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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Entleerungsgrades eines hydrodynamischen Retarders im Nicht-Bremsbetrieb in einem Kraftfahrzeug.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt, verbleibt nach jedem Bremsvorgang eines hydrodynamischen Retarders in einem Kraftfahrzeug ein gewisses Arbeitsmedienvolumen im Arbeitsraum des Retarder zurück. Dieses Restvolumen ist einerseits erwünscht, um eine Kühlung im Leerlaufbetrieb, also dem Nicht-Bremsbetrieb zu erreichen, darf aber nicht zu groß sein, da sonst die Leerlaufverluste des Retarders zu groß werden.
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Ist das Volumen zu groß, führt dies zu einer erhöhten Verlustleistung die bewirkt, dass die Temperatur des Arbeitsmediums steigt und es zu einer unerwünschten Temperaturerhöhung kommt.
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Eine Möglichkeit dieses Restarbeitsmediumvolumen im Arbeitsraum einzustellen ist die Verwendung einer Seitenkanalpumpe wie beispielsweise in der
DE10 2014 202 366 A1 beschrieben. Diese Seitenkanalpumpe ist mit dem Rotor des Retarders drehfest gekoppelt. Weiterhin ist der Arbeitsraum des Retarders mit der Saugleitung der Pumpe strömungsleitend verbunden. Die Druckseite der Pumpe ist mit einer Druckleitung verbunden, durch die Arbeitsmedium über ein Rückschlagventil in den Arbeitsmediumkreislauf gepumpt werden kann. Weiterhin ist ein Verbindungskanal mit einem Ventil zwischen Druckleitung und Arbeitsraum vorgesehen. Wird dieses Ventil geschaltet, entsteht ein Kurzschlusskreislauf, der das Restarbeitsmediumvolumen im Kreis pumpt und nicht mehr gegen den Druck in den Arbeitsmediumkreislauf. Das Ventil wird zur Einstellung des Restarbeitsmediumvolumens kurzzeitig geschlossen und verbleibt dann bis zum nächsten Bremszyklus, also eine lange Zeit, in der geöffneten Stellung.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch die reine Zeitsteuerung des Ventils das Restarbeitsmediumvolumen bzw. der Entleerungsgrad sich nur in einem begrenzten Bereich einstellen lässt.
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Aus der
DE 10 2017 115 584 ist ein Verfahren zur Regelung einer Bremsvorrichtung bekannt , bei dem ein im Arbeitsmediumkreislauf angeordneter Sensor dazu genutzt wird, ein Schaltventil zu regeln, mittels dem das Restarbeitsvolumen in einem Nebenkreislauf regelbar ist.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, dass der Retarder unter Einsatzbedingungen in einem Kraftfahrzeug, z.B. einem Bus, weiteren Randbedingungen ausgesetzt ist. Diese Randbedingungen haben aber einen Einfluss auf die Leerlaufverluste.
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Eine der Aufgaben der Erfindung ist es deshalb, die Funktion eines Retarders dahingehend zu verbessern, dass die Einsatzbereitschaft eines Retarders verbessert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in der Beschreibung enthalten
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die reine Zeitsteuerung des Ventils nicht immer zu einem Entleerungsgrad führt, bei dem die Leerlaufverluste minimal sind.
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Unter Berücksichtigung des Obigen ist es ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Optimierung des Entleerungsgrades eines hydrodynamischen Retarders im Nicht-Bremsbetrieb in einem Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit zur Verfügung zu stellen.
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Das Verfahren umfasst die Schritte des Anspruchs 1.
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Die Zeitdauer des Zeitsignals bzw. die Schaltdauer der Ventileinrichtung in eine Schaltstellung in der ein Entleerungsgrad erstellbar ist, wird solange angepasst bis die physikalische Größe innerhalb festlegbarer Grenzen liegt. Die Schaltdauer kann auch als Entleerzeit bezeichnet werden.
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Es ist denkbar, dass die Schaltdauer vergrößert oder aber auch verringert wird, wobei vorzugsweise die ursprünglich hinterlegte Entleerzeit, die Default-Entleerzeit, sehr kurz gewählt wird, damit sicherheitshalber ein möglichst großes Arbeitsmediumvolumen im Arbeitsraum verbleibt um die Schmierung zu gewährleisten.
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Mit Schaltung der Ventileinrichtung wird der Zulauf von Arbeitsmedium zurück in den Arbeitsraum unterbunden und auf der Druckseite der Fördereinrichtung wird ein Druck aufgebaut, der das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum zurück in den Arbeitsmediumkreislauf pumpt.
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Insbesondere kann der hydrodynamische Retarder derart ausgeführt sein, dass dieser in einem Fahrzeugkühlkreislauf eingebunden ist, so dass das Arbeitsmedium des Retarders zugleich das Kühlmedium des Fahrzeugs, insbesondere Wasser oder ein Wassergemisch, ist. Der Arbeitsmediumkreislauf ist somit der Fahrzeugkühlkreislauf in dem das Kühlmedium unter Druck steht.
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Weiterhin kann der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelt und in der Steuereinheit hinterlegt werden und in einem weiteren Schritt kann vorgesehen werden, dass die Zeitdauer des Zeitsignals, in Verbindung mit dem ermittelten Fahrzustand in der Steuereinheit gespeichert wird.
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Durch diese Speicherung können die Entleerzeiten, gewählt oder angepasst, jeweils einem Fahrzustand zugeordnet werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zeitdauer des Zeitsignals solange angepasst wird, bis die physikalische Größe innerhalb festlegbarer Grenzen in einem stabilen Bereich liegt. Wobei unter dem stabilen Bereich ein auswählbarer Bereich zu verstehen ist der bestimmte Grenzwerte aufweist.
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In einem weiteren Schritt kann die Zeitdauer des Zeitsignals solange angepasst werden bis die physikalische Größe innerhalb festlegbarer Grenzen für einen ermittelten Fahrzustand in einem stabilen Bereich liegt.
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Mit diesem weiteren Schritt wird die Entleerzeit solange angepasst, bis möglichst viele Fahrzustände oder festgelegte Fahrzustände ausreichend oft vorgekommen sind und sichergestellt ist, dass die Entleerzeit für möglichst viele Fahrzustände optimiert wurde.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, die Zeitdauer des Zeitsignals, bei der die physikalische Größe in einem stabilen Bereich liegt, die Zwischen-Entleerzeit, in Verbindung mit dem ermittelten Fahrzustand in der Steuereinheit zu speichern. Durch die Speicherung von vielen Zwischen-Entleerzeiten kann in einem weiteren Schritt eine Anpassung der Entleerzeit erfolgen.
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Weiterhin können für festlegbare Fahrzustände eine festlegbare Anzahl von Zwischen-Entleerzeiten ermittelt werden und in der Steuereinheit gespeichert werden.
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In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann dann auf Basis der ermittelten Zwischen-Entleerzeiten in Verbindung mit den ermittelten Fahrzuständen eine Entleerzeit für den Retarder ermittelt werden, so dass ein optimiertes Arbeitsmediumvolumen im Nicht-Bremsbetrieb des Retarders im Arbeitsraum verbleibt.
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So kann durch Mittelung der Zwischen-Entleerzeiten eine optimale Entleerzeit berechnet werden, die dann standartmäßig für nachfolgende Schaltungen der Ventileinrichtung verwendet wird.
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Die physikalische Größe kann aus zumindest einer der folgenden Größen ermittelt werden:
- - Temperatur im Kühlkreislauf
- - Temperatur im Arbeitsraumkreislauf
- - Druck im Arbeitsraumkreislauf
- - Volumenstrom
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass zumindest aus einer der folgenden Bedingungen der Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelt wird:
- - Fahrzeuggeschwindigkeit beim Schalten in den Bremsbetrieb
- - Fahrzeuggeschwindigkeit beim Schalten in den Nicht-Bremsbetrieb
- - Topografiedaten
- - Neigung des Fahrzeugs
- - Drehzahl des primären Schaufelrads
- - Drehzahl der Gelenkwelle
- - Kreislauf-Temperatur
- - Kühlkreislauf-Temperatur
- - Kreislauf-Druck
- - Kühlkreislauf-Druck
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In einer weiteren Ausführung kann die Anpassung der Zeitdauer des Zeitsignals unter anderem auch auf Basis eines Kennfeldes in Bezug auf den ermittelten Fahrzustand erfolgen.
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Weitere Merkmale des Verfahrens und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 beispielhaft einen Arbeitsmediumkreislauf mit Retarder
- 2 ein mögliches Ablaufschema zur Ermittlung der Entleerzeit
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1 zeigt beispielhaft einen Arbeitsmediumkreislauf 9 mit Retarder 1 für ein Kraftfahrzeug. Es handelt sich hier um einen Retarder 1 der in den Kühlkreislauf 9 des Kraftfahrzeugs eingebunden ist, wobei das Kühlwasser auch als Arbeitsmedium für den Retarder 1 dient.
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Zur Regelung des Retarders 1 im Bremsbetrieb ist das Regelventil 10 vorgesehen, welches aus dem StdT hinreichend bekannt ist und in Bezug auf die Erfindung keine Rolle spielt. Über das Regelventil 10 ist der Arbeitsraum 4 des Retarders 1 mit Kühlwasser aus dem Arbeitsmediumkreislauf 9 des Kraftfahrzeugs befüllbar und bei der Schaltung in den Nicht-Bremsbetrieb im Wesentlichen wieder entleerbar.
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Im Bremsbetrieb kann über das Regelventil 10 weiterhin die Füllung im Arbeitsraum 3 geregelt werden. Über den Füllgrad wird die Bremsleistung geregelt.
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Der Arbeitsmediumkreislauf 9 umfasst neben dem Kühler 19, einen Druckausgleichsbehälter, ein Thermostatventil sowie eine Wasserpumpe (Kühlmediumpumpe), die hier nicht dargestellt sind.
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Der Kühler 19 des Arbeitsmediumkreislaufs 9 ist derart ausgelegt, dass dieser die Abwärme des Retarders 1 während des Bremsbetriebs des Retarders 1 sowie die Abwärme des Antriebsmotors 20 abführen kann.
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Das Arbeitsmedium ist ein Wassergemisch, bestehend aus Wasser und einem Kühlwasserzusatz.
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Zur vollständigen Entleerung des Arbeitsraums 3 ist weiterhin ein Nebenkreislauf 11 vorgesehen, über den im Nicht-Bremsbetrieb ein einstellbares Restarbeitsmediumvolumen durch den Retarder 1 zirkuliert. Der Nebenkreislauf 11 umfasst eine Fördereinrichtung 7, insbesondere Pumpe, eine Ventileinrichtung 8, einen Verbindungskanal 12 und eine Druckleitung 13 die eine Verbindung zum bzw. in den Arbeitsmediumkreislauf 9 aufweist.
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In 1 befindet sich das Schaltventil 8 in der Grundstellung, in der über die Pumpe 7 Kühlwasser durch den Nebenkreislauf 11 und den Arbeitsraum 3 gepumpt wird, sobald der Rotor 2 angetrieben wird. Sobald der Retarder 1 in den Nicht-Bremsbetrieb geschaltet wird, erfolgt die Entleerung des Arbeitsraums 3 im Wesentlichen mittels der Pumpwirkung von primär Schaufelrad 4 und sekundär Schaufelrad 5 (Rotor 4 und Stator 5). Der verbleibende Rest wird über die Pumpe 7 abgepumpt, wenn die Ventileinrichtung 8 geschaltet wird. Durch das Schalten wird die Zirkulation des Arbeitsmediums durch den Nebenkreislauf 11 unterbrochen und es baut sich ein Druck am Pumpenausgang in der Druckleitung 13 auf, die mit dem Arbeitsmediumkreislauf 9 verbunden ist.
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Sobald der Pumpendruck den Druck im Arbeitsmediumkreislauf 9 übersteigt, wird Arbeitsmedium durch das Rückschlagventil 14 in den Arbeitsmediumkreislauf 9 gepumpt. Die Schaltdauer der Ventileinrichtung 8 wird durch die Entleerzeit bestimmt.
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Zur Temperaturüberwachung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 4 ist ein Temperatursensor 15 vorgesehen.
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Der Antrieb der Fördereinrichtung bzw. Pumpe 7 erfolgt über die Welle 16, die mit dem Antrieb des Retarders 1 gekoppelt ist. Zur Sicherstellung der Schmierung der Lager im Nicht-Bremsbetrieb ist eine Schmierleitung 17 vorgesehen, die auf der Druckseite der Pumpe 7 angeschlossen ist.
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2 zeigt ein mögliches Ablaufschema zur Ermittlung der Entleerzeit, durch das die Schaltdauer der Ventileinrichtung 8 bestimmt wird. Da erfindungsgemäß einzelne Schritte entfallen können, erfolgt nachfolgend eine stufenweise Beschreibung.
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Jeder neue Retarder 1 wird mit einer Software ausgeliefert in der standardmäßig eine kurze Ausgangs-Entleerzeiten bzw. Default-Entleerzeit zur Schaltung der Ventileinrichtung 8 abgespeichert ist. Eine kurze Entleerzeit bedeutet eine hohe Restwassermenge im Arbeitsraum 3 des Retarders 1. Die Restwassermenge erzeugt ein gewisses Bremsmoment, wodurch die Temperatur im Nebenkreislauf 11 steigt, die von dem Temperatursensor 15 gemessen wird. Der Temperatursensor 15 könnte alternativ auch an anderen Stellen im Nebenkreislauf 11 angeordnet sein.
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Alternativ können auch andere physikalische Größen des verbliebenen Arbeitsmediums ermittelt werden, wie beispielsweise der Druck im Arbeitsraumkreislauf oder der Volumenstrom
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Die gemessene Temperatur wird in der Steuerung bzw. der entsprechenden Software gespeichert und mit einem Temperaturbereich verglichen. In einem vereinfachten Verfahren könnte nun eine Anpassung der Zeitdauer des Zeitsignals zur Schaltung der Ventileinrichtung 8 dann erfolgen, wenn die Temperatur nicht innerhalb festlegbarer Temperaturgrenzen liegt. Diese neue Zeit kann dann bei einer nachfolgenden Schaltung des Retarders 1 vom Bremsbetrieb in den Nicht-Bremsbetrieb verwendet werden, so dass der Entleerungsgrad und damit das Restarbeitsmediumvolumen im Arbeitsraum verändert wird.
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Die Zeitdauer des Zeitsignals wird solange angepasst, bis die Temperatur innerhalb festlegbarer Temperaturgrenzen in einem thermisch stabilen Bereich liegt.
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Dabei ist nach jedem Bremsvorgang eine Verlängerung wie auch eine Verkürzung der Entleerzeit denkbar.
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Im weiteren Verlauf des dargestellten Schaltschema erfolgt parallel zur Temperaturerfassung auch die Abfrage des Fahrzustandes, der in Verbindung mit der verwendeten Entleerzeit gespeichert wird. Liegt die Temperatur nicht innerhalb festlegbarer Temperaturgrenzen wird die Entleerzeit angepasst. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Temperatur innerhalb festlegbarer Temperaturgrenzen für einen ermittelten Fahrzustand liegt, also in einem thermisch stabilen Bereich liegt. Die Entleerzeit wird also für eine bestimmten Fahrzustand angepasst. Sobald keine thermische Instabilität mehr Auftritt, wird der letzte Stand als Ergebnis gespeichert.
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An dieser Stelle könnte in einer alternativen Variante des Schaltschemas das Verfahren zur Optimierung des Entleerungsgrades beendet werden. Dabei kann beispielsweise die Retarderdrehzahl, also die Drehzahl des Rotors, als relevanter Fahrzustand verwendet werden.
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Das dargestellte Schaltschema umfasst weiterhin einen weiteren Vorgang, der vorsieht, dass für zumindest einen Fahrzustand mehrere Zwischen-Entleerzeit ermittelt und gespeichert werden. Sobald die festgelegte Anzahl von Ergebnissen gespeichert sind wird aus den Ergebnissen eine End-Entleerzeit ermittelt, z.B durch Mittelung berechnet.
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Die End-Entleerzeit ist dann die Entleerzeit, die für nachfolgende Schaltungen der Ventileinrichtung 8 verwendet wird, um die Restwassermenge einzustellen. Durch die adaptive Software kann das Restarbeitmediumvolumen in einem hohen Grad an das Optimum herangeführt werden, bzw. der Entleerungsrad wird optimiert. Weiterhin wird gewährleistet, dass sich keine zu geringe Restwassermenge einstellt, so dass die Gefahr von Lagerschäden ausgeschlossen werden kann.
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Ergänzend sei hier noch der Fall erwähnt, dass es bei einer langen Nicht-Bremsphase erforderlich sein kann, dass das Restarbeitsmediumvolumen ausgetauscht werden muss. Zum Austausch wird das Schaltventil 10 kurz geschaltet, so dass frisches Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf in den Arbeitsraum gelangt. Überschüssiges Kühlwasser wird anschließend wie oben beschrieben wieder aus dem Arbeitsraum gepumpt, bis das ermittelte Optimum erreicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Retarder
- 2
- Steuereinheit
- 3
- Arbeitsraum
- 4
- primäres Schaufelrad
- 5
- sekundäres Schaufelrad
- 6
- Strömung
- 7
- Fördereinrichtung
- 8
- Ventileinrichtung
- 9
- Arbeitsmediumkreislauf
- 10
- Regelventil
- 11
- Nebenkreislauf
- 12
- Verbindungskanal
- 13
- Druckleitung
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Temperatursensor
- 16
- Welle
- 17
- Schmierleitung
- 18
- Kreislaufströmung
- 19
- Kühler
- 20
- Motor
