DE102018104665A1

DE102018104665A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018104665A1
Application number: DE102018104665.0A
Authority: DE
Inventors: Ion Madan; Rolf Pfeifer; Patrick Stöckle; Martin Diesch
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: DE102018104665B4; WO2019166375A1

Abstract

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

Description

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

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

Es ist seit längerem bekannt, das Betreiben von Brennkraftmaschinen und weiteren Antriebskomponenten eines Fahrzeugs möglichst betriebsfest auszulegen - das heißt Maschinenbauteile der Brennkraftmaschine bzw. der Komponenten der Brennkraftmaschine derart auszulegen, dass diese mit vorgegebener Wahrscheinlichkeit eine bestimmte endliche Lebensdauer ohne unnötigen Aufwand an Werkstoff erreichen können. Wenigstens aber sollte für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall eines oder mehrerer Maschinenbauteile angegeben werden, welche laufzeitbegrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein können.
So ist hinsichtlich einer betriebsfesten Auslegung von Antriebstechnik ein Artikel von Vahlensieck aus dem April 1999 bekannt (54. Jahrgang Landtechnik 4/99). Im Rahmen dieses Artikels wie auch in anderen Erörterungen ist die „Rainflow“-Zählung erläutert, welche es mit verfügbarer Rechenleistung ermöglicht, Lastverläufe an einem Maschinenbauteil zur Erstellung eines Lastkollektivs zu klassieren und daraus eine Maschinenbauteile-Schädigung zu errechnen, welche pro Lastklasse --letztendlich aus dem Quotienten „zu ertragende Lastspielzahl“ (aus dem Lastkollektiv) geteilt durch „ertragbare Lastspielzahl“ (aus einer Grenz-Kennlinie; sogenannte Wöhlerlinie) - eine Schädigungszahl angibt bzw. im Kehrwert ein Maß für einen Reserve-Abstand zur Grenz-Kennlinie. Durch aufsummieren der Teileschädigung kann ein Schädigungs-Maß für eine betriebsfeste Auslegung bzw. aus einem Abstand zur Grenz-Kennlinie ein laufzeitbegrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben werden.
Es ist aus DE 10 2005 048 532 A1 bekannt, für die Überwachung einer mechanischen Komponente eines Fahrzeugs bzw. Motors oder einer sonstigen Komponente, Betriebsdaten zu erfassen und anhand der Betriebsdaten eine Kenngröße für den Zustand der Komponente zu ermitteln, so dass eine drohende Störung der Komponente identifiziert werden kann und das Fahrzeug so gesteuert werden kann, dass eine momentane Belastung der Komponente verringert wird.
Aus DE 19959526A1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei Betriebskenngrößen erfasst werden, um ein prädiktives Erkennen von Fehlern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dazu wird ein Betriebskenngrößenmuster erstellt, das in geeigneter Form beschrieben wird, so dass aktuell erfasste Betriebskenngrößen mit dem Betriebskenngrößenmuster verglichen werden können.
Solche Ansätze sind vergleichsweise allgemein gehalten. Es zeigt sich jedoch, dass letztlich die Datenerfassung und die ursächlichen Grundlagen für die verlässliche Angabe eines die Laufzeit begrenzenden Zeitintervalls des Maschinenbauteils problematisch sind.
Zur Auflösung dieser Problematik ist es grundsätzlich bekannt, dass der transiente Betrieb eines Verbrennungsmotors bei einer Brennkraftmaschine zu wiederholten Erhitzungen und Abkühlungen des Motors oder anderer Komponenten führt und jedenfalls diese Belastungsart als wesentlich für die Materialermüdung der Komponenten einer Brennkraftmaschine angesehen werden kann.
Wünschenswert ist es, jedenfalls diese thermische Ermüdung der Komponenten einer Brennkraftmaschine in verbesserter Weise zu nutzen, um ein die Laufzeit begrenzenden Zeitintervall für ein Maschinenbauteil einer der Komponenten anzugeben.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist ein Verfahren, eine Steuereinrichtung und eine Brennkraftmaschine anzugeben, welche es ermöglicht für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall eines Maschinenbauteils derselben in verlässlicher und dennoch effizienter Weise anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der eingangs genannten Art; erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

- Betriebsdaten des Maschinenbauteils bestimmt werden, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen, und
- die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird,
- der Wirkzusammenhang mittels einer Vorschrift, insbesondere Algorithmus oder dergleichen Rechen- oder Datenvorschrift, dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteil-Temperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur, wobei die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und/oder einem zweiten Bauteilort bestimmt wird und daraus eine zeitliche und/oder örtliche Temperaturänderung für das Bauteil angegeben wird,
- mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters klassiert wird, insbesondere eine Anzahl von Lastklassen für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, und
- mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird,
- auf Grundlage des Betriebsmusters das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.

Die Erfindung geht zunächst von der Überlegung aus, dass zur Ermittlung einer Belastbarkeit einer Komponente der Brennkraftmaschine bzw. eines Maschinenbauteils der Brennkraftmaschine oder einer der Komponenten ein Abnutzungsgrad derselben ermittelt werden kann, der auf die thermische Ermüdung derselben zurück geht.
Ursächlich dafür wurde im Rahmen dieser Überlegung erkannt, dass insbesondere transient, insbesondere zyklisch, auftretende schädigende Temperaturänderungen des Maschinenbauteils erfasst werden sollten. Auch wurde ausgehend von dieser Überlegung erkannt, dass schädigende Temperaturänderungen nicht nur zeitliche Temperaturänderungen an einem Ort des Maschinenbauteils betreffen, sondern auch vor allem variierende überörtliche Erwärmungen des Bauteils über eine gewisse örtliche Erstreckung des Bauteils hinweg; also insofern örtliche Temperaturgradienten am Maschinenbauteil.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass Betriebsdaten des Maschinenbauteils bestimmt werden, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen, und die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird.
Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass eine solche Information natürlich grundsätzlich durch applizieren geeigneter Sensoren an dem Maschinenbauteil bzw. Komponenten der Brennkraftmaschine zu erlangen wäre. Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass dies zur Verteuerung der Brennkraftmaschine führen würde und zudem wohl auch zur Senkung einer Zuverlässigkeit, da diese letztendlich durch einen Sensorausfall oder dergleichen leiden würde. Von einem solchen Ansatz wird vorliegend allenfalls hilfsweise ausgegangen, um die Wettbewerbsfähigkeit, d. h. insbesondere Entstehungs- und Unterhaltskosten der Brennkraftmaschine nicht zu gefährden.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Wirkzusammenhang mittels einer Vorschrift, insbesondere Algorithmus oder dergleichen Rechen- oder Datenvorschrift, dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteil-Temperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur, wobei die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und/oder einem zweiten Bauteilort bestimmt wird und daraus eine zeitliche und/oder örtliche Temperaturänderung für das Bauteil angegeben wird.
Die Erfindung hat also erkannt, dass die Bestimmung von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien der Selben vorteilhaft ist, um für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils anzugeben. Insbesondere hat die Erfindung erkannt, dass die Ermittlung der Betriebszeiten der Brennkraftmaschine und auch der Betriebsmedien grundsätzlich vorgenommen wird. Ausgehend von dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung also vor diejenigen Betriebsdaten zu ermitteln, die in einem Wirkzusammenhang mit einem tatsächlichen Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen. Gemäß dem Konzept der Erfindung stellt dieser Ansatz einen sogenannten „virtuellen Sensor“ dar, mittels dem der eigentlich interessierende temperaturbedingte tatsächliche Lastverlauf des Maschinenbauteils zu ermitteln ist.
Die Erfindung geht also davon, dass die Betriebsdaten somit wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen sollten und die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen werden. Weiter schlägt die Erfindung vor, dass der Wirkzusammenhang mittels eines Algorithmus dargestellt wird, derart, dass eine Maschinenbauteiltemperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur. Konkret wird der oben genannte „virtuelle Sensor“ durch ein Rechenmodul realisiert, mit dessen Hilfe von der transienten Temperaturänderung der Medientemperatur auf eine transiente Maschinenbauteiltemperatur --und zwar zeitlich und/oder örtlich aufgelöst-geschlossen wird.
Mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur kann so wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben werden und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters klassiert werden, wobei insbesondere eine Anzahl von Lastklassen für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, und mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel kann ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben werden, und auf Grundlage des Betriebsmusters kann das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben werden.
Die Erfindung führt auch auf eine Steuereinrichtung nach Anspruch 11 und eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 13 mit der Steuereinrichtung, wobei das erfindungsgemäße Verfahren von der Einrichtung umgesetzt werden kann.
Die Erfindung betrifft somit eine Steuereinrichtung nach Anspruch 11; nämlich insbesondere eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach dem Konzept der Erfindung, umfassend

- eine Überwachungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine wenigstens zu überwachen,
- eine Erfassungseinrichtung mittels der Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden, wobei
- eine Bestimmungseinrichtung mittels der für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, wobei

- Betriebsdaten des Maschinenbauteils zu bestimmen, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen, und
- die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird,
- der Wirkzusammenhang mittels einer Vorschrift, insbesondere Algorithmus oder dergleichen Rechen- oder Datenvorschrift, dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteil-Temperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur, wobei die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und/oder einem zweiten Bauteilort bestimmt wird und daraus eine zeitliche und/oder örtliche Temperaturänderung für das Bauteil angegeben wird,
- mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters klassiert wird, insbesondere eine Anzahl von Lastklassen für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, und
- mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird,
- auf Grundlage des Betriebsmusters das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung somit eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 13; nämlich insbesondere eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung nach dem Konzept der Erfindung, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei

- die Brennkraftmaschine ausgebildet ist für den Betrieb mit einer Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa dem Motor und ggfs. weiteren Komponenten wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, eine Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen, und aufweist:
- ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben,
- eine Überwachungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine wenigstens zu überwachen,
- eine Erfassungseinrichtung mittels der Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden, wobei
- eine Bestimmungseinrichtung mittels der für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, wobei

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Vorteilhaft wird die transiente Medientemperatur auf eine Beharrungszeit bei einem Temperaturniveau untersucht. Vorzugsweise kann aus derjenigen Zeit, in welcher die Medientemperatur vergleichsweise konstant ist bzw. einen flachen Verlauf mit geringer Steigung bzw. Änderungsrate aufweist eine Beharrungszeit festgelegt werden. Insbesondere wird bereits aus einem Vorhandensein eines Temperaturniveaus, vorzugsweise mit einer bestimmten Beharrungszeit, auf einen Lastwechsel für das Maschinenbauteil und einer dem folgenden Temperaturänderung der Maschinenbauteil-Temperatur geschlossen. Relevante Beharrungszeiten können durchaus unterschiedlich und individuell für das Betriebsmedium festgestellt werden. Zur Untersuchung und Feststellung können idealisierte Modelle verwendet werden. Mit dieser Maßgabe lassen sich relevante Lastwechsel einleitende Änderungen der Medientemperatur qualitativ und quantitativ erfassen.
Vorteilhaft wird die Maschinenbauteil-Temperatur als zeitabhängiger Verlauf für das Maschinenbauteil mittels Prinzipien der Wärme- und Stoffübertragungslehre bestimmt. Dies kann insbesondere an einem einzigen Ort und/oder an einer Anzahl von Orten des Maschinenbauteils vorgenommen werden. Insbesondere kann der zeitabhängige Verlauf für das Maschinenbauteil als eine zeitabhängige Exponentialfunktion bestimmt werden. Vorzugsweise kann die zeitabhängige Exponentialfunktion Parameter für eine Anfangstemperatur, einen maximalen Temperaturanstieg und eine Steigung des Temperaturverlaufs am Maschinenbauteil aufweisen. Vorteilhaft wird mit dieser Funktionalität und Maßnahmen zur Bestimmung der Maschinenbauteil-Temperatur als zeitabhängiger Verlauf für das Maschinenbauteil der sogenannte „virtuelle Sensor“ umgesetzt, mittels dem der eigentlich interessierende temperaturbedingte tatsächliche Lastverlauf des Maschinenbauteils zu ermitteln ist.
Vorteilhaft werden Parameter des zeitabhängigen Verlaufs der Maschinenbauteil-Temperatur empirisch und/oder modellbasiert festgelegt. Beide Varianten haben ihre Vorteile; die empirische Festlegung ist in den meisten Fällen genauer. Die empirische Festlegung kann die Parameter insbesondere als Betriebspunkt abhängige Kennfelder quantifizieren.
Vorteilhaft wird eine transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt bestimmt; vorzugsweise an einem oberen Temperaturniveau und einem unteren Temperaturniveau bei den Beharrungszeiten, die auf einen Lastwechsel für das Maschinenbauteil hinweisen. Daraus kann vorzugsweise eine zeitliche Temperaturänderung an wenigstens einem Bauteilort angegeben werden. Insbesondere kann mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben werden; vorzugsweise als Differenz zwischen einem oberen Temperaturniveau und einem unteren Temperaturniveau. Die Temperaturänderungs-Amplituden können sodann klassiert werden derart, dass aus der zeitlichen Temperaturänderung eine darauf basierende „zeitliche“ Lastklasse als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters ermittelt wird.
Insbesondere kann dies für weitere Bauteilorte eines Bauteils, insbesondere für weitere Bauteile, durchgeführt werden. Ganz analog kann vorteilhaft die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und einem zweiten Bauteilort, vorzugsweise zu wenigstens einem festgelegten Zeitpunkt, bestimmt werden und daraus eine örtliche Temperaturänderungs-Amplitude für das Bauteil angegeben und klassiert werden. Dies kann vorteilhaft derart umgesetzt werden, dass aus der örtlichen Temperaturänderung eine darauf basierende „örtliche“ Lastklasse als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters ermittelt wird.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann aus der zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturänderung und/oder einer genannten bevorzugten Temperaturänderungs-Amplitude eine Anzahl von Lastklassen als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters ermittelt werden.
Vorteilhaft kann eine Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel mittels des Betriebsmusters des Maschinenbauteils angegeben werden. Dies berücksichtigt vorteilhaft für das Bauteil an dem entsprechenden Ort des Bauteils, die Häufigkeit mit der in oder aus einer Lastklasse heraus gewechselt wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass vor allem der Wechsel einer Last -- insbesondere ein zyklischer Wechsel einer Last im Sinne zunächst einer Lastsenkung und dann wieder einer Lastanhebung-- in Bezug auf eine bestimmte Lastklasse besondere Bedeutung zukommt bei der Ermittlung einer Bauteilschädigung. Vorteilhaft kann mittels der Anzahl der Lastklassen-Wechsel das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine angegeben werden.
Vorteilhaft kann auch bereits eine Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt werden, derart dass mittels der Gesamt-Anzahl der vorbestimmten Lastklassen ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass vor allem der Wechsel einer Last in eine der vorbestimmten Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, besondere Bedeutung zukommt bei der Ermittlung einer Bauteilschädigung. Vorteilhaft kann dann bereits mittels der Anzahl festgestellter Lastklassen, insbesondere der Anzahl festgestellter vorbestimmter Lastklassen, das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine angegeben werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine ermittelt werden aus einer Schädigungszahl. Eine Schädigungszahl folgt im Grunde einem eingangs genannten Prinzip wie es im Artikel von Vahlensieck aus dem April 1999 (54. Jahrgang Landtechnik 4/99) beschrieben ist. Im Rahmen dieses Artikels wie auch in anderen Erörterungen ist die „Rainflow“-Zählung erläutert, welche es mit verfügbarer Rechenleistung ermöglicht, Lastverläufe an einem Maschinenbauteil zur Erstellung eines Lastkollektivs zu klassieren und daraus eine Maschinenbauteile-Schädigung zu errechnen, welche pro Lastklasse --letztendlich aus dem Quotienten „zu ertragende Lastspielzahl“ (aus dem Lastkollektiv) geteilt durch „ertragbare Lastspielzahl“ (aus einer Grenz-Kennlinie; sogenannte Wöhlerlinie) - eine Schädigungszahl angibt bzw. im Kehrwert ein Maß für einen Reserve-Abstand zur Grenz-Kennlinie. Durch aufsummieren der Teileschädigung kann ein Schädigungs-Maß für eine betriebsfeste Auslegung bzw. aus einem Abstand zur Grenz-Kennlinie ein laufzeitbegrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben werden.
Vorliegend hat es sich darüberhinaus als vorteilhaft erwiesen, dass die Schädigungszahl ermittelt wird aus der Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel und/oder Anzahl der Lastklassen, insbesondere der Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, am Maschinenbauteil. Die Schädigungszahl kann insbesondere angegeben werden mit wenigstens einem Verhältnis, insbesondere einem Quotienten, einerseits einer Häufigkeit von Lastklassen-Wechsel und/oder Anzahl der Lastklassen in Bezug und zum anderen einem theoretischen Grenzwert auf einer Grenzkennlinie (Tausch-Kennlinien-Wert), welcher eine Grenz-Häufigkeit und/oder Grenz-Anzahl für das Maschinenbauteil angibt, bei welcher es aller Voraussicht und Erfahrung nach zu tauschen wäre. Eine bevorzugte Ausführungsform zur Ermittlung einer Schädigungszahl ist in 7 beschrieben.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung der Funktionalitäten eines „virtuellen Sensors“ gemäß dem Konzept der Erfindung;
2A, 2B zwei Beispiele idealisierter Verläufe einer Abgastemperatur aufgetragen als Temperatur über eine normierte Zeitachse als Beispiel einer Medientemperatur für das Betriebsmedium Abgas, wobei die Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische -im Sinne eines Zyklus zwischen einem oberen und unteren Temperaturniveau--, Betriebsdaten gemessen wird;
3A, 3B einen ersten beispielhaften realen Verlauf einer Abgastemperatur und schattiert eine Anzahl von tatsächlich physikalisch gemessenen Bauteiltemperaturen an einem Abgasturboladergehäuse; dies an nicht weniger als acht Orten des Abgasturboladergehäuses (3A) sowie einen zweiten beispielhaften realen Verlauf einer Abgastemperatur und mittels dem „virtuellen Sensor“ einen mit einer zeitabhängigen Exponentialfunktion ermittelten bzw. berechneten Temperaturverlauf des Abgasturboladers als Folge der gemessenen Temperatur des Abgases (3B);
4A, 4B eine tatsächlich physikalisch gemessene Bauteiltemperatur als Temperaturanstieg an einem Abgasturboladergehäuse und mittels dem „virtuellen Sensor“ einen mit einer zeitabhängigen Exponentialfunktion ermittelten bzw. berechneten Temperaturverlauf des Abgasturboladers als Folge der gemessenen Temperatur des Abgases, wobei die angegebenen Parameter a, b, c der Exponentialfunktion (4A) sowie die empirisch ermittelten Kennfelder zu den Parametern a, b, c der Exponentialfunktion (4B) beispielhaft dargestellt sind;
5A, 5B einen örtlichen Temperaturunterschied an einem Abgasturbolader mit hier dargestellten und so bezeichneten Kennlinien TGH8 an einem ersten Ort und TGH3 an einem zweiten Ort, wobei der erste und zweite Ort über eine gewisse Distanz A getrennt sind, sodass dafür eine Temperaturänderungs-Amplitude bestimmbar ist (5A) sowie eine verallgemeinert dargestellte Klassierung einer solchen Temperaturänderungs-Amplitude in einem zweidimensionalen Diagramm als Grundlage eines Betriebsmusters (5B);
6A, 6B zwei beispielhafte Betriebsmuster in Matrixform mit klassierten Temperaturänderungs-Amplituden;
7 eine bevorzugte Vorgehensweise zur Ermittlung einer Schädigungszahl als Grundlage zur Ermittlung eines laufzeitbegrenzenden Zeitintervalls des Maschinenbauteils;
8 einen grundsätzlichen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Maschinenbauteil das laufzeitbegrenzend für den Betrieb derselben ist.

Der transiente Betrieb einer Brennkraftmaschine 1 bewirkt ein transientes, insbesondere zumeist zyklisches Aufheizen und wieder Abkühlen des Motors und weiterer Komponenten derselben; beispielsweise im Sinne eines Zyklus zwischen einem oberen und unteren Temperaturniveau. Diese Prozesse einer Brennkraftmaschine 1 sind für einige symbolisch dargestellte Komponenten wie beispielsweise einem Motor M, einem Abgasturbolader AGT, einem Wärmetauscher WT sowie einer Abgasleitung mit Abgasnachbehandlungsaggregat AG in 1 dargestellt. Die zugehörigen im Rahmen des Konzepts der Erfindung mittels einem „virtuellen Sensor“ bestimmbaren transienten bzw. zyklischen Temperaturverläufe T_M, T_AGT, T_WT, T_AG für diese genannten Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile sind in 1 im Block 1' ebenfalls dargestellt.
Die Anzahl und das Ausmaß, insbesondere Größe bzw. Amplitude der durch Temperaturdifferenzen bzw. Temperaturgradienten dieser transienten Temperaturverläufe bzw. - zyklen bestimmen letztendlich die Lebensdauer der hier beispielhaft genannten Komponenten, da sie letztendlich einen Lastwechsel für die Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile und eine damit verbundene thermische Ermüdung der Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile hervorrufen.
Bislang werden die in Block 1' symbolisch gezeigten Temperaturverläufe T_i (i=M, AGT, WT, AG) weder von Teilen der Brennkraftmaschine noch der hier insbesondere gezeigten Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile durchgehend erfasst. Allenfalls werden Medientemperaturen erfasst, d. h. Temperaturen T_j der Kühlmittel KM, Schmierstoffe wie Öle SS, der Kraftstoffe KS sowie der Ladeluft LL bzw. Abgastemperaturen AG (j=KM, SS, KS, LL, AG). Diese Medientemperaturen der den vorgenannten Komponenten zugeordneten Betriebsmedien sind in der Brennkraftmaschine 1 ebenfalls symbolisch dargestellt im Block 1"; nämlich beim Motor oder dessen Zylinderkopf real gemessen, beispielsweise für die Ladeluft, oder beim Abgasturbolader für die Ladeluft und Abgasmenge, oder beim Wärmetauscher für das Kühlmedium KM oder bei der Abgasnachbehandlung oder einer Abgasleitung für die Abgase AG. Entsprechende Temperaturverläufe T_j (j=KM, SS, KS, LL, AG) für die Betriebsmedien sind im Block 1" der 1 ebenfalls symbolisch dargestellt.
Die solcher Art zwar grundsätzlich verfügbaren Betriebsmedientemperaturen T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) und zumeist auch jedenfalls teilweise deren transienten Verläufe geben jedoch keine Auskunft über die Belastung des Motors M oder anderer Komponenten der Brennkraftmaschine 1 als solche. Sie stellen allenfalls Aussagen zur Verfügung betreffend grundsätzliche Abweichungen vom Normalbetrieb der Brennkraftmachine; beispielsweise eine Aussage derart, dass die Kühlwassertemperatur für den Motor erhöht ist und der Motor M entweder außerhalb des Normalbetriebs läuft oder die Kühlung problematisch ist. Somit ist auch ein etwaiger Schädigungsgrad aufgrund der thermischen Ermüdung jedenfalls der Komponenten einer Brennkraftmaschine und damit der dadurch hervorrufende Abnutzungsgrad durch die thermische Ermüdung grundsätzlich bislang nicht bekannt - weder im Ergebnis noch in deren transienten Verlauf.
Als Folge können Schädigungen und tatsächlich eintretende Schäden bei einer Brennkraftmaschine 1 im Feld im Detail weder antizipiert noch nachvollzogen werden - d. h. im Ergebnis besteht bislang immer noch ein vergleichsweises hohes Gefahrenpotential, dass eine Brennkraftmaschine unerwartet ausfällt. Dies ist in den allermeisten Fällen mit einem hohen Risiko für das Fahrzeug verbunden, in dem die Brennkraftmaschine installiert ist - so beispielsweise bei einem Schiff mit einem Schiffsmotor oder dergleichen.
Deswegen sieht das Konzept der Erfindung im Rahmen des in 1 gezeigten „virtuellen Sensors“ ein Berechnungsmodell und ein Verfahren vor, dass im Unterschied zu den bisherigen Ansätzen zur Angabe von laufzeitbegrenzenden Zeitintervallen eines Maschinenbauteils untermauert und auch angepasst werden kann bzw. von vornherein verlässlicher ist als bisherige Ansätze.
Bisherige Berechnungen wie Festigkeitsrechnungen der eingangs genannten Art sind zum Teil sehr ungenau und müssen deswegen äußerst konservativ durchgeführt werden, um demnach präventive Wartungs- und Austauschintervalle von Motorkomponenten meistens zu kurz zu definieren. Dieser Sachstand verursacht vergleichsweise hohe Lebenszykluskosten und führt zur Senkung der Wettbewerbsfähigkeit.
Das Konzept der Erfindung hat erkannt, dass eine thermische Belastung von Maschinenbauteilen der Brennkraftmaschine erst dann verlässlich beurteilt werden kann, wenn die Medientemperaturen, beispielsweise die vorgenannten Medientemperaturen der Ladeluft LL, des Abgases AG, des Kühlmittels KM und dergleichen nicht nur überwacht, sondern auch deren transiente Verläufe T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) gezielt aufgenommen und abgespeichert werden können.
Dazu sieht ein Antriebssystem 100 wie es in 1 gezeigt ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer an sich bekannten Steuer- und Regeleinrichtung ECU vor, sowie einer ebenfalls an sich bekannten Sensorik S welche in der Lage ist mittels einer Erfassungseinrichtung EE über die Sensorik S den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wenigstens zu überwachen.
Betriebsdaten der Brennkraftmaschine 1 und der Betriebsmedien, d.h. hier der Kühlmittel KM, Schmierstoffe wie Öle SS, der Kraftstoffe KS sowie der Ladeluft LL bzw. Abgastemperaturen AG wie sie unter 1' in 1 gezeigt sind werden, d. h. insbesondere auch die transienten Temperaturverläufe T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) im Block 1" der Betriebsmedien werden nunmehr gemäß dem Konzept der Erfindung in der Erfassungseinrichtung EE jedoch gezielt aufgenommen und abgespeichert. Im Realbetrieb werden bislang keine Bauteiltemperaturen und erst recht keine Temperaturänderungen oder Gradienten im transienten Betrieb für eine Brennkraftmaschine erfasst. Auf die Bauteiltemperatur und deren schädigenden Temperaturunterschiede bzw. Temperaturgradienten aufgrund von Aufwärmvorgängen kann allenfalls aufgrund anderer Sensorwerte wie beispielsweise Abgastemperatur geschlossen werden. Auch solche Ansätze können natürlich nicht den transienten Betrieb und die damit verbundenen tatsächlichen Lastverläufe des Maschinenbauteils simulieren.
Die vorgenannte Medientemperatur unter Block 1" ist gemäß dem Konzept der Erfindung nicht mit der Bauteiltemperatur unter Block 1' gleichzusetzen - das Konzept der Erfindung sieht außerdem eine Auswerteeinheit AE und/oder eine Remote-Einheit RE vor, die mit der ECU zusammenarbeiten. Jedenfalls die Auswerteeinheit AE mit der Erfassungseinrichtung EE, ggfs. in datentechnischer Verbindung mit der Remote-Einheit RE und/oder der ECU stellen die Funktionalität des „virtuellen Sensors“ VS zur Verfügung mittels die transienten bzw. zyklischen Temperaturverläufe T_M, T_AGT, T_WT, T_AG für die oben genannten Komponenten bzw. deren Maschinenbauteile der Brennkraftmaschine 1 gemäß Block 1' ermittelt werden --ohne diese aufwendig mittels einer realen Sensorik mit den eingangs genannten Nachteilen messen zu müssen--.
Während bislang auf Sensorwerte von physikalisch vorhandenen Sensoren der Anlage zurückgegriffen werden muss hat das Konzept der Erfindung erkannt, dass die hier vorliegend beschriebene Sensorik S mit dem „virtuellen Sensor“ VS erhebliche Vorteile gegenüber bekannten physikalisch vorhandenen Sensormodellen hat. Sind nämlich bei physikalisch vorhandenen Sensorsystemen andere oder weitere Werte interessant, müssen in der Regel weitere Sensoren nachgerüstet werden. Dies verteuert die Anlage und senkt gleichzeitig seine Zuverlässigkeit. Das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung kommt ohne diese physikalischen Sensoren aus und erzeugt somit keine oder nur marginale zusätzliche Kosten.
Der „virtuelle Sensor“ VS ist ausgebildet,

- Betriebsdaten T_M, T_AGT, T_WT, T_AG eines Maschinenbauteil -wie etwa Motor M, einem Abgasturbolader AGT, einem Wärmetauscher WT sowie einer Abgasleitung mit Abgasnachbehandlungsaggregat AG-- zu bestimmen, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) eines der Betriebsmedien KM, SS, KS, LL; AG umfassen, und
- die wenigstens eine Medientemperatur T_j (j=KM, SS, KS, LL; AG) als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird.

Des Weiteren ist gemäß dem Konzept der Erfindung im Rahmen der Auswerteeinheit AE bzw. Remote-Einheit RE vorgesehen, dass der genannte Wirkzusammenhang mittels einem Algorithmus dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteiltemperatur T_M, T_AGT, T_WT, T_AG wie im Block 1' transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur wie im Block 1". Das Konzept der Erfindung umfasst also die Erstellung und Anwendung von Algorithmen, mit deren Hilfe die Maschinenbauteiltemperatur T_M, T_AGT, T_WT, T_AG aufgrund der Medientemperatur ermittelt wird - dies wird im folgenden auch als Funktionalität des „virtuellen Sensors“ VS bezeichnet.
Weiter ist die Auswerteeinheit AE bzw. die Remote-Einheit RE ausgebildet, mittels der transienten Maschinenbauteiltemperatur T_M, T_AGT, T_WT, T_AG wie im Block 1' dargestellt wenigstens eine Temperaturänderung der Maschinenbauteiltemperatur --insbesondere eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur-- anzugeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnenden Betriebsmusters zu klassieren.
Es hat sich gezeigt, dass die erfassten Temperaturänderungen oder Temperaturgradienten innerhalb des vorgenannten Motorkomponenten beispielsweise mit Hilfe eines modernen Vertreters einer stochastischen Auswertung, nämlich der Rainflow-Zählungsmethode Aufschluss über den transienten Betrieb und über die Belastung bzw. Festigkeitsgrenze der Komponenten geben kann. Als Resultat werden die thermischen Lastwechsel unterschiedlicher Größenordnungen in einem Betriebsmuster gespeichert - die Größenordnungen können je nach Bedarf im Rahmen der Klassierung festgelegt werden. Das Betriebsmuster kann dann die Grundlage für die genaue Berechnung der transienten Belastung bzw. Festigkeitsgrenzen bilden. Auf Grundlage des Betriebsmusters kann das die laufzeitbegrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine also für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben werden. So kann das präventive Tausch- oder Überholungsintervall von diesem Baumaschinenbauteil abhängig vom Lastprofil bzw. Betriebsmuster definiert werden.
Ein solches Konzept führt zu einem vergleichsweise intelligenten Wartungskonzept unter Optimierung der Auslegungsmethoden in Analytik und Bildung von Prognosemodellen. Durch den Fortschritt der IT-Technologien können die Betriebsdaten einer Anlage während des realen Betriebs präzise erfasst und ausgewertet werden. Dies leistet die Sensorik, die Erfassungseinheit EE und die Auswerteeinheit AE/RU, d. h. die Daten können entweder lokal auf einer „On-Board Unit“ AE ausgewertet und gespeichert EE oder an einen Server für ausführlichere Analysen wie die RE versandt werden. Somit werden die Betriebsdaten vermehrt für die Beurteilung der Funktionalität und der Belastbarkeit der technischen Systeme einbezogen.
Das vorliegende Konzept der Erfindung wird im Folgenden schrittweise erläutert anhand von Grafiken die letztendlich eine sehr realistische und nachgewiesener Weise verlässliche virtuelle sensorische Erfassung einer transienten Maschinenbauteiltemperatur wie sie in 1' gezeigt ist zum Ergebnis hat.
2A zeigt dazu zunächst einen Verlauf einer Abgastemperatur 1"_AG aufgetragen als Temperatur über eine normierte Zeitachse. Diese weist an einigen Stellen extremale Umkehrbereiche U1 und U2 auf, die auf Grund ihres unterschiedlichen Temperaturniveaus --mit von bei U1 etwa 200°C bzw. 600°C und bei U2 etwa 300°C und 400°C-- einem zyklischen Lastwechsel zuzuordnen sind. Das heißt der „Lastwechsel 1“ in 2A wird mit einer Beharrungszeit in den Temperaturextrema von min/max 200°C/600°C vollzogen, der „Lastwechsel 2“ in 2A bei Temperaturextrema von min/max 300°C/400°C.
Ein anderer Temperaturverlauf des Abgases 1"_AG ist in 2B gezeigt wobei dies aufgetragen ist als normierte Temperatur über eine Zeitachse - während 2A also im Wesentlichen idealisierte Schwankungen der Abgastemperatur 1"_AG mit Beharrungszeiten während des Transientbetriebs zeigt, so zeigt 2B, das abhängig von dem Temperaturverlauf die Beharrungszeiten nicht gleich sein müssen sondern durchaus stark schwanken können.
3A zeigt im Ergebnis wiederum eine Abgastemperatur 1"_AG - diesmal also nicht idealisiert sondern realistisch; erkennbar ist der im Wesentlichen rechteckförmige Verlauf, welcher pro Zyklus einen Lastwechsel mit unteren und oberen Extremalpunkt für die mit Abgas beaufschlagten Maschinenbauteile -z.B. ein Abgasturbolader AGT oder eine Abgasnachbehandlung oder eine Abgasleitung für die Abgase AG-- zur Folge hat. Der rechteckförmige Verlauf der Abgastemperatur 1"_AG hat jeweils in den Umkehrbereichen ein Temperaturniveau, nämlich im unteren Bereich bei etwa 50°C und im oberen Bereich bei etwa 800°C. Zum Nachweis der realistischen Folge solcher Lastwechsel ist in 3A schattiert eine Anzahl von tatsächlich physikalisch gemessenen Bauteiltemperaturen an einem Abgasturboladergehäuse TGH an nicht weniger als 8 Orten gezeigt, die mit T_TGH_i (i=1..8) durchnummeriert sind - alle diese Temperaturvorläufe T_TGH_i (i=1..8) am Maschinenbauteil eines Abgasturboladers sind transienter Art und vorliegend durch eine Exponentialfunktion darstellbar. Letztlich bestätigt dies die Prinzipien der Wärme- und Stoffübertragungslehre.
3B zeigt nun nochmals eine gemessene Kurve einer Abgastemperatur 1"_AG mit einer nunmehr simulierten Maschinenbauteiltemperatur T_AGT -in diesem Fall T_TGH_8 (i=8)-- d. h. mit einem zeitabhängigen Exponentialfunktion dargestellten gemäß dem Konzept der Erfindung berechneten Temperaturverlauf des Abgasturboladers als Folge der gemessenen Temperatur des Abgases 1"_AG.
Die Maschinenbauteiltemperatur T_AGT verhält sich --wie 3A und zeigt-- praktisch realistisch zu dem gemessenen Verlauf. Ein Ausschnitt für eine steigende Bauteiltemperatur ist in 4A dunkel dargestellt und mit T_AGT_M -in diesem Fall T_TGH_8 (i=8)-- gekennzeichnet. Die Darstellung der Temperatur des Abgasturboladers folgt der über der Grafik angegebenen Exponentialfunktion T_AGT mit drei Parametern:

a - der maximale Temperaturanstieg des Bauteils bei einem Temperaturursprung des Abgases
b - definiert die Steigung des Temperaturverlaufs
c - Anfangstemperatur des Bauteils entsprechend der Vorgeschichte.

Die in der Wärme- und Stoffübertragungslehre bewährte Beschreibung von Temperaturverläufen eines Bauteils mit einer zeitabhängigen Exponentialunktion erweist sich also als realistisch im Rahmen des Konzepts der Erfindung. Die Therme dieser Funktion können grundsätzlich physikalische Größen sein, welche die Strömungseigenschaften des Mediums beschreiben wie beispielsweise Temperatur des Mediums und Massenstrom des Mediums - es können auch Umgebungsbedingungen und Bauteileigenschaften wie beispielsweise der Geometrie und des Werkstoffs wiedergegeben werden.
Im vorliegenden Fall wurde die in 4A und 3B dargestellte Temperatur des Abgasturboladers T_AGT_M -in diesem Fall T_TGH_8 (i=8) bzw. weiter für i=1..8-- errechnet, wobei die in 4A angegebenen Parameter a, b, c Kennfeldern oder Kennlinienfeldern entnommen wurden, die empirisch ermittelt sind - beispielhaft sind diese in 4B dargestellt. Mit anderen Worten kann für das Bauteil des Abgasturboladers aus einem empirisch ermittelten Kennlinienfeld beispielsweise durch Betreiben eines Abgasturboladers in einer Testbrennkraftmaschine die Koeffizienten abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine hinterlegt werden; beispielsweise in der ECU oder der Erfassungseinheit EE oder der Remote-Einheit. Die solchermaßen vergleichsweise einfach und auch praktisch in Echtzeit zu berechnende Exponentialfunktion mehrerer Komponenten wie sie in 1 dargestellt sind, lässt sich damit als Kern des Auswertealgorithmus zur Darstellung des Wirkzusammenhangs zwischen Medientemperatur und Maschinenbauteiltemperatur in der Auswerteeinheit AE des „virtuellen Sensors“ VS nutzen.
Sind die Maschinenbauteiltemperaturen wie zuvor beispielhaft für den Abgasturbolader gezeigt nunmehr transient bekannt, d. h. zu verschiedenen Zeitpunkten und/oder an verschiedenen Orten--, d. h. über ein bestimmtes Bauteil örtlich verteilt-- lassen sich daraus naturgemäß Temperaturunterschiede bzw. Temperaturgradienten bestimmen. D.h. zeitlich an einem ersten und einen zweiten Zeitpunkt und/oder örtlich an einem ersten und einem zweiten Bauteilort. Solche zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturänderungen lassen sich festhalten und - bevorzugte über daraus bestimmte Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur (etwa anhand der Temperaturniveaus wie sie in 2A, 2B aufgezeigt sind)-klassieren. Das Klassieren umfasst jedenfalls ein Ordnen. nach Größe, wobei jeweils verschiedene Größen sich einer Lastklasse eingliedern lassen. Eine solche Lastklasse kann als Grundlage eines im Betrieb des Maschinenbauteils gekennzeichneten Betriebsmusters ermittelt werden.
5A zeigt beispielsweise in einer ersten Abwandlung des Konzepts der Erfindung einen örtlichen Temperaturunterschied an einem Abgasturbolader mit hier dargestellten Orten für die Bestimmung der Temperatur des Abgasturboladers T_AGT_M --in diesem Fall T_TGH_8 (i=3,8), d.h. TGH 8 und TGH 3-- der hier dargestellte erste und zweite Ort ist über eine gewisse örtliche Distanz A voneinander entfernt. Dies entspräche also einer örtlichen Temperaturänderungs- Amplitude bzw. einem Gradienten am Abgasturbolader. Diese Temperaturänderungs-Amplitude bzw. der Gradienten verursacht Spannungen im Abgasturbolader; führt also zu einer gewissen Ermüdung - dafür lässt sich demnach abhängig von der Temperaturänderungs-Amplitude bzw. dem Gradienten eine „örtliche“ Lastklasse angeben.
5B zeigt die Darstellung dieses Ergebnisses in einem zweidimensionalen Diagramm in dem die Werte für eine Temperatur des Abgasturboladers T_AGT_M an zwei Orten gemäß der Koordinaten-Achsen als TGH 8 und TGH 3 eintragbar sind- für ein solches Diagramm lässt sich eine Grenzkennlinie GK bilden, jenseits der ein Temperaturunterschied bzw. Temperaturgradient als Klassengrenze angenommen wird. Im Falle der 5B kennzeichnet der markierte Punkt GP ein Temperaturlastwechsel mit der Pfeildarstellung einen Lastwechsel aufgrund der Temperaturänderung bei TGH 8 wobei TGH 3 eine Temperatur von 200°C hält - dies wäre ein Lastwechsel, der an die Grenzkennlinie GK geht; also zwischen einer Klasse geringerer Temperaturwechsel einer Klasse höherer Temperaturwechsel gemäß dem ein Bauteiltausch angeraten sein kann.
6A und 6B zeigen nun ein Betriebsmuster des Abgasturboladers bei dem eine Vielzahl von Klassen eingezeichnet sind.
Die Matrix LCF der 6A klassiert im Prinzip die Lastfaktoren des Motors einer Brennkraftmaschine über Motor-Drehzahl nMOT und Motor-Moment MM relativ zueinander - für jede Klasse ist die Anzahl der Lastwechsel eingetragen; d.h. ein Betrieb des Motors, der in eine bestimmte Klasse führt und wieder aus dieser heraus.
Die Matrix TMF der 6B klassiert Temperaturänderungs-Amplituden einer Maschinenbauteil-Temperatur. Dies kann örtliche Gradienten betreffen also beispielsweise, wie gezeigt, relativ zueinander eine Temperaturänderungs-Amplitude der Temperatur des Abgasturboladers T_AGT_M an zwei Orten gemäß der Koordinaten-Achsen als TGH j (j=2..8) in Bezug auf TGH 1 - für jede Klasse ist die Anzahl der Lastwechsel eingetragen; d.h. ein Betrieb des Motors, der in eine bestimmte Klasse führt und wieder aus dieser heraus.
Aus der Zusammenschau bzw. Korrelation der in den Matrizen LCF und TMF eingetragenen Lasthäufigkeiten pro Klasse lässt sich ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils in Bezug auf ein Betriebsmuster des Motors angeben und auf Grundlage des Betriebsmusters lässt sich ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angeben. So kann eine Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt werden, derart dass mittels der Gesamt-Anzahl der vorbestimmten Lastklassen ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird.
In 6B ist z.B. aus der dargestellten Funktion der Häufigkeit f (nMOT, MM) in Abhängigkeit von Motor-Drehzahl nMOT und Motor-Moment MM erkennbar, dass der Betrieb des Motors häufig im unteren Drehzahl- und Drehmoment-Bereich erfolgt aber -in Korrelation dazu gemäß 6B-- der Abgasturbolader AGT häufig bei vergleichsweise hohen örtlichen Temperaturgradienten belastet ist.
Die in 6B rechts oben gezeigten Klassen stellen dabei Extremalbelastungen dar (also Lasten im Prinzip außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten des Motors) und offensichtlich wurde der hier dargestellt Abgasturbolader in solchen korrelierenden Extremalpunkten betrieben. Mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel kann, wie exemplarisch an diesem Beispiel erläutert, ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils unter Berücksichtigung des Betriebsmusters des Motors angegeben werden und auf Grundlage des Betriebsmusters das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben werden.
Grundsätzlich kann eine Matrix auch die Häufigkeit angeben, mit der im Betrieb an einem Ort eine zeitliche Temperaturänderungs-Amplitude durchlaufen wurde.
7 zeigt in einer zweiten Abwandlung des Konzepts der Erfindung nun eine Möglichkeit zur Ermittlung eines laufzeitbegrenzenden Zeitintervalls des Maschinenbauteils; nämlich dort ist die Amplitude einer Temperaturänderung wie sie für ein Maschinenbauteil ermittelt wurde -zeitlich etwa gemäß 2 oder örtlich etwa gemäß 5-- aufgetragen über die Anzahl der Temperaturlastwechsel.
Dabei stellt die abfallende Kurve der Grenzkennlinie GK eine theoretische Darstellung von Grenzpunkten GP von Lastwechseln dar, die eine massive Schädigung und damit den Austausch des Maschinenbauteils zur Folge haben sollten. Mit anderen Worten ist das Verhältnis ni zu Ni entscheidend für die Schädigungszahl D_i- ist diese Schädigungszahl D_i oder eine Gesamt-Schädigung D > 1 könnte die Schädigung des Bauteils vergleichsweise weit fortgeschritten sein, und das Bauteil sollte ausgetauscht werden bzw. es ist sehr wahrscheinlich dass es ausfällt. Die abfallende Kurve der Grenzkennlinie GK ergibt sich aus einer im Grenzfall noch erträglichen Höhe einer Temperaturänderungsamplitude und der im Grenzfall noch erträglichen Häufigkeit dafür für die Belastung des Maschinen-Bauteils. Anders ausgedrückt, je größer die Amplitude der Temperaturänderung ist, desto geringer ist die Häufigkeit mit der diese erreicht werden darf bevor das Bauteil ausgetauscht wird (dies stellt das Verhältnis n1 zu N1 bei ΔT1=400°C dar). Ist die Amplitude dagegen klein kann diese häufiger auftreten ohne dass das Bauteil ermüdet und erst bei sehr hohen Häufigkeitsraten müsste das Bauteil ausgetauscht werden (dies stellt das Verhältnis n2 zu N2 dar bei ΔT2=200°C). Die solchermaßen ermittelte Schädigungszahl ist mit theoretischem Hintergrund auch in dem eingangs genannten Artikel erläutert.
Vorliegend kann sich eine Gesamt-Schädigungszahl ermitteln lassen für das Bauteil, indem über den Quotienten D_i=n_i/N_i summiert wird. Die fetten Balken in dem Diagramm kennzeichnen die Temperatur-Lastwechsel-Reserven Ri=(Ni-ni)/Ni., wobei gilt Ri+Di=1.
8 zeigt einen grundsätzlichen Verlauf eines Verfahrens zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Maschinenbauteil das laufzeitbegrenzend für den Betrieb der selben ist und eine Anzahl von Betriebsmedien die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wobei Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden und im Ergebnis ein die laufzeitbegrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird bzw. Empfehlung zum Tausch des Maschinenbauteils.
Gemäß dem Konzept der Erfindung werden zunächst im Schritt S1 Betriebsdaten des Maschinenbauteils bestimmt, indem diejenigen Betriebsdaten - hier eine T7 Abgastemperatur-ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit dem tatsächlichen Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien -hier ein Abgas-- umfassen; dies kann beispielsweise auch das Messen einer Kühlmittel oder Ladeflufttemperatur betreffen.
Die wenigstens eine Medientemperatur wird als transiente insbesondere zyklische Betriebsdaten gemessen im Schritt S1.
Der Wirkzusammenhang wird mittels eines Algorithmus dargestellt derart, dass eine Maschinenbauteiltemperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur - dies wird im Schritt S2 mit dem zuvor erläuterten Algorithmus umgesetzt; d.h. es wird als Ergebnis eines virtuellen Sensors VS eine virtuelle Temperatur T des Maschinenbauteils gemessen, also insbesondere beispielsweise über ein empirische Gleichung angegeben, wie dies anhand 2 bis 4 erläutert ist.
Im Schritt S3 kann mittels der transienten Maschinenbauteiltemperatur wenigstens eine Temperaturänderung der Maschinenbauteiltemperatur, insbesondere Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur, angegeben werden und als Grundlage eines im Betrieb des Maschinenbauteils gekennzeichneten Betriebsmusters klassiert werden; wie dies anhand 5 bis 6 erläutert ist. Je nachdem wie viele Klassen beim Betrieb der Brennkraftmaschine durchlaufen werden, können diese als Lastwechsel bestimmt werden und die Anzahl derselben im Schritt S4 kann in der in 6B oder 6A gezeigten Matrix gespeichert werden - d. h. als Zählrate pro Klasse. Dabei können zur Klassierung nach Temperatur (Matrix TMF in 6B) auch eine Klassierung der Lasten der Brennkraftmaschine (Matrix LCF in 6A) hinzutreten, insbesondere berücksichtigt und/oder korreliert werden.
Im Schritt S5 wird eine Auswertung vorgenommen und pro Klasse die Häufigkeit oder Anzahl ausgelesen, mit der diese Klasse betrieben wurde bzw. der in x-Richtung (waagerecht) gemessene Abstand Ri zur Temperaturreserve, d. h. der Grenzkurve GK, die in 7 dargestellt ist; es erfolgt also eine Auslese auf Grundlage der aus Klassierung KL (pro Klasse die Häufigkeit oder Anzahl, mit der diese Klasse betrieben wurde) berechneten Temperatur-Reserve.
Aus dem Verhältnis, welches die Schädigungszahl Di oder D ausdrückt, lässt sich damit im Schritt S6 eine Schädigungszahl berechnen die, solange sie kleiner als 1 ist zur häufigeren Wiederholung der vorgenannten Schritte führt. Sollte die Schädigungszahl Di oder D jedoch größer 1 sein kann im Schritt S7 eine Empfehlung zum Tausch des Bauteils ausgesprochen werden.
Ist das Bauteil getauscht kann im Schritt S8 die Matrix auf 0 gesetzt werden und der Vorgang wieder beginnen.
Im Schritt S9 lassen sich diese Maßnahmen für sämtliche relevanten Maschinenbauteile, d. h. insbesondere Komponenten einer Brennkraftmaschine umsetzen - die Summe derselben gibt eine Gesamtschädigungsrate der Brennkraftmaschine und führt insofern auch zu einer Angabe eines laufzeitbegrenzenden Intervalls für den Betrieb der Brennkraftmaschine insgesamt.
Bezugszeichenliste

100: Antriebssystem
1: Brennkraftmaschine
M: Motor
AGT: Abgasturbolader
WT: Wärmetauscher
AG: Abgasleitung mit Abgasnachbehandlungsaggregat
T: Temperaturverläufe
KM: Kühlmedium
AG: Abgase
LL: Ladeluft
S: Sensorik
EE: Erfassungseinrichtung
AE: Auswerteeinheit
RU: Remote-Einheit
U1, U2: Umkehrbereiche
A: Distanz
D, Di: Schädigungszahl
SS: Schmierstoffe
KS: Kraftstoffe
VS: virtueller Sensor
nMOT: Motordrehzahl
MM: Motormoment
S1 ... S9: Schritte
LW: Lastwechsel
KL: Klassierung
TMF: Temperatur-Klassierung
TCF: Last-Klassierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005048532 A1 [0004]
DE 19959526 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei die Brennkraftmaschine aufweist: - ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben, - eine Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa zum Betrieb des Motors und ggfs. einer weiteren Komponente wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, eine Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen, - eine Einrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine wenigstens zu überwachen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln, wobei in dem Verfahren: - Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden, sowie - für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass - Betriebsdaten des Maschinenbauteils bestimmt werden, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen, und - die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird, - der Wirkzusammenhang mittels einer Vorschrift, insbesondere Algorithmus oder dergleichen Rechen- oder Datenvorschrift, dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteil-Temperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur, wobei die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und/oder einem zweiten Bauteilort bestimmt wird und daraus eine zeitliche und/oder örtliche Temperaturänderung für das Bauteil angegeben wird, - mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters klassiert wird, insbesondere eine Anzahl von Lastklassen für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, und - mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird, - auf Grundlage des Betriebsmusters das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transiente Medientemperatur auf eine Beharrungszeit bei einem Temperaturniveau untersucht wird und wenigstens aus einem Vorhandensein der Beharrungszeit bei einem Temperaturniveau auf einen Lastwechsel für das Maschinenbauteil und einer der folgenden Temperaturänderung der Maschinenbauteil-Temperatur geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbauteil-Temperatur als zeitabhängiger Verlauf für das Maschinenbauteil, insbesondere an einem einzigen Ort und/oder an einer Anzahl von Orten des Maschinenbauteils, mittels Prinzipien der Wärme- und Stoffübertragungslehre bestimmt wird, insbesondere als eine zeitabhängige Exponentialfunktion, vorzugsweise die zeitabhängige Exponentialfunktion Parameter für eine Anfangstemperatur, einen maximalen Temperaturanstieg und eine Steigung des Temperaturverlaufs am Maschinenbauteil aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter des zeitabhängigen Verlaufs der Maschinenbauteil-Temperatur empirisch und/oder modellbasiert festgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und einem zweiten Zeitpunkt bestimmt wird und daraus eine zeitliche Temperaturänderung an wenigstens einem Bauteilort angegeben und eine Temperaturänderungs-Amplitude klassiert wird derart, dass aus der zeitlichen Temperaturänderung eine zeitliche Lastklasse als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und einem zweiten Bauteilort, vorzugsweise zu wenigstens einem Zeitpunkt, bestimmt und daraus eine örtliche eine Temperaturänderungs-Amplitude für das Bauteil angegeben und klassiert wird, derart dass aus der örtlichen Temperaturänderung eine örtliche Lastklasse als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturänderung und/oder eine Temperaturänderungs-Amplitude eine Lastklasse als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel mittels dem Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird und mittels der Anzahl der Lastklassen-Wechsel das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine angegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Lastklassen, insbesondere für Lasten außerhalb des Nennbetriebs und/oder Extremlasten, für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, derart dass mittels der Gesamt-Anzahl der vorbestimmten Lastklassen ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall der Brennkraftmaschine ermittelt wird aus einer Schädigungszahl, wobei die Schädigungszahl ermittelt wird aus der Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel und/oder Anzahl der Lastklassen, insbesondere der Gesamt-Anzahl von vorbestimmten Lastklassen, am Maschinenbauteil, insbesondere die Schädigungszahl angibt wenigstens ein Verhältnis der Häufigkeit der Lastklassen-Wechsel und/oder Anzahl der Lastklassen in Bezug auf einen Tausch-Kennlinien-Wert der Häufigkeit und/oder Anzahl für das Maschinenbauteil.
Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend - eine Überwachungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine wenigstens zu überwachen, - eine Erfassungseinrichtung mittels der Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden, wobei - eine Bestimmungseinrichtung mittels der für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass: - Betriebsdaten des Maschinenbauteils zu bestimmen, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen, und - die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird, - der Wirkzusammenhang mittels einer Vorschrift, insbesondere Algorithmus oder dergleichen Rechen- oder Datenvorschrift, dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteil-Temperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur, wobei die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und/oder einem zweiten Bauteilort bestimmt wird und daraus eine zeitliche und/oder örtliche Temperaturänderung für das Bauteil angegeben wird, - mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters klassiert wird, insbesondere eine Anzahl von Lastklassen für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, und - mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird, - auf Grundlage des Betriebsmusters das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.
Steuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung mit der Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug beweglich oder separat davon an einem festen Ort angeordnet ist, mittels der klassiert wird, ein Betriebsmuster angegeben wird und ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.
Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, insbesondere mit einem Motor und einer weiteren Komponente wie etwa einem Turbolader, Wärmetauscher oder dergleichen, wobei - die Brennkraftmaschine ausgebildet ist für den Betrieb mit einer Anzahl von Betriebsmedien, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine genutzt werden, wie etwa dem Motor und ggfs. weiteren Komponenten wie etwa dem Turbolader zugeführt, abgeführt oder in diesen gehalten werden, insbesondere ein Abgas, eine Ladeluft, ein Kraftstoff, eine Schmierstoff, ein Kühlmittel oder dergleichen, und aufweist: - ein Maschinenbauteil, das Laufzeit begrenzend für den Betrieb der Brennkraftmaschine sein kann, wie etwa eine Motorkomponente oder eine Abgasturbolader-Komponente oder dergleichen oder ein insbesondere bewegliches Bauteil derselben, - eine Überwachungseinrichtung, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine wenigstens zu überwachen, - eine Erfassungseinrichtung mittels der Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und der Betriebsmedien bestimmt werden, wobei - eine Bestimmungseinrichtung mittels der für den Betrieb der Brennkraftmaschine ein die Laufzeit begrenzendes Zeitintervall des Maschinenbauteils angegeben wird, vorzugsweise ein Zeitintervall bis zu einer nächsten Wartung der Brennkraftmaschine wie etwa ein präventives Tausch- oder Überholungsintervall für das Maschinenbauteil, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass: - Betriebsdaten des Maschinenbauteils zu bestimmen, indem diejenigen Betriebsdaten ermittelt werden, die in einem Wirkzusammenhang mit einem, insbesondere tatsächlichen, Lastverlauf des Maschinenbauteils stehen, wobei diese Betriebsdaten wenigstens eine Medientemperatur eines der Betriebsmedien umfassen, und - die wenigstens eine Medientemperatur als transiente, insbesondere zyklische, Betriebsdaten gemessen wird, - der Wirkzusammenhang mittels einer Vorschrift, insbesondere Algorithmus oder dergleichen Rechen- oder Datenvorschrift, dargestellt wird derart, dass eine Maschinenbauteil-Temperatur transient bestimmt wird aus der transienten Medientemperatur, wobei die transiente Maschinenbauteil-Temperatur an wenigstens einem ersten und/oder einem zweiten Bauteilort bestimmt wird und daraus eine zeitliche und/oder örtliche Temperaturänderung für das Bauteil angegeben wird, - mittels der transienten Maschinenbauteil-Temperatur wenigstens eine Temperaturänderungs-Amplitude der Maschinenbauteil-Temperatur angegeben und als Grundlage eines den Betrieb des Maschinenbauteils kennzeichnendes Betriebsmusters klassiert wird, insbesondere eine Anzahl von Lastklassen für den Betrieb des Maschinenbauteils ermittelt wird, und - mittels einer Anzahl von Lastklassen und/oder Lastklassenwechsel ein Betriebsmuster des Maschinenbauteils angegeben wird, - auf Grundlage des Betriebsmusters das die Laufzeit begrenzende Zeitintervall des Maschinenbauteils für den Betrieb der Brennkraftmaschine angegeben wird.