DE102004006681A1 - Aufgeladene Motorbremse und Zweitaktverfahren - Google Patents

Abstract

Es wird ein Motorbremsverfahren für aufgeladene Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, das eine Motorventilsteuerung/-Regelung nach dem Zweitaktverfahren der aktiv aufgeladenen Motorbremsen erlaubt. DOLLAR A In der Befeuerung und in bestimmten Motorbremsphasen findet das übliche Viertaktverfahren seine Anwendung. DOLLAR A Im Besonderen zur mechanischen Entlastung der auch beim Motorbremsen aufgeladenen Brennkraftmaschine wird auf das Zweitaktverfahren bei mittleren und oberen Bremsleistungen umgeschaltet. DOLLAR A Hierdurch wird der Luftdurchsatz erhöht und eine Temperaturreduktion in den Zylindern und dem Austrittstrakt gegenüber dem Viertaktverfahren und gleicher Motorbremsleistung bewirkt. DOLLAR A Die maximale Motorbremsleistungslinie über der Motordrehzahl wird mit der Zweitaktregelung/Steuerung der Motorventile gefahren, bei Ausnutzung des Potentials an Bremsleistungswerten über 50% gegenüber dem bisher üblichen Viertaktverfahren. DOLLAR A Das erhöhte Motorbremsleistungspotential kann zu Anhebung der Motorbremsleistung bei niederen Motordrehzahlen Verwendung finden, womit die vorhandene Bremsleistungsschwächen bei niederen Motordrehzahlen der bekannten Turbobremsen, was häufig mit der Verdichterpumpgrenze in Verbindung steht, eliminiert sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren bei Brennkraftmaschinen mit aktiv aufgeladenen Motorbremseinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• In den Druckschriften DE 197 27 140 und DE 197 27 141 wird bei einem Brennkraftmaschinen-Tuboladersystem eine Abstimmungsmethode beschrieben, die zu hohen Motorbremsleistungen bei relativ geringen mechanischen Beanspruchungen führt. Im Mittelpunkt der Abstimmung steht die Definition des Aufladesystems mit dem Kern der Turbinenauslegung für den aufgeladenen Motorbremsbetrieb in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor. Die Zielsetzung der Motorbremsleistungsmaximierung, bei ertragbaren mechanischen Beanspruchungen, stellt die Optimierung der Wirkung der erhöhten Motorluftmenge und der zu beeinflussenden Ladungswechselschleife in der betrachteten Motorbremsphase mittels der Motor-Turbinenrelation des Turbobrake-Faktors dar.
• In einer weiteren Entwicklungsstufe, die der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag offenlegt, wird die in den oben erwähnten Druckschriften gegebene Abstimmungsmethode entspechend modifiziert und verbessert.
• Desweiteren gibt die Druckschrift AT 408 129 B einen Überblick zum Zusammenspiel einer aufgeladenen Motorbremse mit der Radbremse im Fahrzeug. Dabei wird die Gewichtung der aufgeladenen Motorbremse bei der zu erbringenden Gesamtbremsleistung hervorgehoben, mit dem Ziel den Radbremsverschleiss so klein als möglich zu halten. Um dies zu erreichen, wird die variable Turbinengeometrie, wie auch die für die Bremsleistungen maßgebenden Drosselventile, geregelt.
• Neben den noch weiter gewachsenen Anforderungen hinsichtlich der zu erzeugenden gesteigerten Motorbremsleistungen, mit einer kostengünstigen mechanischen Beherrschbarkeit, wird eine Verfeinerung der Verfahrensdefinition erforderlich, die die Motorbremsleistungen zu einer Vergrößerung des Motorbremskennfelds für die detaillierten Bremsleistungsanforderungen spreizen kann, z. B. für den Bremstempomaten.
• Diese Aufgaben und die damit verbundenen Probleme werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den folgenden Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben dabei zweckmäßige Weiterbildungen entsprechend dem gewünschen Verhalten des innovativen Aufladesystems an.
• Bei dem betrachteten erfindungsgemäßen Verfahren der Bremsleistungserzeugung und Regelung des aktiv aufgeladen Motorbremssystems von Brennkraftmaschinen spielt die Steuerung, bzw. Regelung der Motorventile die wesentliche Rolle.
• In der Motorbremsphase werden die Ventile erfindungsgemäß entsprechend einem Zweitaktverfahren bei aktiver Aufladung des Motors geöffnet und geschlossen. So wird zur Ansaugung der durch das Aufladeaggregat bereitgestellten meist hochkomprimierten Luft im unteren Bereich des Totpunktes des Kolbens das Einlassventil geöffnet und nach einem ausreichenden Winkelbereich der Kurbelbewegung wieder geschlossen. In der Kompressionsphase sind im allgemeinen alle Ventile geschlossen. Im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens wird das Auslassventil sehr schnell zum Abblasen der im Zylinder weiter komprimierten Luft geöffnet und im Ausschubtakt weitgehend offen gehalten.
• Das bei aufgeladenen Motorsystemen besonders sinnvolle Zusatzventil, sprich Motorbremsventil, was durch vertretbare Kräfte aufgrund der kleineren Dimensionierung gegenüber den größeren Auslassventilen sehr viel leichter handhabbar ist, zeigt im Besondern bei den angestrebten hohen Aufladegraden in der Motorbremsphase mit höchsten Motorbremsleistungen seine großen Vorteile von der mechanischen Beherrschbarkeit. Denkbar ist bei diesen Abmessungen, neben einer Taktung der kleinen Ventile, auch das konstante Offenhalten, wie sich das bei den laufenden Turbobrake-Motorbremssystemen seit geraumer Zeit bewährt hat.
• Die Öffnungscharakteristik der Auslaßventile wird zur Minimierung des Arbeitsanteils der expandierenden Luft optimiert, wodurch die Bremsleistungsmaximierung erreichbar wird. Die aus den Zylindern ausströmende Luft sollte dann mit relativ geringen Verlusten der Turbine, die die variable Turbinengeometrie der Bremsphase angepaßt hat, zugeführt werden, damit die im Abgastrakt vor der Turbine vorliegende Exergie zur Kompression im Turboladerverdichter, bzw. zur Luftdurchsatzmaximierung mit hohen Turbinenwirkungsgraden umgesetzt wird. Werden die Drehzahlgrenzen des Turboladers oder sogar die Spitzendruckgrenzen der Zylinder erreicht, wird die Regelung der Abblasevorrichtungen oder ggf. des Variogitters der Turbine wirksam, um die Turboladerdrehzahl, bzw. den Ladedruck zu begrenzen.
• Will man oder muß man die Spreizung des Motorbremskennfeldes erhöhen, so wird entsprechend dem Anspruch zwei auch die Umschaltung von der Zweitaktauf das heute übliche Viertaktverfahren, bzw. Regelung der Motorventile durchgeführt. Durch die Erhöhung des Motorbremssystems um diesen weiteren Freiheitsgrade ist die Regelung in einem breiteren Motorbremskennfeld, z. B. auf eine konstante Geschwindikeit v bei einer Berg-Talfahrt mit höheren Sicherheitsreserven leichter ermöglicht.
• Wie schon erwähnt wird zur geeigneten Durchsatzanpassung des aktiv aufgeladenen Motorbremssystems der Turbine aufgrund deren erzeugbaren verstärkten Wirksamkeit eine Kernbedeutung zugeordnet.
• Ausgehend vom bekannten Viertaktverfahren der Motorventilregelung/-Steuerung besteht als Stand der Technik eine optimale Abstimmung von Motor zur Turbinenseite mit einem Turbobrake-Faktor von kleiner als 5 Promille. Dies bedeutet die dimensionslose Relation zwischen der multiplikativen Verknüpfung des eingestellten Turbinen- und ggf. Abblasequerschnitts mit dem Eintrittsdurchmesser des Turbinenrades, bezogen auf das zu bedienende Motorhubvolumen.
• Wendet man das Zweitaktverfahren der Ventilsteuerung/-Regelung in der Motorbremsphase an, ist man in der Lage eine merkliche Erhöhung des Motorluftdurchsatzes zu erreichen. In diesem Falle sind optimale Beziehungen zwischen den genannten drei Größen vorhanden, die einen Turbobrake-Faktor von nahe 7.5 Promille möglich machen.
• Die gesteigerte Motorluftmenge, die der Motor in der Zweitaktanwendung schlucken kann, führt zur Entschärfung des Pumpproblems der Turboladerverdichter bei hohen spezifischen Bremsleistungen. Der vergrößerte Abstand zur Pumpgrenze bei der Zeitakt- gegenüber der Viertaktsteuerung/Regelung der Motorventile bei gleicher Motorbremsleistung, bietet im Zweitaktbetrieb des Motors ein zusätzliches enormes Potential zur Bremsleistungssteigerung, was im Besonderen in Notfallsituationen sich nutzen läßt. Wird das Potential nicht ausgereizt, dient der Zweitaktbetrieb der Motorbremse aufgrund der hohen Luftmengen mit abgesenkten Temperaturen im Zylinder und Austrittstrakt des Motors zur mechanischen Entlastung der kritischen Bauteile, unter Anderem der Kuppen der Einspritzdüsen und dem üblicherweise stark mechanisch belasteten Turbinenrad.
• Durch die Weiterentwicklung der Turbobremsverfahren der aufgeladenen Motorbremsen in der beschriebenen Art werden nicht nur die mit den Gasen direkt in Verbindung stehenden Bauteile entlastet, sondern auch Reduktionen des Radbremsenverschleisses bewerkstelligbar. Wie der Anspruch 9 beschreibt, läßt sich eine Minimierung der Zeiten dahingehen optimieren, in der die Radbremse stärkere Verwendung findet, in dem der maximal mögliche Anteil an der Gesamtbremsleistung von Rad- und Motorbremse von der aufgeladenen Motorbremse weitgehend übernommen wird.
• Will man in der Zweitakphase der Ventilsteuerung/-Regelung die Rezirkulation der Luft vom Austrittstraktes bis zum Verdichteraustritt unterbinden oder sehr klein halten, so wird ein Schließen des Austrittsventils vorgeschlagen, bevor das Eintrittsventil geöffnet wird. Hierdurch läßt sich die Pumpgefahr mit Steigerung des Luftdurchsatzes maßgebend reduzieren.
• Bei gewünschter Rezirkulation, im Falle, daß eine Rückaufladung in der Ansaugphase von dem Motoraustrittstrakt her zur Bremsleistungssteigerung mit erfolgen soll, ist die einfache Lösung mit z. B. konstant offenen Zusatzbremsventilen, einfach und vorteilhaft einsetzbar.
• Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Skizzen zu entnehmen. Es zeigen:
• 1 ein Schaltbild einer aktiv aufgeladenen Motorbremse, mit den zu beeinflussenden Motorventilen und dem Aufladeaggregat, wobei die Turbinenseite mit variablen Elementen ausgestattet ist. Die zentrale Aufgabe des gezeigten Systems stellt hier die Radbremsverschleissminimierung dar und
• 2 ein Betriebskennfeld eines Turboladerverdichters mit eingezeichneten Motorbetriebslinien der Motorbremsphase in der Viertakt- und Zweitaktbetriebsweise und
• 3, 5 ein Phasendiagramm der Steuer-/Reglungswinkel der Ladungswechselventile in der Zweitaktbetriebsweise der Motorbremse und
• 4, 6 ein Phasendiagramm der Steuer-/Reglungswinkel der Ladungswechselventile in der Zweitaktbetriebsweise der Motorbremse, jetzt mit zusätzlichem, konstant offenem Bremsventil.
• Die 1 zeigt eine Schemazeichnung eines aktiv aufgeladenen Motorbremssystems mit der Schnittskizze eines Motors 1 mit dem Kolben und Zylinder und dem Brennraum 9. Der Eintrittstrakt 4 des Motors 1 führt die komprimierte Luft aus der Leitung 20, die aus dem Verdichter 11 des Abgasturboladers 2 stammt. Die Motorventile, die für die normale Antriebsbetriebweise, wie auch für die Turbobremsphase Verwendung finden, sind das Eintrittsventil 5 und das Austrittsventil 7. Das zusätzliche Bremsventil 8 wird nur im Motorbremsbetrieb genutzt. Die im Zylinder 1 weiter verdichtete Luft strömt über das Austrittsventil 2 und/oder Bremsventil 8 in den Austrittstrakt 6 in die Leitung zur Turbine 10. Durch ein Turbinenleitgitter 13, das in die Bremsposition gebracht wird, erfolgt der notwendige Aufstau der Luft und führt zu einer Turbinenleistung der Abgasturbine 10, die den Verdichter 11 antreibt. Der Zu- und Ablauf des Turboladers erfolgt über die Rohre 20 und 16.
• Mit den Stellern 22 und 14 werden das Bremsventil 8 und das Bremsgitter 13 der Turbine betätigt. Obwohl diese Aktuatoren in der Skizze nur an den beiden genannten Elementen angreifen, soll hier daraufhingewiesen werden, daß in der Motorbremsphase das Einlass- wie auch das Auslassventil zum Betrieb nach dem Viertakt- und Zweitaktverfahren naturgegeben mit Verstell-Elementen in Verbindung stehen muss. Die turbinenseitige Verstellung betrifft nicht nur die Bewegung des Turbinenleitgitters sondern auch die feine Dosierung des Abblasequerschnitts, der hier nicht gesondert eingezeichnet ist. Das Bremsventil 8 kann zur Bremsleistungsbeeinflussung in der Bremsphase in einer einfachen Zweipunkt-regelung von zu nach auf und umgekehrt betätigt oder ggf. getaktet oder kontunierlich positioniert werden.
• Das Gehirn des Systems stellt der Regler 15 dar, der die Anforderungen bezüglich der Bremsleistung P_Br und Geschwindigkeitswunsch (z. B. V = konst) oder Gefahrensituationsinformation GS vom Fahrer erhält. Der Regler 15 wird dann die Gesamtbremsleistung auf die Radbremsanlage und Motorbremseinrichtung verteilen. Die maximal mögliche Motorbremsleistung wird zu jedem Zeitpunkt der Bremsphase generiert und die sich einstellenden Größen hinsichtlich der Grenzwerte wie maximale Motordrehzahl n, maximale Turboladerdrehzahl, maximaler Ladedruck P_L oder maximaler Turbineneintrittsdruck P_E kontrolliert. Überschreitet der Bremsleistungswunsch des Fahrers die momentan erzeugbare Motorbremsleistung, so wird die Radbremse als ausgleichendes Element mit geringstmöglichstem Anteil dazugeschaltet. Der Fahrer selbst wird diese mittels des Reglers ablaufenden Aufteilungsvorgänge der Gesamtbremsleistung nicht beenflussen. Er betätigt nur ein Bremspedal, dessen Stellung dem Regler als Sollwert mittels eines elektronischen Signals zur Kenntnis gegeben wird.
• Die Motorbremsleistung wird durch die Viertakt-, Zweitakt-Einstellung, die Turbinenaufstauquerschnitte von Leitgitter und Abblasequerschnitt und ggf. durch die Querschnittswahl des Zusatzbremsventils 8 bestimmt. Im Mittelpunkt steht hier die Verschleissminimierung der Radbremse und die sichere Funktion der Turbobremse in einem weiten Motorbremskennfeld, mit der Zielsetzung, die mechanisch geringsten Beanspruchungen der Bauteile des aufgeladenen Motorgesamtsystems zu erreichen.
• Der Regler 15 steht mit einem Sicherheitsalgorithmus S in Verbindung, der bei fehlerhaften Abläufen, wie z. B. ungenügendem Ladedruck der Turbobremse, Funktionsstörungen bei der Motorventilregelung, usw., diese Fehler erkennen kann und in eine elektronische Fehlerliste F für die Werkstattüberprüfung schreibt, bzw. Schutzfunktionen für den weiteren Betrieb des Fahrzeugs aktiviert.
• Das Verdichterbetriebskennfeld, 2, zeigt auf der Abszisse den reduzierten Verdichterdurchsatz und auf der Ordinate das Totaldruckverhältnis des Verdichters. Als Isolinien sind die Wirkungsgradmuscheln 32 und die Drehzahkonstanten 31 dargestellt. Die Pumpgrenze 30 begrenzt den stabilen Verdichterbetriebsbereich zu den niederen Durchsätzen hin.
• Als Beispiel wurden in das Verdichterkennfeld die Betriebslinie mit der Viertaktbetriebsweise 41 und der Zweitaktbetriebsweise 40 im Motorbremsbetrieb bei vergleichbaren Motorbremsleistungen eingezeichnet. Es ist deutlich zu sehen, daß bei der vergleichbaren Motorbremsleistung die Betriebslinie 41 im Viertaktverfahren des Motors 1 über weite Bereiche sehr nahe an der Pumpgrenze 30 verläuft, während die Motorbetriebslinie 40 im Zweitaktbremsverfahren mit höheren Durchsätzen bei vergleichbarem Bremsleistungsniveau sich einstellt. Die gleiche Bremsleistung läßt sich also über den Wechsel zwischen Zwei- und Viertaktverfahren einregeln, wobei in dem gezeigten Beispiel die Motorbremsung im Zweitaktverfahren zu deutlich geringeren mechanischen Belastungen führt, was ohne direkte Kenntnis der Turbinenseite aus den deutlich günstigeren Wirkungsgraddurchläufen durch die Wirkungsgradisolinien 32 des Verdichters deutlich wird. Da die vergleichbaren Motorbremsleistungen mit dem höheren Motor-Durchsatz gefahren werden, wird aus energetischen Gründen auch der Flächenanteil der negativen Ladungswechselschleife mittels des Zweitaktverfahrens merklich herabgesetzt, was mit der gewünschten reduzierten mechanischen Belastungen aufgrund von geringeren Turbineneintrittsdrücken und Turbineneintrittstemperaturen für die Turbinenseite, bzw. für das Turbinenrad einher geht.
• Als Beispiel werden die Betriebspunkte mit gleichen Bremsleistungen A in der Viertaktbetriebsweise und A' in der Zweitaktbetriebsweise herausgehoben. Würde man nun bei einer Notfallbremsleistungsanforderung bei unveränderter Motordrehzahl 46 im Zweitakvertahren bleiben können und den Ladedruck mit Annäherung an die Pumpgrenze 30 steigern, so erhielte man eine deutlich erhöhte Motorbremsleistung A'', die auf der ursprünglichen Betriebslinie 41 mit maximaler Bremsleistung des Viertaktverfahrens liegt. Das Steigerungspotential an spezifischer Motorbremsleistung mit dem Zweitaktverfahren liegt gegenüber dem Viertakt-verfahren in einer Grössenordnung von über 50 %.
• Der wesentliche Punkt der Regelung oder Steuerung der Motorventile in der Motorbremsphase geht in der Beispieldarstellung eines Phasendiagramms der 3 hervor. Die Öffnungs- und Schliesszeiten des Einlassventils EV und des Auslassventils AV sind auf dem inneren und äusseren Kreis mit den markanten Stellungen des Kolbens unterer Totpunkt UT. und oberer Totpunkt OT. dargestellt. Die Richtung der Phasenfolge wird mit D gekennzeichnet. Wie in Ansprüchen beschrieben, wird im Bereich des unteren Totpunktes UT. das Einlassventil EV geöffnet EÖ und nach einem folgenden Winkelbereich wieder geschlossen ES. Das Auslassventil wird hier kurz vor dem Einlassventilöffnen EÖ geschlossen AS, wodurch die Rezirkulation der Luft aus dem Motor-Austrittstrakt in den Motor-Ansaug-, bzw. Verdichteraustrittstrakt verhindert wird.
• Zur Vermeidung des Energierückgewinns der Kompressionsenergie der verdichteten Luft wird das Austrittsventil nahe vor dem oberen Totpunkt geöffnet und der größte Teil der Luft schlagartig abgeblasen.
• Das Austrittsventil könnte in der Ausschubphase offen gehalten, wodurch der Kolben gegen den Aufstaudruck, der durch die Turbinengeometrie bestimmt wird, bremssteigernd ausschieben muss.
• Will man bewußt eine Rezirkulation der Luft des Austrittstraktes in den Eintrittstrakt bewirken, wird die Offenhaltung des Zusatzventils 8 als sehr einfache Möglichkeit gesehen. Die 4 zeigt die konstant offene Stellung des zusätzlichen Bremsventils BV an. Zum Andern zeigt das Beispiel die Öffnung des Eintrittsventils EÖ vor dem Schliessen des Austrittsventils AS an, womit die Rezirkulationsstärke der Motoraustrittsluft in den Motoreintritt gezielt beeinflußt werden kann.
• Können die Ventilsteuerzeiten durch geeignete technische Systeme die entweder auf mechanischer oder auf einer elektrischen oder hydraulischen Steuerung beruhen im Bremsbetrieb völlig frei gewählt werden, so ist es möglich, die Ventilsteuerzeiten wie in 5 und 6 gezeigt einzustellen. Dabei wird wie in 5 dargestellt das Einlassventil (bzw. die Einlassventile) kurz nach UT geschlossen. Nach dem Kompressionshub wird das Ausslassventil im Bereich des oberen Totpunktes geöffnet (AÖ). Im folgenden Abwärtshub des Kolbens wird das Ausslassventil nach Durchschreiten des OT wieder geschlossen (AS). Das folgende Öffnen des Einlassventiles im Abwärtshub des Kolbens erfolgt im Bereich von EÖ1 und EÖ2. Der genaue Zeitpunkt von AS und EÖ wird auf die Erzielung von maximaler Bremsleistung ausgelegt. Die Zeitpunkte AS und EÖ sind im Bereich des Abwärtshubes auch in Ihrer Reihenfolge und Anzahl frei wählbar, was in den 1-6 nicht in allen Variationen dargestellt ist, trotzdem aber einen Teil der Erfindung darstellt.
• Ein Sonderfall der Ventilsteuerzeiten könnte eine nahezu punktsymmetrische Anordnung der Öffnungszeiten und Schliesszeiten der Ventile zum Diagrammursprung U (5) sein.

1

Motor, Zylinder, Kolben

2

Abgasturbolader mit Turbobremseinrichtung

3

Zylinderkopf

4

Ladeluftzuführung

5

Einlassventil

6

Abgaskrümmer

7

Auslaßventil

8

Bremsventil

9

Brennraum

10

Turbine

11

Verdichter

12

Welle mit Lagerung

13

Turbobremsgitter (axial oder radial beweglich)

14

Steller für Turbobremsgitter

15

Regler

16

Turbineneintritts-/austrittstrakt

17

Verstellpunkt für Turbobremsgitter und/oder Abblaseventil

18

Turbinenrad

19

Verdichterrad

20

Verdichtereintritts-/austrittstrakt

21

Verdichteraustritt

22

Steller für Motorbremsventile

30

Verdichterpumpgrenze

31

Verdichterdrehzahl (Isolinie)

32

Verdichterwirkungsgrad (Isolinie)

40

Maximalmotorbremslinie im Zweitaktbetrieb

41

Maximalmotorbremslinie im Viertaktbetrieb

42

Motorbetriebspunkt im Viertaktbetrieb

43

Motorbetriebspunkt im Zweitaktbetrieb

44

Betriebslinie im Umschaltbereich von Vier- nach Zweitaktbetriebsweise

45

Motorbetriebspunkt im Viertaktbetrieb

46

Motorschlucklinie (Motordrehzahl konstant)

P_Br

Bremsleistung

P_Br,R

Radbremse

P_Br,H

Turbobremse

V

Fahrzeuggeschwindigkeit

GS

Gefahrensituation

S

Sicherheitsüberprüfung

F

Fehlersignal

n

Motordrehzahl

P_L

Ladedruck

PE

Turbineneintrittsdruck

ΔH_X

Bremsventilposition

ΔA_X

Position Turbobremsgitter, Abblaseventil

OT.

oberer Totpunkt Kolben

UT.

unterer Totpunkt Kolben

EV

Einlassventilphasen über 360°

AV

Auslassventilphasen über 360°

BV

Bremsventilphase auf über 360°

BVÖ

Bremsventil auf

BVS

Bremsventil zu

D

Phasenfolge

EÖ

Einlassventil öffnet

EÖ1,2

Möglicher Öffnungsbereich Einlassventil

ES

Einlassventil schliesst

AÖ

Auslassventil öffnet

AS

Auslassventil schliesst

Aq

Abblaseventilquerschnitt

A_T

Düsenquerschnitt vor Turbinenrad mit

ggf. Querschnitt Abblase-Einheit Aq, falls geöffnet

D_T

Turbinenrad-Eintrittsdurchmesser

V_H

Hubvolumen Verbrennungsmotor

Claims (13)

1. Verfahren für ein aufgeladenes Motorbremssystem eines Verbrennungsmotors mit den Komponenten zur Motor-Ein-Austrittsventilsteuerung/Regelung und Aufladeaggregat oder Aggregate, im besonderen Abgasturbolader zur Ladedruckerzeugung in der Motorbremsphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsventile (EV) bei Kolbenpositionen im Bereich des unteren Totpunktes (UT.) zur Aufladung der Zylinder mit Ansaugluft, die ein Druckniveau über dem Umgebungsdruck besitzt, geöffnet (EÖ) und bei fortschreitenden Kurbelwinkeln nach dem unteren Totpunkt geschlossen (ES) werden und daß diese im Einlass komprimierte und im Zylinder weiter verdichtete Luft im Bereich des oberen Totpunktes (OT.) hauptsächlich oder ausschliesslich durch Öffnen mindestens eines Ventils im Zylinder (AÖ, BVa) in den Austrittstrakt des Motors ausströmt, wobei die Arbeitsabgabe der Luft im Expansionshub des Zylinders minimiert wird. Unteranspruch 1a: Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs-Schliessbewegungen der Ventile des Eintritts und des Austritts derart erfolgen, daß in der Kompressionsphase des Kolbens die Maximierung der Ladung des Zylinders mit Frischluft und aus dem Austritt rückgeführten Luft erfogt und daß im größtmöglichen Winkelbereich der Expansionsphase des Kolbens die Minimierung der Luft im Zylinder erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im normalen befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors und auch in der aufgeladenen Motorbremsphase zur Bremsleistungsregelung eine Umschaltung aus den Zweitaktphasen auf die Viertaktphasen der Motorventilbewegungen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu den Ladungswechselventilen (5, 7) zusätzliches Motorbremsventil (8) in den Motorbremsphasen geöffnet (BVÖ) und geschlossen (BVS) oder konstant (BVÖ) offengehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Ladedrucks in der Motorbremsphase die Abgasturbolader-Turbine (10) ein variables Turbinenleitgitter (13) oder ein spezielles Turbobremsgitter (13) direkt vor dem Turbinenrad (10) besitzt und dieses in eine enge Schliessposition des kleinsten Strömungsquerschnitts zur Drallerhöhung bewegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gesamten Motordrehzahllinie maximaler Motorbremsleistung der Motoren sich der Turbobremsfaktor, definiert als TBF = AT × DT/VH,bei der Zweitaktsteuerung/-Regelung der Ladungswechseventile auf Werte kleiner als 7,5 Promille einstellt und daß der Turbobremsfaktor bei der Viertaktsteuerung/-Regelung der Ladungswechselventile kleiner als 5,0 Promille beträgt, wobei – A_T der engste Düsenquerschnitt (13) vor dem Turbinenradeintritt (10), einschliesslich aktivem Abblasequerschnitt (Aq), – D_T der Eintrittsdurchmesser des Turbinenrades und – V_H das Hubvolumen des Motors bedeutet.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Notsituationen ausschliesslich die maximal möglichen Motorbremsleistungswerte mit eingeschalteter Zweitaktsteuerung/-Regelung der Motorventile (EV, AV, BV) eingestellt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung des Motorbremsbetriebs aus dem Viertaktverfahren in Richtung des Zweitaktverfahrens in der Nähe der Verdichterpumpgrenze (30) bei angestrebter Motorbremsleistungssteigerung erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erzeugenden Motorbremsleistungen mittels der Regelung der Tubinen- mit Abblasegeometrie (13, Aq) in Verbindung mit der Regelung des Zweitakt- und Viertaktbetriebs des Verbrennungsmotors die Fahrt bei nahezu konstanter Geschwindigkeit v erlauben.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbremsleistung (P_Br,R + P_Br,H) des Fahrzeugs durch die Radbremsleistung (P_Br,R) mit der Motorbremsleistung gebildet wird und die Motorbremsleistung (P_Br,H) im Grenzfall dabei die maximal mögliche Leistung darstellt und die Radbremsleistung (P_Br,R) nur von null verschieden ist, wenn die Motorbremsleistung im Grenzfall nicht ausreichend erzeugbar ist, oder die erzeugte Motorbremsleistung von der angetriebenen Rädern nicht mehr auf die Straße übertragen werden kann, oder aus fahrdynamischen Gründen eine Bremsleistungsverteilung auf andere als die angetriebene Achse notwendig wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung während des Motorbremsbetriebs aus dem Viertaktverfahren in Richtung des Zweitaktverfahrens zur Erhöhung der Luftmenge und Reduktion der mechanischen Beanspruchung bei nahezu unveränderter Motorbremsleistung der Verbrennungsmaschine erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Motorbremsphase und Zweitaktbetrieb des Verbrennungsmotors das Auslassventil schließt (AS) bevor das Eintrittsventil öffnet (EÖ).
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Motorbremsphase und Zweitaktbetrieb des Verbrennungsmotors das Auslassventil (AV) oder Bremsventil (BV) im Bereich des oberen Totpunktes nahezu vollständig geöffnet wird (AÖ, BVÖ)) und mindestens bis kurz nach dem oberen Totpunkt (OT.) offengehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Motorbremsphasen und Zweitaktbetrieb des Verbrennungsmotors Bremsventile (BV) konstant offen (BVÖ) gehalten werden.