CN105697096A - 用于控制马达制动装置的方法以及马达制动装置 - Google Patents

用于控制马达制动装置的方法以及马达制动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制用于车辆中，特别是商用车中的内燃机的马达制动装置，其中马达制动装置具有进气系统、排气系统、内燃机侧的换气阀、借助至少一个集成在排气系统和进气系统中的废气涡轮增压器的废气涡轮增压以及马达制动机构，其中马达制动机构具有影响至少一个换气阀的排气阀的、依据废气背压的减压制动器以及在排气系统中布置的、使废气回流的制动活板。为了实现精确可控制的马达制动功率提出了，在马达制动运行中所要求的制动力矩（B）依据废气涡轮增压器（7）的充载压力（PL）并且依据制动活板（12）上游的废气背压（PA）予以控制，所述制动活板优选地布置在废气涡轮增压器的废气涡轮的直接上游。另外提出了合适的马达制动装置。

Description

用于控制马达制动装置的方法以及马达制动装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、用于控制用于机动车中特别是商用车中的内燃机的马达制动装置的方法，一种根据权利要求9的前序部分的马达制动装置，以及一种根据权利要求14的车辆。
背景技术
特别地对于在商用车中使空气压缩的（柴油）内燃机来说已知的是，在滑行运行（Schubbetrieb）中通过排气系统中的制动活板产生废气背压，所述废气背压引起有效的马达制动，办法是：内燃机的活塞在排气冲程（排气阀打开）中克服废气背压运行。
为了明显提高这样的马达制动装置的作用，例如由DE102008061412A1已知的是，额外地设置减压制动器，对于所述减压制动器来说，排气阀叠加在根据四冲程原理的常规阀门操作之上（即便在压缩冲程中部分地打开）。在此通过将燃烧空气节流地吹入排气系统中产生额外的制动作用。
对于废气控制的减压制动器来说，排气阀的阀门控制如此设计，即排气阀通过在关闭的制动活板中存在的废气背压针对性地非常规地打开（所谓的阀门跳动）并且通过机制保持打开直到下次常规的阀门打开。减压制动器的使用在这种情况下与被控制达到的废气背压有关或者说通过该废气背压触发。
发明内容
本发明的任务在于提出方法和马达制动装置，借助所述方法和马达制动装置对于具有废气涡轮增压的内燃机来说能够针对性地并且精确地控制或者说调节可变的马达制动功率。
利用独立的权利要求的特征实现这个任务的解决方案。本发明的有利的改型方案是从属权利要求的内容。
根据权利要求1提出了用于控制用于在机动车内特别是商用车内的内燃机的马达制动装置的方法，其中马达制动装置具有进气系统、排气系统、内燃机侧的换气阀（优选是以四冲程原理控制的换气阀）、借助至少一个集成在排气系统和进气系统中的废气涡轮增压器的废气涡轮增压以及马达制动机构，其中马达制动机构具有影响换气阀的至少一个排气阀的特别是气体控制的和/或依据废气背压的减压制动器以及布置在排气系统中的、使废气回流（rückstauen）的制动活板。根据本发明提出了，在马达制动运行中，所要求的制动力矩依据废气涡轮增压器的充载压力并且依据制动活板上游的废气背压进行调节，所述制动活板优选地布置在废气涡轮增压器的废气涡轮的上游。已知的是，废气背压作为用于基于通过增压的内燃机的充载压力而自身改变的压力比来针对性地激活减压制动器的自我产生的调节参量，不足以保证针对性地使用或者说控制减压制动器或者说在马达制动运行中的相应所需的制动功率。只有废气背压与当前存在的充载压力的联系展现了用于精确地控制减压制动器的可靠的调节参量。
在本发明的一种有利的具体改型方案中提出了，至少充载压力（PL）和差压（PD）使用作为调节参量，其中差压（PD）由废气背压（PA）和充载压力（PL）以PA-PL=PD形成。由于气压控制的减压制动器的机制不直接与废气背压而是与在废气背压（PA）和充载压力（PL）之间的差压有关，则利用根据本发明的调节以有利的方式实现的是，保证包括不同的制动功率要求在内、在马达制动机构的全部工作区域上精确地控制减压制动器。
在这种情况下在一种有利的控制参数的设计中，能够在第一个阶段中利用仅受控的制动活板、在过渡阶段中利用投入的减压制动器以及在结束阶段中利用最大可能的制动功率通过减压制动器和制动活板调节制动力矩。
此外随着在马达制动运行中升高的充载压力，废气背压PA也可以通过肯定预先设定的逐渐关闭的制动活板而被提高，以用于设定定义的差压，所述制动活板优选地布置在废气涡轮增压器的废气涡轮的上游。另外充载压力的额定值能够通过特性场计算，所述特性场通过内燃机的转速和所需的马达制动力矩绘制。
此外差压的额定值可以在调节技术上有利地通过主特性场以及另外通过下降特性场求取，所述主特性场通过内燃机的转速和实际充载压力绘制，所述下降特性场通过内燃机的转速和马达制动要求绘制。主特性场与实际充载压力的相关性是有利的，因为随着升高的充载压力也能够需要升高的差压，以便引发气压控制的阀门打开。与此相反，下降特性场即使在部分制动力矩要求下也具有减少差压的任务。
此外差压实际值具体地优选地依据差压额定值和马达制动活板的位置来设定。
最后能够有利的是，在马达制动时通过所求取的充载压力额定值以及通过废气涡轮上的调节器件设定充载压力实际值，所述充载压力实际值再在与差压值PD的相互作用中，针对性地影响所要求的马达制动功率或者说减压制动器的使用。在已知的方式中，在废气涡轮增压器上的调节器件可以是废气涡轮增压器的流动导向元件和/或旁通阀（废气门），特别是具有可变的涡轮几何参数的废气涡轮的流动导向元件。在可能的情况下，触发设置在内燃机的进气系统中的节流活板也能够是有利的。
在根据本发明的马达制动装置中如此设置，即内燃机的排气系统中的制动活板和进气系统中的充载压力在马达制动运行中，通过与所要求的制动功率有关的充载压力调节器以及通过差压调节器予以控制，所述差压调节器从废气背压和充载压力中形成差压。由此得出了已经在上文结合根据本发明的方法引导而说明的优点。
同样对于根据本发明的马达制动装置来说，制动活板又优选地布置在废气涡轮增压器的废气涡轮的上游，最为优选地直接布置在废气涡轮的上游和相邻处，并且因此构造了（正面地）影响废气涡轮的气加载的流动导向活板。因此在几乎没有结构上的额外花费的情况下，这实现了较强地升高在马达制动运行中的进气侧的充载压力，并且因此提高为了能够获得的制动功率所必需的内燃机中的质量通过量（Massendurchsatz）。由此制动活板同时满足了多个功能：它优选地被调节用于负责足够的废气背压，并且额外地与在具有可变的涡轮几何参数的废气涡轮中调节活板的功能类似，负责在减少的废气流量和较小的废气焓时有利的涡轮的迎流。具体来说，在这种情况下在废气涡轮上游（优选地直接在废气涡轮的上游和相邻处）布置的制动活板，与布置在废气涡轮下游的制动活板不同地，引起了在涡轮上的更高的压降，由此以随后通过废气涡轮的可能更高的质量流和体积流为条件，能够明显地提高充载压力和废气背压并且由此也能够以功能可靠的方式在没有内燃机热过载的情况下，明显地提高马达制动功率。在相同的废气背压时，通过布置在上游的制动活板上的压降在此获得了更小的废气涡轮的负载，这由此在废气背压升高时，在没有更高的废气涡轮负载的情况下导致制动功率的期望的提高。
在此特别优选地设置了，制动活板布置在废气涡轮增压器的废气涡轮的涡轮壳体的上游以及外侧，优选地直接布置在上游和外侧（并且因此在涡轮壳体侧的流入通道的上游）。通过将至少一个制动活板布置在废气涡轮的涡轮壳体或者说流入通道的上游并且因此布置在其外侧，所述制动活板不构成废气涡轮的组成部分，由此得到了具有提高的结构的自由度的制动活板的装配简单的定位。特别地在此随后能够避免对废气涡轮的结构上的干预并且不需要预留用于不同的型号系列的多个不同的涡轮。根据为此特别优选的第一具体设计方案，废气涡轮特别是废气涡轮的涡轮壳体可以在此随后与排气歧管在流体技术方面上耦合，通过至少一个、优选地通过多个内燃机的气缸利用废气加载所述排气歧管，其中在废气涡轮和排气歧管之间，特别是在废气涡轮的涡轮壳体和排气歧管之间以及因此直接在废气涡轮的涡轮壳体的上游和外侧安装了具有制动活板的独立的结构单元，所述结构单元既与涡轮壳体也与排气歧管固定连接。根据第二具体实施变型方案，结构上特别紧凑地和有利地设置了，废气涡轮增压器的废气涡轮或者说废气涡轮壳体直接构建在排气歧管上，通过至少一个、优选地通过多个内燃机的气缸利用废气加载所述排气歧管，其中制动活板布置在排气歧管的区域中并且因此直接布置在废气涡轮的涡轮壳体的上流和外侧。
此外根据一种特别优选的设计方案设置了影响在进气系统中的充载压力的控制器件。影响在进气系统中充载压力的控制器件可以例如是设置在废气涡轮增压器的废气涡轮上的旁通阀和/或废气涡轮的流动导向元件，特别是具有可变的涡轮几何参数的废气涡轮的流动导向元件和/或在内燃机的进气系统中的节流活板。
最后，充载压力调节器和/或差压调节器的额定值储存在特性场中，至少依据内燃机的转速、制动功率要求以及在内燃机的进气系统中的充载压力和排气系统中的废气背压的压力值导出所述特性场。
即使本发明在上文始终与制动活板结合解释，但是这个“制动活板”的概念可以明确地在广泛和全面的意义中理解并且不仅限于能够枢转的活板装置。因此“制动活板”的概念（只要该概念不被另外地解释）也应该明确地包括每个其它的合适的和/或不能够枢转的节气机构，例如滑阀或者转动滑阀。
在伴随根据本发明的方法引导和根据本发明的车辆所得出的优点的方面，参考之前做出的实施方案。
附图说明
参考附加的示意性的附图具体地说明本发明的实施例。图示：
图1在仅概略的、简化的示意图中，示出了用于商用车的、具有进气系统、排气系统、废气涡轮增压器和带有气体控制的减压制动器以及废气涡轮的上游的制动活板的内燃机，其中所述机构通过具有充载压力调节器和差压调节器的电子的马达控制器在马达制动运行中予以控制。
图2是带有充载压力调节器和差压调节器（用于设定定义的废气背压）的根据图1的马达制动装置的调节的简化的原理框图；
图3是通过根据图2的调节能够控制的或者说能够调设的内燃机的制动功率基于转速的图表；
图4是在充载压力调节器中的形成充载压力额定值的概略的示意图；并且
图5是在用于根据图1和图2控制马达制动机构的差压调节器中的形成差压额定值的另一个概略示意图。
具体实施方式
在图1中仅概略地展示了尤其用于商用车的内燃机1（例如六缸柴油内燃机），该内燃机具有进气系统2和排气系统3（当前尚未描述常见的结构形式）。在进气系统2的进气歧管4中能够在可能的情况下设置节流活板5。
排气系统3具有连接在内燃机1的燃烧室上的排气歧管6，所述排气歧管间接地或者直接地连接在废气涡轮增压器7的废气涡轮8上。废气涡轮8用已知的方式驱动压缩器9，所述压缩器又通过管路10与进气歧管4连接，并且燃烧气体在定义的充载压力PL下供应至内燃机1的燃烧室。通过排气歧管6和废气涡轮8流出的废气通过排气管11继续导出。未展示在机动车上的内燃机1的进气系统2和排气系统3的其他管路。
内燃机1具有减压制动器（未示出）作为马达制动装置，所述减压制动器作用于内燃机1的换气阀或者说排气阀。另外设置了在废气涡轮8的上游的制动活板12，借助所述制动活板能够产生定义的废气背压PA。
减压制动器能够用已知的方式气体控制地通过升高的废气背压PA在至少部分关闭制动活板12的情况下启动，在升高的废气背压下，针对性地触发排气阀的“振摆”或者“阀门跳动”（例如DE102008051412A1）。
关于废气被控制的减压制动器的详细实施方案以帮助的方式参考已知的出版物。
在进气歧管4中此外布置了充载压力传感器13，借助所述充载压力传感器获取充载压力PL并且通过信号线路15提供给待描述的马达控制器14。另外，在进气歧管8中装入了在制动活板12的上游的、测量所述废气背压PA的压力传感器16，所述压力传感器的值同样地通过信号线路提供给控制器14。
此外，为控制器14提供了在引入马达制动时在商用车的滑行运行中的相应的信号B和负载信号α。借助要求能够变化的马达制动功率的马达制动管理（未示出）给出信号B。
基于对内燃机1的马达功率以及废气排放的运行特定的规定，控制器14控制在废气涡轮增压器7的废气涡轮8上的旁通阀17和布置在进气系统2和排气系统3之间的管路19中的废气再循环阀18。
除了在内燃机1的点火的驱动运行中的已知的功能之外，如此调制电子控制器14，使得它在识别滑行运行的情况下以及在存在马达制动信号B的情况下或多或少地关闭制动活板12以用于设定定义的废气背压PA并且还控制充载压力PL。
此外在控制器14（图2）中，简化展示地设置了充载压力调节器20和差压调节器21，所述充载压力调节器和差压调节器在马达制动运行B中通过触发制动活板12和控制器件（用于减小充载压力PL的旁通阀17和/或用于提高充载压力的气流导向活板和/或在进气系统2中的节流活板5）确定制动功率。
图4示意性地展示了与此处未进一步示出的充载压力调节器20结合的充载压力额定值形成20'。在此优选地通过特性场20a（仅标明）确定充载压力额定值，所述特性场通过内燃机的转速n和所要求的制动力矩B绘制。通过对于一个或者多个所提到的控制器件的控制干预，设定充载压力实际值PL。
图5展示了与此处未进一步示出的差压调节器20结合的差压额定值形成21'，在所述差压额定值形成中优选地设置了两个特性场21a、21b，所述特性场在数学上（在控制技术上或者说电子上）结合用于形成差压PD。
如图5中展示的，在这种情况下通过主特性场21b形成差压额定值，所述主特性场通过转速n和充载压力实际值PL绘制。另外通过下降特性场21a，在部分制动力矩要求的情况下通过定义的因数减少差压PD，所述下降特性场通过转速n和制动力矩要求B绘制。
通过评估如此形成的压力值PL和PD实现了对马达制动功率相关的废气背压PA精确地如此设定，使得如图3中通过马达转速n所展示的那样，能够针对性地控制或者说设定在未激活的减压制动器情况下的用于小的马达制动功率的下方曲线22、用于带有投入的减压制动器的过渡区域的中间曲线23以及用于尽可能高的马达制动功率的上方曲线24，正如当然也能够针对性地控制或者说调节到在单个曲线之间的中间区域那样。最下方的曲线25在此展示了倒拖功率，利用所述倒拖功率内燃机在完全打开制动活板的情况下被倒拖。
额定废气背压PA与充载压力实际值PL的相关性保证了随着充载压力的升高，差压PD也得到提高，由此过程可靠地保证了排气阀的气体控制的阀门打开。另外，能够更好地支配从仅基于制动活板12的废气回流额外地到减压制动器上的过渡区域，其中更好地考虑了在马达制动运行中的在内燃机1的换气中的不同的压力比。
在马达制动运行B中的充载压力PL可以通过用于设定充载压力实际值的控制器件依据所要求的制动功率减小（例如在图3中的曲线22的区域中）或者提高（例如图3的曲线24）。如之前解释的那样，这一点通过触发进气系统2中的节流活板5和/或在废气涡轮增压器7上的旁通阀17和/或例如通过触发在废气涡轮8的上游的气流导向活板实现。在可能的情况下制动活板12也可以与在具有可变的涡轮几何参数的废气涡轮增压器7中的流动导向活板连接使用。
本发明不限于所展示的实施例。例如内燃机1也可以实施有带有两个依次布置的废气涡轮增压器7的分级增压（Registeraufladung），所述废气涡轮增压器中的一个可以接通作为高压级并且另一个可以接通作为低压级。
附图标记清单
1内燃机
2进气系统
3排气系统
4进气歧管
5节流活板
6排气歧管
7废气涡轮增压器
8废气涡轮
9压缩器
10进气管
11排气管
12制动活板
13充载压力传感器
14控制器
15信号线路
16压力传感器
17旁通阀
18废气再循环阀
19管路
20充载压力控制器
20a特性场
21差压控制器
21a特性场
21b特性场
22至24制动功率曲线
25阻力功率曲线
20'充载压力额定值形成
21'差压额定值形成

Claims (14)

1.一种用于控制用于在机动车中、特别是商用车中的内燃机的马达制动装置的方法，其中马达制动装置具有进气系统、排气系统、内燃机侧的换气阀、借助至少一个集成在排气系统和进气系统中的废气涡轮增压器的废气涡轮增压以及马达制动机构，其中马达制动机构具有影响换气阀的至少一个排气阀的、特别是气体控制的和/或与废气背压有关的减压制动器以及布置在排气系统中的、使废气回流的制动活板，其特征在于，依据废气涡轮增压器（7）的充载压力（PL）并且依据在制动活板（12）上游的废气背压（PA）调节在马达制动运行中所要求的制动力矩（B），所述制动活板优选地布置在废气涡轮增压器（7）的废气涡轮（8）的上游。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，至少充载压力（PL）和差压（PD）使用作为调节参量，其中差压（PD）由废气背压（PA）和充载压力（PL）形成。
3.按照权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，在第一阶段（曲线22）中利用仅受控的制动活板（12）、在过渡阶段（曲线23）中利用投入的减压制动器并且在结束阶段中利用最大可能的制动力矩（曲线24）通过减压制动器和制动活板（12）控制制动力矩。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，伴随在马达制动运行中升高的充载压力（PL），为了设定定义的差压（PD），废气背压（PA）也通过定义的预先设定的、逐渐关闭的制动活板（12）予以提高，所述制动活板优选地布置在废气涡轮增压器（7）的废气涡轮（8）的上游。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过特性场（20a）计算充载压力（PL）的额定值，所述特性场通过内燃机（1）的转速（n）和所要求的马达制动功率（B）绘制。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过主特性场（21b）以及通过下降特性场（21a）求取差压（PD）的额定值，所述主特性场通过内燃机（1）的转速（n）和实际充载压力（PL）绘制，所述下降特性场通过内燃机（1）的转速（n）和马达制动要求（B）绘制。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，依据差压额定值和马达制动活板（12）的位置设定差压值。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在马达制动时，通过所求取的充载压力额定值（PL）并且通过在废气涡轮（8）上和/或在进气系统（2）中的至少一个调节器件（17、5）设定充载压力实际值。
9.一种特别用于执行按前述权利要求中任一项所述的方法的、用于机动车中的内燃机的马达制动装置，其中马达制动装置具有进气系统、排气系统、内燃机侧的换气阀、借助至少一个集成在排气系统和进气系统中的废气涡轮增压器的废气涡轮增压以及马达制动机构，并且其中马达制动机构具有影响换气阀的至少一个排气阀的、特别是气体控制的减压制动器以及布置在排气系统中的、使废气回流的制动活板，其特征在于，通过与所要求的制动功率有关的充载压力调节器（20）并且通过差压调节器（21），在马达制动运行（B）中，控制在排气系统（3）中的、优选地布置在废气涡轮增压器（7）的废气涡轮（8）的上游的制动活板（12）和内燃机（1）的进气系统（2）中的充载压力（PL），所述差压调节器从废气背压（PA）和充载压力（PL）中形成差压（PD）。
10.按照权利要求9所述的马达制动装置，其特征在于，设置了至少一个影响进气系统中的充载压力的控制器件（5、17）。
11.按照权利要求10所述的马达制动装置，其特征在于，在废气涡轮增压器（7）上的影响进气系统（2）中的充载压力的控制器件是旁通阀（17）和/或废气涡轮（8）的流动导向元件，特别是具有能够改变的涡轮几何参数的废气涡轮（8）的流动导向元件。
12.按照权利要求10或者11所述的马达制动装置，其特征在于，影响充载压力（PL）的控制器件是内燃机（1）的进气系统（2）中的节流活板（5）。
13.按照权利要求9到12中任一项所述的马达制动装置，其特征在于，充载压力调节器（20）和/或差压调节器（21）的额定值储存在特性场（20a、21a、21b）中，所述特性场依据至少内燃机（1）的转速（n）和/或制动功率要求（B）和/或进气系统（2）中的充载压力（PL）的压力值形成。
14.一种车辆、特别是商用车，它具有按照权利要求9到13中任一项所述的和/或用于执行按照权利要求1到8中任一项所述的方法的马达制动装置。
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