuing a replacement warning or request to replace the gas path control device to the operator; Switching an operation of an energy conversion device having the gas path control device to a safe operating mode; and turning off the power conversion device.
  • the at least one action is taken when the wear condition exceeds a predetermined wear condition limit.
  • a state of wear of the actuator is determined as the state of wear.
  • a wear condition of a toothing, in particular of a gearwheel of the actuator is preferably determined as the wear condition.
  • a gas path control device is understood to mean in particular a flap device, in particular a throttle flap or exhaust gas flap, or a valve device, in particular a throttle valve or a wastegate valve.
  • the gas path control device has in particular the actuating element and the actuator which is drivingly connected to the actuating element and which is set up to adjust the actuating element.
  • the actuator is in particular designed to be controllable.
  • the actuator has a motor in combination with a toothing, in particular a gear wheel, the motor being drive-actively connected to the actuating element via the toothing.
  • the actuating element is preferably associated with a toothed rack, which meshes with the gear wheel.
  • the toothing has in particular the gear wheel and the toothed rack, which engage with one another, that is to say mesh with one another.
  • the motor of the actuator is in particular an electric motor, preferably a stepping motor or servo motor.
  • the actuating element is in particular a flap element, or a valve piston or valve tappet.
  • a gas path is understood to mean, in particular, an air path or charging path, or an exhaust air path or exhaust gas path of the energy conversion device.
  • an energy conversion device is understood in particular to mean a device that is set up to convert a first form of energy into a second form of energy that differs from the first form of energy, either directly or via at least one intermediate stage, i.e. at least one further form of energy .
  • the energy conversion device is set up to convert chemical energy into electrical and/or mechanical energy.
  • the energy conversion device is an internal combustion engine or a fuel cell.
  • an actuator position is understood to mean in particular a current actuator position, in particular an inner position, in particular an angular position or an angle of rotation relative to a reference angular position that is detected as a function of time.
  • the fact that the at least one wear condition parameter is determined using the actuator position recorded as a function of time means in particular that the at least one wear condition parameter is derived directly from the actuator position recorded as a function of time, or that the at least one wear condition parameter is derived indirectly, in particular with the aid of Intermediate steps, in particular by predetermined calculations, in which the time-dependent detected actuator position is included, is derived from the time-dependent detected actuator position.
  • the at least one wear condition parameter is determined based on a change in the actuator position over time.
  • the at least one wear condition parameter is determined based on a time derivative of the actuator position, in particular based on the first time derivative of the actuator position.
  • At least one condition parameter is determined as the at least one wear condition parameter, which is selected from a group consisting of: a bearing condition parameter of a bearing, in particular a radial bearing, of the gas path control device; and a toothing state parameter of a toothing of the actuator.
  • a bearing condition parameter, in particular of a radial bearing, of the actuator, in particular of the toothing, in particular of the gear wheel is determined.
  • a bearing condition parameter of a bearing, in particular a radial bearing, of the actuating element is determined.
  • a toothing condition parameter of the gear wheel of the actuator is determined.
  • both condition parameters, the bearing condition parameter and the toothing condition parameter are determined as wear condition parameters.
  • the two status parameters are ORed with one another, ie treated in a logical OR relationship to one another, in order in particular to make a decision about further measures depending on the status parameter that indicates the greater wear.
  • the at least one wear condition parameter is compared with a predetermined wear condition parameter limit value, with the wear condition being determined on the basis of the comparison.
  • the wear condition is determined as an absolute or relative deviation between the wear condition parameter and the predetermined wear condition parameter limit value.
  • the absolute deviation is formed in particular by the wear condition parameter being subtracted from the predetermined wear condition parameter limit value.
  • the relative deviation is formed by dividing the wear condition parameter by the predetermined wear condition parameter limit value.
  • the at least one action is taken when the at least one wear condition parameter exceeds the predetermined wear condition parameter limit.
  • the predetermined state of wear limit value is preferably zero. In one embodiment of the method, in which the state of wear as a relative deviation between the Wear state parameter and the predetermined wear state parameter limit value is determined, the predetermined wear state limit value is preferably 1. Of course, the wear state limit value can also be selected differently.
  • each of the two determined condition parameters ie the bearing condition parameter and the toothing condition parameter
  • an associated predetermined wear condition parameter limit value from which a separate comparison result is obtained in each case.
  • the result of the comparison is determined in particular as an absolute or relative deviation of the respective state parameter from the limit value of the wear state parameter assigned to it. That comparison result which is closer to the wear condition limit value is preferably used as the wear condition.
  • the two status parameters are ORed with one another, and that status parameter which indicates the greater wear is used in each case, in particular for a decision on further measures.
  • a bearing condition parameter of a bearing, in particular a radial bearing, of the gas path control device is determined as the at least one wear condition parameter, in that an instantaneous load variable of the gas path control device is determined on the basis of the actuator position recorded as a function of time, with the instantaneous load variable being integrated over time, from which a stress integral is obtained as the bearing condition parameter.
  • the instantaneous load variable is determined as the product of a time derivative of the actuator position with a resistance variable.
  • the first time derivation of the actuator position is used as the time derivation of the actuator position.
  • the speed of a change in the actuator position is considered in combination with the resistance value.
  • the time derivative of the actuator position is a sign-free measure for the time derivative, in particular a magnitude or an even power, in particular a Square of the time derivative of the actuator position, or a root function of the even power, is used.
  • a resistance variable is understood to mean, in particular, a physical variable which is characteristic of a force that counteracts a change in the actuator position and/or loads the bearing.
  • the resistance variable is a force or pressure variable, in particular a counter-pressure or a variable that is characteristic of the counter-pressure.
  • an exhaust gas back pressure is used as the resistance variable.
  • the gas path control device is arranged in an exhaust gas path of the energy conversion device, the actuating element must be displaced directly against the exhaust gas back pressure or the bearing is loaded by the exhaust gas back pressure.
  • a representative pressure variable in particular a boost pressure
  • a resistance variable in particular as a measure of the exhaust gas back pressure.
  • a pressure sensor is typically provided in internal combustion engines for detecting the boost pressure, but no separate pressure sensor for detecting the exhaust gas back pressure.
  • the boost pressure can be used as a representative of the resistance variable in a simple and cost-effective manner. If the gas path control device is arranged in an air path or charging path of the energy conversion device, the charging pressure can in particular be used directly as a resistance variable.
  • the bearing condition parameter is calculated as a load integral L according to the following equation: where x a (t) is the actuator position detected as a function of time and w(t) is the resistance variable, which is in particular also time-dependent, in particular the exhaust gas back pressure or—in particular representative—the boost pressure.
  • a toothing condition parameter of the toothing, in particular of the gear wheel, of the actuator is determined as the at least one wear condition parameter, in that an actuating interval of the actuator is divided into a plurality of partial actuating intervals, with a current part being used as the actuator position - The actuating interval of the actuator is recorded as a function of time.
  • a frequency distribution of wear-critical events is determined as the at least one toothing condition parameter, with the wear-critical events being selected from a group consisting of: the actuator adopting a wear-critical partial control interval, and a wear-critical partial control interval change.
  • the wear-critical events are in particular counted in each case, and a frequency distribution is determined—in particular in the manner of a histogram. In this way, information about the wear of the toothing of the actuator can advantageously be obtained.
  • the wear condition parameter is derived from the frequency distribution, or the frequency distribution is used as the wear condition parameter.
  • an absolute frequency of wear-critical events is determined.
  • the wear condition parameter can be easily determined as the absolute frequency and thus valid information about the wear of the gearing can be obtained.
  • the absolute frequency is preferably determined as the sum of the frequency distribution, in particular as the sum of all wear-critical events, or as the sum of all considered wear-critical events.
  • a positioning interval of the actuator is understood to mean, in particular, a complete positioning path from a first end position, in particular a first end stop, to a second end position, in particular a second end stop, which the actuator travels during operation of the gas path control device for adjusting the Actuating element can return.
  • the adjustment interval can be specified in angular degrees or as a percentage, in which case, for example, the value 0% can be assigned to the first end position and the value 100% can be assigned to the second end position.
  • the adjustment interval is learned once, or at predetermined times, or event-controlled, in particular by means of a learning run of the actuator, in particular by the actuator covering the adjustment path from the first end position to the second end position - or vice versa, or in both directions - puts back.
  • the adjustment interval is learned each time the energy conversion device is switched on or started again.
  • the adjustment interval can advantageously be adapted in this way to changed boundary conditions, in particular contamination of the gas path control device.
  • the adjustment interval is subdivided into the plurality of partial adjustment intervals in such a way that the partial adjustment intervals can each be assigned single tooth engagements on the one hand and double tooth engagements on the other hand.
  • the number of partial adjustment intervals into which the adjustment interval is subdivided is suitably selected, in particular in such a way that double tooth engagements can be unambiguously assigned to specific partial adjustment intervals.
  • the gear wheel of the actuator and an associated counter-toothed element, in particular the toothed rack, are in particular designed, arranged and coordinated with one another in such a way that at most two directly adjacent teeth of the gear wheel are always in engagement with the counter-toothed element, with a larger proportion of Part of the travel only one tooth of the gearwheel is engaged with the counter-toothed element, and two directly adjacent teeth of the gearwheel are engaged with the counter-toothed element only for a smaller proportion, in particular a minority, of partial travel of the travel.
  • a single tooth engagement is understood here in particular to mean that only one tooth of the gearwheel is in engagement with the counter-toothed element, in particular the toothed rack.
  • a double tooth engagement is understood in particular to mean that two teeth of the gear wheel which are directly adjacent to one another are simultaneously in engagement with the counter-toothed element, in particular the toothed rack.
  • the fact that the actuator assumes a wear-critical partial adjustment interval is understood to mean that the instantaneous actuator position—static or, in particular, transient—corresponds to a wear-critical partial adjustment interval, i.e. the actuator with regard to its instantaneous actuator position in the wear-critical partial Setting interval is arranged.
  • a wear-critical partial adjustment interval change is understood to mean that the actuator position changes between two immediately adjacent partial adjustment intervals, with this change being classified as wear-critical.
  • a change between a single tooth engagement and a double tooth engagement is considered to be critical in terms of wear, because this change causes a change in bending load on the teeth involved, which represents a wear-relevant mechanical load and in particular a main wear mechanism of the gear wheel.
  • wear-critical partial adjustment interval changes are now identified as part of the method.
  • such partial adjustment interval changes ie changes from one partial adjustment interval to an immediately adjacent next partial adjustment interval, are identified as critical to wear in which there is a change between a single tooth meshing and a double tooth meshing.
  • a wear-critical partial adjustment interval change is therefore in particular a change between a first partial adjustment interval and a second partial adjustment interval immediately adjacent to the first partial adjustment interval, in which either a single tooth engagement in the first partial adjustment interval and a double tooth engagement in the second partial adjustment interval , Or vice versa, there is a single tooth engagement in the second partial adjustment interval and a double tooth engagement in the first partial adjustment interval.
  • wear-critical partial adjustment intervals are identified as part of the method.
  • such partial setting intervals are identified as being critical to wear, within which a change between a single tooth engagement and a double tooth engagement—regardless of the direction of this change—takes place.
  • the frequency distribution of the wear-critical events is determined individually for a plurality of teeth of the toothing, in particular of the gearwheel of the actuator.
  • the frequency distribution is determined individually for a plurality of pairs of directly adjacent teeth of the toothing, in particular of the gear wheel.
  • the frequency distribution of wear-critical events is determined globally for the toothing, in particular the gear wheel.
  • the absolute frequency of wear-critical events is determined individually for a plurality of teeth of the gearing, in particular of the gearwheel of the actuator.
  • the absolute frequency is determined individually for each tooth for precisely one tooth of the toothing, in particular of the gear wheel.
  • the absolute frequency is determined individually for a plurality of pairs of directly adjacent teeth of the toothing, in particular of the gear wheel.
  • the absolute frequency is determined individually for each tooth pair for exactly one pair of teeth of the toothing, in particular of the gearwheel, that are directly adjacent to one another. In this way in particular, detailed and locally itemized information about the wear of the gearing can be obtained.
  • the absolute frequency of wear-critical events is determined globally for the gearing, in particular the gear wheel.
  • the actuator position is detected by the actuator itself. This represents a particularly simple and at the same time reliable way of determining the actuator position.
  • the actuator position is preferably detected by the actuator itself if the actuator has a stepping motor or servo motor as the motor. The actuator position is then detected in particular by the stepper motor or servomotor.
  • the state of wear is determined locally in a control device of an energy conversion device having the gas path control device. This represents a particularly simple and inexpensive way of determining the state of wear.
  • the state of wear is determined remotely from the energy conversion device, in particular on a remote computing device, in particular a service provider, or in a data cloud, which is also referred to as a cloud.
  • a plurality of wear states of a plurality of gas path control devices of a plurality of energy conversion devices remote from the energy conversion devices are preferably determined centrally. In this way, a large number of data on the wear of gas path control devices can be stored in a particularly advantageous manner collected and evaluated, in particular statistically evaluated.
  • advantageously valid values for the wear condition limit value and/or the wear condition parameter limit value can be derived from this, in particular with a view to replacing gas path control devices not too frequently on the one hand, but not too late on the other hand, taking into account the avoidance of unexpected failures.
  • the object is also achieved by creating a control device for an energy conversion device, the energy conversion device having a gas path which in turn has a gas path regulating device.
  • the control device is set up to carry out a method according to the invention or a method according to one or more of the embodiments described above. In connection with the control device, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the method.
  • control device has at least one interface for establishing an operative connection with a gas path control device, in particular with an actuator of a gas path control device
  • control device it is set up to determine the state of wear locally.
  • control device has a communication module that is set up to interact with a remote computing device, in particular in a data-transmitting manner, in order to determine the state of wear.
  • the object is also achieved by creating an energy conversion device with a gas path that has a gas path control device, wherein the energy conversion device has a control device according to the invention or a control device according to one or more of the embodiments described above.
  • the gas path control device has in particular an actuating element and an actuator which is drivingly connected to the actuating element and which is set up to adjust the actuating element.
  • the actuator is in particular designed to be controllable.
  • the actuator has a motor in combination with a toothing, in particular a gear wheel, the motor being drive-actively connected to the actuating element via the toothing.
  • the actuating element is preferably associated with a toothed rack, which meshes with the gear wheel.
  • the toothing has in particular the gear wheel and the toothed rack, which engage with one another, that is to say mesh with one another.
  • the motor of the actuator is in particular an electric motor, preferably a stepping motor or servo motor.
  • the actuating element is in particular a flap element, or a valve piston or valve tappet.
  • the control device is in particular operatively connected to the gas path control device, in particular to the actuator, in particular in order to control the actuator and preferably in order to receive the actuator position from the actuator.
  • the energy conversion device is set up in particular to convert chemical energy into mechanical and/or electrical energy.
  • the energy conversion device is designed as an internal combustion engine, in particular as a reciprocating piston engine.
  • the energy conversion device is designed as a fuel cell.
  • the gas path is an air path or charging path of the energy conversion device. In another embodiment, the gas path is an exhaust air or exhaust gas path of the energy conversion device.
  • the gas path control device is a flap device, in particular a throttle flap or exhaust gas flap, or a valve device, in particular a throttle valve or a wastegate valve.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an energy conversion device with an exemplary embodiment of a control device and a gas path regulating device;
  • FIG. 2 shows a detailed illustration of a gas path control device
  • FIG. 3 shows a first schematic representation of a first part of an exemplary embodiment of a method for monitoring a state of wear of the gas path control device
  • Figure 4 shows a second schematic representation of a second part of the exemplary embodiment of the method according to Figure 3.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an energy conversion device 1 with an embodiment of a control device 3 and a gas path control device 5.
  • the energy conversion device 1 has a gas path 7 which in turn has the gas path control device 5 .
  • the gas path control device 5 has an actuating element 9 and an actuator 11 which is drivingly connected to the actuating element 9 and which is set up to adjust the actuating element 9 .
  • the actuator 11 is designed to be controllable and has a motor 13 in combination with a tooth system 15, in particular a gear wheel 17 shown in FIG.
  • the motor 13 is drivingly connected to the actuating element 9 via the toothing 15 .
  • the actuating element 9 is preferably associated with a toothed rack 19, which is also shown in FIG.
  • the toothing 15 has in particular the gear wheel 17 and the toothed rack 19 which are engaged with one another, that is to say mesh with one another.
  • the motor 13 is preferably an electric motor, in particular a stepping motor or servo motor.
  • the actuating element 9 is in particular a flap element, or a valve piston or valve tappet.
  • the control device 3 is operatively connected to the gas path control device 5, in particular to the actuator 11, in particular in order to control the actuator 11 and to receive an instantaneous actuator position from the actuator 11.
  • the energy conversion device 1 is designed as an internal combustion engine 21, in particular as a reciprocating piston engine. In another exemplary embodiment, the energy conversion device 1 can be designed as a fuel cell.
  • the gas path 7 is also an exhaust gas path 23 of the internal combustion engine 21. In another exemplary embodiment, the gas path 7 can be an air path 24 or charging path, or an exhaust air path of the energy conversion device 1.
  • the gas path control device 5 is a wastegate valve 25 which is arranged in particular in a turbine bypass 27 of an exhaust gas turbine 28 of an exhaust gas turbocharger 29 of the internal combustion engine 21 .
  • the gas path control device 5 can be a flap device, in particular a throttle flap or exhaust gas flap, or another valve device, in particular a throttle valve.
  • the control device 3 is set up in particular to carry out a method for monitoring a state of wear of the gas path control device 5 with the following steps: the actuator position of the actuator 11 is detected as a function of time; At least one wear condition parameter is determined based on the time-dependent detected actuator position, and the wear condition is determined based on the at least one wear condition parameter.
  • At least one condition parameter is preferably determined as the at least one wear condition parameter, which is selected from a group consisting of: a bearing condition parameter of a bearing 31 of the gas path control device 5 shown in FIG. and a toothing condition parameter of toothing 15 of actuator 11. Both condition parameters, the bearing condition parameter and the toothing condition parameter, are preferably determined as wear condition parameters.
  • the two status parameters are ORed with one another in order to make a decision about further measures depending on the status parameter that indicates the greater wear.
  • the at least one wear condition parameter is preferably compared with a predetermined wear condition parameter limit value, with the wear condition being determined on the basis of the comparison.
  • control device is preferably set up to carry out at least one of the exemplary embodiments of the method explained in more detail below, preferably both exemplary embodiments in combination with one another, in particular with ORing of the wear state parameters obtained in the sense explained above.
  • a bearing condition parameter of bearing 31, in particular of radial bearing 32, of gas path control device 5 is determined as the at least one wear condition parameter, in that a current load variable of gas path control device 5 is determined based on the actuator position recorded as a function of time, with the current Load magnitude is integrated over time, from which a load integral L is obtained as the bearing condition parameter.
  • the instantaneous load variable is determined in particular as the product of a time derivative of the actuator position with a resistance variable.
  • the load integral L is preferably calculated according to equation (1) given above.
  • a toothing condition parameter of the toothing 15, in particular of the gear wheel 17, of the actuator 11 is determined as the at least one wear condition parameter.
  • Fig. 2 shows a detailed representation of a gas path control device 5 with the toothing 15, in particular the gear wheel 17 and the toothed rack 19.
  • the gear wheel 17 and the toothed rack 19 are in particular designed, arranged and coordinated with one another in such a way that at most two teeth 33 of the toothed wheel that are directly adjacent to one another are always in engagement with the toothed rack 19 .
  • Figure 2 are the better ones
  • Only a total of two teeth 33 are marked with the corresponding reference numbers. Only one tooth 33 is in engagement with the toothed rack 19 over a larger proportion of partial travels of the adjustment travel of the actuator 11, which is referred to as a single tooth engagement.
  • Two teeth 33 directly adjacent to one another are only in engagement with the toothed rack 19 for a smaller proportion of partial travels of the adjustment travel, which is referred to as double tooth engagement.
  • FIG. 2a a single tooth engagement is shown in which only one tooth 33, namely a first tooth 33.1 with the rack 19 is engaged.
  • FIG. 2b shows a double tooth engagement in which two teeth 33 directly adjacent to one another, namely the first tooth 33.1 and a second tooth 33.2 directly adjacent to the first tooth 33.1, are simultaneously engaged with the toothed rack 19.
  • Fig. 3 shows a first schematic representation of a first part of an exemplary embodiment of a method for monitoring a state of wear of the gas path control device 5.
  • an adjustment interval S of the actuator 11 is subdivided into a plurality of partial adjustment intervals Si.
  • the adjustment interval S corresponds to a complete adjustment path of the actuator 11 from a first end position Ei to a second end position E2, which the actuator 11 covers when the gas path control device 5 is in operation to adjust the adjustment element 9 .
  • the setting interval S can be specified in particular in angular degrees or as a percentage, in which case, for example, the value 0% can be assigned to the first end position Ei and the value 100% can be assigned to the second end position E2.
  • a momentary partial adjustment interval Si of the actuator 11 is recorded as a function of time as the actuator position. In this case, only a rough subdivision of the adjustment interval S into six main part adjustment intervals is shown in FIG through Z6, which successively come into engagement with the toothed rack 19 when the actuator 11 runs through the actuating interval S.
  • the subdivision into the partial setting intervals Si is finer, i.e. in particular into a larger number of partial setting intervals Si, particularly preferably into thirty partial setting intervals Si, such that the partial setting intervals Si each have single tooth engagements and on the other hand double tooth engagements can be assigned.
  • the number of partial adjustment intervals into which the adjustment interval S is subdivided is suitably selected, in particular in such a way that specific partial adjustment intervals Si can be unambiguously assigned to double tooth engagements.
  • FIG. 4 shows a second schematic representation of a second part of the exemplary embodiment of the method according to FIG the partial setting intervals are assigned double tooth engagements.
  • the six teeth shown in FIG. 3 are also referred to here as ZI to Z6.
  • the thirty partial setting intervals are each identified by their index i, from 1 to 30.
  • double tooth engagements are assigned to the partial setting intervals Si, Se, S7, S12, S13, Si8, S19, S24, S25 and S30.
  • Individual tooth engagements are assigned to the other partial adjustment intervals.
  • a frequency distribution of wear-critical events is now determined as the at least one toothing condition parameter, which are selected from a group consisting of: the assumption of a wear-critical partial adjustment interval by the actuator 11, and a wear-critical partial adjustment interval change.
  • the wear-critical events are in particular counted in each case, and a frequency distribution is determined—in particular in the manner of a histogram. Alternatively or additionally, an absolute frequency of wear-critical events is determined.
  • wear-critical partial adjustment interval changes are identified as part of the method.
  • such partial adjustment interval changes ie changes from one partial adjustment interval Si to an immediately adjacent next partial adjustment interval Si, are identified as being critical to wear, in which there is a change between a single tooth meshing and a double tooth meshing.
  • a wear-critical partial adjustment interval change is therefore in particular a change between a first partial adjustment interval Si and a second partial adjustment interval Si+i or Si-i immediately adjacent to the first partial adjustment interval Si which either in the first partial adjustment interval Si a single tooth engagement and in the second partial adjustment interval Si+i or Si-i a double tooth engagement, or vice versa in the second partial adjustment interval Si+i or Si-i a single tooth engagement and in the first part -Setting interval Si there is a double tooth engagement, for example a change from S 13 to S14 or from Se to S5.
  • the frequency distribution of the wear-critical events is preferably determined tooth-specifically for a plurality of teeth 33 of the gear wheel 17 .
  • the frequency distribution is determined individually for a plurality of pairs of teeth 33 of the gear wheel 17 that are directly adjacent to one another.
  • the frequency distribution of wear-critical events is determined globally for gear 17 .
  • the absolute frequency of wear-critical events is determined individually for a plurality of teeth 33 of gear wheel 17 .
  • the absolute frequency is determined individually for each tooth for exactly one tooth 33 of gear wheel 17 .
  • the absolute frequency is determined individually for a plurality of pairs of teeth 33 of the gear wheel 17 that are directly adjacent to one another.
  • the absolute frequency is determined individually for each tooth pair for exactly one pair of teeth 33 of the gear wheel 17 that are directly adjacent to one another.
  • the absolute frequency of wear-critical events is determined globally for gear wheel 17 .
  • the actuator position is preferably detected by the actuator 11 itself, in particular if the actuator 11 has a stepping motor or servo motor as the motor.
  • the state of wear is preferably determined locally in the control device 3 .
  • the state of wear is determined remotely from the energy conversion device 1, in particular on a remote computing device, in particular a service provider, or in a data cloud or cloud.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung (5) einer einen Gaspfad (7) aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung (1), mit folgenden Schritten: ˗ zeitabhängiges Erfassen einer Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements (9) der Gaspfadregelvorrichtung (5) vorgesehenen Aktors (11), ˗ Ermitteln von wenigstens einem Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition, und ˗ Ermitteln des Verschleißzustands anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Energiewandlungsvorrichtung mit einem eine Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Gaspfad und einer solchen Steuervorrichtung.
Bauteile von Energiewandlungsvorrichtungen, die einem Verschleiß unterliegen, wie die hier angesprochenen Gaspfadregelvorrichtung, werden herkömmlicherweise nicht auf ihren Verschleißzustand überwacht, sondern nach vorbestimmten Betriebszeitintervallen, insbesondere nach einem vorbestimmten Wartungsplan, getauscht. Die Betriebszeitintervalle sind dabei vorsorglich kürzer gewählt, als es einer tatsächlichen Lebenszeit der entsprechenden Bauteile entspricht. Dies führt zu generell hohen Wartungs- und Lebenszykluskosten, sowie gegebenenfalls auch zu unerwarteten Ausfällen der betroffenen Bauteile, mit den damit verbundenen Nachteilen, insbesondere Stillstandszeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Energiewandlungsvorrichtung mit einem eine Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Gaspfad und einer solchen Steuervorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen. Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Eine Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements der Gaspfadregelvorrichtung vorgesehenen Aktors wird zeitabhängig erfasst; anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition wird wenigstens ein Verschleißzustandsparameter ermittelt, und anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters wird der Verschleißzustand ermittelt. Mithilfe des Verfahrens kann vorteilhaft der Verschleißzustand der Gaspfadregelvorrichtung in deren Betrieb auf einfache und kostengünstige Weise überwacht werden, sodass die Gaspfadregelvorrichtung bedarfsgerecht, abhängig von ihrem tatsächlichen Verschleißzustand, getauscht werden kann. Somit entfallen starre und regelmäßig aus Sicherheitsgründen zu kurz gewählte Wartungsintervalle, und unerwartete Ausfälle werden wirksam vermieden, da der tatsächliche Verschleiß - vorteilhaft zu jedem Zeitpunkt - festgestellt werden kann. Insbesondere können die mit der Gaspfadregelvorrichtung verbundenen Wartungs- und Lebenszykluskosten gesenkt werden.
Insbesondere wird der Verschleißzustand im Betrieb der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt. Insbesondere wird der Verschleißzustand fortgesetzt während des Betriebs der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt, insbesondere ereignisgesteuert, in regelmäßigen Abständen, oder kontinuierlich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand wenigstens eine Maßnahme ergriffen. Die wenigstens eine Maßnahme ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Ausgabe einer Warnung an einen Betreiber der Gaspfadregelvorrichtung; Ausgabe einer Tauschwamung oder Aufforderung zum Austauschen der Gaspfadregelvorrichtung an den Betreiber; Umschalten eines Betriebs einer die Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung in einen sicheren Betriebsmodus; und Abschalten der Energiewandlungsvorrichtung. Insbesondere auf diese Weise können starre Wartungs- und/oder Austauschintervalle sowie unerwartete Ausfälle der Gaspfadregelvorrichtung vermieden werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die wenigstens eine Maßnahme ergriffen, wenn der Verschleißzustand einen vorbestimmten Verschleißzustandsgrenzwert überschreitet. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als der Verschleißzustand ein Verschleißzustand des Aktors ermittelt. Insbesondere wird bevorzugt als der Verschleißzustand ein Verschleißzustand einer Verzahnung, insbesondere eines Zahnrads des Aktors, ermittelt.
Unter einer Gaspfadregelvorrichtung wird im Kontext der vorliegenden Lehre insbesondere eine Klappenvorrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder Abgasklappe, oder eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil oder ein Wastegate-Ventil, verstanden.
Die Gaspfadregelvorrichtung weist insbesondere das Stellelement und den mit dem Stellelement antriebswirkverbundenen Aktor auf, der eingerichtet ist, um das Stellelement zu verstellen. Der Aktor ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet.
Insbesondere weist der Aktor einen Motor in Kombination mit einer Verzahnung, insbesondere einem Zahnrad auf, wobei der Motor über die Verzahnung mit dem Stellelement antriebswirkverbunden ist. Dem Stellelement ist bevorzugt eine Zahnstange zugeordnet, die mit dem Zahnrad in Eingriff ist. Die Verzahnung weist insbesondere das Zahnrad und die Zahnstange auf, die miteinander in Eingriff sind, das heißt miteinander kämmen.
Der Motor des Aktors ist insbesondere ein Elektromotor, vorzugsweise ein Schrittmotor oder Servomotor.
Das Stellelement ist insbesondere ein Klappenelement, oder ein Ventilkolben oder Ventilstößel.
Unter einem Gaspfad wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Luftpfad oder Ladepfad, oder ein Abluftpfad oder Abgaspfad der Energiewandlungsvorrichtung verstanden.
Unter einer Energiewandlungsvorrichtung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um eine erste Energieform in eine zweite, von der ersten Energieform verschiedene Energieform zu wandeln, entweder unmittelbar oder über mindestens eine Zwischenstufe, das heißt mindestens eine weitere Energieform. Insbesondere ist die Energiewandlungsvorrichtung eingerichtet, um chemische Energie in elektrische und/oder mechanische Energie zu wandeln.
Insbesondere ist die Energiewandlungsvorrichtung eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle.
Unter einer Aktorposition wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine momentane Aktorposition verstanden, insbesondere eine innere Position, insbesondere eine Winkel Stellung oder ein Drehwinkel relativ zu einer Referenz-Winkel Stellung, die zeitabhängig erfasst wird. Darunter, dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition ermittelt wird, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter unmittelbar aus der zeitabhängig erfassten Aktorposition abgeleitet wird, oder dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter mittelbar, insbesondere mithilfe von Zwischenschritten, insbesondere durch vorbestimmte Berechnungen, in welche die zeitabhängig erfasste Aktorposition eingeht, aus der zeitabhängig erfassten Aktorposition abgeleitet wird. Insbesondere wird der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter anhand einer zeitlichen Änderung der Aktorposition ermittelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter anhand einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition, insbesondere anhand der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorposition, ermittelt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt wird, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Lagerzustandsparameter einer Lagerung, insbesondere einer Radiallagerung, der Gaspfadregelvorrichtung; und einem Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung des Aktors.
Insbesondere wird ein Lagerzustandsparameter, insbesondere einer Radiallagerung, des Aktors, insbesondere der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads, ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Lagerzustandsparameter einer Lagerung, insbesondere einer Radiallagerung, des Stellelements ermittelt. Insbesondere wird ein Verzahnungszustandsparameter des Zahnrads des Aktors ermittelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden beide Zustandsparameter, der Lagerzustandsparameter und der Verzahnungszustandsparameter, als Verschleißzustandsparameter ermittelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die beiden Zustandsparameter miteinander verodert, das heißt im Verhältnis eines logischen ODER zueinander behandelt, um insbesondere eine Entscheidung über weitere Maßnahmen abhängig von demjenigen Zustandsparameter zu treffen, der den größeren Verschleiß anzeigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter mit einem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen wird, wobei der Verschleißzustand anhand des Vergleichs ermittelt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Verschleißzustand als absolute oder relative Abweichung zwischen dem Verschleißzustandsparameter und dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt. Die absolute Abweichung wird dabei insbesondere gebildet, indem der Verschleißzustandsparameter von dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert subtrahiert wird. Die relative Abweichung wird insbesondere gebildet, indem der Verschleißzustandsparameter durch den vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert dividiert wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die wenigstens eine Maßnahme dann ergriffen, wenn der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter den vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert überschreitet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der Verschleißzustand als absolute Abweichung zwischen dem Verschleißzustandsparameter und dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt wird, beträgt der vorbestimmte Verschleißzustandsgrenzwert bevorzugt null. In einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der Verschleißzustand als relative Abweichung zwischen dem Verschleißzustandsparameter und dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt wird, beträgt der vorbestimmte Verschleißzustandsgrenzwert bevorzugt 1. Selbstverständlich kann der Verschleißzustandsgrenzwert aber auch anders gewählt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird jeder der beiden ermittelten Zustandsparameter, das heißt der Lagerzustandsparameter und der Verzahnungszustandsparameter, jeweils mit einem zugeordneten vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen, woraus jeweils ein separates Vergleichsergebnis erhalten wird. Das Vergleichsergebnis wird jeweils insbesondere als - wie oben für den Verschleißzustand erläutert - absolute oder relative Abweichung des jeweiligen Zustandsparameters von dem ihm zugeordneten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt. Bevorzugt wird dasjenige Vergleichsergebnis als der Verschleißzustand verwendet, welches näher an dem Verschleißzustandsgrenzwert ist. Auf diese Weise werden die beiden Zustandsparameter miteinander verodert, und es wird jeweils derjenige Zustandsparameter insbesondere für eine Entscheidung über weitere Maßnahmen herangezogen, der den größeren Verschleiß anzeigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Lagerzustandsparameter einer Lagerung, insbesondere einer Radiallagerung, der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt wird, indem anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition eine momentane Belastungsgröße der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt wird, wobei die momentane Belastungsgröße zeitlich integriert wird, woraus ein Belastungsintegral als der Lagerzustandsparameter erhalten wird. Durch zeitliche Integration der momentanen Belastungsgröße kann vorteilhaft eine Information über den insbesondere kumulierten Verschleißzustand der Gaspfadregelvorrichtung erhalten werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die momentane Belastungsgröße als Produkt einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition mit einer Widerstandsgröße ermittelt wird. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Ermittlung der momentanen Belastungsgröße dar. Als zeitliche Ableitung der Aktorposition wird insbesondere die erste zeitliche Ableitung der Aktorposition verwendet. Es wird also insbesondere die Geschwindigkeit einer Veränderung der Aktorposition in Kombination mit der Widerstandsgröße betrachtet. Vorzugsweise wird als die zeitliche Ableitung der Aktorposition ein vorzeichenfreies Maß für die zeitliche Ableitung, insbesondere ein Betrag oder eine geradzahlige Potenz, insbesondere ein Quadrat der zeitlichen Ableitung der Aktorposition, oder eine Wurzelfunktion der geradzahligen Potenz, verwendet.
Unter einer Widerstandsgröße wird im Kontext der hier vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine physikalische Größe verstanden, die charakteristisch ist für eine einer Änderung der Aktorposition entgegenwirkende und/oder die Lagerung belastende Kraft. Insbesondere ist die Widerstandsgröße eine Kraft- oder Druck-Größe, insbesondere ein Gegendruck oder eine für den Gegendruck charakteristische Größe. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als Widerstandgröße ein Abgasgegendruck herangezogen. Insbesondere wenn die Gaspfadregelvorrichtung in einem Abgaspfad der Energiewandlungsvorrichtung angeordnet ist, muss das Stellelement direkt gegen den Abgasgegendruck verlagert werden beziehungsweise die Lagerung wird durch den Abgasgegendruck belastet. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird insbesondere als Widerstandsgröße, insbesondere als Maß für den Abgasgegendruck, eine stellvertretende Druck-Größe, insbesondere ein Ladedruck verwendet. Dies ist insoweit vorteilhaft, als bei Brennkraftmaschinen typischerweise zwar ein Drucksensor zur Erfassung des Ladedrucks vorgesehen ist, jedoch kein separater Drucksensor zur Erfassung des Abgasgegendrucks. Da jedoch der Abgasgegendruck mit dem Ladedruck korreliert, kann der Ladedruck in einfacher und kostengünstiger Weise stellvertretend als Widerstandsgröße verwendet werden. Wenn die Gaspfadregelvorrichtung in einem Luftpfad oder Ladepfad der Energiewandlungsvorrichtung angeordnet ist, kann der Ladedruck insbesondere unmittelbar als Widerstandsgröße herangezogen werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Lagerzustandsparameter als Belastungsintegral L gemäß folgender Gleichung berechnet: wobei xa(t) die zeitabhängig erfasste Aktorposition und w(t) die insbesondere ebenfalls zeitabhängige Widerstandsgröße, insbesondere der Abgasgegendruck oder - insbesondere stellvertretend - der Ladedruck ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Verzahnungszustandsparameter der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads, des Aktors ermittelt wird, indem ein Stellintervall des Aktors in eine Mehrzahl von Teil-Stellintervallen unterteilt wird, wobei als die Aktorposition ein momentanes Teil- Stellintervall des Aktors zeitabhängig erfasst wird. Als der wenigstens eine Verzahnungszustandsparameter wird eine Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse ermittelt, wobei die verschleißkritischen Ereignisse ausgewählt sind aus einer Gruppe, bestehend aus: Dem Einnehmen eines verschleißkritischen Teil-Stellintervalls durch den Aktor, und einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel. Die verschleißkritischen Ereignisse werden insbesondere jeweils gezählt, und es wird - insbesondere nach Art eines Histogramms - eine Häufigkeitsverteilung ermittelt. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Information über den Verschleiß der Verzahnung des Aktors erhalten werden. Insbesondere wird der Verschleißzustandsparameter aus der Häufigkeitsverteilung abgeleitet, oder die Häufigkeitsverteilung wird als Verschleißzustandsparameter verwendet.
Alternativ oder zusätzlich wird eine absolute Häufigkeit der verschleißkritischen Ereignisse ermittelt. Insbesondere auf diese Weise kann einfach der Verschleißzustandsparameter als die absolute Häufigkeit ermittelt und somit eine valide Information über den Verschleiß der Verzahnung erhalten werden. Insbesondere wird die absolute Häufigkeit bevorzugt als Summe über die Häufigkeitsverteilung, insbesondere als Summe über alle verschleißkritischen Ereignisse, oder als Summe über alle betrachteten verschleißkritischen Ereignisse, ermittelt.
Unter einem Stellintervall des Aktors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein vollständiger Stellweg von einer ersten Endposition, insbesondere einem ersten Endanschlag, bis zu einer zweiten Endposition, insbesondere einem zweiten Endanschlag, verstanden, den der Aktor im Betrieb der Gaspfadregelvorrichtung für die Verstellung des Stellelements zurücklegen kann. Das Stellintervall kann insbesondere in Winkelgraden, oder in Prozent angegeben werden, wobei in letzterem Fall insbesondere beispielsweise der ersten Endposition der Wert 0 % und der zweiten Endposition der Wert 100 % zugeordnet werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Stellintervall einmalig, oder zu vorbestimmten Zeiten, oder ereignisgesteuert, eingelernt, insbesondere mittels einer Lernfahrt des Aktors, insbesondere indem der Aktor den Stellweg von der ersten Endposition zu der zweiten Endposition - oder umgekehrt, oder in beide Richtungen - zurücklegt. Insbesondere ist in einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass das Stellintervall jedes Mal bei einem erneuten Anschalten oder Starten der Energiewandlungsvorrichtung eingelemt wird. Insbesondere kann das Stellintervall auf diese Weise vorteilhaft an veränderte Randbedingungen, insbesondere Verschmutzungen der Gaspfadregelvorrichtung, angepasst werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Stellintervall derart in die Mehrzahl von Teil- Stellintervallen unterteilt, dass den Teil-Stellintervallen jeweils einerseits Einzelzahneingriffe und andererseits Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können. Insbesondere wird die Anzahl der Teil-Stellintervalle, in welche das Stellintervall unterteilt wird, entsprechend geeignet gewählt, insbesondere derart, dass bestimmten Teil-Stellintervallen eindeutig Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können. Es ist aber auch möglich, dass in ein Teil- Stellintervall ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff fällt. Das Zahnrad des Aktors und ein zugeordnetes Gegen-Verzahnungselement, insbesondere die Zahnstange, sind insbesondere derart ausgebildet, angeordnet und aufeinander abgestimmt, dass stets höchstens zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne des Zahnrads mit dem Gegen- Verzahnungselement in Eingriff sind, wobei über einen größeren Anteil an Teilwegen des Stellwegs nur jeweils ein Zahn des Zahnrads mit dem Gegen-Verzahnungselement in Eingriff ist, und wobei nur für einen kleineren Anteil, insbesondere eine Minderheit an Teilwegen des Stellwegs zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne des Zahnrads mit dem Gegen- Verzahnungselement in Eingriff sind. Unter einem Einzelzahneingriff wird dabei insbesondere verstanden, dass nur ein Zahn des Zahnrads mit dem Gegen-Verzahnungselement, insbesondere der Zahnstange, in Eingriff ist. Unter einem Doppelzahneingriff wird insbesondere verstanden, dass zwei einander unmittelbar benachbarte Zähne des Zahnrads gleichzeitig mit dem Gegen- Verzahnungselement, insbesondere der Zahnstange, in Eingriff sind.
Darunter, dass der Aktor ein verschleißkritisches Teil-Stellintervall einnimmt, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre verstanden, dass die momentane Aktorposition - statisch oder insbesondere transient - einem verschleißkritischen Teil-Stellintervall entspricht, der Aktor also bezüglich seiner momentanen Aktorposition in dem verschleißkritischen Teil-Stellintervall angeordnet ist. Unter einem verschleißkritischen Teil- Stellintervallwechsel wird verstanden, dass die Aktorposition zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Teil-Stellintervallen wechselt, wobei dieser Wechsel als verschleißkritisch eingestuft wird. Als verschleißkritisch wird ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff angesehen, denn dieser Wechsel bedingt einen Biegelastwechsel an den beteiligten Zähnen, was eine verschleißrelevante mechanische Belastung und insbesondere einen Hauptverschleißmechanismus des Zahnrads darstellt.
Insbesondere werden nun im Rahmen des Verfahrens verschleißkritische Teil- Stellintervallwechsel identifiziert. Insbesondere werden solche Teil-Stellintervallwechsel, das heißt Wechsel von einem Teil-Stellintervall zu einem unmittelbar benachbarten nächsten Teil- Stellintervall, als verschleißkritisch identifiziert, bei denen ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff erfolgt. Ein verschleißkritischer Teil- Stellintervallwechsel ist demnach insbesondere ein Wechsel zwischen einem ersten Teil- Stellintervall und einem dem ersten Teil-Stellintervall unmittelbar benachbarten zweiten Teil- Stellintervall, bei dem entweder in dem ersten Teil-Stellintervall ein Einzelzahneingriff und in dem zweiten Teil-Stellintervall ein Doppelzahneingriff, oder umgekehrt in dem zweiten Teil- Stellintervall ein Einzelzahneingriff und in den ersten Teil-Stellintervall ein Doppelzahneingriff vorliegt.
Alternativ oder zusätzlich werden im Rahmen des Verfahrens verschleißkritische Teil- Stellintervalle identifiziert. Insbesondere werden solche Teil-Stellintervalle als verschleißkritisch identifiziert, innerhalb derer ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff - unabhängig von der Richtung dieses Wechsels - erfolgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Häufigkeitsverteilung der verschleißkritischen Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads des Aktors ermittelt wird.
Alternativ oder zusätzlich wird die Häufigkeitsverteilung zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse global für die Verzahnung, insbesondere das Zahnrad, ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads des Aktors ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnindividuell für genau einen Zahn der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für genau ein Paar von unmittelbar einander benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt. Insbesondere auf diese Weise kann eine detaillierte und lokal aufgeschlüsselte Information über den Verschleiß der Verzahnung erhalten werden.
Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse global für die Verzahnung, insbesondere das Zahnrad, ermittelt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktorposition durch den Aktor selbst erfasst wird. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich zuverlässige Art dar, die Aktorposition zu ermitteln. Insbesondere wird die Aktorposition bevorzugt durch den Aktor selbst erfasst, wenn der Aktor als Motor einen Schrittmotor oder Servomotor aufweist. Die Aktorposition wird dann insbesondere durch den Schrittmotor oder Servomotor erfasst.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verschleißzustand lokal in einer Steuervorrichtung einer die Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung ermittelt wird. Dies stellt eine besonders einfache und wenig aufwändige Art der Ermittlung des Verschleißzustands dar.
Alternativ oder zusätzlich wird der Verschleißzustand entfernt von der Energiewandlungsvorrichtung ermittelt, insbesondere auf einer entfernten Rechenvorrichtung, insbesondere einem Dienstgeber, oder in einer Datenwolke, die auch als Cloud bezeichnet wird. Insbesondere wird bevorzugt eine Mehrzahl von Verschleißzuständen einer Mehrzahl von Gaspfadregelvorrichtungen einer Mehrzahl von Energiewandlungsvorrichtungen entfernt von den Energiewandlungsvorrichtungen zentral ermittelt. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft eine große Anzahl von Daten über den Verschleiß von Gaspfadregelvorrichtungen erhoben und ausgewertet, insbesondere statistisch ausgewertet werden. Insbesondere können daraus wiederum vorteilhaft valide Werte für den Verschleißzustandsgrenzwert und/oder den Verschleißzustandsparametergrenzwert abgeleitet werden, insbesondere mit Blick auf einen einerseits nicht zu häufigen, andererseits aber unter Berücksichtigung der Vermeidung unerwarteter Ausfälle nicht zu späten Austausch von Gaspfadregelvorrichtungen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuervorrichtung für eine Energiewandlungsvorrichtung geschaffen wird, wobei die Energiewandlungsvorrichtung einen Gaspfad aufweist, der seinerseits eine Gaspfadregelvorrichtung aufweist. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Steuervorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Steuervorrichtung weist insbesondere mindestens eine Schnittstelle zur Herstellung einer Wirkverbindung mit einer Gaspfadregelvorrichtung, insbesondere mit einem Aktor einer Gaspfadregelvorrichtung, auf
In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung ist diese eingerichtet, um den Verschleißzustand lokal zu ermitteln.
In einer anderen Ausführungsform der Steuervorrichtung weist diese ein Kommunikationsmodul auf, das eingerichtet ist, um mit einer entfernten Rechenvorrichtung insbesondere datenübertragend zusammenzuwirken, um den Verschleißzustand zu ermitteln.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Energiewandlungsvorrichtung mit einem Gaspfad geschaffen wird, der eine Gaspfadregelvorrichtung aufweist, wobei die Energiewandlungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung oder eine Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist. In Zusammenhang mit der Energiewandlungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung erläutert wurden. Die Gaspfadregelvorrichtung weist insbesondere ein Stellelement und einen mit dem Stellelement antriebswirkverbundenen Aktor auf, der eingerichtet ist, um das Stellelement zu verstellen. Der Aktor ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet.
Insbesondere weist der Aktor einen Motor in Kombination mit einer Verzahnung, insbesondere einem Zahnrad auf, wobei der Motor über die Verzahnung mit dem Stellelement antriebswirkverbunden ist. Dem Stellelement ist bevorzugt eine Zahnstange zugeordnet, die mit dem Zahnrad in Eingriff ist. Die Verzahnung weist insbesondere das Zahnrad und die Zahnstange auf, die miteinander in Eingriff sind, das heißt miteinander kämmen.
Der Motor des Aktors ist insbesondere ein Elektromotor, vorzugsweise ein Schrittmotor oder Servomotor.
Das Stellelement ist insbesondere ein Klappenelement, oder ein Ventilkolben oder Ventilstößel.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere mit der Gaspfadregelvorrichtung, insbesondere mit dem Aktor, wirkverbunden, insbesondere um den Aktor anzusteuem und vorzugsweise um die Aktorposition von dem Aktor zu empfangen.
Die Energiewandlungsvorrichtung ist insbesondere eingerichtet zur Wandlung von chemischer Energie in mechanische und/oder elektrische Energie. In einer Ausführungsform ist die Energiewandlungsvorrichtung als Brennkraftmaschine, insbesondere als Hubkolbenmotor, ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Energiewandlungsvorrichtung als Brennstoffzelle ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Energiewandlungsvorrichtung ist der Gaspfad ein Luftpfad oder Ladepfad der Energiewandlungsvorrichtung. In einer anderen Ausführungsform ist der Gaspfad ein Abluft- oder Abgaspfad der Energiewandlungsvorrichtung.
In einer Ausführungsform der Energiewandlungsvorrichtung ist die Gaspfadregelvorrichtung eine Klappenvorrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder Abgasklappe, oder eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil oder ein Wastegate- Ventil. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Energiewandlungsvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung und einer Gaspfadregelvorrichtung;
Figur 2 eine Detaildarstellung einer Gaspfadregelvorrichtung;
Figur 3 eine erste schematische Darstellung eines ersten Teils eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Gaspfadregelvorrichtung, und
Figur 4 eine zweite schematische Darstellung eines zweiten Teils des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß Figur 3.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Energiewandlungsvorrichtung 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung 3 und einer Gaspfadregelvorrichtung 5.
Die Energiewandlungsvorrichtung 1 weist einen Gaspfad 7 auf, der wiederum die Gaspfadregelvorrichtung 5 aufweist. Die Gaspfadregelvorrichtung 5 weist ein Stellelement 9 und einen mit dem Stellelement 9 antriebswirkverbundenen Aktor 11 auf, der eingerichtet ist, um das Stellelement 9 zu verstellen. Der Aktor 11 ist ansteuerbar ausgebildet und weist einen Motor 13 in Kombination mit einer Verzahnung 15, insbesondere einem in Figur 2 dargestellten Zahnrad 17 auf. Über die Verzahnung 15 ist der Motor 13 mit dem Stellelement 9 antriebswirkverbunden. Dem Stellelement 9 ist bevorzugt eine ebenfalls in Figur 2 dargestellte Zahnstange 19 zugeordnet, die mit dem Zahnrad 17 in Eingriff ist. Die Verzahnung 15 weist insbesondere das Zahnrad 17 und die Zahnstange 19 auf, die miteinander in Eingriff sind, das heißt miteinander kämmen. Der Motor 13 ist bevorzugt ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor oder Servomotor. Das Stellelement 9 ist insbesondere ein Klappenelement, oder ein Ventilkolben oder Ventil Stößel. Die Steuervorrichtung 3 ist mit der Gaspfadregelvorrichtung 5, insbesondere mit dem Aktor 11, wirkverbunden, insbesondere um den Aktor 11 anzusteuem und eine momentane Aktorposition von dem Aktor 11 zu empfangen.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Energiewandlungsvorrichtung 1 als Brennkraftmaschine 21, insbesondere als Hubkolbenmotor, ausgebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Energiewandlungsvorrichtung 1 als Brennstoffzelle ausgebildet sein. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem der Gaspfad 7 ein Abgaspfad 23 der Brennkraftmaschine 21. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Gaspfad 7 ein Luftpfad 24 oder Ladepfad, oder ein Abluftpfad der Energiewandlungsvorrichtung 1 sein. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gaspfadregelvorrichtung 5 ein Wastegate- Ventil 25, das insbesondere in einem Turbinenbypass 27 einer Abgasturbine 28 eines Abgasturboladers 29 der Brennkraftmaschine 21 angeordnet ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Gaspfadregelvorrichtung 5 eine Klappenvorrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder Abgasklappe, oder eine andere Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil, sein.
Die Steuervorrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Gaspfadregelvorrichtung 5 mit folgenden Schritten: Die Aktorposition des Aktors 11 wird zeitabhängig erfasst; anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition wird wenigstens ein Verschleißzustandsparameter ermittelt, und anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters wird der Verschleißzustand ermittelt.
Als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wird bevorzugt wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Lagerzustandsparameter einer in Figur 2 dargestellten Lagerung 31 der Gaspfadregelvorrichtung 5, die hier eine Radiallagerung 32 des Zahnrads 17 ist; und einem Verzahnungszustandsparameter der Verzahnung 15 des Aktors 11. Bevorzugt werden beide Zustandsparameter, der Lagerzustandsparameter und der Verzahnungszustandsparameter, als Verschleißzustandsparameter ermittelt. Insbesondere werden die beiden Zustandsparameter miteinander verodert, um eine Entscheidung über weitere Maßnahmen abhängig von demjenigen Zustandsparameter zu treffen, der den größeren Verschleiß anzeigt. Insbesondere wird der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter bevorzugt mit einem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen, wobei der Verschleißzustand anhand des Vergleichs ermittelt wird.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung bevorzugt eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele des Verfahrens, vorzugsweise beider Ausführungsbeispiele in Kombination miteinander, insbesondere unter Veroderung der erhaltenen Verschleißzustandsparameter im oben erläuterten Sinn.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Lagerzustandsparameter der Lagerung 31, insbesondere der Radiallagerung 32, der Gaspfadregelvorrichtung 5 ermittelt wird, indem anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition eine momentane Belastungsgröße der Gaspfadregelvorrichtung 5 ermittelt wird, wobei die momentane Belastungsgröße zeitlich integriert wird, woraus ein Belastungsintegral L als der Lagerzustandsparameter erhalten wird. Die momentane Belastungsgröße wird insbesondere als Produkt einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition mit einer Widerstandsgröße ermittelt. Bevorzugt wird das Belastungsintegral L gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) berechnet.
Bei einem zweiten, insbesondere anhand der nachfolgenden Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Verzahnungszustandsparameter der Verzahnung 15, insbesondere des Zahnrads 17, des Aktors 11 ermittelt wird.
Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung einer Gaspfadregelvorrichtung 5 mit der Verzahnung 15, insbesondere dem Zahnrad 17 und der Zahnstange 19.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Das Zahnrad 17 und die Zahnstange 19 sind insbesondere derart ausgebildet, angeordnet und aufeinander abgestimmt, dass stets höchstens zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne 33 des Zahnrads mit der Zahnstange 19 in Eingriff sind. In Figur 2 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nur insgesamt zwei Zähne 33 mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Über einen größeren Anteil an Teilwegen des Stellwegs des Aktors 11 ist nur jeweils ein Zahn 33 mit der Zahnstange 19 in Eingriff, was als Einzelzahneingriff bezeichnet wird. Nur für einen kleineren Anteil an Teilwegen des Stellwegs sind zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne 33 mit der Zahnstange 19 in Eingriff, was als Doppelzahneingriff bezeichnet wird.
In Figur 2a) ist ein Einzelzahneingriff dargestellt, bei dem nur ein Zahn 33, nämlich ein erster Zahn 33.1 mit der Zahnstange 19 in Eingriff ist. In Figur 2b) ist ein Doppelzahneingriff dargestellt, bei dem zwei einander unmittelbar benachbarte Zähne 33, nämlich der erste Zahn 33.1 und ein zweiter, dem ersten Zahn 33.1 unmittelbar benachbarter Zahn 33.2, gleichzeitig mit der Zahnstange 19 in Eingriff sind.
Fig. 3 zeigt eine erste schematische Darstellung eines ersten Teils eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Gaspfadregelvorrichtung 5.
Dabei wird ein Stellintervall S des Aktors 11 in eine Mehrzahl von Teil-Stellintervallen Si unterteilt. Das Stellintervall S entspricht einem vollständigen Stellweg des Aktors 11 von einer ersten Endposition Ei bis zu einer zweiten Endposition E2, den der Aktor 11 im Betrieb der Gaspfadregelvorrichtung 5 für die Verstellung des Stellelements 9 zurücklegt. Das Stellintervall S kann insbesondere in Winkelgraden oder in Prozent angegeben werden, wobei in letzterem Fall insbesondere beispielsweise der ersten Endposition Ei der Wert 0 % und der zweiten Endposition E2 der Wert 100 % zugeordnet werden kann. Als die Aktorposition wird ein momentanes Teil-Stellintervall Si des Aktors 11 zeitabhängig erfasst. Dabei ist in Figur 3 nur eine grobe Unterteilung des Stellintervalls S in sechs Haupt-Teil-Stellintervalle dargestellt, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eines mit SH bezeichnet ist, wobei jedes Haupt- Teil-Stellintervall einem von sechs Zähnen 33, als Zähne ZI bis Z6 bezeichnet, zugeordnet ist, die sukzessive nacheinander mit der Zahnstange 19 in Eingriff kommen, wenn der Aktor 11 das Stellintervall S durchläuft.
Tatsächlich erfolgt die Unterteilung in die Teil-Stellintervalle Si feiner, das heißt insbesondere in eine größere Zahl von Teil-Stellintervalle Si, insbesondere bevorzugt in dreißig Teil- Stellintervalle Si, derart, dass den Teil-Stellintervallen Si jeweils einerseits Einzelzahneingriffe und andererseits Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können. Insbesondere wird die Anzahl der Teil-Stellintervalle, in welche das Stellintervall S unterteilt wird, entsprechend geeignet gewählt, insbesondere derart, dass bestimmten Teil-Stellintervallen Si eindeutig Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können.
Fig. 4 zeigt eine zweite schematische Darstellung eines zweiten Teils des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß Figur 3. Dabei ist hier eine tabellarische Darstellung der dreißig Teil- Stellintervalle Si dargestellt, zusammen mit einer Zuordnung, welchen der Teil-Stellintervalle Si Einzelzahneingriffe zugeordnet sind, und welchen der Teil-Stellintervalle Doppelzahneingriffe zugeordnet sind. Dabei sind die in Figur 3 dargestellten sechs Zähne auch hier als ZI bis Z6 bezeichnet. Die dreißig Teil-Stellintervalle sind jeweils mit ihrem Index i, von 1 bis 30, bezeichnet. Beispielsweise sind Doppelzahneingriffe den Teil-Stellintervallen Si, Se, S7, S12, S13, Si8, S19, S24, S25 und S30 zugeordnet. Den anderen Teil-Stellintervallen sind jeweils Einzelzahneingriffe zugeordnet. Es ist allerdings bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch eine Unterteilung des Stellintervalls in Teil-Stellintervalle möglich, bei denen einzelnen Teil- Stellintervallen Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriffunabhängig von der Richtung des Wechsels - zugeordnet sind.
Als der wenigstens eine Verzahnungszustandsparameter wird nun eine Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse ermittelt, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, bestehend aus: Dem Einnehmen eines verschleißkritischen Teil-Stellintervalls durch den Aktor 11, und einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel. Die verschleißkritischen Ereignisse werden insbesondere jeweils gezählt, und es wird - insbesondere nach Art eines Histogramms - eine Häufigkeitsverteilung ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird eine absolute Häufigkeit der verschleißkritischen Ereignisse ermittelt.
Insbesondere werden im Rahmen des Verfahrens verschleißkritische Teil-Stellintervallwechsel identifiziert. Insbesondere werden solche Teil-Stellintervallwechsel, das heißt Wechsel von einem Teil-Stellintervall Si zu einem unmittelbar benachbarten nächsten Teil-Stellintervall Si, als verschleißkritisch identifiziert, bei denen ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff erfolgt. Ein verschleißkritischer Teil-Stellintervallwechsel ist demnach insbesondere ein Wechsel zwischen einem ersten Teil-Stellintervall Si und einem dem ersten Teil-Stellintervall Si unmittelbar benachbarten zweiten Teil-Stellintervall Si+i oder Si-i, bei dem entweder in dem ersten Teil-Stellintervall Si ein Einzelzahneingriff und in dem zweiten Teil-Stellintervall Si+i oder Si-i ein Doppelzahneingriff, oder umgekehrt in dem zweiten Teil- Stellintervall Si+i oder Si-i ein Einzelzahneingriff und in den ersten Teil-Stellintervall Si ein Doppelzahneingriff vorliegt, beispielsweise ein Wechsel von S 13 zu S14 oder von Se zu S5.
Vorzugsweise wird die Häufigkeitsverteilung der verschleißkritischen Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Häufigkeitsverteilung zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse global für das Zahnrad 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnindividuell für genau einen Zahn 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für genau ein Paar von unmittelbar einander benachbarten Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse global für das Zahnrad 17 ermittelt.
Die Aktorposition wird bevorzugt durch den Aktor 11 selbst erfasst, insbesondere wenn der Aktor 11 als Motor einen Schrittmotor oder Servomotor aufweist.
Bevorzugt wird der Verschleißzustand lokal in der Steuervorrichtung 3 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird der Verschleißzustand entfernt von der Energiewandlungsvorrichtung 1 ermittelt, insbesondere auf einer entfernten Rechenvorrichtung, insbesondere einem Dienstgeber, oder in einer Datenwolke oder Cloud.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung (5) einer einen Gaspfad (7) aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung (1), mit folgenden Schritten:
- zeitabhängiges Erfassen einer Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements (9) der Gaspfadregelvorrichtung (5) vorgesehenen Aktors (11),
- Ermitteln von wenigstens einem Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition, und
- Ermitteln des Verschleißzustands anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt wird, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem Lagerzustandsparameter einer Lagerung (31), insbesondere einer Radiallagerung (32), der Gaspfadregelvorrichtung (5); und einem Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung (15) des Aktors (11).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter mit einem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen wird, wobei der Verschleißzustand anhand des Vergleichs ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Lagerzustandsparameter einer Lagerung (31), insbesondere einer Radiallagerung (32), der Gaspfadregelvorrichtung (5) ermittelt wird, indem anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition eine momentane Belastungsgröße der Gaspfadregelvorrichtung (5) ermittelt wird, wobei die momentane Belastungsgröße zeitlich integriert wird, woraus ein Belastungsintegral (/.) als der Lagerzustandsparameter erhalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die momentane Belastungsgröße als Produkt einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition mit einer Widerstandsgröße (w) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung (15) des Aktors (11) ermittelt wird, indem ein Stellintervall (S) des Aktors (11) in eine Mehrzahl von Teil-Stellintervallen (Si) unterteilt wird, wobei als zeitabhängig erfasste Aktorposition ein momentanes Teil-Stellintervall (Si) des Aktors (11) zeitabhängig erfasst wird, wobei als der wenigstens eine Verzahnungszustandsparameter eine Häufigkeitsverteilung und/oder eine absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse ermittelt wird, wobei die verschleißkritischen Ereignisse ausgewählt sind aus einer Gruppe, bestehend aus: Dem Einnehmen eines verschleißkritischen Teil-Stellintervalls (Si) durch den Aktor (11), und einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Häufigkeitsverteilung und/oder die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen (33) der Verzahnung des Aktors (11) oder global für die Verzahnung (15) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Aktorposition durch den Aktor (11) selbst erfasst wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschleißzustand lokal in einer Steuervorrichtung (3) einer die Gaspfadregelvorrichtung (5) aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung (1) und/oder entfernt von der Energiewandlungsvorrichtung (1), insbesondere auf einer entfernten Rechenvorrichtung, insbesondere einem Dienstgeber, oder in einer Datenwolke, ermittelt wird.
10. Steuervorrichtung (3) für eine einen eine Gaspfadregelvorrichtung (5) aufweisenden Gaspfad (7) aufweisende Energiewandlungsvorrichtung (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Energiewandlungsvorrichtung (1) mit einem eine Gaspfadregelvorrichtung (5) aufweisenden Gaspfad (7) und einer Steuervorrichtung (3) nach Anspruch 10.
EP22835671.3A 2021-12-13 2022-12-12 Verfahren zum überwachen eines verschleisszustands einer gaspfadregelvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung Pending EP4448948A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021132840.3A DE102021132840B4 (de) 2021-12-13 2021-12-13 Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung
PCT/EP2022/085364 WO2023110738A1 (de) 2021-12-13 2022-12-12 Verfahren zum überwachen eines verschleisszustands einer gaspfadregelvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4448948A1 true EP4448948A1 (de) 2024-10-23

Family

ID=84800025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22835671.3A Pending EP4448948A1 (de) 2021-12-13 2022-12-12 Verfahren zum überwachen eines verschleisszustands einer gaspfadregelvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250020542A1 (de)
EP (1) EP4448948A1 (de)
CN (1) CN118401748A (de)
DE (1) DE102021132840B4 (de)
WO (1) WO2023110738A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7626078B2 (ja) * 2022-01-28 2025-02-04 トヨタ自動車株式会社 スロットル制御システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007056557A1 (de) 2007-11-23 2009-05-28 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Feststellung der Gängigkeit eines Verstellmechanismus eines Abgasturboladers
DE102012018785A1 (de) 2012-09-22 2013-03-21 Daimler Ag Verfahren zur Diagnose zumindest eines Stellglieds einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine
WO2016113889A1 (ja) 2015-01-16 2016-07-21 三菱重工業株式会社 可変容量型ターボチャージャの異常判定装置
DE102019001627A1 (de) * 2018-06-18 2019-12-19 Deutz Aktiengesellschaft Verfahren zur Verschleißerkennung und prädiktiven Verschleißprognose von elektromechanischen Aktuatoren zur Betriebszeit einer Maschine mit Verbrennungsmotor
US11421619B2 (en) * 2020-12-01 2022-08-23 Garrett Transportation I Inc. Wear monitoring for electrical actuators

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021132840B4 (de) 2024-05-23
CN118401748A (zh) 2024-07-26
WO2023110738A1 (de) 2023-06-22
DE102021132840A1 (de) 2023-06-15
US20250020542A1 (en) 2025-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0350082B1 (de) Sicherheits- und Notfahrverfahren für eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Einrichtung zu dessen Durchführung
EP0616941B1 (de) Anordnung zur Verhinderung des selbsttätigen Öffnens einer nicht ordnungsgemäss geschlossenen und verriegelten Tür oder Klappe im Flugzeugrumpf
EP1685026A1 (de) Verfahren zur lastbegrenzung in antriebssystemen für flugzeughochauftriebssysteme
DE102008028568A1 (de) Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage
EP1607192B1 (de) Verfahren und System zur Verschleissabschätzung von Achsen eines Roboterarmes
EP2136076A2 (de) Verfahren zur Steuerung eines Windparks
EP3056957B1 (de) Diagnoseeinrichtung und -verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Regelkreises
EP4448948A1 (de) Verfahren zum überwachen eines verschleisszustands einer gaspfadregelvorrichtung, steuervorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens und energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen steuervorrichtung
EP1805864B1 (de) Vorrichtung mit mehreren parallel geschalteten generatoren zur spannungsversorgung
EP1397594A1 (de) Windenergieanlage mit einer asynchronmaschine zur feststellung der azimutposition
EP3376026B1 (de) Verfahren zur regelung der wirkleistungsabgabe eines windparks sowie ein entsprechender windpark
DE3631200C2 (de) Einrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug
DE102005040780A1 (de) Verfahren zur Verfügbarkeitserhöhung von Kraftfahrzeugmotoren
DE102011075337A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung einer Anlage
DE102022110035B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
EP1607894A1 (de) Verfahren und System zur Ermittlung eines Wartungsbedarfs
EP3292444B1 (de) Verfahren zum betreiben eines elektrischen oder fluidischen stellantriebs und bewegungssteuerung für einen stellantrieb
WO2022268783A1 (de) Regeleinrichtung zur regelung einer eine brennkraftmaschine und einen mit der brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen generator umfassenden leistungsanordnung, regelanordnung mit einer solchen regeleinrichtung, leistungsanordnung und verfahren zur regelung einer leistungsanordnung
WO2019242876A1 (de) Verfahren zur verschleisserkennung und prädiktiven verschleissprognose von elektromechanischen aktuatoren zur betriebszeit einer maschine mit verbrennungsmotor
EP1379926A2 (de) Verfahren zum optimieren der auslegung von motorischen antriebsstrecken
DE102019219877A1 (de) Steuerungsvorrichtung zum Betreiben eines Getriebes
DE102007033653B4 (de) Anlage mit zwei lagesynchron geregelten Antrieben und Verfahren
DE102010031323A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102023113963A1 (de) System und Verfahren zur sicherheitsgerichteten Überwachung einer technischen Anlage
EP3489773A1 (de) Verfahren zum rechnergestützten steuern eines technischen systems, insbesondere einer energieerzeugungsanlage

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240705

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)