專(zhuān)利名稱(chēng)：在驅(qū)動(dòng)單元中使利用率最優(yōu)化的方法和驅(qū)動(dòng)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具體如權(quán)利要求1的前序部分的特征的用于使驅(qū)動(dòng)單元里的利用率尤其是使發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果最優(yōu)化的方法，以及驅(qū)動(dòng)單元。
渦輪復(fù)合式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)單元已經(jīng)在背景技術(shù)中的許多實(shí)施例中眾所周知了。這些驅(qū)動(dòng)單元包含有廢氣能量利用裝置。代表性的可參見(jiàn)DE 195 16 971，其描述了一種渦輪復(fù)合式結(jié)構(gòu)中的具有內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元。在該單元中設(shè)有廢氣利用渦輪，它接在渦輪增壓器之后并在牽引運(yùn)行時(shí)由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路來(lái)進(jìn)氣。該廢氣利用渦輪通過(guò)一至少包括有一個(gè)液力離合器的傳輸裝置與曲軸處于傳動(dòng)連接。通過(guò)這種方式就可以充分利用廢氣中還剩余下的能量。此時(shí)，在該廢氣利用渦輪里將廢氣能量變成旋轉(zhuǎn)能量并借助于此能量對(duì)汽車(chē)曲軸的驅(qū)動(dòng)提供了附加的支持。通過(guò)廢氣能量的充分利用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)就可以加大驅(qū)動(dòng)系的效率。另外也了解到，如果驅(qū)動(dòng)機(jī)也就是內(nèi)燃機(jī)設(shè)置了一種所謂壓縮制動(dòng)裝置或者一般也稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的話(huà)，也可以提高汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率。借助于這種裝置，使內(nèi)燃機(jī)的燃燒腔室在制動(dòng)方式時(shí)例如通過(guò)打開(kāi)已有排氣閥門(mén)，在壓縮沖程的最后階段內(nèi)與廢氣系統(tǒng)相連接。其結(jié)果是壓縮空氣在壓縮沖程中從氣缸中流出，并使壓縮沖程內(nèi)所作的壓縮功在工作沖程(膨脹沖程)內(nèi)并不再引入，因此使得內(nèi)燃機(jī)制動(dòng)功率增加。但在一定情況下，通過(guò)廢氣利用渦輪和內(nèi)燃機(jī)之間的耦合而引起的內(nèi)燃機(jī)的功率輸入起到對(duì)其產(chǎn)生了反作用。因此在用一種所謂渦輪復(fù)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，希望在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)消除或者至少使通過(guò)與廢氣利用渦輪連接而輸送給曲軸的附加能量最小化，這種能量是由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的減除壓縮而在廢氣利用渦輪上產(chǎn)生的。眾所周知有一些在排氣管路方面的措施，舉例來(lái)說(shuō)像旁路設(shè)施，用來(lái)使廢氣利用渦輪的進(jìn)氣在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)最小化。驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)行狀態(tài)基本可分為三種基本狀態(tài)。這些基本狀態(tài)的第一種為以高排氣量為特點(diǎn)的載荷區(qū)，這種排氣量可供廢氣利用渦輪使用。廢氣利用渦輪然后通過(guò)排氣氣流驅(qū)動(dòng)并通過(guò)傳輸裝置也就是說(shuō)連接至曲軸的連接裝置將功率提供給該曲軸。這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)效率具有一種正面的作用。但是在部分載荷區(qū)或者說(shuō)用較小廢氣量的推動(dòng)運(yùn)行并同時(shí)考慮到了在至曲軸的連接裝置中的傳動(dòng)比時(shí)，廢氣中所含的能量不足以使廢氣利用渦輪加速到對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速。通過(guò)該傳輸裝置給出了一種連接，使廢氣利用渦輪從曲軸側(cè)進(jìn)行加速。功率從曲軸傳送至廢氣利用渦輪，然而這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率產(chǎn)生負(fù)的作用。與此類(lèi)似，這也適合于第三種運(yùn)行狀態(tài)即用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)運(yùn)行。在該狀態(tài)時(shí)，渦輪被增高的廢氣流驅(qū)動(dòng)并將功率從廢氣利用渦輪傳輸至曲軸，但是這對(duì)于制動(dòng)效果又具有一負(fù)面的作用。
因而本發(fā)明的目的是提出一種根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)使得利用率尤其是效率和/或發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果實(shí)現(xiàn)最佳的方法，或者改進(jìn)一現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)單元，以避免這些缺點(diǎn)并且尤其是在部分載荷運(yùn)行以及在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)防止對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)效率或者所希望的制動(dòng)效果的負(fù)面影響。同時(shí)根據(jù)運(yùn)行方式的不同總是調(diào)整實(shí)現(xiàn)一種最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果或者一種最佳的效率。同時(shí)使得結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)方面花費(fèi)盡可能小。
根據(jù)本發(fā)明的方案的特點(diǎn)如權(quán)利要求1和10所述。有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)成具有一帶有曲軸以及排氣管路的內(nèi)燃機(jī)和一可用排氣管路送氣的接在內(nèi)燃機(jī)之后的廢氣利用渦輪以及布置在該曲軸和該廢氣利用渦輪之間的液力離合器，其中液力離合器的設(shè)計(jì)考慮了在液力離合器和廢氣利用渦輪之間、液力離合器和曲軸之間的傳輸構(gòu)件的各自的傳動(dòng)比，因而適合于在部分載荷運(yùn)行時(shí)考慮到在初級(jí)齒輪和廢氣利用渦輪之間的傳動(dòng)比來(lái)傳輸一轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩相應(yīng)于在小轉(zhuǎn)速時(shí)廢氣利用渦輪的一個(gè)最小可接收的轉(zhuǎn)矩Mmin-5，還在用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)運(yùn)行的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)并在廢氣利用渦輪的最大轉(zhuǎn)速時(shí)接收一個(gè)最小的轉(zhuǎn)矩。這意味著，在兩種運(yùn)行狀態(tài)下，沒(méi)有導(dǎo)輪的液力離合器的特征在于一特性曲線(xiàn)，該特性曲線(xiàn)的特征在于在整個(gè)運(yùn)行區(qū)上尤其是液力離合器的轉(zhuǎn)速差區(qū)域上是一個(gè)小的可傳輸轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明第一種方案，這可以通過(guò)應(yīng)用一種在各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下具有不變的特性曲線(xiàn)組的液力離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種離合器一般是指不可控制的或者不可調(diào)節(jié)的離合器。這意味著，這些離合器具在固定的填充度。該填充度通過(guò)二級(jí)齒輪和初級(jí)齒輪之間的轉(zhuǎn)速比確定了某一個(gè)可傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩則在直接耦合時(shí)相應(yīng)于在廢氣利用渦輪上可接收的轉(zhuǎn)矩或者在通過(guò)傳輸構(gòu)件連接時(shí)則與該轉(zhuǎn)矩成比例。類(lèi)似地這適用于轉(zhuǎn)速。根據(jù)所使用的廢氣利用渦輪來(lái)選擇液力離合器，其中相應(yīng)于廢氣利用渦輪的特性曲線(xiàn)，預(yù)先規(guī)定了相應(yīng)于最大允許轉(zhuǎn)速的保護(hù)過(guò)載極限轉(zhuǎn)速和最小允許轉(zhuǎn)速作為力求要調(diào)定的轉(zhuǎn)速，該最大允許轉(zhuǎn)速在廢氣利用渦輪的特性曲線(xiàn)組里可以與過(guò)轉(zhuǎn)速點(diǎn)相應(yīng)，其中渦輪的轉(zhuǎn)矩在二個(gè)工作點(diǎn)上最好相同，但并非絕對(duì)必要相同，并與一個(gè)小的值優(yōu)選是最小值相對(duì)應(yīng)。通過(guò)液力離合器可傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩或者說(shuō)通過(guò)其可以支持的轉(zhuǎn)矩是以下參數(shù)的函數(shù)廢氣利用渦輪上的最小轉(zhuǎn)矩、以及廢氣利用渦輪的最大允許轉(zhuǎn)速、最小轉(zhuǎn)速以及在布置于廢氣利用渦輪和液力離合器之間的傳輸單元里的傳動(dòng)比i。
根據(jù)第二種方案可以控制、優(yōu)選調(diào)節(jié)所要求的在液力離合器上的傳輸特性。液力離合器的填充度作為可以改變的調(diào)節(jié)參數(shù)。液力離合器的填充度調(diào)整則是控制或者調(diào)節(jié)廢氣利用渦輪工作點(diǎn)的組成部分。優(yōu)選分別調(diào)節(jié)在廢氣利用渦輪上所要設(shè)定的轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)一個(gè)最大允許極限轉(zhuǎn)速和部分載荷運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)一個(gè)最小轉(zhuǎn)速，其中二者的特點(diǎn)是一個(gè)預(yù)先規(guī)定的，優(yōu)選與最小轉(zhuǎn)矩的相對(duì)應(yīng)的最小提供轉(zhuǎn)矩。對(duì)于最大允許轉(zhuǎn)速來(lái)說(shuō)，正如已多次說(shuō)明的那樣，優(yōu)選是指表示出廢氣利用渦輪的特性曲線(xiàn)組中過(guò)轉(zhuǎn)速點(diǎn)特征的轉(zhuǎn)速。對(duì)于最小轉(zhuǎn)速來(lái)說(shuō)則是指在最小可傳輸轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)矩優(yōu)選但并不一定相應(yīng)于在最大允許極限轉(zhuǎn)速時(shí)的可轉(zhuǎn)輸轉(zhuǎn)矩。同時(shí)調(diào)定填充度，其中填充度的影響可以以不同的樣式和方式實(shí)現(xiàn)并且在具體情況下取決于液力離合器和配合于它的傳動(dòng)介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如液力離合器總是具有進(jìn)出工作腔的至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口。它們與傳動(dòng)介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)相聯(lián)。在最簡(jiǎn)單情況下可以通過(guò)控制或者調(diào)整入口和/或出口處的壓力來(lái)調(diào)整填充度。另一種方法就是調(diào)整入口處或者出口處的某一個(gè)體積流以及一個(gè)作用于一個(gè)連接出口和入口的外部回路上的重迭壓力，該回路也用于傳動(dòng)介質(zhì)循環(huán)例如用于冷卻，但其中在此情況下必須有附加措施，以便實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的壓力傳遞。另外還可考慮機(jī)械裝置來(lái)影響填充度，例如取料管(die Schpfrohre)，它們同樣也用于控制體積流，其方法是使裝置與用于傳動(dòng)介質(zhì)的中間存儲(chǔ)裝置相聯(lián)并進(jìn)一步與至工作腔的入口或者入口相聯(lián)。取料管的位置可以是固定的或者是可變的。根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)整廢氣利用渦輪的工作點(diǎn)的方案不限于該項(xiàng)措施。
利用度可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的不同理解為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果或者效率，為使該利用度最優(yōu)化，要這樣控制廢氣利用渦輪，使該渦輪在運(yùn)行狀態(tài)為部分載荷范圍內(nèi)時(shí)以最小轉(zhuǎn)速和最小可接收轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，而在運(yùn)行狀態(tài)為制動(dòng)運(yùn)行時(shí)渦輪以最大轉(zhuǎn)速和以最小可輸出轉(zhuǎn)距而運(yùn)行。這可以通過(guò)控制或者優(yōu)選通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)具有拋物線(xiàn)形狀的特征曲線(xiàn)的廢氣利用渦輪的相應(yīng)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)離合器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同同樣也可以考慮為其它的特征曲線(xiàn)。
以下根據(jù)附圖對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案加以說(shuō)明。圖中示出了

圖1和1b一種根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)單元的基本構(gòu)造的簡(jiǎn)化示意圖；圖2a和2b根據(jù)信號(hào)流動(dòng)圖在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果進(jìn)行優(yōu)化的根據(jù)本發(fā)明方法的簡(jiǎn)化示意圖；圖3a和3b具有固定的填充度和可變填充度的一種根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的離合器的特征曲線(xiàn)，尤其是泵特性曲線(xiàn)；圖4根據(jù)信號(hào)流動(dòng)圖在運(yùn)行狀態(tài)為部分載荷或者推動(dòng)運(yùn)行時(shí)的根據(jù)本發(fā)明的方法的簡(jiǎn)化示意圖；圖5根據(jù)圖1所示實(shí)施形式的配合于驅(qū)動(dòng)系中各個(gè)部件的控制裝置。
圖1示出了驅(qū)動(dòng)系1的一個(gè)局部，示出了渦輪復(fù)合式系統(tǒng)2的基本構(gòu)造簡(jiǎn)化示意圖。驅(qū)動(dòng)系包括有以?xún)?nèi)燃機(jī)3形式的并通過(guò)一個(gè)曲軸4的驅(qū)動(dòng)機(jī)。此外還設(shè)有廢氣利用渦輪5，它由內(nèi)燃機(jī)3的廢氣流供氣。該渦輪接在一個(gè)渦輪增壓器6之后并因此并不是該增壓器的組成部分。廢氣利用渦輪5從排氣管路7進(jìn)氣。廢氣利用渦輪5還與曲軸4機(jī)械連接，也就是說(shuō)其與曲軸通過(guò)傳輸裝置16處于傳動(dòng)連接。在曲軸4和廢氣利用渦輪5之間的耦合裝置中也就是說(shuō)在傳輸裝置16里有一液力離合器8(亦稱(chēng)液力聯(lián)軸器或偶合器)。該離合器包括有初級(jí)葉輪10和次級(jí)葉輪9，它們相互一起形成一個(gè)工作腔11。液力離合器8沒(méi)有導(dǎo)輪。次級(jí)葉輪9與曲軸4至少間接地防轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是直接地或者通過(guò)其它的傳輸構(gòu)件例如轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩變換裝置的形式以中間軸形式連接起來(lái)。初級(jí)葉輪10至少間接地，也就是優(yōu)選直接或者通過(guò)其它傳輸構(gòu)件與廢氣利用渦輪5連接。在所示情況下在液力離合器8的次級(jí)葉輪9和曲軸4之間通過(guò)一個(gè)正齒輪組12實(shí)現(xiàn)連接。在次級(jí)葉輪9和廢氣利用渦輪5之間則通過(guò)另一個(gè)正齒輪組13實(shí)現(xiàn)連接。也可以考慮其它的或另外的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩變換裝置的直接連接或中間連接。在這兩種情況下，在從曲軸4至廢氣利用渦輪5的功率流方向上看，正齒輪組12和13的傳動(dòng)比分別設(shè)計(jì)成增速比。廢氣利用渦輪5因此平行曲軸4布置。也可以考慮一種此處未示出的成角度的布置，其中傳輸構(gòu)件要相應(yīng)地設(shè)計(jì)。渦輪增壓器6或者說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器接在廢氣利用渦輪5之前。渦輪增壓器6設(shè)計(jì)成第一渦輪級(jí)，它與排氣管路7連接并在進(jìn)氣管路15里驅(qū)動(dòng)壓縮器級(jí)14。布置在第一個(gè)渦輪級(jí)或者說(shuō)壓縮器級(jí)14的位于氣流下游側(cè)的第二個(gè)渦輪級(jí)由該廢氣利用渦輪5構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)單元1在傳統(tǒng)的實(shí)施例中的運(yùn)行方式的特點(diǎn)如以下所述。在稱(chēng)作高排氣量的負(fù)載運(yùn)行的第一種運(yùn)行狀態(tài)中，廢氣利用渦輪5由排氣管路7里的廢氣流驅(qū)動(dòng)并通過(guò)傳輸裝置16將功率傳送給曲軸4。這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)總效率產(chǎn)生正面影響。在稱(chēng)為部分載荷運(yùn)行或者說(shuō)推動(dòng)運(yùn)行的第二種運(yùn)行狀態(tài)中，在排氣管路7里只有少量排出氣體可供使用。考慮到尤其是在液力離合器8和廢氣利用渦輪5之間的傳輸裝置16的傳動(dòng)比，在廢氣中含有的能量在傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)單元中不足以使廢氣利用渦輪5加速到對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)3轉(zhuǎn)速n3的轉(zhuǎn)速，由于通過(guò)液力離合器8實(shí)現(xiàn)了曲軸4和渦輪5之間的傳動(dòng)連接，就可以從曲軸側(cè)4起使廢氣利用渦輪5加速。這使得功率由曲軸4引向廢氣利用渦輪5，這種功率對(duì)于正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)不再提供并因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率有負(fù)面影響。在通常的沒(méi)有根據(jù)本發(fā)明的方案時(shí)的驅(qū)動(dòng)系時(shí)的第三種運(yùn)行狀態(tài)的特點(diǎn)在于這種狀態(tài)描述了利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)運(yùn)行。在此狀態(tài)時(shí)通過(guò)在排氣管路7里增高的廢氣流來(lái)驅(qū)動(dòng)廢氣利用渦輪5。功率則由廢氣利用渦輪5流向曲軸4。這又對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果產(chǎn)生負(fù)面影響。為了避免這些所述的缺點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)控制傳輸裝置16里的功率傳輸特性考慮到廢氣利用渦輪5的運(yùn)行狀態(tài)使廢氣利用渦輪5的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)最佳。為此，根據(jù)本發(fā)明在運(yùn)行狀態(tài)為發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)運(yùn)行時(shí)來(lái)控制廢氣利用渦輪5，從而使該渦輪以轉(zhuǎn)速n5運(yùn)行，該轉(zhuǎn)速相應(yīng)于一個(gè)最大允許的轉(zhuǎn)速nmax-5，也就是說(shuō)相應(yīng)于廢氣利用渦輪5的一個(gè)所謂極限轉(zhuǎn)速nGrenz5。廢氣利用渦輪5或者說(shuō)其運(yùn)行方式可以用一條特性曲線(xiàn)來(lái)描述，其中此曲線(xiàn)提供的渦輪轉(zhuǎn)矩M5小于在較低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩。極限轉(zhuǎn)速nGrenz5相應(yīng)于還能可靠地避免廢氣利用渦輪5損壞時(shí)的轉(zhuǎn)速。液力離合器8起到控制的調(diào)整裝置作用。為了限制廢氣利用渦輪5的轉(zhuǎn)速n5，必須通過(guò)整合到傳輸單元16里的液力離合器8來(lái)支持一個(gè)轉(zhuǎn)矩。但是該轉(zhuǎn)矩通過(guò)至曲軸4的連接裝置反作用于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此這制動(dòng)轉(zhuǎn)矩根據(jù)本發(fā)明必須保持最小。由于根據(jù)廢氣利用渦輪5的已知特性曲線(xiàn)，在極限轉(zhuǎn)速nGrenz5時(shí)的轉(zhuǎn)矩小于在較低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，因此力求盡可能經(jīng)常地使渦輪5在該工作點(diǎn)運(yùn)行。廢氣利用渦輪5的控制應(yīng)使該渦輪盡可能以其最大轉(zhuǎn)速nmax5運(yùn)行。然而同時(shí)可以使內(nèi)燃機(jī)3的轉(zhuǎn)速在渦輪側(cè)也就是液力離合器8的初級(jí)輪10和曲軸側(cè)也就是次級(jí)輪9之間改變。
圖1b為此示出了廢氣利用渦輪5的轉(zhuǎn)速n5/轉(zhuǎn)矩M5圖表的特性曲線(xiàn)。轉(zhuǎn)矩M5根據(jù)功率流動(dòng)方向的不同相應(yīng)于廢氣利用渦輪可接收的轉(zhuǎn)矩或者相應(yīng)于由該廢氣利用渦輪輸出給傳輸裝置的轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選為拋物線(xiàn)狀的曲線(xiàn)結(jié)合最小的可接收的或可輸出的轉(zhuǎn)矩以二個(gè)工作點(diǎn)I和II為特點(diǎn)。這可以在所述的運(yùn)行狀態(tài)、部分載荷或推動(dòng)運(yùn)行和發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行里進(jìn)行控制和調(diào)整。為使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，力求在部分載荷運(yùn)行時(shí)在工作點(diǎn)I范圍內(nèi)有一個(gè)工作點(diǎn)，而在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)則在工作點(diǎn)II范圍里有一個(gè)工作點(diǎn)，而這些工作點(diǎn)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩最小。這在最簡(jiǎn)單的情況下通過(guò)在各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下選擇適合的具有固定填充度FG的液力離合器8并通過(guò)自動(dòng)地調(diào)整該工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中這些工作點(diǎn)對(duì)于各自運(yùn)行狀態(tài)中是不變的，然而在各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)之間變化，或者通過(guò)控制廢氣利用渦輪5的轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制液力離合器8的傳輸特性尤其是填充度FG來(lái)變化。
根據(jù)第一種方案選擇一種具有對(duì)應(yīng)于圖3a所示特性曲線(xiàn)的液力離合器8，其中離合器是不變的并且其特征是離合器8的填充度恒定不變。液力離合器8設(shè)計(jì)應(yīng)使其適合于在某個(gè)特定大小的填充度FG時(shí)，考慮到布置在渦輪5和液力離合器8之間的傳輸構(gòu)件尤其是轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩變換裝置此處為正齒輪組13的傳動(dòng)比，使作用于次級(jí)輪9的轉(zhuǎn)矩M10可靠地支持于液力離合器8上。轉(zhuǎn)矩M10與由渦輪5輸出的轉(zhuǎn)矩M5成比例。液力離合器8的設(shè)計(jì)應(yīng)使其特性曲線(xiàn)的特點(diǎn)為次級(jí)輪9和初級(jí)輪10之間的轉(zhuǎn)速比與初級(jí)輪10所接收的轉(zhuǎn)矩M10相關(guān)。該轉(zhuǎn)矩考慮到正齒輪組13或者說(shuō)布置在初級(jí)輪10和渦輪5之間的傳輸構(gòu)件的傳動(dòng)比，相應(yīng)于在渦輪5上可輸出的最小轉(zhuǎn)矩Mmin5，也就是說(shuō)與該最小轉(zhuǎn)矩成比例。
液力離合器8的運(yùn)行應(yīng)使其能夠在初級(jí)輪10和次級(jí)輪9之間的轉(zhuǎn)速比γ的大部分范圍上支持某一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩考慮到傳輸構(gòu)件相應(yīng)于由渦輪準(zhǔn)備提供的最小轉(zhuǎn)矩Mmin-5。離合器以不變的填充度FG運(yùn)行。不需要附帶的控制機(jī)構(gòu)。所希望的特性可以單單根據(jù)具有固定填充度的離合器所固有的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)第二種方案使離合器的傳輸能力相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。圖3b示出了調(diào)節(jié)離合器的離合器特性曲線(xiàn)。這些曲線(xiàn)根據(jù)功率流動(dòng)方向的不同適用于在初級(jí)輪10或次級(jí)輪9上可接收的轉(zhuǎn)矩M10，M9。這種方法優(yōu)選整合到用于調(diào)節(jié)廢氣利用渦輪5的轉(zhuǎn)速n5的方法里，如圖2b所示，其中在第三種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速n5比在考慮到傳輸特性或者說(shuō)傳輸力矩時(shí)曲軸上的轉(zhuǎn)速n4大。設(shè)定一個(gè)額定值nsoll-5，它相應(yīng)于廢氣利用渦輪5的最大允許轉(zhuǎn)速nmax-5。該轉(zhuǎn)速考慮到傳輸構(gòu)件，與液力離合器8的初級(jí)輪10上的轉(zhuǎn)速n10成比例。在廢氣利用渦輪5的特性曲線(xiàn)中相應(yīng)于該轉(zhuǎn)速nmax-5的是一個(gè)最小的可提供的轉(zhuǎn)矩Mmin-5。考慮到在廢氣利用渦輪5和初級(jí)輪10之間的傳輸構(gòu)件尤其是正齒輪組13，因此對(duì)初級(jí)輪10來(lái)說(shuō)有一個(gè)可接收的，必須被支持于次級(jí)輪9上的轉(zhuǎn)矩M10。為了支持該轉(zhuǎn)矩，必須相應(yīng)地規(guī)定離合器8的傳輸能力。這通過(guò)調(diào)整填充度FG來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就叫液力離合器8的傳輸能力，特別是在從初級(jí)輪10到次級(jí)輪9的功率傳輸?shù)臅r(shí)候，此處也通過(guò)質(zhì)量流也就是說(shuō)填充度FG進(jìn)行影響。同時(shí)可以使用各種不同的調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)調(diào)整填充度FG。例如在可充裝的離合器時(shí)，該離合器的特點(diǎn)是具有使傳動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入工作腔的入口17和至少一個(gè)從工作腔里出來(lái)的出口18，此時(shí)至少一個(gè)在入口和/或出口處的壓力p17，18或者在這里的壓力差、或者說(shuō)在這些區(qū)域里所提供的在入口和/或出口處的體積流量17，18起到這種作用，以及當(dāng)工作回路配有單獨(dú)的傳動(dòng)介質(zhì)循環(huán)尤其是封閉回路19時(shí)，在該工作回路上的迭加的靜壓力以及所有用于改變充入介質(zhì)量和/或影響流量的措施例如可變的或固定的取料管都起到這種作用。在液力離合器8上，尤其在工作腔11處對(duì)填充度FG的調(diào)整整合到對(duì)廢氣利用渦輪轉(zhuǎn)速n5進(jìn)行控制的控制段里。這類(lèi)似地也適合于實(shí)施方法時(shí)作為調(diào)節(jié)裝置。此時(shí)使廢氣利用渦輪上的實(shí)際轉(zhuǎn)速nist-5反饋，并根據(jù)與額定轉(zhuǎn)速nsoll-5的調(diào)節(jié)偏差相應(yīng)地控制液力離合器8。圖2a示出了通過(guò)控制裝置對(duì)渦輪轉(zhuǎn)速nist-5進(jìn)行調(diào)整，而圖2b則示出了調(diào)節(jié)，也就是說(shuō)不斷地反饋和比較轉(zhuǎn)速。在圖2a和2b所述的方法中，可以直接確定所述的參數(shù)或者至少間接表示這些參數(shù)特征的參數(shù)，也就是說(shuō)與這些參數(shù)作用關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
在第二種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，使廢氣利用渦輪5上的轉(zhuǎn)速n5保持在最小可能的水平上。但是由于內(nèi)燃機(jī)3上的轉(zhuǎn)速是可以變化的，因此必需使得當(dāng)轉(zhuǎn)矩M很小時(shí)在離合器8中具有高的轉(zhuǎn)差率。這就是說(shuō)，內(nèi)燃機(jī)3考慮到傳動(dòng)比時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)得比渦輪5相對(duì)更快。根據(jù)第一種方案，這通過(guò)具有用于任何填充度的根據(jù)圖3a的相應(yīng)不變的特性曲線(xiàn)的液力離合器8來(lái)解決，其中該特性曲線(xiàn)必須考慮到所述的運(yùn)行狀態(tài)3滿(mǎn)足相應(yīng)的要求。這意味著，液力離合器8以恒定的填充度FG來(lái)運(yùn)行，該填充度取決于次級(jí)輪9和初級(jí)輪10之間的轉(zhuǎn)差率或者速度差，其特點(diǎn)是渦輪的轉(zhuǎn)矩Mmin-5最小，該轉(zhuǎn)矩與通過(guò)液力離合器8所要傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩成比例。所應(yīng)用的液力離合器8用于兩種運(yùn)行狀態(tài)，即運(yùn)行狀態(tài)3，也就是說(shuō)利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)的狀態(tài)，和運(yùn)行狀態(tài)2，也就是部分載荷運(yùn)行或者說(shuō)推動(dòng)運(yùn)行。應(yīng)用一種液力離合器8，其特性曲線(xiàn)組的特點(diǎn)是在液力離合器8的很大工作范圍內(nèi)，可傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩M最小。具有不變特性曲線(xiàn)特點(diǎn)的不變的預(yù)定填充度FG這樣來(lái)選擇，使得在考慮到在液力離合器8和廢氣利用渦輪5之間的傳輸構(gòu)件的情況下渦輪能夠從曲軸4側(cè)接收一個(gè)最小轉(zhuǎn)矩。圖3a示出了兩種運(yùn)行狀態(tài)下的不變的離合器特性曲線(xiàn)。另一方面，圖3b則示出了一個(gè)控制的或者調(diào)節(jié)的液力離合器8的特性曲線(xiàn)。
圖4示出了第二種方案，基于廢氣利用渦輪5和曲軸4之間尤其是第二種運(yùn)行狀態(tài)的液力離合器8的渦輪側(cè)和曲軸側(cè)之間的轉(zhuǎn)速差γ來(lái)控制傳輸能力。同樣此處根據(jù)第一種實(shí)施方案對(duì)廢氣利用渦輪的轉(zhuǎn)速nsoll-5進(jìn)行控制，其中該轉(zhuǎn)速保持盡可能小。該轉(zhuǎn)速優(yōu)選相應(yīng)于廢氣利用渦輪5的最小的下極限轉(zhuǎn)速nmin-5。該轉(zhuǎn)速由廢氣利用渦輪的特性曲線(xiàn)尤其根據(jù)圖1b的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線(xiàn)求出。根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n3或曲軸4的轉(zhuǎn)速n4，尤其是內(nèi)燃機(jī)3的轉(zhuǎn)速，則為了調(diào)整廢氣利用渦輪5上的轉(zhuǎn)速n5，或者說(shuō)考慮了通過(guò)傳輸構(gòu)件尤其是液力離合器8的初級(jí)輪10上的正齒輪組13的傳輸特性來(lái)對(duì)與廢氣利用渦輪5的轉(zhuǎn)速成比例的轉(zhuǎn)速n10進(jìn)行調(diào)整。該轉(zhuǎn)速是液力離合器的可傳輸轉(zhuǎn)矩M8的函數(shù)，尤其是通過(guò)次級(jí)葉輪9在該運(yùn)行狀態(tài)下由曲柄可接收的轉(zhuǎn)矩M9和次級(jí)輪9上的轉(zhuǎn)速n9的函數(shù)，該轉(zhuǎn)速還通過(guò)傳輸構(gòu)件尤其是正齒輪組12的連接與曲軸4的轉(zhuǎn)速n4成比例。通過(guò)液力離合器8可傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩M8和通過(guò)次級(jí)輪9可接收的轉(zhuǎn)矩M9用于控制可傳輸轉(zhuǎn)矩M8或者初級(jí)輪10上的轉(zhuǎn)速n10并且是液力離合器的填充度FG的函數(shù)。填充度FG這里也起到調(diào)節(jié)參數(shù)的作用，整合在控制裝置尤其是控制段里，用于調(diào)整廢氣利用渦輪5上的最小轉(zhuǎn)速。此時(shí)可以控制或者也可以調(diào)節(jié)填充度FG。如前所述，通過(guò)預(yù)先設(shè)定在入口和出口處所要調(diào)節(jié)壓力的調(diào)整參數(shù)以及通過(guò)預(yù)先設(shè)定通過(guò)該壓力而引入的體積流量17，18、或者相應(yīng)的用于影響填充度的調(diào)整裝置例如可變的或固定的取料管來(lái)調(diào)整填充度。此外也可以考慮具有或者沒(méi)有后接閥門(mén)裝置的溢流管或者不同的已知原理的任意組合，其細(xì)節(jié)此處不加詳細(xì)討論，因?yàn)檫@屬于本領(lǐng)域的技術(shù)人員的常識(shí)。
根據(jù)一種特別有利的設(shè)計(jì)方案，這里也以調(diào)節(jié)的方式對(duì)最小允許轉(zhuǎn)速nmin-5進(jìn)行設(shè)定，也就是說(shuō)將廢氣利用渦輪上的實(shí)際轉(zhuǎn)速nist-5反饋并與額定值比較。這就可以直接求出廢氣利用渦輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速nist-5，或者一個(gè)至少間接描述其的參數(shù)，其中對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。然而在最簡(jiǎn)單的情況下是檢測(cè)轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@種檢測(cè)問(wèn)題最小。填充度的設(shè)定是調(diào)節(jié)段的組成部分。
圖5示出了根據(jù)驅(qū)動(dòng)系1的基本構(gòu)造，示出了相應(yīng)于廢氣利用渦輪5的控制裝置和/或調(diào)節(jié)裝置19，包括有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)單元形式的匯總了實(shí)行這種功能的部件的控制儀器，或者以虛擬控制儀形式而存在的控制和/或調(diào)節(jié)裝置20，該裝置與至少一個(gè)用于檢測(cè)至少一個(gè)轉(zhuǎn)速n5和廢氣利用渦輪5的轉(zhuǎn)速的裝置，以及至少一個(gè)用于檢測(cè)至少間接地描述曲軸4轉(zhuǎn)速的參數(shù)的裝置連接，其中這些裝置此處用21和24表示，并且在最簡(jiǎn)單情況下是轉(zhuǎn)速傳感器的形式。這些裝置還可以為調(diào)節(jié)裝置20產(chǎn)生相應(yīng)的輸入信號(hào)。此外，該控制裝置和/或調(diào)節(jié)裝置19包括有調(diào)整裝置22，它相應(yīng)于液力離合器8并用來(lái)改變液力離合器8的傳輸特性。調(diào)整裝置22可以有多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。具體取決于對(duì)液力離合器的填充度FG的影響的具體方式。調(diào)整裝置22與控制和/或調(diào)節(jié)裝置20的至少一個(gè)輸出端23連接。對(duì)于控制和/或調(diào)節(jié)裝置20來(lái)說(shuō)是指一個(gè)反正在汽車(chē)上已有的汽車(chē)的控制和/或調(diào)節(jié)裝置，但也可以是指另外的驅(qū)動(dòng)部件例如傳動(dòng)箱控制的控制和/或調(diào)節(jié)裝置。
符號(hào)說(shuō)明1驅(qū)動(dòng)系 11工作腔2渦輪復(fù)合系統(tǒng) 12齒輪3驅(qū)動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī) 13正齒輪組4曲軸 14壓縮級(jí)5廢氣利用渦輪 15進(jìn)氣管路6渦輪增壓器 16傳輸裝置7排氣管路 17入口8液力離合器 18出口9次級(jí)葉輪 19控制和/或調(diào)節(jié)裝置10初級(jí)葉輪20控制和/或調(diào)節(jié)裝置21用于檢測(cè)至少一個(gè)至少間接地描述廢氣利用渦輪轉(zhuǎn)速的參數(shù)的裝置22調(diào)整裝置23輸出端24用于檢測(cè)至少一個(gè)至少間接地描述曲軸4轉(zhuǎn)速的參數(shù)的裝置
權(quán)利要求
1.一種用于使尤其用于汽車(chē)中的驅(qū)動(dòng)單元(1)中的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果最佳化的方法，所述驅(qū)動(dòng)單元具有-內(nèi)燃機(jī)(3)，所述內(nèi)燃機(jī)包括曲軸(4)；-廢氣利用渦輪(5)，所述廢氣利用渦輪設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)(3)的廢氣流(7)中，用于將廢氣能量轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)能量；-所述廢氣利用渦輪(5)通過(guò)傳輸裝置(16)與所述曲軸(4)相連接；-在所述傳輸裝置(16)中設(shè)置有液力離合器(8)，所述液力離合器包括初級(jí)輪(10)和次級(jí)輪(9)，其中所述次級(jí)輪(9)與曲軸(4)、以及所述初級(jí)輪(10)與所述廢氣利用渦輪(5)至少間接地連接；其特征在于1.1其中，在相應(yīng)于利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)運(yùn)行的工作狀態(tài)下，所述廢氣利用渦輪(5)在工作點(diǎn)(II)上運(yùn)行，該工作點(diǎn)的特征在于，所述廢氣利用渦輪(5)的轉(zhuǎn)速在最小可輸出轉(zhuǎn)矩M5時(shí)為最大允許的極限轉(zhuǎn)速nmax-5；以及1.2在相應(yīng)于部分載荷運(yùn)行或推動(dòng)運(yùn)行的工作狀態(tài)時(shí)，所述廢氣利用渦輪(5)在工作點(diǎn)(I)上運(yùn)行，該工作點(diǎn)的特征在于具有最小轉(zhuǎn)速nmin-5和最小可接收的轉(zhuǎn)矩Mmin-5，其中通過(guò)所述液力離合器(8)調(diào)定到二個(gè)工作點(diǎn)，所述液力離合器的構(gòu)造應(yīng)使其適合于對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)特性曲線(xiàn)運(yùn)行，其可傳輸轉(zhuǎn)矩在表征轉(zhuǎn)差率范圍的大部分轉(zhuǎn)速差上，考慮到了傳輸裝置(16)的傳輸構(gòu)件至所述廢氣利用渦輪(5)的傳動(dòng)比，與由廢氣利用渦輪(5)可輸出的或可接收的最小轉(zhuǎn)矩MMin-5相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有恒定填充度FG的液力離合器(8)，該填充度FG的特性曲線(xiàn)表征為轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)，該轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)在大部分的轉(zhuǎn)差率范圍內(nèi)，位于在考慮了傳輸裝置(16)中的傳動(dòng)比后的所述廢氣利用渦輪(5)可接收或可輸出的最小轉(zhuǎn)矩Mmin-5的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)用了填充度FG是可控制和/或可調(diào)節(jié)的液力離合器(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)至少一個(gè)以下參數(shù)來(lái)控制和/或調(diào)節(jié)填充度FG-在所述液力離合器(8)的工作腔(11)的入口(17)處的壓力和/或液力離合器(8)的工作腔(11)的出口(18)處的壓力；-所述工作腔(11)的入口(17)和出口(18)之間的壓力差(Δp)；-所述工作腔(11)的入口(17)處和/或出口(18)處的體積流量；-通過(guò)機(jī)械設(shè)備例如取料管所導(dǎo)出的傳動(dòng)介質(zhì)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)控制轉(zhuǎn)速n5或者至少間接表征該轉(zhuǎn)速的廢氣利用渦輪(5)的參數(shù)來(lái)調(diào)定工作點(diǎn)(I，II)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n5或者至少間接地表征該轉(zhuǎn)速的廢氣利用渦輪(5)的參數(shù)來(lái)調(diào)定工作點(diǎn)(I，II)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，連續(xù)地求出至少間接地表征所述廢氣利用渦輪(5)的實(shí)際轉(zhuǎn)速的參數(shù)，并將所述實(shí)際轉(zhuǎn)速與所要設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速nSoll-5比較，其中根據(jù)調(diào)節(jié)偏差預(yù)先給定調(diào)節(jié)參數(shù)，以控制所述液力離合器(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述廢氣利用渦輪的轉(zhuǎn)速n5考慮到所述傳輸裝置(16)里的傳動(dòng)比大于所述曲軸(4)的轉(zhuǎn)速時(shí)，則識(shí)別出運(yùn)行狀態(tài)為利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)運(yùn)行；而當(dāng)所述廢氣利用渦輪(5)的轉(zhuǎn)速n5考慮到所述傳輸裝置(16)里的傳動(dòng)比小于所述曲軸(4)的轉(zhuǎn)速n4時(shí)，排除全負(fù)載運(yùn)行識(shí)別出運(yùn)行狀態(tài)為部分載荷運(yùn)行或推動(dòng)運(yùn)行。
9.驅(qū)動(dòng)系(1)，-具有包括曲軸(4)的內(nèi)燃機(jī)(3)，-具有廢氣利用渦輪(5)，設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)(3)的廢氣流(7)中，用于將廢氣能量轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)能量；-廢氣利用渦輪(5)，通過(guò)傳輸裝置(16)與所述曲軸(4)連接；-在所述傳輸裝置(16)中設(shè)有液力離合器(8)，所述液力離合器包括有初級(jí)輪(10)和次級(jí)輪(9)，其中所述次級(jí)輪(9)與所述曲軸(4)、所述初級(jí)輪(10)與所述廢氣利用渦輪(5)至少間接連接起來(lái)；其特征在于，所述液力離合器(8)的構(gòu)造應(yīng)使其適合于至少對(duì)應(yīng)于一個(gè)特性曲線(xiàn)運(yùn)行，其可傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩考慮了傳輸裝置(16)里的傳動(dòng)比，在通過(guò)初級(jí)葉輪和次級(jí)葉輪之間的轉(zhuǎn)速比而表征的大部分轉(zhuǎn)差率范圍上，與所述廢氣利用渦輪(5)可接收的或可輸出的最小轉(zhuǎn)矩MMin-5相對(duì)應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的驅(qū)動(dòng)單元(1)，其特征在于
10.1所述液力離合器(8)設(shè)計(jì)成具有可變填充度的可控制或者可調(diào)節(jié)的離合器；
10.2具有配屬于所述液力離合器(8)的控制裝置(20)，包括有用于形成調(diào)整參數(shù)的調(diào)整參數(shù)形成部，用來(lái)控制液力離合器(8)的調(diào)整裝置(22)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使尤其用于汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)單元中發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果最佳化的方法，包括內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括曲軸；以及廢氣利用渦輪機(jī)，通過(guò)傳輸裝置與曲軸相連。在傳輸裝置里設(shè)有液力離合器。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)其中在對(duì)應(yīng)于利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)運(yùn)行的工作狀態(tài)時(shí)，使廢氣利用渦輪機(jī)在一個(gè)工作點(diǎn)上運(yùn)行，該工作點(diǎn)的特征在于在最小可輸出轉(zhuǎn)矩M
文檔編號(hào)F02B47/10GK1720391SQ200480001647
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者克勞斯·福格爾桑, 庫(kù)爾特·阿德勒夫, 賴(lài)因霍爾德·皮蒂烏斯 申請(qǐng)人:沃伊特渦輪兩合公司