WO2008080476A1

WO2008080476A1 - Motorbremseinrichtung

Info

Publication number: WO2008080476A1
Application number: PCT/EP2007/010456
Authority: WO
Inventors: Siegfried Sumser
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-01
Publication date: 2008-07-10
Also published as: DE102006060518A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorbremseinrichtung für einen aufgeladenen Motor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, der in einem Antriebsmodus des Motors und einem Bremsmodus des Motors steuerbar ist. Um den Sicherheitsstandard auch für schwerere Nutzfahrzeuge bis zu 60 Tonnen gewahrleisten zu können, werden verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Bremsleistung der verschleißfreien Motorbremseinrichtung in der Art einer „Turbobrake' vorgeschlagen.

Description

Motorbremseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Motorbremseinrichtung für einen aufgeladenen Motor eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Stand der Technik haben sich in den letzten Jahrzehnten an den aufgeladenen Motoren von Nutzfahrzeugen Stauklappen- bremssysteme durchgesetzt, die den Motor zum Nachteil in der Motorbremsphase zum Saugmotor wandeln. Die Motordurchsatze werden durch die Gegendruckklappe stark herabgesetzt, und die maximal möglichen Motorbremsleistungen werden durch die Temperaturgrenze bei diesen relativ niedrigen Durchsätzen und einer maximalen Bremsleistung im Bereich der maximalen Antriebsleistung erreicht.

Ab Anfang der 90er Jahre wurde als weitere Motorbremseinrichtung für einen aufgeladenen Motor die Motorbremse „Turbobrake" entwickelt, die zunehmend an Bedeutung gewinnt. Diese Motorbremse ermöglicht im Vergleich zu dem oben genannten Stauklappenbremssystem eine enorme Steigerung der Motorbremsleistung mittels hoher Aufladegrade bzw. hoher Motorluftdurchsatze .

Die Hauptkomponente der aufgeladenen Motorbremse „Turbobrake" ist der Abgasturbolader, in dessen Dusenkanal ein axial ver- schiebbares Turbinenleitgitter montiert ist. In der Motorbremsphase wird das Leitgitter über das Turbinenrad geschoben. Das enge Turbobremsgitter fuhrt damit zu einem erhöhten Motorgegendruck und zu einer höheren Anströmgeschwindigkeit am Turbinenrad. Infolge dessen entsteht über dem mit dem Turbinenrad mit Hilfe einer Welle drehfest verbundenen Verdichter ein höherer Luftdurchsatz, der in Verbindung mit einer Konstantdrossel die erhebliche Steigerung der Motorbremsleistung ermöglicht. In der normalen Antriebsphase wird das Turbinenleitgitter aus dem Dusenkanal vor dem Turbinenrad wieder herausgezogen, sodass sich im Antriebsmodus des Motors der gewohnte Betrieb eines Abgasturboladers ergibt.

Gegenüber den getakteten Motorbremssystemen, die eine starke Einschränkung der maximalen Zylinderdrucke aufweisen, können im Fall der aufgeladenen „Turbobrake" durch die Konstantdrossel (kleines, konstant offenes Ventil im Zylinder) höchste Zylinderdrucke von bis zu über 200 bar von der Mechanik gut beherrscht werden. Die Achillesferse der „Turbobrake" stellt das Turbinenrad dar, das im Laufe der Entwicklung eine hochfrequente Beschauflung erhalten hat, die auch in der Motorbremsphase keinen Resonanzdurchgang der Erregenden zulasst.

In diesem Zusammenhang offenbart die DE 102 17 470 Al eine für eine „Turbobrake" geeignete Abgasturbine, deren Turbinenschaufeln im Einstrombereich relativ zur Drehebene des Turbinenrades in einem bestimmten Schaufelwinkel ausgerichtet sind, um eine maximale Motorbremsleistung bei einer Drehzahl des Abgasturboladers zu erreichen, die unterhalb der maximalen Drehzahl des Abgasturboladers liegt. Momentan wird zunehmend die Erhöhung der Lkw-Gewichtsklasse bis 60 Tonnen diskutiert. Durch die höhere Nutzlast sollen Kraftstoffeinsparungen bis zu 15% je transportierte Tonne möglich werden.

Um den Sicherheitsstandard derart schwerer Fahrzeuge auf dem bisherigen Niveau zu halten, müssen u.a. auch die Bremsleistungen der verschleißfreien Motorbremssysteme weiter erhöht werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorbremseinrichtung zu schaffen, die auch für schwerere Fahrzeuge eine ausreichende Motorbremsleistung bereitstellen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Motorbremseinrichtung für einen aufgeladenen Motor eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.

Erfindungsgemaß wird vorgeschlagen, die Eigenschaften des aufgeladenen Motorbremssystems „Turbobrake" zu den steigenden Fahrzeuggewichten und Antriebsleistungen in Beziehung zu setzen. Bei der Definition der Motorbremsleistung soll im Rahmen dieser Erfindung allerdings der (hydraulische oder elektrische) Sekundar-Retarder unberücksichtigt bleiben.

Die Motorbremseinrichtung für einen aufgeladenen Motor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, ist in der Art einer so genannten „Turbobrake" aufgebaut und weist insbesondere einen Abgasturbolader auf, der in einem Antriebsmodus des Motors und einem Bremsmodus des Motors steuerbar ist. Da eine „Turbobrake" dem Fachmann hinlänglich bekannt ist, wird auf eine nähere Beschreibung derselben im Rahmen dieser Erfindung verzichtet. Um höhere Motorbremsleistungen zu erreichen, sodass die Motorbremseinrichtung auch für Fahrzeuge mit höheren Nutzlasten einen ausreichenden Sicherheitsstandard gewährleisten kann, sind die folgenden Maßnahmen a) bis g) vorgesehen, die einzeln oder in beliebiger Kombination in der Motorbremseinrichtung realisiert sein können.

a) Die Nennleistung im Bremsmodus (P_BΠ) soll mindestens das 1,6-fache der Nennleistung im Antriebsmodus (P_AΠ) betragen, d.h. P_Bn ≥ 1, 6 x P_An- Zum Vergleich gilt für die herkömmlichen Stauklappen-Motorbremsen P_Bn ≤ P_AΠ-

b) Das Motorbremssystem soll eine „Turbobrake" sein, die im Nennpunkt mindestens 80% des Nenndurchsatzes im Antriebsmodus des Motors vorweist, d.h. m_Bn ≥ 0,8 x m_Rn.

c) Das Verhältnis des Turbineneintrittsdrucks zum Verdichteraustrittsdruck soll im Nennpunkt der Motorbremsleistung mindestens 2 betragen, d.h. (P3t/P₂t)ßn ≥ 2.

d) Die Turbineneintrittstemperaturen sollen im Nennpunkt der Motorbremsleistung 853 K oder mehr betragen, d.h. T_3t ≥ 853 K.

e) Das Verhältnis zwischen der Kraftfahrzeugmasse und der Nennmotorbremsleistung soll maximal 0,12 t/kW betragen, d.h. m_F2g / P_Bn < 0,12 t/kW.

f) Im gesamten Motorbremsbereich soll der Abstand der Erregenden zur ersten Eigenfrequenz der Turbinenrad- beschaufelung mindestens 10% betragen, d.h. (f_es-f_er) ≥ 10%. Mit anderen Worten soll das Turbinenrad im Brems- modus des Motors bezüglich der ersten Schaufeleigenfrequenz unterkritisch betrieben werden.

Der Hauptanteil der Wärmemenge aus dem Motorbremsprozess soll über die vom Motor und Abgasturbolader durchgesetzte Luftmenge an die Umgebung abgegeben werden. Der Nennpunkt der Motorbremsleistung erfährt damit keine zeitliche Begrenzung hinsichtlich des Wärmeabfuhrtransports.

Claims

Patentanspruch

Motorbremseinrichtung für einen aufgeladenen Motor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgasturbolader, der in einem Antriebsmodus des Motors und einem Bremsmodus des Motors steuerbar ist, wobei die Motorbremseinrichtung in der Art einer „Turbobrake" ausgebildet ist und eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: a) die Nennleistung im Bremsmodus beträgt mindestens das 1,6-fache der Nennleistung im Antriebsmodus; b) der Nenndurchsatz im Bremsmodus beträgt mindestens 80% des Nenndurchsatzes im Antriebsmodus; c) das Verhältnis des Turbineneintrittsdrucks zum Verdichteraustrittsdruck beträgt im Nennpunkt der Motorbremsleistung mindestens 2; d) die Turbineneintrittstemperatur im Nennpunkt der Motorbremsleistung beträgt mindestens 853 K; e) das Verhältnis zwischen der Kraftfahrzeugmasse und der Nennmotorbremsleistung beträgt maximal 0,12 t/kW; f) im gesamten Motorbremsbereich beträgt der Abstand der Erregenden zur ersten Eigenfrequenz der Turbinenrad- beschaufelung mindestens 10%.