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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die mit einer Motorstaubremse ausgestattet ist, bei der im Auspufftrakt eine Stauklappe angeordnet ist, um die Strömung von Abgas aus der Brennkraftmaschine zu unterbinden.
Bei herkömmlichen Motorstaubremsen ist im Auspufftrakt des Motors eine Klappe angeordnet, die für den Bremsbetrieb umgeschaltet wird, so dass sie den Auspufftrakt möglichst dicht abschliesst. Gleichzeitig wird die Einspritzpumpe auf Nullförderung umgestellt. Der Motor wird dabei vom schiebenden Fahrzeug angetrieben, und der Druck steigt im Auspuff stromaufwärts der Stauklappe durch die Pumpwirkung des Motors so lange an, bis Auslassventile aufgedrückt werden und Abgas in einen anderen Zylinder zurückgeschickt wird. Ab diesem Zeitpunkt wird einlassseitig keine Luft mehr angesaugt, sondern es wird nur mehr Gas zwischen der Auspuffleitung und den einzelnen Zylindern hin und her gepumpt. Durch die starke Drosselwirkung an den aufgedrückten Ventilen wird eine erhebliche Energiemenge von mechanischer Arbeit in Wärme umgesetzt.
Die entstehende Wärme wird fast vollständig über das Kühlwasser abgeführt. Das Bremsmoment, das mit einer solchen Staubremse erzielbar ist, hängt unter sonst gleichen Umständen sehr stark von der Vorspannung der Ventilfedern der Auslassventile ab. Je stärker diese Vorspannung ist, um so grösser wird der Druck, der im Bremsbetrieb erzielt wird, und um so mehr Arbeit kann in Wärme umgesetzt werden. Andererseits steigt auf diese Weise auch die Temperatur in der Brennkraftmaschine an. Begrenzend für die Auslegung der Motorbremse ist zur Zeit die höchstzulässige Temperatur an den Düsenkuppen der Einspritzdüsen. Die Einspritzdüsen werden naturgemäss im Bremsbetrieb nicht durch den durchfliessenden Kraftstoff gekühlt, so dass die Düsenkuppen im wesentlichen die Brennraumwandtemperatur annehmen.
Da die Nutzfahrzeugmotoren durch technische Weiterentwicklung immer leistungsfähiger werden, ist es möglich, den Hubraum für solche Fahrzeuge im Vergleich zu früheren Motoren zu verringern. Um jedoch die gleiche Bremsleistung abführen zu können, ist es erforderlich, bei der Motorbremse zusätzliche Massnahmen zu setzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bremsleistung einer Motorstaubremse der eingangs beschriebenen Art zu erhöhen, ohne die Lebensdauer des Motors und insbesonders der Einspritzdüse zu beeinträchtigen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Umgehungsleitung vorgesehen ist, die den stromaufwärts der Stauklappe angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes mit dem stromabwärts der Stauklappe angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes verbindet, und dass die Umgehungsleitung einen vorbestimmten Drosselquerschnitt aufweist.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass aus den oben beschriebenen Gründen die Wärmemenge, die durch das Kühlwasser während des Bremsbetriebs abgeführt werden kann, durch die maximale Temperatur der Einspritzdüsenkuppen begrenzt ist. Da bei vollständig geschlossener Stauklappe keinerlei Gasaustausch mit der Umgebung stattfindet, entspricht diese abgeführte Wärmemenge auch der Bremsleistung. Wenn man nun einen begrenzten Enthalpiestrom durch die Brennkraftmaschine zulässt, indem ein Gasaustausch ermöglicht wird, kann zusätzlich zu der durch das Kühlwasser abgeführten Wärmemenge eine Wärmemenge abgeführt werden, die der Differenz des Enthalpiestroms des aus dem Auspuff austretenden Gases und des Enthalpiestroms der einlassseitig einströmenden Gase entspricht.
Durch die Kühlwirkung des angesaugten Frischgases können bei der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine die Ventilfedern der Auslassventile eine grössere Vorspannung aufweisen, ohne die Düsenkuppen thermisch überzubeanspruchen.
Vorzugsweise ist in der Umgehungsleitung ein Ventil angeordnet. Über eine Steuerungseinrichtung kann dieses Ventil gesteuert werden. Als besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass der Druck vor der Stauklappe auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, schon bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Motorbremsleistung zu erzielen, ohne bei höheren Drehzahlen in einen unzulässigen Bereich zu kommen. Darüber hinaus kann ein Verschleiss, der die Wirksamkeit der Motorbremse während der Motorlebensdauer beeinträchtigt, vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine automatische Regelung des Auspuffgegendrucks erreicht.
In einer alternativen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in der Stauklappe mindestens eine Einrichtung zum gedrosselten Durchtritt von Abgas ausgebildet ist. Diese Ausführungsvariante ist sehr einfach aufgebaut, da keine zusätzliche Leitung benötigt wird. Es ist sinnvollerweise nicht möglich, eine Stauklappe so auszubilden, dass diese an ihrem Rand eine definierte Undichtheit aufweist. Es würde an einer solchen Stelle zu einem Verschleiss kommen, der zu einer nicht vorhersehbaren Änderung des Bremsverhaltens im Laufe der Lebensdauer des Motors führen würde. Eine solche Undichtheit würde auch bei niedrigeren Drehzahlen eine zu geringe Bremswirkung ergeben.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen schematisch : die Fig. 1 ein Schaltbild der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit einem federbelasteten Ventil in einer Bypassleitung, die Fig. 3 und Fig. 4 Ausführungsvarianten mit federbelasteten Ventilen in der Stauklappe.
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, die über eine Ansaugleitung 2 und einen Auspufftrakt 3 verfügt. In dem Auspufftrakt 3 ist eine Stauklappe 4 angeordnet. Stromaufwärts der Stauklappe 4 zweigt eine Umgehungsleitung 5 ab, in der ein Ventil 6
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angeordnet ist. Stromabwärts der Stauklappe 4 mündet die Umgehungsleitung 5 wieder in die Auspuffleitung ein. Das Ventil 6 wird von einer Steuerungseinrichtung 7 gesteuert, die mit nicht dargestellten Sensoren für den Druck stromaufwärts der Stauklappe 4, der Motortemperatur u. s. w. in Verbindung steht.
In der Ausführungsvariante der Fig. 2 ist in der Umgehungsleitung 5 ein Druckbegrenzungsventil 6a angeordnet. Das Ventil wird durch eine Feder 8 im geschlossenen Zustand gehalten.
Erst wenn der Druck stromaufwärts des Ventils 6a einen vorbestimmten Wert überschreitet, öffnet das Ventil 6a, um Gas durch die Umgehungsleitung 5 strömen zu lassen. Durch diese Lösung wird in einfacher Weise erreicht, dass auch bei niederen Drehzahlen eine ausreichende Bremsleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
In der Fig. 3 ist ein Druckbegrenzungsventil 6b mit einer Feder 8b, das in seinem Aufbau ähnlich dem der Ausführungsvariante von Fig. 2 ist, direkt in der Drosselklappe 4b angeordnet. Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Aufbau erreichbar, da keine Umgehungsleitung notwendig ist.
Die Ausführungsvariante der Fig. 4 entspricht im wesentlichen der von Fig. 3, mit dem Unterschied, dass das Druckbegrenzungsventil 6codas in der Stauklappe 4c angeordnet ist, durch eine Blattfeder 8c in die geschlossene Stellung vorgespannt wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Steigerung der Bremsleistung einer Brennkraftmaschine, ohne die Düsenkuppen der Einspritzdüsen stärker thermisch zu belasten. Dies wird dadurch erreicht, dass ein nennenswerter Enthalpiestrom durch heisse Gase aus dem Auspuffsystem abgeführt werden kann.
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The invention relates to an internal combustion engine which is equipped with an engine dust brake in which a stowage flap is arranged in the exhaust tract in order to prevent the flow of exhaust gas from the internal combustion engine.
In conventional engine dust brakes, a flap is arranged in the exhaust tract of the engine, which is switched over for braking operation so that it closes the exhaust tract as tightly as possible. At the same time, the injection pump is switched to zero delivery. The engine is driven by the pushing vehicle and the pressure in the exhaust upstream of the damper increases due to the pumping action of the engine until exhaust valves are pushed open and exhaust gas is sent back to another cylinder. From this point on, air is no longer sucked in on the intake side, but only gas is pumped back and forth between the exhaust pipe and the individual cylinders. Due to the strong throttling effect on the pressed-open valves, a considerable amount of energy is converted from mechanical work into heat.
The heat generated is almost completely dissipated via the cooling water. The braking torque that can be achieved with such a dust brake depends very much on the preload of the valve springs of the exhaust valves under otherwise identical circumstances. The stronger this preload, the greater the pressure that is achieved when braking, and the more work can be converted into heat. On the other hand, the temperature in the internal combustion engine also rises in this way. The maximum permissible temperature at the nozzle tips of the injection nozzles is currently limiting for the design of the engine brake. The injection nozzles are naturally not cooled by the fuel flowing through in braking operation, so that the nozzle tips essentially assume the combustion chamber wall temperature.
Since commercial vehicle engines are becoming increasingly powerful due to technical developments, it is possible to reduce the displacement for such vehicles compared to previous engines. However, in order to be able to dissipate the same braking power, additional measures must be taken with the engine brake.
The object of the present invention is to increase the braking power of an engine dust brake of the type described in the introduction without impairing the service life of the engine and in particular of the injection nozzle.
According to the invention, this object is achieved in that a bypass line is provided which connects the section of the exhaust tract arranged upstream of the damper to the section of the exhaust tract arranged downstream of the damper, and in that the bypass line has a predetermined throttle cross section.
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The basic idea of the present invention is based on the knowledge that, for the reasons described above, the amount of heat which can be dissipated by the cooling water during braking operation is limited by the maximum temperature of the injection nozzle tips. Since there is no gas exchange with the surroundings when the damper is fully closed, this amount of heat dissipated also corresponds to the braking power. If a limited enthalpy flow through the internal combustion engine is now permitted by allowing gas exchange, in addition to the amount of heat removed by the cooling water, a quantity of heat can be dissipated which corresponds to the difference between the enthalpy flow of the gas emerging from the exhaust and the enthalpy flow of the gases flowing in on the inlet side .
Due to the cooling effect of the fresh gas drawn in, the valve springs of the exhaust valves can have a greater pretension in the internal combustion engine according to the invention without thermally overstressing the nozzle tips.
A valve is preferably arranged in the bypass line. This valve can be controlled via a control device. A particular advantage results from the fact that the pressure in front of the damper can be set to a predetermined value. In this way it is possible to achieve a high engine braking power even at low engine speeds without entering an impermissible range at higher engine speeds. In addition, wear that affects the effectiveness of the engine brake during the engine life can be avoided.
In a further embodiment variant of the present invention it is provided that the valve is designed as a spring-loaded pressure relief valve. In this way an automatic regulation of the exhaust back pressure is achieved.
In an alternative embodiment variant of the present invention it is provided that at least one device for throttled passage of exhaust gas is formed in the storage flap. This variant is very simple, since no additional line is required. It makes sense not to design a damper so that it has a defined leak at its edge. At such a point, wear would occur, which would lead to an unpredictable change in the braking behavior over the course of the life of the engine. Such a leak would result in an insufficient braking effect even at lower speeds.
The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the figures.
1 shows a circuit diagram of the present invention, FIG. 2 shows an embodiment variant with a spring-loaded valve in a bypass line, FIGS. 3 and 4 embodiment variants with spring-loaded valves in the stowage flap.
1, an internal combustion engine 1 is shown schematically, which has an intake line 2 and an exhaust tract 3. In the exhaust tract 3 a stowage flap 4 is arranged. A bypass line 5 branches off upstream of the damper 4, in which a valve 6
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is arranged. Downstream of the damper 4, the bypass line 5 opens again into the exhaust line. The valve 6 is controlled by a control device 7 which, with sensors (not shown) for the pressure upstream of the damper 4, the engine temperature and the like. s. w. communicates.
2, a pressure relief valve 6a is arranged in the bypass line 5. The valve is held in the closed state by a spring 8.
Only when the pressure upstream of the valve 6a exceeds a predetermined value does the valve 6a open to allow gas to flow through the bypass line 5. With this solution it is achieved in a simple manner that sufficient braking power can be made available even at low speeds.
In Fig. 3, a pressure relief valve 6b with a spring 8b, which is similar in structure to that of the embodiment of Fig. 2, is arranged directly in the throttle valve 4b. In this way, a particularly simple construction can be achieved since no bypass line is necessary.
The embodiment variant of FIG. 4 corresponds essentially to that of FIG. 3, with the difference that the pressure relief valve 6codas is arranged in the baffle flap 4c, is biased into the closed position by a leaf spring 8c.
The present invention makes it possible to increase the braking power of an internal combustion engine without subjecting the nozzle tips of the injection nozzles to greater thermal stress. This is achieved in that a significant enthalpy flow can be removed from the exhaust system by hot gases.