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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Modulationsbremsung
und insbesondere auf ein Verfahren zur Modulationsturboladerbremsung.
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Hintergrund
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Die
Leistungsfähigkeit einer Verbrennungskraftmaschine kann
von der Verbrennungsluftmenge abhängen, die an die Einlasssammelleitung
zur Verbrennung in den Motorzylinder geliefert wird. Der atmosphärische
Druck ist oftmals nicht ausreichend um die erforderliche Luftmenge
für einen effizienten Betrieb des Motors zu liefern. Häufig
werden Turbolader verwendet, um die Ausgangsgröße
eines Verbrennungsmotors zu erhöhen. Ein Turbolader kann eine
Turbine aufweisen, und zwar mit einem Turbinenrad, angetrieben durch
die Abgase des Motors, wobei ferner ein oder mehrere Kompressoren
mit Kompressorrädern vorgesehen sind, angetrieben durch
die Turbine, und zwar durch eine Turboladerwelle, verbunden mit
sowohl dem Turbinenrad als auch dem Kompressorrad. Die Drehung des
Kompressorrades ist in der Lage, Umgebungsluft in die Motorverbrennungskammern
mit einem höheren Druck zu drücken, als dies der
Motor ansonsten ansaugen kann, was allgemein als ”Boost
Pressure” oder Verstärkungsdruck bezeichnet wird.
Auf diese Weise wird eine größere Luftmasse und
Kraftstoffmischung im Motor erreicht, was eine größere
Motorausgangsleistung während der Verbrennung zur Folge
hat. Die Verstärkung der Motorausgangsgröße
ist direkt proportional zur Erhöhung der durch den Turboladerverstärkungsdruck
erzeugten Luftflusses.
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Der
Verstärkungsdruck des Turboladers kann moduliert oder eingestellt
werden, um die Ausgangsleistung zu optimieren, und zwar beispielsweise
da durch, dass man die Turbinengeometrie verändert. Einstellbare
Schaufeln sind an der Einlassdüse angeordnet, und können
dazu verwendet werden, den Abgasstrom über das Turbinenrad
zu verteilen. Die Schaufeln können inkremental weiter geöffnet werden,
um die Strömungsquerschnittsfläche zu erhöhen,
und um eine größere Gasströmung über
das Turbinenrad hinweg zu erreichen, wodurch erreicht wird, dass
sich das Turbinenrad mit einer niedrigeren Drehzahl dreht, und so
den Verstärkungsdruck absenkt. Alternativ können
die Schaufeln inkremental schmäler gemacht werden, um die
Strömungsquerschnittsfläche zu vermindern, und
um den Verstärkungsdruck zu erhöhen. Auf diese
Weise kann die Größe des Verstärkungsdrucks
durch den Turbolader reguliert werden, und zwar durch Veränderung
der Schaufelposition.
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Der
Turbolader mit einer variablen Turbinengeometrie kann auch dazu
vorgesehen sein, den Verbrennungsmotor zu bremsen. Während
des Bremsvorgangs können die Schaufeln in einer eingeschränkten
Position positioniert sein, in der die Strömungsquerschnittsfläche
reduziert wird, wodurch der Abgas- oder Ausstoßdruck oberhalb
der Turbine erhöht wird. Das Abgas kann mit einer erhöhten
Geschwindigkeit durch die Kanäle zwischen den Schaufeln
laufen, und die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads kann ansteigen.
Dadurch wird die Druckverstärkung des Kompressors vergrößert,
wodurch der Druck in der Einlassluft, geliefert an den Motor, erhöht
wird. Dies erhöht den Verstärkungsdruck des Kompressors,
wodurch der Druck in der an den Motor gelieferten Einlassluft ansteigt.
Daher erhalten die Motorzylinder einen erhöhten Ladungsdruck
an der Einlassseite, während die Ausstoß- oder
Abgasseite einen erhöhten Abgasdruck erfährt.
Während des Motorbetriebs müssen die Motorkolben
mehr Arbeit verrichten, beispielsweise dann, wenn ein höherer Druck
in der Auslassseite während der Kompression und der Ausstoßhübe
vorhanden ist. Auf diese Weise kann eine erhöhte Bremsung
erreicht werden, unter Verwendung eines Turboladers mit einer variablen Turbinengeometrie,
und durch Einstellen der Schaufeln auf eine eingeschränkte
Position.
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Ein
Verfahren zum Vorsehen des Bremsens unter Verwendung eines Turboladers
mit einer variablen Turbinengeometrie ist im
US-Patent 6,062.025 (dem '
025 -Patent), ausgegeben
an Okada et al beschrieben. Das '
025 -Patent
beschreibt ein Bremssystem, das einen Turbolader und eine Steuervorrichtung
aufweist und zwar zur Einstellung der Strömungsquerschnittsfläche
einer Turbine im Turbolader. Durch Unterbrechung einer Kraftstoffversorgung zum
Motor wird die in der Verbrennungskammer des Motors komprimierte
Luft abgegeben, wodurch eine Menge an Abgas, ausgegeben durch den
Motor, vermindert wird. Wenn die Abgasausgangsströmung durch
den Motor klein ist, so kann die Querschnittsfläche der
Turbine vermindert werden, um die Turbinendrehzahl zu erhöhen.
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Obwohl
das System des '
025 -Patents
gestatten kann, dass eine Vergrößerung der Turbinendrehzahl
erfolgt, selbst wenn die Menge an erzeugtem Abgas durch den Motor
abnimmt, so ist eine zusätzliche Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems
erforderlich, um die Kraftstoffversorgung zu der Verbrennungskammer
zu unterbrechen.
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Das
offenbarte System richtet sich auf die Überwindung von
einem oder mehreren der oben genannten Probleme.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt richtet sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Betrieb eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren umfasst Folgendes:
Komprimieren der Einlassluft unter Verwendung eines Kompressors,
Liefern der komprimierten Einlassluft an mindestens eine Verbrennungskammer
des Motors, Betreiben von mindestens einer Verbrennungskammer zur
Ausgabe von Abgas und Leiten des Abgases zu einem Einlass einer
Turbine, konfiguriert zum Antrieb eines Kompressors. Das Verfahren
weist auch Folgendes auf: Leiten des Abgases oder Ausstoßgases
von einem Auslass der Turbine zu einem Auslass oder Abgassystem, Bypassing
oder Umgehen von mindestens einem Teil der komprimierten Einlassluft,
um mindestens eine Verbren nungskammer, und Einsteller einer Geometrie
der Turbine von einer ersten Konfiguration zu einer zweiten Konfiguration.
Die Turbine ist in der zweiten Konfiguration dann, wenn mindestens
ein Teil der komprimierten Einlassluft um mindestens eine Verbrennungskammer
herumgeführt oder bypassed ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verbrennungsmotorsystem.
Das System weist mindestens einen Verbrennungszylinder auf, der
Abgas abgibt und ferner ist ein Turbolader vorgesehen. Der Turbolader
weist einen Kompressor auf, der konfiguriert ist zum Komprimieren
der Einlassluft, geliefert an mindestens einen Verbrennungszylinder
und eine Turbine, konfiguriert zum Antrieb des Kompressors. Die
Turbine besitzt eine variable Geometrie und ist konfiguriert zum Empfang
oder zur Aufnahme von Abgas von mindestens einem Verbrennungszylinder.
Das System weist auch einen Bypass- oder Umgehungsströmungspfad auf,
der gestattet, dass mindestens ein Teil der komprimierten Einlassluft
den mindestens einen Verbrennungszylinder umgibt, ferner ist ein
Abgas- oder Ausstoßsystem vorgesehen, und zwar konfiguriert
zum Empfang des Abgases oder Ausstoßgases von der Turbine
und schließlich ist eine Steuervorrichtung mit der Turbine
gekoppelt oder gekuppelt. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert
zur Einstellung der Geometrie der Turbine aus einer ersten Konfiguration
zu einer zweiten Konfiguration. Die Turbine ist in der zweiten Konfiguration
dann, wenn die komprimierte Einlassluft durch den Bypass- oder Umgehungsströmungspfad
geleitet wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor
und zwar zum Betrieb eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren umfasst
das Komprimieren der Einlassluft unter Verwendung eines Kompressors,
das Liefern der komprimierten Einlassluft zu mindestens einer Verbrennungskammer
des Motors, das Leiten von mindestens einem Teil der komprimierten
Einlassluft durch einen Bypass- oder Umgehungsströmungspfad
zu einem Abgas- oder Auslasssystem und schließlich den
Betrieb von mindestens einer Verbrennungskammer zum Ausgeben von
Abgas- oder Ausstoßgas. Das Verfahren weist auch Folgendes
auf: Leiten des Abgases zu einer Turbine, konfi guriert zum Antrieb
des Kompressors, Leiten des Abgases von der Turbine zu dem Abgassystem
und Aufrechterhaltung einer gewünschten Charakteristik
der Turbine durch Steuerung einer Größe der komprimierten
Einlassluft, geleitet an mindestens eine Verbrennungskammer.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaft offenbarten Verbrennungsmotors; und
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2 ist
ein Strömungsdiagramm unter Verwendung eines beispielhaft
offenbarten Verfahrens des Betriebs des Verbrennungsmotors der 1.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Turboladerbremssystems 10 für
ein leistungsbetriebenes System, wie beispielsweise (nicht gezeigte)
Maschine. Das Turboladerbremssystem 10 weist eine Leistungsquelle
auf. In dem beispielhaften Turboladerbremssystem 10 ist die
Leistungsquelle ein Verbrennungsmotor 20, beispielsweise
ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Gasbrennstoffmotor oder dergleichen,
oder irgendeine andere Maschine, wie sie dem Fachmann bekannt ist.
Alternativ kann die Maschine 20 eine andere Leistungsquelle
sein, wie beispielsweise ein Ofen oder eine andere geeignete Quelle
für Leistung für ein mit Leistung beliefertes
System, wie beispielsweise eine Fabrikkraftwerk oder ein Kraftwerk.
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Der
Motor 20 weist eine Vielzahl von Zylindern auf, deren jeder
eine Verbrennungskammer 22 definiert. Jeder Zylinder weist
mindestens einen Einlassanschluss (nicht gezeigt) auf, der geöffnet
und geschlossen werden kann, und zwar unter Verwendung einer Einlassventilanordnung
(nicht gezeigt) um komprimierte Einlassluft zu der Verbrennungskammer 22 zu
leiten, und ferner ist mindestens ein Abgas- oder Ausstoßanschluss
(nicht gezeigt) vorgesehen, der geöffnet und geschlossen
werden kann, unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Auslass- oder Ausstoßventilanordnung
zum Ausgeben von Abgasen oder Ausstoßgas von der Verbrennungskammer 22.
Der Motor 20 kann eine Einlasssammelleitung 26 aufweisen,
die komprimierte Einlassluft aufnimmt und gestattet, dass die komprimierte
Einlassluft zu den Verbrennungskammern 22 fließt.
Eine Auslasssammelleitung 28 kann Auslassgas oder Abgas
aufnehmen, das von dem Ausgang der Verbrennungskammer 22 geliefert
wird.
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In
dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Turboladerbremssystem 10 auch
ein Abgassystem 60 auf. Der Motor 20 und das Abgas-
oder Auslasssystem 60 können mit einem Steuersystem 30 verbunden
werden. Alternativ kann das Steuersystem 30 in den Motor 20 integriert
sein und/oder in das Abgassystem 60. Das Steuersystem 30 ist
in der Lage, Signale zum Motor 20 zu übertragen,
und auch zum Abgassystem 60, was unten beschrieben wird. Das
Steuersystem 30 kann beispielsweise ein elektronisches
Steuermodul (”ECM” = electronic control module)
sein, eine zentrale Prozessoreinheit, ein Personal-Computer, ein
Laptop-Computer oder irgendeine andere bekannte Steuervorrichtung.
Das Steuersystem 10 kann über Verbindungsleitungen 34 von
den unterschiedlichsten Quellen eine Eingangsgröße
empfangen, beispielsweise von einem Sensor 32, beispielsweise
konfiguriert zur Messung der Drehzahl und/oder anderer Betriebscharakteristika des
Motors 20. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist der Sensor 32 ein Motordrehzahlsensor, der die Motordrehzahl
abfühlt. Das Steuersystem 30 kann diese Eingangsgröße
verwenden, um ein Steuersignal, basierend auf einem voreingestellten
Steueralgorithmus zu steuern. Das Steuersignal kann von dem Steuersystem 30 auf
verschiedene Betätigungsvorrichtung (die unten im Einzelnen
beschrieben werden) über Verbindungsleitungen 34 übertragen
werden.
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Das
exemplarische Ausführungsbeispiel des Turboladerbremssystems 10 weist
auch ein Lufteinführ- oder Luftinduktionssystem auf. Das
Lufteinführsystem 40 empfängt frische
Einlassluft, beispielsweise von einem (nicht gezeigten) Luftreiniger
und/oder der Atmosphäre und liefert komprimierte Einlassluft an
die Verbrennungskammern 22. Beispielsweise kann das Lufteinlasssystem 40 einen
Kompressor 42 und einen oder mehrere Luftkühler 46 aufweisen.
Es wird ins Auge gefasst, dass zusätzliche Komponenten
in dem Lufteinlasssystem 40 vorgesehen sein können,
wie beispielsweise zusätzliche Ventile, ein oder mehrere
Luftreiniger, eine oder mehrere Ablassschleusen, ein Steuersystem
und andere Konfigurationen zur Einführung komprimierter
Einlassluft in die Verbrennungskammern 22.
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Der
Kompressor 42 kann konfiguriert sein zur Komprimierung
der von dem Lufteinlasssystem 40 empfangenen atmosphärischen
Luft und zwar auf einen vorbestimmten Druckpegel. Der Kompressor 42 kann
ein Kompressor mit fester Geometrie sein, ein Kompressor mit variabler
Geometrie oder irgendein anderer bekannter Kompressor.
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Der
Luftkühler 46 kann beispielsweise ein Luft-zu-Luft-Nachkühler
(”ATAAC” = air-to-air after-cooler) sein. Der
Luftkühler 46 kann strömungsmittelmäßig
verbunden sein mit einem Ausgang des Kompressors 42, und
zwar über einen Strömungsmittelkanal derart, dass
der Luftkühler 46 die komprimierte Einlassluft
vom Ausgang des Kompressors 42 kühlen kann. Der
Auslass des Luftkühlers 46 kann mit der Einlasssammelleitung 26 verbunden
sein, und zwar über einen Strömungsmittelkanal
derart, dass die Einlasssammelleitung 26 des Motors 20 gekühlte
und komprimierte Einlassluft von dem Lufteinlasssystem 40 empfängt.
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Der
Motor 20 gibt das Abgas über die Abgassammelleitung 28 an
das Abgassystem 60 über dem Strömungsmitteldurchlass
oder -kanal ab. Das Abgassystem 60 kann eine oder mehrere
Turbinen 62 aufweisen, sowie zusätzliche Komponenten,
wie beispielsweise ein Nachbehandlungssystem (aftertreatment system) 68 (beispielsweise
eine Emissionssteuervorrichtung, wie beispielsweise einen oder mehrere
Teilchenfilter, eine Regenerationsvorrichtung, eine Teilchenfalle,
einen Stickstoffoxid (NOx)-Adsorber, eine andere katalytische Vorrichtung
und dergleichen), eine Dämpfungsvorrichtung oder eine Maßnahme
zur Leitung des Abgasstromes aus dem Motor 20, wie dies
im Stand der Technik bekannt ist. Das Nachbehandlungssystem 68 kann
mit dem Ausgang der Turbine 62 über einen Strömungsmittelkanal
verbunden sein, um Abgasströmung von der Turbine 62 aufzunehmen.
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Wie
in dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt,
sind Kompressor 42 und Turbine 62 über
eine Welle 14 zur Bildung eines Turboladers 12 gekuppelt.
Der Turbolader 12 kann Energie aus dem Abgas entnehmen,
und diese Energie dazu verwenden, den Einlassladungsdruck zu verstärken (beispielsweise
den Druck des Verbrennungsgases). Die Turbine 62 ist zum
Antrieb des damit verbundenen Kompressors 42 konfiguriert
und weist eine variable Geometrieeinheit 64 auf. Die variable
Geometrieeinheit 64 besitzt wahlweise Merkmale wie diejenigen,
die mit im Handel verfügbaren Turbinen variabler Geometrie
assoziiert sind, beispielsweise kann die variable Geometrieeinheit 64 eine
einstellbare Schaufelanordnung aufweisen, die mehrfach einstellbare
Schaufeln 66 aufweist, und zwar zur Steuerung des Abgases über
die Turbine 62 hinweg, durch Steuerung der Strömungsquerschnittsfläche.
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Die
variable Geometrieeinheit 64 ist wahlweise an oder nahe
zu einem Auslasseinlass zur Turbine 62 positioniert. Abgas
vom Motor 20 geleitet zur Turbine 62 bewirkt die
Drehung der Welle 14, die ihrerseits den Kompressor 42 dreht.
Beim Drehen versieht der Kompressor 42 das Verbrennungsgas
mit Energie (beispielsweise die Einlassluft), um eine ”Verstärkung” in
dem Verbrennungsgasdruck (beispielsweise Kraft pro Einheitsfläche
oder Energie pro Einheitsvolumen) zu erzeugen, was üblicherweise als ”Verstärkungsdruck” bzw. ”Boost-Druck” bezeichnet
wird. Auf diese Weise kann der Turbolader 12 dabei helfen,
eine größere Verbrennungsgas- bzw. Abgasmasse
für den Motor 20 bereitzustellen, was zu einer
größeren Motorausgangsgröße
während der Verbrennung führen kann.
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Die
variable Geometrieeinheit 64 kann einen Betätigen
oder Aktuator 65 aufweisen, um die Position der einstellbaren
Schaufeln 66 zu steuern. Der Aktuator 65 kann
ein mechanischer Aktuator sein, der mechanisch die Position der
Schaufeln 66 ändert. Die Position der Schaufeln 66 kann
eingestellt werden, wie dies im Stand der Technik bekannt ist, um die
Strömung des Abgases über die Turbine 62 zu steuern,
beispielsweise um die Querschnittsfläche der Turbine 62 zu
verändern. Der Aktuator 65 ist in der Lage, Steuersignale
vom Steuersystem 30 aufzunehmen, und zwar über
die Kommunikations- oder Verbindungsleitung 34, beispielsweise
zur Einstellung der Position der Schaufeln 66. Durch Änderung der
Strömungsquerschnittsfläche der Turbine 62 kann
die Drehzahl der Turbine 62 eingestellt werden, und zwar
unabhängig von der an die Turbine 62 gelieferten
Abgasmenge. Beispielsweise gilt Folgendes: die Bewegung der Schaufeln 66 zu
der vollständig geschlossenen Position hin kann die Abgasströmung
mehr oder weniger tangential zur Turbine 62 richten, was
wiederum mehr Energie auf die Turbine 62 überträgt,
und infolgedessen den Kompressor 42 verstärkt.
Umgekehrt kann die Bewegung der Schaufeln 66 zur vollständig
offenen Position die Strömung des Abgases mehr radial zur
Turbine 62 leiten, was wiederum die Energie zur Turbine 62 reduziert
und infolgedessen die Kompressorverstärkung vermindert.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der variablen Geometrieeinheit
kann die Position der Schaufeln 66 kontinuierlich zwischen
einer vollständig offenen und einer vollständig
geschlossenen Position verändert werden, und die Schaufeln 66 können
auf eine unendlich große Anzahl von Positionen eingestellt
werden, wie beispielsweise die vollständig geschlossene
und vollständig offene Position, wie dies oben beschrieben
wurde. Das Steuersystem 30 kann Steuersignale zum Aktuator 65 senden,
beispielsweise periodisch zu regulären Zeitintervallen
und/oder nachdem ein vorbestimmtes Ereignis auftritt, um die Position
der Schaufeln 66 einzustellen.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die variable
Geometrieeinheit 64, die Position der Schaufeln 66 nur
festlegen (oder verriegeln) auf eine Position während des
Bremsens, beispielsweise eine eingeschränkte Position.
Beispielsweise vor oder während des Bremsens kann die Position
der Schaufeln 66 geändert werden von einer vollständig
offenen (oder im Wesentlichen offenen) Position zu der eingeschränkten
Position, beispielsweise eine Position zwischen der vollständig offenen
(oder im Wesentli chen offenen) und der voll geschlossenen Position.
Die Position der Schaufeln 66 in der eingeschränkten
Position kann spezifiziert werden durch einen Aktuatorbefehl von
dem Steuersystem 30 und kann eine Position sein, die eine
minimale Bremsfähigkeit wie unten beschrieben liefern. Wenn
somit die Schaufeln 66 sich in der völlig offenen
Position befinden, so kann der Aktuator 65 den Aktuatorbefehl
von dem Steuersystem 30 empfangen, um die Schaufeln 66 zu
der eingeschränkten Position zu bewegen, die durch das
Steuersystem 30 spezifiziert ist.
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Ein
Bypass- oder Umgehungsströmungspfad 50 kann mindestens
einen Teil der Strömung der komprimierten Einlassluft vom
Kompressor 42 zum Auslass- oder Abgassystem 60 leiten.
In dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel
leitet der Bypass-Strömungspfad 50 die Strömung
der komprimierten Einlassluft zu dem Nachbehandlungssystem 68,
welches eine Regenerationsvorrichtung (nicht gezeigt) aufweist.
Im Nachbehandlungssystem 68 kann die Strömung
der komprimierten Einlassluft mit dem Kraftstoff gemischt werden, der
in das Nachbehandlungssystem 68 eingespritzt wird, und
zwar unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Sodann kann die Regenerationsvorrichtung die Temperatur der Luftkraftstoffmischung
erhöhen, und zwar durch Zünden der Luftkraftstoffmischung
mit einem (nicht gezeigten) Zünder.
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Ein
Bypassventil 52 ist in dem Bypass-Strömungspfad 50 angeordnet
und kann betätigt werden um mindestens einen Teil der komprimierten
Einlassluft um den Motor 20 und die Turbine 62 herum
zu leiten, oder in einen Bypass zu führen. Das Bypassventil 52 kann
daher betätigt werden um eine Menge an komprimierter Einlassluft,
geliefert an die Einlasssammelleitung 26 und an die Verbrennungskammern 22 des
Motors 20 zu steuern. Das Bypassventil 52 kann
selektiv durch das Steuersystem 30, wie unten beschrieben,
betätigt werden. Das Bypassventil 52 kann ein
Drosselventil sein, ein Kolbenventil, ein Verschlussventil, ein ”Butterfly”-Ventil,
ein Rückschlagventil, ein Membranventil, ein ”Gate”-Ventil,
ein hin- und hergehendes Ventil, ein Kugelventil, ein ”Globe”-Ventil
oder irgendein anderes bekanntes Ventil. Das Bypassventil 52 kann
elektromagnetisch betätigt sein, hydraulisch betätigt
sein, pneumatisch betätigt sein oder in irgendeiner anderen
Art und Weise betätigbar sein.
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Das
Steuersystem 30 ist mit dem Bypassventil 52 verbunden,
und kann verwendet werden um die Menge an komprimierter Einlassluft,
geleitet zu dem Bypass-Strömungspfad 50 zu steuern,
um dadurch die Menge an komprimierter Luft zu steuern, die an die
Verbrennungskammern 22 geliefert wird. Das Bypassventil 52 kann
normalerweise geschlossen sein, und kann betätigt werden
um während des Bremsbetriebs zu öffnen. Das Bypassventil 52 kann betätigt
oder in anderer Weise beispielsweise durch einen Elektromagneten
oder eine andere Betätigungsvorrichtung wie sie im Stand
der Technik bekannt ist (nicht gezeigt) gesteuert werden. Das Bypassventil 52 ist
in der Lage, Steuersignale zu empfangen, und zwar von dem Steuersystem 30 über
die Verbindungsleitung 34, beispielsweise um das Bypassventil 52 zu
betätigen.
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Das
Steuersystem 30 kann mit mindestens einer Bedienungspersoneingabevorrichtung 36 verbunden
sein, die gestattet, dass eine Bedienungsperson einen Bedienungspersoneingangsbefehl
eingibt, und zwar unter der Verwendung von einer oder mehreren Steuervorrichtungen,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise von einem
oder mehreren Pedalen, Schaltern, Drehknöpfen, Klappbetätigern,
Joysticks usw. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel
kann der Betätigungspersoneingabebefehl eine Aktivierung
des Turboladerbremssystems 10 anzeigen. Beispielsweise
kann die Bedienungspersoneingabevorrichtung 36 Folgendes sein:
ein Ein-/Ausschalter zur Aktivierung oder Deaktivierung des Bremsbetriebs.
Alternativ kann der Betätigungspersoneingabebefehl eine
erwartete oder gewünschte Motordrehzahl und/oder Beschleunigung
anzeigen.
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2 veranschaulicht
ein Flussdiagramm, welches ein weiteres exemplarisches Verfahren zeigt,
und zwar zur Modulation des Turboladerbremsens unter Verwendung
des beispielhaften Turboladerbremssystems 10 gemäß 1.
Das Verfahren zum Modulieren des Bremsbetriebs beginnt mit Schritt 100 und
schreitet zu Schritt 102 fort, wo das Steuersystem 30 von
der Benutzereingangsvorrichtung 36 den Benutzereingangsbefehl
empfängt, und zwar zur Aktivierung des Bremsbetriebs. Sodann
im Schritt 104 empfängt das Steuersystem 30 ein
Signal vom Sensor 32, welches eine oder mehrere Motorbetriebsbedingungen
oder -zustände anzeigt, wie beispielsweise die Motordrehzahl,
und zwar gemessen durch den Sensor 32.
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Das
Bypass- oder Umgehungsventil 52 kann sich in einer vollständig
(oder im Wesentlichen) geschlossenen Position befinden. Demgemäß ist
es der komprimierten Einlassluft nicht gestattet durch den Bypass-Strömungspfad 50 zu
fließen oder die Einlassluft wird im Wesentlichen daran
gehindert durch den Bypass-Strömungspfad 50 zu
fließen. Im Schritt 106 bestimmt das Steuersystem 30 einen
Ventilbefehl, der eine erwünschte oder erwartet Position
des Bypassventils 52 anzeigt, und zwar zur Öffnung
des Bypassventils 52. Die gewünschte oder Soll-Position des
Bypassventils 52 kann eine vollständig offene oder
vollständig geschlossene Position oder irgendeine andere
Position dazwischen sein. Die Soll-Position des Bypassventils 52 kann
bestimmt werden, basierend auf einem oder mehreren Motorbetriebszuständen,
beispielsweise den Motorbetriebszuständen gemessen im Schritt 104,
wie beispielsweise der gemessenen Motordrehzahl. Ferner kann das
Steuersystem 30 mit einer oder mehreren Mappings oder Karten
programmiert sein, um die Soll-Position des Bypassventils 52 zu
bestimmen. Die Mappings oder Karten können durch Experimente
erzeugt werden, und können die Soll-Position des Bypassventils 52 mit
einem oder mehreren Motorbetriebsparametern (beispielsweise der
gemessenen Motordrehzahl) in Beziehung setzen oder eine oder mehrere
Betriebscharakteristika der Turbine 62 (beispielsweise
dem vorhergesagten Druckabfall an der Turbine 62, der Geometrie
der Turbine 62), und/oder andere Betriebsparameter, die
sich auf den Motor 20 usw. beziehen. Beispielsweise können
Experimente durchgeführt werden zur Bestimmung der Soll-Ventilposition,
um eine maximale Bremskapazität vorzusehen, beispielsweise
dann, wenn der Druckabfall an der Turbine 62 größer
ist als eine vorbestimmte Schwelle oder innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs liegt. Diese Bestimmung kann auch von der gemessenen Motordrehzahl
und/oder Geometrie der Turbine 62 abhängen.
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Im
Schritt 108 schickt das Steuersystem 30 den Ventilbefehl
an das Umgehungsventil 52, um das Bypassventil 52 zu öffnen.
Infolgedessen kann mindestens ein Teil der komprimierten Einlassluft
durch den Bypass-Strömungspfad 50 zu dem Nachbehandlungssystem 68 im
Abgassystem 60 laufen, wodurch die Menge an komprimierter
Einlassluft geliefert an den Motor 20 abgesenkt wird.
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Die
Schaufeln 66 der Turbine 62 können in einer
vollständig (oder im Wesentlichen) offenen Position positioniert
sein. Im Schritt 110 bestimmt das Steuersystem 30 einen
Aktuator- oder Betätigungsbefehl für den Aktuator 65,
und zwar eine gewünschte (oder erwartete) Position der
Schaufeln 66 beispielsweise eine eingeschränkte
Position anzeigend. Die gewünschte oder Soll-Position der
Schaufeln 66 kann eine vollständig offene oder
vollständig geschlossene Position oder irgendeine andere
Position dazwischen sein. Die Soll-Position der Schaufeln 66 kann
bestimmt werden basierend auf einem oder mehreren der Motorbetriebszustände
beispielsweise den Motorbetriebszuständen gemessen im Schritt 104 (beispielsweise
die gemessene Motordrehzahl), einem Parameter, der in Beziehung
steht mit der Menge an komprimierter Einlassluft geliefert an den Motor 20 (beispielsweise
der gewünschten Position des Bypassventils 52 bestimmt
im Schritt 106, einer Strömungsrate durch den
Bypassströmungspfad 50), usw. Fernerhin kann das
Steuersystem 30 mit einer oder mehrerer Karten (Mappings)
programmiert sein, um die Soll-Position der Schaufeln 66 zu
bestimmen. Die Karten können durch Experimente geschaffen werden
und können die Soll-Position der Schaufeln 66 mit
einem oder mehreren der Motorbetriebsparameter (beispielsweise der
gemessenen Motordrehzahl), einer oder mehrere der Betriebscharakteristika des
Bypass-Strömungspfads 50 (beispielsweise der gewünschten
oder Soll-Position des Bypassventils 52, der Strömungsrate
durch den Bypasspfad 50) oder einer oder mehrerer Betriebscharakteristika
der Turbine 62 (beispielsweise dem vorhergesagten Druckabfall
an der Turbine 62, der Geometrie der Turbine 62),
und/oder andere Betriebsparameter, die sich auf den Motor 20 usw.
beziehen in Beziehung gesetzt werden. Beispielsweise können
Experimente durchgeführt werden, um die gewünschte
Ventilposition bzw. Soll-Ventilposition zum Liefern maximaler Bremskapazität
zu bestimmen, beispielsweise dann, wenn der Druckabfall an der Turbine 62 höher
ist als eine vorbestimmte Schwelle oder innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs liegt. Diese Bestimmung kann auch von der gemessenen Motordrehzahl und/oder
der Geometrie der Turbine abhängen.
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Im
Schritt 108 schickt das Steuersystem 30 den Ventilbefehl
zu dem Bypassventil 52, um das Bypassventil 52 zu öffnen.
Infolgedessen kann mindestens ein Teil der komprimierten Einlassluft
durch den Bypass-Strömungspfad 50 zu dem Nachbehandlungssystem 68 im
Abgassystem fließen, wodurch die Menge an zum Motor 20 gelieferter
komprimierter Einlassluft abgesenkt wird.
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Die
Schaufeln 66 der Turbine 62 können in einer
vollständig (oder im Wesentlichen vollständig) offene
Position (Öffnungsposition) positioniert sein. Im Schritt 110 bestimmt
das Steuersystem 30 einen Aktuatorbefehl für den
Aktuator 65, und zwar eine gewünschte (oder erwartete)
Position der Schaufeln 66, beispielsweise eine eingeschränkte
Position, anzeigend. Die gewünschte oder Soll-Position
der Schaufeln 66 kann eine vollständig offene
oder vollständig geschlossenen Position oder irgendeine
andere Position dazwischen sein. Die Soll-Position der Schaufeln 66 kann
bestimmt werden basierend auf einem Motorbetriebszustand oder auf
mehreren Motorbetriebszuständen beispielsweise den Motorbetriebszuständen
gemessen im Schritt 104 (beispielsweise der gemessenen
Motordrehzahl), einem Parameter in Beziehung stehend mit der Größe
oder Menge der an den Motor 20 gelieferten Luft (beispielsweise
der Soll-Position des Bypass-Ventils 52 bestimmt im Schritt 106,
einer Strömungsrate durch den Bypass-Strömungspfad 50)
usw. Ferner kann das Steuersystem 30 mit einer oder mehrerer
Karten (Mappings) programmiert sein, und zwar zur Bestimmung der
Sollposition der Schaufeln 66. Die Karten können durch
Experimente erzeugt werden und können in Beziehung setzen
die Soll-Position der Schaufeln 66 mit einem oder mehreren
Motorbe triebsparametern (beispielsweise der gemessenen Motordrehzahl),
einer oder mehrerer Betriebscharakteristika des Bypass-Strömungspfads 50 (beispielsweise
der Soll-Position des Bypass-Ventils 52, einer Strömungsrate
durch den Bypass-Strömungspfad 50), eine oder
mehrere Betriebscharakteristika der Turbine 62 (beispielsweise
des vorhergesagten Druckabfalls an der Turbine 62, der
Geometrie der Turbine 62), und/oder anderer Betriebsparameter,
die sich auf den Motor 20 usw. beziehen. Beispielsweise
können Experimente durchgeführt werden, um die
gewünschte oder Soll-Position der Turbinenschaufeln 66 zu
bestimmen, und zwar zur Vorsehen einer maximalen Bremskapazität,
beispielsweise dann, wenn der Druckabfall an der Turbine 62 größer
ist als eine vorbestimmte Schwelle oder innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs liegt. Diese Bestimmung kann auch abhängen von
der Position des Bypass-Ventils 52 und/oder der Geometrie
der Turbine 62. Beispielsweise können die Schaufeln 66 auf
eine geschlossenere oder mehr geschlossene Position dann eingestellt
werden, wenn das Bypassventil 52 auf eine offenere oder
mehr offene Position eingestellt ist. Auf diese Weise können
sowohl die Soll-Position des Bypass-Ventils 52 als auch
der vorhergesagte Druckabfall an der Turbine 62 basierend
auf der gemessenen Motordrehzahl bestimmt werden.
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Im
Schritt 112 schickt das Steuersystem 30 den Aktuatorbefehl
an den Aktuator 45, um die Schaufeln 66 auf der
gewünschten oder Soll-Einschränkposition zu positionieren.
Alternativ kann das Steuersystem 30 den Aktuatorbefehl
bestimmen (und/oder den Aktuatorbefehl zum Aktuator 65 schicken),
und zwar vor oder gleichzeitig wenn der Ventilbefehl bestimmt wird
(und/oder den Ventilbefehl zum Bypassventil 52 schicken).
Mit in der eingeschränkten Position positionierten Schaufeln 66 ist die
Strömungsquerschnittsfläche der Turbine 62 kleiner
als die Strömungsquerschnittsfläche dann ist, wenn
die Schaufeln 66 auf eine voll geöffnete Position
eingestellt sind. Durch Verringerung der Strömungsquerschnittsfläche
der Turbine 62 kann die Drehzahl der Turbine 62 relativ
hoch bleiben, selbst wenn die an die Turbine 62 gelieferte
Abgasmenge abgenommen hat (infolge des Teils der komprimierten Einlassluft,
die durch den Bypass-Strömungspfad 50 zum Ab gassystem 60 geleitet
wurde, wodurch Motor 20 und Turbine 62 umgangen
werden). Durch Aufrechterhaltung einer relativ hohen Drehzahl der Turbine 62 bleiben
der Druckabfall der Turbine 62 und der Verstärkungsdruck
des Kompressors 42 relativ hoch. Ferner gilt, dass dann,
wenn die Schaufeln 66 sich in der eingeschränkten
Position befinden und das Bremsen am Motor 20 durchgeführt
wird dadurch die Motordrehzahl verringert wird und eine Bremskraft
für die Maschine erzeugt wird.
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Im
Schritt 114 bestimmt das Steuersystem 30 ob der
Bremsvorgang beendet werden soll. Beispielsweise kann das Steuersystem 30 Von
der Benutzereingabevorrichtung 36 ein Benutzereingabebefehl
empfangen, und zwar zum Deaktivieren des Bremsvorgangs, und/oder
das Steuersystem 30 kann einen vorbestimmten Zustand detektieren,
beispielsweise dass die Motordrehzahl unter eine vorbestimmte Schwelle
(Schritt 114; ja) abgefallen ist. Die Steuerung schreitet
dann zum Schritt 122 weiter und das Verfahren zu Modelation
des Bremsbetriebs ist vollständig.
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Das
Steuersystem 30 kann bestimmen, den Bremsvorgang (nach
Schritt 114; nein) nicht zu beenden. Beispielsweise kann
das Steuersystem 30 bestimmen, dass der Betriebseingangsbefehl,
der den Bremsvorgang deaktiviert noch nicht von der Benutzereingangsvorrichtung 36 empfangen
wurde, und/oder dass das Steuersystem noch nicht den vorbestimmten
Zustand detektiert hat. Sodann empfängt das Steuersystem 30 im
Schritt 116 ein weiteres Signal vom Sensor 32,
welches einen oder mehrere Motorbetriebszustände wie beispielsweise
die Motordrehzahl gemessen durch den Sensor 32 anzeigt.
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Im
Schritt 118 bestimmt das Steuersystem 30 einen
Ventilbefehl, der eine gewünschte (oder erwartete Position)
des Bypassventils 52 anzeigt, beispielsweise einen Ventilbefehl
zur mindestens teilweisen Schließung oder mindestens teilweisen Öffnung
des Bypassventils 52. Die gewünschte oder Soll-Position
des Bypassventils 52 kann die vollständig geschlossene
Position sein, die vollständig offene Position oder irgendeine
andere Position zwischen der vollständig offenen und den
vollständig geschlossenen Positionen. Die gewünschte
Position des Bypassventils 52 kann bestimmt werden, basierend
auf den Parametern und unter Verwendung der Karten (mappings) wie
dies oben unter Bezugnahme auf den Schritt 106 beschrieben
wurde.
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Im
Schritt 120 schickt das Steuersystem 30 den Ventilbefehl
an das Bypassventil 52, um das Bypassventil 52 einzustellen.
Beispielsweise kann der Ventilbefehl dazu verwendet werden, um das
Bypassventil 42 zur vollständig geschlossenen
Position hin einzustellen, wenn die Motordrehzahl abgenommen hat.
Demgemäß kann eine geringere Menge der komprimierten
Einlassluft gestattet werden durch den Bypass-Strömungspfad 50 zu
fließen, wodurch die Menge komprimierter an den Motor 20 gelieferter
Luft ansteigt. Da die Menge der an den Motor 20 gelieferten
Einlassluft ansteigt, kann die Menge des durch den Motor 20 erzeugten
Abgases ansteigen. In der Zwischenzeit hat die Motordrehzahl abgenommen und
die Schaufeln 66 der Turbine 62 bleiben in der eingeschränkten
Position. Obwohl die Motordrehzahl abgenommen hat und die Strömungsquerschnittsfläche
der Turbine 62 konstant verbleibt (da die Position der
Schaufeln 66 ungeändert ist), kann die Drehzahl der
Turbine 62 relativ hoch bleiben, da eine größere Menge
an Abgas an die Turbine 62 geliefert wird. Infolgedessen
können der Druckabfall der Turbine 62 und der
Verstärkungsdruck des Kompressors 42 relativ hoch
verbleiben.
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In
einigen Situationen kann die Motordrehzahl während des
Bremens ansteigen, beispielsweise dann, wenn ein Getriebe der Maschine
herabschaltet, wenn die Maschine beispielsweise abwärts fährt,
usw. In derartigen Situationen kann der Ventilbefehl dazu verwendet
werden, um das Bypassventil 52 zur vollständig
offenen Position hin einzustellen. Demgemäß kann
einer größere Menge an komprimierter Einlassluft
gestattet werden durch den Bypass-Strömungspfad 50 zu
fließen, wodurch die Menge an komprimierter Einlassluft
geliefert an den Motor 20 abnimmt. Die Menge an Abgas erzeugt durch
den Motor kann jedoch ansteigen, da die Motordrehzahl angestiegen
ist. Darüber hinaus kann die Menge an Abgas erzeugt durch
den Motor 20 ansteigen während die Strömungsquerschnittsfläche
der Turbine 62 konstant bleibt (da die Position der Schaufel 66 nicht
geändert ist). Demgemäß kann die Drehzahl
der Turbine 62 relativ hoch bleiben und infolgedessen kann
der Druckabfall der Turbine 62 und der Verstärkungsdruck
des Kompressors 42 relativ hoch bleiben.
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Die
Steuerung schaltet dann zum Schritt 114 weiter und das
Steuersystem 30 bestimmt, ob der Bremsvorgang wie oben
beschrieben beendet werden soll. Wenn dies der Fall ist (Schritt 114;
ja) dann schreitet die Steuerung zum Schritt 122 und das
Verfahren zur Modulation des Bremsbetriebs ist vollendet. Wenn dies
nicht der Fall ist (Schritt 14; nein) so bestimmt das Steuersystem 30 die
Motordrehzahl (Schritt 116) und eine Soll-Bypassventilposition (Schritt 118)
und setzt die Einstellung der Bypassventilposition (Schritt 120)
fort, und sodann erfolgt wiederum die Bestimmung, ob der Bremsvorgang (Schritt 114)
beendet werden soll.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Verfahren zum Modulieren oder Einstellen des Turbolader-Bremsvorgangs
kann auf ein mit Leistung versorgendes System angewandt werden,
das einen Turbolader aufweist. Das offenbarte Verfahren kann eine
erhöhte Bremskapazität für einen Verbrennungsmotor über
einen großen Bereich von Motordrehzahlen hinweg vorsehen.
Das Verfahren zur Modulation des Turboladerbremsens wird nunmehr
erläutert.
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Ein
Teil der Einlassluft kann durch den Kompressor 42 komprimiert
werden, der durch die von Abgas angetriebene Turbine 62 angetrieben
wird. Die komprimierte Einlassluft kann zu dem Luftkühler 46 geleitet
werden, wo die komprimierte Luft gekühlt wird. Die gekühlte
und komprimierte Einlassluft wird sodann zum Motor 20 geleitet
und das durch den Motor 20 ausgestoßene Abgas
treibt die Turbine 62 an, und wird zu dem Nachbehandlungssystem 68 geleitet.
Wenn der Bremsvorgang deaktiviert wird, so kann das Bypassventil 52 in
der vollständig geschlossenen Position sein, wodurch verhindert
wird, dass irgendwelche komprimierte Einlassluft in den Bypass-Strömungspfad 50 eintritt,
derart, dass die gesamte komprimierte Einlassluft zum Motor 20 geleitet wird.
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Wenn
der Bremsvorgang aktiviert wird, beispielsweise durch einen Benutzereingabebefehl, empfangen
durch eine Benutzereingabevorrichtung 36, so kann die Motordrehzahl
unter Verwendung des Motordrehzahlsensor 32 bestimmt werden.
Das Steuersystem 30 kann das Bypassventil 52 dadurch öffnen,
dass ein Signal zum Ventil 52 gesandt wird, welches die
gewünschte oder Soll-Ventilposition anzeigt. Die durch
den Bypass-Strömungspfad 50 geleitete komprimierte
Einlassluft kann an das Nachbehandlungssytem 68 geliefert
und darin verwendet werden. Auf diese Weise kann die an den Motor 20 gelieferte
Menge an komprimierter Einlassluft abnehmen und weniger Abgas kann
durch den Motor 20 erzeugt werden, und wird an die Turbine 62 geliefert. Das
Steuersystem 30 kann auch die Schaufeln 66 der
Turbine 62 auf eine eingeschränkte Position einstellen.
Abgas kann sich stromabwärts gegenüber der Turbine 62 aufbauen,
wodurch der Unterdrucksetzung der Luft während des Kompressionshubs des
Motors 20 Widerstand entgegensetzt wird, und/oder dem Austritt
von Abgas aus dem Motorzylindern Widerstand entgegengesetzt wird,
und zwar während des Ausstoßhubs des Motors 20,
was auch den Motor 20 verlangsamen kann. Es ist mehr Arbeit erforderlich,
um das Abgas durch die Turbine 62 zu leiten. Wenn sich
daher die Schaufeln 66 in der eingeschränkten
Position befinden, so kann eine vergrößerte Bremskapazität
vorhanden sein. Infolgedessen kann bei höheren Motordrehzahlen
das Bypassventil 52 geöffnet werden, und die Ventile 66 der
Turbine 62 können auf eine eingeschränkte
Position eingestellt werden, um einen hohen Druckabfall an der Turbine 62 beizubehalten,
während eine erhöhte Bremskapazität vorgesehen
wird. Anders ausgedrückt gilt folgendes: Bei höheren
Drehzahlen kann einer relativ großer Druckabfall an der
Turbine 42 aufrecht erhalten werden, und zwar durch Vermindern
der Querschnittsfläche der Turbine 62 selbst dann,
wenn die Menge an Abgas geliefert an die Turbine 62 verringert
wird. Die Motordrehzahl kann dann abnehmen, während die
Turbinenschaufeln 66 in der eingeschränkte Position
verbleiben. Wenn die Motordrehzahl abnimmt, so kann das Steuersystem 30 periodisch
die Motordrehzahl unter Verwendung des Sensors 32 überwachen.
Basierend auf der gemessenen Motordrehzahl kann das Steuersystem 30 die
Position des Bypassventils 52 einstellen, und zwar durch Schließen
des Ventils inkremental derart, dass das Bypassventil 52 in
die vollständig geschlossene Position gebracht werden kann.
Die Position des Bypassventils 52 kann beispielsweise basierend
auf der eingeschränkten Position der Schaufeln 66 und
der gemessenen Motordrehzahl bestimmt werden. Demgemäß kann
mehr komprimierte Eingangsluft in den Motor 20 geliefert
werden und daher kann mehr Abgas durch den Motor 20 erzeugt
und zur Turbine 62 gesandt werden. Auf diese Weise wird
bei niedrigen Motordrehzahlen die Menge an komprimierter Eingangsluft
geliefert zum Motor 20 vergrößert, während die
Turbinenschaufeln 66 in der eingeschränkten Position
verbleiben, um ein einen hohen Druckabfall an der Turbine 62 beizubehalten.
Anders ausgedrückt kann bei niedrigeren Motordrehzahlen
ein relativ großer Druckabfall an der Turbine 62 aufrecht
erhalten werden, und zwar durch inkrementelles Vergrößern der
Menge an Massenströmung geliefert an den Motor 20 selbst,
wenn die Strömungsquerschnittsfläche der Turbine 62 die
gleiche bleibt und die Motordrehzahl vermindert wird. Gleichzeitig
kann die Bremskapazität maximiert werden.
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Alternativ
kann die Motordrehzahl ansteigen, während die Motorschaufeln 66 in
der eingeschränkten Position sich befinden, beispielsweise
dann, wenn das Getriebe herabgeschaltet wird, und/oder wenn die
Maschine abwärts fährt. Wenn die Motordrehzahl
ansteigt, so kann das Steuersystem 30 periodisch die Motordrehzahl
unter Verwendung des Sensors 32 überwachen. Basierend
auf der gemessenen Motordrehzahl kann das Steuersystem 30 die Position
des Bypassventils 52 einstellen, und zwar durch Öffnen
des Ventils 52 in inkrementeller Weise. Die Position des
Bypassventils 52 kann beispielsweise basierend auf der
eingeschränkten Position der Schaufeln 66 bestimmt
werden und ferner basierend auf der gemessenen Motordrehzahl. Obwohl
weniger komprimierte Eingangsluft an den Motor 20 geliefert werden
kann, hat sich die Motordrehzahl erhöht, wodurch die Strömung
des Abgases erzeugt durch den Motor 20 ansteigt und zur
Turbine 62 geschickt wird. Auf diese Weise kann bei höheren
Motordrehzahlen ein hoher Druckabfall an der Turbine 62 aufrecht
erhalten werden, da die Strömung von Abgas erzeugt durch
den Motor 20 ansteigen kann. Darüber hinaus kann
dieser hohe Druckabfall an der Turbine 62 aufrecht erhalten
werden, obwohl die Menge an komprimierter Einlassluft geliefert
an den Motor 20 abnehmen kann und die Turbinenschaufeln 66 können
in der eingeschränkten Position verbleiben. Gleichzeitig kann
die Bremskapazität maximiert werden.
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Bei
einigen Turboladern kann die Position der Schaufeln 66 in
der Turbine 62 nicht kontinuierlich während des
Bremsens moduliert bzw. eingestellt werden. Beispielsweise kann
die Position der Schaufeln 66 nur in einer Position während
des Bremsens verriegelt werden. Somit, wie oben beschrieben, kann
nachdem das Bremsen durch den Benutzer über die Benutzereingangsvorrichtung 36 initiiert
ist, das Bypassventil 52 geöffnet werden und die
Schaufeln 66 können in die eingeschränkte
Position bewegt und darin verriegelt werden, beispielsweise eine
Position, die einen hohen Druckabfall an der Turbine 62 bei
hoher Motordrehzahl vorsieht wie dies unter Verwendung der Karten
gespeichert im Steuersystem 30, bestimmt wird. Obwohl die
eingeschränkte Position einen hohen Druckabfall an der Turbine 62 erzeugen
kann, und eine maximale Bremsfähigkeit bei hohen Motordrehzahlen,
kann sie eine begrenzte Bremsfähigkeit vorsehen, wenn die Motordrehzahl
abnimmt. Daher kann die Position des Bypassventils 52 wie
oben beschrieben moduliert werden, um die Menge der komprimierten
Einlassluft geliefert an den Motor 20 zu erhöhen,
wodurch die Menge an durch den Motor 20 erzeugten Abgas
erhöht wird. Durch Vergrößern der Abgasmenge,
die zur Turbine 62 geleitet wird, wenn die Motordrehzahl abnimmt
und während die Strömungsquerschnittsfläche
der Turbine 62 konstant gehalten wird (da die Schaufeln 66 in
der eingeschränkten Position verriegelt sind), bleibt die
Drehzahl der Turbine 62 relativ hoch. Auf diese Weise kann
der hohe Druckabfall an der Turbine 62 aufrecht erhalten
werden, während des Übergangs von einer höheren
Motordrehzahl zu einer niedrigeren Motordrehzahl. Demgemäß kann eine
erhöhte Bremskapazität über einen weiten
Bereich von Motordrehzahlen hinweg aufrecht erhalten werden, selbst
in Turboladern, die nicht in der Lage sind kontinuierlich moduliert
zu werden. Das Bypassventil 52 gestattet die Modulation
der Mas senströmungsmenge geliefert an den Motor 20 und
geleitet von dem Motor 20 zur Turbine 62. Diese
Modulation der Massenströmung sieht eine zusätzliche
Flexibilität vor, um eine optimale Bremsperformance über
einen weiten Bereich von Motordrehzahlen hinweg zu gestatten, anstelle
einer Einschränkung auf eine einzige Motordrehzahl. Diese
Optimierung der Bremsperformance kann selbst dann ausgeführt
werden, wenn die Schaufeln 66 auf einer einzigen Position während
des Bremsvorgangs verriegelt sind.
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Das
Steuersystem 30 bestimmt die Soll-Ventilposition des Bypassventils 52 und/oder
die Soll-Schaufelposition der Turbinenschaufeln 66. Die Soll-Ventilposition
und/oder -Schaufelposition zur Ereichung einer hohen Bremskapazität
kann bestimmt werden durch Experimentation und Speicherung im Steuersystem 30 unter
Verwendung von einer oder mehreren Karten (Mappings). Auf diese
Weise kann das Steuersystem 30 eine optimale Soll-Ventilposition
des Bypassventils 52 und/oder eine Soll-Ventilposition
der Turbinenschaufeln 66 während des Bremsvorgangs
bestimmen, und das Steuersystem kann in Realzeit die Bestimmung
vornehmen, und zwar basierend auf einer oder mehrerer Variablen,
wie beispielsweise der gemessenen Motordrehzahl, der Geometrie der
Turbine 62 usw.
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Der
Fachmann erkennt, dass verschiedene Modifikationen und Abwandlungen
eines Verfahrens zum Modulieren des Turboladerbremsens vorgenommen
werden können. Andere Ausführungsbeispiele ergeben
sich für den Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung
und der Anwendung des offenbarten Verfahrens zum Modulieren des
Turboladerbremsens. Die Beschreibung und die Beispiele sind nur
als Beispiele zu verstehen, wobei die Ansprüche und ihre Äquivalente
den wahren Erfindungsbereich definieren.
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Zusammenfassung
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Verfahren zum Modellieren des Turboladerbremsens
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Ein
Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors 20 weist
folgendes auf: Komprimieren von Einlassluft unter Verwendung eines
Kompressors 42 und Liefern der komprimierten Einlassluft
an mindestens eine Verbrennungskammer 22 des Motors. Betreiben
der mindesten einen Verbrennungskammer zur Ausgabe von Abgasen und
Leiten des Abgases zu einem Einlass einer Turbine 62 konfiguriert
zum Antrieb des Kompressors. Das Verfahren umfasst auch das Leiten
des Abgases von einem Auslass der Turbine zu einem Abgassystem 60,
das Herumleiten von mindestens einem Teil der komprimierten Einlassluft,
um die mindestens eine Verbrennungskammer herum und das Einstellen
einer Geometrie der Turbine von einer ersten Konfiguration zu einer
zweiten Konfiguration. Die Turbine ist dann in der zweiten Konfiguration,
wenn der mindestens Teil der komprimierten Einlassluft um die mindestens eine
Verbrennungskammer herumgeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6062025 [0005, 0005, 0005, 0006]