DE19951592A1 - Brake load regulating process for internal combustion engine, based on setting of exhaust gas turbine, cylinder-side braking valve, air retarder and regulating valve - Google Patents
Brake load regulating process for internal combustion engine, based on setting of exhaust gas turbine, cylinder-side braking valve, air retarder and regulating valveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Regelung der Bremsleistung einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a control of the braking power an internal combustion engine according to that in the preamble of Claim 1 defined art.
In der DE 196 47 959 C1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, der eine Verdichtung zur Aufladung von zugeführter Frischluft und eine im Ab gasstrom angeordnete Abgasturbine aufweist, beschrie ben. Für einen Bremsbetrieb ist ein Luftretarder mit einer Luftableitung oder über eine Druckluftleitung mit der Eingangsseite des Verdichters verbindbar. Zur Steuerung des Luftretarders für den Motorbremsbetrieb oder für einen Aufladebetrieb über eine Regeleinrich tung ist der Luftdurchsatz durch die Luftableitung oder über die Druckluftleitung regelbar. Durch diese Ausgestaltung soll der Wirkungsgrad der Brennkraftma schine, insbesondere hinsichtlich ihrer Aufladung und einer guten Motorbremsleistung, verbessert werden.DE 196 47 959 C1 is an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, which is used for compression Charge fresh air and one in the Ab Has gas flow arranged exhaust gas turbine, described ben. An air treadmill is included for braking operation an air discharge or via a compressed air line connectable to the inlet side of the compressor. For Control of the air retarder for engine braking or for a charging operation via a control device is the air flow through the air discharge or adjustable via the compressed air line. Through this Design should be the efficiency of the internal combustion engine machine, especially with regard to their charging and good engine braking performance.
Zum allgemeinen Stand der Technik wird noch auf die DE 196 00 910 A1 verwiesen, die ein Verfahren zu Speiche rung und Rückgewinnung von Bremsenergie mittels eines Luftspeichers offenbart.The general state of the art is still on the DE 196 00 910 A1, which refer to a method for spoke tion and recovery of braking energy using a Air storage disclosed.
Im Motorbremsbetrieb werden zahlreiche Bauteile erheb lich belastet. Dies gilt besonders für den Abgasturbo lader und den Luftretarder. Insbesondere die dabei auftretenden hohen Temperaturen wirken sich negativ auf die Bauteile, insbesondere deren Lebensdauer, aus.Numerous components are raised during engine braking Lich burdened. This applies particularly to the exhaust gas turbo loader and the air treadmill. Especially the ones occurring high temperatures have a negative effect on the components, especially their service life.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer weiteren Verbesserung der in der DE 196 47 959 C1 beschriebenen Motorbremseinrichtung unter Bei behaltung eines guten Wirkungsgrades, die Belastung der Bauteile zu reduzieren.The present invention is based on the object in a further improvement of that in DE 196 47 959 C1 described engine brake device under Bei maintaining good efficiency, the burden to reduce the number of components.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannte Regelung ge löst.According to the invention, this task is characterized by the drawing part of claim 1 called ge solves.
Durch eine entsprechende Wahl bzw. Kombination der einzelnen Parameter, die Auswirkungen auf die Brems leistung haben, läßt sich die jeweilige spezifische Motorbremsleistung in Abhängigkeit vom Fahrzustand optimal an die jeweiligen Erfordernisse anpassen. So läßt sich z. B. der Luftretarder, in welchem bei Dauer betrieb überhöhte Temperaturen auftreten können, und auch der Abgasturbolader, insbesondere die Abgasturbi ne, entsprechend ihres optimalen Einsatzbereiches re geln. Gleichzeitig lassen sich dabei auch überhöhte Temperaturen in den Zylindern vermeiden.By an appropriate choice or combination of individual parameters that affect braking performance, the respective specific Engine braking power depending on the driving condition adapt optimally to the respective requirements. So can z. B. the air treadmill, in which with duration operation excessive temperatures can occur, and also the exhaust gas turbocharger, especially the exhaust gas turbo ne, right according to your optimal application apply. At the same time, excessive Avoid temperatures in the cylinders.
Durch die Verwendung einer Abgasturbine mit variabler Turbinengeometrie, durch die der Durchsatz des Abgases regelbar ist, sind entsprechend hohe Motorgegendrücke und große Motorluftmengen indizierbar, die damit große Motorbremsleistungen in Verbindung mit einer Dekom pressionseinrichtung bzw. Motorbremseinrichtung im Motorzylinder erlauben. Als Bremsventile für die De kompression des Zylinderinhaltes können dabei geson derte Ventile aber auch die Ladungs-/Austrittsventile mit entsprechender Ansteuerung verwendet werden.By using an exhaust gas turbine with variable Turbine geometry through which the throughput of the exhaust gas is controllable, are correspondingly high engine back pressures and large amounts of engine air can be indexed, making them large Engine braking performance in conjunction with a decom compression device or engine brake device in Allow engine cylinders. As brake valves for the De Compression of the cylinder contents can be avoided other valves but also the charge / outlet valves can be used with appropriate control.
Die Regelung des Luftretarders wird zum einen durch seine Aktivierung über den Ankoppelungsprozeß an den Motorantrieb erreicht und zum anderen durch die Regel ventile in der Druckluftleitung und in der Abluftlei tung.The regulation of the air retarder is on the one hand by its activation via the coupling process to the Motor drive achieved and secondly by the rule valves in the compressed air line and in the exhaust air line tung.
Ein weiteres Kernstück des erfindungsgemäßen Regelsy stems liegt in der Abgasturbine, die im Bremsbetrieb als Turbobremse verwendet wird. Dabei wird der engste Turbinenquerschnitt mit einem entsprechenden Signal von der Regeleinrichtung geregelt. Auf diese Weise läßt sich die Motorbremsleistung sehr sensibel ein stellen.Another core of the rulesy invention stems lies in the exhaust gas turbine, which is in braking operation is used as a turbo brake. The closest is Turbine cross section with a corresponding signal regulated by the control device. In this way the engine braking performance can be very sensitive put.
Mit der erfindungsgemäßen Regelung wird auch eine Re dundanz zur Abgasturbine bei ihrem Einsatz als Tur bobremse geschaffen. Im Falle eines Schaufelbruches kann nämlich dem Fahrzeug weiterhin eine hohe Motor bremsleistung über den Luftretarder zur Verfügung ge stellt werden, was zu einer Erhöhung der Fahrzeugsi cherheit führt. Darüber hinaus kann mit der erfin dungsgemäßen Regelung auch eine zeitliche Entlastung der Abgasturbine und damit eine Steigerung ihrer Le bensdauer erreicht werden. Ebenso läßt sich auch die Belastung des Luftretarders, je nach Belastungsbeauf schlagung, über einen entsprechenden Einsatz der Ab gasturbine regeln. Mit der erfindungsgemäßen Regelung lassen sich somit sämtliche Bauteile aufgrund der ho hen Variabilität der Parameter stets optimal einset zen.With the regulation according to the invention, a Re redundancy to the exhaust gas turbine when used as a door Bob brake created. In the event of a blade break namely, the vehicle can continue to have a high engine braking power is available via the air treadmill are causing an increase in vehicle si security leads. In addition, with the inventions The regulation according to the invention also relieves time the exhaust gas turbine and thus an increase in its le lifetime can be achieved. You can also use the Load on the air retarder, depending on the load strike, about a corresponding use of the Ab regulate gas turbine. With the regulation according to the invention all components can be due to the ho Always optimally use the variability of the parameters Zen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die aufgrund des erfindungsgemäßen Regelsystemes sehr große Motorbremsleistung an ein ABS-System zur Schlupfüberwachung angebunden.In an advantageous embodiment of the invention is the due to the control system according to the invention very high engine braking power to an ABS system Slip monitoring connected.
Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Regel systemes wird erreicht, wenn vorgesehen ist, daß mit der Abluftleitung stromaufwärts von dem Regelventil ein Druckspeicher über eine Zweigleitung verbindbar ist, wobei die Zuschaltung des Druckspeichers durch ein Druckregelventil geregelt wird und der Druckspei cher ausgangsseitig mit Druckluftverbraucher verbind bar ist.Another improvement of the rule according to the invention systemes is achieved if it is provided that with the exhaust pipe upstream of the control valve a pressure accumulator can be connected via a branch line is, the connection of the pressure accumulator by a pressure control valve is regulated and the pressure accumulator Connect the output side to the compressed air consumer is cash.
Die in dem Luftspeicher gespeicherte Luft kann damit in energiesparender Weise mit der Bordluftversorgung zusammengeschaltet werden und/oder dem Motorluftdurch satz in der Instationärphase des Motors direkt zuge speist werden, um die Rauchemission bei gleichzeitig verbesserter Beschleunigung klein zu halten.The air stored in the air reservoir can thus in an energy-saving manner with the on-board air supply be interconnected and / or the engine air through in the transient phase of the engine be fed to the smoke emission at the same time keep improved acceleration small.
In einer konstruktiven Ausgestaltung können dem Luftspeicher auch Wärmetauschereigenschaften übertra gen werden, um die Luft zu kühlen oder aufzuwärmen.In a constructive embodiment, the Air storage also transfer heat exchanger properties to cool or warm the air.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen oder aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzip mäßig erläuterten Ausführungsbeispiel.Advantageous refinements and developments of Invention result from the remaining subclaims or from the principle below based on the drawing moderately explained embodiment.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung der Regelung der Bremsleistung einer Brennkraftmaschine; Figure 1 is a schematic diagram of the device according to the invention for performing the control of the braking power of an internal combustion engine.
Fig. 2 ein Leistung/Motordrehzahl-Diagramm im Brems betrieb; Figure 2 is a power / engine speed diagram in braking operation.
Fig. 3 ein Luftdurchsatz/Motordrehzahl-Diagramm im Bremsbetrieb; Fig. 3 is an air flow / engine speed diagram in braking operation;
Fig. 4 ein Diagramm mit verschiedenen Ventilpositio nen über der Zeit; Fig. 4 is a diagram with different Ventilpositio NEN over time;
Fig. 5 ein weiteres Leistung/Motordrehzahl-Diagramm zur Darstellung verschiedener Leistungsstufen der Motorbremse; und Fig. 5 shows another power / engine speed diagram of various steps for rendering performance of the engine brake; and
Fig. 6 eine konstruktive Ausgestaltung zur Zusammen fassung von zwei Regelventilen in einer Ein heit. Fig. 6 shows a design for summarizing two control valves in one unit.
Die Fig. 1 zeigt in einer prinzipmäßigen Darstellung den konstruktiven Aufbau zur Durchführung der erfin dungsgemäßen Regelung der Bremsleistung einer Brenn kraftmaschine bzw. eines Motors 1. Die Brennkraftma schine 1 ist mit einem Abgasturbolader versehen, der einen Verdichter 2 zur Aufladung von über eine Frisch luftleitung 3 zugeführter Frischluft und eine im Ab gasstrom angeordnete Abgasturbine 4 aufweist. Über eine Zuleitung 5 ist der Verdichter 2 mit der Brenn kraftmaschine 1 verbunden. Die Abgasturbine 4 steht über eine Leitung 6 mit der Brennkraftmaschine 1 in Verbindung. In bekannter Weise wird der Verdichter 2 von der Abgasturbine 4 aus angetrieben und die Ab gasturbine 4 dient im Bremsbetrieb der Turbobremse bzw. der Brennkraftmaschine 1 als zentrales beeinflus sendes Element. Fig. 1 shows, in a principle representation moderate the structural design for carrying out the OF INVENTION to the invention control of the braking power of an internal combustion engine or an engine 1. The internal combustion engine 1 is provided with an exhaust gas turbocharger which has a compressor 2 for charging fresh air supplied via a fresh air line 3 and an exhaust gas turbine 4 arranged in the gas stream. The compressor 2 is connected to the internal combustion engine 1 via a feed line 5 . The exhaust gas turbine 4 is connected to the internal combustion engine 1 via a line 6 . In a known manner, the compressor 2 is driven by the exhaust gas turbine 4 and the gas turbine 4 is used in the braking operation of the turbo brake or the internal combustion engine 1 as a central influencing element.
Mit der Brennkraftmaschine 1 steht, über ein nicht näher dargestelltes Getriebe 7, ein Luftretarder 8 in Antriebsverbindung. Die Verbindung des Luftretarders 8 über das Getriebe 7 mit der Brennkraftmaschine bzw. dem Motor 1 erfolgt über eine Kupplung 9 zwischen dem Getriebe 7 und der Brennkraftmaschine 1. Über eine Luftansaugleitung 10 wird dem Luftretarder 8 Luft zu geführt. Von einer ersten Verdichterstufe 11 des Luft retarders 8 führt eine Luftleitung 12 zu einer zweiten Verdichterstufe 13. Von einer gemeinsamen Ausgangslei tung 12a der zweiten Verdichterstufe 13 führt eine Druckluftleitung 14 zu dem Verdichter 2. Die Druck luftleitung 14 mündet in die Frischluftzuleitung 3 stromabwärts von einem in der Frischluftzuleitung 3 angeordneten Rückschlagventil 15. Von der Ausgangslei tung 12a der zweiten Verdichterstufe 13 zweigt eine Luftableitung 16 mit einem Regelventil 17 ab. Das Re gelventil 17 wird von einer Regeleinrichtung 18 aus, die zur Regelung für einen Aufladungsbetrieb und einen Bremsbetriebs vorgesehen ist, betätigt. In geöffneter Stellung des Regelventils 17 kann Luft über eine Luf tauslaßleitung 19 in die Umgebung abgeführt werden. Von der Luftableitung 16 zweigt eine Zweigleitung 20 ab, die zu einem nachfolgend noch näher erläuterten Luftspeicher 27 führt. An air retarder 8 is in drive connection with the internal combustion engine 1 via a transmission 7 (not shown in more detail). The air retarder 8 is connected to the internal combustion engine or the motor 1 via the transmission 7 via a coupling 9 between the transmission 7 and the internal combustion engine 1 . Air is fed to the air retarder 8 via an air intake line 10 . An air line 12 leads from a first compressor stage 11 of the air retarder 8 to a second compressor stage 13 . A compressed air line 14 leads to the compressor 2 from a common output line 12 a of the second compressor stage 13 . The compressed air line 14 opens into the fresh air supply line 3 downstream of a check valve 15 arranged in the fresh air supply line 3 . From the output line 12 a of the second compressor stage 13 branches off an air discharge line 16 with a control valve 17 . The re regulating valve 17 is actuated by a control device 18 , which is provided for regulating a charging operation and a braking operation. In the open position of the control valve 17 , air can be discharged into the environment via an air outlet line 19 . A branch line 20 branches off from the air discharge line 16 and leads to an air storage unit 27 which will be explained in more detail below.
In der Druckluftleitung 14 befindet sich ein weiteres Regelventil 21, das von einer Steuerleitung 22 aus von der Regeleinrichtung 18 angesteuert wird. In die Re geleinrichtung 18 werden in bekannter Weise Motorzu standsgrößen über eine Steuerleitung 23 eingegeben. Eine Steuerleitung 24 führt von der Regeleinrichtung 18 zu dem Getriebe 7. Die Regeleinrichtung 18 ist wei terhin über eine Steuerleitung 25 mit dem Regelventil 17 zu dessen Ansteuerung verbunden. Mit "26" ist die aus der Abgasturbine 4 herausführende Abgasleitung bezeichnet. Über eine Steuerleitung 28 ist die Rege leinrichtung 18 weiterhin mit einem verstellbaren Tur binenleitgitter 29 der Abgasturbine 4 zu deren Rege lung verbunden.A further control valve 21 is located in the compressed air line 14 and is controlled by a control line 22 from the control device 18 . In the re gel device 18 engine state variables are entered in a known manner via a control line 23 . A control line 24 leads from the control device 18 to the transmission 7 . The control device 18 is furthermore connected via a control line 25 to the control valve 17 for actuating it. The exhaust pipe leading out of the exhaust gas turbine 4 is designated by “ 26 ”. Via a control line 28 , the control device 18 is further connected to an adjustable turbine guide grid 29 of the exhaust gas turbine 4 for its control.
In der Zweigleitung 20 bzw. eingangsseitig an dem Luftspeicher 27 ist ein Druckregelventil 30 angeord net, dessen Öffnungsdruck die Befüllung des Speichers 27 steuert. Der Druckluftspeicher 27 kann mit einem nicht dargestellten Speicher einer Bordluftversorgung zusammengeschaltet werden oder - wie dargestellt - dem Motorluftdurchsatz in der Instationärphase des Motors 1 über eine Druckleitung 31 zugespeist werden, um die Rauchemission bei verbesserter Beschleunigung klein zu halten. Die Regelung hierzu erfolgt über eine mit der Regeleinrichtung 18 verbundene Steuerleitung 32.In the branch line 20 or on the input side of the air reservoir 27 , a pressure control valve 30 is arranged, the opening pressure of which controls the filling of the reservoir 27 . The compressed air accumulator 27 can be interconnected with an accumulator (not shown) of an on-board air supply or - as shown - can be fed to the engine air throughput in the transient phase of the engine 1 via a pressure line 31 in order to keep the smoke emission small with improved acceleration. The control for this takes place via a control line 32 connected to the control device 18 .
Von der Motorbremseinrichtung ist, zur Vereinfachung der Darstellung, lediglich ein Motorbremsventil 33 dargestellt. Das Motorbremsventil kann ein im Zylinder gesondert angebrachtes Ventil oder auch das Austritts ventil sein.To simplify the illustration, only one engine brake valve 33 is shown of the engine brake device. The engine brake valve can be a valve attached separately in the cylinder or the outlet valve.
Über eine weitere Steuerleitung 34 ist die Regelein richtung 18 mit einer ABS/ASR-Steuer- und Regelungs einheit 35 verbunden. Die ABS/ASR-Steuer- und Regel ungseinheit 35 ist, in bekannter Weise, auch über eine Steuerleitung 36 mit einem Rad 37 eines nicht darge stellten Fahrzeuges verbunden, um dessen Schlupf zu überwachen.The control device 18 is connected to an ABS / ASR control and regulating unit 35 via a further control line 34 . The ABS / ASR control and regulation unit 35 is, in a known manner, also connected via a control line 36 to a wheel 37 of a vehicle, not shown, in order to monitor its slip.
Der Luftretarder 8, der selbstverständlich erfindungs gemäß nicht unbedingt als zweistufiger Radialverdich ter ausgebildet sein muß, saugt gefilterte Luft aus der Umgebung über die Leitung 10 an. Über das Ventil 21 steht der Luftretarder 8 mit dem Verdichter 2 in Verbindung und speist bei Bedarf die im Luftretarder 8 komprimierte Luft in die Motorfrischluftversorgung ein. Dabei schließt die Rückschlagklappe 15 automa tisch, aufgrund der sich einstellenden Druckdifferenz, den Zulauf 3 nach außen hin ab. Das Regel- bzw. Dros selventil 17 legt im Zusammenhang mit dem Regelventil 21 die aus dem Luftretarder 8 abfließende Gesamtluft menge bzw. legt den Betriebspunkt des Luftretarders 8 fest.The air retarder 8 , which, of course, according to the invention does not necessarily have to be designed as a two-stage radial compressor, sucks filtered air from the surroundings via line 10 . The air retarder 8 is connected to the compressor 2 via the valve 21 and feeds the air compressed in the air retarder 8 into the engine fresh air supply if necessary. The check valve 15 closes automatically, due to the pressure difference that occurs, the inlet 3 from the outside. The control or throttle valve 17 defines in connection with the control valve 21 the amount of air flowing out of the air retarder 8 or sets the operating point of the air retarder 8 .
Um auch die Abgasturbine 4 in den Regelprozeß einzu binden, ist sie mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet. Die variable Turbinengeometrie kann durch das regelbare Turbinenleitgitter bzw. den Dreh schaufeln 29 oder eine Axialschieberturbine mit einem regelbaren Abblaseventil erreicht werden.In order to include the exhaust gas turbine 4 in the control process, it is equipped with a variable turbine geometry. The variable turbine geometry can be achieved by means of the controllable turbine guide vane or the rotating blades 29 or an axial slide turbine with a controllable relief valve.
Der Einsatz des Luftretarders 8 wird durch den Ankop pelungsprozeß über die Kupplung 9 an den Motorbetrieb aktiviert.The use of the air retarder 8 is activated by the coupling process via the coupling 9 to the engine operation.
Die Fig. 2 zeigt als Leistungsdiagramm einmal die Lei stungscharakteristik des Abgasturboladers in Funktion als Turbobremse (TB) ohne Luftretarder (R) 8, gemäß gestrichelter Darstellung der Kurve C. Wie ersicht lich, führt der Luftmangel bis zu mittleren Motordreh zahlen zu einem unerwünschten Leistungsdefizit. Fig. 2 shows a performance diagram once the performance characteristic of the exhaust gas turbocharger in function as a turbo brake (TB) without air retarder (R) 8 , according to the dashed line of curve C. As evident, the lack of air up to medium engine speeds leads to an undesirable performance deficit .
Würde man mittels Fremdluft Luft vor den Verdichter 2 des Abgasturboladers so einblasen, wie man sie durch den eingekoppelten Luftretarder 8 bekommt, ergibt sich eine bis zu mittleren Motordrehzahlen angehobene strichpunktierte Leistungslinie 38. Die zusätzlich addierte Leistungsaufnahme des Luftretarders 8 bei geschlossenem Ventil 15 als Gesamtbremsleistung, näm lich Abgasturbine 4 als Turbobremse und Luftretarder 8, zeigt die durchgezogene Gesamtleistungslinie D. Der schraffierte. Bereich stellt den Gewinn durch die Zu schaltung des Luftretarders dar. Bei der Kurve C, die das Leistungsergebnis der Turbobremse bei abgekoppel tem Luftretarder 8 darstellt, ist das Regelventil 21 geschlossen. Bei dem Leistungskurvenverlauf nach der Linie 38 ist das Regelventil 17 offen.If air were blown in front of the compressor 2 of the exhaust gas turbocharger by means of external air, as would be obtained by the coupled air retarder 8 , a dash-dotted power line 38 would be raised up to medium engine speeds. The additionally added power consumption of the air retarder 8 when the valve 15 is closed as the total braking power, namely the exhaust gas turbine 4 as the turbo brake and air retarder 8 , shows the solid total power line D. The hatched. Area represents the gain by switching to the air retarder. In curve C, which represents the performance of the turbo brake when the air retarder 8 is uncoupled, the control valve 21 is closed. The control valve 17 is open in the course of the power curve along the line 38 .
Eine günstige Auslegung des Regelsystemes kann ein Luftretarder 8 sein, der im unteren bis mittleren Be triebsbereich nahezu seine gesamte Luft in die Frisch luftmotorluftversorgung, über die Druckleitung 14, einspeist, wodurch dann die Leistung der Turbobremse sehr stark erhöht wird. Eine Retardernennleistung (maximale Motordrehzahl) ist in der Größenordnung von ½ bis unterhalb ¾ einer reinen Turbobremsleistung als vorteilhaft denkbar.A favorable design of the control system can be an air retarder 8 , which in the lower to middle operating range feeds almost all of its air into the fresh air engine air supply, via the pressure line 14 , which then increases the power of the turbo brake very greatly. A retarder nominal power (maximum engine speed) in the order of magnitude of ½ to below ¾ of a pure turbo braking power is conceivable as advantageous.
Auch bei Ausfall des Verdichters 2 kann über den Luf tretarder 8 eine hohe Motorbremsleistung aufrecht er halten werden.Even if the compressor 2 fails, a high engine braking power can be maintained via the air pedal 8 .
Aus der Fig. 3 sind die Verhältnisse der Luftmenge bzw. des Luftdurchsatzes der Turbobremse mit und ohne Lufteinspeisung und die Abblasemenge AB als Anhalts werte zu entnehmen. Mit TB ist der Massendurchsatz der Turbobremse und mit R ist der Massendurchsatz durch den Luftretarder bezeichnet. Die gestrichelte Kurve C zeigt den Verlauf des Luftdurchsatzes über der Motordrehzahl der Turbobremse ohne Luftretarder, die strichpunktierte Linie 38 zeigt, in gleicher Weise wie Fig. 2, die Turbobremse mit Lufteinspeisung TB und die Kurve D zeigt den Verlauf des Gesamtmassendurch satzes.From Fig. 3, the ratios of the air volume or the air flow rate of the turbo brake with and without air supply and the blow-off amount AB can be taken as a guide. TB is the mass flow rate of the turbo brake and R is the mass flow rate through the air retarder. The dashed curve C shows the course of the air throughput over the engine speed of the turbo brake without air retarder, the dash-dotted line 38 shows, in the same way as Fig. 2, the turbo brake with air feed TB and the curve D shows the course of the total mass throughput.
Zu erwähnen ist noch, daß bei einem Schadensfall des Abgasturboladers, z. B. einem Schaufelbruch während der Bremsphase, das System dies über die momentane Motor- Luftmenge bzw. den Ladedruck erkennen muß. Durch eine Mehreinspeisung über den Luftretarder 8 kann dann ver sucht werden, die Fehlluftmenge weitgehend zu kompen sieren, indem das Regelventil 21 eventuell weiter ge öffnet und das Regelventil 17 entsprechend stärker geschlossen wird.It should also be mentioned that in the event of a damage to the exhaust gas turbocharger, e.g. B. a blade break during the braking phase, the system must recognize this via the current engine air quantity or the boost pressure. Through a multiple feed via the air retarder 8, it can then be sought to largely compensate for the amount of incorrect air by possibly opening the control valve 21 further and the control valve 17 being closed correspondingly more strongly.
Die Fig. 4 zeigt verschiedene Ventilquerschnitte bzw. Ventilstellungen über der Zeit und deren Auswirkungen. Dargestellt ist dabei das Ventil 15 mit der durchgezo genen Linie, das Regelventil 17 mit der strichpunk tierten Linie und das Regelventil 21 mit der gestri chelten Linie. Einen kritischen Punkt stellt dabei PKRIT dar, an dem die Rückschlagklappe 15 vor dem Ver dichter 2, bei einer weiteren Steigerung der Motor drehzahl, über den Differenzdruck, der über der Rück schlagklappe 15 anliegt, aufgedrückt wird. Um hier Unstetigkeiten in der Motorbremsleistungskurve weitge hend auszuschließen, sollte eine Abstimmung zwischen dem Ventilquerschnitt und der Austrittsleitung des Luftretarders 8 so erfolgen, daß der Massendurchsatz beim Aufspringen der Rückschlagklappe 15 sich in kür zester Zeit in etwa gleich einstellt. FIG. 4 shows various valve cross-sections or valve positions over time and their effects. Shown here is the valve 15 with the solid line, the control valve 17 with the dash-dotted line and the control valve 21 with the dashed line. A critical point here is P KRIT , at which the non- return valve 15 in front of the compressor 2 , with a further increase in the engine speed, is pushed open via the differential pressure which is present over the non-return valve 15 . In order to largely rule out discontinuities in the engine braking power curve, a coordination between the valve cross-section and the outlet line of the air retarder 8 should take place in such a way that the mass flow rate when the check valve 15 opens is set approximately the same in a very short time.
Die gestrichelte Linie, die die Stellung des Regelven tiles 21 betrifft, zeigt den Verlauf, wenn der Luftre tarder 8 Druckluft über die Leitung 14 in den Verdich ter 2 einspeist. Wenn bei dem Schließen bzw. der Dros selung des Regelventiles 21 die Einspeisung und damit der Druck entsprechend zurückgeht, öffnet am Punkt PKRIT die Rückschlagklappe 15 und die Einspeisung aus dem Luftretarder 8 geht entsprechend zurück.The dashed line, which relates to the position of Regelven tiles 21 , shows the course when the Luftre tarder 8 feeds compressed air via line 14 into the compressor ter 2 . If the supply and thus the pressure decreases accordingly when the control valve 21 is closed or throttled, the check valve 15 opens at the point PKRIT and the supply from the air treadmill 8 decreases accordingly.
Die strichpunktierte Linie zeigt den Verlauf des Ven tilquerschnittes 17, wenn entsprechend Druckluft aus dem Luftretarder 8 über das Ventil 17 abgeblasen wird. In dem Punkt PKRIT wird der Druck in der Druckleitung 14 entsprechend kleiner als der Druck in der Zuleitung 3. Gleichzeitig wird in diesem Falle das Regelventil 17 geöffnet und der Luftretarder 8 bläst nur noch ab, sofern nicht eine Einleitung über die Zweigleitung 20 in den Luftspeicher 27 vorgesehen wird.The dash-dotted line shows the course of the Ven tilquerschnittes 17 when compressed air is blown out of the air treadmill 8 via the valve 17 . At point P KRIT , the pressure in the pressure line 14 becomes correspondingly lower than the pressure in the supply line 3 . At the same time, the control valve 17 is opened in this case and the air retarder 8 only blows off, unless an introduction via the branch line 20 into the air accumulator 27 is provided.
Neben der Gesamtbremsleistung gemäß D in Fig. 2 erge ben sich für das Motorbremssystem, mit der Koppelung, Luftretarder 8 und Turbobremse, mehrere Stufen, die in der Fig. 5 nebst Erläuterungen zusammengestellt sind. In addition to the total braking power according to D in FIG. 2, there are several stages for the engine braking system, with the coupling, air retarder 8 and turbo brake, which are summarized in FIG. 5 along with explanations.
Die kleinsten Motorbremsleistungen können dabei über die reine Schleppleistung bei geschlossenen Bremsven tilen 33 realisiert werden. Dabei ist die Abgasturbine 4 weit geöffnet. Dies ist mit "A" gemäß der gestri chelten Kurve dargestellt. Die Motorschleppleistungen lassen sich jedoch auch über den Aufladegrad, mittels der variablen Einstellung der Abgasturbine 4, noch weiter stark beeinflussen. Durch Zuschalten des Luf tretarders 8 erhält man den von der Turbobremse unab hängigen Leistungsanteil B (siehe Schraffur), der mit einer gewissen Schleppleistung im Schadensfall des Turboladermotors vorhanden sein wird. Das Gesamtergeb nis ist durch die ausgezogene Linie mit "A+B" darge stellt. Dabei erfolgt eine variable Regelung über das Regelventil 17, und zwar ohne Aufladung über die Tur bobremse.The smallest engine braking performance can be realized on the pure drag performance with closed Bremsven valves 33 . The exhaust gas turbine 4 is opened wide. This is shown with "A" according to the dashed curve. However, the engine towing power can also be greatly influenced by the degree of charging, by means of the variable setting of the exhaust gas turbine 4 . By switching on the air pedal 8 you get the power component B independent of the turbo brake (see hatching), which will be available with a certain towing capacity in the event of damage to the turbocharger engine. The overall result is represented by the solid line with "A + B". A variable control takes place via the control valve 17 , namely without charging via the door brake.
Die Leistungslinie C der reinen Turbobremse, bei abge koppeltem bzw. ohne Luftretarder, kann aus der Fig. 2 entnommen werden.The power line C of the pure turbo brake, with uncoupled or without air retarder, can be seen from FIG. 2.
In der Fig. 2, im unteren Bereich, ist auch die reine Turbobremse ohne Luftzuspeisung, bei angekoppeltem Luftretarder, mit E angedeutet. Sie liegt in der Lei stungsabstufung deutlich unterhalb der maximal mögli chen Bremsleistung D.In FIG. 2, in the lower area, the pure turbo brake without air supply is also indicated with E when the air retarder is coupled. In terms of power rating, it is clearly below the maximum possible braking power D.
In der nachfolgenden Übersicht sind die einzelnen Kur
ven bzw. Leistungsstufen der Motorbremse nochmals zu
sammengefaßt:
A Motorschleppleistung ohne Aufladung
A+B Motorschleppleistung + Luftretarder 8 (variable
Regelung über Regelventil); (ohne Aufladung
durch Turbobremse)
C Turbobremse ohne Luftretarder 8
D Turbobremse mit Luftretarder 8 (mit Luftzuspei
sung)
E Turbobremse mit Luftretarder 8 (ohne Luftzuspei
sung)The individual curves and power levels of the engine brake are summarized again in the following overview:
A Engine towing power without charging
A + B engine drag power + air treadmill 8 (variable control via control valve); (without turbo brake charging)
C Turbo brake without air retarder 8
D Turbo brake with air retarder 8 (with air supply)
E Turbo brake with air retarder 8 (without air supply)
Da wie ersichtlich, die gleiche Bremsleistung mit un terschiedlichen Kombinationen der Parameter: variable Abgasturbine 4, Bremsventile 33 der Zylinder, angekop pelter oder abgekoppelter Luftretarder 8, Ventilstel lung 21 und Ventilstellung 17 ermöglicht wird und die se auch mehrfach kombinierbar sind, werden die Rege lungskonzepte dieser Parameter entsprechend der Aufga benstellung, nämlich Sicherheitsredundanz und Vertei lung der Bauteilbelastung auf beide gekoppelten Syste me, nämlich Luftretarder und Turbobremse, im Hinblick auf eine maximal mögliche Lebensdauer der Einzelkompo nenten verwirklichbar.As can be seen, the same braking power with different combinations of the parameters: variable exhaust gas turbine 4 , brake valves 33 of the cylinders, coupled or uncoupled air retarder 8 , valve position 21 and valve position 17 is made possible and these can also be combined several times, the control concepts this parameter according to the task, namely safety redundancy and distribution of the component load on both coupled systems, namely air retarder and turbo brake, can be implemented with regard to the maximum possible service life of the individual components.
Eine hohe Bedeutung bei der Regelung besitzt das Re gelventil 17, durch das der Wirkungsgrad des Luftre tarders 8 zwischen der Stopfgrenze und der Pumpgrenze der Verdichterstufen wesentlich bestimmt wird.The control valve 17 is of great importance in the control, through which the efficiency of the air re tarders 8 between the stuffing limit and the surge limit of the compressor stages is essentially determined.
Durch die Verbindung des Motorbremssystems bzw. der Motorbremsleistung mit dem Antischlupfregelsystem 35, kann die Regeleinrichtung 8 die Bremsleistung so re geln, daß auf jeden Fall kein Durchdrehen des Rades 37 stattfindet. Nach einer Radschlupferkennung wird die Regeleinrichtung 18 die Gesamtbremsleistung entspre chend der oben aufgezählten Stufen reduzieren. Dabei ist man aufgrund der Variabilität des Regelsystems sehr flexibel. Dies kann z. B. durch eine Verkleinerung des Öffnungsquerschnittes des Regelventiles 21, eine Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes des Regelventi les 17 oder auch ein Öffnen des engsten Turbinenquer schnittes erreicht werden. Selbstverständlich sind auch kombinierte Maßnahmen daraus möglich, um die Bremsleistung entsprechend herabzusetzen. Ebenso läßt sich eine Leistungsreduktion über eine Herabsetzung des Öffnungsquerschnittes des Bremsventils 33 errei chen.By connecting the engine braking system or the engine braking power with the anti-slip control system 35 , the control device 8 can regulate the braking power so that in any case there is no spinning of the wheel 37 . After a wheel slip detection, the control device 18 will reduce the total braking power accordingly, according to the above-mentioned levels. One is very flexible due to the variability of the control system. This can e.g. B. by reducing the opening cross section of the control valve 21 , increasing the opening cross section of the Regelventi les 17 or opening the narrowest turbine cross section. Combined measures are of course also possible to reduce the braking power accordingly. Likewise, a reduction in output can be achieved by reducing the opening cross section of the brake valve 33 .
Dabei kann auf die Motordrehzahl eingegriffen werden oder bei einer konstanten Motordrehzahl wird entspre chend die Bremsleistung reduziert. In der Fig. 2 sind mit nMOT1 entsprechend Beispiele angedeutet. Wird bei nMOT1 die Gesamtbremsleistung reduziert, so bewegt sich die Leistung und damit auch die Drehzahl, gemäß Pfeil 39, entlang der Kurve D nach unten. Im Rahmen der ho hen Variabilität lassen sich hier auch noch beliebig andere Maßnahmen durchführen. So kann, z. B. bei Beibe haltung der Motordrehzahl, auch "senkrecht" nach unten oder auch schräg in das schraffierte Feld, zur Redu zierung der Motorbremsleistung, "gefahren" werden.It is possible to intervene on the engine speed or, if the engine speed is constant, the braking power is reduced accordingly. In Fig. 2 with n MOT1 corresponding examples are indicated. If the total braking power is reduced at n MOT1 , the power and thus also the speed, according to arrow 39 , moves downward along curve D. Within the scope of the high variability, any other measures can also be carried out here. So, e.g. B. at Beibe maintenance of the engine speed, also "vertically" downwards or diagonally into the hatched field, to reduce the engine braking power, "driven".
In der Fig. 6 ist eine konstruktive Zusammenfassung der beiden Ventile 17 und 21 zu einem Bauteil darge stellt. Bei einer serienmäßigen Umsetzung eines Luft retarders 8, mit einem Abgasturbolader bzw. einer Tur bobremse, ist man bestrebt, die Anzahl der Ventile und Klappen so gering wie möglich zu halten. So läßt sich z. B. die Regelung der Querschnitte der Ventile 17 und 21, mittels eines in einem Gehäuse 40 angeordneten Drehschiebers 41, erreichen. In diesem Falle übernimmt der Drehschieber 41 die Funktion der Regelventile 17 und 21, in Abhängigkeit von seiner Stellung. In der dargestellten Position ist das "Regelventil 21" geöff net und der Luftretarder 8 über die Auslaßleitung 12a mit der Druckleitung 14 verbunden, während die Abluft leitung 16 geschlossen ist. Durch eine entsprechende Verdrehung des Drehschiebers 41 läßt sich auch eine direkte Verbindung zwischen der Auslaßleitung 12a und der Abluftleitung 16 herstellen, nebst Absperrung der Druckleitung 14. Selbstverständlich ist auch eine Zwi schenstellung möglich.In FIG. 6, a constructive combination of the two valves 17 and 21 to a component, and Darge. In a series implementation of an air retarder 8 , with an exhaust gas turbocharger or a door brake, the aim is to keep the number of valves and flaps as low as possible. So z. B. the regulation of the cross sections of the valves 17 and 21 , by means of a rotary valve 41 arranged in a housing 40 , achieve. In this case, the rotary valve 41 takes over the function of the control valves 17 and 21 , depending on its position. In the position shown, the "control valve 21 " is opened and the air retarder 8 is connected via the outlet line 12 a to the pressure line 14 , while the exhaust line 16 is closed. By a corresponding rotation of the rotary valve 41 , a direct connection between the outlet line 12 a and the exhaust air line 16 can also be established, together with the shut-off of the pressure line 14 . An intermediate position is of course also possible.
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, daß
in Verbindung mit einer den Abgasstrom regelnden Abgasturbine (4) die jeweilige Gesamtbremsleistung der Brennkraftmaschine (1), in Abhängigkeit vom Fahrzustand, durch eine unterschiedliche Kombina tion folgender Parameter geregelt wird:
- a) Stellung der Abgasturbine (4),
- b) der zylinderseitigen Motorbremseinrichtung (Ventile 33),
- c) Ankoppelungs- oder Abkoppelungszustand des Luftretarders (8) und
- d) der Stellung der Regelventile (21 und 17) für die Druckluftleitung (14) und die Abluftlei tung (16).
characterized in that
in connection with an exhaust gas turbine ( 4 ) regulating the exhaust gas flow, the respective total braking power of the internal combustion engine ( 1 ), depending on the driving state, is regulated by a different combination of the following parameters:
- a) position of the exhaust gas turbine ( 4 ),
- b) the cylinder-side engine brake device (valves 33 ),
- c) coupling or uncoupling state of the air retarder ( 8 ) and
- d) the position of the control valves ( 21 and 17 ) for the compressed air line ( 14 ) and the exhaust line ( 16 ).
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