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Die
Erfindung betrifft einen Retarder für ein Kraftfahrzeug
mit einem Verbrennungsmotor. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zum Optimieren der Bremsarbeit des Retarders.
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Bei
einem hydrodynamischen Bremssystem fällt beim Bremsen Wärme
an. Die Wärme muss abgeführt werden. Hierzu ist
ein Kühlkreislauf mit vorgesehen, in dem ein Kühlmedium
zirkuliert. Dabei kann die beim Bremsen durch den Retarder anfallende Wärme
unmittelbar an das Kühlmedium des Kühlkreislaufs
abgegeben werden, oder mittelbar über einen Wärmetauscher.
Der Kühlkreislauf dient in erster Linie zum Kühlen
des Verbrennungsmotors. Er wird derart ausgelegt, dass er auf jeden
Fall die beim Verbrennungsprozess anfallende Wärme absorbieren kann,
aber auch die beim Bremsen anfallende Wärme.
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PCT/SE93/00478 beschreibt
ein Verfahren sowie eine Regelung für einen Retarder. Hierbei
wird die vom Retarder erzeugte Wärme mit Hilfe des Kühlmediums
abgeführt. Die Bremswirkung ist dabei notwendigerweise
durch die Drehzahl des Verbrennungsmotors begrenzt. Bei einer derartigen
Regelung beziehungsweise Steuerung wird davon ausgegangen, dass
die Drehzahl des Verbrennungsmotors mit der Drehzahl der das Kühlmittel
umwälzenden Wasserpumpe in Einklang steht, um eine Überhitzung
des Kühlmediums zu verhindern. Ein Nachteil dieser Steuerung
besteht darin, dass die Kühlleistung des Kühlsystems
nicht voll ausgenutzt werden kann und damit die Retarder-Bremsleistung
begrenzt wird.
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Es
ist auch bekannt, die Retarder-Bremsleistung derart zu begrenzen,
dass eine unzulässige Temperatur des Kühlmediums
nicht erreicht wird. Es ist offensichtlich, dass dies unbefriedigend
ist, weil dann weniger Bremsleistung zur Verfügung steht. Auch
weist ein solches Regelsystem eine gewisse Trägheit beim
Einregeln auf eine bestimmte Temperatur auf. Dies kann zu dem bekannten „Überschwingen"
führen.
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DE 41 36 759 A beschreibt
einen hydrodynamischen Retarder, bei dem der Einfluss der Temperatur
auf die Bremsleistung verringert wird, was ebenfalls nicht optimal
ist.
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DE 10 2006 036 186 (nicht
vorveröffentlicht) beschreibt einen Fahrzeug-Kühlkreislauf
mit einer Zusatzpumpe, die zusätzlich zu einer regulären
Kühlmittelpumpe vorgesehen ist. Nachteilig ist hierbei
der zusätzliche Energieaufwand zum Antreiben der zusätzlichen
Pumpe.
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Das
generelle Problem besteht somit darin, dass bei einem Fahrzeug mit
einem Retarder und einem Kühlsystem die Bremsleistung des
Retarders und die Kapazität der Kühlleistung des
Kühlsystems in Einklang gebracht werden müssen
um den Retarder in optimaler Weise zu nutzen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
anzugeben, bei welchen die Ausnutzung der Bremsleistung eines Retarders
optimiert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die im Arbeitsmedium des
Retarders beim Bremsbetrieb enthaltene Strömungsenergie
auszunutzen, um den Durchsatz des Kühlmediums im Kühlkreislauf
zu steigern.
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Die
Erfindung sowie der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung
näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes
dargestellt:
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1 zeigt
einen Retarder mit Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges mit
Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform.
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2 zeigt
den Gegenstand von 1 in einer zweiten Ausführungsform.
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3 veranschaulicht
in schematischer Darstellung einen Antriebsstrang mit einem Motor,
einem Retarder und einem Kühlkreislauf, dessen Kühlmedium
zugleich Arbeitsmedium des Retarders ist.
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4 veranschaulicht
in schematischer Darstellung einen Antriebsstrang mit einem Motor
und einem Retarder, wobei das Arbeitsmedium des Retarders nicht
zugleich Kühlmedium ist.
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5 zeigt
den Verlauf der maximal zulässigen Retarder-Bremsleistung
gemäß
PCT/SE/00478 in
Abhängigkeit von der Motordrehzahl.
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Die
in 1 gezeigte Anlage umfasst einen Retarder 14 mit
einem Arbeitskreislauf 102, in welchem das Arbeitsmedium
geführt wird. Im vorliegenden Falle handelt es sich um Öl.
Die Anlage umfasst ferner einen Kühlkreislauf 16.
Die beiden Kreisläufe 16 und 102 sind
durch einen Wärmetauscher 100 thermisch gekoppelt.
Das Arbeitsmedium des Retarders 14 wird im Arbeitskreislauf 102 umgewälzt
und gelangt in den Wärmetauscher 100. In diesem
wird die Wärme des Arbeitsmediums des Retarders an das
Kühlmedium des Kühlkreislaufes abgegeben. Im Kühlkreislauf 16 wird
Wasser umgewälzt. Dieses dient auch zum Kühlen
des Motors.
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Das
hier dargestellte Druckspeichersystem und der Retarder können
einen gemeinsamen Ölhaushalt haben.
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Eine
Einrichtung 200 dient zum Einspeisen von Arbeitsmedium,
somit von Öl, in den Arbeitskreislauf 102 des
Retarders 14. Die Einspeiseinrichtung 200 wird
durch ein Druckmedium gesteuert. Siehe den Druckmediumanschluss 201.
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Gemäß der
Erfindung befindet sich im Arbeitskreislauf 102 eine Turbine 202.
Die Turbine 202 ist dem Auslass 14.1 nachgeschaltet.
Sie wird während des Bremsbetriebes mit dem Strom des Arbeitsmediums
beaufschlagt. Die Turbine 202 steht mit einer Pumpe 203 und
zugleich mit einer Pumpe 204 in Triebverbindung. Die Pumpe 203 ist
in den Arbeitskreislauf 102 geschaltet. Sie dient zum Steigern
des Durchsatzes des Arbeitsmediums, und damit zu einer Intensivierung
von dessen Kühlung im Wärmetauscher 100.
Hierdurch wird in stärkerem Maße die beim Bremsbetrieb
anfallende Wärme abgeführt. Der Retarder kann
somit eine höhere Bremsleistung abgeben, ohne dass die
Temperatur des Arbeitsmediums einen zulässigen Wert überschreitet.
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Gleiches
gilt für den Kühlkreislauf 16. Die Pumpe 204 steigert
auch hier den Durchsatz des Kühlmediums und macht damit
die Kühlung effizienter.
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Bei
der Ausführungsform gemäß 2 ist das
Kühlmedium zugleich Arbeitsmedium des Retarders 14.
Demgemäß steht die Turbine 202 nur mit
einer einzigen Pumpe 203 in Triebverbindung. Im Bremsbetrieb
wird der Arbeitskreislauf 102 an den Kühlkreislauf 16 des
Motors angekoppelt. In 2 erkennt man ferner einen Hydromotor 301 mit
verstellbarem Verdrängervolumen, eine Hydropumpe 302 mit
verstellbarem Verdrängervolumen, einen Vorratsbehälter 303 sowie
einen Hochdruckspeicher 304.
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Die
beiden 1 und 2 sind nur schematische Darstellungen
zur Veranschaulichung der Erfindung. Deswegen ist auf die Wiedergabe
sonstiger Einzelheiten der Kreisläufe 16 und 102 weitgehend
verzichtet worden. Siehe lediglich die beiden Drosseln 206, 207 sowie
die beiden Rückschlagventile 208, 209 im
Arbeitskreislauf 102.
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In
3 ist
eine Antriebseinheit mit einem Motor
2, einer Wasserpumpe
4,
einem Lüfter
6, einem Kühler
8,
einem Überdruckbehälter
10, einem Thermostatventil
12 sowie
einem Retarder
14 dargestellt. Das Kühlmedium
des Motors ist in vorliegender Ausführungsform zugleich
Arbeitsmedium des Retarders und wird in einem Kühlkreislauf
16 umgewälzt. Die
Einstellung der Retarderbremsleistung erfolgt in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Drossel
18,
deren Querschnitt verändert werden kann, wie beispielsweise
in der
DE 44 08 349
A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in
diese Anmeldung miteinbezogen wird.
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In
den Kühlkreislauf dem Retarder vorgeschaltet ist ein Umschaltventil 20,
das vorliegend als Zwei-Positions-Ventil ausgebildet ist, mit dem
die Kühlflüssigkeit des Kühlsystems 16 im
Bremsbetrieb durch den Retarder hindurchgeführt werden
kann, und falls der Retarder nicht aktiviert ist, das Kühlmedium über
eine Bypassleitung 22 am Retarder 14 vorbeigeleitet
wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird die aktuelle Kühlleistung,
also der Kühlleistungs-Istwert des Systems, aus dem Kühlmittelstrom V . bestimmt.
Der Kühlmittelstrom V . wird wiederum indirekt durch Aufnahme
der Temperaturdifferenz des Kühlmediums vor und nach dem
Retarder, der durch die Aufnahme der beim Bremsen erzeugten Wärme
bedingt ist, und die aktuelle Retarderleistung ermittelt. Hierzu
umfasst das vorliegende Steuer-/Regelsystem einen ersten Temperatursensor 24,
der in Strömungsrichtung vor dem Retarder 14 angeordnet
ist und das Temperatursignal über Leitung 26 an
die Steuer-/Regeleinhit 28 übermittelt. Der Temperaturwert
nach dem Retarder wird über Sensor 30 abgegriffen
und an die Steuer-/Regeleinheit 28 über Leitung 32 übermittelt.
Die Retarderleistung wird aus dem Retarderbremsmoment und der Retarderdrehzahl,
die über Sensor 34 aufgenommen wird, bestimmt.
Der Drehzahlwert wird über Leitung 36 der Steuer-/Regeleinheit 28 zugeführt.
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In
der Steuer-/Regeleinheit ist ein für die Kühlanlage
vorgegebener und/oder variabler maximal zulässiger Wert,
der sogenannte Kühlleistungssollwert, abgelegt. Überschreitet
nun die gemessene Kühlleistung, die vom System zur Abführung
der vom Retarder erzeugten Wärme aufgebracht wird, den vorgegebenen
Sollwert oder aber ist ein zu steiler zeitlicher Anstieg bei einer
Gradientenregelung festgestellt worden, so wird mit der Steuer-/Regeleinheit die
Retarderbremsleistung begrenzt. Dies kann auf dem vorgegebenen Kühlleistungssollwert
geregelt vorgenommen werden. Die Einstellung der Retarderbremsleistung
erfolgt über das Drosselventil 18, und zwar indem
die Drossel entsprechend der vorgegebenen Retarderbremsleistung
eingestellt wird. Eine Möglichkeit der Einstellung der
Retarderbremsleistung besteht darin, bei vorgegebener beziehungsweise
bekannter Retarderdrehzahl die Retarderbremsleistung entsprechend
einzustellen. Das Signal hierfür wird über Steuerleitung 38 von
der Steuer-/Regeleinheit 28 an die Drossel 18 übermittelt.
Ist eine Einstellung der Retarderbremsleistung über Drossel 18 und
Steuerleitung 38 nicht möglich, so kann vorgesehen
sein, dass die Steuer-/Regeleinheit über Leitung 40 das
Umschaltventil 20 anspricht und der Retarder deaktiviert
wird, indem die Kühlflüssigkeit über
die Bypassleitung 22 geleitet wird. Eine derartige Ansteuerung
kann auch dann erfolgen, wenn ein zusätzlicher, in den
Kühlkreislauf eingebrachter Temperatursensor 42 eine Überhitzung
des Kühlmediums über Leitung 44 signalisiert
als Art Notabschaltung.
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Neben
einem fest vorgegebenen Kühlleistungssollwert, der in der
Steuer-/Regeleinheit abgelegt sein kann, ist es auch möglich,
den Kühlleistungssollwert in Abhängigkeit von
den Umgebungsparametern ständig neu vorzugeben. Hierfür
kann beispielsweise die Umgebungstemperatur am Kühler über
Temperaturfühler 50 aufgenommen und Leitung 52 an
die Steuer-/Regeleinheit 28 übermittelt werden.
Des weiteren kann beispielsweise die Lüfterdrehzahl über
Sensor 46 und Leitung 48 der Steuer-/Regeleinheit
zugeführt werden sowie der Druck im Kühlsystem über
Sensor 54 und Leitung 56.
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Gemäß der
Erfindung ist auch hier eine Turbine 202 vorgesehen, die
als eine Pumpe 203 zur Steigerung des Durchsatzes des Arbeitsmediums dient.
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In 4 ist
eine Antriebseinheit dargestellt, bei der das Arbeitsmedium des
Retarders nicht zugleich Kühlmedium der Antriebseinheit
ist. Gleiche Bauteile wie in 3 sind mit
denselben Bezugsziffern wie in 3 versehen.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 3 ist
das Arbeitsmedium des Retarders 14 in 4 vom
Kühlmedium des Kühlkreislaufes 16 getrennt.
Die während des Bremsbetriebs des Retarders entstehende
Wärme wird vom Arbeitsmedium aufgenommen. Das Arbeitsmedium
des Retarders wird im Arbeitskreislauf 102 umgewälzt
und gelangt in den Wärmetauscher 100. Im Wärmetauscher 100 wird
die Wärme vom Arbeitsmedium des Retarders an das Kühlmedium
des Kühlkreislaufes abgegeben. Wie in 1 ist
der Kühlkreislauf 16, an den die Wärme
abgegeben wird, der Motorkühlkreislauf. Durch die Übertragung
der Wärme vom Arbeitsmedium auf das Kühlmedium
des Kühlkreislaufes 16 erhöht sich die
Temperatur des Kühlmediums am Wärmetauscherauslauf. Über
den Kühler 8 wird wiederum die Wärme
des Kühlmediums des Kühlkreislaufes 16 an
die Umgebung abgegeben.
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Auch
hier ist wiederum eine Turbine 202 vorgesehen. Diese treibt
eine Pumpe 203 an, die sich im Arbeitskreislauf 102 des
Arbeitsmediums befindet. Sie treibt aber zugleich eine Pumpe 204 an,
die sich im Kühlkreislauf 16 befindet.
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In
5 ist
der aus dem Stand der Technik in Form der
PCT/SE93/00478 bekannte Verlauf der
Retarderbremsleistung über der Motorpumpendrehzahl aufgezeichnet.
Wie hieraus zu entnehmen ist, wird die Retarderbremsleistung bei
niedriger Motorpumpendrehzahl begrenzt. Diese Maßnahme
resultiert aus der Tatsache, dass die Förderleistung der
Wasserpumpe bei niedriger Drehzahl des Motors geringer als bei höherer
Drehzahl ist und daher die Kühlleistung des Systems bei
niedrigerer Wasserpumpendrehzahl geringer ausfällt als
bei hohen Wasserpumpendrehzahlen. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen
Regelung beziehungsweise Steuerung ist die in
5 getroffene
Maßnahme zur Verhinderung einer Überhitzung des
Kühlsystems eine präventive Maßnahme,
die die Retarderbremsleistung bei niedrigen Wasserpumpendrehzahlen
unnötig stark begrenzt, insbesondere werden bei einer derartigen
Regelung keinerlei Umgebungsparameter und Umwelteinflüsse
berücksichtigt.
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Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung wird die im Retarder während
der Bremsphase angefallene Energie dazu ausgenutzt, einen Druckspeicher
aufzuladen. Die im Druckspeicher gespeicherte Energie lässt
sich für den Antrieb des Fahrzeuges nutzen.
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- 2
- Motor
- 4
- Wasserpumpe
- 6
- Lüfter
- 8
- Kühler
- 10
- Überdruckbehälter
- 12
- Thermostatventil
- 14
- Retarder
- 14.1
- Auslass
- 16
- Kühlkreislauf
- 18
- Drossel
- 20
- Umschaltventil
- 22
- Bypassleitung
- 24
- Temperatursensor
- 26
- Leitung
- 28
- Steuer-/Regeleinheit
- 30
- Sensor
- 32
- Leitung
- 34
- Sensor
- 36
- Leitung
- 38
- Steuerleitung
- 40
- Leitung
- 42
- Temperatursensor
- 44
- Leitung
- 46
- Sensor
- 48
- Leitung
- 50
- Temperaturfühler
- 52
- Leitung
- 54
- Sensor
- 56
- Leitung
- 100
- Wärmetauscher
- 102
- Arbeitskreislauf
- 200
- Einspeiseinrichtung
- 201
- Druckmediumanschluss
- 202
- Turbine
- 203
- Pumpe
- 204
- Pumpe
- 206
- Drossel
- 207
- Drossel
- 208
- Rückschlagventil
- 209
- Rückschlagventil
- V .
- Kühlmittelstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - SE 93/00478 [0003, 0032]
- - DE 4136759 A [0005]
- - DE 102006036186 [0006]
- - SE 00478 [0016]
- - DE 4408349 A1 [0024]