用于提高车辆的往复活塞式内燃机、特别是柴油发动机的
发动机制动功率的方法和装置
技术领域
背景技术
[0002] 这样的用具有
涡轮机和压缩器的涡轮
增压装置增压的柴油机的发动机制动功率(以下称为“制动功率”)在越来越大的增压度时由于因此能实现的
排量/发动机尺寸的减小同样变得较小。但在增压的柴油发动机中，在任何情况下必须提供随着发动机功率适当增加的制动功率。因此，这样的问题特别是在发动机的当前的“降尺寸(Down-Sizing)”时出现，在该“降尺寸”时大排量的重型发动机由具有明显提高的比功率的、小排量的和较轻的发动机代替。
[0003] 对此，首先高的制动功率的产生因而是在“降尺寸”时要解决的中心问题，该制动功率应等于较大发动机的制动功率，以便例如在
下坡行驶时不使传统的
制动系统过载或损害通常的驾驶舒适性。
[0004] 同时，在正常的行驶运行中在经常出现的
载荷和转速回降时的制动功率下降在较小的发动机中也必须能用可迅速提供的在
气缸中产生的制动
力来
支撑，而大型发动机能部分地以其
飞轮力矩来弥补。
[0005] 在
现有技术中，为了形成高的发动机制动力矩，已知所谓排气节流
阀，该排气
节流阀在高的
发动机转速时通过或多或少完全地关闭排气管路能实现增大的排气倒流以及因此更好的发动机制动功率。该简单的技术的一个缺点在于，制动功率主要只通过在活塞顶与排气阀之间的或多或少封闭的空间内往复移动的排气的节流损失得到，这除了适度的收益外——最大可得到的制动功率等于发动机功率的约50％，首要还导致非所希望地加热本来受高热负载的排气
门和喷油阀。因此这样的系统达到显著更好的直到超过发动功率100％的制动功率(！)，该系统以这样的方式充分利用发动机的压缩功，即在压缩冲程的结束时通过
换气阀的短时间的打开或通过在气缸盖中的自己的受控制的“
制动阀”将被压缩的燃烧用空气排出，并且该燃烧用空气因此不再能起
蓄能器的作用，该蓄能器在活塞下行(＝已点火的发动机的工作冲程)时重新将储存在吸进的燃烧用空气中的压缩功输出给活塞。
[0006] 由此已变得明显的是，在制动运行时进入气缸的空气量是用于压缩功并且从而在这样的有效的发动机制动系统中也用于发动机制动功率是尺度。
[0007] 该效果这样加强，即在制动运行、或者也称为推动运行(Schubbetrieb)中的发动机和特别是还有在该运行状态下不存在
增压压力的增压发动机以较差的气缸充气系数工作，其由进气系统中的
流动阻力产生并且通过增大的发动机转速在制动运行中渐进地加强。此外，正是在增压发动机中考虑到点火压力的限制，压缩比相对于自吸式发动机必须明显地降低(e＝21到e＝16)，这同样导致压缩功以及从而制动功率的明显减小。
[0008] 此外已知，在具有柴油机包括压缩空气制动设备的车辆中，由一出于安全性原因与真正的制动系统分开的压缩空气储存器取得压缩空气，其中该附加的吹入空气量的供给通过一相对于标准压缩空气制动系统加大的空气
压缩机或也通过借助发动机的多余的增压空气的增压来产生。将该“附加空气”在进气系统中、亦即在
涡轮增压器之前或之后供应给发动机以更好地
加速。同样已知，转矩的升高由此可以在低负荷范围内达到。而不利的是高的空气需求，其通过附加的空气非针对地和
节拍地供给各个气缸而产生。由本
申请人已知的最新的进气系统避免该缺点，所述进气系统以
电子控制和调节的
气动的器件有节拍地吹入所需的附加空气需求，这些器件可以集成到发动机电子装置例如电子调节的喷射装置中。
发明内容
[0009] 因此本发明的目的是，改进这种车辆的往复活塞式内燃机的发动机制动功率。
[0010] 所述目的通过一种具有如下特征的方法和一种具有如下特征的装置实现。
[0011] 本发明提供一种方法，其中在制动阶段将附加空气有节拍地分别供应给发动机的每个气缸或整体地供应给进气管(Ansaugtrakt)。
[0012] 将为提高发动机功率和转矩开发的系统如下地扩展，即，与相同或类似的机械的、气动的和电子的用于提高转矩的器件相组合地、以简单的方式借助于有节拍的空气吹入用以气缸充气在制动运行中也增加发动机制动功率以及因而压缩功，并且与已知的排气装置相结合地也将制动功率明显提高到现有技术之上，并因此在增压的和由此排量减小的发动机中消除或至少明显减少所述缺点。
[0013] 按照本发明的、用于提高车辆的往复活塞式内燃机、特别是柴油发动机的发动机制动功率的方法，其中相应包括至少一个至少带有一个进气门和一个排气门的气缸、一
涡轮机、一压缩器、一空气压缩机、至少一个储存器、一增压空气管路和一控制装置，所述方法的特征在于下列步骤：
[0014] (a)将来自增压空气管路或第二进气口的空气通过空气压缩机压缩；
[0015] (b)将由空气压缩机压缩的空气储存在至少一个储存器中；以及[0016] (c)有节拍地将吹入空气吹入到气缸中来增大压缩功以在制动过程中提高发动机制动功率，所述吹入空气作为压缩空气储存于所述至少一个储存器中和/或从空气压缩机输送；
[0017] 其中方法步骤(c)具有下列分步骤：
[0018] (c1)借助发动机控制计算机的数据和/或适合的测量值
传感器通过控制装置确定发动机和车辆的当前的运行状态；
[0019] (c2)通过一测量值传感器和/或经由一压力调节器探测在所述至少一个储存器中的压力和在增压空气管路中的增压压力，并且将该信息传递给控制装置；
[0020] (c3)当进气门打开和发动机的运行状态处于制动过程时，通过由控制装置受控打开一通向气缸的进气门的以节拍控制的
控制阀将吹入空气吹入，以将吹入空气吹入气缸中；以及
[0021] (c4)当存在所希望的制动功率时，结束吹入空气到气缸中的吹入。
[0022] 以此有利地实现，附加的吹入空气的量只以这样的、与发动机的相应的制动功率相对应的数量级被消耗。借此同样达到节省用于该吹入空气及其所属压缩功率的储存空间。该方法适合于带有和没有压缩空气制动系统的车辆。
[0023] 在具有压缩空气制动系统的车辆中特别有利的是，在方法步骤“储存”中，首先将被压缩的空气供给第一储存器并储存在那里，并且当在第一储存器中在一确定的压力下存在一确定的空气量时，将储存在第一储存器中的空气经由一供给阀存入第二储存器中以储存在第二储存器中。
[0024] 在本发明的一个实施形式中，供给阀由控制装置控制，其中有利地确保压缩空气制动系统不遭受压缩空气损失。同时压力的检验是可能的。
[0025] 在优选的按照本发明的实施方式中，方法步骤“有节拍的吹入”具有下列分步骤：
[0026] ●借助发动机控制计算机的数据和/或适合的测量值传感器通过控制装置确定发动机和车辆的运行状态；
[0027] ●通过一测量值传感器和/或经由一压力调节器探测在所述至少一个储存器中的压力和在增压空气管路中的增压压力以及发动机转速，它们与制动运行相对应，并且将该信息传递给控制装置；
[0028] ●当进气门打开和发动机的运行状态处于制动过程时，通过由控制装置受控打开一通向气缸进气门的控制阀将吹入空气吹入，以将吹入空气吹入气缸中；
[0029] ●当制动运行结束时，结束吹入空气到气缸中的吹入。
[0030] 在该设计方案中特别的优点在于，根据实际需要的制动功率有节拍地吹入附加的吹入空气。仅当还需要附加的吹入空气时，才有利地吹入附加的空气。因此达到很大的节省。
[0031] 优选地，所述供给阀由控制装置控制。
[0032] 在另一实施形式中，在分步骤“吹入”中通过能预定的或储存的数据值确定用于通过控制装置受控打开所述控制阀的时间间隔。由此实现，吹入空气
叠加于在进气通道中存在的增压空气流，并因此也可以实现这些气体的
温度交换以及因此也有利地抵制
燃烧室附近的各部件的
过热。此外，通过该能预定的时间间隔有利地实现，在吹入的一确定的吹入持续时间中将该吹入足够早地结束，以便吹入空气不从气缸回流到进气系统或增压空气管路中而在那里引起干扰。
[0033] 在一特别优选的设计方案中，控制装置根据发动机和车辆的相应的运行状态通过压力调节器调节吹入空气的量。由此达到发动机的特别有效的制动功率提高，因为吹入量与多个运行参数有关。为此还附加地很有利的是，根据需要的发动机的制动功率由控制装置借助能预定的储存的表格值相互协调地调节到发动机中的吹入空气的量。优选地，根据发动机的运行状态由控制装置借助能预定的储存的表格值相互协调地调节吹入空气的量、进气门和制动阀的控制时间。
[0034] 在优选的设计方案中，根据在增压空气管路中存在的压力相应地将空气压缩机的进口经由一转换阀与第二进气口或增压空气管路连接。以此有利地增大空气压缩机的输送功率并避免使用更大的和更昂贵的空气压缩机。
[0035] 在方法步骤(c)中，在有节拍地将作为被压缩的空气由空气压缩机输送的吹入空气吹入时，通过控制装置关闭一可控的活门，该活门在一通向增压空气管路的增压空气供应管路中。
[0036] 一种用于提高车辆的往复活塞式内燃机、特别是柴油发动机的发动机制动功率的装置，相应包括至少一个至少带有一个进气门和一个制动阀的气缸、一涡轮机、一压缩器、一空气压缩机、一储存器、一增压空气管路和一控制装置，所述装置的特征在于，该储存器的出口经由一以节拍控制的控制阀与发动机的进气通道或也与进气管相连接，其特征在于，在往复活塞式内燃机的气缸盖中设置有一附加的、受控制的制动阀，通过该制动阀所述至少一个气缸的燃烧室能与在涡轮机之后的排气管路连接。通过控制阀以有利的简单的方式可以这样控制吹入空气，即仅当基于运行条件需要将吹入空气吹入时才由控制装置打开该阀。
[0037] 在具有压缩空气制动系统的车辆中，一第二储存器的进口与一第一储存器经由一供给阀相连接。因此压缩空气制动系统以其储存器及其压缩空气发生装置也可用于吹入空气的压缩空气发生，其中第二储存器为压缩空气制动系统构成特别的安全性，因为该第二储存器形成一个单独的用于将储存在其中的压缩空气吹入的压缩空气回路。
[0038] 在优选的设计方案中，控制阀和第二储存器的出口经由一压力调节器相连接，其中该压力调节器提供这样的可能性，即经由调节在吹入时流过该压力调节器的吹入空气的压力能以简单的方式调节吹入空气的量。
[0039] 优选地，所述至少一个储存器的出口与进气通道还经由一
热交换器相连接。
[0040] 优选地，空气压缩机与控制阀的进口还经由一可控的连接装置相连接。
[0041] 优选地，从压缩器到增压空气管路的增压空气供应管路具有一可控的活门。
[0042] 优选地，控制阀和活门设置在一共同的壳体内。
[0043] 优选地，一空气吹入管路经由一用于吹入空气的空气吹入通道或吹入管路与进气通道相连接，其中该空气吹入通道或吹入管路在发动机的气缸盖中制出或设置在进气通道中。
[0044] 有利的是，空气吹入管路经由一吹入通道或吹入管路与进气通道相连接，其中该吹入通道或吹入管路在发动机的气缸盖中制出或设置在进气通道中，因为以此例如与增压空气通道中的压力情况无关地实现有针对性的吹入。
[0045] 在另一实施形式中，在从第二储存器的出口到吹入通道或到吹入管路的连接管路中设置有一热交换器。经由该热交换器在制动运行中可以有利地冷却吹入空气并从而有助于减轻发动机在制动运行中的热负荷。
附图说明
[0046] 参照附图借助
实施例阐述本发明。在这里唯一的图示出具有所属各器件的发动机的各部件的示意图，包括按照本发明的用于实施本发明方法的装置的一示例性实施形式。
[0047] 该图示出一未示出的车辆的具有各器件的发动机1的各部件的示意图，包括按照本发明的用于实施本发明方法的装置。
具体实施方式
[0048] 发动机1可以具有一个或多个气缸，仅示例地以局部剖视图示出该发动机的一个气缸20，在其上面的区域内包括一个在其中可移动地设置的往复式活塞18。气缸20在其上侧由一气缸盖28封闭，其同样具有一个或多个进气门21连同一个或多个进气通道22以及一个或多个排气门27连同一个或多个排气通道和在其上连接的排气管路2。气缸20在一未示出的
曲轴的上方断开地示出。
[0049] 气门21和27按发动机1的工作冲程在该实例中向下打开到一设置在往复式活塞18的顶面与气缸盖28的底面之间的燃烧室19中。它构成所谓的压缩冲程，其中进气门21和排气门27是关闭的，并且往复式活塞18沿箭头方向向上远离曲轴运动，以因此减小燃烧室19。这样的发动机1、特别是柴油机的工作方式是已知的并且不再阐述。
[0050] 一带有与其耦联的压缩器的涡轮机3经由该涡轮机3的排气管路24连接在排气管路2的延伸中。在涡轮机3之后的排气管路25中，安装有一常见发动机制动器的排气活门26。压缩器4具有第一进气口17。压缩器4的出口在该实例中经由增压空气冷却器5通过增压空气供应管路34连接于气缸盖28的增压空气管路6。涡轮机3和压缩器4以及增压空气冷却器5的功能是已知的并且不再阐述。
[0051] 在气缸盖28中示意示出一附加的、受控制的“制动阀”29，该制动阀在活塞18达到
上止点时将在燃烧室中被压缩的空气排出，优选到涡轮机后面的排气管路25中，并且因此在气缸中在压缩阶段期间产生的压缩功被消耗。
[0052] 增压空气管路6在这里示意地简化示出，它还连接于一转换阀12的第一接头，该转换阀以第二接头连接于第二进气口31。转换阀12的第三接头与一空气压缩机11的进气接头处于连接，该空气压缩机的排气接头经由一干燥装置13连接于第一储存器10。
[0053] 第一储存器10用作为用于车辆(未示出)的压缩空气制动系统的压缩空气储存器，并且由空气压缩机11供应压缩空气。未示出所属的制动系统。
[0054] 第一储存器10还经由一供给阀15与第二储存器14相连接，该第二储存器也用作为压缩空气储存器。其输出接头经由一空气管路32连接于一压力调节器9的进口，该压力调节器本身又以其出口经由一连接管路33连接在一控制阀8的进口上。控制阀8以其出口与一空气吹入管路7处于连接。
[0055] 由一作为方框示于图1中的控制装置16控制各阀8、12、15和压力调节器9。该控制装置与各阀8、12、15和压力调节器9例如经由电连接
导线相连接，其中各阀8、9、12、15构成为
电磁阀。
[0056] 在控制装置16上分别为每个气缸连接一个调整机构，该调整机构位于发动机1上。在该实施例中涉及一
燃料喷射装置。在其中也可以包括其他的用于温度、压力等的测量值传感器。控制装置16包括一所谓的发动机控制计算机或与之相连接。控制装置16由该发动机控制计算机得到必要的关于发动机1和车辆的运行状态的信息，例如发动机1的转速和负荷、车辆的行驶速度以及发动机1、进气和排气的温度等。
[0057] 以下现在更详细地描述各个器件的功能以阐述按照本发明的方法。
[0058] 空气压缩机11压缩在其进口上经由转换阀12由第二进气口31或者由增压空气管路6供应的空气。在发动机1起动时、在低的发动机转速时或在发动机1和/或车辆的确定的运行状态时，转换阀12将空气压缩机11与第二进气口31连接。在发动机1的正常的、由
涡轮增压器的压缩器4提供足够增压空气的运行状态下，转换阀12将空气压缩机11与增压空气管路6连接，从而由此有利地提高空气压缩机11的输送功率并且避免安装更大的和更昂贵的空气压缩机11和改变制动系统。
[0059] 由空气压缩机11压缩的空气为了在压缩空气制动系统中使用压缩空气而由干燥装置13以已知的方式干燥并储存在第一储存器10中。一未示出的在第一储存器10上的接头引导储存在其中的压缩空气，用于在车辆的同样未示出的压缩空气制动系统中使用。
[0060] 当压缩空气制动系统被充分地供以压缩空气时，这通过控制装置16的未示出的
压力传感器传达，经由供给阀15以来自第一储存器10的压缩空气填充第二储存器14。供给阀15对于压缩空气制动系统具有
安全阀的功能，以便按这种方式不会产生其压缩空气损失。在这里，控制装置将由压力传感器提供的值与一能预定的额定值相比较并且相应地接通或断开供给阀15。供给阀15也可以自主地构成。
[0061] 在第二储存器14出口上的压力调节器9根据在第二储存器14内部的压力自动地打开和关闭。在这里，也可以经由一测量值传感器和一压力调节器以电的实施形式通过控制装置16进行控制，这通过一连线示于图1中。
[0062] 在发动机1的制动运行时，经由通过控制装置16控制的控制阀8将压缩空气作为吹入空气36从第二储存器14中经由空气吹入通道7供应到发动机1的进气管中经过进气门21。
[0063] 来自第二储存器14的附加的吹入空气36的吹入开始和吹入结束的节拍时间这样选择并且能由控制装置预定，使得吹入空气36叠加于在进气通道22中存在的进气流23。
[0064] 吹入结束这样确定或者说能由控制装置16预定，即随着达到足够的峰值制动功率，节拍控制进入的(eingetaktet)空气量就减小并且一旦发动机的自然的制动功率对于制动车辆足够就完全停止该空气量。
[0065] 通过吹入空气36到发动机1中的该有节拍的吹入，能根据吹入空气36的吹入体积显著地提高气缸20的燃烧室19的所谓的气缸充气。除了通过控制进气门21的控制时间——例如经由发动机1的一未示的已知的
凸轮轴——预定的节拍时间外，对于吹入空气36的吹入体积决定性的还有吹入管路7的横截面和第二储存器14中的压力。
[0066] 第二储存器14中的压力或在压力调节器9之后的压力构成一个可变的参量用于改变吹入空气36的量。由控制装置16实施对该压力的调节，例如经由可预定的调节值或经由数据，它们以表格储存于控制装置16中的一储存装置之中。这些表格数据分别对应于发动机1和/或车辆的当前的运行状态。因此可以为每个运行状态确定附加的吹入空气36的相应的量并将其供应给气缸20。
[0067] 现在较高的气缸充气有利地提高气缸20的压缩功并由此导致发动机1的明显有利的制动功率提高。
[0068] 通过将由控制装置16以节拍控制的控制阀8和(也可选的)压力调节器9集成到发动机控制计算机的一个总的发动机控制电子装置中，可以使吹入空气36的量例如与发动机1的达到的/力求达到的制动转速有利地相互协调，例如借助上述的储存在储存装置中的表格值。
[0069] 因此确保，在发动机1的曲轴的已经少量的转数之后、以吹入空气36的附加的量有力地提高发动机的制动功率并且很有效地降低车辆速度。
[0070] 在达到一足够降低的车辆速度之后，经由控制阀8由控制装置16立即切断附加的吹入空气36，并且常见的安装的在其功率方面明显较小的发动机制动器例如排气活门26承担制动行动。
[0071] 如果在发动机1的动态运行中、例如在迅速接连的加速阶段和制动阶段中，一方面应将增压压力降到所希望的同样能由控制装置16预定的尺度之下，但或者另一方面对于突然的迅速的和大的制动过程发动机的“自然的”的制动功率应不够用，则在这些阶段中控制装置16不仅为了加速而且为了制动可以任意交替地激活附加的吹入空气36的供应。
[0072] 因此当存在一发动机综合特性曲线时、例如在控制装置16的储存装置的表格值中，可以按有利的方式为发动机1和车辆的每个任意的运行状态由控制装置16确定附加的吹入空气36的必需的量并且相应地将其供应给发动机1，由此这不仅在加速时而且在制动时能有利地提高发动机1的功率。
[0073] 本发明并不限于上述的实施例。
[0074] 例如可设想，供给阀15构成为自主的阀，其常常用于压缩空气设备。
[0075] 调整机构也可以与用于
凸轮轴的控制时间的调整装置耦联。
[0076] 此外，本发明可应用到包括一个或多个具有一个或多个进气门和排气门21、27的气缸20的发动机1上，其中发动机1的实施形式并不限于柴油机。
[0077] 还可设想，吹入空气36在吹入气缸20之前经过一热交换器，以便其温度可以最佳地匹配于发动机1的相应的运行状态。
[0078] 此外，车辆在没有压缩空气制动系统的情况下代替两个储存器10和14可以只具有第二储存器14，同时可以省去供给阀15。
[0079] 空气压缩机11可以另外经由一能由控制装置16控制的连接装置、例如可控的
旁通阀直
接地连接于控制阀8的进口。
[0080] 在增压空气供应管路34中可以设置一附加的活门35，该活门由控制装置16控制，以便在确定的制动运行状态下闭
锁增压空气供应管路34。
[0081] 附图标记清单
[0082] 1 发动机
[0083] 2 排气管路
[0084] 3 涡轮机
[0085] 4 压缩器
[0086] 5 增压空气冷却器
[0087] 6 增压空气管路
[0088] 7 空气吹入通道
[0089] 8 控制阀
[0090] 9 压力调节器
[0091] 10 第一储存器
[0092] 11 空气压缩机
[0093] 12 转换阀
[0094] 13 干燥装置
[0095] 14 第二储存器
[0096] 15 供给阀
[0097] 16 控制装置
[0098] 17 第一进气口
[0099] 18 往复式活塞
[0100] 19 燃烧室
[0101] 20 气缸
[0102] 21 进气门
[0103] 22 进气通道
[0104] 23 进气流
[0105] 24 涡轮机之前的排气管路
[0106] 25 涡轮机之后的排气管路
[0107] 26 排气活门
[0108] 27 排气门
[0109] 28 气缸盖
[0110] 29 制动阀
[0111] 30 增压管路至压缩机
[0112] 31 第二进气口
[0113] 32 空气管路
[0114] 33 连接管路
[0115] 34 增压空气供应管路
[0116] 35 活门
[0117] 36 吹入空气
