(57)【要約】本発明は、クランク軸を含む内燃機関と、伝達装置を介してクランク軸と結合されている排ガス利用タービンとを有する、特に自動車によって使用するための、駆動ユニット内のエンジンブレーキ作用を最適化する方法に関する。伝達装置内には、流体カップリングが配置されている。本発明は次の特徴を有している。−本方法において、エンジンブレーキを有するブレーキ駆動に相当する駆動状態において、排ガス利用タービンは、最小の出力可能なトルクＭ５において排ガス利用タービンの最大許容される限界回転数ｎｍａｘ−５によって特徴づけられる作業点で駆動され、部分負荷駆動または燃料カット駆動に相当する駆動状態においては、排ガス利用タービンは、最小の回転数ｎｍｉｎ５と最小の吸収可能なトルクＭｍｉｎ−５によって特徴づけられる作業点において駆動され、その場合に２つの作業点の調節は流体カップリングを介して行われ、その流体カップリングは、少なくとも１つの特性曲線に従って駆動されるのに適しているように形成されており、その特性曲線の伝達可能なトルクは、排ガス利用タービンに対する伝達装置内の伝達部材の変換比を考慮して、スリップ領域を特徴づける回転数差の大部分にわたって、排ガス利用タービンによって出力可能または吸収可能な最小のトルクＭｍｉｎ−５に相当する。【選択図】図１
2007509274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸（４）を有する内燃機関（３）と、
内燃機関（３）の排ガス流（７）内に排ガスエネルギを駆動エネルギに変換するために配置されている、排ガス利用タービン（５）と、
を有し、
排ガス利用タービン（５）が伝達装置（１６）を介してクランク軸（４）と結合されており、
伝達装置（１６）内に、一次ホィール（１０）と二次ホィール（９）を有する、流体カップリング（８）が配置されており、その場合に二次ホィール（９）がクランク軸（４）と、そして一次ホィール（１０）が排ガス利用タービン（５）と少なくとも間接的に結合されている、
特に自動車によって使用するための、駆動ユニット（１）内のエンジンブレーキ作用を最適化する方法において、
エンジンブレーキを有するブレーキ駆動に相当する駆動状態において、排ガス利用タービン（５）は、最小の出力可能トルクＭ５において排ガス利用タービン（５）の最大許容される限界回転数ｎｍａｘ−５によって特徴づけられる作業点（II）において駆動され、かつ
部分負荷駆動または燃料カット駆動に相当する駆動状態においては、排ガス利用タービン（５）は、最小の回転数ｎｍｉｎ−５と最小の吸収可能なトルクＭｍｉｎ−５によって特徴づけられる作業点（Ｉ）において駆動され、その場合に２つの作業点の調節が流体カップリング（８）を介して行われ、前記流体カップリングは、少なくとも１つの特性曲線に従って駆動されるのに適しているように形成されており、前記特性曲線の伝達可能なトルクは、スリップ領域を特徴づける回転数差の大部分にわたって、排ガス利用タービン（５）に対する伝達装置（１６）内の伝達部材の変換比を考慮して、排ガス利用タービン（５）によって出力可能または吸収可能なトルクＭｍｉｎ−５に相当することを特徴とする、駆動ユニット内のエンジンブレーキ作用を最適化する方法。
【請求項２】
一定の充填ＦＧを有する流体カップリング（８）が使用され、この充填度ＦＧについての流体カップリングの特性曲線は、スリップ領域の大部分にわたって、伝達装置（１６）内の変換比を考慮して、排ガス利用タービン（５）によって吸収可能または出力可能な最小のトルクＭｍｉｎ−５の領域内にある、トルク推移によって特徴づけられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
その充填度ＦＧが開ループ制御および／または閉ループ制御可能な、流体カップリング（８）が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
充填度ＦＧの開ループ制御および／または閉ループ制御は、次の変量の少なくとも１つ、
流体カップリング（８）の作業室（１１）への入口（１７）および／または流体カップリング（８）の作業室（１１）からの出口（１８）における圧力、
作業室（１１）の入口（１７）と出口（１８）の間の圧力差（Δｐ）、
作業室（１１）の入口（１７）および／または出口（１８）における体積流、
機械的なアグリゲート、たとえば汲上げ管を介して搬出される、駆動媒体の量、
に従って行われることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
作業点（Ｉ、II）の調節が、排ガス利用タービン（５）の回転数ｎ５またはこれを少なくとも間接的に特徴づける変量の開ループ制御によって行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
作業点（Ｉ、II）の調節が、排ガス利用タービン（５）の回転数ｎ５またはこれを少なくとも間接的に特徴づける変量の閉ループ制御によって行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
排ガス利用タービン（５）の実際回転数を少なくとも間接的に特徴づける変量が連続的に求められて、調節すべき目標回転数ｎｓｏｌｌ−５と比較され、その場合に制御偏差に従って、流体カップリング（８）を駆動するための操作量が予め定められることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
エンジンブレーキを有するブレーキ駆動の駆動状態は、伝達装置（１６）内の変換比を考慮してクランク軸（４）の回転数より大きい排ガス利用タービンの回転数ｎ５が存在する場合に認識され、部分負荷駆動ないし燃料カット駆動は、伝達装置（１６）内の変換比を考慮して、全負荷駆動を別にして、クランク軸（４）の回転数ｎ４より小さい、排ガス利用タービン（５）内の回転数ｎ５が存在する場合に認識されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
クランク軸（４）を有する内燃機関（３）と、
内燃機関（３）の排ガス流（７）内に排ガスエネルギを駆動エネルギに変換するために配置されている、排ガス利用タービン（５）と、
を有し、
排ガス利用タービン（５）が伝達装置（１６）を介してクランク軸（４）と結合されており、
伝達装置（１６）内に、一次ホィール（１０）と二次ホィール（９）を有する、流体カップリング（８）が配置されており、その場合に二次ホィール（９）はクランク軸（４）と、一次ホィール（１０）は排ガス利用タービン（５）と少なくとも間接的に結合されている、
駆動トレイン（１）において、
流体カップリング（８）は、少なくとも特性曲線に従って駆動されるのに適したように形成されており、前記特性曲線の伝達可能なトルクは、伝達装置（１６）内の変換比を考慮して、一次羽根車と二次羽根車の間の回転数比によって特徴づけられるスリップ領域の大部分にわたって、排ガス利用タービン（５）により吸収可能または出力可能な最小のトルクＭｍｉｎ−５に相当することを特徴とする駆動トレイン。
【請求項１０】
流体カップリング（８）が、可変の充填度を有する開ループ制御ないし閉ループ制御可能なカップリングとして形成されており、
流体カップリング（８）に対応づけられた、流体カップリング（８）の操作装置（２２）を駆動するための操作量を形成する操作量形成装置を有する、制御装置（２０）が設けられている、
ことを特徴とする請求項９に記載の駆動ユニット（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、詳細には、請求項１の上位概念に基づく特徴を有する、駆動ユニットの利用度、特にエンジンブレーキ作用を最適化する方法に関するものであり、さらに駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ複合体仕様の駆動ユニットは、多数の形態で従来技術から知られている。この駆動ユニットは、排ガスエネルギー利用を内容としている。代表として特許文献１が挙げられ、ターボ複合体仕様の内燃機関を有する駆動ユニットを記述している。このユニットにおいては、排ガス利用タービンが設けられており、同タービンがターボチャージャの後段に接続されており、かつトラクション駆動において内燃機関の排ガス導管からエネルギを供給される。その場合にこの排ガス利用タービンは、少なくとも１つの流体カップリングを有する伝達装置を介してクランク軸と駆動結合されている。このようにして、排ガス内にまだ存在している残留エネルギを利用することができる。その場合に排ガス利用タービン内で排ガスエネルギが回転エネルギに変換されて、この回転エネルギによって車両のクランク軸の駆動が付加的に支援される。車両の駆動に排ガスエネルギが利用されることによって、駆動トレインの効率を増大させることができる。さらに、駆動機械、すなわち内燃機関に、いわゆる圧縮ブレーキ装置、あるいは一般にエンジンブレーキと称される、が搭載されている場合に、車両のエンジンブレーキパワーも増大させることができることが、知られている。この圧縮ブレーキ装置によって、ブレーキモードにおいて、内燃機関の燃焼室は圧縮ストロークの最後の部分の間、たとえば設けられている排ガス弁の開放によって、排ガスシステムと接続される。その結果、圧縮ストロークの間に圧縮された空気がシリンダから流出し、圧縮ストロークの間に行われた圧縮作業は膨張ストロークの間に取り戻されず、従ってそれが内燃機関のブレーキパワーの増加をもたらす。しかし、場合によっては、排ガス利用タービンと内燃機の間の結合によりもたらされる、内燃機関へのパワー供給が、それをじゃまする。
【０００３】
従っていわゆるターボ複合体内燃機関によるエンジンブレーキにおいては、ブレーキ駆動において排ガス利用タービンとの結合を介してクランク軸へ供給される、内燃機関の膨張に基づいて排ガス利用タービンに生じる補助エネルギを除去し、あるいは少なくとも低減させることが、望ましい。その場合にブレーキ駆動における排ガス利用タービンのガス供給を減少させるために、たとえばバイパス設置のような、排ガス導管内の手段が知られている。駆動ユニットの機能状態は、大体において、３つの基本状態に分割することができる。機能状態は、第１の基本状態として、排ガス利用タービンへ提供することのできる、高い排ガスエネルギを特徴とする負荷領域を有している。その場合に排ガス利用タービンは、排ガス流によって駆動され、伝達装置、たとえばクランク軸へのカップリングを介してこのクランク軸へパワーを供給する。これは、エンジン効率にポジティブな効果を有する。しかし、小さい排ガス量を有する部分負荷駆動ないし燃料カット駆動においては、排ガス内に含まれるエネルギは、クランク軸への接続における変換比を考慮しながら、排ガス利用タービンを内燃機関の回転数に相当する回転数に加速するには、十分ではない。その場合に伝達装置によって結合が与えられ、それによって排ガス利用タービンはクランク軸側から加速される。パワーは、クランク軸から排ガス利用タービンへ案内されるが、それはエンジン効率に負の作用を及ぼす。これは、第３の駆動状態、エンジンブレーキを有するブレーキ駆動についても、同様に当てはまる。この場合において、利用タービンは増大された排ガス流によって駆動され、パワーが排ガス利用タービンからクランク軸へ伝達されるが、それもブレーキ作用に負の効果を有する。
【特許文献１】ＤＥ１９５１６９７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の課題は、−それぞれ駆動状態に応じて−利用度、特に効率および／またはエンジンブレーキ作用を最適化する方法を提供し、ないしは冒頭で挙げた種類の駆動ユニットを、これらの欠点が回避され、特に部分負荷駆動とブレーキ駆動において、エンジン効率ないしは意図的なブレーキ作用への負の作用が防止されるように、展開することである。その場合にそれぞれ駆動方法に従って常に、最適なエンジンブレーキ作用または最適な効率が求められる。その場合に構造的および制御技術的なコストは、できるだけ小さく抑えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づく解決は、請求項１と１０の特徴によって特徴づけられている。好ましい形態が、従属請求項に記載されている。
【０００６】
クランク軸を備えた内燃機関と排ガス導管および排ガス導管から供給可能な、内燃機関の後段に接続されている排ガスタービンを有する駆動ユニット並びにクランク軸と排ガス利用タービンとの間に配置されている流体カップリングは、本発明によれば、次のように考えられている。すなわち、流体カップリングは、流体カップリングと排ガス利用タービンおよび流体カップリングとクランク軸の間の伝達部材のそれぞれの変換比を考慮して、部分負荷駆動においては、一次ホィールと排ガス利用タービンとの間の変換比を考慮して、小さい回転数における排ガス利用タービンの吸収可能な最小トルクＭｍｉｎ−５に相当するトルクを伝達し、さらにエンジンブレーキを有するブレーキ駆動の駆動状態においては、排ガス利用タービンの最大の回転数において最小のトルクを吸収するのに、適しているように形成されている。これは、２つの駆動状態において案内ホィールを持っていない流体カップリングが、流体カップリングの駆動領域全体、特に回転数差領域にわたって伝達可能な小さいトルクを特徴とする、特性曲線によって特徴づけられることを意味している。これは、本発明によれば、第１の解決策に従って、個々の駆動状態において不変の特性マップを有する流体カップリングを使用することによって達成することができる。この種のカップリングは、通常開ループ制御ないし閉ループ制御できないカップリングである。これは、カップリングが固定の充填度を有することを、意味している。この充填度は、二次ホィールと一次ホィールの間の回転数比を介して所定の伝達可能なトルクをもたらし、その場合にそのトルクは、直接的な結合の場合には排ガス利用タービンにおいて吸収可能なトルクに相当し、あるいはまた、伝達部材を介しての結合の場合には、それに比例する。これは、回転数についても同様に当てはまる。流体カップリングは、使用される排ガス利用タービンに従って選択され、その場合に排ガス利用タービンの特性曲線に従って努力して調節すべき回転数は、過負荷から保護する、最大許容回転数に相当する、排ガス利用タービンの特性マップ内では超回転数点に相当する場合もある、回転数と、最小許容される回転数が予め定められ、その場合に２つの作業点において排ガス利用タービンのトルクは好ましくは、しかし必ずしもそうである必要はないが、同一であって、小さい、好ましくは最小の、値に相当する。その場合に流体カップリングによって伝達可能なトルクないし流体カップリングによって支持可能なトルクは、排ガス利用タービンにおける最小のトルクおよび排ガス利用タービンの最大許容される回転数と最小回転数および排ガス利用タービンと流体カップリングの間に配置されている伝達ユニット内の変速比の関数である。
【０００７】
第２の解決策によれば、流体カップリングにおいて必要とされる伝達行動は、開ループ制御され、好ましくは閉ループ制御される。その場合に操作量として機能するのは、流体カップリングの充填度であって、それは可変である。その場合に充填度の調節は、排ガス利用タービンの作業点の開ループ制御ないし閉ループ制御の構成部分である。その場合に好ましくは、排ガス利用タービンにおいて調節すべき回転数、ブレーキ駆動においては最大許容される限界回転数そして部分負荷駆動においては最小の回転数の制御が行われ、その場合に両者は、予め定められた、好ましくは最小トルクに相当する、準備すべき最小トルクによって特徴づけられている。最大許容される回転数は、すでに何回も説明しているように、好ましくは、排ガス利用タービンの特性マップ内の超回転数点を特徴づける回転数である。その場合に最小回転数は、伝達可能なトルクが最小の場合の回転数であって、それは好ましくは最大許容される限界回転数においても伝達可能であるが、必ずしもそうである必要はない。その場合に充填度は調節され、その場合に充填度調節は様々な方法で行うことができ、詳細には流体カップリングとそれに対応づけられた駆動媒体供給システムの具体的な構造的形態に依存する。すなわち、たとえば、流体カップリングは常に少なくとも１つの入口と作業室からの出口を有している。これらは、作業媒体供給システムと結合されている。
【０００８】
その場合に最も簡単な場合においては、充填度は入口および／または出口の圧力の制御ないし調節を介して調節することができる。他の可能性は、入口ないし出口における所定の体積流の調節および、たとえば冷却のために駆動媒体循環にも利用される、出口と入口を接続する循環へ作用する重畳圧力の調節にあるが、この場合には、適切な圧力伝達を得るために、付加的な手段が設けられる。さらに、充填度を調節するための機械的な装置、たとえば汲上げ管が考えられ、この汲上げ管は、それが駆動媒体のための中間貯蔵装置および作業室への流入部ないし入口と接続されることによって、体積流の制御にも同様に用いられる。汲上げ管の位置は、固定でも、可変でもよい。その場合に、排ガス利用タービンの作業点を調節するための、本発明に基づく解決は、この手段に限定されない。
【０００９】
その場合に、それぞれ駆動状態に応じてエンジンブレーキ作用または効率と考えることのできる、利用度を最適化するために、排ガス利用タービンは、部分負荷領域の駆動状態においては、最小の回転数および吸収可能な最小のトルクによって駆動されるように、駆動され、ブレーキ駆動の駆動状態においては、排ガス利用タービンは最小の回転数で最小の出力可能トルクによって駆動される。これは、放物線状の特性曲線を用いて排ガス利用タービンのための該当する回転数を開ループ制御あるいは好ましくは閉ループ制御することによって行うことができる。他の特性曲線も、それぞれカップリングの形態に応じて同様に考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明に基づく解決を説明する。
【００１１】
図１は、駆動トレイン１の一部を用いてターボ複合体システム２の基本構造を簡略化して概略的に示している。駆動トレインは、内燃機関３の形式の駆動機械とクランク軸４を有している。さらに、内燃機関３の排ガス流を供給される、排ガス利用タービン５が設けられている。この排ガス利用タービンは、ターボチャージャー６の後段に接続されており、従ってターボチャージャーの構成部分ではない。その場合に排ガス利用タービン５は、排ガス導管７から排ガスを供給される。排ガス利用タービン５は、さらに、機械的にクランク軸４と結合されており、すなわち排ガス利用タービンは伝達装置１６を介してクランク軸と駆動結合されている。クランク軸４と排ガス利用タービン５の間の結合、すなわち伝達装置１６内に、流体カップリング８が設けられている。このカップリングは、一次羽根車１０と二次羽根車９を有しており、それらが互いに作業室１１を形成している。その場合に流体カップリング８は、羽根車をもっていない。その場合に二次羽根車９は、クランク軸４と少なくとも間接的に相対回動不能に、すなわち直接または他の中間軸の形式の、たとえば回転数／トルク変換装置の形式の、伝達部材を介して、結合されている。一次羽根車１０は、少なくとも間接的に、すなわち好ましくは直接または他の伝達部材を介して、排ガス利用タービン５と結合されている。図示の場合において、流体カップリング８の二次羽根車９とクランク軸４との間の結合は、平歯車列１２を介して行われる。二次羽根車９と排ガス利用タービン５との間の結合は、他の平歯車列１３を介して行われる。直接的な結合または他の、あるいはさらに他の回転数／トルク変換装置の介在も考えられる。両方の場合において、クランク軸４から排ガス利用タービン５へのパワーの流れ方向に見て、平歯車列１２と１３の変換比は、速さへの変換比として形成されている。従って排ガス利用タービン５は、クランク軸４に対して平行に配置されている。また、ここには図示されていない、角度をもった配置も考えられ、その場合に伝達部材はそれに応じて形成される。
【００１２】
排ガス利用タービン５の前段に、ターボチャージャー６ないしエンジンブレーキが接続されている。ターボチャージャー６は、第１のタービン段を有しており、その第１のタービン段が排ガス導管７と結合されており、かつ吸気導管１５内の圧縮段１４を駆動する。第１のタービン段ないしはコンプレッサ段１４の下流側に配置されている、第２のタービン段は、排ガス利用タービン５によって形成される。駆動ユニット１の機能方法は、従来の仕様においては、大体において次に挙げる駆動状態によって特徴づけられる。高い排ガス量を有する負荷駆動とも称される、第１の駆動状態において、排ガス利用タービン５は排ガス導管７内の排ガス流によって駆動されて、伝達装置１６を介してパワーをクランク軸４へ供給する。これが、エンジン効率全体にポジティブに作用する。部分負荷駆動ないし燃料カット駆動とも称される、第２の駆動状態において、排ガス導管７内のわずかな排ガス量のみが提供される。従って排ガス内に含まれるエネルギは、従来の駆動トレインにおいては、特に流体カップリング８と排ガス利用タービン５の間の、伝達装置１６内の変換比を考慮しながら、排ガス利用タービン５を内燃機関３の回転数に相当する回転数ｎ３に加速するには、十分ではない。
【００１３】
流体カップリング８を介しての、クランク軸４と排ガス利用タービン５の間の駆動結合によって、排ガス利用タービン５をクランク軸４から加速することができる。このことによって、クランク軸４のパワーが排ガス利用タービン５へ案内されて、そのパワーはもはや通常駆動のためには提供されず、従ってエンジン効率にネガティブに作用する。本発明に基づく解決なしの、従来の駆動トレインにおける第３の駆動状態は、この駆動状態がエンジンブレーキを有するブレーキ駆動を記述することを特徴としている。この駆動状態において、排ガス利用タービン５は排ガス導管７内の増大された排ガス流によって駆動される。その場合にパワーは、排ガス利用タービン５からクランク軸４へ流れる。これも、エンジンブレーキ作用にネガティブに作用する。上述した欠点を回避するために、本発明によれば、排ガス利用タービン５の駆動は排ガス利用タービン５の駆動状態に関して伝達装置１６内のパワー伝達行動を制御することによって、最適化される。本発明によれば、そのために、駆動状態「エンジンブレーキを有するブレーキ駆動」において排ガス利用タービン５は、排ガス利用タービンが最大許容される回転数ｎｍａｘ−５、すなわち排ガス利用タービン５のいわゆる限界回転数ｎＧｒｅｎｚ５に相当する回転数ｎ５によって駆動されるように、駆動される。その場合に排ガス利用タービン５ないしその駆動方法は、特性曲線によって記述可能であって、その特性曲線においてはその特性曲線によって準備される利用タービンモーメントＭ５は回転数がより低い場合よりも小さい。
【００１４】
その場合に限界回転数ｎＧｒｅｎｚ５は、排ガス利用タービン５の破壊がまだ確実に回避される回転数に相当する。その場合に駆動するための操作装置として機能するのは、流体カップリング５である。排ガス利用タービン５の回転数ｎ５を制限するために、伝達装置１６内に一体化されている流体カップリング８を介してトルクが支持されなければならない。しかしこのトルクは、クランク軸４への結合を介してブレーキモーメント「エンジンブレーキ」に拮抗作用する。従ってこのブレーキモーメントが本発明に基づいて最小限に抑えられる。排ガス利用タービン５の既知の特性曲線によれば、この限界回転数ｎＧｒｅｎｚ５におけるトルクは、回転数が低い場合よりも小さいので、排ガス利用タービン５をできるだけ頻繁にこの作業点内で駆動するように努められる。その場合に排ガス利用タービン５は、できるだけその最大回転数ｎｍａｘ５で駆動されるように、駆動される。しかし同時に、内燃機関３の回転数は、タービン側、すなわち流体カップリング８の一次羽根車１０とクランク軸側、すなわち二次羽根車９との間で変化することができる。
【００１５】
さらに、図１ｂは、回転数ｎ５／トルクＭ５−グラフを用いて、排ガス利用タービン５の特性曲線を説明している。その場合にトルクＭ５は、それぞれパワー流れ方向に応じて、排ガス利用タービンによって吸収可能なトルクまたは排ガス利用タービンから伝達装置へ放出可能なトルクに相当する。その場合に好ましくは放物線状の推移は、最小吸収可能または放出可能なトルクとの組合わせにおいて、２つの作業点ＩとIIによって特徴づけられている。これは、話題にされている駆動状態「部分負荷または燃料カット駆動およびエンジンブレーキ」において駆動し、ないしは調節することに関する。その場合にシステム全体を最適化するために、部分負荷駆動においては作業点Ｉの領域の作業点が、そしてエンジンブレーキ駆動においては作業点IIの領域の作業点が指向され、その場合に作業点は最小トルクによって特徴づけられている。これは、最も簡単な場合においては、個々の駆動状態において固定の充填度ＦＧを有する適切な流体カップリング８の選択により、自動的な調節によって行われ、その場合にこの充填度はそれぞれの駆動状態について不変であるが、個々の駆動状態の間で、あるいは流体カップリング８の伝達行動、特に充填度ＦＧの制御によって、排ガス利用タービン５の回転数を制御することによって、変化する。
【００１６】
第１の解決策によれば、図３ａに示す、対応する特性曲線を有する流体カップリング８が選択され、その場合にこの特性曲線は不変であって、カップリング８の一定の充填度を特徴としている。その場合に流体カップリング８は、所定の大きさの充填道ＦＧにおいて、排ガス利用タービン５と流体カップリング８の間に配置されている伝達部材、特に回転数／トルク変換装置、ここでは平歯車列１３の変速比を考慮して、二次羽根車９に印加されるトルクＭ１０を流体カップリング８において確実に支持するのに適しているように、設計されている。その場合にトルクＭ１０は、排ガス利用タービン５から放出されるトルクＭ５に比例する。その場合に流体カップリング８は、その特性曲線が一次羽根車１０によって吸収可能なトルクＭ１０に関して、二次羽根車９と一次羽根車１０の間の回転数比によって特徴づけられるように、設計されている。その場合にこのトルクは、歯車列１３ないし、一次羽根車１０と排ガス利用タービン５の間に配置された伝達部材の変速比を考慮して、排ガス利用タービン５へ出力可能な最小のトルクＭｍｉｎ５に相当し、すなわちこのトルクに直接比例する。
【００１７】
その場合に流体カップリング８は、二次羽根車９と一次羽根車１０の間の回転数比γの領域の大部分にわたって所定のトルクを支持することができるように駆動され、そのトルクは伝達部材を考慮して、排ガス利用タービンによって準備される最小のトルクＭｍｉｎ５に相当する。カップリングは、不変の充填道ＦＧによって駆動される。付加的な制御機構は不要である。所望の行動は、固定の充填度を有するカップリングに内在する特性のみに基づいて得られる。
【００１８】
第２の解決策によれば、カップリングの伝達能力が適切に調節される。操作カップリングのためのカップリング特性曲線が、図３ｂに示されている。これは、それぞれパワー流れ方向に従って、一次羽根車１０または二次羽根車９において吸収可能なトルクＭ１０、Ｍ９に当てはまる。好ましくはこの行動様式は、図２ｂに示すように、排ガス利用タービン５の回転数ｎ５を制御する方法に含まれており、その場合に第３の駆動状態、すなわちクランク軸における伝達行動ないし伝達モーメントを考慮した回転数ｎ４よりも大きい回転数ｎ５を特徴とする、エンジンブレーキを有するブレーキ駆動が存在する場合に、排ガス利用タービン５の最大許容回転数ｎｍａｘ５に相当する目標値ｎｓｏｌｌ−５がセットされる。この回転数は、伝達部材を考慮して、流体カップリング８の一次羽根車１０における回転数ｎ１０に比例する。排ガス利用タービン５のための特性曲線においては、この回転数ｎｍａｘ５に所属して、最小準備すべきトルクＭｍｉｎ５が生じる。従って排ガス利用タービン５と一次羽根車１０の間の伝達部材を考慮して、特に平歯車列１３において、一次羽根車１０について吸収可能なトルクＭ１０が得られ、それが二次羽根車９において支持されなければならない。このトルクを支持するために、カップリング８の伝達能力がそれに応じて定められる。これは、充填度ＦＧの調節によって行われる。すなわち、特に一次羽根車１０から二次羽根車９へのパワー伝達において、流体カップリング８の伝達能力は、ここでも質量流、すなわち充填度ＦＧの調節によって得られる。
【００１９】
その場合に充填度ＦＧを調節するために、種々の操作量を利用することができる。この操作量として機能するのは、たとえば駆動媒体のための作業室内への入口１７と作業室からの少なくとも１つの出口１８によって特徴づけられる、充填可能なカップリングにおいて、入口および／または出口における少なくとも１つの圧力Ｐ１７，１８またはこれらにおける圧力差ないしこの領域内で準備される、入口および／または出口における体積流Ｖ１７，１８であり、かつ別の駆動媒体循環を作業循環に対応づける場合、特に閉成された回路１９において、この作業循環への静的な重畳圧力と充填量を変化させ、かつ／または流れを調節するためのすべての措置、たとえば可変または固定の汲上げ管である。その場合に流体カップリング８における、特に作業室１１における充填度ＦＧの調節は、排ガス利用タービンの回転数ｎ５の制御の制御区間内に統合されている。これは、方法が閉ループ制御として実施される場合にも、同様に当てはまる。同方法においては、排ガス利用タービン５における実際の回転数ｎｉｓｔ−５がフィードバックされ、目標回転数ｎｓｏｌｌ−５に対する制御偏差に従って流体カップリング８がそれに応じて駆動される。その場合に図２ａは、開ループ制御による排ガス利用タービンの回転数ｎｉｓｔ−５の調節を示し、図２ｂは閉ループ制御、すなわち絶え間のないフィードバックと回転数の比較を示している。その場合に図２ａと２ｂに示される方法において、上述した変量は直接定めるか、あるいはまたこれらを少なくとも間接的に特徴づける変量であり、すなわちこれらの変量と機能的な関係にある変量によって定めることができる。
【００２０】
第２の駆動状態において、排ガス利用タービン５における回転数ｎ５は、本発明に基づいてできるだけ小さい水準に維持される。しかし、内燃機関における回転数は可変であるので、カップリング８内でトルクＭが小さい場合には高いスリップが示されることが必要である。すなわち、内燃機関３は変換比を考慮して排ガス利用タービン５よりも比較的速く回転する。これは、第１の解決策によれば、任意の充填度について、図３ａに示す不変の特性曲線を有する流体カップリング８によって解決され、その場合のこの特性曲線は、すでに説明した駆動状態３に関しても、該当する要請を満足させなければならない。これは、流体カップリング８が一定の充填度ＦＧで駆動され、その充填度は二次羽根車９と一次羽根車１０の間のスリップないし回転数差に従って、流体カップリングを介して伝達すべきトルクに比例する、排ガス利用タービンの最小トルクＭｍｉｎ−５によって特徴づけられることを意味している。その場合に使用される流体カップリング８は、２つの駆動状態、駆動状態３、すなわちエンジンブレーキを有するブレーキと駆動状態２、すなわち部分負荷駆動ないし燃料カット駆動を有する駆動状態のために考えられている。その場合に、流体カップリング８の極めて大きい作業領域において最小の伝達可能トルクＭによって特徴づけられる特性曲線を有する、流体カップリング８が使用される。不変の特性曲線を特徴づける、固定的に予め定められた充填度ＦＧは、流体カップリング８と排ガス利用タービン５の間の伝達部材を考慮して排ガス利用タービンによって最小のトルクをクランク軸４の側から吸収することができるように、選択されている。この不変の特性曲線は、図３ａに２つの駆動状態について示されている。それに対して図３ｂは、開ループ制御または閉ループ制御される流体カップリング８の特性曲線を示している。
【００２１】
図４は、再度第２の解決策に従って２つの駆動状態について、排ガス利用タービン５とクランク軸４の間、特に流体カップリング８のタービン側とクランク軸側の間の回転数差γに従って伝達能力を開ループ制御することを示している。ここでも第１の実施可能性に従って、排ガス利用タービンの回転数ｎｓｏｌｌ−５の制御が行われ、その場合にこの回転数はできるだけ小さく抑えられる。その場合にこの回転数は、好ましくは排ガス利用タービン５の下方の最小限界回転数ｎｍｉｎ５に相当する。これは、排ガス利用タービンのための特性曲線、特に図１ｂに示すトルク回転数特性曲線から求められる。その場合に駆動機械またはクランク軸４の回転数ｎ４、特に内燃機関３の回転数ｎ３の大きさに従って、排ガス利用タービン５における回転数ｎ５を調節するため、ないしは伝達部材、特に流体カップリング８の一次羽根車１０における平歯車列１３を介しての伝達行動を考慮して、排ガス利用タービン５における回転数に比例する回転数ｎ１０の調節が行われる。これは、流体カップリングの伝達可能なトルクＭ８の関数、特にこの駆動状態において二次羽根車９によってクランク軸から吸収可能なトルクＭ９と、ここでも伝達部材、特に平歯車列１２を介しての結合に基づいてクランク軸４の回転数ｎ４に比例する、二次羽根車９における回転数ｎ９の関数である。その場合に、伝達可能なトルクＭ８ないし一次羽根車１０における回転数ｎ１０を制御するための、流体カップリング８を介して伝達可能なトルクＭ８およびそれに伴って二次羽根車９によって吸収可能なトルクＭ９は、流体カップリングの充填度ＦＧの関数である。充填度ＦＧは、ここでも排ガス利用タービン５における最小回転数を調節するための制御、特に制御区間内に統合されて、操作量として機能する。
【００２２】
その場合に充填度ＦＧは、開ループ制御することも、閉ループ制御することもできる。その場合に充填度の調節は、すでに説明したように、入口と出口において調節すべき圧力のための操作量およびこの入口と出口を介して投入される体積流Ｖ１７，１８の設定そしてまた充填度を調節するための操作装置、たとえば可変または固定の汲上げ管介して行われる。さらに、後段に接続された弁技術を有する、あるいは持たない、オーバーフロー管あるいは種々の既知の原理の任意の組合わせも考えられるが、これらは当業者の基本知識に属するので、ここでは詳細に触れない。
【００２３】
特に好ましい形態によれば、ここでも最小許容される回転数ｎｍｉｎ−５の調節は閉ループ制御の形式で行われ、すなわち排ガス利用タービンの実際回転数ｎｉｓｔ−５がフィードバックされて、目標値と比較される。その場合に利用タービンの実際の回転数ｎｉｓｔ−５は直接、あるいはまたこれを少なくとも間接的に記述する変量を介して求めることができ、その場合にはこれらの変量が監視される。しかし最も簡単な場合においては、回転数検出が行われる。というのは、これが最も問題をもたらさないからである。その場合に充填度の調節は、閉ループ制御区間の構成部分である。
【００２４】
図５は、ドライブトレイン１の基本構造を用いて、制御装置としてこれらの機能を引き受けるコンポーネントをまとめた構造的ユニットの形式、あるいはまたはバーチャルな制御装置の形式で存在している、少なくとも１つの開ループ制御および／または閉ループ制御装置２０を有する、開ループ制御および／または閉ループ制御装置１９の、排ガス利用タービン５への対応づけを、再度概略的に示しており、開ループ制御および／または閉ループ制御装置２０は、回転数ｎ５と排ガス利用タービン５の回転数を少なくとも間接的に記述する少なくとも１つの変量を検出するための少なくとも１つの装置およびクランク軸４の回転数を少なくとも間接的に記述する少なくとも１つの変量を検出する装置と結合されており、その場合にこれらの装置は、ここでは符号２１と２４で示されており、最も簡単な場合においては回転数センサの形式で設けられる。これらの装置は、さらに、すでに該当する入力信号および／または制御装置２０を形成することができる。さらに、開ループ制御および／または閉ループ制御装置１９は、操作装置２２を有しており、その操作装置は流体カップリング８に対応づけられており、流体カップリング８の伝達行動を変化させるために用いられる。その場合に操作装置２２は、多様な形態で形成することができる。詳細にはこれは、流体カップリングの充填度ＦＧを調節するための具体的な種類に依存する。その場合に操作装置２２は、開ループ制御および／または閉ループ制御装置２０の少なくとも１つの出力２３と結合されている。その場合に開ループ制御および／または閉ループ制御装置２０は、元々車両内に設けられている、車両の開ループ制御および／または閉ループ制御装置、あるいはまた他の駆動コンポーネント、たとえばトランスミッション制御の開ループ制御および／または閉ループ制御装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１および１ｂは、本発明に基づいて形成された駆動ユニットの基本構造を単純化して概略的に示している。
【図２】図２ａと２ｂは、「エンジンブレーキによるブレーキ」駆動状態におけるエンジンブレーキ作用を最適化するための、本発明に基づく方法を信号フローチャートを用いて概略的に示している。
【図３】図３ａと３ｂは、カップリング特性曲線、特に本発明に基づいて使用されるカップリングのためのポンプ特性曲線を固定の充填度と可変の充填度で示している。
【図４】本発明に基づく方法を「部分負荷」または「燃料カット駆動」駆動状態において、信号フローチャートを用いて示している。
【図５】図１に示す形態を用いて、駆動トレイン内の個々のコンポーネントに対する制御装置の対応づけを示している。
【符号の説明】
【００２６】
１  駆動トレイン
２  ターボ複合体システム
３  駆動機械、内燃機関
４  クランク軸
５  排ガス利用タービン
６  ターボチャージャー
７  排ガス導管
８  流体カップリング
９  二次羽根車
１０  一次羽根車
１１  作業室
１２  平歯車
１３  平歯車列
１４  コンプレッサ段
１５  吸気導管
１６  伝達装置
１７  入口
１８  出口
１９  開ループ制御および／または閉ループ制御装置
２０  開ループ制御および／または閉ループ制御装置
２１  排ガス利用タービンの回転数を少なくとも間接的に記述する変量を検出する装置
２２  操作装置
２３  出力  ２４  クランク軸４の回転数を少なくとも間接的に記述する変量を検出する装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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