DE19931009A1 - Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine und Vorrichtung hierzu - Google Patents
Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine und Vorrichtung hierzuInfo
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Abstract
Bei einem Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist ein Abgasturbolader mit einer Turbine mit variabler Turbinengeometrie vorgesehen, welche zwischen einer den wirksamen Turbinenquerschnitt reduzierenden Staustellung und einer den wirksamen Turbinenquerschnitt erweiternden Öffnungsstellung verstellbar ist, außerdem eine der Turbine zugeordnete, einstellbare Entlastungseinrichtung und ein Regelsystem zur Einstellung der Motorbremsleistung durch Manipulation des Turbinenquerschnitts und/oder der Entlastungseinrichtung. DOLLAR A Um Überlastungen im Motorbremsbetrieb zu vermeiden, werden der Turbinenquerschnitt und/oder die Entlastungseinrichtung in der Weise eingestellt, daß ein aus spezifischer Turbinenleistung und spezifischer Motorbremsleistung ermittelter Turbinenfaktor kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Motorbremsverfahren für eine aufge
ladene Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung hierzu nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 15.
Aus der DE 195 43 190 A1 ist ein Motorbremssystem für eine
aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, die mit einer Abgas
turbine mit einer über ein verstellbares Leitgitter variabel
einstellbaren Turbinengeometrie versehen ist. Das Leitgitter
umfaßt Leitschaufeln, die mit Hilfe eines Stellglieds so ein
gestellt werden können, daß der wirksame Turbinenquerschnitt
der Turbine verändert wird. Hierdurch können je nach Be
triebszustand der Brennkraftmaschine verschieden hohe Abgas
gegendrücke im Abschnitt zwischen den Zylindern und dem Abga
sturbolader realisiert werden, wodurch die Leistung der Tur
bine und die Leistung des Verdichters je nach Bedarf einge
stellt werden können.
Um im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine eine Motorbremswir
kung zu erzielen, wird das Leitgitter in eine Staustellung
überführt, in der der Turbinenquerschnitt deutlich reduziert
ist. Im Leitungsabschnitt zwischen den Zylindern und der Ab
gasturbine baut sich ein hoher Abgasgegendruck auf, der zur
Folge hat, daß Abgas mit hoher Geschwindigkeit durch die Ka
näle zwischen den Leitschaufeln strömt und das Turbinenrad
mit einem hohen Impuls beaufschlagt. Die Turbinenleistung
wird auf den Verdichter übertragen, woraufhin die dem Motor
zugeführte Verbrennungsluft vom Verdichter unter erhöhten La
dedruck gesetzt wird.
Dadurch wird der Zylinder eingangsseitig mit erhöhtem Ladedruck
beaufschlagt, ausgangsseitig liegt zwischen dem Zylinderauslaß
und dem Abgasturbolader ein erhöhter Abgasgegendruck an, der
dem Abblasen der im Zylinder verdichteten Luft über Bremsventi
le in den Abgasstrang hinein entgegenwirkt. Im Motorbremsbe
trieb muß der Kolben im Verdichtungs- und Ausschiebehub Kom
pressionsarbeit gegen den hohen Überdruck im Abgasstrang ver
richten, wodurch eine starke Bremswirkung erreicht wird.
Ein weiteres Motorbremssystem für aufgeladene Brennkraftmaschi
nen mit variabler Turbinengeometrie ist aus der DE 196 37 999
A1 bekannt. Die Einstellung des Motorbremssystems erfolgt mit
Hilfe eines Regelsystems in Abhängigkeit verschiedener Be
triebsparameter der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhän
gigkeit der Drehzahl, des Ladedrucks, des Abgasgegendrucks, der
Bremsleistungsanforderung etc. Über das Regelsystem kann bei
spielsweise eine Tempomatfunktion zur Beibehaltung einer vorge
gebenen Zielgeschwindigkeit auf Gefällstrecken realisiert wer
den, wobei die erforderliche Bremsleistung bevorzugt über die
Motorbremse erzeugt wird. Wird die Zielgeschwindigkeit trotz
des Erreichens des Bremsleistungsmaximums der Motorbremse über
schritten, so wird zusätzliche Bremsleistung über die mechani
sche Radbremse bereitgestellt.
Im Motorbremsbetrieb muß darauf geachtet werden, daß die bau
teilspezifische Turbinen-Drehzahlgrenze nicht überschritten
wird. Insbesondere auf Gefällstrecken muß verhindert werden,
daß im Motorbremsbetrieb eine die Belastungsgrenzen des Turbo
laders übersteigende Motorbremsleistung erzeugt wird. Aus der
Druckschrift DE 197 17 094 C1 ist es bereits bekannt, einen By
pass zur Turbine mit einem Abblaseventil vorzusehen, das zur
Vermeidung eines unzulässig hohen Abgasgegendrucks in Öffnungs
stellung versetzt wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das
Problem zugrunde, einerseits ein Motor-Bremsleistungsmaximum
bereitzustellen und andererseits Überlastungen im Motorbremsbe
trieb zu vermeiden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1 bzw. 15 gelöst.
Gemäß der Neuerung wird ein dimensionsloser Turbinenfaktor ein
geführt, der aus dem Verhältnis der spezifischen Turbinenlei
stung, die im Motorbremsbetrieb erzeugt wird, zur spezifischen,
aktuell erreichten Motorbremsleistung ermittelt wird. Der Tur
binenfaktor muß unterhalb eines Grenzwerts liegen, was bei der
Regelung der Motorbremsleistung als einzuhaltende Randbedingung
zu berücksichtigen ist. Der Turbinenfaktor wird als Maß für die
erzeugte Turbinenleistung herangezogen, wobei mit der Erfüllung
der Randbedingung sichergestellt ist, daß die Turbinendrehzahl
die zulässige Turbinen-Drehzahlgrenze nicht überschreitet, so
daß die Bauteil-Belastungsgrenzen eingehalten werden können.
Zugleich kann die variabel einstellbare Turbinengeometrie in
die Staustellung zur Erzeugung eines Motor-
Bremsleistungsmaximums überführt werden.
Über die Vorgabe und Einhaltung eines Grenzwerts für den Turbi
nenfaktor wird sichergestellt, daß die Drehzahlgrenze des La
ders nicht überschritten wird, auch wenn die Brennkraftmaschine
und der Turbolader im Motorbremsbetrieb im Bereich des Brems
leistungsmaximums gefahren werden. Die Regelung des Turbinen
faktors erfolgt zweckmäßig über die Einstellung der spezifi
schen Turbinenleistung ohne unmittelbare Beeinflussung der Mo
torbremsleistung, wobei der Turbinenwirkungsgrad und/oder das
Turbinen-Druckgefälle als die Turbinenleistung bestimmende Grö
ßen manipuliert werden können.
Die Turbinenleistung wird bevorzugt über eine Entlastungsein
richtung eingestellt, welche der Turbine zugeordnet ist, so daß
die Turbine, insbesondere die variable Turbinengeometrie, unbe
einflußt bleiben kann, solange eine ausschließliche Einstellung
über die Entlastungseinrichtung zur Einhaltung des Turbinenfak
tor-Grenzwerts möglich ist. Wenn der Turbinenfaktor allein
durch Manipulation der Entlastungseinrichtung nicht mehr inner
halb des zulässigen Grenzwertes gehalten werden kann, kann eine
zusätzliche Einstellung über die variable Turbinengeometrie
vorgenommen werden.
Der zulässige Turbinenfaktor-Grenzwert wird vorteilhaft in Ab
hängigkeit des Quadrats der zulässigen Umfangsgeschwindigkeit
bzw. Drehzahl der Turbine ermittelt, die als bauteilspezifi
scher Parameter vom Werkstoff, von der Dimensionierung etc. ab
hängt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Drehzahlgrenze nicht
überschritten werden kann.
Die spezifische Turbinenleistung, welche maßgeblich über die
Regelung beeinflußt wird, bestimmt sich aus dem Turbinenwir
kungsgrad und einem isentropen Turbinengefälle (Enthalpiediffe
renz über die Turbine bei konstanter Entropie), das vom Turbi
nen-Druckgefälle abhängt, wobei Wirkungsgrad und Turbinengefäl
le jeweils linear in die Berechnung der spezifischen Turbinen
leistung einfließen. Je nach technischer Ausführung der Entla
stungseinrichtung wird bevorzugt nur eine der Einflußgrößen
oder werden beide Einflußgrößen manipuliert.
Für den Fall, daß der Turbinenwirkungsgrad herabgesetzt werden
soll, wird zweckmäßig zumindest ein Teil des Abgasmassenstromes
vor dem Turbineneintritt abgezweigt und vorteilhaft durch eine
als Bypass zur Turbine ausgebildete Entlastungseinrichtung ge
leitet. Dadurch wird der die Turbine durchströmende Massenstrom
herabgesetzt, der Anteil an Abgasenergie zur Umwandlung in Tur
binenleistung wird geringer. Außerdem sinkt der Abgasgegen
druck, das Druckgefälle nimmt ab und das durch das Druckgefälle
bestimmte isentrope Turbinengefälle wird reduziert.
Soll der Turbinenwirkungsgrad erhöht werden, kann der über den
Bypass abgeleitete Abgasmassenstrom wieder reduziert und dem
entsprechend der durch die Turbine strömende Anteil erhöht wer
den. Es steht mehr Abgasenergie zur Umwandlung in Turbinenlei
stung zur Verfügung und das Druckgefälle steigt ebenfalls an.
Für den Fall, daß das isentrope Turbinengefälle unmittelbar be
einflußt werden soll, wird die Entlastungseinrichtung vorzugs
weise als Drosseleinrichtung, insbesondere als Drosselklappe,
ausgebildet, die stromauf oder zweckmäßig stromab der Turbine
im Abgasstrang angeordnet ist. Durch Einstellung der Drossel
klappe kann ein gewünschtes Druckverhältnis und ein entspre
chendes isentropes Turbinengefälle erreicht werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun
gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen
Brennkraftmaschine mit variabler Turbinengeometrie,
Fig. 2 ein Diagramm mit diversen Motorbremsleistungs-
Kennlinien in Abhängigkeit des Querschnitts einer der
Turbine nachgeschalteten Drosselklappe,
Fig. 3 ein Diagramm mit Druck-Kennlinien für den Ladedruck
und den Abgasgegendruck in Abhängigkeit des Quer
schnitts der Drosselklappe.
Gemäß Fig. 1 weist die Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahr
zeugs, beispielsweise eine Diesel-Brennkraftmaschine eines
Nutzfahrzeugs, einen Abgasturbolader 2 auf, der aus einem im
Ansaugtrakt 3 der Brennkraftmaschine angeordneten Verdichter 4
zur Erzeugung eines erhöhten Ladedrucks am Zylindereinlaß und
einer Turbine 5 im Abgasstrang 6 besteht. Die Turbine 5 ist mit
einer variablen, verstellbaren Turbinengeometrie ausgestattet,
die mit Hilfe eines Stellglieds 9 zwischen einer Öffnungsstel
lung mit maximalem wirksamem Turbinenquerschnitt und einer
Staustellung mit minimalem wirksamem Turbinenquerschnitt ver
stellbar ist. Die variable Turbinengeometrie kann durch Dreh
schaufeln, durch ein axial verschiebliches Leitgitter oder
durch sonstige Varioturbinentypen realisiert sein, beispiels
weise durch Klappenturbinen mit einer zum Turbinenrad weisenden
Flut, die über eine Klappe abgesperrt werden kann.
In der befeuerten Antriebsbetriebsweise ist die variable Turbi
nengeometrie in der Regel in ihre Öffnungsstellung mit einem im
Vergleich zum Motorbremsbetrieb deutlich größeren Strömungs
querschnitt versetzt, um einen größtmöglichen Massendurchsatz
durch die Turbine zu ermöglichen und eine hohe Laderleistung zu
erzeugen. Die Turbine 5 wird von den unter dem Abgasgegendruck
p3 stehenden Abgasen im Abgasstrang 6 zwischen dem Zylinderaus
laß der Brennkraftmaschine und dem Turbineneinlaß angetrieben
und treibt ihrerseits über eine Welle den Verdichter 4 an, der
die angesaugte Frischluft auf einen erhöhten Ladedruck p2 ver
dichtet. Die verdichtete Luft wird zunächst über einen Lade
luftkühler 8 geleitet und anschließend dem Zylindereinlaß der
Brennkraftmaschine 1 zugeführt, hierdurch wird eine Steigerung
der Motorantriebsleistung erzielt.
Zur Erzeugung von Motorbremsleistung wird das Leitgitter der
Turbine 5 in die Staustellung mit reduziertem Querschnitt über
führt. Daraufhin baut sich ein erhöhter Abgasgegendruck auf,
das Abgas strömt mit erhöhter Geschwindigkeit durch Kanäle zwi
schen den Leitschaufeln des Leitgitters und trifft auf das den
Verdichter 4 antreibende Turbinenrad, wodurch auch im Ansaug
trakt ein Überdruck entsteht. Zugleich werden Bremsventile 7 am
Zylinderauslaß der Brennkraftmaschine 1 geöffnet, so daß die im
Zylinder verdichtete Luft gegen den hohen Abgasgegendruck in
den Abgasstrang 6 ausgeschoben wird.
Die Bremsleistung kann durch die Position des Leitgitters und
der daraus resultierenden Einstellung des Turbinenquerschnitts
beeinflußt werden. Üblicherweise wird die maximale Bremslei
stung bei Staustellung erreicht, in der die variable Turbinen
geometrie einen minimalen Turbinenquerschnitt aufweist.
Stromab der Turbine 5 ist im Abgasstrang 6 eine Drosselklappe
10 zur Einstellung des freien Strömungsquerschnitts im Ab
gasstrang 6 angeordnet. Die Drosselklappe 10 wird über ein
Stellglied 11 zwischen einer den Strömungsquerschnitt verrie
gelnden Sperrstellung und einer den Strömungsquerschnitt nicht
beeinträchtigenden Offenstellung verstellt. Zwischen der Turbi
ne 5 und der Drosselklappe 10 herrscht im Abgasstrang 6 der
Druck p4, stromab der Drosselklappe 10 liegt der Druck p5 an.
Zusätzlich oder alternativ zur Drosselklappe 10 kann ein die
Turbine 5 überbrückender Bypass 13 mit einem einstellbaren Ab
blaseventil 14 vorgesehen sein. Über den Bypass 13 kann zur
Senkung das Abgasgegendrucks p3 Abgas stromauf der Turbine 5
aus dem Abgasstrang 6 ausgeleitet und stromab der Turbine 11 in
den Abgasstrang 6 wieder eingeleitet werden. Die Menge abzulei
tenden Abgases wird über das Abblaseventil 14 eingestellt.
Weiterhin ist der Brennkraftmaschine ein Regelsystem 12 zur Er
zeugung von Stellsignalen zugeordnet, über die eine koordinier
te Einstellung der Bremsventile 7 und der Stellglieder 9 und 11
der variablen Turbinengeometrie bzw. der Drosselklappe 10 in
Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen und Parameter des
Fahrzeugs und der Brennkraftmaschine erfolgt. Falls ein Bypass
13 zur Turbine vorgesehen ist, kann auch das Abblaseventil 14
im Bypass über das Regelsystem 12 eingestellt werden. Mittels
des Regelsystems 12 werden insbesondere im Motorbremsbetrieb
die Brennkraftmaschine 1 bzw. die der Brennkraftmaschine zuge
ordneten Komponenten in der Weise geregelt eingestellt, daß ma
ximale Motorbremsleistung erreicht wird.
Um im Motorbremsbetrieb Überlastungen zu verhindern, die insbe
sondere durch eine Überschreitung der zulässigen Turbinen-
Drehzahlgrenze entstehen können, erfolgt die Einstellung der
variablen Turbinengeometrie und/oder der Drosselklappe 10
und/oder des Abblaseventils 14 in der Weise, daß ein Turbinen
faktor Tu, welcher als die Turbine beschreibende Kenngröße ein
geführt wird, einen Grenzwert Tumax nicht überschreitet. Der
Turbinenfaktor Tu wird als dimensionslose Größe gemäß der Be
ziehung
Tu = ΔhTu/ΔhMBr
ermittelt; hierin bezeichnet ΔhTu die spezifische Turbinenlei
stung und ΔhMBr die spezifische Motorbremsleistung. Die spezi
fische Turbinenleistung ΔhTu stellt einen Turbinen-Kennwert
dar, der mit zunehmender Turbinendrehzahl ansteigt. Die spezi
fische Motorbremsleistung ΔhMBr hängt unter anderem von der ak
tuellen Stellung der variablen Turbinengeometrie ab. Der Turbi
nenfaktor-Grenzwert Tumax berücksichtigt eine maximal zulässige
Bauteilbelastung des Turboladers. Der Grenzwert Tumax wird ins
besondere in Abhängigkeit der maximal zulässigen Umfangsge
schwindigkeit Umax des Verdichterrades gemäß der Beziehung
Tumax = (f . Umax)2/ΔhMBr
ermittelt, wobei "f" einen konstanten Faktor bezeichnet, der in
der Regel in der Größenordnung von 0,8 bis 0,9 liegt. Über die
maximale Umfangsgeschwindigkeit des Verdichterrades bzw. des
Turbinenrades wird die zulässige Turbinen-Drehzahlgrenze be
rücksichtigt. Der dimensionslose Turbinenfaktor-Grenzwert Tumax
liegt an der Drehzahlgrenze zweckmäßig in einem Bereich zwi
schen 0,15 und 0,4.
Die Regelung des Motors und der zugeordneten Komponenten zur
Erzielung eines Bremsleistungsmaximums im Bereich der Drehzahl
grenze der Turbine erfolgt in der Weise, daß der Turbinenfaktor
Tu höchstens den Wert des Turbinenfaktor-Grenzwerts Tumax ein
nimmt. Solange die Bedingung
Tu ≦ Tumax
erfüllt ist, ist sichergestellt, daß die Turbinen-
Drehzahlgrenze nicht überschritten wird.
Um ein Bremsleistungsmaximum zu erreichen, wird die variable
Turbinengeometrie in Staustellung überführt. Die Einhaltung der
Turbinen-Drehzahlgrenze wird bevorzugt durch Einstellung der
Drosselklappe 10 stromab der Turbine 5 erreicht, zugleich wird
die Position der variablen Turbinengeometrie konstant gehalten.
Gegebenenfalls wird die Turbinen-Drehzahlgrenze auch durch Ein
stellung des Abblaseventils 14 im Bypass 13 unter Beibehaltung
der Staustellung der variablen Turbinengeometrie eingehalten.
Die spezifische Turbinenleistung ΔhTu hängt gemäß der Beziehung
ΔhTu = ηTg . ΔhTu,s
vom Turbinenwirkungsgrad ηTg an der Drehzahlgrenze und vom
isentropen Turbinengefälle ΔhTu,s ab. Der Turbinenwirkungsgrad
ηTg wird aus dem gemäß aktuellen Turbinenwirkungsgrad ηT, dem
die Turbine überbrückenden Abblasestrom mAbbl und dem durch den
Abgasstrang bzw. die Turbine geleiteten Massenstrom mMot nach
dem Zusammenhang
ηTg = ηT . (mMot - mAbbl)/mMot
ermittelt.
Das isentrope Turbinengefälle ΔhTU,s hängt von der spezifischen
Wärmekapazität cp3 des die Turbine durchströmenden Massenstro
mes, der Temperatur T3 am Turbineneintritt, dem Abgasgegendruck
p3, dem Druck p4 am Turbinenaustritt und dem Isentropenexponen
ten κ gemäß der Beziehung
ΔhTu,s = cp3 . T3 . [1 - 1/(p3/p4)( κ -1/ κ )]
ab. Der Turbinenfaktor Tu kann durch Manipulation der spezifi
schen Turbinenleistung ΔhTu auf den Grenzwert Tumax begrenzt
werden, wobei eine Einstellung sowohl über den Turbinenwir
kungsgrad ηTg als auch über das isentrope Turbinengefälle ΔhTu,s
erfolgen kann. Der Turbinenwirkungsgrad ηTg wird insbesondere
bei Einsatz eines Bypasses 13 mit Abblaseventil 14 durch Erhö
hung des die Turbine überbrückenden Abblasestromes mAbbl dadurch
reduziert, daß das Abblaseventil 14 geöffnet wird. Das isentro
pe Turbinengefälle ΔhTu,s wird insbesondere durch Einstellung
der Drosselklappe 10 manipuliert, indem durch Öffnung und
Schließung der Drosselklappe 10 das Turbinen-Druckgefälle p3/p4
des Druckes vor und nach der Turbine 5 eingestellt wird. Hier
bei nimmt das isentrope Turbinengefälle ΔhTu,s mit sich öffnen
der Drosselklappe 10 zu und mit sich schließender Drosselklappe
10 ab. Bei vollständig geöffneter Drosselklappe sind der Druck
p4 stromauf der Drosselklappe und der Druck p5 stromab der
Drosselklappe nahezu identisch; in diesem Fall wird das isen
trope Turbinengefälle ΔhTu,s durch das Druckgefälle p3/p5 be
stimmt.
Falls die Drehzahlgrenze durch eine ausschließliche Einstellung
der Drosselklappe 10 und/oder durch ausschließliche Einstellung
des Abblaseventils 14 nicht mehr eingehalten werden kann, wird
zusätzlich auch die variable Turbinengeometrie in Richtung ih
rer Öffnungsstellung verstellt, wodurch der Abgasgegendruck p3
und folglich auch das Druckgefälle p3/p4 über die Turbine 5 re
duziert wird.
Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, als variable Turbinen
geometrie ein verstellbares Leitgitter mit zusätzlichen Sperr
körpern einzusetzen, deren Position unabhängig vom Leitgitter
eingestellt werden kann. Die Sperrkörper können als Entla
stungseinrichtung verwendet werden, indem durch Positionsver
stellung der Sperrkörper das Druckgefälle und die spezifische
Turbinenleistung ΔhTu verändert wird.
Dem Diagramm nach Fig. 2 können Motorbremsleistungs-Kennlinien
15 für verschiedene Turbinenquerschnitte in Abhängigkeit des
Querschnitts QD der der Turbine nachgeschalteten Drosselklappe
entnommen werden. In Richtung des Pfeils 16 nimmt der Turbinen
querschnitt zu; die oberste Kennlinie repräsentiert die Stau
stellung, die unterste Kennlinie die Öffnungsstellung der va
riablen Turbinengeometrie. Die Kennlinien befinden sich bei ei
nem minimalen Klappenquerschnitt QD,min auf einem lokalen Brems
leistungsmaximum, von dem ausgehend zunächst ein Abfallen auf
ein Bremsleistungsminimum bei einer Klappenstellung QD,0 und an
schließend ein Anstieg erfolgt. Der minimale Klappenquerschnitt
QD,min und die hierbei erzeugte Motorbremsleistung werden im
Falle eines Schadens der variablen Turbinengeometrie eingehal
ten.
Das schraffierte Gebiet 17 markiert einen unzulässigen Bereich
oberhalb der Turbinen-Drehzahlgrenze, der zulässige Bereich
wird über eine Grenzlinie 18 von dem unzulässigen, schraffier
ten Bereich getrennt. Der Schnittpunkt zwischen der die Dreh
zahlgrenze repräsentierenden Grenzlinie 18 und oberster, die
Staustellung markierender Motorbremsleistungs-Kennlinie 15
stellt denjenigen Betriebspunkt des Laders dar, in welchem die
maximale Motorbremsleistung PB,Nenn des Motors erreicht ist; die
ser Betriebspunkt wird bei einer Klappenstellung QD,max er
reicht. Um die maximale Motorbremsleistung zu erzielen, wird
die Brennkraftmaschine im Bereich der obersten Kennlinie 15 mit
der variablen Turbinengeometrie in Staustellung gefahren, wobei
die Steigerung der aktuellen Motorbremsleistung PB ausschließ
lich durch Öffnung der Drosselklappe erzielt wird, deren Regel
bereich zwischen der Klappenstellung QD,0 und der der Drehzahl
grenze zugeordneten Klappenstellung QD,max liegt. Falls die
Drehzahlgrenze 18 erreicht wird, ist eine weitere Regelung aus
schließlich über die Klappenstellung der Drosselklappe nicht
mehr zu realisieren, vielmehr muß in diesem Fall zusätzlich die
variable Turbinengeometrie in Richtung Öffnungsstellung ver
stellt werden, damit die Drehzahlgrenze eingehalten werden
kann. In diesem Fall erfolgt die Regelung entlang der Grenzli
nie 18 in Fig. 2 in Pfeilrichtung 16 zugunsten kleinerer Turbi
nenquerschnitte.
Fig. 3 zeigt den Ladedruck p2 und den Abgasgegendruck p3 in Ab
hängigkeit des Querschnitts QD der Drosselklappe, jeweils dar
gestellt für die variable Turbinengeometrie in Staustellung.
Mit zunehmendem Querschnitt QD steigt der Anteil der Turbine an
der erzeugten Bremsleistung, mit abnehmendem Querschnitt QD
nimmt dagegen der Anteil der Drosselklappe an der erzeugten
Bremsleistung zu.
Claims (15)
1. Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine,
wobei
- - ein Abgasturbolader (2) mit einer Turbine (3) mit variabler Turbinengeometrie (4), welche zwischen einer den wirksamen Turbinenquerschnitt (AT) reduzierenden Staustellung und ei ner den wirksamen Turbinenquerschnitt (AT) erweiternden Öff nungsstellung verstellbar ist,
- - eine der Turbine (5) zugeordnete, einstellbare Entlastungs einrichtung
- - und ein Regelsystem (12) zur Einstellung der Motorbremslei stung durch Manipulation des Turbinenquerschnitts und/oder der Entlastungseinrichtung
- - daß der Turbinenquerschnitt und/oder die Entlastungseinrich
tung in der Weise eingestellt werden, daß die Bedingung
Tu ≦ Tumax
erfüllt ist, wobei
Tu einen dimensionslosen Turbinenfaktor,
Tumax einen bekannten turbinenspezifischen Turbinenfaktor- Grenzwert bezeichnet, - - daß der Turbinenfaktor (Tu) aus der Beziehung
Tu = ΔhTu/ΔhMBr
ermittelt wird, worin
ΔhTu die spezifische Turbinenleistung,
ΔhMBr die spezifische Motorbremsleistung
bezeichnet, wobei insbesondere die spezifische Turbinenlei stung (ΔhTu) durch Einstellung des Turbinenwirkungsgrads (ηTg) und/oder des Turbinen-Druckgefälles (p3/p4) manipuliert wird.
2. Motorbremsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der turbinenspezifische Turbinenfaktor-Grenzwert (Tumax) in
Abhängigkeit der maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeit
(Umax) des Verdichterrades gemäß der Beziehung
Tumax = (f . Umax)2/ΔhMBr
ermittelt wird, worin
Umax die maximal zulässige Umfangsgeschwindigkeit des Ver dichterrades,
f einen konstanten Faktor
bezeichnet.
Tumax = (f . Umax)2/ΔhMBr
ermittelt wird, worin
Umax die maximal zulässige Umfangsgeschwindigkeit des Ver dichterrades,
f einen konstanten Faktor
bezeichnet.
3. Motorbremsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die spezifische Turbinenleistung (ΔhTu) sich aus der Bezie
hung
ΔhTu = ηTg . ΔhTu,s
berechnet, worin
ηTg den Turbinenwirkungsgrad an der Drehzahlgrenze,
ΔhTu,s das isentrope Turbinengefälle
bezeichnet.
ΔhTu = ηTg . ΔhTu,s
berechnet, worin
ηTg den Turbinenwirkungsgrad an der Drehzahlgrenze,
ΔhTu,s das isentrope Turbinengefälle
bezeichnet.
4. Motorbremsverfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Turbinenwirkungsgrad (ηTg) gemäß der Beziehung
ηTg = ηT . (mMot - mAbbl)/mMot
durch Manipulation eines die Turbine umgehenden Abblasestromes (mAbbl) eingestellt wird, wobei
ηT den aktuellen Turbinenwirkungsgrad,
mAbbl den die Turbine überbrückenden Abblasestrom,
mMot den durch den Abgasstrang geleiteten Massenstrom
bezeichnet.
ηTg = ηT . (mMot - mAbbl)/mMot
durch Manipulation eines die Turbine umgehenden Abblasestromes (mAbbl) eingestellt wird, wobei
ηT den aktuellen Turbinenwirkungsgrad,
mAbbl den die Turbine überbrückenden Abblasestrom,
mMot den durch den Abgasstrang geleiteten Massenstrom
bezeichnet.
5. Motorbremsverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Entlastungseinrichtung ein die Turbine (5) überbrücken
der Bypass (13) mit einem einstellbaren Abblaseventil (14) vor
gesehen ist, wobei der Turbinenwirkungsgrad (ηTg) abnimmt, wenn
das Abblaseventil (14) in Richtung seiner Öffnungsstellung ver
stellt wird.
6. Motorbremsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das isentrope Turbinengefälle (ΔhTu,s) gemäß der Beziehung
ΔhTu,s = cp3 . T3 . [1 - 1(p3/p4)( κ -1/ κ )]
durch Manipulation des Turbinen-Druckgefälles (p3/p4) des Druc kes vor/nach der Turbine (5) eingestellt wird, wobei
cp3 die spezifische Wärmekapazität des die Turbine durch strömenden Massenstromes,
T3 die Temperatur am Turbineneintritt,
p3 den Abgasgegendruck,
p4 den Druck am Turbinenaustritt,
κ den Isentropenexponenten
bezeichnet.
ΔhTu,s = cp3 . T3 . [1 - 1(p3/p4)( κ -1/ κ )]
durch Manipulation des Turbinen-Druckgefälles (p3/p4) des Druc kes vor/nach der Turbine (5) eingestellt wird, wobei
cp3 die spezifische Wärmekapazität des die Turbine durch strömenden Massenstromes,
T3 die Temperatur am Turbineneintritt,
p3 den Abgasgegendruck,
p4 den Druck am Turbinenaustritt,
κ den Isentropenexponenten
bezeichnet.
7. Motorbremsverfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Entlastungseinrichtung eine im Abgasstrang (6) stromab
der Turbine (5) angeordnete, einstellbare Drosseleinrichtung
verwendet wird, wobei das isentrope Turbinengefälle (ΔhTu,s) mit
sich öffnender Drosseleinrichtung zunimmt und mit sich schlie
ßender Drosseleinrichtung abnimmt.
8. Motorbremsverfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Entlastungseinrichtung eine im Abgasstrang stromauf der
Turbine angeordnete, einstellbare Drosseleinrichtung verwendet
wird, wobei das isentrope Turbinengefälle (ΔhTu,s) mit sich öff
nender Drosseleinrichtung zunimmt und mit sich schließender
Drosseleinrichtung abnimmt.
9. Motorbremsverfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckgefälle (p3/p4) des Druckes vor/nach der Turbine
(5) durch Manipulation der Drosseleinrichtung eingestellt wird.
10. Motorbremsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Drosseleinrichtung eine Drosselklappe (10) verwendet
wird.
11. Motorbremsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Turbine eine Axialschieberturbine verwendet wird.
12. Motorbremsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Turbine mit variablem Leitgitter verwendet wird.
13. Motorbremsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der wirksame Turbinenquerschnitt durch einen verstellbaren
Sperrkörper eingestellt werden kann.
14. Motorbremsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erreichung des Motor-Bremsleistungsmaximums an der zu
lässigen Drehzahlgrenze des Turboladers die variable Turbinen
geometrie in Staustellung überführt und die Entlastungseinrich
tung in der Weise eingestellt wird, daß der Turbinenfaktor (Tu)
dem Turbinenfaktor-Grenzwert (Tumax) entspricht.
15. Vorrichtung zur Einstellung der Motorbremsleistung in einer
aufgeladenen Brennkraftmaschine, insbesondere Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
mit einem Abgasturbolader mit einer Turbine (5) mit variabler
Turbinengeometrie, welche zwischen einer den wirksamen Turbi
nenquerschnitt reduzierenden Staustellung und einer den wirksa
men Turbinenquerschnitt erweiternden Öffnungsstellung verstell
bar ist, mit einer der Turbine (5) zugeordneten, einstellbaren
Entlastungseinrichtung, und mit einem Regelsystem (12) zur Er
zeugung eines Stellsignals zur Manipulation des Turbinenquer
schnitts und/oder der Entlastungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellsignal die Entlastungseinrichtung in der Weise ma nipuliert, daß die Bedingung
ΔhTu/ΔhMBr ≦ Tumax
erfüllt ist, wobei
Tumax einen turbinenspezifischen Turbinenfaktor-Grenzwert
ΔhTu die spezifische Turbinenleistung,
ΔhMBr die spezifische Motorbremsleistung
bezeichnet.
daß das Stellsignal die Entlastungseinrichtung in der Weise ma nipuliert, daß die Bedingung
ΔhTu/ΔhMBr ≦ Tumax
erfüllt ist, wobei
Tumax einen turbinenspezifischen Turbinenfaktor-Grenzwert
ΔhTu die spezifische Turbinenleistung,
ΔhMBr die spezifische Motorbremsleistung
bezeichnet.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19931009A DE19931009B4 (de) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine und Vorrichtung hierzu |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19931009A DE19931009B4 (de) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine und Vorrichtung hierzu |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19931009A1 true DE19931009A1 (de) | 2001-02-08 |
| DE19931009B4 DE19931009B4 (de) | 2008-12-11 |
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ID=7913729
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19931009A Expired - Fee Related DE19931009B4 (de) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine und Vorrichtung hierzu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19931009B4 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1375868A1 (de) * | 2002-06-26 | 2004-01-02 | Borg Warner Inc. | Motorbremseinrichtung für eine turboaufgeladene Brennkraftmaschine |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8112217B2 (en) * | 2009-07-16 | 2012-02-07 | GM Global Technology Operations LLC | Exhaust brakes |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19543190A1 (de) * | 1995-11-20 | 1997-05-28 | Daimler Benz Ag | Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine |
| DE19637999A1 (de) * | 1996-09-18 | 1998-03-19 | Daimler Benz Ag | Verfahren zum Betreiben einer Motorbremse und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| DE19844573A1 (de) * | 1998-09-29 | 2000-03-30 | Daimler Chrysler Ag | Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine |
| DE19844571A1 (de) * | 1998-09-29 | 2000-03-30 | Daimler Chrysler Ag | Motorbremsverfahren für eine aufgeladene Brennkraftmaschine |
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1999
- 1999-07-06 DE DE19931009A patent/DE19931009B4/de not_active Expired - Fee Related
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| US6973787B2 (en) * | 2002-06-26 | 2005-12-13 | Borgwarner Inc. | Motor brake device for a turbocharged internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19931009B4 (de) | 2008-12-11 |
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