DE10009959A1

DE10009959A1 - Verfahren zur Verbesserung der Verfügbarkeit einer Antriebsmaschine und Steuer- und/oder Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE10009959A1
Application number: DE10009959A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dietzel; Martin Becke; Martin Nitsche
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: EP1129915B1; ATE305866T1; EP1129915A3; DE10009959B4; DE50011293D1; EP1129915A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verfügbarkeit einer Antriebsmaschine in Antriebssystemen mit einer Bremseinrichtung, insbesondere einem hydrodynamischen Retarder, wobei der Antriebsmaschine und der Bremseinrichtung ein Kühlmittelkreislauf zugeordnet ist und die Kühlmittelkreisläufe thermisch miteinander wenigstens mittelbar gekoppelt sind; DOLLAR A - bei welchem die Bremsleistung der Bremseinrichtung als Funktion der Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufes der Antriebsmaschine steuer- und/oder regelbar ist, wobei die Steuer- und/oder Regelung in Abhängigkeit einer, die Rücklauftemperatur des Kühlmittels im Bereich des Austrittes aus der Bremseinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe erfolgt; DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - die Rücklauftemperatur des Kühlmittels im Bereich des Austrittes aus der Bremseinrichtung wird aus einer, die Vorlauftemperatur wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe des Kühlmittels zur Bremseinrichtung und der während des Betriebes in die Kühlmittelflüssigkeit der Bremseinrichtung eingebrachten Energie berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Verfügbarkeit einer Antriebsmaschine in Antriebssträngen von Fahrzeugen mit einem Retarder, wobei die Kühlmittelkreisläufe der Antriebsmaschine und des Retarders wenigstens mittelbar miteinander thermisch gekoppelt sind, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung.

In Antriebssträngen von Fahrzeugen mit einem Retarder, vorzugsweise einem hydrodynamischen Retarder und einer Antriebsmaschine, bei welchem jeden der beiden ein separater Kühlmittelkreislauf zugeordnet ist und die Kühlmittelkreisläufe miteinander thermisch gekoppelt sind, wurde bisher zum Schutz der Verbrennungskraftmaschine vor Überhitzung die Temperatur am Austritt der Kühlmittelflüssigkeit im Kühlmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders, welche auch als sogenannte Kühlmittel- bzw. Wasserrücklauftemperatur bezeichnet wird, mit einer Einrichtung, beispielsweise in Form eines Sensors, erfaßt und entsprechend der Größe der Kühlmittel- bzw. Wasserrücklauftemperatur gegebenenfalls die Bremsleistung des hydrodynamischen Retarders reduziert, um eine übermäßige Abgabe der Verlustleistungen in Form von Wärmeenergie an den Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden. Dies bedingt jedoch, daß am Kühlmittelaustritt am hydrodynamischen Retarder eine entsprechende Einrichtung zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur vorgesehen werden muß. Dabei ist zu berücksichtigen, daß jeder zusätzliche Sensor ein Bauelement darstellt, welches ausfallen kann, womit unter gewissen Umständen eine sichere Funktionsweise der Antriebsmaschine nicht mehr gewährleistet werden kann. Des weiteren ist das Vorsehen dieses Sensors mit entsprechenden Kosten verbunden.

Bekannt sind desweiteren Verfahren zur Steuerung der Bremswirkung eines Retarders, insbesondere der Begrenzung der Bremswirkung eines Retarders, bei dem die während des Bremsens erzeugte Wärme mit Hilfe eines Kühlmediums eines Kühlsystems abgeführt wird, um eine Überhitzung des Kühlmediums zu verhindern. Stellvertretend wird dabei auf die Druckschrift DE 197 16 919 A1 verwiesen. Bei diesem wird die Kühlleistung des Kühlkreislaufes des Retarders bestimmt und die Bremsleistung als Funktion der Kühlleistung des Kühlsystems eingestellt. Dabei kann es sich beim Kühlmittelkreislauf um dem Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine handeln. Der Sollwert der Kühlleistung beziehungsweise die maximal zulässige Kühlleistung kann dabei von einer Reihe von Parametern abhängig sein. Zu berücksichtigende Parameter sind dabei zum Beispiel die Umgebungstemperatur, die Gehäusetemperatur, die Stellung des Thermostaten im Kühlmittelkreislauf, der Druck im Kühlmittelkreislauf, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Hinterachsübersetzung, die kapazitive Energieaufnahme der gesamten Kühlanlage, die Gangstellung, der Kupplungszustand etc. Die Kühlleistung wird dabei beispielsweise durch die Erfassung des Kühlmitteldurchsatzes bestimmt, wobei dieser wiederum mindestens durch die Aufnahme der Retarderbremsleistung aus Drehzahl und Bremsmoment sowie der Aufnahme der Temperaturdifferenz des Kühlmittels bestimmt wird. Dieses Verfahren dient dabei lediglich der Erhöhung der Retarderverfügbarkeit. Eine Berücksichtigung anderer Komponenten des Antriebssystems ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz der Antriebsmaschine vor Überhitzung und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Die konstruktive Ausführung soll sich dabei durch eine geringe Bauteilanzahl auszeichnen. Des weiteren ist der steuerungstechnische Aufwand möglichst gering zu halten.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, in einem Antriebssystem für Fahrzeuge mit einer Bremseinrichtung, vorzugsweise in Form eines hydrodynamischen Retarders und einer Antriebsmaschine, vorzugsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem beiden Komponenten ein Kühlmittelkreislauf zugeordnet ist, und die Kühlmittelkreisläufe wenigstens mittelbar thermisch miteinander gekoppelt sind, die als Eingangsgröße zur Ansteuerung des Retarders, insbesondere zur Steuerung der Bremsleistung verwendete beziehungsweise zu verarbeitende Größe der Rücklauftemperatur des Kühlmittels vom Retarder aus einer, die Vorlauftemperatur des Kühlmittels zum Retarder wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und der vom Retarder während des Betriebes in die Kühlmittelflüssigkeit des Kühlmittelkreislaufes eingebrachten Energie zu ermitteln. Unter Vorlauftemperatur wird daher die Temperatur im Kühlmittelkreislauf der Bremseinrichtung verstanden, welche im Zulauf des Kühlmittels zur Bremseinrichtung vorliegt. Die Rücklauftemperatur ist die Temperatur des Kühlmittels nach Aufnahme der Wärme der Bremseinrichtung im Kühlmittelkreislauf der Bremseinrichtung.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird dabei eine, die Vorlauftemperatur des Kühlmittels zur Bremseinrichtung, insbesondere zum Retarder und/oder eine die Vorlauftemperatur des Kühlmittels zur Bremseinrichtung, insbesondere zum Retarder wenigstens mittelbar charakterisierende Größe aus einem, im Antriebssystem vorhandenen Datennetzwerk und/oder einem anderen Steuer- und/oder Regelsystem im Antriebssystem entnommen. Dies bedeutet, daß bezüglich der vorrichtungsmäßigen Umsetzung der Steuer- bzw. Regelvorrichtung kein separater Sensor zur Erfassung der Vorlauftemperatur mehr vorgesehen werden muß.

Die Berechnung der Kühlmittelrücklauftemperatur von der Bremseinrichtung, insbesondere vom Retarder bzw. im Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine erfolgt aus der Kühlmittelvorlauftemperatur der Bremseinrichtung bzw. des Retarders und der Temperaturerhöhung durch die von der Bremseinrichtung, insbesondere vom Retarder in das Kühlmittel eingebrachte Energie. Diese wird aus einer, das Brems-, insbesondere Retardermoment und/oder einer die Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und einer, die Kühlmittel-Durchflußmenge wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe berechnet.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß auf einen separaten Sensor zur Erfassung der Kühlmittelrücklauftemperatur im Kühlmittelkreislauf des Retarders verzichtet werden kann, so daß die Anzahl der störanfälligen Bauelemente minimierbar ist, was zu einer Verringerung der Kosten und einer Erhöhung der Verfügbarkeit des gesamten Überwachungssystems führt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist für jegliche Art von Antriebssystemen, unabhängig von der Art der verwendeten Antriebsmaschine und des eingesetzten Retarders verwendbar.

Besonders vorteilhaft ist diese Lösung jedoch für Antriebssysteme mit hydrodynamischen Retarder.

Jedem der Elemente - Retarder oder Antriebsmaschine - kann dabei ein Kühlmittelkreislauf zugeordnet sein. Die thermische Kopplung erfolgt dabei über wenigstens eine Einrichtung zur Realisierung des Wärmeüberganges vom Kühlmittelkreislauf des Retarders zum Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine.

In einer besonders kompakten Ausführungsform ist der Retarder als hydrodynamischer Retarder ausgeführt, als dessen Betriebsmittel Wasser bzw. das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes der Verbrennungskraftmaschine fungiert. Der Retarder ist dann im Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine angeordnet und wird ständig von Kühlmittel durchflossen, wobei dieser beispielsweise durch Variation von Zulauf- und Ablaufquerschnitt des Retarders oder einer Verschwenkbarkeit des Stators im Bremsbetrieb ein bestimmtes Bremsmoment erzeugt und im Nichtbremsbetrieb als Kühlmittelumwälzpumpe für den Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine fungiert.

Für die Erfassung und/oder Bereitstellung eines Wertes der Kühlmittelvorlauftemperatur im Kühlmittelkreislauf des Retarders bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Die Auswahl erfolgt dabei entsprechend den örtlichen Gegebenheiten und den konkreten Anforderungen des Einsatzfalles. Die Vorlauftemperatur kann dabei direkt oder indirekt aus anderen, die Vorlauftemperatur wenigstens mittelbar beschreibenden Größen ermittelt werden. Bei Ausführungen mit separaten Kühlmittelkreisläufen erfolgt die direkte Erfassung mittels einer Einrichtung zur Erfassung der Temperatur in der Zulaufleitung zur Bremseinrichtung, insbesondere zum hydrodynamischen Retarder, beispielsweise in Form eines Temperatursensors. Zur indirekten Ermittlung besteht die Möglichkeit der Anordnung eines Temperatursensors auf einer mit dem Kühlmittelvorlauf wärmeleitend verbundenen Trägerplatte oder beispielsweise der Anordnung eines Temperatursensors in der Zulaufleitung zum Wärmetauscher im Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine bzw. der Verbrennungskraftmaschine. Diese Größe kann dabei beispielsweise direkt von einem in der Zulaufleitung zum Wärmetauscher angeordneten Temperatursensor generiert werden.

Eine besonders vorteilhafte weitere Möglichkeit besteht darin, diese Größe oder Größen über ein im Fahrzeug vorhandenes Kommunikationssystem bereitzustellen, was insbesondere dann von besonderer Bedeutung ist, wenn diese Größe bereits in anderen Steuervorgängen Verwendung findet. In diesem Fall kann über die Steuervorrichtung zum Schutz der Verbrennungskraftmaschine gegen Überhitzung die Größe der Temperatur im Zulauf zum Wärmetauscher einem zentralen Kommunikationssystem im Fahrzeug bereitgestellt werden oder aber diese Größe lediglich aus dem Kommunikationssystem abgefragt werden.

Für die Ermittlung der in das Kühlwasser des Kühlmittelkreislaufes des hydrodynamischen Retarders eingebrachten Energie bestehen ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten. In einer vorteilhaften Ausführung wird die Retarderbremsleistung dabei aus den in der Retardersteuerung abgelegten Kennlinien für das Retardermoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. einer, die Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen ermittelt. Das Retardermoment kann dabei direkt aus in der Retardersteuerung hinterlegten Kennlinien oder Tabellen entnommen werden, während die Fahrzeuggeschwindigkeit entweder über eine Einrichtung zur Erfassung einer, die Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe ermittelt oder über ein im Fahrzeug ohnehin vorhandenes Kommunikationssystem von anderen Steuereinrichtungen bereitgestellt werden kann. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird dabei entweder aus der Drehzahl am Abtrieb, insbesondere den Rädern des Fahrzeuges ermittelt, wobei eine Einrichtung zur Erfassung dieser Drehzahl vorhanden sein kann. Mittels einer Berechnungseinrichtung wird dann die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann dabei entweder in der Retardersteuerung, einer anderen Steuereinrichtung, welche mit der Retardersteuerung koppelbar ist und/oder der Vorrichtung zum Schutz der Antriebsmaschine gegen Überhitzung ermittelt werden.

Auch die Ermittlung der Kühlwasserdurchflußmenge kann unterschiedlich erfolgen. Diese kann, da diese direkt linear abhängig von der Motordrehzahl ist, beispielsweise anhand einer Kennlinie in der Steuervorrichtung zum Schutz der Verbrennungskraftmaschine vor Überhitzung abgelegt sein oder aber von dieser Steuervorrichtung über die Kommunikationsschnittstellen mit einer anderen Steuervorrichtung übernommen werden.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Schutz einer Antriebsmaschine vor Überhitzung umfaßt wenigstens eine Steuereinrichtung, welche wenigstens einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Ausgang mit einer Stelleinrichtung zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Beeinflussung der mittels des Retarders erzeugbaren Bremsleistung, insbesondere des erzeugbaren Bremsmomentes und damit indirekt der bei diesem Vorgang anfallenden Wärme, verbunden ist.

Bei Vorhandensein eines seriellen Leitungspaares zur Kopplung mit einem zentralen Datenkommunikationsnetzwerk werden über diesen Eingang wenigstens die nachfolgende genannten Größen oder jeweils eine, diese Größen wenigstens mittelbar charakterisierende Größe dem Eingang zugeführt:

- Vorlauftemperatur
- Fahrzeuggeschwindigkeit

Zusätzlich können folgende weitere Größen übermittelt werden:

- Drehzahl der Antriebsmaschine
- Bremsmoment

Im anderen Fall, d. h. bei Nichtvorhandensein eines zentralen Datenkommunikationsnetzwerkes sind jeweils separate Eingänge erforderlich.

Ein erster Eingang ist dabei mit einer Einrichtung zur Erfassung einer, die Temperatur des Kühlmittels in der Zulaufleitung zum hydrodynamischen Retarder wenigstens mittelbar beschreibenden Größe koppelbar. Diese Einrichtung kann dabei als Temperatursensor zur direkten Ermittlung der Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung des hydrodynamischen Retarders oder zur indirekten Ermittlung bei Anordnung in der Zulaufleitung zum Wärmetauscher im Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine oder der Anordnung eines Temperatursensors auf einer, mit den Kühlmittelvorlauf wärmeleitend verbundenen Trägerplatte ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Information über die Größe der Kühlmitteltemperatur im Vorlauf des hydrodynamischen Retarders von anderen Steuereinrichtungen über ein Kommunikationssystem, beispielsweise einen sogenannten CAN-Bus im Fahrzeug zu ermitteln. Der CAN-Bus fungiert dann als Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Erfassung einer, die Temperatur im Kühlmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders wenigstens mittelbar beschreibenden Größe.

Am zweiten und dritten Eingang der Steuereinrichtung liegen Signale an, welche die in das Kühlmittel bei Inbetriebnahme des hydrodynamischen Retarders einbringbare Energie, welche durch die Größe der Verlustleistung in Form von Wärmeenergie bestimmt wird, beschreiben. Dabei wird im zweiten Eingang eine, die Bremsleistung des hydrodynamischen Retarders wenigstens mittelbar beschreibenden Größe zugeführt, während am dritten Eingang ein Signal für die Größe der Kühlwasserdurchflußmenge andockt. Die Größe der Retarderbremsleistung bestimmt sich dabei aus der Größe des Retardermomentes und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges. Das Retardermoment kann dabei direkt aus der Steuereinrichtung des Retarders ermittelt werden, beispielsweise in Form von abgelegten Kennlinien oder Tabellen. Für die Fahrzeuggeschwindigkeit besteht die Möglichkeit, diese aus der Drehzahl an den Rädern zu berechnen bzw. diese durch Kopplung mit anderen Steuereinrichtungen aus den anderen Steuereinrichtungen zur Verfügung gestellt zu bekommen. In Analogie gilt diese Aussage auch für die Größe der Kühlwasserdurchflußmenge. Diese ist annähernd linear abhängig von der Antriebsmaschinendrehzahl. Zu diesem Zweck kann dabei in der Steuereinrichtung beispielsweise eine Kennlinie, welche die Abhängigkeit beschreibt, abgelegt sein. Der Parameter Drehzahl der Antriebsmaschine kann dann entweder über eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Antriebsmaschine direkt oder aber indirekt über die Kommunikationsschnittstellen durch andere Steuereinrichtungen bereitgestellt werden. Zwingend erforderlich sind lediglich die drei genannte Eingänge, weitere Eingänge an der Steuereinrichtung können vorgesehen werden, wenn die einzelnen Größen auch erst in der Steuereinrichtung konkret erfaßt werden. Dann wären beispielsweise zur Beschreibung der mittels der Bremseinrichtung erzeugten Bremsleistung wenigstens zwei Eingänge an der Steuereinrichtung erforderlich, ein erster Eingang für die Vorgabe des Retardermomentes und ein zweiter Eingang für die Größe der Abtriebsdrehzahl bzw. einer die Fahrgeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe.

Die Art der Erfassung der einzelnen Größen bzw. die Bereitstellung der Größen zur Ermittlung der Kühlmittelrücklauftemperatur aus der Kühlmittelvorlauftemperatur zum hydrodynamischen Retarder und der mittels des hydrodynamischen Retarders in den Kühlmittelkreislauf einbringbaren Energie ist nicht auf die dargelegten Ausführungen beschränkt. Dies hängt von den konkreten Gegebenheiten des Einzelfalles ab, wobei jedoch vorzugsweise die Steuervorrichtung derart ausgelegt ist, daß alle Größen direkt von ihr verarbeitet werden.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnitts aus einem Antriebssystem mit thermisch gekoppelten Kühlmittelkreisläufen von Verbrennungskraftmaschinen und hydrodynamischen Retarder eine Möglichkeit der Anordnung des Temperatursensors zur Erfassung der Kühlmittelvorlauftemperatur und die Ausführung einer Vorrichtung zur Ermittlung der Kühlmittelrücklauftemperatur;

Fig. 2 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine alternative Ausführung eines Kühlmittelsystems zur thermischen Koppelung der Kühlmittelkreisläufe von Verbrennungskraftmaschine und hydrodynamischen Retarder;

Fig. 3 verdeutlicht anhand einer Ausführung gemäß Fig. 1 eine alternative Möglichkeit der Anordnung eines Temperatursensors;

Fig. 4 verdeutlicht anhand eines Blockschaltbildes die Funktionsweise der Steuervorrichtung zum Schutz der Antriebsmaschine vor Überhitzung.

Die Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnittes aus einem Antriebssystem 1 für Fahrzeuge die thermische Kopplung der Kühlmittelkreisläufe einer Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine 2 und eines hydrodynamischen Retarders 3. Beiden ist jeweils ein separater Kühlmittelkreislauf zugeordnet. Der Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine ist dabei mit 4 bezeichnet und der Kühlmittelkreislauf des Retarders mit 5. Die Kühlmittelkreisläufe 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 und 5 des hydrodynamischen Retarders 3 sind über wenigstens einen Wärmetauscher 6 miteinander thermisch gekoppelt. Wenigstens einer der beiden Kühlmittelkreisläufe 4 oder 5, vorzugsweise der Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 weist wenigstens eine Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels 7 auf. Die thermische Kopplung zwischen den Kühlmittelkreisläufen 4 der Verbrennungskraftmaschine und 5 des hydrodynamischen Retarders 3 über den Wärmetauscher 6 bedingt, daß bei Inbetriebnahme des hydrodynamischen Retarders 3, d. h. bei Erzeugung eines bestimmten definierten Bremsmomentes, welche zur Erhitzung des Betriebsmittels des hydrodynamischen Retarders 3 führt, die dabei entstehende Verlustleistung in Form von Wärme über den Kühlmittelkreislauf 5 an den Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine mittels dem Wärmetauscher 6 abgegeben werden kann. Die Kühlung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 5 des hydrodynamischen Retarders 3 erfolgt somit indirekt über die Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine 2. Der Kühlmittelkreislauf 5 des hydrodynamischen Retarders 3 umfaßt dabei wenigstens eine Rücklaufleitung 8 vom Retarder 3 zum Wärmetauscher und eine Zulaufleitung 9, welche das über dem Wärmetauscher indirekt gekühlte Kühlmittel dem hydrodynamischen Retarder 3 wieder zuführt. Der Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 umfaßt ebenfalls wenigstens eine Zulaufleitung 10 von der Verbrennungskraftmaschine 2 zum Wärmetauscher 6 und eine Verbindungsleitung in Form einer Rücklaufleitung 11 vom Wärmetauscher 6 zur Verbrennungskraftmaschine 2. In der Verbindungsleitung 11 ist die Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels 7 integriert. Es sind Mittel 12 zur wahlweisen Inbetriebnahme der Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels 7 vorgesehen. Diese Mittel umfassen im dargestellten Fall einen Bypass 31, welcher ein Durchströmen des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 über die Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels 7 ermöglicht oder eine Umgehung der Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels 7. Zur Vermeidung der Überhitzung der Verbrennungskraftmaschine 2 bei Inbetriebnahme und während des Betriebes des hydrodynamischen Retarders 3 wird erfindungsgemäß die Rücklauftemperatur aus der Vorlauftemperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 5 des hydrodynamischen Retarders 3 ermittelt. Dies erfolgt mittels entsprechenden Erfassungseinrichtungen 13 zur Erfassung wenigstens einer, die Kühlmitteltemperatur im Retarderzulauf wenigstens mittelbar beschreibenden Größe. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung ist die Einrichtung 13 zur Erfassung wenigstens einer die Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung 10 des Kühlmittelkreislaufes 4 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe 13 vor dem Eingang 14 des Wärmetauschers 6 angeordnet. Die Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung 9 des hydrodynamischen Retarders wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe umfaßt im dargestellten Fall dazu wenigstens einen Temperatursensor 15, in der Verbindungsleitung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und dem Wärmetauscher 6. Unter Berücksichtigung des Wärmeübergangs im Wärmetauscher ist die in der Zulaufleitung an der Verbrennungskraftmaschine 2 zum Wärmetauscher 6 ermittelte Kühlmitteltemperatur direkt proportional zu der in der Zulaufleitung 9 zum hydrodynamischen Retarder 3. Idealisiert sollte die in der Zulaufleitung 9 vorliegende Temperatur der Kühlmitteltemperatur 14 des Wärmetauschers 6 entsprechen.

Erfindungsgemäß wird aus der, die Kühlmitteltemperatur am Zulauf des Retarders wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere der Vorlauftemperatur des hydrodynamischen Retarders die entsprechende Rücklauftemperatur, welche in der Verbindungsleitung zwischen dem Wärmetauscher und der Verbrennungskraftmaschine 2 im Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 vorliegt, berechnet und entsprechend des Ergebnisses die Bremsleistung des hydrodynamischen Retarders gesteuert. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Steuervorrichtung 17 vorgesehen. Diese umfaßt wenigstens eine Steuervorrichtung 18, welche wenigstens zwei Eingänge, einen ersten Eingang 19 und einen zweiten Eingang 20 aufweist, wobei der erste Eingang 19 mit der Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer die Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung des hydrodynamischen Retarders 3 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe 13 verbunden ist. Über den zweiten Eingang 20 erfolgt die Zuführung eines Signales für den Ist- Wert, einer der vom Retarder in das Kühlwasser eingebrachten Energie wenigstens mittelbar beschreibenden Größe. Über einen weiteren Eingang 21 wird ein Signal für eine, den Durchfluß des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 5 des hydrodynamischen Retarders 3 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zur Berechnung der Retarderrücklauftemperatur, d. h. insbesondere der Temperatur in der Ablaufleitung 8 bzw. am Ausgang 22 des Wärmetauschers 6 ermittelt. Die Größe der ermittelten Rücklauftemperatur bestimmt dabei die Stellgröße y, welche am Ausgang 23 der Steuereinrichtung 18 ausgegeben wird und welche der Ansteuerung einer Stelleinrichtung 37 zur Beeinflussung der mittels des hydrodynamischen Retarders erzeugbaren Leistung dient.

Eine für den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung alternative Ausführung der thermischen Kopplung der Kühlmittelkreisläufe der Verbrennungskraftmaschine 2 und des hydrodynamischen Retarders 3 ist beispielhaft in der Fig. 2 dargestellt. Der hydrodynamische Retarder 3 ist hier im Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet und das Kühlmittel fungiert gleichzeitig als Betriebsmittel des Retarders 3 sowie als Kühlmittel dessen. Es sind Mittel 32 vorgesehen, welche im Traktionsbetrieb, d. h. im Nichtbremsbetrieb die Funktion des Retarders 3 als Umwälzpumpe für das Kühlmittel ermöglichen und im Bremsbetrieb die Erzeugung des Bremsmomentes. Die Mittel 32 sind in der Verbindungsleitung 33 zwischen Retarder 3 und Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet und erzeugen im Bremsbetrieb einen geringeren Durchströmquerschnitt am Auslauf 34 des Retarders und im Nichtbremsbetrieb einen wesentlich größeren Durchströmquerschnitt am Auslauf 34 gegenüber dem Zulauf 35 zum Retarder und umfassen vorzugsweise wenigstens eine Ventileinrichtung 36. Die Anordnung der Kühleinrichtung 7 und der Einrichtung 13 zur Erfassung der Kühlmittelvorlauftemperatur, insbesondere des Temperatursensors, entspricht der in der Fig. 1 beschriebenen. Für gleiche Elemente werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet und bezüglich der Beschreibung auf Fig. 1 verwiesen.

Fig. 3 verdeutlicht anhand einer Kühlmittelkreislaufausführung gemäß Fig. 1 in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Einrichtung 13 zur Erfassung der Kühlmittelvorlauftemperatur. Diese besteht darin, für den Fall, daß der hydrodynamische Retarder 3 ein integriertes elektronisches Steuergerät aufweist, welches auf einer mit dem Kühlwasservorlauf verbundenen Trägerplatte wärmeleitend montiert ist, einen entsprechenden Temperatursensor 16 direkt auf der Elektronikplatte zu montieren, um dort die Kühlwasservorlauftemperatur des hydrodynamischen Retarders 3 zu messen.

Die Funktionsweise der Steuervorrichtung 17 ist in der Fig. 4 anhand eines Blockschaltbildes erläutert. Die Steuervorrichtung 17 umfaßt wie bereits ausgeführt eine Steuereinrichtung 18, welche wenigstens drei Eingangssignale verarbeitet. Diese können der Steuereinrichtung 18 entweder seriell oder parallel zugeführt werden. Im dargestellten Fall sind zum Zweck der parallelen Signalzufuhr dazu wenigstens drei Eingänge vorgesehen - ein erster Eingang 19, ein zweiter Eingang 20 und ein dritter Eingang 21. Der erste Eingang 19 ist dabei mit einer Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung 9 zum hydrodynamischen Retarder 3 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe wenigstens mittelbar gekoppelt. Bei dieser Einrichtung 13 kann es sich dabei um einen Sensor 15, welcher direkt am Eingang 14 des Wärmetauschers 6 im Kühlmittelkreislauf 4 angeordnet ist, handeln. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Information über die Größe der Wasservorlauftemperatur, d. h. die Kühlmitteltemperaturen der Zulaufleitung 9 des hydrodynamischen Retarders 3 in einem Fahrzeugsystem mit sogenanntem CAN-Bus als Verbindungssystem für verschiedene Steuereinrichtungen abzurufen. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin, für den Fall, daß der hydrodynamische Retarder ein integriertes elektronisches Steuergerät aufweist, welches auf einer mit dem Kühlwasservorlauf verbundenen Trägerplatte wärmeleitend montiert ist, einen entsprechenden Temperatursensor direkt auf der Elektronikplatte zu montieren, um dort die Kühlwasservorlauftemperatur des hydrodynamischen Retarders 3 zu messen.

Die Kühlmittelrücklauftemperatur vom hydrodynamischen Retarder 3 ergibt sich aus der Wasservorlauftemperatur, für die ein Signal am Eingang 19 der Steuereinrichtung 18 anliegt, und die vom hydrodynamischen Retarder in das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 5 eingebrachten Energie. Diese bestimmt sich dabei unter anderem aus der erzeugten Bremsleistung P_Brems, welche am Eingang 20 als Signal der Steuereinrichtung 18 zuführbar ist. Die Retarderbremsleistung bestimmt sich dabei wenigstens aus einer, das Retardermoment M wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges v. Das am Eingang 20 anliegende Signal für die Retarderbremsleistung an der Steuereinrichtung 18 kann dabei über eine Steuereinrichtung des hydrodynamischen Retarders 25 bestimmt werden. In der Steuereinrichtung 25 des hydrodynamischen Retarders können beispielsweise Kennlinien für das Retardermoment abgelegt sein, welche vom hydrodynamischen Retarder 3 eingesteuert werden und welche zur Ermittlung der Retarderbremsleistung verwendet werden können. Die Steuereinrichtung 25 des hydrodynamischen Retarders weist dazu wenigstens einen Ausgang auf, welcher mit dem Eingang 20 der Steuereinrichtung 18 verbunden ist. Zur Ermittlung des Bremsmomentes weist die Steuereinrichtung 25 beispielsweise einen weiteren Eingang 26 auf, welcher mit einer Einrichtung 27 zur wenigstens mittelbaren Erfassung einer die aktuelle Fahrgeschwindigkeit wenigstens mittelbaren charakterisierenden Größe gekoppelt ist. Bei der Einrichtung 27 kann es sich dabei beispielsweise um einen Sensor für die Ermittlung einzelner Drehzahlen handeln, wobei dabei unterschiedliche Drehzahlen berücksichtigt werden können, jedoch immer unter Berücksichtigung der im nachfolgenden Antriebsstrang noch vorgenommenen Drehzahl-/Drehmomentenwandlung. Des weiteren kann die Information über die, die aktuelle Fahrgeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, am Eingang 26 auch über eine andere Steuereinrichtung bereitgestellt werden, wobei über die Vernetzung mittels eines sogenannten CAN-Busses diese Information der Steuereinrichtung 25 zuführbar ist. Eine andere, hier nicht dargestellte Möglichkeit, besteht darin, die einzelnen Größen für die erzielte Bremsleistung P_Brems direkt an entsprechenden Eingängen der Steuereinrichtung 18 zuzuführen, wobei die Bremsleistung P_Brems von der Steuereinrichtung 18 ermittelt wird. Zur Ermittlung der in das Kühlmittel eingebrachten Energie im Kühlmittelkreislauf 4 der Verbrennungskraftmaschine wird des weiteren eine Größe zur wenigstens mittelbaren Beschreibung der Kühlwasserdurchflußmenge zur Berechnung benötigt. Diese Größe wird am dritten Eingang 21 der Steuereinrichtung 18 zugeführt. Da in der Regel die Kühlwasser-Durchflußmenge annähernd linear abhängig von der Drehzahl n der Verbrennungskraftmaschine ist, kann dieses Signal beispielsweise mittels einer Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 28 generiert werden, wobei die Drehzahl an der Steuereinrichtung 18 verarbeitet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bereits am Eingang 21 ein Signal für eine Größe, welche die Durchflußmenge des Kühlmittels wenigstens mittelbar beschreibt, zuzuführen, wobei die Durchflußmenge bereits aus der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ermittelt wurde.

Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, den Parameter der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine n als Information aus einem CAN-Bus zu erfassen, so daß sich dann aus der abgelegten Kennlinie die Durchflußmenge ergibt.

Über den Ausgang 23 der Steuereinrichtung wird dann wenigstens ein Stellsignal y zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Änderung der Kühlmitteltemperatur im Kühlmittelkreislauf 4 durch Steuerung der Bremsleistung des hydrodynamischen Retarders ausgegeben, wobei es sich bei dieser Stelleinrichtung um die Einrichtung 30 handelt, welche beispielsweise als Druckventileinrichtung ausgeführt sein kann.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Möglichkeiten, insbesondere auch der zur Erfassung der einzelnen, die Wasserrücklauftemperatur des hydrodynamischen Retarders wenigstens mittelbar beschreibenden Größen, erforderlichen zu ermittelten Größen stellen lediglich Beispiele dar, wobei das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Möglichkeit beschränkt ist. Entscheidend ist lediglich, daß in einem Antriebsstrang mit thermisch gekoppelten Kühlmittelkreisläufen von hydrodynamischem Retarder und Verbrennungskraftmaschine die Wasserrücklauftemperatur des hydrodynamischen Retarders aus der Wasservorlauftemperatur und der in das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes des hydrodynamischen Retarders eingebrachten Energie ermittelt wird. Die Ermittlung der in das Kühlwasser eingebrachten Energie, welche der Größe der Verlustleistung in Form von Wärmeenergie entspricht, kann dabei über das Retardermoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt werden, wobei zusätzlich die Kühlwasserdurchflußmenge zu berücksichtigen ist. Die Erfassung dieser einzelnen Größen und deren Verknüpfung, insbesondere deren Verarbeitung in den einzelnen Steuereinrichtungen liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes, da die einzelnen Größen vielfältig verarbeitet werden können bzw. entsprechend der Gegebenheiten bereits aus anderen Steuersystemen übernommen werden können.

Bezugszeichenliste

1

Antriebssystem

2

Verbrennungskraftmaschine

3

hydrodynamischer Retarder

4

Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine

5

Kühlmittelkreislauf des hydrodynamischen Retarders

6

Wärmetauscher

7

Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine

8

Rücklaufleitung

9

Zulaufleitung

10

Zulaufleitung

11

Verbindungsleitung

12

Mittel zur wahlweisen Inbetriebnahme der Einrichtung zur Kühlung des Kühlmittels

7

13

Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer die Kühlmitteltemperatur in der Zulaufleitung des hydrodynamischen Retarders wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe

14

Eingang des Wärmetauschers

15

Temperatursensor

16

Temperatursensor

17

Steuervorrichtung

18

Steuereinrichtung

19

erster Eingang

20

zweiter Eingang

21

dritter Eingang

22

Ausgang des Wärmetauschers

23

Ausgang der Steuereinrichtung

25

Steuereinrichtung des hydrodynamischen Retarders

26

Eingang des hydrodynamischen Retarders

27

Einrichtung zur Erfassung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit

29

Ausgang der Steuereinrichtung

30

Stelleinrichtung

31

Bypass

32

Mittel

33

Verbindungsleitung

34

Ablauf

35

Zulauf

36

Ventileinrichtung

37

Stelleinrichtung Retarder

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Verfügbarkeit einer Antriebsmaschine (2) in Antriebssystemen (1) mit einer Bremseinrichtung (3), insbesondere einem hydrodynamischen Retarder, wobei der Antriebsmaschine (2) und der Bremseinrichtung (3) ein Kühlmittelkreislauf (4, 5) zugeordnet ist und die Kühlmittelkreisläufe (4, 5) thermisch miteinander wenigstens mittelbar gekoppelt sind;

1. 1.1 bei welchem die Bremsleistung der Bremseinrichtung (3) als Funktion der Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufes (4) der Antriebsmaschine (2) steuer- und/oder regelbar ist, wobei die Steuer- und/oder Regelung in Abhängigkeit einer, die Rücklauftemperatur des Kühlmittels im Bereich des Austrittes aus der Bremseinrichtung (3) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe erfolgt;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 1.2 die Rücklauftemperatur des Kühlmittels im Bereich des Austrittes aus der Bremseinrichtung (3) wird aus einer, die Vorlauftemperatur wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe des Kühlmittels zur Bremseinrichtung (3) und der während des Betriebes in die Kühlmittelflüssigkeit der Bremseinrichtung (3) eingebrachten Energie berechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauftemperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf (5) zur Bremseinrichtung (3) und/oder eine, diese wenigstens mittelbar charakterisierende Größe aus einem Kommunikationsnetzwerk im Antriebssystem (1) und/oder einer anderen Komponente zugeordneten Steuer- und/oder Regelvorrichtung übernommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Kühlmittelflüssigkeit des Kühlmittelkreislaufes (5) eingebrachte Energie aus der Differenz der zwischen dem Eingang Bremseinrichtung und dem Ausgang der Bremseinrichtung (3) vorliegenden Temperaturen des Kühlmittels ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Temperaturdifferenz aus dem Bremsmoment und einer, die Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und der Kühlmitteldurchflußmenge im Kühlmittelkreislauf (5) der Bremseinrichtung (3) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmitteldurchflußmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebsmaschine (3) ermittelt wird.

6. Steuer- und/oder Regelsystem (17) für ein Antriebssystem (1) mit einer Antriebsmaschine (2) und wenigstens einer Bremseinrichtung (3), wobei der Antriebsmaschine (2) und der Bremseinrichtung (3) ein Kühlmittelkreislauf (4, 5) zugeordnet ist und diese wenigstens mittelbar miteinander thermisch gekoppelt sind;

1. 6.1 mit wenigstens einem Eingang (19, 20, 21) und einem Ausgang (23);
2. 6.2 der Eingang ist mit Mitteln zur wenigstens mittelbaren Erfassung der Vorlauftemperatur im Kühlmittelkreislauf der Bremseinrichtung koppelbar;
3. 6.3 der Ausgang ist mit einer Stelleinrichtung zur Steuerung des Bremsmomentes der Bremseinrichtung (3) koppelbar;
4. 6.4 mit einer Berechnungseinrichtung zur Ermittlung der von der Bremseinrichtung (3) während des Betriebes in das Kühlmittel eingebrachten Energie.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine weitere Berechnungseinrichtung zur Berechnung der Wasservorlauftemperatur aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang mit einem Datennetzwerk verbunden ist, über welches die nachfolgend genannten Größen bereitgestellt werden:

- Drehzahl der Antriebsmaschine
- Temperatur im Kühlmittelkreislauf der Antriebsmaschine.