DE112016002339T5

DE112016002339T5 - Hydrodynamische Retardervorrichtung

Info

Publication number: DE112016002339T5
Application number: DE112016002339.1T
Authority: DE
Inventors: Johnny FÄRM
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2018-02-15
Also published as: WO2016209149A1; SE1550887A1; SE539583C2; CN107709723A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Retardervorrichtung, die einen Rotor (20) und einen Stator (42), die zusammen einen Arbeitsraum (44) bilden, der mit einem ersten Flüssigkeitskreislauf (49) verbunden ist, und ein erstes Ausdehnungsgefäß (72) das mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf (49) verbunden ist, umfasst. Ein zweites Ausdehnungsgefäß (73) ist mit dem Arbeitsraum (44) verbunden, wobei das zweite Ausdehnungsgefäß (73) angeordnet ist, um dem Arbeitsraum (44) Flüssigkeit (46) zuzuführen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug (1), das eine derartige Retardervorrichtung (2) umfasst. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Retardervorrichtung (2).

Description

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Retardervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Fahrzeug, das eine derartige hydrodynamische Retardervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15 umfasst, und ein Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Retardervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.
Eine hydrodynamische Retardervorrichtung ist angeordnet, um eine Antriebsquelle, wie beispielsweise eine Gelenkwelle in einem Fahrzeug, zu bremsen. Der Retarder wird häufig als Hilfsbremse verwendet, welche die Radbremsen des Fahrzeugs ergänzt. Auf diese Weise wird eine übermäßige Abnutzung der Radbremsen vermieden. Der Retarder umfasst einen Rotor und einen Stator, die zusammen einen Arbeitsraum bilden, der eine toroidförmige geometrische Form aufweist. Der Arbeitsraum muss so schnell wie möglich mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, Kühlmittel oder Öl gefüllt werden, wenn ein Bremsmoment von dem Retarder angefordert wird. Ein langsames Füllen führt zunächst zu einem Fehlen eines Bremsmoments von dem Retarder, was zu einer übermäßigen Benutzung der Radbremsen des Fahrzeugs führt, da die Radbremsen verwendet werden, um das Fahrzeug zu bremsen, bevor der Retarder ein ausreichendes Drehmoment liefert. Dies zur kann zu einer unnötigen Abnutzung der Radbremsen führen.
Eine hydrodynamische Retardervorrichtung wird üblicherweise verwendet, um das Fahrzeug bei hohen Bremsmomenten oder während einer langen Dauer des Bremsprozesses, z. B. beim Fahren auf einer Gefällstrecke, zu bremsen. Ist der Retarder aktiviert, sind die Radbremsen nicht aktiviert. Somit werden die Radbremsen des Fahrzeugs nicht einer unnötigen Abnutzung ausgesetzt.
Wenn Wasser oder Kühlmittel als Flüssigkeit in dem Arbeitsraum verwendet wird, wird das Bremsmoment mithilfe der in den Arbeitsraum gefüllten Wasser- oder Kühlmittelmenge gesteuert. Hohe Bremsmomente, die von dem Retarder ausgeübt werden, werden erreicht, wenn der Arbeitsraum vollständig oder im Wesentlichen vollständig mit Wasser oder Kühlmittel gefüllt ist. Die Flüssigkeitsmenge in dem Arbeitsraum wird mithilfe von einem oder einer Anzahl von Drosselventilen gesteuert, die in einem Flüssigkeitskreislauf, der mit dem Arbeitsraum verbunden ist, angeordnet sind. Der Druck innerhalb des Arbeitsraums steigt, wenn der Flüssigkeitsstrom aus dem Arbeitsraum gedrosselt wird. Wenn das Drosselventil in einem Auslasskanal von dem Arbeitsraum geöffnet wird, sinkt die Flüssigkeitsmenge innerhalb des Arbeitsraums, was wiederum zu einem verringerten Druck innerhalb des Arbeitsraums führt. Die Flüssigkeit oder ein Teil der Flüssigkeitsmenge in dem Arbeitsraum verdampft dann aufgrund des Sinkens des statischen Drucks in dem Arbeitsraum auf ein Niveau, das mit dem Verdampfungspunkt für die Flüssigkeit übereinstimmt. Der Druck erreicht jedoch nicht den Verdampfungspunkt für die Flüssigkeit in allen Teilen des Arbeitsraums und daher kann trotz der bevorzugten Ableitung eine kleine Flüssigkeitsmenge in dem Arbeitsraum verbleiben. Diese kleine Flüssigkeitsmenge, die in dem Arbeitsraum verbleibt, trägt zu einem Bremsmoment am Fahrzeug bei. Aus diesem Grund ist es schwierig, den Retarder bei den niedrigsten Bremsmomenten zu steuern.
Das Kühlsystem für den Motor in einem Fahrzeug ist mit einem Ausdehnungsgefäß bereitgestellt. Da die Temperatur und der Druck in dem Kühlsystem schwanken, schwankt auch die Menge des Kühlmittels in dem Ausdehnungsgefäß. Beim Bereitstellen eines Fahrzeugs mit einer hydrodynamischen Retardervorrichtung, die Kühlmittelflüssigkeit oder Wasser als Arbeitsflüssigkeit aufweist, vergrößern sich die Schwankungen der Kühlmittelmenge in dem Ausdehnungsgefäß. Aus diesem Grund muss das Ausdehnungsgefäß in dem Kühlsystem durch ein größeres Ausdehnungsgefäß, das eine größere Menge an Kühlmittelflüssigkeit enthält, ersetzt werden. In einigen Fällen ist jedoch nicht genügend Raum für ein größeres Ausdehnungsgefäß in dem Fahrzeug vorhanden. Außerdem gibt es Standardisierungsgrößen von Ausdehnungsgefäßen, was es schwierig macht, ein bestimmtes Ausdehnungsgefäß durch ein anderes, größeres Ausdehnungsgefäß zu ersetzen.
Wenn das Kühlsystem für den Motor außerdem mit dem Flüssigkeitskreislauf des Retarders verbunden ist, erfolgen Druckimpulse in dem Kühlsystem, wenn der Retarder aktiviert und deaktiviert wird. Dies führt dazu, dass die Kühlmittelmenge in dem Ausdehnungsgefäß schwankt.
Bei einigen Fahrbedingungen wäre es für den Fahrer hilfreich, den Retarder zum Bremsen des Fahrzeugs zu verwenden, beispielsweise bei sanft abfallenden Gefällstrecken und wenn die Geschwindigkeitsregelung aktiviert ist. Bei derartigen Fahrbedingungen wären steuerbare niedrige Bremsmomente von dem Retarder sinnvoll.
Der Retarder ist über ein Retardergetriebe mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden. Um Energieverluste zu verringern und somit den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern, wird das Retardergetriebe getrennt, sodass der Retarder von dem Antriebsstrang getrennt ist, wenn der Retarder deaktiviert ist und das Fahrzeug nicht bremst.
Ist der Arbeitsraum mit Flüssigkeit gefüllt, beginnt der Rotor sich zu drehen und ein Drehmoment wird über den sich drehenden Rotor auf den Antriebsstrang ausgeübt. Das Drehmoment wird als Bremsmoment verwendet, wenn der Retarder mit dem Antriebsstrang in dem Fahrzeug gekoppelt ist.
Die Flüssigkeit wird aus dem Arbeitsraum abgeleitet, wenn kein Bremsmoment vorgesehen werden soll. Wenn Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum abgeleitet wurde, dreht der Antriebsstrang des Fahrzeugs jedoch weiterhin den Rotor, was zu einer geringen Menge an Restmoment führt, das auf den Antriebsstrang wirkt. Das Restmoment führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs.
Um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, wird der Rotor von dem Antriebsstrang mithilfe eines Kopplungselements getrennt, wenn der Retarder deaktiviert wird und das Fahrzeug nicht bremsen soll. Auf diese Weise steht der Rotor im Wesentlichen still und dreht sich nicht, wenn der Rotor von dem Antriebsstrang getrennt ist.
Wenn jedoch eine geringe Flüssigkeitsmenge in dem Arbeitsraum verbleibt, ist das Drehmoment am Rotor zu hoch, wenn der Retarder das nächste Mal aktiviert wird und der Rotor mit dem Antriebsstrang verbunden wird. Der Grund hierfür liegt in der geringen Flüssigkeitsmenge, die in dem Arbeitsraum verbleibt. Ein zu hohes Bremsmoment zum Zeitpunkt des Verbindens des Rotors mit dem Antriebsstrang führt zu einer wesentlichen Belastung auf dem mechanischen Kopplungselement zwischen dem Rotor und dem Antriebsstrang. Um dieses Problem zu lösen, kann eine Entleerungspumpe in dem Flüssigkeitskreislauf installiert werden, welche die restliche Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum pumpt, bevor der Rotor mit dem Antriebsstrang verbunden wird.
Je nach der Flüssigkeitsmenge, die zum Zeitpunkt des Verbindens des Rotors mit dem Antriebsstrang in dem Arbeitsraum verbleibt, muss die Kapazität der Entleerungspumpe relativ hoch sein, um zu gewährleisten, dass die gesamte Flüssigkeit schnell genug abgeleitet werden kann. Falls die Entleerungspumpe ausfällt, kann außerdem Flüssigkeit in dem Arbeitsraum verbleiben, wenn der Rotor mit dem Antriebsstrang verbunden wird. Demzufolge erfolgt eine wesentliche Belastung auf das mechanische Kopplungselement zwischen dem Rotor und dem Antriebsstrang aufgrund eines zu hohen Drehmoments zum Zeitpunkt des Verbindens des Rotors mit dem Antriebsstrang, was zu einem Ausfall des mechanischen Kopplungselements führen kann.
Das Dokument EP 1251050 A1 zeigt einen Retarder für Fahrzeuge mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor angeordnet ist, um über eine Kupplungsvorrichtung, die pneumatisch gesteuert wird, mit der Gelenkwelle des Fahrzeugs verbunden und davon getrennt zu werden.
Das Dokument US 2012/222633 A1 zeigt ein Kühlsystem für ein Fahrzeug, das eine Kompensationskammer umfasst, die mit einem Arbeitsmittel für eine hydrodynamische Kopplung bereitgestellt ist. Eine derartige Kompensationskammer ist ausgestaltet, um sowohl an das Kühlsystem als auch an die Merkmale der hydrodynamischen Kopplung angepasst zu sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Trotz des Stands der Technik besteht die Notwendigkeit, eine hydrodynamische Retardervorrichtung zu entwickeln, die Veränderungen bei der Flüssigkeitsmenge in dem Kühlsystem, das mit der hydrodynamischen Retardervorrichtung verbunden ist, verhindert.
Außerdem besteht die Notwendigkeit, eine hydrodynamische Retardervorrichtung zu entwickeln, welche die Verbindung des Rotors in dem Retarder mit einem Antriebsstrang in einem Fahrzeug erleichtert und die Steuerung des Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus erleichtert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine hydrodynamische Retardervorrichtung des in der Einleitung genannten Typs bereitzustellen, die Veränderungen bei der Flüssigkeitsmenge in dem Kühlsystem, das mit der hydrodynamischen Retardervorrichtung verbunden ist, verhindert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydrodynamische Retardervorrichtung des in der Einleitung genannten Typs bereitzustellen, die die Verbindung des Rotors in dem Retarder mit einem Antriebsstrang in einem Fahrzeug erleichtert.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hydrodynamische Retardervorrichtung des in der Einleitung genannten Typs bereitzustellen, welche die Steuerung des Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus erleichtert.
Diese Aufgaben werden mit einer hydrodynamischen Retardervorrichtung, einem Fahrzeug, das eine derartige hydrodynamische Retardervorrichtung umfasst, und einem Verfahren zum Steuern einer derartigen hydrodynamischen Retardervorrichtung erfüllt, welche durch die in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen spezifizierten Merkmalen gekennzeichnet ist.
Diese Aufgaben werden auch mit einem Computerprogramm zum Steuern einer derartigen hydrodynamischen Retardervorrichtung erfüllt.
Diese Aufgaben werden auch mit einem Computerprogrammprodukt erfüllt.
Gemäß der Erfindung wird eine vorteilhafte hydrodynamische Retardervorrichtung erreicht, die einen Rotor und einen Stator, die zusammen einen Arbeitsraum bilden, der mit einem ersten Flüssigkeitskreislauf verbunden ist, und ein erstes Ausdehnungsgefäß, das mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf verbunden ist, umfasst. Das erste Ausdehnungsgefäß ist ein Teil des Kühlsystems des Fahrzeugs. Ein zweites Ausdehnungsgefäß ist mit dem Arbeitsraum verbunden, wobei das zweite Ausdehnungsgefäß angeordnet ist, um dem Arbeitsraum Flüssigkeit zuzuführen. Beim Zuführen von Flüssigkeit von dem zweiten Ausdehnungsgefäß zu dem Arbeitsraum, um ein Bremsmoment am Rotor zu erzeugen, wird das Kühlsystem des Fahrzeugs nicht beeinflusst, da die Flüssigkeitsmenge in dem ersten Ausdehnungsgefäß in erster Linie nicht verwendet wird, um den Arbeitsraum zu füllen. Wenn Wasser oder Kühlmittel als Flüssigkeit für den Retarder verwendet wird, wird ein Teil des Wassers oder Kühlmittels zu Dampf verdampft und ein Teil des Wassers oder Kühlmittels verbleibt in der flüssigen Phase. In dem ersten Flüssigkeitskreislauf verbleibt im Wesentlichen das gesamte Wasser oder Kühlmittel als flüssig.
Gemäß der Erfindung ist eine Vakuumkammer mit dem Arbeitsraum verbunden, wobei die Vakuumkammer angeordnet ist, um Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum zu entfernen. Dies erleichtert die Verbindung des Rotors des Retarders mit einem Antriebsstrang in einem Fahrzeug und erleichtert ebenfalls das Steuern eines Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus. Die Vakuumkammer weist immer einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks auf. Wenn der Retarder aktiviert werden soll, befindet sich das Drehmoment am Rotor auf einem akzeptablen Niveau, wenn der Rotor mit dem Antriebsstrang verbunden wird. Vor dem Verbinden des Rotors mit dem Antriebsstrang wird jegliche geringe Flüssigkeitsmenge, die in dem Arbeitsraum verblieben ist, mithilfe einer Saugkraft, die von der Vakuumkammer erzeugt wird, aus dem Arbeitsraum entfernt. Das mechanische Kopplungselement zwischen dem Rotor und dem Antriebsstrang wird dann Drehmomenten bei akzeptablen Niveaus unterworfen. Bei bestimmten Fahrbedingungen, wie beispielsweise sanft abfallenden Gefällstrecken, kann der Fahrer den Retarder zum Bremsen des Fahrzeugs verwenden. Auch kann bei derartigen Fahrbedingungen die Geschwindigkeitsregelung aktiviert werden. Dies ist möglich, da jegliche Restflüssigkeit im Arbeitsraum mithilfe der Vakuumkammer entfernt werden kann. Da ein Druck unter Atmosphärendruck in dem Arbeitsraum erzeugt wurde, kann ebenfalls verdampfte Flüssigkeit mithilfe der Vakuumkammer entfernt werden. Auf diese Weise kann es möglich sein, den Retarder bei geringen Bremsmomenten zu steuern, da die Vakuumkammer die restliche Flüssigkeitsmenge oder verdampfte Flüssigkeit auf ein sehr niedriges Niveau in dem Arbeitsraum steuert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das zweite Ausdehnungsgefäß und die Vakuumkammer in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und mithilfe einer Trennwand voneinander getrennt. Ein derartiges Gehäuse kann an einem beliebigen geeigneten Platz in dem Fahrzeug ausgestaltet und angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Ausdehnungsgefäß in Fluidverbindung mit der Vakuumkammer angeordnet. Um Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum abzuleiten, wird die Flüssigkeit zunächst zu der Vakuumkammer geführt, bevor sie zu dem zweiten Ausdehnungsgefäß weitergeleitet wird. Die Vakuumkammer sammelt alle Druckspitzen in dem ersten Flüssigkeitskreislauf und in dem ersten Ausdehnungsgefäß, wenn die Flüssigkeit durch den positiven Druck, der in dem Arbeitsraum von den Flügeln des Rotors erzeugt wird, wenn der Rotor sich dreht, aus dem Arbeitsraum gedrückt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vakuumkammer ein festes Volumen auf. Eine derartige Vakuumkammer weist keine beweglichen Teile auf, die ausfallen können oder ein Entweichen verursachen können. Daher ist der Druck unterhalb des Atmosphärendrucks in der Vakuumkammer immer verfügbar, um die Verbindung des Rotors des Retarders mit dem Antriebsstrang in dem Fahrzeug zu erleichtern und auch um das Steuern eines Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus zu erleichtern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Arbeitsraum und die Vakuumkammer in Fluidverbindung mit einem Vakuumkreislauf angeordnet. Es ist sinnvoll, die Vakuumkammer in einem getrennten Vakuumkreislauf anzuordnen, sodass andere Komponenten, die mit der Vakuumkammer zusammenwirken, mit dem Vakuumkreislauf verbunden werden können.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Vakuumpumpe innerhalb oder außerhalb des Vakuumkreislaufs zum Erzeugen eines Vakuums oder eines negativen Drucks in der Vakuumkammer angeordnet. Die Vakuumpumpe gewährleistet, dass der Druck in der Vakuumkammer immer unterhalb des Atmosphärendrucks ist, um die Verbindung des Rotors des Retarders mit dem Antriebsstrang in dem Fahrzeug zu erleichtern und auch um das Steuern eines Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus zu erleichtern.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vakuumpumpe eine Hubkolbenpumpe, die zwischen zwei oder mehreren Sperrventilen in dem Vakuumkreislauf angeordnet ist. Die Hubkolbenpumpe kann auch in Kombination mit der Vakuumkammer verwendet werden, um jegliche Restflüssigkeit in dem Arbeitsraum zu entfernen. Andere Arten vom Pumpen als Hubkolbenpumpen können verwendet werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vakuumpumpe in der Vakuumkammer angeordnet. Wenn die Vakuumpumpe in der Vakuumkammer angeordnet ist, wird kein weiterer Platz für die Vakuumpumpe in dem Fahrzeug benötigt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste Flüssigkeitskreislauf ein erstes steuerbares Ventil zum Verbinden/Trennen des ersten Flüssigkeitskreislaufs und des ersten Ausdehnungsgefäßes mit/von dem Arbeitsraum. Das erste steuerbare Ventil verbindet den ersten Flüssigkeitskreislauf und das erste Ausdehnungsgefäß mit dem Arbeitsraum, wenn der Arbeitsraum mit Flüssigkeit aus dem zweiten Ausdehnungsgefäß gefüllt wurde. Die Flüssigkeit zirkuliert dann in dem ersten Flüssigkeitskreislauf und strömt durch einen Kühler, der in dem ersten Flüssigkeitskreislauf angeordnet ist. Wenn das erste steuerbare Ventil den ersten Flüssigkeitskreislauf und das erste Ausdehnungsgefäß von dem Arbeitsraum trennt, kann keine Flüssigkeit aus dem ersten Flüssigkeitskreislauf und dem ersten Ausdehnungsgefäß in den Arbeitsraum eindringen. Die Vakuumkammer kann dann sämtliche Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum entfernen, bevor der Rotor des Retarders mit dem Antriebsstrang verbunden wird oder zum Steuern des Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Vakuumkreislauf ein zweites steuerbares Ventil zum Verbinden/Trennen der Vakuumkammer mit/von dem Arbeitsraum. Dies erleichtert die Verbindung des Rotors des Retarders mit dem Antriebsstrang in dem Fahrzeug, da, wenn das zweite steuerbare Ventil die Vakuumkammer mit dem Arbeitsraum verbindet, die Vakuumkammer im Wesentlichen sämtliche Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum entfernt, bevor der Rotor des Retarders mit dem Antriebsstrang verbunden wird. Das Steuern des Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus kann auch erleichtert werden, da die Vakuumkammer Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum entfernt, um das Bremsmoment zu verringern, wenn das zweite steuerbare Ventil die Vakuumkammer mit dem Arbeitsraum verbunden hat.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Arbeitsraum und das zweite Ausdehnungsgefäß mit einem zweiten Flüssigkeitskreislauf verbunden. Der zweite Flüssigkeitskreislauf kann von dem ersten Flüssigkeitskreislauf isoliert sein, sodass das Kühlsystem des Fahrzeugs nicht beeinflusst wird, wenn Flüssigkeit dem Arbeitsraum von dem zweiten Ausdehnungsgefäß zugeführt wird, um ein Bremsmoment am Rotor zu erzeugen. Ebenso können Druckimpulse in dem Kühlsystem vermieden werden, wenn der Retarder aktiviert und deaktiviert wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der zweite Flüssigkeitskreislauf ein drittes steuerbares Ventil zum Verbinden/Trennen des zweiten Ausdehnungsgefäßes mit/von dem Arbeitsraum. Wenn das dritte steuerbare Ventil das zweite Ausdehnungsgefäß mit dem Arbeitsraum verbindet, strömt Flüssigkeit von dem zweiten Ausdehnungsgefäß in den Arbeitsraum. Je nach dem angeforderten Drehmoment von dem Retarder wird das dritte steuerbare Ventil gesteuert, um eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge an den Arbeitsraum abzugeben.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vakuumpumpe mit dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitskreislauf verbunden. Auf diese Weise können der Vakuumkreislauf und der erste und der zweite Flüssigkeitskreislauf als gemeinsamer geschlossener Kreislauf angeordnet sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es folgt eine Beschreibung von beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen:
1 schematisch ein Fahrzeug in einer Seitenansicht zeigt, mit einer hydrodynamischen Retardervorrichtung gemäß der Erfindung,
2 eine Schnittansicht gemäß einer hydrodynamischen Retardervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
3 eine Schnittansicht gemäß einer hydrodynamischen Retardervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt und
4 ein Ablaufdiagramm gemäß einem Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Retardervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, das mit einer hydrodynamischen Retardervorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Das Fahrzeug 1 ist auch mit einem Antriebsstrang 4 ausgestattet, der ein Getriebe 6 umfasst, das mit einem Verbrennungs- und/oder Elektromotor 8 verbunden ist, das den Antriebsrädern 10 des Fahrzeugs 1 über das Getriebe 6 und eine Gelenkwelle 12 ein Antriebsmoment bereitstellt. Die Antriebsräder 10 sind mit Radbremsen 11 bereitgestellt. Eine elektronische Steuereinheit 16 ist zum Steuern des Retarders 2 angeordnet.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Retarders 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Eine erste Welle 18 ist mit einem Rotor 20 des Retarders 2 verbunden und eine zweite Welle 22 ist ausgebildet, um mit einer Antriebsquelle verbunden zu werden. Gemäß 2 ist die Antriebsquelle in dem Fahrzeug 1 bereitgestellt, wo die Verbindung des Retarders 2 mit dem Fahrzeug 1 von dem Getriebe 6, das somit die Antriebsquelle darstellt, durchgeführt wird. In 2 ist das Getriebe 6 schematisch dargestellt. Die zweite Welle 22 kann daher eine Gelenkwelle 12 sein, die sowohl mit dem Getriebe 6 als auch mit den Antriebsrädern 10 des Fahrzeugs 1 verbunden ist. Die zweite Welle 22 kann auch eine Ausgangswelle in dem Getriebe 6 sein.
Ein Getriebe 26 in Form eines ersten Zahnrads 24, das auf der ersten Welle 18 angeordnet ist, steht mit einem zweiten Zahnrad 28, das lösbar auf der zweiten Welle 22 angeordnet ist, in Eingriff. Es findet vorzugsweise ein Hochschalten der Drehgeschwindigkeit der zweiten Welle 22 über das Getriebe 26 in der Größenordnung von 3:1 statt, jedoch sind andere Verhältnisse möglich, wie beispielsweise 1:1. Die erste Welle 18 ist vorzugsweise mithilfe von Lagern 36 und 37 in einem Retardergehäuse 40 und eventuell auch in einem Getriebegehäuse 38 montiert. Der Rotor 20 ist auf der ersten Welle 18 bereitgestellt, die sich in einem Eingriffszustand des Retarders 2 bei einer Geschwindigkeit proportional zu der Geschwindigkeit der zweiten Welle 22 dreht. Ein Stator 42 ist mit dem Retardergehäuse 40 verbunden und dreht sich deshalb nicht.
Der Rotor 20 und der Stator 42 bilden zusammen einen Arbeitsraum 44, der die Form eines toroidförmigen Hohlraums aufweist. Der Arbeitsraum wird über eine erste und zweite Einlassöffnung 47, 51 mit einer Flüssigkeit 46 gefüllt, wie beispielsweise Wasser oder Kühlmittel, wenn der Retarder 2 aufgefordert wird, ein Bremsmoment an der zweiten Welle 22, die mit dem Getriebe 6 verbunden ist, auszuüben, um das Fahrzeug 1 zu bremsen und dadurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu senken oder beizubehalten. Zunächst dringt die Flüssigkeit 46 durch die zweite Einlassöffnung 51 ein und danach dringt die Flüssigkeit 46 in die erste Einlassöffnung 47 ein, wenn der Arbeitsraum 44 mit Flüssigkeit 46 aus der zweiten Einlassöffnung 51 gefüllt wurde.
Das Bremsmoment wird von dem Rotor 20 und dem Stator 42 erzeugt, die mit Schaufeln oder Flügeln 48 bereitgestellt sind, was einen Flüssigkeitsstrom in dem Arbeitsraum 44 erzeugt, wenn der Rotor 20 sich dreht. Der Flüssigkeitsstrom bildet zusammen mit den Flügeln 48 des Rotors 20 und des Stators 42 eine Reaktionskraft, die zu der Bremswirkung führt. Je höher die Geschwindigkeit des Rotors 20 und je größer die Flüssigkeitsmenge 46 in dem Arbeitsraum 44, desto stärker ist die Reaktionskraft und somit das Bremsmoment. In Fällen, in denen der Retarder 2 das Fahrzeug 1 nicht bremsen soll, wird die Flüssigkeit vollständig oder teilweise aus dem Arbeitsraum 44 abgelassen und die Flüssigkeit 46 wird teilweise durch Dampf ersetzt, was bewirkt, dass die Flügel 48 des Rotors 20 und des Stators 42 einen Dampfstrom in dem Arbeitsraum 44 erzeugen. Der Dampfstrom liefert jedoch eine unerwünschte Reaktionskraft auf die erste Welle 18, was ein unerwünschtes Bremsmoment an der zweiten Welle 22 erzeugt. Das Bremsmoment von dem Retarder 2 verursacht somit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 1. Außerdem erzeugt die Reibung von den Lagern 36 und 37 und Dichtungen 94 der ersten Welle 18 eine Reaktionskraft, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Aus diesem Grund kann die erste Welle 18 von der zweiten Welle 22 getrennt werden, wenn der Retarder 2 nicht zum Bremsen des Fahrzeugs 1 verwendet wird. Auf diese Weise wird der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 1 gesenkt. Das Füllen des Arbeitsraums 44 mit der Flüssigkeit 46 erfolgt über einen zweiten Flüssigkeitskreislauf 83 und das Ablassen erfolgt über einen Vakuumkreislauf 78. Es erfolgen jedoch kleine Änderungen des Drehmoments mithilfe des Steuerns des Steuerventils 80.
Wenn der Retarder 2 aktiviert werden soll, muss der Arbeitsraum 44 so schnell wie möglich mit Flüssigkeit 46 gefüllt werden, um das Bremsmoment von dem Retarder 2 zu erreichen. Eine langsame Füllung führt zu einem anfänglichen Verlust des Bremsmoments von dem Retarder 2, was zu einer übermäßigen Benutzung der Radbremsen 11 führt, die einer unnötigen Abnutzung unterworfen werden.
Das abtrennbare zweite Zahnrad 28 auf der zweiten Welle 22 bewirkt, dass die erste Welle 18 und somit der Rotor 20 in dem Retarder 2 von dem Getriebe 6 getrennt werden, sodass der Retarder 2 nicht mit einem Bremsmoment am Fahrzeug 1 arbeitet, wenn der Retarder 2 deaktiviert wird. Wenn der Retarder 2 aktiviert werden soll, muss der Retarder 2 schnell und effizient mechanisch mit der ausgehenden zweiten Welle 22 in dem Getriebe 6 verbunden werden. Um dies zu erreichen, ist ein Kopplungselement 54 zwischen dem zweiten Zahnrad 28 und der zweiten Welle 22 angeordnet. Das Kopplungselement 54 umfasst vorzugsweise eine Synchronisierungsvorrichtung, die mit Synchronisierungsringen (nicht dargestellt) bereitgestellt ist. Eine derartige Synchronisierungsvorrichtung ist bei Getrieben üblich. Es ist auch möglich, das Kopplungselement 54 als Reibungskupplung zu gestalten, wie beispielsweise als Scheibenkupplung.
Wird der Retarder 2 aktiviert, um das Fahrzeug 1 zu bremsen, wird das Kopplungselement 54 auf diese Weise aktiviert, sodass das zweite Zahnrad 28 mit der zweiten Welle 22 mithilfe des Kopplungselements 54 gekoppelt wird. Da die zweite Welle 22 sich während des Einrückens dreht und die erste Welle 18 feststehend ist, bewirkt das Kopplungselement 54, dass die erste Welle 18 sich durch das Getriebe 26 dreht. Das Kopplungselement 54 ist so bemessen, dass es das große Bremsmoment, das von dem Retarder 2 auf die zweite Welle 22 ausgeübt wird, weiterleiten kann.
Ein zweites Ausdehnungsgefäß 73 ist mit dem Arbeitsraum verbunden, wobei das zweite Ausdehnungsgefäß 73 angeordnet ist, um dem Arbeitsraum 44 Flüssigkeit 46 zuzuführen. Dies ist möglich, da das Ausdehnungsgefäß 73 von der Druckluft 91 an der Oberseite des Ausdehnungsgefäßes 73 oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 93 unter Druck gesetzt wird. Das Ausdehnungsgefäß 73 wird vollständig mit Luft gefüllt, wenn der Retarder 2 zusammengesetzt wird. Beim Zuführen von Flüssigkeit 46 von dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 zu dem Arbeitsraum 44, um ein Bremsmoment am Rotor 20 zu erzeugen, entweder zu Beginn des Bremsens oder beim Erhöhen des Bremsmoments, wird ein Kühlsystem 55 des Fahrzeugs 1 nicht beeinflusst, da die Flüssigkeitsmenge 46 in einem ersten Ausdehnungsgefäß 72 in erster Linie nicht verwendet wird, um den Arbeitsraum 44 zu füllen. Das erste Ausdehnungsgefäß 72 ist ein Teil des Kühlsystems 55 des Fahrzeugs 1. Außerdem ist eine Vakuumkammer 76 mit dem Arbeitsraum 44 verbunden, wobei die Vakuumkammer 76 angeordnet ist, um Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 zu entfernen, um das Bremsmoment am Rotor 20 zu verringern oder um den Arbeitsraum 44 von der gesamten Flüssigkeit 46 zu leeren. Eine geringe Verringerung des Bremsmoments am Rotor 20 kann von dem Steuerventil 60 angepasst werden. Dies erleichtert die Verbindung des Rotors 20 des Retarders 2 mit einem Antriebsstrang in einem Fahrzeug 1 und erleichtert ebenfalls das Steuern eines Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus. Die Vakuumkammer 76 ist angeordnet, um immer einen negativen Druck oder einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks aufzuweisen. Wenn der Retarder 2 aktiviert werden soll, sollte sich das Drehmoment am Rotor 20 auf einem akzeptablen Niveau befinden, wenn der Rotor 20 mit dem Antriebsstrang 4 verbunden wird. Vor dem Verbinden des Rotors 20 mit dem Antriebsstrang 4 wird jegliche geringe Flüssigkeitsmenge 46, die in dem Arbeitsraum verblieben ist, daher mithilfe einer Saugkraft, die von der Vakuumkammer 76 erzeugt wird, aus dem Arbeitsraum 44 entfernt. Demzufolge wird das mechanische Kopplungselement 54 zwischen dem Rotor 20 und dem Antriebsstrang 4 dann Drehmomenten bei akzeptablen Niveaus unterworfen. Bei bestimmten Fahrbedingungen, wie beispielsweise sanft abfallenden Gefällstrecken, kann der Fahrer den Retarder 2 zum Bremsen des Fahrzeugs 1 verwenden. Auch kann bei derartigen Fahrbedingungen die automatische Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs 1 aktiviert werden. Dies ist möglich, da jegliche Restflüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44 mithilfe der Vakuumkammer 76 entfernt wurde und da ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks in dem Arbeitsraum 44 erzeugt wurde.
Daher kann es möglich sein, den Retarder 2 bei den niedrigsten Bremsmomenten zu steuern.
Das zweite Ausdehnungsgefäß 73 und die Vakuumkammer 76 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 77 angeordnet und mithilfe einer Trennwand 79 voneinander getrennt. Ein derartiges Gehäuse 77 kann an einem beliebigen geeigneten Platz in dem Fahrzeug 1 ausgestaltet und angeordnet sein. Das zweite Ausdehnungsgefäß 73 ist über eine Verbindungsleitung 81 mit der Vakuumkammer 76 verbunden. Der Arbeitsraum 44 und die Vakuumkammer 76 sind mit einem Vakuumkreislauf 78 verbunden.
Eine Vakuumpumpe 63 ist in dem Vakuumkreislauf 78 zum Erzeugen des negativen Drucks in der Vakuumkammer 76 angeordnet. Die Vakuumpumpe 63 ist vorzugsweise eine Hubkolbenpumpe 63 und gemäß der ersten Ausführungsform ist die Pumpe 63 zwischen zwei Sperrventilen 80, 82 in dem Vakuumkreislauf 78 angeordnet. Die Vakuumpumpe 63 kann auch in Kombination mit der Vakuumkammer 76 verwendet werden, um jegliche Restflüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum zu entfernen. Die Vakuumpumpe 63 ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, in der Vakuumkammer 76 angeordnet ist, sodass kein zusätzlicher Raum für die Vakuumpumpe 63 in dem Fahrzeug 1 benötigt wird. Die Vakuumpumpe 63 umfasst einen Hubkolben 98, der mithilfe eines Leistungsmittels 99 gesteuert wird. Eine Feder 100 kann innerhalb der Vakuumpumpe 63 angeordnet sein, um den Kolben in eine Richtung der Hin- und Herbewegung zu drücken. Die Vakuumpumpe 63 kann auch eine andere Ausgestaltung haben als eine Hubkolbenpumpe. Wasser oder Kühlmittel und Dampf innerhalb der Vakuumkammer 76 werden über einen Pumpeneinlass 87 über die Vakuumpumpe 63 und die zwei Sperrventile 80, 82 zu dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 weitergeleitet. Die beiden Sperrventile 80, 82 sind derart angeordnet, dass die Flüssigkeit 46 nicht von dem zweiten Flüssigkeitskreislauf 83 oder von dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 in die Vakuumkammer 76 eindringen kann.
Der Vakuumkreislauf 78 umfasst ein zweites steuerbares Richtungsventil 84 zum Verbinden/Trennen der Vakuumkammer 76 mit/von dem Arbeitsraum 44. Ein erster Flüssigkeitskreislauf 49 umfasst ein erstes steuerbares Richtungsventil 64 zum Verbinden/Trennen des ersten Flüssigkeitskreislaufs 49 und des ersten Ausdehnungsgefäßes 72 mit/von dem Arbeitsraum 44. Der Arbeitsraum 44 und das zweite Ausdehnungsgefäß 73 sind mit einem zweiten Flüssigkeitskreislauf 83 verbunden, der mithilfe der zweiten Einlassöffnung 51 mit dem Arbeitsraum 44 verbunden ist. Der zweite Flüssigkeitskreislauf 83 umfasst ein drittes steuerbares Richtungsventil 86 zum Verbinden/Trennen des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73 mit/von dem Arbeitsraum 44. Der Vakuumkreislauf 78 ist mit dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitskreislauf 49, 83 verbunden. Der zweite Flüssigkeitskreislauf 83 ist über die Verbindungsleitung 81 mit dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 verbunden.
Jedes des zweiten und dritten steuerbaren Richtungsventils 84, 86 weist drei Positionen auf. Eine erste offene Position, eine zweite geschlossene Position und eine dritte Drosselposition 101, 102. In der dritten Position kann die Flüssigkeit 46 mit einer verengten Strömung durch das Ventil 84, 86 fließen und daher ist es möglich, den Strom der Flüssigkeit 46 anzupassen, um das Drehmoment des Retarders 2 anzupassen.
Ein Drucksensor 88, der mit dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 verbunden ist, empfängt Information über den Druck innerhalb des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73. Daher ist es möglich, Information über den Füllstand der Flüssigkeit 46 und die Menge der Flüssigkeit 46 innerhalb des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73 zu erhalten. Als Alternative kann der Drucksensor 88 durch einen Füllstandsensor ersetzt werden, der den Flüssigkeitsstand in dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 erfassen kann. Der Drucksensor 88 ist auch mit der Steuereinheit 16 verbunden, sodass es möglich ist, das erste, zweite und dritte steuerbare Ventil 64, 84, 86 zusammen mit der Vakuumpumpe 63 zu steuern, um die Menge und den Druck der Flüssigkeit 46 innerhalb des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73 zu steuern.
Eine äußere Leitung 90 ist mit der Vakuumkammer 76 verbunden. Durch die äußere Leitung 90 muss Flüssigkeit 46 der Vakuumkammer 76 zugeführt werden, um bei der Montage des Retarders 2 Luft aus der Vakuumkammer 76 zu entfernen und um die richtige Gesamtmenge der Flüssigkeit 46 innerhalb der Kreisläufe 55, 78, 83 und der Ausdehnungsgefäße 72, 73 der hydrodynamischen Retardervorrichtung 2 zu erhalten. Ein Öffnungs- und Schließventil 92 ist in Fluidverbindung mit der äußeren Leitung 90 angeordnet, um die äußere Leitung 90 zu öffnen und zu schließen.
Wie oben erwähnt, ist die Flüssigkeit 46, die dem Arbeitsraum 44 zugeführt wird, vorzugsweise Wasser, wie beispielsweise Kühlwasser oder Kühlmittel. Wenn der Arbeitsraum 44 mit Wasser oder Kühlmittel aus dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 gefüllt wurde, wird Wasser oder Kühlmittel aus dem Kühlsystem 55 des Verbrennungs- und/oder Elektromotors 8 dem Arbeitsraum 44 zugeführt. Auf diese Weise wird der Flüssigkeitskreislauf 49 des Retarders 2 mit dem Kühlsystem 55 des Verbrennungs- und/oder Elektromotors 8 verbunden, um die Flüssigkeit 46, die durch den Arbeitsraum 44 strömt, zu kühlen. Das Bremsmoment des Retarders 2 wird durch die Menge der Flüssigkeit 46 gesteuert, die in dem Arbeitsraum 44 aktiv ist. Der Strom der Flüssigkeit 46 wird durch ein Steuerventil 60 gesteuert, das in Fluidverbindung mit einem Auslasskanal 62 aus dem Arbeitsraum 44 angeordnet ist. Durch das Begrenzen des Ausströmens von Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 durch das Steuerventil 60 erhöht sich der Druck p in dem Arbeitsraum 44. Wenn sich das Steuerventil 60 öffnet, sinkt die Menge der Flüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44, was wiederum bewirkt, dass der Druck p in dem Arbeitsraum 44 sinkt. Die Flüssigkeit 46 oder eine Teilmenge der Flüssigkeit 46, die in dem Arbeitsraum 44 enthalten ist, verdampft aufgrund der Tatsache, dass der statische Druck p in dem Arbeitsraum 44 auf den Verdampfungspunkt für die Flüssigkeit 46 fällt.
Beim Deaktivieren des Retarders 2 wird der Zufluss von Flüssigkeit 46 in den Arbeitsraum 44 durch das Schließen des ersten und des dritten steuerbaren Richtungsventils 64, 86 beendet. Danach wird das zweite steuerbare Ventil 84 geöffnet, sodass Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 abgeleitet werden kann. Der Druck p in Teilen des Arbeitsraums 44 und dem Auslassrohr aus dem Arbeitsraum fällt jedoch nicht unter den Verdampfungspunkt. Daher kann die Flüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44 verweilen und trotz der gewünschten Ableitung von Flüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44 verbleiben. Jegliche restliche Flüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44 trägt zu dem unerwünschten Restmoment bei, das zu dem erhöhten Kraftstoffverbrauch beiträgt. Beim Trennen des zweiten Zahnrades 28 von der zweiten Welle 22 wird jedoch jegliches Restmoment beseitigt.
Probleme entstehen jedoch aufgrund der in dem Arbeitsraum 44 vorhandenen Flüssigkeit 46, wenn der Retarder 2 beim nächsten Mal, wenn das Fahrzeug 1 gebremst wird, mit dem Antriebsstrang 4 verbunden werden soll. Bei der Verbindung des Retarders 2 mit dem Antriebsstrang 4 kann ein unzulässig hohes Moment entstehen, das große Belastungen bei dem Kopplungselement 54 verursacht. Daher ist die Vakuumkammer 76 angeordnet, um Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 zu entfernen, um die Verbindung des Rotors 20 des Retarders 2 mit dem Antriebsstrang 4 in dem Fahrzeug zu erleichtern. Die Vakuumkammer 76 ist angeordnet, um immer einen negativen Druck oder einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks aufzuweisen. Wenn der Retarder 2 aktiviert ist, ist es wünschenswert, dass sich das Drehmoment am Rotor 20 auf einem akzeptablen Niveau befindet, wenn der Rotor 20 mit dem Antriebsstrang 4 verbunden wird. Vor dem Verbinden des Rotors 20 mit dem Antriebsstrang 4 wird jegliche geringe Menge an Flüssigkeit 46, die in dem Arbeitsraum 44 verblieben ist, daher mithilfe einer Saugkraft, die von der Vakuumkammer 76 erzeugt wird, aus dem Arbeitsraum 44 entfernt. Demzufolge wird das mechanische Kopplungselement 54 zwischen dem Rotor 20 und dem Antriebsstrang 4 dann Drehmomenten bei akzeptablen Niveaus unterworfen.
Die Vakuumkammer 76 weist vorzugsweise ein festes Volumen auf. Eine derartige Vakuumkammer 76 weist keine beweglichen Teile auf, die ausfallen können oder ein Entweichen verursachen können. Daher ist der negative Druck in der Vakuumkammer 76 immer verfügbar, um die Verbindung des Rotors 20 des Retarders mit dem Antriebsstrang 4 zu erleichtern und um ebenfalls das Steuern eines Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus zu erleichtern, was unten ausführlich erläutert wird. Wenn der Druck innerhalb der Vakuumkammer 76 auf ein vorgegebenes Niveau ansteigt, öffnet sich ein drittes Sperrventil 85 und Flüssigkeit 46 kann über eine Bypassleitung 89, welche die Vakuumkammer 76 mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf 49 verbindet, in den ersten Flüssigkeitskreislauf 49 abfließen.
Der Arbeitsraum 44 und die Vakuumkammer 76 sind mit einem Vakuumkreislauf 78 verbunden. Es ist sinnvoll, die Vakuumkammer 76 in einem getrennten Vakuumkreislauf 78 anzuordnen, sodass auch andere Komponenten, die mit der Vakuumkammer 76 zusammenwirken, mit dem Vakuumkreislauf 78 verbunden werden können.
Wenn das zweite steuerbare Ventil 84 die Vakuumkammer 76 mit dem Arbeitsraum 44 verbindet, entfernt die Vakuumkammer 76 sämtliche Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44, bevor der Rotor 20 des Retarders 2 mit dem Antriebsstrang 4 verbunden wird. Wenn eine Komponente des Flüssigkeitskreislauf 49 ausfällt, verbleibt die Flüssigkeit 46 dennoch beim Einrücken des Retarders 2 in dem Arbeitsraum 44, was dazu führt, dass das Drehmoment zu groß wird, wenn der Retarder 2 mit dem Antriebsstrang 4 verbunden wird. Als Vorsichtsmaßnahme, um zu verhindern, dass das Kopplungselement 54 einem übermäßigen Drehmoment unterworfen wird, überwacht die Steuereinheit 16 das Einrücken des Retarders 2, sodass das Eingriffsmoment nicht das Maximalmoment überschreitet, für welches das Kopplungselement 54 ausgelegt ist. Ein Drucksensor 19 ist am Arbeitsraum 44 bereitgestellt, der den Druck p in dem Arbeitsraum 44 oder stromabwärts des Arbeitsraums 44 misst. Der Druck p in dem Arbeitsraum 44 ist proportional oder fast proportional zu dem von dem Rotor 20 erzeugten Drehmoment Das Drehmoment des Rotors 20 und der ersten Welle 18 können auf diese Weise berechnet werden, um das Drehmoment zu ermitteln, wenn der Retarder 2 mit dem Antriebsstrang 4 mithilfe des Kopplungselements 54 verbunden wird. Ein Positionssensor 95 misst die Position des Kopplungselements 54 und der Positionssensor 95 wird mit der Steuereinheit 16 verbunden.
Die Steuereinheit 16 ist mit dem Drucksensor 19, dem Steuerventil 60 und dem Geschwindigkeitssensor 9 gekoppelt. Ein erstes steuerbares Richtungsventil 64 ist ebenfalls mit der Steuereinheit 16 verbunden. Das erste steuerbare Richtungsventil 64 ist in dem ersten Flüssigkeitskreislauf 49 enthalten und wird durch Signale von der Steuereinheit 16 geöffnet und geschlossen. Während der Aktivierung des Retarders 2 wird das steuerbare Richtungsventil 64 geöffnet, um dem Arbeitsraum 44 Flüssigkeit 46 zuzuführen, und wenn der Retarder 2 deaktiviert wird, wird das steuerbare Richtungsventil 64 geschlossen, sodass dem Arbeitsraum 44 keine Flüssigkeit 46 zugeführt wird. Die Steuereinheit 16 ist auch mit einem Leistungselement 66 verbunden, welches das Kopplungselement 54 einrückt und ausrückt. Das Leistungselemente 66 kann ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder oder ein Elektromotor sein, der das Kopplungselement 54 steuert.
Das erste steuerbare Richtungsventil 64 kann den ersten Flüssigkeitskreislauf 49 und somit das erste Ausdehnungsgefäß 72 von dem Arbeitsraum 44 trennen, sodass keine Flüssigkeit 46 aus dem ersten Flüssigkeitskreislauf 49 in den Arbeitsraum 44 eindringen kann. Das dritte steuerbare Ventil 86 wird ebenfalls geschlossen. Dann entfernt die Vakuumkammer 76 sämtliche Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44, bevor der Rotor 20 des Retarders 2 mit dem Antriebsstrang 4 verbunden wird. Das Steuern des Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus kann ebenfalls erleichtert werden, da die Vakuumkammer 76 Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 entfernt, um das Bremsmoment zu verringern. Das dritte steuerbare Ventil 86 kann das zweite Ausdehnungsgefäß 73 mit dem Arbeitsraum 44 verbinden, um das Bremsmoment von dem Retarder zu erhöhen.
Das Kühlsystem ist ebenfalls mit einem Wärmetauscher 70 und dem ersten Ausdehnungsgefäß 72 bereitgestellt. Ein Thermostatventil 71, das in dem Kühlsystem 55 angeordnet ist, lenkt Flüssigkeit 46 in eine Richtung durch den Wärmetauscher 70 oder umgeht den Wärmetauscher 70, je nach der Temperatur der Flüssigkeit 46. Eine Kühlmittelpumpe 68 ist angeordnet, um Flüssigkeit 46 in dem Kühlsystem 55 und dem Flüssigkeitskreislauf 49 bereitzustellen, um durch das erste steuerbare Ventil 64 und in den Arbeitsraum 44 zum Kühlen der Flüssigkeit 46, die durch den erhöhten Druck in dem Arbeitsraum 44 erwärmt wird, zu strömen. Durch die Rotation des Rotors 20 wird Flüssigkeit 46 durch den ersten Flüssigkeitskreislauf 55 gepumpt und zirkuliert.
Die mit dem Arbeitsraum 44 verbundene Vakuumkammer 76 erleichtert ebenfalls das Steuern des Bremsmoments bei den niedrigsten Drehmomentniveaus. Bei bestimmten Fahrbedingungen, wie beispielsweise sanft abfallenden Gefällstrecken, kann der Fahrer den Retarder 2 zum Bremsen des Fahrzeugs 1 verwenden. Auch kann bei derartigen Fahrbedingungen die Geschwindigkeitsregelung aktiviert werden. Dies ist möglich, da jegliche Restflüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44 mithilfe der Vakuumkammer 76 entfernt werden kann und da negativer Druck in dem Arbeitsraum 44 erzeugt wurde. Demzufolge ist es möglich, den Retarder 2 bei den niedrigsten Bremsmomenten zu steuern.
Das zweite und das dritte steuerbare Ventil 84, 86 sind aufeinander abgestimmt und mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbunden, sodass sie zusammen das Retarder- Drehmoment bei den niedrigsten Drehmomentniveaus steuern können. Die Vakuumkammer 76 entfernt Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44, um das Bremsmoment zu verringern, und das dritte steuerbare Ventil 86 verbindet das zweite Ausdehnungsgefäß 72 mit dem Arbeitsraum 44, um das Bremsmoment zu erhöhen. Das zweite steuerbare Ventil 84 kann die Vakuumkammer 76 mit dem Arbeitsraum 44 verbinden, um das Bremsmoment bei den niedrigsten Drehmomentniveaus zu erhöhen und zu verringern.
3 zeigt eine Schnittansicht einer hydrodynamischen Retardervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Vakuumpumpe 63 zwischen vier Sperrventilen 80, 82, 96, 97 in dem Vakuumkreislauf 78 angeordnet. Bei Verwendung von vier Sperrventilen 80, 82, 96, 97 kann die Hin- und Herbewegung des Kolbens 98 in der Vakuumpumpe 63 in beide Richtungen verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Rückholfeder 100, die auf den Kolben 98 wirkt, entfernt werden und das Leistungsmittel 99 zum Steuern des Kolbens 98 kann angeordnet werden, um den Kolben 98 in beide Richtungen zu steuern. Unter Verwendung der Hin- und Herbewegung des Kolbens 98 in beide Richtungen zum Pumpen von Flüssigkeit 46 erhöht sich die Pumpwirkung und der Retarder 2 gemäß der Erfindung kann schneller reagieren. Die Vakuumpumpe 63 gewährleistet, dass der Druck in der Vakuumkammer 76 immer unterhalb des Atmosphärendrucks liegt. Gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Vakuumpumpe 63 auch in Kombination mit der Vakuumkammer 76 verwendet werden, um jegliche Restflüssigkeit 46 in dem Arbeitsraum 44 zu entfernen.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Steuern einer hydrodynamischen Retardervorrichtung 2, die den Rotor 20 und den Stator 42, die zusammen den Arbeitsraum 44 bilden, der mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf 49 verbunden ist, und das erste Ausdehnungsgefäß 72, das mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf 49 verbunden ist, umfasst.
Das Verfahren umfasst den Schritt:

a) Erzeugen eines Bremsmoments am Rotor 20 durch Zuführen von Flüssigkeit 46 von dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 zu dem Arbeitsraum 44 über den zweiten Flüssigkeitskreislauf 83.

Beim Zuführen von Flüssigkeit 46 von einem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 zu dem Arbeitsraum 44 durch einen zweiten Flüssigkeitskreislauf 83, um ein Bremsmoment am Rotor 20 zu erzeugen, wird das Kühlsystem des Fahrzeugs 1 nicht beeinflusst, da die Menge der Flüssigkeit 46 in dem ersten Ausdehnungsgefäß 72 nicht verwendet wird, um den Arbeitsraum 44 zu füllen.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt:

b) Zuführen von Flüssigkeit 46 von dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 zu dem Arbeitsraum 44 mithilfe eines positiven Luftdrucks in dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73.

Die Energie aus dem bestehenden positiven Luftdruck 91 innerhalb des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73 wird verwendet, um die Flüssigkeit 46 aus dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 heraus und weiter zu dem Arbeitsraum 44 zu drücken. Wenn das dritte steuerbare Ventil 86 geöffnet wird, strömt die Flüssigkeit 46 daher aufgrund des positiven Luftdrucks 91 innerhalb des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73 aus dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 heraus.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt:

c) Ableiten von Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 in das zweite Ausdehnungsgefäß 73 durch eine Vakuumkammer 76, die mit dem Arbeitsraum 44 und dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 verbunden ist.

Um den Retarder 2 zu deaktivieren, wird die Flüssigkeit 46 aus dem Arbeitsraum 44 abgeleitet und wird zunächst zu der Vakuumkammer 76 geleitet, bevor sie zu dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 weitergeleitet wird. Die Vakuumkammer 76 häuft alle Druckspitzen in dem ersten Flüssigkeitskreislauf 49 und in dem ersten Ausdehnungsgefäß 72 an, wenn das zweite steuerbare Ventil 84 geöffnet wird und die Flüssigkeit 46 durch den positiven Druck, der in dem Arbeitsraum 44 von den Flügeln 48 des Rotors 20 erzeugt wird, wenn der Rotor sich dreht, aus dem Arbeitsraum 44 gedrückt wird.
Die Flüssigkeit 46 wird vorzugsweise mithilfe der Vakuumpumpe 63, die innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer 76 angeordnet ist, aus der Vakuumkammer 76 zu dem zweiten Ausdehnungsgefäß 73 gepumpt.
Wenn oder während die Vakuumkammer 76 mit Flüssigkeit 46 gefüllt wird, pumpt die innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer 76 angeordnete Vakuumpumpe 63 die Flüssigkeit 46 aus der Vakuumkammer 76 und in das zweite Ausdehnungsgefäß 73. Die Luft 91 innerhalb des zweiten Ausdehnungsgefäßes 73 wird dann durch die Flüssigkeit 46, die in das zweite Ausdehnungsgefäß 73 eindringt, komprimiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm P und ein Computerprogrammprodukt zum Durchführen der Verfahrensschritte. Das Computerprogramm P steuert das Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Retardervorrichtung 2, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, um zu bewirken, dass die elektronische Steuereinheit 16 oder der mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbundene Computer 74 die Verfahrensschritte gemäß der Erfindung wie hier erwähnt durchführen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 16 oder dem mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbundenen Computer 74 läuft.
Das Computerprogrammprodukt umfasst einen Programmcode, der in der elektronischen Steuereinheit 16 oder dem mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbundenen Computer 74 gespeichert ist, um die Verfahrensschritte gemäß der Erfindung wie hier erwähnt durchzuführen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 16 oder dem mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbundenen Computer 74 läuft. Alternativ kann das Computerprogrammprodukt direkt in dem internen Speicher M in der elektronischen Steuereinheit 16 oder dem mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbundenen Computer 74 gespeichert werden, um die Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 16 oder dem mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbundenen Computer 74 läuft.
Gemäß dem Vorstehenden kann der Retarder 2 in einem Fahrzeug 1 zum Bremsen des Fahrzeugs 1 bereitgestellt sein, aber es ist auch möglich, den Retarder 2 gemäß der Erfindung für andere Anwendungen zu verwenden. Gemäß dem Vorstehenden bilden das Fahrzeug 1, der Verbrennungs- und/oder Elektromotor 8, das Getriebe 6 oder die Gelenkwelle 12 eine Antriebsquelle, die direkt oder indirekt mit dem Retarder gekoppelt ist. Andere Leistungsquellen können jedoch mit dem Retarder 2 verbunden sein.
Die oben spezifizierten Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Erfindung zwischen den spezifizierten Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Hydrodynamische Retardervorrichtung, umfassend: einen Rotor (20) und einen Stator (42), die zusammen einen Arbeitsraum (44) bilden, der mit einem ersten Flüssigkeitskreislauf (49) verbunden ist, und ein erstes Ausdehnungsgefäß (72), das mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf (49) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ausdehnungsgefäß (73) mit dem Arbeitsraum (44) verbunden ist, wobei das zweite Ausdehnungsgefäß (73) angeordnet ist, um dem Arbeitsraum (44) Flüssigkeit (46) zuzuführen, wobei eine Vakuumkammer (76) mit dem Arbeitsraum (44) verbunden ist, wobei die Vakuumkammer (76) angeordnet ist, um Flüssigkeit (46) aus dem Arbeitsraum (44) zu entfernen.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ausdehnungsgefäß (73) und die Vakuumkammer (76) in einem gemeinsamen Gehäuse (77) angeordnet und mithilfe einer Trennwand (79) voneinander getrennt sind.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ausdehnungsgefäß (73) mit der Vakuumkammer (76) verbunden ist.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (76) ein festes Volumen aufweist.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (44) und die Vakuumkammer (76) mit einem Vakuumkreislauf (78) verbunden sind.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumpumpe (63) in dem Vakuumkreislauf (78) zum Erzeugen eines negativen Drucks in der Vakuumkammer (76) angeordnet ist.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (63) eine Hubkolbenpumpe ist, die zwischen mindestens zwei, vorzugsweise vier Sperrventilen (80, 82, 96, 97) in dem Vakuumkreislauf (78) angeordnet ist und die Vakuumpumpe (63) in der Vakuumkammer (76) angeordnet ist.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumkreislauf (78) ein zweites steuerbares Richtungsventil (84) zum Verbinden und Trennen der Vakuumkammer (76) mit und von dem Arbeitsraum (44) umfasst, wobei das zweite steuerbare Richtungsventil (84) eine Drosselposition (101) umfasst.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flüssigkeitskreislauf (49) ein erstes steuerbares Richtungsventil (64) zum Verbinden und Trennen des ersten Flüssigkeitskreislaufs (49) und des ersten Ausdehnungsgefäßes (72) mit und von dem Arbeitsraum (44) umfasst.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (44) und das zweite Ausdehnungsgefäß (73) mit einem zweiten Flüssigkeitskreislauf (83) verbunden sind.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flüssigkeitskreislauf (83) ein drittes steuerbares Richtungsventil (86) zum Verbinden und Trennen des zweiten Ausdehnungsgefäßes (73) mit und von dem Arbeitsraum (44) umfasst, wobei das dritte steuerbare Richtungsventil (86) eine Drosselposition (102) umfasst.
Hydrodynamische Retardervorrichtung nach einem der Ansprüche 10–11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumkreislauf 78 mit dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitskreislauf 49, 83 verbunden ist.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine hydrodynamische Retardervorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1–12 umfasst.
Verfahren zum Steuern einer hydrodynamischen Retardervorrichtung, umfassend einen Rotor (20) und einen Stator (42), die zusammen einen Arbeitsraum (44) bilden, der mit einem ersten Flüssigkeitskreislauf (49) verbunden ist, und ein erstes Ausdehnungsgefäß (72), das mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf (49) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: a) Erzeugen eines Bremsmoments am Rotor (20) durch Zuführen von Flüssigkeit (46) von einem zweiten Ausdehnungsgefäß (73) zu dem Arbeitsraum (44) über einen zweiten Flüssigkeitskreislauf (83), b) Zuführen von Flüssigkeit (46) von dem zweiten Ausdehnungsgefäß (73) zu dem Arbeitsraum (44) mithilfe eines positiven Luftdrucks in dem zweiten Ausdehnungsgefäß (73).
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: c) Ableiten von Flüssigkeit (46) aus dem Arbeitsraum (44) in das zweite Ausdehnungsgefäß (73) durch eine Vakuumkammer (76), die mit dem Arbeitsraum (44) und dem zweiten Ausdehnungsgefäß (73) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) Flüssigkeit (46) mithilfe einer Vakuumpumpe (63), die in der Vakuumkammer (76) angeordnet ist, aus der Vakuumkammer (76) zu dem zweiten Ausdehnungsgefäß (73) gepumpt wird.