CN105697095A - 用于控制发动机制动装置的方法及发动机制动装置 - Google Patents

用于控制发动机制动装置的方法及发动机制动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制用于机动车辆特别是商用车辆中的内燃机的发动机制动装置的方法，该装置具有进气系统、排气系统、与内燃机相关联的气体交换阀、将燃料喷射到至少一个燃烧室中的燃料喷射装置、借助于集成到排气系统和进气系统中的至少一个排气涡轮增压器的排气涡轮增压，以及发动机制动单元，其中发动机制动单元具有影响气体交换阀的至少一个出口阀的减压制动器，以及布置在排气系统中且引起排气累积的制动板。根据本发明，当发动机制动(B)开始时或在发动机制动期间，燃料在预先限定的时间段内喷射到内燃机(1)的至少一个燃烧室中。

Description

用于控制发动机制动装置的方法及发动机制动装置
技术领域
本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分的用于控制用于机动车辆特别是商用车辆中的内燃机的发动机制动装置的方法、根据权利要求14的前序部分的发动机制动装置，以及根据权利要求15的车辆。
背景技术
具体而言，在商用车辆中的空气压缩(柴油)内燃机的情况中，存在借助于制动板在超程模式中产生排气系统中的排气背压的已知实践，所述背压导致有效的发动机制动，因为内燃机的活塞在排气冲程(出口阀开启)期间克服该排气压力操作。
为了显著地提高此类发动机制动装置的效果，存在例如从DE3922884A1获知的另外提供减压制动器的实践，其中除了根据四冲程原理的规则阀促动之外，出口阀也在压缩冲程期间部分地开启。这里，通过压缩空气到排气系统中的节流排放引起额外的制动效果。
减压制动器可为排气控制或主动控制的。在排气控制操作中，出口阀的阀定时以一种方式配置成使得出口阀由于制动板闭合("阀跳跃")时存在的排气背压而以明确预计的方式无规则地开启，且由机构保持开启，直到下一次有规则的阀开启。
在主动控制的减压制动器的情况中，通常通过液压和机械手段来介入规则的阀定时，以便至少也在压缩冲程期间以明确预计的方式保持出口阀部分开启。
发明内容
本发明的目的在于提出一种方法和发动机制动装置，借助于其，可提高所述类型的具有排气涡轮增压的内燃机的发动机制动功率，其中发动机制动模式中的内燃机的温度加载应当保持尽可能低。
该目的借助于独立权利要求的特征来实现。本发明的有利发展形成从属权利要求的主题。
根据权利要求1，提供了一种用于控制用于机动车辆特别是商用车辆中的内燃机的发动机制动装置的方法，该装置具有进气系统、排气系统、与内燃机相关联的气体交换阀(特别是根据四冲程原理操作的气体交换阀)、将燃料喷射到至少一个燃烧室中的燃料喷射装置、借助于集成到排气系统和进气系统中的至少一个排气涡轮增压器的排气涡轮增压，以及发动机制动单元，其中发动机制动单元具有影响气体交换阀的至少一个出口阀的减压制动器，以及布置在排气系统中且引起排气累积的制动板。根据本发明，提出了在发动机制动开始时或在发动机制动期间，燃料在预先限定的时间段内(特别是短时间内)喷射到内燃机的至少一个燃烧室或多个燃烧室中。
总体上，根据本发明的该措施导致发动机制动功率的提高，这归因于内燃机的进气系统中的升压由于排气系统中或排气涡轮增压器的排气涡轮处的较高排气能量而逐渐地且快速地升高，因此增加了穿过内燃机的气体质量流。一方面，这引起制动功率的增大，特别是借助于使用的减压制动器，且另一方面，导致内燃机中经由排气系统的较大热耗散。
根据特别优选的实施例，可在排气增压器的压缩机下游根据进气系统中存在的升压来控制燃料的喷射。
具体而言，有可能使喷射仅在达到限定的下升压阈值之后开始，以便在排气涡轮增压器的排气涡轮已经以有利的效率达到操作点(具有低消耗的有效燃料使用)时输入喷射物。这里，下升压阈值特别优选地大于或等于0.5bar(相对于环境)，最优选地大于或等于1.0bar(相对于环境)。
此外，可通过限定的上升压阈值的达到来限制喷射的持续时间。上升压阈值以一种方式特别优选地指定，使得最晚在可在瞬时操作点处实现的最大升压(PLmax)达到时或短暂地先于此设置喷射。特别优选地设置为先于可在内燃机的瞬时操作点处实现的最大升压的达到设置喷射，因为一方面升压增加效果可继续起作用，且另一方面，可考虑不同内燃机中的升压波动。举例来说，用于短暂地先于可在瞬时操作点处实现的最大升压(PLmax)的达到来设置喷射的上升压阈值指定为如下：PLmax-0.3到0.7bar，特别是PLmax-0.5bar。
作为备选或另外地，燃料的喷射可在时间限制内受控，即，喷射的持续时间可为时间受限的，以便在缓慢升压上升或内燃机的不利操作状态的情形中避免可能导致增加的燃料消耗的持久喷射阶段。例如，喷射的持续时间限定为最多30秒，优选地最多20秒。
出于与乘坐舒适性相关的原因，还可能有利的是如果喷射量基于喷射的开始或喷射开始之后的限定时间段以斜坡函数的方式朝零值线性地和/或连续地节流。
作为特别有利的选择，燃料喷射量可大致对应于内燃机的空转模式中的喷射量。因此，有可能在发动机制动模式中仅以略微增加的燃料消耗和足够的排气排放额度来实现令人满意的升压增大。
在该方法的有利发展中，发动机制动期间的喷射点可关于规则燃料喷射改变，具体而言，在内燃机的压缩冲程期间相应的活塞的TDC之前的15°到30°的曲柄角度范围中，以便以低燃料消耗和高发动机制动功率来实现特别有利的升压上升。
根据本发明的用于机动车辆中的内燃机的发动机制动装置具有进气系统、排气系统、与内燃机相关联的气体交换阀(特别是根据四冲程原理控制的气体交换阀)、将燃料喷射到至少一个燃烧室中的燃料喷射装置、借助于集成到排气系统和进气系统中的至少一个排气涡轮增压器的排气涡轮增压，以及发动机制动单元，其中发动机制动单元具有影响气体交换阀的至少一个出口阀的减压制动器，以及布置在排气系统中且引起排气累积的制动板。根据本发明，提供了控制燃料喷射的控制和/或调节装置，特别是电子控制单元，其在发动机制动信号存在时导致发动机制动模式期间的预先限定的时间段内的燃料喷射。
利用该发动机制动装置获得的优点以类似于上文结合根据本发明的过程已经了解的优点的方式获得。就此而言，应对上文进行的陈述引起注意。
这里特别优选的选择是一个过程或实施例，其中制动板布置在排气涡轮的上游，优选地直接在排气涡轮增压器的排气涡轮的上游和附近，且设计为影响气流通过排气涡轮的进入的流引导板。因此，事实上在没有构造方面的额外开支的情况下，有可能在发动机制动模式中极大地增大入口侧升压，且因此对于可实现的制动功率增大内燃机中需要的质量流。因此，制动板同时执行若干功能：其优选地可控地确保足够的排气背压，且额外地确保以减小的排气流率和较低的排气焓到涡轮的有利流入，这类似于具有可变涡轮几何形状的排气涡轮上的控制板的操作。
更具体而言，相比于布置在排气涡轮下游的制动板，布置在排气涡轮上游的制动板(特别是直接布置在排气涡轮上游和附近的制动板)这里导致越过排气涡轮的较高压力梯度，其结果在于，由于然后可能穿过排气涡轮的较高质量流和体积流，升压和排气背压可显著地升高，且因此发动机制动功率也可以以功能上可靠的方式显著升高，而没有内燃机的热过载。由于越过布置在上游的制动板的压力梯度，在这里对于相同的排气背压实现排气涡轮的较低负载，且因此这利用排气背压的增大导致制动功率的期望增大，而没有排气涡轮的较高负载。
作为特别优选的选择，这里设置为使制动板布置在排气涡轮增压器的排气涡轮的涡轮壳体的上游和外侧，优选地直接上游和外侧(且因此在涡轮壳体的流入管道的上游)。通过涡轮壳体或排气涡轮的流入管道上游且因此外侧的至少一个制动板的布置，所述板不会形成排气涡轮的构件，这导致了制动板的定位容易在设计方面以增大的自由度组装。具体而言，然后这里有可能避免对排气涡轮的结构改变，且不需要对于不同的型号系列储存很多不同涡轮。根据对于此目的特别优选的特定第一实施例，排气涡轮(特别是排气涡轮的涡轮壳体)然后可在这里流体地联接到排气歧管，排气经由内燃机的至少一个(优选地多个)气缸进入该排气歧管，其中具有制动板的单独的模块安装在排气涡轮与排气歧管之间，特别是在排气涡轮的涡轮壳体与排气歧管之间，且因此直接在排气涡轮的涡轮壳体上游和外侧，所述模块牢固地连接到涡轮壳体和排气歧管两者。根据第二特定变型实施例，设置为在构造方面特别紧凑且有利的方式下使排气涡轮或排气涡轮增压器的排气涡轮壳体直接地连接在排气歧管上，排气经由内燃机的至少一个(优选地多个)气缸进入该排气歧管，其中制动板布置在排气歧管的区域中，且因此直接在排气涡轮的涡轮壳体上游和外侧。
即使本发明总是在上文中结合制动板阐释，但该用语"制动板"应当明确地以宽泛且综合的意义理解，且不仅限于可枢转的板布置。因此，在不另外阐释的情况下，用语"制动板"也明确地意图包括任何其它适合的/或非可枢转的节流装置，例如，滑动件或旋转滑动件。
关于借助于根据发明的车辆获得的优点，同样应对上文进行的说明引起注意。
附图说明
下文更具体地利用其它细节来说明本发明的示范性实施例。在附图中：
图1以纯粹示意性的图示显示了用于商用车辆的内燃机，其具有进气系统、排气系统、燃料喷射装置、排气涡轮增压器和位于排气涡轮上游的具有制动板的发动机制动装置，其中装置借助于电子发动机控制单元控制；以及
图2显示了对于发动机制动模式中的限定测量时间绘制的关于根据图1的发动机制动装置可实现的发动机制动功率和升压PL的图表。
参考标号列表
1内燃机
2进气系统
3排气系统
4进气歧管
5节流阀
6排气歧管
7排气涡轮增压器
8排气涡轮
9压缩机
10进气管线
11排气管线
12制动板
13喷射阀
14控制单元
15压力传感器
16压力传感器
17旁通阀
18排气再循环阀
19管线
20没有辅助喷射的测量曲线
21具有辅助喷射的测量曲线。
具体实施方式
在图1中以纯粹示意性方式显示了用于机动车辆(特别是商用车辆)的内燃机1(例如，六缸柴油内燃机)，其具有进气系统2和排气系统3(具有未描述的常规构造)。节流阀5可选地设在进气系统2的进气歧管4中。
排气系统3具有排气歧管6，其连接到内燃机1的燃烧室，且直接或间接地连接到排气涡轮增压器7的排气涡轮8。排气涡轮8以已知方式驱动压缩机9，所述压缩机继而又通过管线10连接到进气歧管4，且将燃烧气体在限定的升压PL下输送至内燃机1的燃烧室。经由排气歧管6和排气涡轮8流出的排气由排气管线11进一步带走。机动车辆中的内燃机1的进气系统2和排气系统3的其它管线未示出。
内燃机1具有减压制动器(未示出)作为发动机制动装置，其作用在内燃机1的气体交换阀或出口阀上。此外，制动板12设在排气涡轮8上游，可借助于其产生限定的排气背压PA。
减压制动器可以以已知方式在气体控制下借助于增大的排气背压PA在制动板12至少部分地闭合时开始，在此压力下，出口阀的"颤动"或"阀跳跃"选择性地触发(例如，DE102008061412A1)，或者可控制内燃机的压缩冲程期间叠加在阀装置上的出口阀的机械液压开启(正控制)(参看DE3922884A1)。
关于减压制动器的详细实施例，作为备选可参照提到的出版物。
内燃机1还设有燃料喷射装置，其喷射喷嘴13(为了简单起见仅指出了一个喷射喷嘴13)以已知方式将燃料喷射到内燃机1的燃烧室中。
燃料喷射装置可使用普通线路系统来操作，例如，利用在电子控制单元14的控制下给送燃料的电促动的喷射喷嘴13。
在控制单元14中，借助于传感器检测的相关操作参数(例如，车辆速度、发动机速度、温度、负载需求α等)在逻辑上组合，并且计算和控制相应需要的喷射量。
还存在布置在进气歧管4中的升压传感器15，借助于其检测升压PL，且升压经由信号线给送到发动机控制单元14。压力传感器16也插入排气歧管6中，压力传感器16测量排气背压PA，且经由信号线类似地传给控制单元14的值。
控制单元14还供应有信号B，该信号B对应于商用车辆的超程模式中的发动机制动过程的开始。该信号可借助于对应的开关或控制可变发动机制动功率的发动机制动管理系统(未示出)来输出。
除燃料喷射之外，基于关于发动机功率和排气排放的操作特有的规定，控制单元14还可以可选地控制排气涡轮增压器7的排气涡轮8上的旁通阀17(纯粹提供为选择)，和/或布置在进气系统2与排气系统3之间的管线19中的排气再循环阀18(纯粹提供为选择)。
除已知的功能之外，当检测到超程模式且存在发动机制动信号B时，电子控制单元14以一种方式改变，使得其以预定方式将制动板12闭合至较大或较小的程度，且还控制限定量的辅助燃料喷射(根据内燃机1的瞬时操作点)。
在此情况中，喷射量可为内燃机1的空转量的数量级，并可根据进气歧管4中的升压PL且如果适合根据排气背压PA仅在短时间段内受控制。辅助喷射的持续时间可达到30秒。
喷射量、喷射点和喷射持续时间以一种方式彼此匹配，使得在最佳升压累积的情况下在燃料消耗和排气排放中几乎不存在可检测的增加。
已经证明特别有利的是，如果辅助喷射仅在例如＞0.5bar(相对于环境)的某一升压PL以上开始，因为其然后仅是升压PL中的相对有效的升高，且可观察到与其相关联的高发动机制动功率。该"开始升压"还确保对于喷射燃料的有利点火条件。
发动机制动模式中的辅助喷射的持续时间最晚通过可在内燃机1的当前操作点处的持续制动中实现的升压的达到来限制。然而，优选的建议是在相对较低的升压PL(例如，PLmax-0.5bar)下放弃辅助喷射。因此，有可能避免升压轮廓中的超程且抑制不同内燃机1中的可能的升压波动。
发动机制动模式中的辅助喷射的持续时间可受限(例如，20秒)，以避免在内燃机1的不利操作点处缓慢升压上升的情况下导致燃料消耗的不期望上升的持久喷射阶段。
出于舒适性的原因，还可建议借助于斜坡函数使辅助喷射平稳地朝零节流。
此外，发动机制动模式中的辅助喷射期间的喷射点可优选地在内燃机1的相应压缩冲程期间，其中在相应活塞的TDC之前在15°到30°的曲柄角度范围中实现最佳结果。
在此方面，图2显示了图表，其示出了描述的辅助喷射例如在0(发动机制动开始)到10秒之间的测量时间内在升压轮廓PL上且因此在内燃机1的制动功率上的影响。
这里，测量曲线20描述了随升压累积而变化的以百分比计的常规制动功率，而位于其上方的测量曲线21指出了执行辅助喷射时的升压累积和可实现的发动机制动功率。
如可容易从所述测量曲线20、21看到的那样，发动机制动模式中的额外辅助燃料喷射引起具有初始很陡的梯度的升压轮廓，其可达到几乎100%的发动机制动功率(以类似方式上升)。在此情况中，升压PL甚至可简单地超过系统相关构造的100%。
尽管在具有气压控制的减压制动器的内燃机1上确定了测量值，但它们也与具有排气涡轮增压和使用主动控制的减压制动器的内燃机1相关。

Claims (15)

1.一种用于控制用于机动车辆特别是商用车辆中的内燃机的发动机制动装置的方法，所述装置具有进气系统、排气系统、与所述内燃机相关联的气体交换阀、将燃料喷射到至少一个燃烧室中的燃料喷射装置、借助于集成到所述排气系统和所述进气系统中的至少一个排气涡轮增压器的排气涡轮增压，以及发动机制动单元，其中所述发动机制动单元具有影响所述气体交换阀的至少一个出口阀的减压制动器，以及布置在所述排气系统中且引起排气累积的制动板，其特征在于，当发动机制动(B)开始时或在发动机制动(B)期间，燃料在预先限定的时间段内喷射到所述内燃机(1)的至少一个燃烧室中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述排气涡轮增压器(7)的压缩机(9)下游根据所述进气系统(2)中存在的升压(PL)来控制喷射。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，仅在达到限定的下升压阈值之后控制喷射。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述下升压阈值大于或等于0.5bar(相对于环境)，最优选地大于或等于1.0bar(相对于环境)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过限定的上升压阈值的达到来限制喷射的持续时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述上升压阈值以一种方式指定，使得最晚在可在瞬时操作点处实现的所述最大升压(PLmax)达到时或短暂地先于此设置喷射。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于设置喷射的所述上升压阈值短暂地先于可在所述瞬时操作点处实现的所述最大升压(PLmax)的达到指定为如下：PLmax-0.3到0.7bar，特别是PLmax-0.5bar。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述喷射持续时间是时间受限的。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述喷射持续时间限定为最大30秒，优选地最大20秒。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，喷射量基于喷射开始或喷射开始之后的限定时间段，以斜坡函数的方式朝零值线性地和/或连续地节流。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，燃料的喷射量大致对应于所述内燃机(1)的空转模式中的喷射量。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，发动机制动期间的喷射点关于规则燃料喷射改变。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，发动机制动期间的喷射点在所述内燃机的压缩冲程期间的相应活塞的TDC之前控制在15°到30°的曲柄角度范围中。
14.一种用于机动车辆中的内燃机(1)的发动机制动装置，特别是根据前述权利要求中的任一项所述的发动机制动装置，其具有进气系统(2)、排气系统(3)、与所述内燃机相关联的气体交换阀、将燃料喷射到至少一个燃烧室中的燃料喷射装置、借助于集成到所述排气系统(3)和所述进气系统(2)中的至少一个排气涡轮增压器(7)的排气涡轮增压，以及发动机制动单元，其中所述发动机制动单元具有影响所述气体交换阀的至少一个出口阀的减压制动器，以及布置在所述排气系统(3)中且引起排气累积的制动板(12)，其特征在于，提供了控制燃料喷射的控制和/或调节装置，特别是电子控制单元(14)，其在发动机制动信号(B)存在时导致发动机制动模式期间的预先限定的时间段内的燃料喷射，其中优选地使所述制动板(12)布置在所述排气涡轮(8)上游，且设计为影响气流通过所述排气涡轮(8)的进入的流引导板。
15.一种车辆，特别是商用车辆，其具有根据权利要求14所述的发动机制动装置和/或具有根据权利要求1至13中的任一项所述操作的发动机制动装置。
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