Способ и устройство для управления режимом торможения двигателем в двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к способу управления режимом торможения двигателем в двигателях внутреннего сгорания для автомобилей. Причем двигатель (1) эксплуатируется с прямым впрыском топлива, а в системе отвода отработавших газов предусмотрен тормозной клапан (6) для подпора отработавших газов в режиме торможения. Двигатель (1) также содержит устройство рециркуляции отработавших газов с расположенным выше по потоку относительно тормозного клапана (6) клапаном (13) рециркуляции отработавших газов и трубопроводом (12) рециркуляции, который соединяет систему отвода отработавших газов с системой впуска двигателя (1). В режиме торможения регулируется степень открытия клапана (13) в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра двигателя (1). Степень регулирования клапана (13) зависит от текущего зарегистрированного и/или определенного значения рабочего параметра. Раскрыто также устройство для осуществления способа управления режимом торможения двигателем в двигателях внутреннего сгорания для автомобилей. Технический результат заключается в предотвращении перегрева форсунок. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу для управления режимом торможения двигателем в двигателях внутреннего сгорания в автомобилях согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения, а также к устройству для выполнения способа согласно родовому понятию пункта 10 формулы изобретения.

В двигателях внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия с тормозным клапаном в системе отвода отработавших газов в режиме принудительного холостого хода (режиме торможения двигателем) могут возникать высокие температуры в камерах сгорания, которые, при определенных обстоятельствах, могут оказывать вредное воздействие на клапанные форсунки непосредственного впрыска топлива. Из DE 198 47 388 В4 известно впрыскивание топлива для охлаждения клапанных форсунок также в режиме торможения двигателем.

Задачей изобретения является предложить способ, посредством которого без конструктивных дополнительных затрат можно противодействовать перегреву, в особенности, клапанных форсунок. Кроме того, предлагается предпочтительное устройство для выполнения способа.

Эта задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предлагается, что в режиме торможения двигателем клапан рециркуляции отработавших газов AGR-клапан устройства рециркуляции отработавших газов, в зависимости от по меньшей мере одного определенного рабочего параметра двигателя внутренней сгорания, определенным или заданным образом регулируется в большей или меньшей степени. Неожиданным образом оказалось, что тем самым можно избежать критических температур на клапанных форсунках, причем мощность торможения двигателем уменьшается незначительно. При этом в качестве особенно предпочтительного следует рассматривать то, что при имеющемся устройстве рециркуляции отработавших газов требуются только изменения программного обеспечения на имеющемся управляющем устройстве, благодаря чему способ может также без каких-либо проблем быть реализован путем дооборудования на имеющихся двигателях внутреннего сгорания.

В одной особенно простой реализации способа, AGR-клапан, в зависимости от числа оборотов двигателя внутреннего сгорания, в режиме торможения двигателем может открываться определенным и/или заданным образом в большей или меньшей степени, в особенности таким образом, что с различными числами оборотов или различными диапазонами чисел оборотов во время режима торможения двигателем согласованы различные степени открытия AGR-клапана. Например, в случае AGR-заслонки в качестве AGR-клапана при первом высоком числе оборотов может задаваться больший угол открытия, чем при меньшем по сравнению с этим числе оборотов. Постепенное согласование степени открытия может здесь осуществляться, например, линейно, но также может осуществляться ступенчато. Тем самым обеспечивается возможность относительно простого согласования соответственно возникающих потоков отработавших газов и соотношений давления (степеней сжатия) с предпочтительно более высокой мощностью торможения в нижнем диапазоне числа оборотов и с более низкой мощностью торможения в верхнем диапазоне числа оборотов двигателя внутреннего сгорания.

В качестве альтернативы или дополнительно, AGR-клапан, в зависимости от предпочтительно текущей заданной и/или определенной, и/или зарегистрированной температуры форсунок непосредственного впрыска топлива в режиме торможения двигателем, может определенным, соответственно, заданным образом открываться в большей или меньшей степени, в особенности таким образом, что с различными температурами или диапазонами температур форсунок также согласованы различные степени открытия AGR-клапана, и/или при достижении заданного порогового значения температуры AGR-клапан открывается полностью. Например, может быть предусмотрено, что от начала режима торможения двигателем градиент открытия ARG-клапана с возрастанием температуры форсунок увеличивается до тех пор, пока при достижении определенной пороговой температуры AGR-клапан не будет полностью открыт, и остается открытым в течение заданного интервала времени.

Для достижения по возможности высокой мощности торможения при начинающемся режиме торможения двигателем, кроме того, AGR-клапан может открываться только с задержкой по времени, то есть после прохождения определенного временного интервала, исходя из закрытия тормозного клапана. Тем самым используется температурная инерция форсунок до возникновения критического температурного порога для полной мощности торможения, и только затем AGR-клапан регулируется. В принципе, AGR-клапан может также открываться уже непосредственно в начале режима торможения двигателем.

В одном особенно предпочтительном дальнейшем развитии способа, за счет связывания нескольких определенных, соответственно, заданных рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания открытие AGR-клапана регулируется так, что определенное число оборотов двигателя внутреннего сгорания поддерживается в режиме торможения двигателем. Тем самым посредством AGR-клапана в ограниченной мере достигается регулирование скорости автомобиля в режиме принудительного холостого хода, при этом (например, с наложением на температурное регулирование) режим торможения двигателем регулируется таким образом, что поддерживается определенное, например установленное посредством механизма регулирования, число оборотов. При этом уменьшение мощности торможения может регулироваться посредством AGR-клапана и тогда, когда установленная скорость, соответственно, число оборотов двигателя внутреннего сгорания не должно спадать ниже заданного значения.

Кроме того, известным образом, в режиме торможения двигателем посредством непосредственного впрыска может подаваться определенное количество топлива в качестве вспомогательного впрыска, причем эта мера может рассчитываться для достижения более высокой мощности торможения и/или понижения температуры на форсунках.

Конкретно, для выполнения способа может быть предусмотрена любая система управления, например, управляющее устройство, соответственно, комплекс управляющих устройств, посредством которого, в том числе, регулируется AGR-клапан устройства рециркуляции отработавших газов. В режиме торможения двигателем управляющему устройству, соответственно, от него может задаваться вид режима торможения двигателем, который регулирует открытие AGR-клапана по меньшей мере в зависимости от сигналов датчика числа оборотов и/или датчика температуры и закрывания тормозного клапана в системе отвода отработавших газов.

На управляющее устройство в качестве сигнала температуры могут подаваться значения температуры двигателя внутреннего сгорания и/или клапанных форсунок и/или всасываемого воздуха, причем, например, может быть предусмотрено, что AGR-клапан может открываться только при достижении определенного порогового значения температуры. Значения температуры могут быть получены из температурных моделей, соответственно, параметрических поверхностей и/или выведены из эквивалентных параметров, например, числа оборотов, и/или в принципе также могут регистрироваться посредством датчиков температуры.

Наконец, двигатель внутреннего сгорания может известным образом эксплуатироваться с газотурбинным наддувом, приводимым в действие отработавшими газами, причем тормозной клапан размещен перед или после турбины, работающей на отработавших газах, однако ниже по потоку от ответвляющего трубопровода рециркуляции (перепускной линии) устройства рециркуляции отработавших газов.

Преимущества, обеспечиваемые устройством, уже были подробно оценены выше, так что в этом отношении можно сослаться на сделанные выше выводы.

Пример выполнения изобретения далее поясняется более подробно со ссылками на приложенные схематичные чертежи, на которых показано следующее:

Фиг.1 - блок-схема многоцилиндрового рядного двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, приводимым в действие отработавшими газами, и устройством рециркуляции отработавших газов, а также тормозным клапаном, расположенным в системе отвода отработавших газов, для управления режимом торможения двигателем; и

Фиг.2 - график с представлением режима торможения двигателем, мгновенной мощности торможения и температурной характеристики на клапанных форсунках двигателя внутреннего сгорания под влиянием открытия AGR-клапана устройства рециркуляции отработавших газов.

На фиг.1 изображен двигатель 1 внутреннего сгорания (например, дизельный мотор) с показанными здесь только для примера шестью цилиндрами и прямым впрыском топлива в их камеры сгорания через только схематично обозначенные клапанные форсунки 2.

Двигатель 1 внутреннего сгорания имеет лишь частично представленную систему отвода отработавших газов с выпускным коллектором 3 и выпускным трубопроводом 4. В выпускном трубопроводе 4 размещен тормозной клапан 6, управляемый электронным управляющим устройством 5.

Двигатель 1 внутреннего сгорания эксплуатируется с газотурбинным наддувом, приводимым в действие отработавшими газами, причем работающий на отработавших газах турбокомпрессор своей турбиной 7, работающей на отработавших газах, встроен в выпускной трубопровод 4.

Компрессор 8 работающего на отработавших газах турбокомпрессора всасывает через только схематично обозначенный впускной трубопровод 9 воздух для горения и нагнетает его через нагнетательный трубопровод 10 и впускной коллектор 11 в камеры сгорания двигателя 1 внутреннего сгорания.

Между выпускным коллектором 3 и впускным коллектором 11 предусмотрен трубопровод 12 рециркуляции отработавших газов, в который рядом с охладителем отработавших газов (не показан) введен AGR-клапан 13. AGR-клапан 13 управляется в соответствии с рабочими параметрами двигателя 1 внутреннего сгорания с помощью управляющего устройства 5. AGR-клапан 13 может быть, например, любым запирающим или дроссельным элементом, который управляется, например, посредством клапана пропорционального регулирования.

Форсунки 2 подсоединены к устройству впрыска топлива (например, общей топливной магистрали) и впрыскивают методом прямого впрыска определенное управляющим устройством 5 количество топлива. Понятно, что двигатель внутреннего сгорания с его рабочими компонентами, если иначе не описано, может соответствовать обычному типу конструкции и конструктивному выполнению.

Регулярный режим торможения двигателем активируется, например, педальным переключателем (не показан), причем на управляющее устройство 5 передается сигнал МВ, и он регулирует или запирает тормозной клапан 6. При этом в регулярном режиме торможения двигателем AGR-клапан 13 закрыт, и впрыск топлива прерван.

На управляющее устройство 5, наряду с многочисленными рабочими параметрами, подается число n оборотов двигателя 1 внутреннего сгорания посредством датчика числа оборотов и сигналы Т_Е температуры, выведенные, например, на основе модели или из эквивалентных параметров, или посредством расположенного на одной из клапанных форсунок 2 датчика температуры.

В управляющее устройство 5 загружено программное обеспечение с типом режима торможения двигателем, который при активированном режиме торможения двигателем и запертом тормозном клапане 6, в зависимости от заданной температуры Т_Е клапанных форсунок 2 и/или в зависимости от текущего числа n оборотов двигателя 1 внутреннего сгорания, постепенно или непрерывно в большей или меньшей степени открывает AGR-клапан 13 и который, кроме того, управляет вспомогательным впрыском топлива через клапанные форсунки 2.

Если достигнут определенный температурный порог на клапанных форсунках 2 и/или имеет место определенное число n оборотов двигателя в режиме торможения двигателем, то по истечении определенного временного интервала (краткая полная мощность торможения двигателем) AGR-клапан отпирается, за счет чего отработавший газ возвращается через трубопровод 12 рециркуляции, и противодавление отработавшего газа выше по потоку от AGR-клапана 13 согласно уменьшению мощности торможения двигателем снижается. К тому же, заранее или с задержкой можно управлять вспомогательным впрыском топлива через клапанные форсунки 2 для их дополнительного охлаждения.

График согласно фиг.2 показывает для примера влияние рециркуляции отработавших газов в режиме торможения двигателем на температуру Т_Е клапанных форсунок 2, благодаря чему там можно избегать оказывающих вредное воздействие превышения температур (перегрев).

Линия МВ описывает состояние тормозного клапана 6, который, исходя от 0%, закрывается до 100% посредством сигнала МВ, чтобы вызвать режим торможения двигателем.

Пунктирная линия Т_Е показывает следующее за этим повышение температуры форсунок 2, причем может пройти временной интервал t, прежде чем, как показано штрихпунктирной линией 13, AGR-клапан будет в большей степени открываться.

Открытие AGR-клапана 13 вызывает уменьшение мощности торможения двигателем согласно линии MBL и одновременно имеет следствием то, что температура Т_Е больше не повышается.

Как описано, на открытие AGR-клапана 13 также оказывает влияние число n оборотов двигателя внутреннего сгорания, так что, например, может быть предусмотрено, что AGR-клапан 13 с увеличением числа n оборотов далее открывается (на графике не показано), и в связи с этим противодавление отработавших газов продолжает уменьшаться или поддерживается постоянным.

Посредством описанного управления AGR-клапаном 13 в ограниченной степени можно также воздействовать на регулирование числа оборотов или регулирование скорости автомобиля в режиме принудительного холостого хода посредством управляющего устройства 5, причем последнее во взаимосвязи с регулирующим механизмом (не показан) установленное число n оборотов двигателя поддерживает тем, что AGR-клапан 13 в определенной мере, в большей или меньшей степени, открывается.

Понятно, что при этом температурный порог на клапанных форсунках 2 имеет приоритет, и при достижении температурного порога регулирующая функция прерывается.

При отмене режима торможения двигателем посредством сигнала МВ и посредством открывания тормозного клапана 6, одновременно прежде всего запирается AGR-клапан 13, прежде чем через управляющее устройство 5 будет вновь осуществляться управление регулярным режимом работы двигателя 1 внутреннего сгорания.

Изобретение не ограничено описанным примером выполнения.

Так в упрощенном выполнении могут также применяться только сигналы числа n оборотов, при необходимости в соединении со вспомогательным впрыском, чтобы избежать критических температур перегрева на клапанных форсунках 2 в режиме торможения двигателем.

Газотурбинный наддув, приводимый в действие отработавшими газами, может осуществляться, например, через последовательный наддув турбокомпрессором низкого давления и турбокомпрессором высокого давления; при определенных обстоятельствах, также может не предусматриваться никакого газотурбинного наддува, приводимого в действие отработавшими газами, в двигателе внутреннего сгорания.

Другие параметры для управления AGR-клапаном 13 устройства рециркуляции отработавших газов могут предоставляться датчиками для противодавления отработавшего газа выше по потоку от клапана 6 отработавшего газа, температуры отработавшего газа, температуры впуска цилиндра, температуры двигателя внутреннего сгорания и т.д. Некоторые из этих параметров и без того загружаются в обычные управляющие устройства 5 и соответственно могут оцениваться.

Управляющее устройство 5 может в принципе представлять собой электронный контроллер двигателя, однако предпочтительно представляет собой независимое от электронного контроллера двигателя электронное управляющее устройство с описанными входами n, МВ, ТЕ и т.д.

Перечень ссылочных позиций

1 двигатель внутреннего сгорания

2 клапанные форсунки

3 выпускной коллектор

4 выпускной трубопровод

5 управляющее устройство

6 тормозной клапан

7 турбина, работающая на отработавших газах

8 впускной трубопровод

9 компрессор

10 нагнетательный трубопровод

11 впускной коллектор

12 трубопровод рециркуляции

13 клапан рециркуляции отработавших газов

n число оборотов двигателя

Т_Е температура клапанных форсунок

МВ сигнал режима торможения двигателем

MBL мощность торможения двигателем

1. Способ управления режимом торможения двигателем в двигателях внутреннего сгорания для автомобилей, причем двигатель внутреннего сгорания эксплуатируется с прямым впрыском топлива, и в системе отвода отработавших газов предусмотрен управляемый тормозной клапан для обратного подпора отработавших газов в режиме торможения двигателем, а также с устройством рециркуляции отработавших газов с расположенным выше по потоку относительно тормозного клапана клапаном рециркуляции отработавших газов и трубопроводом рециркуляции, который соединяет систему отвода отработавших газов с системой впуска двигателя внутреннего сгорания и в режиме движения регулирует определенное количество рециркуляции отработавшего газа для воздуха для горения,

отличающийся тем, что в режиме (MB) торможения двигателем клапан (13) рециркуляции отработавших газов, в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра (n, T_E) двигателя (1) внутреннего сгорания, регулируется в особенности таким образом, что задается степень открытия, соответственно, степень регулирования клапана (13) рециркуляции отработавших газов в зависимости от текущего зарегистрированного и/или определенного значения упомянутого по меньшей мере одного рабочего параметра (n, T_E) в режиме торможения двигателем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что клапан (13), в зависимости от числа (n) оборотов двигателя (1) внутреннего сгорания в режиме торможения двигателем, открывается определенным и/или заданным образом, причем предпочтительно предусмотрено, что с различными числами оборотов или различными диапазонами чисел оборотов фазы режима торможения двигателем согласованы различные степени открытия клапана (13).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что клапан (13), в зависимости от предпочтительно текущей заданной и/или определенной, и/или зарегистрированной температуры (T_E) клапанных форсунок (2) непосредственного впрыска в режиме торможения двигателем, открывается определенным и/или заданным образом, причем предпочтительно предусмотрено, что с различными температурами (T_E) или диапазонами температур клапанных форсунок (2) согласованы различные степени открытия клапана (13), и/или при достижении определенной температуры (порогового значения температуры) клапан (13) полностью открывается.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что клапан (13) рециркуляции отработавших газов открывается только после прохождения определенного временного интервала (t), исходя из закрытия тормозного клапана (6), и, тем самым, открывается с временной задержкой.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что за счет связывания нескольких заданных и/или определенных рабочих параметров двигателя (1) внутреннего сгорания открытие клапана (13) регулируется так, что определенное число (n) оборотов двигателя (1) внутреннего сгорания поддерживается в режиме торможения двигателем.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в режиме торможения двигателем посредством непосредственного впрыска (2) впрыскивается определенное количество топлива в качестве вспомогательного впрыска.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электронному управляющему устройству (5) в режиме торможения двигателем задается и/или на него накладывается вид режима торможения двигателем, который регулирует открытие клапана (13) рециркуляции отработавших газов по меньшей мере в зависимости от сигнала числа оборотов и/или температуры, а также запирания тормозного клапана (6) в системе отвода отработавших газов.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что на управляющее устройство (7) в качестве сигнала температуры подаются определенные и/или зарегистрированные значения температуры двигателя внутреннего сгорания и/или клапанных форсунок (2) и/или всасываемого воздуха.

9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что двигатель (1) внутреннего сгорания эксплуатируется с газотурбинным наддувом, приводимым в действие отработавшими газами, причем тормозной клапан (6) расположен перед или после турбины (7), работающей на отработавших газах, однако ниже по потоку от ответвляющего трубопровода (12) рециркуляции устройства рециркуляции отработавших газов.

10. Устройство для осуществления способа управления режимом торможения двигателем в двигателях внутреннего сгорания для автомобилей, в особенности способа по любому из предыдущих пунктов, с двигателем внутреннего сгорания, эксплуатируемым с прямым впрыском топлива, с управляемым тормозным клапаном в системе отвода отработавших газов, с устройством рециркуляции отработавших газов, которое содержит трубопровод рециркуляции и расположенный выше по потоку относительно тормозного клапана клапан рециркуляции отработавших газов, причем трубопровод рециркуляции соединяет систему отвода отработавших газов с системой впуска двигателя внутреннего сгорания, отличающееся тем, что клапан (13) рециркуляции отработавших газов выполнен таким образом и/или связан с электронным управляющим устройством (15), что он в режиме (11В) торможения двигателем, в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра (11, T_E) двигателя внутреннего сгорания, регулируется определенным и/или заданным образом.