CN100580232C - 带有废气利用的动力传动系及控制方法 - Google Patents

带有废气利用的动力传动系及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力传动系，它包括：一个内燃机；一个废气利用涡轮机，它被设置在内燃机的废气流中；一个由内燃机驱动的曲轴；曲轴通过液力偶合器可与一个废气利用涡轮机转换到传动连接，以致曲轴可由废气利用涡轮机驱动；液力偶合器具有一个主动轮及一个从动轮，它们彼此构成一个工作腔，该工作腔可填充用于传递转矩的工作介质；主动轮与废气利用涡轮机形成传动连接；从动轮与曲轴形成传动连接；主动轮相对旋转运动可被机械地制动及锁止，这样，液力偶合器取得一个液力减速器的功能；根据本发明的动力传动系的特征在于：设有一个控制装置，它使液力偶合器的工作腔在主动轮被制动前和/或被制动时有目的地排空到预定的填充程度上。

Description

带有废气利用的动力传动系及控制方法
技术领域
本发明涉及一种动力传动系，尤其是机动车动力传动系，其中内燃机的废气的废气能量借助一个废气利用涡轮机被用于驱动。此外本发明还涉及用于控制这种动力传动系的方法。
背景技术
在动力传动系中、尤其在机动车动力传动系中。废气利用涡轮机的使用是公知的。根据一个公知的类型，在废气能量利用工作中内燃机的曲轴附加地通过废气利用涡轮机驱动，该废气利用涡轮机与曲轴形成了适当的传动连接。该传动连接包括一个液力偶合器，该液力偶合器将废气利用涡轮机的驱动转矩传递到曲轴上。在其中间也可能连接合适的变速器或传动装置。
根据该类型的一个进一步改进，液力偶合器不仅用于在废气能量利用工作中传递转矩，而且也用作液力制动器，即作为所谓的减速器使用。为此液力偶合器的一个轮被机械地固定，即与废气利用涡轮机形成连接的轮被固定。变换地，也可用两个不同的液压循环回路工作，这些循环回路有目的地使一个偶合器腔及一个减速器腔充满及排空。
作为用于液力偶合器的一个轮的制动或固定的装置例如可使用片式离合器。在这种片式离合器上总是出现一些技术问题，它们大多归因于过载。相应地，人们将片式离合器设计得功率强大，即具有大的结构尺寸及大的重量。该设计一方面导致了高成本；另一方面附加的重量在机动车上尤其被视为不利，因为我们知道现今人们正致力于减少燃料损耗。
DE 3904399A1-它可视为最相关的现有技术的代表-描述了具有在权利要求1的前序部分中所概括的特征的一种动力传动系。
WO 02/070877A描述了另一具有一个废气利用涡轮机及一个液力偶合器的驱动单元，该液力偶合器的主动叶轮可借助一个固定制动器被固定住。
发明内容
本发明的任务在于，对一种动力传动系作出改进，该动力传动系具有一个内燃机、一个废气利用涡轮机及在曲轴与废气利用涡轮机之间的传动连接部分中的液力偶合器，其中液力偶合器也用于液力制动，该改进是这样的，即排除现有技术的缺点。尤其是应可使用结构小的装置、特别是片式离合器，用于离合器轮的制动或锁止。此外还将给出用于控制根据本发明的动力传动系的一种控制方法。
本发明的任务将通过根据独立权利要求的一个动力传动系及用于该动力传动系的控制方法来解决。从属权利要求描述了本发明的特别有利的进一步构型。
本发明人认识到所述类型的动力传动系的一种构型的可能性，其中可实现用于大传递功率的液力偶合器及同时可仅使用相对弱的制动或锁止装置来制动及锁止液力偶合器的叶轮，而不存在其本身过载的危险。在根据本发明的动力传动系中可以说高的负载峰值已由工作特性中消除。由此，一方面保护了偶合器及另一方面当使用在机动车中时通过由偶合器工作向减速器工作的软过渡提高了行驶舒适性。根据本发明它是这样来实现的：设有一个控制装置，它使液力偶合器的工作腔在主动轮被制动前排空到预定的填充程度上，所述主动轮为配置给废气利用涡轮机并且在减速器工作中作为定子使用的叶轮。变换地或附加地，该排空可与液力偶合器的主动轮的制动一起进行。重要的仅是，排空及时地进行，以致不会出现超过制动装置的功率能力的长的、持续的负载状态或根本不出现该负载状态。
根据一个有利的实施例，用于液力偶合器的主动轮的制动及机械锁止的制动装置是一个片式离合器。此外有利的是，液力偶合器被设置在机动车的冷却循环回路中及工作介质是机动车冷却介质，尤其是水或水的混合物。
为了在主动轮被制动前或被制动时有目的地排空液力偶合器的工作腔，可使用各种方案。根据一个实施形式，在流动方向上在液力偶合器的前面，在冷却循环回路中设有一个3/2换向阀，它在主动轮未被制动时、即在“常规”行驶工作中使入流的工作介质流分配到液力偶合器的方向上及同时内燃发动机的方向上，该内燃机将通过工作介质或者说冷却介质冷却。在主动轮被制动的紧前面和/或被制动时该3/2换向阀被转换并且阻断在液力偶合器方向上的工作介质流，以致在液力偶合器的工作腔缺乏输入的情况下通过持续的排流排空到所需的填充程度上。
变换地或附加地，在流动方向上在液力偶合器的前面设有一个节流点，它在主动轮被制动前或被制动时使工作介质流节流。该节流点可实施为一个可调节的节流器的形式或可通过例如一个旁路中的可接通的节流器来实现。
变换地或附加地，为了增大排空速度，在流动方向上在液力偶合器的后面设有一个可增大的排出口或一些附加的排出口，借助该排出口/这些排出口可在液力偶合器的主动轮被制动前或被制动时使可提供的流动横截面加宽。
根据本发明的方法的特征在于具有至少三个步骤：
在废气能量利用工作中，即在其中借助废气利用涡轮机使废气能量转换成旋转能量及用于(附加地)驱动曲轴的工作状态中，液力偶合器的工作腔基本上被充满或完全地保持充满，并且相应地保持所需的离合器功能，即所需转矩的从废气利用涡轮机向曲轴的传递，而所有的偶合器叶轮、即无论主动轮还是从动轮均不被机械地制动。在减速器制动工作中，即在其中液力偶合器的主动轮被机械地抵抗转动地锁止及液力偶合器作为减速器工作的情况下，液力偶合器的工作腔保持在预给定的填充程度上，该填充程度通常小于偶合器工作、即废气能量利用工作中的填充程度。如在传统的液力偶合器的情况那样，在一定的工作状态中在偶合器工作中当然也可以是部分填充，并如传统制动器那样在减速器工作中也可以是完全充满。
当从废气能量利用工作向减速器工作转换时，液力偶合器的工作腔被排空到一个预给定的填充程度上。该转换随着液力偶合器的主动轮的被制动而开始或在此以前开始——在此情况下排空直接地在主动轮制动开始前进行。
为了可使制动或锁止装置构造得特别小，在转换时液力偶合器的工作腔完全地被排空。但通常是，仅进行部分排空就足够了。
只要在减速器工作中液力偶合器以部分填充工作，例如为了调节最佳制动功率，则存在该部分填充状态的“启动”的两个可能性。根据第一可能性，在液力偶合器的主动轮被制动前或被制动时该减速器工作的填充状态被直接启动。根据第二可能性，一个填充状态被启动，该填充状态具有小于减速器工作时的填充程度。相应地接着使离合器再填充到减速器工作的填充程度。
附图说明
以下将借助实施例来详细地描述本发明。
附图表示：
图1：在废气利用涡轮机与曲轴之间的传动连接的一个原理结构；
图2：用于控制根据本发明的动力传动系的控制示意图；
图3：以细节图示出图2中所示的3/2换向阀的状态。
具体实施方式
图1中可看到根据本发明的一个实施例的、在一个废气利用涡轮机2与一个未示出的内燃机的曲轴3之间的传动连接。废气利用涡轮机的被驱动的轴通过一个第一传动装置8与液力偶合器4的主动轮4.1相连接。曲轴3通过一个第二传动装置9与液力偶合器4的从动轮4.2相连接。与此相应地，在液力偶合器4的工作腔被填充、优选被完全充满的情况下，转矩或转动功率将被从废气利用涡轮机2传递到曲轴3上。
为了产生制动力矩，液力偶合器4的主动轮4.1可借助片式离合器5制动及可机械地锁止。在本实施例中该锁止具有两个作用：首先液力偶合器4被用作减速器，即曲轴3然后通过传动装置9驱动液力偶合器4的从动轮4.2，再通过液力偶合器4的被填充了的工作腔-优选以预定的部分填充来填充-使转矩从从动轮4.2传递到主动轮4.1及通过片式离合器5导出。由此产生一个使曲轴3制动的制动作用。
第二功能则在于，片式离合器5通过主动轮4.1及传动装置8也使废气利用涡轮机2的转子固定。与此相应地，穿流过废气利用涡轮机的废气流被节流，这将导致废气压力的提高，这又使未示出的内燃机制动。该作用可与一个排气阀制动器的作用等量齐观。
图2中示出用于本发明的动力传动系的一种可能的控制的控制示意图或者说本发明的一种可能的控制方法。对于在图1中已示出的部件将使用相同的标号，这样，无需在赘述这些部件。
液力偶合器4被设置在一个机动车的冷却循环回路6中。为了冷却介质的冷却-该冷却介质同时为液力偶合器的工作介质，优选为水或水的混合物-在冷却循环回路6中连接了一个冷却器10。当不需要冷却时，该冷却器可通过所示的旁路被绕过。恒温器11的输出值被用来分配相应的冷却介质流，使其或是通过冷却器10或通过所述旁路。
冷却介质或者说工作介质通过冷却水泵12在冷却循环回路中循环。如我们所看到的，在整个冷却循环回路中仅设有唯一一个冷却水泵12。
此外还示出一个传统的冷却循环回路的其它公知的部件，例如：在由冷却介质冷却的发动机1的前面及后面的温度传感器13；一个均衡容器14，发动机排气(Entlüftung)15与冷却器排气16通入该均衡容器；一个2/2换向阀17，在需要时它使冷却介质从均衡容器导入冷却循环回路；及各个止回阀18。
在流动方向上在冷却水泵12的后面设有一个3/2换向阀7，它使冷却介质流或者说工作介质流分到两个方向上，即向液力偶合器4的方向上及向发动机1的方向上。如果现在液力偶合器4的工作腔应该有目的地被排空，-这里对于“排空”可理解为排空到部分填充及完全地排空，转换阀7将从图示的位置转换(在图中向左的方向上)，由此工作介质在液力偶合器4的方向上的流动被中断。相应地，液力偶合器4的工作腔被排空，即通过冷却循环回路6的管路支路6.1被排空，在该支路中连接有出口调节阀19。
借助出口调节阀19可调节管路的有效流动横截面，该管路将工作介质从液力偶合器4导出。在此，出口调节阀19可有利地直接设置在液力偶合器4上或液力偶合器4中，但也可以是，将出口调节阀19设置在液力偶合器4后面的、引导工作介质的管路中。通过借助出口调节阀19增大有效流动横截面可使从液力偶合器4流出的工作介质的流出速度或者说流量增大，这将导致液力偶合器4的工作腔被快速排空。
如上所述，对于本发明的控制来说出口调节阀19不是绝对需要的，而是体现了对于快速排空的一种选择。为了液力偶合器4的工作腔的排空，也可使用一个节流装置(未示出)来代替转换阀或者说3/2换向阀7的使用。在此情况下，在液力偶合器4的工作腔中始终具有流体流，在从偶合器工作转换到减速器工作时它相应地被有目的地节流。
图3中再次详细地示出所述3/2换向阀7。如所看到的，它具有两个转换位置，即转换位置I及II，在转换位置I中通过接口7.1输入的工作介质流被分配到两个出口7.2及7.3，其中出口7.2通向液力偶合器4及出口7.3通向内燃机1，如图2中所示。在转换位置II中，通过接口7.1输入的工作介质流仅被导向出口7.3，即向着内燃机1的方向，而出口7.2被阻断。
当由废气能量利用工作转换到减速器工作时，如所述地，在液力偶合器的主动轮被机械制动前和/或被机械制动时，液力偶合器的工作腔有利地被排空到预定的填充程度。根据一个特殊的实施形式该填充程度例如可通过预定的时间间隔来确定，在该时间间隔上将进行工作腔的排空。例如阀7可在一定的时间间隔上转换到位置II，及变换地或附加地，可使出口调节阀19的横截面在一定的时间间隔上增大。
参考标号表
1内燃机
2废气利用涡轮机
3曲轴
4液力偶合器
4.1主动轮
4.2从动轮
5片式离合器
6冷却循环回路
73/2换向阀
7.1，7.2，7.3接口
8传动装置
9传动装置
10冷却器
11恒温器
12水泵
13温度传感器
14均衡容器
15发动机排气
16冷却器排气
172/2换向阀
18止回阀
19出口调节阀
I 在偶合器及减速器工作中的转换位置
II在从偶合器工作转换到减速器工作的情况下的转换位置

Claims (18)

1.动力传动系，包括：
1.1一个内燃机(1)；
1.2一个废气利用涡轮机(2)，它被设置在内燃机(1)的废气流中；
1.3一个由内燃机(1)驱动的曲轴(3)；
1.4曲轴(3)通过一个液力偶合器(4)可与废气利用涡轮机(2)转换到传动连接，以致曲轴(3)可由废气利用涡轮机(2)驱动；
1.5液力偶合器(4)具有一个主动轮(4.1)及一个从动轮(4.2)，它们彼此构成一个工作腔，该工作腔可填充用于传递转矩的工作介质；
1.6主动轮(4.1)与废气利用涡轮机(2)形成传动连接；
1.7从动轮(4.2)与曲轴(3)形成传动连接；
1.8主动轮(4.1)相对旋转运动可被机械地制动及锁止，这样，液力偶合器(4)取得一个液力减速器的功能；
其特征在于：
1.9设有一个控制装置，该控制装置在液力偶合器转换到减速器工作时使液力偶合器(4)的工作腔在主动轮(4.1)被制动前和/或被制动时有目的地排空到预定的填充程度上，在减速器工作中液力偶合器(4)行使一个液力减速器的功能。
2.根据权利要求1的动力传动系，其特征在于：对主动轮(4.1)配置了一个片式离合器(5)，该片式离合器被构造用于主动轮(4.1)的机械制动及锁止。
3.根据权利要求1或2的动力传动系，其特征在于：液力偶合器(4)被设置在机动车的冷却循环回路(6)中及工作介质是机动车的冷却介质。
4.根据权利要求3的动力传动系，其特征在于：在流动方向上在液力偶合器(4)的前面，在冷却循环回路(6)中设有一个3/2换向阀(7)，它在主动轮(4.1)未被制动时使入流的工作介质流分配到液力偶合器(4)的方向上及内燃机(1)的方向上，并且在主动轮(4.1)被制动的紧前面和/或被制动时使向液力偶合器(4)方向上的工作介质流中断。
5.根据权利要求3的动力传动系，其特征在于：在流动方向上在液力偶合器(4)的前面设有一个可接通或可调节的节流点，它在主动轮(4.1)被制动的紧前面和/或被制动时使流入液力偶合器(4)的工作腔中的工作介质的流动节流。
6.根据权利要求3的动力传动系，其特征在于：在流动方向上在液力偶合器(4)的后面设有一个可接通或可调节的排出口，该排出口在工作腔被排空过程中使来自液力偶合器(4)的工作腔的工作介质的流动增大。
7.根据权利要求6的动力传动系，其特征在于：所述排出口是出口调节阀(19)。
8.用于控制根据权利要求1至7中一项的动力传动系的方法，其特征在于：具有以下步骤：
8.1在借助被驱动的废气利用涡轮机(2)的废气能量利用工作中使液力偶合器(4)的工作腔基本上或完全地保持充满工作介质，并且液力偶合器(4)的叶轮、即主动轮(4.1)及从动轮(4.2)不被机械地制动；
8.2在主动轮(4.1)被机械锁止情况下的减速器工作中，液力偶合器(4)的工作腔保持以预给定的填充程度填充；
8.3在由废气能量利用工作向减速器工作转换时，在液力偶合器(4)的主动轮(4.1)被机械地制动前和/或被机械地制动时使液力偶合器(4)的工作腔排空到一个预给定的填充程度或完全地排空。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于：在减速器工作期间液力偶合器(4)的工作腔的预给定填充程度小于废气能量利用工作期间的填充程度。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于：在步骤8.3中，液力偶合器(4)的工作腔被直接排空到对于减速器制动工作预给定的填充程度上。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于：在步骤8.3中，液力偶合器(4)的工作腔被首先排空到一个填充程度上，该填充程度小于对于减速器制动工作预给定的填充程度。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于：在步骤8.3中，液力偶合器(4)的工作腔基本上或完全地被排空。
13.根据权利要求8至12中一项的方法，其特征在于：液力偶合器(4)的工作腔的排空通过输入该工作腔中的工作介质流的节流来实现。
14.根据权利要求8至12中一项的方法，其特征在于：液力偶合器(4)的工作腔的排空通过从该工作腔导出的工作介质流的增大来实现。
15.根据权利要求8至12中一项的方法，其特征在于：所述排空通过输入该工作腔中的工作介质流的中断来实现。
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