CN105822435B - 发动机制动方法及用于调节发动机制动功率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机制动方法及用于调节发动机制动功率的装置。具体而言，本发明涉及一种用于具有排气涡轮增压器的增压式内燃机的发动机制动方法。本发明还涉及一种用于调节具有增压式内燃机的机动车辆的发动机制动功率的装置。根据本发明，排气涡轮增压器为电动机协助的排气涡轮增压器，其中期望或需要的发动机制动功率的设置通过由排气涡轮增压器的电动机操作(S4)加速排气涡轮增压器的转子和/或通过排气涡轮增压器的发电机式操作(S5)使转子(11,12,13)制动来实现。

Description

发动机制动方法及用于调节发动机制动功率的装置

技术领域

本发明涉及一种用于具有排气涡轮增压器的增压式内燃机的发动机制动方法。本发明还涉及一种用于调节具有增压式内燃机的机动车辆的发动机制动功率的装置。

背景技术

使机动车辆(尤其是商用车辆)配备发动机背压制动器形式的发动机制动器(也称为排气瓣制动器或发动机制动盘)是从现有技术(例如，从德国公开申请DE19821130A1或欧洲专利申请EP1258603A1)已知的。在发动机背压制动器的情况下，排出气体通过节流阀累积，节流阀构造在排气线路中，且布置在排气涡轮增压器前方或通常后方，其中背压通过节流阀累积在排气管道中。当其排出缸充气时，发动机相对于排气线路中的该背压执行额外的功。在超程模式中需要时由驾驶员使用压缩空气触发发动机制动盘。四冲程发动机的各个独立的缸必须在第四操作冲程中相对于由发动机制动盘产生的反压排气。如果车辆在下坡上移动时，可触发发动机制动器以提高发动机制动功率。为了控制制动功率，发动机制动盘的冲角可另外调整。在从实际经验中获知的此类发动机制动盘的情况中，驾驶员可逐步预先选择制动功率，或制动巡航控制器调整至设置点速度。此类发动机制动器的缺点在于不可能通过改变发动机制动盘的冲角实现发动机制动功率的很准确的调节，且最大可实现的发动机制动力由设计限制。

其它类型的发动机制动方法是从现有技术已知的。因此，DE19853127A1公开了一种用于增压式内燃机的发动机制动方法，其中热的燃烧空气在发动机制动模式中给送到缸中，其中使至少一些压缩的燃烧空气旁通增压空气冷却器。

DE102005008657A1公开了一种用于内燃机的发动机制动方法，该内燃机具有串联连接的两个排气涡轮增压器且具有不变的涡轮入口截面，其中为了设置期望或需要的发动机制动功率，调节了穿过桥接紧密联接的压缩机的旁路的空气质量流和穿过桥接紧密联接的排气涡轮的旁路的排气质量流。

DE4330487C1和DE19543190A1公开了用于具有排气涡轮增压器的增压式内燃机的另外的发动机制动方法。具有导叶的可变导叶级联布置在排气涡轮增压器的环形喷嘴中，借助于该级联，环形喷嘴的流动截面使用导叶级联调整装置调整，以产生流动管道中的任何期望的背压。

DE19844573A1公开了一种用于增压式内燃机的发动机制动方法，该内燃机具有带涡轮的排气涡轮增压器，涡轮具有可变的涡轮几何形状。为了通过简单手段以一种方式影响发动机制动器的性能，使得匹配不同情形的制动是可能的，可变的涡轮几何形状在发动机制动模式中在可指明的硬制动设置与可指明的温和制动设置之间调整。

此类发动机制动方法的缺点在于，它们需要额外的旁通元件或排气涡轮增压器的改变(可变的涡轮几何形状或可变导的叶级联)。同样，不可能以期望的准确性调节发动机制动功率。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种改善的发动机制动方法，借助于其可避免常规技术的缺点。具体而言，本发明的目的在于提供一种发动机制动方法，其允许发动机制动功率的更准确的调节和相比于常规途径的较高发动机制动功率。另一个目的在于提供一种用于调节具有增压式内燃机的机动车辆的发动机制动功率的装置，借助于其可避免常规装置的缺点。

这些目的通过具有独立权利要求的特征的装置和方法实现。本发明的有利实施例和用途将从从属权利要求变得清楚。

提出了一种用于具有排气涡轮增压器的增压式内燃机的发动机制动方法。根据本发明，排气涡轮增压器体现为可由电动机操作或由电动机协助的排气涡轮增压器，也称为电气化排气涡轮增压器。电动机协助的排气涡轮增压器具有电机，其可联接到或以扭矩传递方式联接到排气涡轮增压器的传动轴，或更通常地联接到转子。电机设置成驱动或协助排气涡轮增压器的驱动(下文也称为排气涡轮增压器的电动机操作)，和/或可通过排气涡轮增压器操作为发电机。排气涡轮增压器的转子由排气涡轮、压缩机和传动轴形成，其中排气涡轮和压缩机在运动方面通过传动轴联接。从实际经验已知的是，内燃机的增压过程可由电动机协助的排气涡轮增压器的电动机暂时协助，特别是在起动时桥接所谓的"涡轮滞后"。

根据本发明的一般方面，电协助的排气涡轮增压器用于发动机制动模式中，即，尤其是在车辆的超程模式中，以设置期望或需要的发动机制动功率。这里，期望或需要的发动机制动功率的设置通过由排气涡轮增压器的电动机操作加速排气涡轮增压器的转子和/或通过排气涡轮增压器的发电机式操作使转子制动来实现。在发电机式操作中，转子的动能用于驱动电机。期望的发动机制动功率因此可迅速且以高准确性累积。

根据第一手段，如果期望或需要的发动机制动功率超过预定的第一阈值，则排气涡轮增压器的转子可通过排气涡轮增压器的电动机操作加速。例如，该阈值可指出可在超程模式中在不操作排气涡轮增压器的电机的情况下且可选地使用发动机制动盘产生的最大发动机制动功率。电动机操作增大内燃机的缸中的升压，且因此增大由发动机在超程模式中执行的功和发动机制动功率。

根据第二手段，如果期望或需要的发动机制动功率未超过预定的第二阈值，则转子可通过排气涡轮增压器的发电机式操作制动。例如，第二阈值可指出在超程模式中在不操作涡轮增压器的电机的情况下或使用发动机制动盘时产生的发动机制动功率，可指出在超程模式中在制动盘未触发时不操作排气涡轮增压器的电机的情况下产生的最小发动机制动功率。借助于排气涡轮增压器的发电机模式，发动机制动功率可进一步减小，以便例如允许车辆在超程模式中滚下轻微的斜坡。

根据优选示范性实施例，发动机制动功率的限定累积可由排气涡轮增压器的电动机操作的对应控制来控制。换言之，压缩机的增大的旋转速度可通过控制电机来以一种方式控制，使得获得期望的发动机制动功率和/或发动机制动功率的期望变化。以此方式，期望的发动机制动功率有可能一方面在短时间内且另一方面以高准确性累积和调节。例如，排气涡轮增压器的电动机操作的强度可根据实际需要的发动机制动功率变化，优选地与需要的发动机制动功率成比例(如果后者超过预定阈值)。

通过使用电动机协助的排气涡轮增压器来设置期望的发动机制动功率，可选的是有可能省去从现有技术已知的设计手段(可变的涡轮几何形状、发动机制动盘等)。然而，还有可能使用连同现有技术途径使用电动机协助的排气涡轮增压器来调节发动机制动功率。

在此背景下，特别有利的实施例构想出将发动机制动盘布置在排气线路中，所述盘在发动机制动模式中触发，其中发动机制动盘的冲角被进一步限定，以便设置期望或需要的发动机制动功率。

这些变型实施例的特别的优点在于由发动机制动盘带来的发动机制动功率还可通过借助于排气涡轮增压器的马达操作驱动转子来进一步增大，例如，在陡的下坡路程上，且/或通过排气涡轮增压器的发电机式操作另外减小，例如，在缓和的下斜坡路程上。通过借助于电机改变冲角和转子的加速或减速两者，还有可能实现发动机制动功率的特别灵活且细分等级的调节。

根据另一个示范性实施例，通过由排气涡轮增压器的电机的发电机式操作在转子的制动期间恢复的电能给送到车载电气系统和/或车辆的电能储存装置中来以电能形式部分地恢复发动机制动能量。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于调节具有增压式内燃机的机动车辆的发动机制动功率的装置。具体而言，该装置为排气涡轮增压器的电机的控制装置，其可通过控制电机来执行排气涡轮增压器的升高转速的控制和/或调整。该装置设计成接收发动机制动功率需求。该装置还设计成通过排气涡轮增压器的电动机协助的操作来加速涡轮增压器的转子，和/或通过发动机制动模式中的排气涡轮增压器的发电机式操作来使所述涡轮增压器的转子制动，以便根据接收到的制动功率需求来累积需要的制动功率。具体而言，装置体现为执行如本文公开的方法。该装置还可设计成控制发动机制动盘，以便在发动机制动模式中触发后者，和/或设置发动机制动盘的冲角。为了避免重复，方法的上下文中完全公开的特征应当也认作是已经公开，且可在装置的背景下要求保护。

本发明还涉及一种具有电动机协助的排气涡轮增压器的机动车辆，特别是商用车辆，以及用于调节如本文公开的机动车辆的发动机制动功率的装置。

附图说明

本发明的上述优选实施例和特征可以以任何期望的方式与彼此组合。下文参照附图描述了本发明的进一步的细节和优点，在附图中：

图1示出了意在说明根据本发明的一个实施例的发动机制动装置的示意性框图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的发动机制动方法的流程图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的发动机制动模式中的排气涡轮增压器的速度的变化；以及

图4示出了意在说明发动机制动模式中的操作点的发动机操作图。

参考标号列表

1 控制装置

2 内燃机

3 发动机制动盘

4 压缩机入口线路

5a 压缩机出口线路或增压空气线路

5b 涡轮入口线路

6 涡轮出口线路

7 至排气口的排气线路

8 增压空气冷却器

9 电气线路

10 排气涡轮增压器

11 压缩机

12 涡轮

13 传动轴

14 电机

15 用于电能的储存装置

16 控制线路

17 电气线路

18 控制线路

40 发动机制动模式

41 发动机操作图的满载极限曲线。

具体实施方式

图1以框图形式示出了根据本发明的一个实施例的发动机制动装置。发动机制动装置包括商用车辆的增压式内燃机2，以及与其相关联的电动机协助的排气涡轮增压器10，其在下文中也称为ETC 10。电动机协助的排气涡轮增压器10包括涡轮12，其被来自内燃机2的排气驱动，排气经由排气线路5b给送至涡轮12。此后，排气混合物经由涡轮出口流过排气线路6，其中布置了本来已知的发动机制动盘3，排气混合物经由另一排气线路7流至排气口。涡轮12通过轴13连接到压缩机11。新鲜空气经由压缩机入口4给送至压缩机11。压缩机11压缩增压空气以给送至内燃机2，且因此增加内燃机2在正常燃烧模式中的功率。由压缩机11压缩的增压空气经由增压空气线路给送至增压空气冷却器8，且然后经由线路5a给送到内燃机2中。

ETC 10体现为电动机协助的排气涡轮增压器。出于此目的，ETC 10设有电机14，其可操作为马达以及操作为发电机，可联接到或以扭矩传递方式联接到传动轴13，且设置成驱动或协助驱动排气涡轮增压器的转子11、12、13。

电机14(例如，电动机)的马达模式和发电机模式由控制装置1控制，控制装置1出于此目的经由电气线路连接到电动机14，且连接到用于电能的储能装置15，例如，起动机电池或混合传动系的高压电池，这由虚线9和17示意性地指出。对于电动机14的马达模式，该能量由储能装置15供应。此外，电机14的发电机模式中生成的功率可经由控制装置1给送至储能装置15。在考虑到的示范性实施例中，控制装置1还体现为发动机控制器，且经由控制线路18可将内燃机2切换至未燃烧模式，且中断对内燃机2的燃料供应，或将其切换至空转输送，以便引入例如发动机制动模式。

控制装置1还设计成控制发动机制动盘3的操作，这由电气线路16指出。

根据本发明的教导内容的一个特别的特征在于控制装置1还设计成通过控制ETC10来控制和调节机动车辆的发动机制动功率。

对应的操作和对应的发动机制动方法在图2中的流程图中通过举例示出。在第一步骤S1中，控制装置1首先以本来已知的方式接收发动机制动功率需求MA。发动机制动功率需求MA例如可通过布置在驾驶室中的促动元件产生，借助于其，驾驶员可在发动机制动模式中逐步预先选择制动功率。发动机制动功率需求MA还可通过制动巡航控制器产生，该控制器调整车辆至设置点速度。

在步骤S2中，控制装置1根据发动机制动功率需求MA检查在发动机超程模式中是否需要发动机制动盘的触发。在高的发动机制动功率需求的情况中，控制装置1以本来已知的方式经由控制线路16将发动机制动盘3触发，且以一种方式控制发动机制动盘3，使得根据发动机制动功率需求MA的水平形成发动机制动盘3的对应冲角。

在步骤S3中，控制装置1还取决于发动机制动功率需求MA检查是需要ETC 10的电机14的马达模式还是发电机模式。

如果发动机制动功率需求MA很高，即，大于第一阈值W1，例如，然后执行步骤S4，其中控制装置1开始电机14的马达模式。在运动方面联接到转子的传动轴13的电动机14因此加速ETC 10的转子11、12、13，其结果在于，内燃机2的缸中的升压且因此超程模式中执行的功增大。因此，发动机制动功率通过ETC 10的马达模式增大。

如果发动机制动功率需求MA小于第二阈值W2，则然后执行步骤S5，其中控制装置1开始电机14的发电机模式。因此，电机14使转子11、12、13制动，其结果在于，内燃机2的缸中的升压且因此在超程模式中执行的功减少。因此，发动机制动功率由于ETC 10的发电机模式而下降。

在步骤S4和S5中，例如可使用根据实验预先确定且储存在控制装置1中且将转子11、12、13的转速分配至发动机制动功率需求MA的特征，其结果在于，控制装置以一种方式控制电动机14，使得转子11、12、13的实际速度根据当前发动机制动功率需求MA调整至从该特征获得的设置点速度。

如果发动机制动功率需求MA大于或等于W2且小于或等于W1，则然后执行步骤S6，其中不会触发电机14。转子11、12、13的速度是热动平衡的结果。值W2和W1可指出可仅借助于发动机制动盘3实现的发动机制动功率下限和上限，因此电动机仅通过协助方式使用来增大操作限制。

控制回路然后关于步骤1继续，从而闭合控制回路。

另一个可能性是使值W1和W2相等，例如，如果未使用发动机制动盘或如果电机14总是用于协助发动机制动模式，例如，因而可因此实现期望的发动机制动率的更快累积，且因而可在发电机模式中恢复制动能。

图3示出了根据本发明的一个实施例的发动机制动模式中的ETC的速度的变化(由虚线示出)与根据涉及发动机制动盘的常规发动机制动方法的ETC的速度变化的比较(由实线示出)。

首先描述了涉及发动机制动盘的常规发动机制动方法的ETC速度变化。排气涡轮增压器未联接到电动机，或在发动机制动模式中至少未由电动机加速或制动。

在时间31和32之间的时间中，发动机处于超程模式。ETC转子的速度基于发动机的排气能量引起的压缩机与涡轮之间的热动力功率平衡来形成。

在时间32处，发动机制动盘基于高的制动功率需求触发。因此，排气背压累积在排气管道中，其结果在于，ETC速度在时间32和33之间减小，直到形成新的热动力功率平衡。ETC保持在该速度水平下，直到在时间4处需要较低的发动机制动功率，因此停用发动机制动盘。ETC速度然后增大，直到时间35a，此时，新的当前热动力功率平衡变得形成。

在根据本发明的一个实施例的发动机制动方法中，相比于该常规发动机制动方法，不但在高的发动机制动功率需求接收到之后在时间32处触发发动机制动盘，而且电机14的马达模式也启动，从而加速ETC 10的转子，因此ETC速度在时间32和33b之间增大，从而允许高的制动功率迅速累积。在这些时间之间，控制装置1以一种方式控制转子的速度，使得其保持在恒定水平下，这产生了所需的发动机制动功率。

在时间34处，产生了较低的制动功率需求。电机14然后以发电机模式操作，因此ETC的速度经过时间35b迅速减小至期望水平，所述水平产生了现在需要的减小的制动功率。在发电机模式中，ETC转子的一些动能进一步以电能形式恢复。发动机制动盘的冲角度还可匹配变化的发动机制动需求。

图4示出了发动机操作图。由参考标号41表示的曲线代表发动机操作图的满载极限曲线。由40表示的线包围的操作点的区域代表示范性商用车辆发动机的发动机制动模式中的操作点。在发动机制动模式中，由内燃机2产生的扭矩为负，且使车辆制动。

本发明不限于上文所述的优选示范性实施例。相反，大量的变型和改型是可能的，其同样地利用本发明的构想且因此落入保护范围内。特别地，本发明还提出了保护独立于它们涉及的权利要求的从属权利要求的主题和特征。

Claims (8)

1.一种用于具有排气涡轮增压器的增压式内燃机的发动机制动方法，其特征在于，所述排气涡轮增压器为可由电动机操作的排气涡轮增压器(10)，其中期望或需要的发动机制动功率的设置通过由所述排气涡轮增压器的电动机操作(S4)加速所述排气涡轮增压器(10)的转子(11,12,13)和/或通过所述排气涡轮增压器(10)的发电机式操作(S5)使所述转子(11,12,13)制动来实现，其特征在于，

(a)如果期望或需要的发动机制动功率(MA)超过预定的第一阈值，则所述排气涡轮增压器的转子通过所述排气涡轮增压器的电动机操作(S3)加速；和

(b)如果期望或需要的发动机制动功率(MA)未超过预定的第二阈值，则所述转子通过所述排气涡轮增压器的发电机式操作(S4)制动。

2.根据权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于，

(a)发动机制动功率的限定累积由所述排气涡轮增压器的电动机操作的对应控制来控制；和/或

(b)如果实际需要的发动机制动功率超过预定阈值，则所述排气涡轮增压器的电动机操作的强度与所述实际需要的发动机制动功率成比例变化。

3.根据权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于，

还提供了布置在排气线路中且在所述发动机制动模式中触发的发动机制动盘(3)，其中进一步限定了所述发动机制动盘(3)的冲角，以便设置期望或需要的发动机制动功率。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的发动机制动方法，其特征在于，通过将由所述排气涡轮增压器(10)的发电机式操作在所述转子(11,12,13)的制动期间恢复的电能给送到车辆的车载电气系统和/或电能储存装置(15)中以电能的形式部分地恢复发动机制动能量。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的发动机制动方法，其特征在于，

(a)可由电动机操作的所述排气涡轮增压器(10)是联接到电机(14)的排气涡轮增压器，所述电机(14)设置成驱动或协助所述排气涡轮增压器的驱动和/或可由所述排气涡轮增压器操作为发电机；和/或

(b)所述排气涡轮增压器的转子(11,12,13)由排气涡轮(12)、压缩机(11)和传动轴(13)形成，其中所述排气涡轮(12)和所述压缩机(11)在运动方面通过所述传动轴(13)联接。

6.一种利用根据权利要求1到5中任一项所述的发动机制动方法用于调节具有增压式内燃机的机动车辆的发动机制动功率的装置(1)，其设计成

(a)接收(S1)发动机制动功率需求(MA)，以及

(b)通过排气涡轮增压器的电动机协助的操作(S4)加速所述排气涡轮增压器的转子(11,12,13)和/或在发动机制动模式中通过所述排气涡轮增压器的发电机式操作(S5)使所述涡轮增压器的转子(11,12,13)制动，以便根据接收的制动功率需求(MA)累积需要的制动功率(MA)。

7.具有根据权利要求6所述的装置(1)的机动车辆。

8.根据权利要求7所述的机动车辆，其特征在于，所述机动车辆是商用车辆。

Images