DE102016214002A1

DE102016214002A1 - Method for operating an internal combustion engine in a motor vehicle

Info

Publication number: DE102016214002A1
Application number: DE102016214002.7A
Authority: DE
Inventors: Sani Dzeko; Robert Manfred Zielke; Patrick Weiss; Matthias Stegmaier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-01

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug wird die Schädigung von wenigstens einer Komponente der Brennkraftmaschine überwacht. Hierfür wird wenigstens eine für den Betrieb der Komponente relevante betriebspunktabhängige Größe (10) erfasst. Aus dieser Größe wird eine Belastung (30) für die Komponente ermittelt. Unter Berücksichtigung von charakteristischen Kenngrößen (20) der Komponente wird eine modellbasierte Schädigung (40) der Komponente bestimmt. Dieses Verfahren kann mit besonderem Vorteil für einen Betrieb der Brennkraftmaschine oberhalb einer vorgesehenen Maximalbelastung eingesetzt werden.In a method for operating an internal combustion engine in a motor vehicle, the damage to at least one component of the internal combustion engine is monitored. For this purpose, at least one relevant for the operation of the component operating point-dependent variable (10) is detected. From this quantity, a load (30) is determined for the component. Taking into account characteristic parameters (20) of the component, a model-based damage (40) of the component is determined. This method can be used with particular advantage for operation of the internal combustion engine above a planned maximum load.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine in a motor vehicle and to a computer program for carrying out the method, a machine-readable storage medium and an electronic control unit, which are set up to carry out the method.

Stand der TechnikState of the art

Komponenten eines Kraftfahrzeugs und insbesondere die Komponenten der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs unterliegen während ihrer Betriebsdauer einer ständigen Belastung. Die Komponenten und die Systeme in einem Kraftfahrzeug werden dabei für bestimmte Lastprofile ausgelegt. Die entsprechenden Lastprofile werden auf der Basis von erwarteten Nutzungsprofilen ermittelt, wobei diese erwarteten Nutzungsprofile in der Regel etwa 95 % der Nutzer abdecken. Ein geringer Anteil der Nutzer (Boostfahrer) betreibt erfahrungsgemäß das Kraftfahrzeug oberhalb des Lastprofils. Die im Rahmen des Nutzungsprofils zu erwartende Schädigung der jeweiligen Komponente kann im Vorfeld beispielsweise durch Belastungstests, sogenannte Dauerläufe, bestimmt werden. Aus solchen Belastungstests lässt sich die zu erwartende Lebensdauer der Komponente ermitteln. Die Lebensdauer einer Komponente sollte zweckmäßigerweise oberhalb der angestrebten Auslegung liegen, da bei einem Überschreiten der Auslegungsgrenze mit einer höheren Ausfallwahrscheinlichkeit der Komponente zu rechnen ist. Im regulären Betrieb des Kraftfahrzeugs existieren in der Regel keine Informationen zur Schädigung bzw. zur Restlebensdauer der verschiedenen Komponenten und Systeme. Um kostspielige Ausfälle von ganzen Systemen zu vermeiden, ist es daher verbreitet, präventiv Komponenten auszutauschen. Dies ist insbesondere in den Bereichen der Nutzfahrzeuge und der Großmotoren üblich. Durch einen präventiven Austausch von Komponenten wird jedoch das Potential von Serviceintervallen nicht befriedigend ausgenutzt.Components of a motor vehicle and in particular the components of the internal combustion engine of the motor vehicle are subject to a constant load during their service life. The components and systems in a motor vehicle are designed for specific load profiles. The corresponding load profiles are determined on the basis of expected usage profiles, whereby these expected usage profiles usually cover about 95% of the users. According to experience, a small proportion of the users (boosters) operate the motor vehicle above the load profile. The damage to be expected from the respective component within the scope of the usage profile can be determined in advance, for example, by stress tests, so-called endurance runs. From such stress tests, the expected life of the component can be determined. The service life of a component should expediently be above the desired design, since a higher failure probability of the component is to be expected if the design limit is exceeded. In normal operation of the motor vehicle, there is generally no information about the damage or the remaining service life of the various components and systems. To avoid costly failures of entire systems, it is therefore common to preventively exchange components. This is common especially in the fields of commercial vehicles and large engines. However, a preventive replacement of components does not satisfactorily exploit the potential of service intervals.

Es existieren bereits Ansätze, die Betriebsdauer einzelner Komponenten eines Kraftfahrzeugs zu erfassen, um die tatsächliche Belastung abschätzen zu können. Hierbei wird beispielsweise die Anzahl der Funktions- oder Arbeitszyklen gezählt (reine Iterationszähler), beispielsweise das Öffnen und Schließen eines Ventils, oder die Betriebsdauer wird erfasst. Weiterhin ist eine Funktion in einer Steuergerätesoftware bekannt, die zwei Belastungszählarten bei einem Common-Rail-System erlaubt. Bei der ersten Zählart wird die Zeit des Betriebs bestimmt, bei der ein definierbarer Maximaldruck überschritten wird. Bei einem Überschreiten einer maximal zulässigen Zeitdauer mit einem Druck oberhalb des Maximaldruckes besteht die Möglichkeit einer Leistungsreduzierung. Bei einer zweiten Zählart wird eine Schädigung anhand einer Klassierung der Belastung nach einem zweiparametrigen Zählverfahren (Rainflow-Algorithmus) bestimmt. There are already approaches to detect the operating time of individual components of a motor vehicle in order to estimate the actual load can. In this case, for example, the number of functional or working cycles is counted (pure iteration counter), for example, the opening and closing of a valve, or the operating time is detected. Furthermore, a function is known in a controller software that allows two load count types in a common rail system. In the first counting mode, the time of operation is determined at which a definable maximum pressure is exceeded. When exceeding a maximum allowable time with a pressure above the maximum pressure there is the possibility of a power reduction. In a second counting mode, damage is determined by classifying the load according to a two-parameter counting method (Rainflow algorithm).

Darüber hinaus ist eine Lebensdauerabschätzung von Bauteilen eines Systems mittels linearer Schadensakkumulation bekannt. Hinkelmann et al. (MP Materials Testing 52 (2010) 5) beschreiben eine Verbesserung der Lebensdauerabschätzung durch zwei Lebensdauerkorrekturverfahren. In addition, a lifetime estimation of components of a system by means of linear damage accumulation is known. Hinkelmann et al. (MP Materials Testing 52 (2010) 5) describe an improvement in lifetime estimation by two lifetime correction methods.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung stellt ein neues Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug bereit, bei dem die Schädigung von wenigstens einer Komponente der Brennkraftmaschine überwacht wird. Hierfür wird wenigstens eine für den Betrieb der Komponente relevante betriebspunktabhängige Größe erfasst, um daraus eine Belastung für die Komponente zu ermitteln. Unter Berücksichtigung von charakteristischen Kenngrößen der Komponente wird daraus eine modellbasierte Schädigung der Komponente bestimmt, wobei vorzugsweise die modellbasierte Schädigung im Laufe der Betriebsdauer akkumuliert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit besonderem Vorteil die Brennkraftmaschine zumindest zeitweilig oberhalb einer vorgesehenen Maximalbelastung betrieben werden. Weiterhin kann vorzugsweise auf der Basis der erfindungsgemäß bestimmten modellbasierten Schädigung der Komponente eine zugelassene Maximalbelastung bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine dynamisch angepasst werden. Weitere Erläuterungen zu diesen Aspekten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind weiter unten beschrieben. Insgesamt kann durch diese besonders bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens eine Leistungs- und/oder Belastungserhöhung bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine allein durch eine Überwachungsfunktion (Software) erreicht werden, ohne dass Anpassungen oder Maßnahmen in Bezug auf die Hardware erforderlich wären. The invention provides a new method for operating an internal combustion engine in a motor vehicle, in which the damage to at least one component of the internal combustion engine is monitored. For this purpose, at least one relevant for the operation of the component operating point-dependent variable is detected in order to determine a burden on the component. Taking into account characteristic parameters of the component, a model-based damage of the component is determined therefrom, wherein preferably the model-based damage is accumulated during the operating period. In the method according to the invention, the internal combustion engine can be operated with particular advantage at least temporarily above a planned maximum load. Furthermore, on the basis of the model-based damage of the component determined according to the invention, it is preferably possible to dynamically adapt an approved maximum load during the operation of the internal combustion engine. Further explanations of these aspects of the method according to the invention are described below. All in all, by these particularly preferred embodiments of the method, a power and / or load increase in the operation of the internal combustion engine can be achieved solely by a monitoring function (software) without requiring adjustments or measures with respect to the hardware.

Die charakteristischen Kenngrößen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen werden, umfassen insbesondere Kennlinien oder Kennfelder, die die Komponente selbst und/oder das Material der Komponente charakterisieren. Beispielsweise können hierbei sogenannte Wöhlerlinien einfließen, die charakteristische Kennlinien oder Kennkurven darstellen, die spezifisch für bestimmte Bauteile in Belastungstests ermittelt wurden. Hierdurch kann beispielsweise die Zeitfestigkeit und Dauerfestigkeit von Werkstoffen und Bauteilen charakterisiert werden.The characteristic parameters which are used in the method according to the invention include, in particular, characteristic curves or characteristic diagrams which characterize the component itself and / or the material of the component. For example, so-called Wöhler lines can be incorporated here, which represent characteristic curves or characteristic curves which were determined specifically for specific components in load tests. As a result, for example, the fatigue strength and fatigue strength of materials and components can be characterized.

In das Modell zur Bestimmung der Schädigung fließen vorzugsweise bekannte und/oder erwartete Lastprofile der Komponente und/oder bekannte Ausfallmechanismen der Komponente ein, sodass das erfindungsgemäße Verfahren besonders zuverlässige Aussagen über die tatsächlich eintretende Schädigung der überwachten Komponenten erlaubt. Auf dieser Basis können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um einen Ausfall der Komponente zu verhindern, wobei gleichzeitig die maximale Lebensdauer der Komponente bzw. die maximale Betriebsdauer der Komponente ausgenutzt werden kann. The model for determining the damage preferably includes known and / or expected load profiles of the component and / or known failure mechanisms of the component, so that the method according to the invention allows particularly reliable statements about the actually occurring damage to the monitored components. On this basis, appropriate measures can be taken to prevent failure of the component, while the maximum life of the component or the maximum operating time of the component can be exploited.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Belastung, die auf der Basis einer für den Betrieb der überwachten Komponente relevanten betriebspunktabhängigen Größe erfasst wird, in Schädigungsklassen kategorisiert, die individuell bei der Bestimmung der modellbasierten Schädigung berücksichtigt werden. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the load, which is detected on the basis of an operating-point-dependent variable relevant to the operation of the monitored component, is categorized into damage classes which are taken into account individually in the determination of the model-based damage.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in besonders vorteilhafter Weise eine Bestimmung der Restlebensdauer der Komponente, die auf der Basis der modellbasierten Schädigung ermittelt wird. Anhand des verbleibenden Schädigungsspielraumes und einer angenommenen Schädigung während des weiteren Betriebs, je nach Strategie z. B. einer Durchschnitts- oder Maximalschädigung pro Betriebseinheit, kann die Restlebensdauer bis zum erwarteten Ausfall oder bis zum Erreichen einer bestimmten Schwelle für die verbleibende Restlebensdauer bestimmt werden. Im Vergleich mit herkömmlichen Methoden zur Erfassung der Betriebsdauer einer Komponente kann die erfindungsgemäße Bestimmung einer modellbasierten Schädigung unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen beim Betrieb der Brennkraftmaschine die Schädigung und die Restlebensdauer deutlich präziser bestimmen. The method according to the invention makes it possible in a particularly advantageous manner to determine the residual service life of the component, which is determined on the basis of the model-based damage. On the basis of the remaining injury margin and an assumed damage during further operation, depending on the strategy z. B. average or maximum damage per operating unit, the remaining life can be determined to the expected failure or until reaching a certain threshold for the remaining life remaining. In comparison with conventional methods for detecting the operating life of a component, the determination according to the invention of a model-based damage, taking into account the relevant boundary conditions during operation of the internal combustion engine, can determine the damage and the remaining life significantly more precisely.

Das Maß der modellbasierten Schädigung wird vorzugsweise als Kriterium für das Einleiten von Maßnahmen zur Ausfallvermeidung der jeweiligen Komponente herangezogen. Bei den Maßnahmen zur Ausfallvermeidung handelt es sich insbesondere um die Einleitung von Maßnahmen für einen Komponentenaustausch und/oder um belastungsreduzierende Maßnahmen. Damit bietet sich insbesondere bei Nutzfahrzeugen und bei Großmotoren aber auch bei Personenkraftwagen die Möglichkeit, die Serviceintervalle an die aktuelle Restlebensdauer anzupassen und damit besser zu planen und insbesondere auch zu verlängern. Die maximale Lebensdauer der Komponente kann damit optimal ausgenutzt werden und ein vorzeitiger und damit zu dem jeweiligen Zeitpunkt überflüssiger Austausch von Komponenten wird vermieden. The extent of the model-based damage is preferably used as a criterion for initiating measures to avoid failure of the respective component. The measures for avoiding failure are, in particular, the initiation of measures for a component replacement and / or measures to reduce stress. This offers the possibility, in particular for commercial vehicles and large engines but also for passenger cars, to adapt the service intervals to the current remaining service life and thus to better plan and, in particular, extend it. The maximum service life of the component can thus be optimally utilized and a premature and thus at the time superfluous replacement of components is avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise für die Überwachung der Kraftstoffinjektoren in einem Common-Rail-System einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Ein anderer Einsatzbereich ist beispielsweise die Überwachung der Pumpe in einem Common-Rail-System. Als betriebspunktabhängige Größe kann in diesen Fällen der Raildruck in dem System erfasst werden, indem entsprechende Messgrößen zum Druck überwacht werden. Aus diesen Messgrößen wird zunächst die allgemeine Belastung im System, beispielsweise durch Bestimmung der Druckschwankungen mittels geeigneter Algorithmen (z. B. Rainflow-Algorithmus) bestimmt. Anschließend wird modellbasiert die konkrete Schädigung der jeweiligen Komponente, also beispielsweise des Kraftstoffinjektors, bestimmt und gegebenenfalls akkumuliert, wobei in diesem Schritt die entsprechenden charakteristischen Kenngrößen des Injektors, beispielsweise in Form von Kennlinien oder Kennfelder, einfließen. Die Schädigung kann dabei beispielsweise ohne erkennbare Funktionseinschränkung der Komponente einhergehen und sich im Betrieb erst bei Ausfall der Komponente zu erkennen geben. Wenn durch die erfindungsgemäße Bestimmung der modellbasierten Schädigung der Komponente erkannt wird, dass beispielsweise eine bestimmte Schwelle der Restlebensdauer erreicht wird, kann als belastungsreduzierende Maßnahme beispielsweise eine Druck- oder Leistungsreduzierung im Common-Rail-System eingeleitet werden. In vergleichbarer Weise kann das Verfahren auch zur Überwachung anderer Komponenten einer Brennkraftmaschine, beispielsweise zur Überwachung anderer Injektoren oder Pumpen, genutzt werden. The method according to the invention can be used, for example, for monitoring the fuel injectors in a common rail system of an internal combustion engine. Another area of use is, for example, the monitoring of the pump in a common rail system. In these cases, the rail pressure in the system can be detected as an operating point-dependent variable by monitoring corresponding measured variables for the pressure. The general stress in the system, for example by determining the pressure fluctuations by means of suitable algorithms (eg Rainflow algorithm), is initially determined from these measured variables. Subsequently, based on the model, the specific damage to the respective component, for example the fuel injector, is determined and optionally accumulated, in which step the corresponding characteristic parameters of the injector, for example in the form of characteristic curves or characteristic diagrams, are included. The damage can be accompanied by, for example, no identifiable functional restriction of the component and can only be identified during operation when the component fails. If it is detected by the determination according to the invention of the model-based damage of the component that, for example, a certain threshold of the remaining service life is reached, a pressure or power reduction in the common rail system can be initiated as a load-reducing measure, for example. In a comparable manner, the method can also be used for monitoring other components of an internal combustion engine, for example for monitoring other injectors or pumps.

Als relevante Randbedingungen für die Erfassung der betriebspunktabhängigen Größe können die Betriebspunkte und/oder Betriebsmodi der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden. Die erfindungsgemäße Bestimmung der modellbasierten Schädigung erlaubt dabei, verschiedene Einflussgrößen, die auf die jeweilige Komponente einwirken, zu berücksichtigen. Am Beispiel eines Kraftstoffinjektors können beispielsweise neben der Betriebszeit über einer gewissen Druckschwelle zusätzlich zum Absolutdruck auch die Amplitude der Druckschwankungen erfindungsgemäß berücksichtigt werden, sodass besonders zuverlässige Aussagen über die tatsächliche Schädigung und/oder die tatsächliche Restlebensdauer der Komponente möglich sind.As relevant boundary conditions for the detection of the operating point-dependent variable, the operating points and / or operating modes of the internal combustion engine can be taken into account. The determination according to the invention of the model-based damage allows to take into account various influencing variables acting on the respective component. Using the example of a fuel injector, for example, in addition to the operating time above a certain pressure threshold in addition to the absolute pressure and the amplitude of the pressure fluctuations are considered according to the invention, so that particularly reliable statements about the actual damage and / or the actual remaining life of the component are possible.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Brennkraftmaschine zumindest zeitweilig oberhalb der vorgesehenen Maximalbelastung, also insbesondere mit erhöhter Leistung, betrieben. Der besondere Vorteil hierbei ist, dass ein solcher Betrieb durch die Überwachungsfunktion des erfindungsgemäßen Verfahrens überhaupt möglich ist, ohne den Ausfall von Komponenten in Kauf nehmen zu müssen. Beispielsweise im Bereich der Personenkraftwagen erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren somit den Einsatz von bestehenden Serienkomponenten in High-End-Applikationen, wie z. B. in Sportmodellen, da das erfindungsgemäße Verfahren einen kontrollierten und überwachten Betrieb in Betriebsmodi bei erhöhter Last ermöglicht. Diese Betriebsmodi oder Betriebspunkte können dabei vorteilhafterweise über die Auslegungsgrenze der eingesetzten Komponenten hinausgehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Betrieb von Komponenten einer Brennkraftmaschine bei einer erhöhten Last abgesichert. Beispielsweise bei einer Übersteigung der nach Datenblatt erlaubten Belastung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt werden, dass durch die Akkumulation der modellbasierten Schädigung, die die tatsächlichen Bedingungen widerspiegelt, rechtzeitig erkannt wird, ob belastungsreduzierende Maßnahmen oder gegebenenfalls ein Komponentenaustausch angezeigt sind oder nicht. Dadurch erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine exaktere Auslastung der Komponenten, beispielsweise im Hinblick auf deren Lebenszeit. Gerade im Bereich der Personenkraftwagen besteht unter Umständen das Bedürfnis, die verschiedenen Komponenten und Systeme außerhalb eines freigegebenen Lastprofils zu nutzen. Beispielsweise in Zusammenhang mit Common-Rail-Systemen kann eine Leistungserhöhung außerhalb des vorgesehenen Lastprofils gewünscht sein. Eine Leistungssteigerung beispielsweise um 10 kW kann durch eine Erhöhung des Systemdrucks erreicht werden, was jedoch durch die höheren Belastungen zu erhöhten Ausfallraten der beteiligten Komponenten, insbesondere der Injektoren, führen kann. Herkömmlicherweise wurden diese erhöhten Ausfallraten durch entsprechende Anpassungen in der Hardware, beispielsweise durch festere Materialien oder bauliche Änderungen kompensiert. Diese Anpassungen und Entwicklungsmaßnahmen sind jedoch mit erheblichem zeitlichem und finanziellem Aufwand verbunden, wobei dieser Aufwand im Prinzip bei jeder neuen Fahrzeuggeneration erneut entsteht. Diese Nachteile werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden. Durch die erfindungsgemäße Bestimmung der Schädigung unter Heranziehung eines Modells, in das charakteristische Kenngrößen der jeweiligen Komponente einfließen, kann der Betrieb der Komponente auch außerhalb des vorgesehenen Lastprofils abgesichert werden. Wenn entsprechende Grenzwerte im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht oder überschritten werden, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um einen Ausfall zu verhindern. Damit kann die jeweilige Komponente maximal ausgelastet werden, ohne dass ein überflüssiger Sicherheitspuffer bei der Auslegung der Komponente berücksichtigt werden müsste. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können also die Risiken bei einem Betrieb mit erhöhten Belastungen aufgefangen werden, sodass in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Brennkraftmaschine zumindest zeitweilig oberhalb einer vorgesehenen Belastung betrieben wird. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit der Komponenten kann durch die fortlaufende, modellbasierte Bestimmung der Schädigung voll ausgenutzt werden. Die berechnete Akkumulation der Schädigung kann als Absicherung gegen einen vorzeitigen Komponentenausfall in Folge der erhöhten Belastung genutzt werden und als Kriterium für die Durchführung von belastungsreduzierenden Maßnahmen dienen. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the internal combustion engine is operated at least temporarily above the intended maximum load, that is to say in particular with increased power. The particular advantage here is that such an operation is even possible by the monitoring function of the method according to the invention, without having to accept the failure of components in purchasing. For example, in the field of passenger cars, the inventive method thus allows the use of existing series components in high-end applications such. As in sports models, since the inventive method allows a controlled and monitored operation in operating modes at elevated load. These operating modes or operating points can advantageously go beyond the design limit of the components used. With the method according to the invention, the operation of components of an internal combustion engine is ensured at an increased load. For example, in the case of exceeding the load permitted by the data sheet, it can be ensured by the inventive method that the accumulation of model-based damage, which reflects the actual conditions, detects in good time whether load-reducing measures or, if appropriate, component replacement are indicated or not. Thus, the inventive method allows a more accurate utilization of the components, for example, in terms of their lifetime. Especially in the field of passenger cars, there may be a need to use the various components and systems outside a shared load profile. For example, in connection with common rail systems, an increase in power outside the intended load profile may be desired. An increase in output, for example, by 10 kW can be achieved by increasing the system pressure, but this can lead to increased failure rates of the components involved, in particular the injectors, due to the higher loads. Traditionally, these increased failure rates have been offset by appropriate adjustments in hardware, such as firmer materials or structural changes. However, these adjustments and development measures are associated with considerable time and financial expense, which in principle arises again with each new generation of vehicles. These disadvantages are avoided by the method according to the invention. By determining the damage according to the invention by using a model in which characteristic parameters of the respective component are incorporated, the operation of the component can also be ensured outside the intended load profile. If corresponding limit values are reached or exceeded in the context of the method according to the invention, suitable measures can be taken to prevent a failure. Thus, the respective component can be utilized to the maximum, without having to take into account an unnecessary safety buffer in the design of the component. By the method according to the invention, therefore, the risks can be absorbed in an operation with increased loads, so that in a preferred embodiment of the method according to the invention, the internal combustion engine is operated at least temporarily above a predetermined load. The actual performance of the components can be fully exploited by the ongoing, model-based determination of the damage. The calculated accumulation of damage can be used as protection against premature component failure as a result of the increased load and serve as a criterion for the implementation of load-reducing measures.

Insgesamt erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Lastprofil-basierte Absicherung gegen Ausfall aufgrund erhöhter Last, indem eine modellbasierte Schädigung der Komponente auf der Basis von für den Betrieb der Komponente relevanten Messgrößen in betriebspunktabhängiger Weise oder unter Berücksichtigung von anderen Randbedingungen bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine berechnet und/oder akkumuliert wird. Hierfür können beispielsweise Belastungszähler in der Steuergerätesoftware eingesetzt werden. Es kann fortlaufend eine Komponentenschädigung erfasst werden, wobei das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere einen Einsatz von bestehenden Serienkomponenten beispielsweise High-End-Applikationen, z. B. in Sportmodellen, erlaubt, ohne dass weitere Hardwareanpassungen erforderlich sind. Overall, the inventive method allows a load profile-based protection against failure due to increased load by calculating a model-based damage of the component on the basis of relevant for the operation of the component parameters in operating point-dependent manner or taking into account other constraints in the operation of the internal combustion engine and / or accumulated. For this example, load counter can be used in the control unit software. It can be detected continuously component damage, the inventive method in particular a use of existing series components such as high-end applications, eg. In sports models, without requiring further hardware adjustments.

Anders als bei herkömmlichen Verfahren zur Erfassung der Betriebsdauer einer Komponente wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Schädigung nicht anhand einer reinen Zyklenzählung bestimmt. Vielmehr wird erfindungsgemäß durch Erfassung von betriebspunktabhängigen Größen allgemein eine Belastung für die jeweilige Komponente bestimmt und unter Berücksichtigung von charakteristischen Kenngrößen der Komponente eine modellbasierte Schädigung der Komponente errechnet. Dieses Vorgehen erlaubt insbesondere bei einem transienten Betrieb, der mit einer stark variierenden Belastung einhergehen kann, eine wesentlich aussagekräftigere Bewertung der Schädigung als ein reiner Zyklen- oder Zeitzähler. Unlike conventional methods for detecting the operating life of a component, in the method according to the invention damage is not determined on the basis of a pure cycle count. Rather, according to the invention, by detecting operating point-dependent variables, a load is generally determined for the respective component and, taking account of characteristic parameters of the component, a model-based damage of the component is calculated. This procedure allows, in particular in the case of transient operation, which can be accompanied by a strongly varying load, a significantly more meaningful evaluation of the damage than a pure cycle or time counter.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf der Basis der erfindungsgemäß bestimmten modellbasierten Schädigung der Komponente eine vorgesehene Maximalbelastung bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine dynamisch angepasst. Dem liegt zugrunde, dass beispielsweise ein zurückhaltender Fahrer, der im Nutzungszeitraum des Fahrzeugs das System nicht an die Belastungsgrenzen bringen wird, Potenzial des Systems offenlässt. Dieser Fall kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt werden, indem auf der Basis der erfindungsgemäß bestimmten modellbasierten Schädigung eine Kenngröße ermittelt wird, die eine Aussage darüber erlaubt, inwieweit der Spielraum des Systems ausgenutzt wird. Wenn der mögliche Spielraum nicht vollständig ausgenutzt wird, kann dynamisch die erlaubte Belastung des Systems erhöht werden und die System-Performance, also die zugelassene Maximalbelastung, an die Fahrweise des Nutzers dynamisch angepasst werden. Für diesen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Fahrverhalten eines Fahrers erfasst wird, wird die erfindungsgemäß ermittelte modellbasierte Schädigung einer oder mehrerer Komponenten mit Vergleichsgrößen abgeglichen, die ein Fahrverhalten mit einem durchschnittlichen Lastprofil repräsentieren. Weicht die erfindungsgemäß feststellbare modellbasierte Schädigung der Komponenten von einer durchschnittlichen Schädigung ab, kann die zugelassene Maximalbelastung bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine dynamisch angepasst werden. Durch eine Anpassung der System-Performance ist es möglich, dass auch ein zurückhaltender Fahrer das System maximal innerhalb der Lebensdauer ausreizt. Beispielsweise kann ein Belastungszähler, der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird, auf das Ende der Lebensdauer des Fahrzeugs projiziert werden, beispielsweise auf 300000 km. Wenn bei der erfindungsgemäß feststellbaren modellbasierten Schädigung der Komponenten davon auszugehen ist, dass das tatsächliche Lastprofil niedriger als das durchschnittliche oder erwartete Lastprofil liegt, können Systemparameter des Kraftfahrzeugs, wie z. B. der maximale Systemdruck, maximale Einspritzmengen oder der maximal erlaubte Druckgradient, entsprechend angepasst werden. Hierbei kann die Performance, also der Verbrauch, die Leistung, die Dynamik usw. bestmöglich gestaltet werden, indem der Belastungsfreiraum der Komponenten optimal genutzt wird. So kann vermieden werden, dass die Komponenten auf der einen Seite vor Ende der „Useful Lifetime“ Defekte aufweisen und auf der anderen Seite dennoch maximal ausgenutzt werden. In a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention, on the basis of the model-based damage of the component determined according to the invention, a maximum load is dynamically adjusted during operation of the internal combustion engine. This is based on the fact that, for example, a restrained driver who will not bring the system to the limits of use during the period of use of the vehicle leaves the potential of the system open. This case can be recognized with the aid of the method according to the invention by determining on the basis of the model-based damage determined according to the invention a parameter which allows a statement as to how much of the system's margin is utilized. If the possible travel not is fully exploited, can dynamically increase the allowable load on the system and the system performance, ie the maximum allowable load, be adapted to the driving style of the user dynamically. For this aspect of the method according to the invention, in which the driving behavior of a driver is detected, the model-based damage determined according to the invention of one or more components is compared with comparison variables which represent a driving behavior with an average load profile. If the model-based damage to the components ascertainable according to the invention deviates from average damage, the permitted maximum load can be dynamically adjusted during operation of the internal combustion engine. By adjusting the system performance, it is possible that a restrained driver maximizes the system within its lifetime. For example, a load counter, which is used in the course of the method according to the invention, be projected at the end of the life of the vehicle, for example, to 300,000 km. If, in the case of the model-based damage of the components ascertainable according to the invention, it can be assumed that the actual load profile is lower than the average or expected load profile, system parameters of the motor vehicle, such as eg. As the maximum system pressure, maximum injection quantities or the maximum permitted pressure gradient, be adjusted accordingly. In this case, the performance, ie the consumption, the power, the dynamics, etc., can be designed in the best possible way by optimally utilizing the load-bearing capacity of the components. This avoids that the components on one side before the end of the "Useful Lifetime" have defects and on the other hand still be exploited maximally.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Ein besonderer Vorteil der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Computerprogramm bzw. als maschinenlesbares Speichermedium oder als elektronisches Steuergerät ist, dass damit das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auch bei bestehenden Kraftfahrzeugen durch einfaches Aufspielen der entsprechenden Software implementiert werden kann, um so die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nutzen. The invention further comprises a computer program which is set up to carry out the steps of the described method. Furthermore, the invention comprises a machine-readable storage medium, on which such a computer program is stored, as well as an electronic control device, which is set up to carry out the method according to the invention. A particular advantage of the implementation of the method according to the invention as a computer program or as a machine-readable storage medium or as an electronic control unit is that the method according to the invention can thus be readily implemented in existing motor vehicles by simply loading the corresponding software, thus gaining the advantages of the method according to the invention use.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

In der Zeichnung zeigt die 1 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Illustrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.In the drawing shows the 1 a schematic flow diagram illustrating the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Das erfindungsgemäße Verfahren überwacht eine oder mehrere relevante Messgrößen und bestimmt beispielsweise durch einen Softwarezähler fortlaufend die Belastung für die zu überwachende Komponente. Spezifische Daten, die die Komponente charakterisieren, fließen in ein Modell ein, wobei auf dieser Basis eine Schädigung bzw. ein Grad der Schädigung der Komponente ermittelt wird. Hieraus lässt sich die Restlebensdauer der Komponente sehr zuverlässig errechnen und/oder vorhersagen. Somit kann jederzeit eine Aussage über die Restlebensdauer getroffen werden. Vorzugsweise kann aus dem Schädigungsstatus oder aus der ermittelten Restlebensdauer der Komponente die Durchführung von wenigstens einer Maßnahme zur Vermeidung eines Ausfalls abhängig gemacht werden. The method according to the invention monitors one or more relevant measured variables and, for example, continuously determines the load for the component to be monitored by means of a software counter. Specific data characterizing the component flows into a model, on the basis of which a damage or a degree of damage of the component is determined. From this, the remaining life of the component can be calculated and / or predicted very reliably. Thus, a statement about the remaining life can be made at any time. The execution of at least one measure to avoid a failure can preferably be made dependent on the damage status or on the determined remaining service life of the component.

1 illustriert in beispielhafter Weise ein schematisches Ablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei werden im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen zwei Informationen verarbeitet. Zum Einen wird eine betriebspunktabhängige Größe 10 erfasst bzw. überwacht, die für den Betrieb der zu überwachenden Komponente relevant ist. Wenn beispielsweise die Kraftstoffinjektoren in einem Common-Rail-System überwacht werden sollen, kann es sich bei der Größe 10 um den Raildruck handeln. Zum Anderen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Informationen 20 berücksichtigt, die die zu überwachende Komponente und/oder das Material der Komponente charakterisieren (z. B. Wöhlerlinie). Ausgehend von der Überwachung der betriebspunktabhängigen Größe 10 erfolgt im Schritt 30 eine Auswertung dieser Größe und darauf basierend eine Bestimmung der allgemeinen Belastung im System. Hierbei können beispielsweise Druckschwankungen im System mittels eines Rainflow-Algorithmus ermittelt werden. Die Informationen aus dem Schritt 30 fließen in den Schritt 40 ein, bei dem unter Berücksichtigung der Informationen 20 zur Charakteristik der jeweiligen Komponente eine modellbasierte Schädigung der zu überwachenden Komponente bestimmt (beispielsweise durch Betrachtung des Abstands zu einer Wöhlerlinie) und gegebenenfalls im Zeitverlauf akkumuliert wird. Auf dieser Basis kann im Schritt 40 die Restlebensdauer der Komponente ermittelt werden. Auf der Basis der erfindungsgemäß bestimmten Schädigung gemäß Schritt 40 können im Schritt 50 weitere Maßnahmen zur Vermeidung eines Ausfalls der Komponente ergriffen werden. Insbesondere kann bei dem Erreichen einer vorgebbaren Schwelle für eine verbleibende Restlebensdauer eine Aufforderung zum Komponententausch im Service ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leistungsreduzierung veranlasst werden. 1 Illustrates by way of example a schematic flow diagram for carrying out the method according to the invention. Essentially two pieces of information are processed in the course of the method according to the invention. On the one hand becomes an operating point dependent size 10 recorded or monitored, which is relevant for the operation of the component to be monitored. For example, if the fuel injectors are to be monitored in a common rail system, the size may vary 10 to act on the rail pressure. On the other hand, in the method according to the invention information 20 which characterizes the component to be monitored and / or the material of the component (eg Wöhlerlinie). Based on the monitoring of the operating point-dependent size 10 done in step 30 an evaluation of this size and based thereon a determination of the general load in the system. In this case, for example, pressure fluctuations in the system can be determined by means of a Rainflow algorithm. The information from the step 30 flow into the step 40 one in which, taking into account the information 20 for the characteristic of the respective component, a model-based damage of the component to be monitored is determined (for example, by considering the distance to a Wöhler line) and optionally accumulated over time. On this basis, in step 40 the remaining life of the component can be determined. On the basis of the damage determined according to the invention according to step 40 can in step 50 further measures to avoid a Failure of the component to be taken. In particular, when a predefinable threshold is reached for a remaining remaining service life, a request for component replacement can be output in the service. Alternatively or additionally, a power reduction can be initiated.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass durch die im laufenden Betrieb erfassbare modellbasierte Schädigung der Komponente ein Ausfall der Komponente durch geeignete Maßnahmen abgesichert werden kann. Dadurch können beispielsweise Seriensysteme in High-End-Applikationen, wie z. B. in Sportmodellen, eingesetzt werden. Beispielsweise ist es dadurch möglich, Systemdrucksteigerungen in High-End-Applikationen vorzunehmen, beispielsweise eine Steigerung von 2000 bar auf 2100 bar. Herkömmlicherweise ist bei einer solchen Systemdrucksteigerung eine Anpassung in der Hardware erforderlich, beispielsweise durch Verwendung von Materialien mit einer höheren Festigkeit. Dies ist jedoch mit einem enormen Entwicklungsaufwand verbunden, der durch die Materialoptimierung und entsprechende Validierung notwendig ist. Dies wird erfindungsgemäß vermieden, indem die tatsächliche Schädigung der Komponente im laufenden Betrieb gemäß des erfindungsgemäßen Verfahren überwacht wird, so dass rechtzeitig gegebenenfalls erforderliche Maßnahmen ergriffen werden können, um einen Ausfall der Komponente zu verhindern. Für diese Absicherung wird erfindungsgemäß beispielsweise ein Belastungszähler im Steuergerät eingesetzt, der betriebspunktabhängig die Belastung ermittelt und unter Berücksichtigung von charakteristischen Kenngrößen der Komponenten die modellbasierte Schädigung der Komponente bestimmt bzw. akkumuliert. Wenn mit diesem Verfahren beispielsweise ein Injektor in einem Commonrail-System überwacht wird, kann als für den Betrieb der Komponente relevante betriebspunktabhängige Größe die Anzahl der Einspritzungen und die Zeit bei einem erhöhten Systemdruck erfasst werden. Hieraus wird die Belastung für den Injektor ermittelt. In die weitere Ermittlung der modellbasierten Schädigung der Komponente fließen weitere Kenngrößen zu der Komponente ein, z. B. eine Wöhlerlinie oder Vergleichbares, sodass hieraus die modellbasierte tatsächliche Schädigung der Komponente akkumuliert werden kann. Dieses Modell der Komponentenschädigung basiert auf bekannten und erwarteten Lastprofilen sowie vorzugsweise auf den typischen ebenfalls bekannten Ausfallmechanismen der Komponente. Derartige Informationen zu der jeweiligen Komponente sind in der Regel bekannt, sodass auf Basis dieser Informationen die charakteristischen Kenngrößen ermittelt werden können, durch die die Belastung und die Ausfallgrenze der jeweiligen Komponente genau charakterisiert, quantifiziert und modelliert werden können. Die Maßnahmen zur Ausfallvermeidung, die mit besonderem Vorteil eingeleitet werden können, wenn eine vorgebbare Schwelle unterhalb der Belastungsgrenze erreicht wird, können insbesondere eine Aufforderung an den Nutzer umfassen, den Service aufzusuchen, um die entsprechende Komponente zu ersetzen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann, beispielsweise bei Nichtbefolgung dieser Aufforderung, als weiterer Schritt die maximal verfügbare Leistung des Systems reduziert werden, um einen Schutz für die Komponente zu bewirken. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und durch die damit verbundene Überwachung der Komponente kann insbesondere bei High-End-Anwendungen von Serienkomponenten, oder allgemein bei einer Beanspruchung von Komponenten außerhalb der vorgesehenen Lastprofile die insgesamt höhere Ausfallwahrscheinlichkeit der Komponente kompensiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren, das dabei als Softwaremaßnahme realisiert werden kann, hat weiterhin den besonderen Vorteil, dass derartige Softwaremaßnahmen leicht und schnell auf neue Systeme übertragbar sind. Beispielsweise können damit High-End-Applikationen von Serienkomponenten mit vergleichsweise geringem Entwicklungsaufwand und ohne weitere Hardwaremaßnahmen auf neue Systeme übertragen. The particular advantage of the method according to the invention is that failure of the component can be ensured by suitable measures by the model-based damage of the component which can be detected during operation. As a result, for example, series systems in high-end applications such. B. in sports models, are used. For example, this makes it possible to increase system pressure in high-end applications, for example an increase from 2000 bar to 2100 bar. Conventionally, such system pressure increase requires hardware customization, for example, by using higher strength materials. However, this is associated with a huge development effort, which is necessary through the material optimization and appropriate validation. This is inventively avoided by the actual damage to the component during operation is monitored in accordance with the method according to the invention, so that in time if necessary necessary measures can be taken to prevent failure of the component. According to the invention, for example, a load counter in the control unit is used for this protection, which determines the load as a function of the operating point and determines or accumulates the model-based damage to the component taking into account characteristic parameters of the components. For example, if this method monitors an injector in a common rail system, the number of injections and the time at an increased system pressure may be detected as the operating point dependent quantity relevant to the operation of the component. From this, the load on the injector is determined. In the further determination of the model-based damage of the component further parameters for the component are incorporated, for. B. a Wöhlerlinie or the like, so that from the model-based actual damage of the component can be accumulated. This model of component damage is based on known and expected load profiles, and preferably on the typical well-known failure mechanisms of the component. Such information about the respective component is generally known, so that based on this information the characteristic parameters can be determined by which the load and the failure limit of the respective component can be accurately characterized, quantified and modeled. The measures for avoiding the failure, which can be introduced with particular advantage when a predefinable threshold is reached below the load limit, may in particular include a request to the user to visit the service in order to replace the corresponding component. Additionally or alternatively, for example, failure to comply with this request, as a further step, the maximum available power of the system can be reduced to provide protection for the component. By means of the method according to the invention and the associated monitoring of the component, the overall higher probability of failure of the component can be compensated, in particular in the case of high-end applications of series components, or in general with a stress on components outside the intended load profiles. The method according to the invention, which can be realized as a software measure, has the particular advantage that such software measures can be easily and quickly transferred to new systems. For example, it enables high-end applications of series components to be transferred to new systems with comparatively little development effort and without further hardware measures.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Hinkelmann et al. (MP Materials Testing 52 (2010) 5) [0004]

Claims

Method for operating an internal combustion engine in a motor vehicle, characterized in that the damage is monitored by at least one component of the internal combustion engine by at least one relevant for the operation of the component operating point-dependent variable ( 10 ), resulting in a burden ( 30 ) is determined for the component and taking into account characteristic parameters ( 20 ) of the component a model-based damage ( 40 ) of the component is determined.

A method according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine is operated at least temporarily above a planned maximum load.

Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that on the basis of the determined model-based damage ( 40 ) the component is dynamically adapted to an approved maximum load during operation of the internal combustion engine.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the characteristic parameters ( 20 ) Are characteristic curves or characteristic diagrams which characterize the component itself and / or the material of the component.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the determination of the model-based damage ( 40 ) known and / or expected load profiles of the component and / or known failure mechanisms of the component incorporated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the load ( 30 ) is categorized into injury classes that are individually used in the determination of model-based injury ( 40 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the model-based damage ( 40 ) a residual life of the component is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the degree of the model-based damage ( 40 ) as a criterion for the initiation of measures to avoid accidents ( 50 ) of the component is used.

Method according to Claim 8, characterized in that the measures for avoiding failure ( 50 ) are the initiation of measures for a component replacement and / or load-reducing measures.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a fuel injector in a common rail system of an internal combustion engine.

Computer program adapted to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 10.

A machine-readable storage medium on which a computer program according to claim 11 is stored.

An electronic control device adapted to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 10.