EP1694949A1 - Antriebsstrang mit abgasnutzung und steuerungsverfahren - Google Patents

Antriebsstrang mit abgasnutzung und steuerungsverfahren

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Publication number
EP1694949A1
EP1694949A1 EP04798084A EP04798084A EP1694949A1 EP 1694949 A1 EP1694949 A1 EP 1694949A1 EP 04798084 A EP04798084 A EP 04798084A EP 04798084 A EP04798084 A EP 04798084A EP 1694949 A1 EP1694949 A1 EP 1694949A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrodynamic
working space
exhaust gas
hydrodynamic coupling
clutch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04798084A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Kley
Reinhold Pittius
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Turbo GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Turbo GmbH and Co KG filed Critical Voith Turbo GmbH and Co KG
Publication of EP1694949A1 publication Critical patent/EP1694949A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a drive train, in particular a motor vehicle drive train, in which the exhaust gas energy of the exhaust gases of an internal combustion engine is used for driving by means of an exhaust gas turbine.
  • the invention further relates to a method for controlling such a drive train.
  • exhaust gas turbines in drive trains, in particular in motor vehicle drive trains, is known.
  • the crankshaft of the internal combustion engine is additionally driven by the exhaust gas utility turbine, which is connected in a suitable drive connection to the crankshaft, in the use of exhaust gas energy.
  • the drive connection comprises a hydrodynamic clutch, which transmits the drive torque of the exhaust gas turbine to the crankshaft. Suitable translations or gears can also be interposed.
  • the hydrodynamic clutch is not only used for torque transmission in exhaust gas energy operation, but it is also used as a hydrodynamic brake, i. H. used as a so-called retarder.
  • a wheel of the hydrodynamic clutch is mechanically fixed, namely the wheel connected to the exhaust gas turbine.
  • two different hydraulic circuits can be used, which specifically fill and empty a clutch chamber and a retarder chamber.
  • a multi-plate clutch can be used as a means for braking or locking the one wheel of the hydrodynamic clutch.
  • Technical problems have repeatedly occurred with such multi-plate clutches, which were mostly attributed to overload. Accordingly, the multi-plate clutches have been designed to be powerful, ie with considerable structural dimensions and considerable weight. On the one hand, this interpretation leads to high costs. On the other hand, the additional weight is particularly great Motor vehicles to be regarded as disadvantageous, since it is known that the aim today is to minimize fuel consumption.
  • the invention has for its object to further develop a drive train with an internal combustion engine, an exhaust gas turbine and a hydrodynamic clutch in the drive connection between a crankshaft and the exhaust gas turbine, the hydrodynamic clutch also being used for hydrodynamic braking, such that the disadvantages of the prior art be cleared out.
  • a structurally smaller means in particular a multi-plate clutch, should be able to be used to brake or lock the one clutch wheel.
  • a control method for controlling the drive train according to the invention is to be presented.
  • the inventor has recognized a possibility of designing a generic drive train in which the hydrodynamic clutch can be designed for high transmission powers and at the same time only a comparatively weak braking or locking device can be used for braking and locking a paddle wheel of the hydrodynamic clutch without it there is a risk of overloading them.
  • the areas of greatest load peaks are, as it were, hidden from the operating behavior. This firstly protects the clutch and secondly increases driving comfort when used in a motor vehicle by a smoother transition from clutch operation to retarder operation.
  • a control which empties the working space of the hydrodynamic clutch to a predetermined filling level before the primary wheel, ie the bucket wheel, which is assigned to the exhaust gas turbine and is used as a stator in retarder operation, is braked.
  • the Emptying takes place together with the braking of the primary wheel of the hydrodynamic coupling. It is only important that the emptying is carried out in good time so that no long-lasting or no stress conditions occur that exceed the performance of the braking device.
  • the braking device for braking and mechanically locking the primary wheel of the hydrodynamic clutch is a multi-plate clutch. It is also advantageous if the hydrodynamic coupling is arranged in the cooling circuit of a vehicle and the working medium is the vehicle cooling medium, in particular water or a water mixture.
  • a 3/2-way valve is arranged in the cooling circuit upstream of the hydrodynamic coupling. H. in "normal" driving mode, the inflowing working medium flow in the direction of the hydrodynamic clutch and at the same time in the direction of the internal combustion engine, which is cooled by the working medium or cooling medium, is divided. Immediately before braking and / or braking the primary wheel, the 3/2 switches -Way valve and shuts off the working medium flow in the direction of the hydrodynamic coupling, so that, due to a lack of inflow, the working space of the hydrodynamic coupling is emptied to the desired filling level by continuous outflow.
  • a throttling point can be provided in the flow direction upstream of the hydrodynamic clutch, which throttles the working medium flow before braking or when braking the primary wheel.
  • This throttle point can be designed in the form of a regulated throttle or by means of a throttle that can be activated, for example in a bypass.
  • an expandable drain opening or additional drain openings can be provided behind the hydrodynamic coupling in the flow direction, with which the available flow cross-section is expanded before braking or when braking the primary wheel of the hydrodynamic clutch.
  • the working space of the hydrodynamic clutch is kept at a predetermined filling level, which is generally smaller than the filling level in clutch operation, i.e. , H. in exhaust gas energy operation.
  • a predetermined filling level which is generally smaller than the filling level in clutch operation, i.e. , H. in exhaust gas energy operation.
  • the working space of the hydrodynamic coupling is emptied to a predetermined filling level.
  • the switchover begins with the braking of the primary wheel of the hydrodynamic clutch or even before that, in the case of an emptying, immediately before the braking of the primary wheel.
  • the working space of the hydrodynamic clutch is completely emptied when switching over.
  • this charge state of the retarder operation becomes directly before or when the primary wheel of the hydrodynamic clutch is braked
  • a filling state is approached which has a degree of filling less than that of the retarder operation, and the clutch is subsequently refilled to the degree of filling of the retarder operation.
  • Figure 1 shows a basic structure of the drive connection between the
  • Figure 2 is a control scheme for controlling an inventive
  • FIG 3 shows the states of the 3/2-way valve shown in Figure 2 in detail.
  • FIG. 1 shows the drive connection between an exhaust gas turbine 2 and a crankshaft 3 of an internal combustion engine, not shown, which is designed in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the driven shaft of the exhaust gas turbine is connected to the primary wheel 4.1 of the hydrodynamic clutch 4 via a first gear 8.
  • the crankshaft 3 is connected to the secondary wheel 4.2 of the hydrodynamic clutch 4 via a second gear 9. Accordingly, when the working space of the hydrodynamic clutch 4 is filled, preferably when it is full, torque or rotational power is transmitted from the exhaust gas turbine 2 to the crankshaft 3.
  • the primary wheel 4.1 of the hydrodynamic clutch 4 can be braked and mechanically locked by means of the multi-plate clutch 5.
  • the hydrodynamic clutch 4 acts as a retarder, ie the crankshaft 3 continues to drive the secondary wheel 4.2 of the hydrodynamic clutch 4 via the gear 9, via the filled working space of the hydrodynamic clutch 4, advantageously with one filled predetermined filling, torque is transmitted from the secondary gear 4.2 to the primary gear 4.1 and derived via the multi-plate clutch 5. This creates a braking effect that brakes the crankshaft 3.
  • the second effect can be seen in the fact that the multi-plate clutch 5 also fixes the rotor of the exhaust gas turbine 2 via the primary wheel 4.1 and the transmission 8. Accordingly, the exhaust gas flow, which flows through the exhaust gas turbine, is throttled, which leads to an increased exhaust gas pressure, which in turn brakes the internal combustion engine, not shown. This effect could be compared to that of an exhaust valve brake.
  • FIG. 2 shows a control scheme for a possible control of the drive train according to the invention or a possible control method according to the invention.
  • the same reference numerals are used for the components already shown in FIG. 1, so that this description need not be repeated.
  • the hydrodynamic clutch 4 is arranged in the cooling circuit 6 of a vehicle.
  • a cooler 10 is connected to the cooling circuit 6. If cooling is not required, this can be bypassed using the bypass shown.
  • the output values of a thermostat 11 are used to divide the corresponding coolant flow, either through the cooler 10 or through the bypass.
  • the cooling medium or the working medium is circulated in the cooling circuit by the cooling water pump 12. As can be seen, only a single cooling water pump 12 is provided in the entire cooling circuit.
  • a 3/2-way valve 7 which divides the cooling medium flow or working medium flow into two directions, namely in the direction of the hydrodynamic coupling 4 and in the direction of the motor 1.
  • the working space of the hydrodynamic coupling 4 should now be targeted are emptied, whereby emptying also means an emptying to a partial filling and complete emptying, the changeover valve 7 is switched from the position shown (in the drawing in the direction to the left), so that the flow of working medium in the direction of the hydrodynamic coupling 4 is interrupted.
  • the working space of the hydrodynamic coupling 4 is emptied accordingly, specifically via the line branch 6.1 of the cooling circuit 6, in which the outlet control valve 19 is connected.
  • the effective flow cross-section of the line which discharges the working medium from the hydrodynamic coupling 4 can be set by means of the outlet control valve 19.
  • the outlet control valve 19 can advantageously be arranged directly on the hydrodynamic clutch 4 or in the hydrodynamic clutch 4, but it is also possible to arrange the outlet control valve 19 in a line carrying the working medium behind the hydrodynamic clutch 4.
  • the outlet control valve 19 is not absolutely necessary for the control according to the invention, but merely represents an option for faster emptying.
  • the hydrodynamic chamber could be emptied Coupling 4 also use a throttle (not shown). In this case, there would always be a flow into the working space of the hydrodynamic clutch 4, which would be throttled accordingly when switching from clutch operation to retarder operation.
  • the 3/2-way valve 7 is shown again in detail in FIG. As can be seen, it has two switching positions, namely switching position I, in which the working medium flow supplied via the connection 7.1 is divided between the two outlets 7.2 and 7.3, the outlet 7.2 leading to the hydrodynamic coupling 4 and the outlet 7.3 to the internal combustion engine 1 , as shown in Figure 2.
  • switching position I in which the working medium flow supplied via the connection 7.1 is divided between the two outlets 7.2 and 7.3, the outlet 7.2 leading to the hydrodynamic coupling 4 and the outlet 7.3 to the internal combustion engine 1 , as shown in Figure 2.
  • switch position II the working medium supplied via connection 7.1 is only used for outlet 7.3, i.e. H. in the direction of the internal combustion engine 1, while the outlet 7.2 is shut off.
  • the working space of the hydrodynamic clutch is advantageously emptied to a predetermined filling level before mechanical braking and / or when the primary wheel of the hydrodynamic clutch is mechanically braked.
  • this degree of filling can be determined, for example, by a predetermined period of time over which the work space is emptied.
  • the valve 7 can be switched to the position II for a specific time interval, and alternatively or additionally the cross section of the outlet control valve 19 can be enlarged for a specific period of time.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor; eine Abgasnutzturbine, welche im Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Kurbelwelle, die vom Verbrennungsmotor angetrieben wird; die Kurbelwelle ist über eine hydrodynamische Kupplung mit der Abgasnutzturbine in eine Triebverbindung schaltbar, so dass die Kurbelwelle von der Abgasnutzturbine angetrieben wird; die hydrodynamische Kupplung weist ein Primärrad und ein Sekundärrad auf, welche miteinander einen Arbeitsraum ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium zur Drehmomentübertragung befüllbar ist; das Primärrad steht in Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine; das Sekundärrad steht in Treibverbindung mit der Kurbelwelle; das Primärrad ist gegenüber einer Drehbewegung mechanisch abbremsbar und verriegelbar, so dass die hydrodynamische Kupplung die Funktion eines hydrodynamischen Retardes aufnimmt. Der erfindungsgemässe Antriebsstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung vor und/oder bei der Abbremsung des Primärrades gezielt auf einen vorgegebenen Füllungsgrad entleert.

Description

Antriebsstrang mit Abgasnutzung und Steuerungsverfahren
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem die Abgasenergie der Abgase eines Verbrennungsmotors mittels einer Abgasnutzturbine zum Antrieb genutzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Antriebsstrangs.
Die Verwendung von Abgasnutzturbinen in Antriebssträngen, insbesondere in Kraftfahrzeugantriebssträngen, ist bekannt. Gemäß eines bekannten Typs wird im Abgasenergienutzbetrieb die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zusätzlich durch die Abgasnutzturbine angetrieben, welche in eine geeignete Triebverbindung mit der Kurbelwelle geschaltet ist. Die Triebverbindung umfasst eine hydrodynamische Kupplung, welche das Antriebsmoment der Abgasnutzturbine auf die Kurbelwelle überträgt. Geeignete Übersetzungen oder Getriebe können ebenso zwischengeschaltet sein.
Gemäß einer Weiterentwicklung dieses Typs dient die hydrodynamische Kupplung nicht nur zur Drehmomentübertragung im Abgasenergienutzbetrieb, sondern sie wird auch als hydrodynamische Bremse, d. h. als sogenannter Retarder verwendet. Dazu wird ein Rad der hydrodynamischen Kupplung mechanisch festgesetzt, und zwar das mit der Abgasnutzturbine in Verbindung stehende Rad. Alternativ kann auch mit zwei unterschiedlichen hydraulischen Kreisläufen gearbeitet werden, welche einen Kupplungsraum und einen Retarderraum gezielt füllen und entleeren.
Als Mittel zum Abbremsen bzw. Festsetzen des einen Rades der hydrodynamischen Kupplung kann beispielsweise eine Lamellenkupplung verwendet werden. Bei solchen Lamellenkupplungen sind immer wieder technische Probleme aufgetreten, welche zumeist auf Überlastung zurückgeführt wurden. Entsprechend hat man die Lamellenkupplungen leistungsstark ausgelegt, d. h. mit erheblichen konstruktiven Ausmaßen und einem erheblichen Gewicht. Einerseits führt diese Auslegung zu hohen Kosten. Andererseits ist das zusätzliche Gewicht insbesondere bei Kraftfahrzeugen als nachteilig anzusehen, da man bekanntlich heutzutage danach strebt, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasnutzturbine und einer hydrodynamische Kupplung in der Triebverbindung zwischen einer Kurbelwelle und der Abgasnutzturbine, wobei die hydrodynamische Kupplung auch zum hydrodynamischen Bremsen eingesetzt wird, derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Standes der Technik ausgeräumt werden. Insbesondere soll ein baulich kleineres Mittel, insbesondere eine Lamellenkupplung, zum Abbremsen bzw. Verriegeln des einen Kupplungsrades verwendet werden können. Ferner soll ein Steuerungsverfahren zum Steuern des erfindungsgemäßen Abtriebsstrangs dargelegt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang und ein Steuerverfahren für einen Antriebsstrang gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfinder hat eine Möglichkeit zur Gestaltung eines gattungsgemäßen Antriebsstrangs erkannt, bei welchem die hydrodynamische Kupplung für große Übertragungsleistungen ausgeführt werden kann und zugleich nur eine vergleichsweise schwache Abbrems- bzw. Verriegelungseinrichtung zum Abbremsen und Verriegeln von einem Schaufelrad der hydrodynamischen Kupplung verwendet werden kann, ohne dass die Gefahr einer Überlastung derselben besteht. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang werden sozusagen die Bereiche größter Lastspitzen aus dem Betriebsverhalten ausgeblendet. Dadurch wird zum einen die Kupplung geschont und andererseits bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug der Fahrkomfort durch einen sanfteren Übergang vom Kupplungsbetrieb in den Retarderbetrieb erhöht. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung vor der Abbremsung des Primärrades, d. h. des Schaufelrades, welches der Abgasnutzturbine zugeordnet ist und als Stator im Retarderbetrieb verwendet wird, auf einen vorgegebenen Füllungsgrad entleert. Alternativ oder zusätzlich kann die Entleerung zusammen mit der Abbremsung des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung erfolgen. Wichtig ist nur, dass die Entleerung so rechtzeitig erfolgt, dass keine lang anhaltenden bzw. überhaupt keine Belastungszustände auftreten, welche die Leistungsfähigkeit der Bremseinrichtung überschreiten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Bremseinrichtung zum Abbremsen und mechanischen Verriegeln des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung eine Lamellenkupplung. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die hydrodynamische Kupplung im Kühlkreislauf eines Fahrzeugs angeordnet ist und das Arbeitsmedium das Fahrzeugkühlmedium, insbesondere Wasser oder ein Wassergemisch, ist.
Zur gezielten Entleerung des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung vor oder beim Abbremsen des Primärrades können verschiedene Konzepte zum Einsatz kommen. Gemäß einer Ausführungsform ist in Strömungsrichtung vor der hydrodynamischen Kupplung ein 3/2-Wegeventil im Kühlkreislauf angeordnet, welches bei ungebremstem Primärrad, d. h. im „normalen" Fahrbetrieb, den zufließenden Arbeitsmediumstrom in Richtung der hydrodynamischen Kupplung und zugleich in Richtung des Verbrennungsmotors, welcher durch das Arbeitsmedium bzw. Kühlmedium gekühlt wird, aufteilt. Unmittelbar vor der Abbremsung und/oder bei der Abbremsung des Primärrades schaltet das 3/2-Wegenventil und sperrt den Arbeitsmediumstrom in Richtung der hydrodynamischen Kupplung ab, so dass mangels Zufluss der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung durch anhaltenden Abfluss auf den gewünschten Füllungsgrad entleert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann in Strömungsrichtung vor der hydrodynamischen Kupplung eine Drosselstelle vorgesehen sein, welche den Arbeitsmediumstrom vor der Abbremsung bzw. bei der Abbremsung des Primärrades drosselt. Diese Drosselstelle kann in Form einer geregelten Drossel oder durch eine zuschaltbare Drossel, beispielsweise in einem Bypass, ausgeführt sein.
Alternativ oder zusätzlich, um die Entleerungsgeschwindigkeit zu vergrößern, kann in Strömungsrichtung hinter der hydrodynamischen Kupplung eine vergrößerbare Ablauföffnung bzw. zusätzliche Ablauföffnungen vorgesehen sein, mit welcher/welchen der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt vor dem Bremsen oder beim Bremsen des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung erweitert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch mindestens drei Schritte aus:
Im Abgasenergienutzungsbetrieb, d. h. in einem Betriebszustand, in welchem mittels der Abgasnutzturbine Abgasenergie in Rotationsenergie umgewandelt wird und zum (zusätzlichen) Antreiben der Kurbelwelle verwendet wird, wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung im wesentlichen gefüllt oder vollständig gefüllt gehalten und entsprechend der gewünschten Kupplungsfunktion, d. h. der Übertragung des gewünschten Drehmoments von der Abgasnutzturbine auf die Kurbelwelle, keines der Kupplungsschaufelräder, d. h. weder Primärrad noch Sekundärrad, mechanisch gebremst. Im Retarderbremsbetrieb, d. h. in dem Betriebszustand, in welchem das Primärrad der hydrodynamischen Kupplung mechanisch gegen eine Drehung verriegelt ist und die hydrodynamische Kupplung als Retarder arbeitet, wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung auf einem vorgegebenen Füllungsgrad gehalten, welcher in der Regel kleiner ist als der Füllungsgrad im Kupplungsbetrieb, d. h. im Abgasenergienutzbetrieb. Wie bei herkömmlichen hydrodynamischen Kupplungen ist natürlich in bestimmten Betriebszuständen auch eine Teilfüllung im Kupplungsbetrieb möglich, und wie bei herkömmlichen Retardem eine Vollfüllung im Retarderbetrieb.
Beim Umschalten vom Abgasenergienutzbetrieb zum Retarderbetrieb wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung auf einen vorgegebenen Füllungsgrad entleert. Das Umschalten beginnt mit dem Abbremsen des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung oder schon vorher in dem Falle einer Entleerung unmittelbar vor Beginn der Bremsung des Primärrades.
Um die Brems- bzw. Verriegelungseinrichtung besonders klein ausführen zu können, wird beim Umschalten der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung vollständig entleert. Häufig ist es jedoch ausreichend, wenn nur eine Teilentleerung stattfindet. Sofern im Retarderbetrieb die hydrodynamische Kupplung mit einer Teilfüllung betrieben wird, beispielsweise um die optimale Bremsleistung einzustellen, gibt es zwei Möglichkeiten des „Anfahrens" dieses Teilfüllungszustandes. Gemäß der ersten Möglichkeit wird vor bzw. beim Abbremsen des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung direkt dieser Füllungszustand des Retarderbetriebes angefahren. Gemäß der zweiten Möglichkeit wird ein Füllungszustand angefahren, welcher einen Füllungsgrad kleiner als der des Retarderbetriebs aufweist. Entsprechend wird anschließend die Kupplung wieder bis zum Füllungsgrad des Retarderbetriebs aufgefüllt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 einen prinzipiellen Aufbau der Triebverbindung zwischen der
Abgasnutzturbine und der Kurbelwelle;
Figur 2 ein Steuerschema für die Steuerung eines erfindungsgemäßen
Antriebsstrangs;
Figur 3 die Zustände des in der Figur 2 gezeigten 3/2-Wegeventils im Detail.
In der Figur 1 erkennt man die Triebverbindung zwischen einer Abgasnutzturbine 2 und einer Kurbelwelle 3 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors, welche gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Die angetriebene Welle der Abgasnutzturbine ist über ein erstes Getriebe 8 mit dem Primärrad 4.1 der hydrodynamischen Kupplung 4 verbunden. Die Kurbelwelle 3 ist über ein zweites Getriebe 9 mit dem Sekundärrad 4.2 der hydrodynamischen Kupplung 4 verbunden. Dementsprechend wird bei einer Befüllung des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung 4, vorzugsweise bei einer Vollbefüllung, Drehmoment bzw. Drehleistung von der Abgasnutzturbine 2 auf die Kurbelwelle 3 übertragen. Um ein Bremsmoment zu erzeugen, ist das Primärrad 4.1 der hydrodynamischen Kupplung 4 mittels der Lamellenkupplung 5 abbremsbar und mechanisch verriegelbar. Diese Verriegelung hat bei der vorliegenden Ausführung zwei Wirkungen: Zunächst wirkt die hydrodynamische Kupplung 4 als Retarder, d. h. die Kurbelwelle 3 treibt weiterhin über das Getriebe 9 das Sekundärrad 4.2 der hydrodynamischen Kupplung 4 an, über den gefüllten Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung 4, vorteilhaft mit einer vorgegebenen Teilfüllung befüllt, wird Drehmoment vom Sekundärrad 4.2 auf das Primärrad 4.1 übertragen und über die Lamellenkupplung 5 abgeleitet. Dadurch entsteht eine Bremswirkung, welche die Kurbelwelle 3 abbremst.
Die zweite Wirkung ist darin zu sehen, dass die Lamellenkupplung 5 über das Primärrad 4.1 und das Getriebe 8 auch den Läufer der Abgasnutzturbine 2 festsetzt. Dementsprechend wird der Abgasstrom, welcher durch die Abgasnutzturbine strömt, gedrosselt, was zu einem erhöhten Abgasdruck führt, welcher wiederum den nicht dargestellten Verbrennungsmotor abbremst. Man könnte diese Wirkung mit der einer Auspuffklappenbremse vergleichen.
In der Figur 2 ist ein Steuerschema für eine mögliche Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs bzw. ein mögliches Steuerverfahren gemäß der Erfindung gezeigt. Für die bereits in der Figur 1 gezeigten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, so dass diese Beschreibung nicht wiederholt werden braucht.
Die hydrodynamische Kupplung 4 ist im Kühlkreislauf 6 eines Fahrzeugs angeordnet. Zum Kühlen des Kühlmediums, welches zugleich Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung ist, vorzugsweise Wasser oder ein Wassergemisch, ist ein Kühler 10 in den Kühlkreislauf 6 geschaltet. Dieser kann, wenn eine Kühlung nicht erforderlich ist, über den gezeigten Bypass umgangen werden. Die Ausgabewerte eines Thermostats 11 werden zur Aufteilung des entsprechenden Kühlmediumstroms, entweder durch den Kühler 10 oder durch den Bypass, herangezogen. Das Kühlmedium bzw. das Arbeitsmedium wird durch die Kühlwasserpumpe 12 im Kühlkreislauf umgewälzt. Wie man sieht, ist nur eine einzige Kühlwasserpumpe 12 im gesamten Kühlkreislauf vorgesehen.
Ferner sind weitere bekannte Komponenten eines herkömmlichen Kühlkreislaufes dargestellt, beispielsweise die Temperatursensoren 13 vor und hinter dem durch das Kühlmedium gekühlten Motor 1 , ein Ausgleichsbehälter 14, in welchen die Motorentlüftung 15 und die Kühlerentlüftung 16 mündet, ein 2/2-Wegeventil 17, welches bei Bedarf Kühlmedium aus dem Ausgleichsbehälter in den Kühlkreislauf leitet sowie verschiedene Rückschlagventile 18.
In Strömungsrichtung hinter der Kühlwasserpumpe 12 ist ein 3/2-Wegeventil 7 vorgesehen, welches den Kühlmediumstrom bzw. Arbeitsmediumstrom in zwei Richtungen aufteilt, nämlich in Richtung der hydrodynamischen Kupplung 4 und in Richtung des Motors 1. Soll nun der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung 4 gezielt entleert werden, wobei unter Entleerung auch eine Entleerung auf eine Teilfüllung sowie eine vollständige Entleerung zu verstehen ist, wird das Umschaltventil 7 aus der gezeigten Stellung geschaltet (in der Zeichnung in Richtung nach links), so dass die Strömung von Arbeitsmedium in Richtung der hydrodynamischen Kupplung 4 unterbrochen wird. Entsprechend wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung 4 entleert und zwar über den Leitungszweig 6.1 des Kühlkreislaufes 6, in welchen das Auslassregelventil 19 geschaltet ist.
Mittels des Auslassregelventils 19 kann der wirksame Strömungsquerschnitt der Leitung, welche das Arbeitsmedium aus der hydrodynamischen Kupplung 4 abführt, eingestellt werden. Das Auslassregelventil 19 kann dabei vorteilhaft unmittelbar an der hydrodynamischen Kupplung 4 bzw. in der hydrodynamischen Kupplung 4 angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, das Auslassregelventil 19 in einer arbeitsmediumführenden Leitung hinter der hydrodynamischen Kupplung 4 anzuordnen. Durch Vergrößern des wirksamen Strömungsquerschnitts mittels des Auslassregelventils 19 kann die Abströmgeschwindigkeit bzw. das Abströmvolumen des Arbeitsmediums aus der hydrodynamischen Kupplung 4 vergrößert werden, was zu einer schnelleren Entleerung des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung 4 führt.
Wie bereits oben dargelegt wurde, ist das Auslassregelventil 19 nicht unbedingt für die erfindungsgemäße Steuerung erforderlich, sondern stellt lediglich eine Option für eine schnellere Entleerung dar. Anstelle der Verwendung eines Umschaltventils bzw. 3/2-Wegeventils 7 könnte für eine Entleerung des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung 4 auch eine Drossel (nicht gezeigt) zum Einsatz kommen. In diesem Fall wäre stets eine Strömung in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung 4 gegeben, welche entsprechend beim Umschalten vom Kupplungsbetrieb in den Retarderbetrieb gezielt gedrosselt würde.
In der Figur 3 ist das 3/2-Wegeventil 7 nochmals im einzelnen dargestellt. Wie man sieht, weist es zwei Schaltstellungen auf, nämlich die Schaltstellung I, in welcher der über den Anschluss 7.1 zugeführte Arbeitsmediumstrom auf die beiden Auslässe 7.2 und 7.3 aufgeteilt wird, wobei der Auslass 7.2 zur hydrodynamischen Kupplung 4 und der Auslass 7.3 zum Verbrennungsmotor 1 führt, wie in der Figur 2 gezeigt ist. In der Schaltstellung II wird das über den Anschluss 7.1 zugeführte Arbeitsmedium ausschließlich zum Auslass 7.3, d. h. in Richtung des Verbrennungsmotors 1 , geleitet, während der Auslass 7.2 abgesperrt ist.
Beim Fahren im Kupplungsbetrieb werden insbesondere zwölf Liter pro Minute in Richtung der hydrodynamischen Kupplung 4, d. h. über den Anschluss 7.2 geleitet. Beim Bremsen im Retarderbetrieb der hydrodynamischen Kupplung werden vorteilhaft 400 Liter pro Minute zur hydrodynamischen Kupplung geleitet.
Beim Umschalten vom Abgasenergienutzbetrieb zum Retarderbetrieb wird, wie beschrieben, der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung vor dem mechanischen Abbremsen und/oder beim mechanischen Abbremsen des Primärrades der hydrodynamischen Kupplung vorteilhaft auf einen vorgegebenen Füllungsgrad entleert. Dieser Füllungsgrad kann gemäß einer besonderen Ausführungsform beispielsweise durch eine vorgegebene Zeitspanne bestimmt werden, über welcher eine Entleerung des Arbeitsraums stattfindet. Beispielsweise kann das Ventil 7 für ein bestimmtes Zeitintervall in die Stellung II geschaltet werden, sowie alternativ oder zusätzlich der Querschnitt des Auslassregelventils 19 für eine bestimmte Zeitspanne vergrößert werden.
Bezugszeichenliste
1 Verbrennungsmotor
2 Abgasnutzturbine
3 Kurbelwelle
4 hydrodynamische Kupplung
4.1 Primärrad
4.2 Sekundärrad
5 Lamellenkupplung
6 Kühlkreislauf
6.1 Kühlkreislaufzweig
7 3/2-Wegeventil
7.1, 7.2, 7.3 Anschluss
8 Getriebe
9 Getriebe
10 Kühler
11 Thermostat
12 Wasserpumpe
13 Temperatursensor
14 Ausgleichsbehälter
15 Motorentlüftung
16 Kühlerentlüftung
17 2/2-Wegeventil
18 Rückschlagventil
19 Auslassregelventil I Schaltstellung im Kupplungs- und Retarderbetrieb
II Schaltstellung beim Umschalten vom Kupplungs- zum Retarderbetrieb

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsstrang, umfassend
1.1 einen Verbrennungsmotor (1 );
1.2 eine Abgasnutzturbine (2), welche im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist;
1.3 eine Kurbelwelle (3), die vom Verbrennungsmotor (1) angetrieben wird;
1.4 die Kurbelwelle (3) ist über eine hydrodynamische Kupplung (4) mit der Abgasnutzturbine (2) in eine Triebverbindung schaltbar, so dass die Kurbelwelle (3) von der Abgasnutzturbine (2) angetrieben wird;
1.5 die hydrodynamische Kupplung (4) weist ein Primärrad (4.1) und ein Sekundärrad (4.2) auf, welche miteinander einen Arbeitsraum ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium zur Drehmomentübertragung befüllbar ist;
1.6 das Primärrad (4.1) steht in Triebverbindung mit der Abgasnutzturbine (2);
1.7 das Sekundärrad (4.2) steht in Triebverbindung mit der Kurbelwelle (3);
1.8 das Primärrad (4.1) ist gegenüber einer Drehbewegung mechanisch abbremsbar und verriegelbar, so dass die hydrodynamische Kupplung (4) die Funktion eines hydrodynamischen Retarders aufnimmt; dadurch gekennzeichnet, dass
1.9 eine Steuerung vorgesehen ist, welche den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) vor und/oder bei der Abbremsung des Primärrades (4.1) gezielt auf einen vorgegebenen Füllungsgrad entleert.
2. Antriebsstrang gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Primärrad (4.1) eine Lamellenkupplung (5) zugeordnet ist, welche zum mechanischen Abbremsen und Verriegeln des Primärrades (4.1) ausgebildet ist.
3. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (4) im Kühlkreislauf (6) eines Fahrzeugs angeordnet ist und das Arbeitsmedium das Fahrzeugkühlmedium ist.
4. Antriebsstrang gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der hydrodynamischen Kupplung (4) ein 3/2- Wegeventil (7) im Kühlkreislauf (6) angeordnet ist, welches bei ungebremstem Primärrad (4.1) den zuströmenden Arbeitsmediumstrom in Richtung der hydrodynamischen Kupplung (4) und in Richtung des Verbrennungsmotors (1) aufteilt und unmittelbar vor der Abbremsung und/oder bei der Abbremsung des Primärrades (4.1) die Arbeitsmediumströmung in Richtung der hydrodynamischen Kupplung (4) unterbricht.
5. Antriebsstrang gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der hydrodynamischen Kupplung (4) eine zuschalt- oder regelbare Drosselstelle vorgesehen ist, welche unmittelbar vor der Abbremsung und/oder bei der Abbremsung des Primärrades (4.1) die Strömung von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) drosselt.
6. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung hinter der hydrodynamischen Kupplung (4) eine zuschalt- oder regelbare Ablauföffnung vorgesehen ist, insbesondere ein Auslassregelventil (19), welche/welches die Strömung von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) bei der Entleerung des Arbeitsraums vergrößert.
7. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstranges gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den folgenden Schritten:
7.1 im Abgasenergienutzbetrieb mit angetriebener Abgasnutzturbine (2) wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) im wesentlichen oder vollständig mit Arbeitsmedium gefüllt gehalten und keines der Schaufelräder der hydrodynamischen Kupplung (4), Primärrad (4.1) und Sekundärrad (4.2) mechanisch gebremst;
7.2 im Retarderbetrieb bei mechanisch verriegeltem Primärrad (4.1) wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) mit einem vorgegebenen Füllungsgrad gefüllt gehalten;
7.3 beim Umschalten vom Abgasenergienutzbetrieb zum Retarderbetrieb wird der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) vor dem mechanischen Abbremsen und/oder beim mechanischen Abbremsen des Primärrades (4.1) der hydrodynamischen Kupplung (4) auf einen vorgegebenen Füllungsgrad oder vollständig entleert.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Füllungsgrad des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung (4) während des Retarderbetriebs kleiner ist als der Füllungsgrad während des Abgasenergienutzbetriebs.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt 7.3 der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) direkt auf den für den Retarderbremsbetrieb vorgegebenen Füllungsgrad entleert wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt 7.3 der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) zunächst auf einen Füllungsgrad entleert wird, welcher kleiner ist als der für den Retarderbremsbetrieb vorgegebene Füllungsgrad.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt 7.3 der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung (4) im wesentlichen oder vollständig entleert wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entleerung des Arbeitsraums der hydrodynamischen Kupplung (4) durch Drosseln des in den Arbeitsraum zugeführten Arbeitsmediumstroms erfolgt.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entleerung des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung (4) durch Vergrößern des aus dem Arbeitsraum abgeführten Arbeitsmediumstroms erfolgt.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entleerung durch Unterbrechen des in den Arbeitsraum zugeführten Arbeitsmediumstroms erfolgt.
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