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Die Erfindung betrifft eine Motorbremse einer Viertakt-Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge mit zumindest einem Auslassventil, das von einem Nocken einer Nockenwelle über einen Kipphebel betätigt wird, sowie einer Einrichtung, die das Auslassventil beim Bremsvorgang zumindest während des Verdichtungstaktes offen hält, wobei der Grundkreis des Nockens den Kipphebel oder einen eingefügten Stössel berührt.
Motorbremsen der genannten Art sind bekannt, und stellen eine Dauerbremse dar, die in den Motor integriert ist. Die Idee, das Auslassventil beim Verdichtungstakt mit einem kleinen Spalt offen zu halten, ist bekannt und wurde beispielsweise von den Firmen MACK TRUCKS INC. und JACOBS VEHICLE EQUIPMENT CO. bereits verwirklicht.
MACK hat dies in der Zeitschrift "Automotive Industries" vom 15. 2. 1971 auf den Seiten 49 bis 52 veröffentlicht sowie im SAE Paper 710557 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein Ventil auf der Kipphebelachse, welches den Öldruck in zwei Ölbohrungen der Kipphebelachse so steuert, dass ein hydraulisches Element beim Einsetzen der Motorbremse sich ausdehnt und hydraulisch steif wird, wodurch das Auslassventil auch während der Berührung zwischen der Stösselstange und dem Grundkreis des Nockens offengehalten wird.
Ein ähnliches System, nämlich die Motorbremse von JACOBS wird im SAE Paper Nr.
922448 beschrieben. Bei dieser Ausführung drückt ein hydraulisches Element direkt bzw. über eine Ventilbrücke auf das oder die Auslassventile eines Zylinders.
Derartige hydraulische Systeme haben den Nachteil, dass relativ aufwendige Einrichtungen zur Regelung des hydraulischen Elementes erforderlich sind.
Aus der IT 401 760 A ist eine Einrichtung zur temporären Verlängerung der Ventilöffnungzeit bekannt, bei der das Lager der Kipphebelachse mittels eines Exzenters höhenverstellbar ist. Die Verdrehung des Exzenters erfolgt über einen Hebelmechanismus. Durch die Einrichtung soll insbesondere das Anfahren von Schiffsmotoren erleichtert werden. Der Schrift sind allerdings weder genauere Angaben über die Art der Betätigung, noch Anregungen für Motorbremsen zu entnehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Motorbremse mit vergleichbarer Wirkung zu schaffen, die jedoch wesentlich einfacher und damit billiger gestaltet ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Auflager des Kipphebels zwischen einem Normalbetrieb einerseits und einem Bremsbetrieb andererseits zugeordneten Stellungen verstellbar ist, wobei die Verstellung in Richtung einer im Bremsbetrieb dauernd offenen Stellung erfolgt. Dabei können konventionelle Kipphebel eingesetzt werden, wodurch sich die
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Herstellungskosten vereinfachen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Auflager durch einen verdrehbaren Exzenter einer Kipphebelwelle gebildet ist, die ein in eine Verdrehvorrichtung eingreifendes Zahnritzel aufweist, welche Verdrehvorrichtung durch eine Betätigungseinrichtung zumindest zwischen zwei Stellungen verstellbar ist.
In der Kipphebelachse müssen nur mehr Bohrungen für die Schmierung der Kipphebellager und keine Druckölbohrungen mehr für hydraulische Elemente vorgesehen werden.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Verstellmöglichkeit sind aber auch noch andere Möglichkeiten zur Verstellung des Auflagers des Kipphebels im Rahmen der Erfindung vorgesehen. Zunächst können die Exzenter der Kipphebelwelle alternativ oder in gegenseitiger Ergänzung mit den Kipphebeln oder aber mit den Lagerstellen zusammenwirken. Dabei wird die Exzenterwelle durch Aufsetzten von Exzenterbuchsen auf eine normale runde Welle geschaffen. Je nachdem, ob eine Motorbremse erforderlich ist oder nicht, werden die Exzenterbuchsen mit der Welle oder beispielsweise mit den Kipphebeln verbunden und somit ausser Betrieb gesetzt. Weiterhin ist es auch vorgesehen, die gesamte Kipphebelwelle so zu lagern, dass diese insgesamt beispielsweise über Hydraulikelemente in der gewünschten Art und Weise verstellt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Betätigungseinrichtung durch Druckluft betätigbar ist.
Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung durch Unterdruck betätigbar ist. Daneben ist es auch denkbar, dass die Betätigung der Betätigungseinrichtung hydraulisch, magnetisch, elektrisch und/oder elektromagnetisch erfolgt.
Eine weitere Vereinfachung ist dadurch möglich, dass die Verdrehung der Kipphebelwelle von zumindest zwei benachbarten Zylindern durch eine einzige Betätigungseinrichtung erfolgt.
Die Steuerung der Motorbremse erfolgt bevorzugt über die Motorelektronik und/oder durch eine separate Steuereinrichtung.
Die erfindungsgemässe Motorbremse kann sowohl bei einer Brennkraftmaschine mit einer untenliegenden Nockenwelle als auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer obenliegenden Nockenwelle eingesetzt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit der untenliegenden Nockenwelle treibt die Nockenwelle die Kipphebel des Ventiltriebs über Stössel, während bei einer obenliegenden Nockenwelle die Kipphebel von der Nockenwelle direkt betätigt werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Motorbremse im Querschnitt durch den Zylinderkopf und die Fig. 2 eine Detailansicht der Betätigungseinrichtung.
Fig. 1 zeigt den Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit zwei Auslassventilen 2 und zwei Einlassventilen 3 pro Zylinder. Sowohl die Auslassventile 2 als auch die Einlassventile 3 werden jeweils über einen als Gabelkipphebel ausgebildeten Kipphebel 4, 5
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über eine untenliegende Nockenwelle 6 angetrieben. Die Hubbewegung zwischen den Nocken 7 und den Kipphebeln 4,5 wird in üblicher Weise über Stössel 8a und Stösselstangen 8 übertragen. Der Übersicht wegen ist nur die Stösselstange 8 eines Kipphebels 4 für die Auslassventile 2 eingezeichnet. Selbstverständlich ist die erfindungsgemässe Motorbremse aber auch bei Brennkraftmaschinen mit obenliegender Nockenwelle einsetzbar. Die Kippebel 4 sind auf einer drehbaren Kipphebelwelle 9 gelagert.
Im Bereich der Kipphebellagerungen weist die Kipphebelwelle 9 Exzenter 9a auf, wodurch der Kipphebel 4 bei Verdrehung der Kipphebelwelle 9 eine Anhebung bzw. Absenkung erfährt. Die Exzenter sind im Ausführungsbeispiel durch an der Welle befestigte Exzenterbuchsen mit leicht exzentrischer äusserer Mantelfläche gebildet. Statt dessen ist auch die Verwendung einer Exzenterwelle mit eingeformten Exzentern denkbar. Die Exzenter selbst wirken mit den Kipphebeln und/oder mit den Lagerstellen zusammen. Alternativ dazu kann die Exzenterwelle durch das Aufsetzen von Exzenterbuchsen auf eine normale Welle geschaffen wird. Je nachdem, ob eine Motorbremse erforderlich ist oder nicht, werden die Exzenterbuchsen mit der Welle oder beispielsweise mit den Kipphebeln verbunden und somit ausser Betrieb gesetzt.
Weiters ist es möglich, die gesamte Welle so zu lagern, dass diese insgesamt beispielsweise über Hydraulikelemente in der gewünschten Art und Weise verstellt werden kann. Die Kipphebelwelle 9 ist im am Zylinderkopf 1 angeschraubten Kipphebelgehäuse 10 gelagert, welches durch den Kipphebeldeckel 11 abgedeckt ist. Mit 2a ist der Auslassflansch des Zylinderkopfes l und mit 3a der am Kipphebelgehäuse 10 vorgesehene Einlassflansch bezeichnet.
An einem Ende der Kipphebelwelle 9 ist ein Zahnritzel 12 angeschraubt, welches mit einer Verdreheinrichtung 13, beispielsweise einer im Kipphebelgehäuse 10 verschiebbar gelagerten Zahnstange oder einem Schneckenzahnrad im Eingriff steht.
Die im Ausführungsbeispiel durch die Zahnstange gebildete Verdreheinrichtung 13 kann über eine Betätigungseinrichtung 14 zwischen zwei Endstellungen A, B verschoben werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die Betätigungseinrichtung 14 aus einem mit der Verdreheinrichtung 13 verbundenen Kolben 15, welcher in einem Pneumatikzylinder 16 verschiebbar gelagert ist. Im Bereich der beiden Stirnflächen 16a und 16b des Pneumatikzylinders 16 mündet jeweils eine Steuerleitung 17a, 17b, welche abwechselnd mit Druckluft beaufschlagbar sind. Eine Druckluftquelle steht in der Regel bei Nutzfahrzeugen, beispielsweise für Bremszwecke, zur Verfügung, sodass kein Mehraufwand zur Bereitstellung der Druckluft erforderlich ist. Anstelle von Druckluft kann aber auch Unterdruck - etwa aus dem Einlasssystem - zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 14 verwendet werden.
Die Betätigungseinrichtung 14 kann selbstverständlich nicht nur pneumatisch, sondern auch hydraulisch, magnetisch, elektrisch, elektromagnetisch od. dgl. ausgebildet sein. Im Falle einer hydraulischen Betätigung kann insbesondere das Hydraulikfluid das Schmieröl der Brennkraftmaschine sein. Gegebenenfalls kann das Hydraulikfluid auch Kraftstoff sein, der einem konventionellen Einspritzsystem oder aber auch einem Common-Rail-System entnommen wird.
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Die Motorbremse samt Betätigungseinrichtung 14 ist im Kipphebelgehäuse 10 montiert.
Dabei kann das komplette Kipphebelgehäuse 10 einschliesslich der kompletten Motorbremse auch mit der Betätigunseinrichtung 14 vormontiert werden und es können gegebenenfalls auch schon beispielsweise die Endstellungen A, B voreingestellt werden. Bei der Endmontage brauchen dann nur noch die Versorgungsleitungen an die Betätigungseinrichtung 14 angeschlossen werden.
Bei deaktivierter Motorbremse befindet sich der Kipphebel 4 in seiner Hochlage, welche einer ersten Endstellung A der Betätigungseinrichtung 14 zugeordnet ist. Die Aktivierung der Motorbremse erfolgt durch Umschalten der Steuerleitungen 17a und 17b, wodurch der Kolben 15 der Betätigungseinrichtung 14 in seine zweite Endstellung B verschoben wird. Die Verdreheinrichtung 13 verdreht über das Zahnritzel 12 die Kipphebelwelle 9 um einen vorbestimmten Winkel, beispielsweise 180 , wodurch jeder Kipphebel 4 der Auslassventile 2 in seine Tieflage gebracht wird. Dies bewirkt, dass die Stösselstange 8 über den Stössel 8a auch während der normalen Schliessstellung des Auslassventiles 2, also wenn der Grundkreis 7a dem Stössel 8a zugewendet ist, ständig am Nocken 7 aufliegt und dadurch das Auslassventil 2 einen kleinen Spalt offengehalten wird.
Dadurch wird eine konstante Motorbremswirkung erreicht, indem die Luft im Zylinder nicht verdichtet wird, sondern durch den Spalt, der als Drossel wirkt, in den Auspuff gelangt. Die Energie in der Luft wird an der Drossel in Wärme umgewandelt und gelangt zum Teil in den Auspuff und zum Teil in das Kühlwasser der Brennkraftmaschine. Dabei können mit einer einzigen Betätigungseinrichtung 14 alle Auslassventile 2 der Zylinder einer Zylinderreihe angesteuert werden.
Zur Erzielung eines optimalen Bremsverhaltens ist es weiters denkbar, dass jedem Zylinder eine eigene Motorbremseinrichtung zugeordnet ist. Zur Dosierung der Motorbremsleistung können zwischen den Endstellungen A und B auch beliebige Zwischenstellungen vorgesehen sein.
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The invention relates to an engine brake of a four-stroke internal combustion engine for motor vehicles with at least one exhaust valve, which is actuated by a cam of a camshaft via a rocker arm, and a device which keeps the exhaust valve open during braking, at least during the compression stroke, the base circle of the cam den Rocker arm or an inserted tappet touched.
Engine brakes of the type mentioned are known and represent a continuous brake which is integrated in the engine. The idea of keeping the exhaust valve open with a small gap during the compression stroke is well known and was developed, for example, by MACK TRUCKS INC. and JACOBS VEHICLE EQUIPMENT CO. already realized.
MACK published this in the "Automotive Industries" magazine on February 15, 1971 on pages 49 to 52 and described it in SAE Paper 710557. This is a valve on the rocker arm axis, which controls the oil pressure in two oil holes in the rocker arm axis so that a hydraulic element expands when the engine brake is inserted and becomes hydraulically stiff, which means that the exhaust valve also remains in contact with the push rod and the base circle the cam is kept open.
A similar system, namely the engine brake from JACOBS, is described in SAE Paper No.
922448. In this version, a hydraulic element presses directly or via a valve bridge onto the exhaust valve or valves of a cylinder.
Such hydraulic systems have the disadvantage that relatively complex devices for regulating the hydraulic element are required.
A device for temporarily extending the valve opening time is known from IT 401 760 A, in which the bearing of the rocker arm axis can be adjusted in height by means of an eccentric. The eccentric is turned using a lever mechanism. The device is intended to make it easier to start up marine engines. However, the document does not provide any more precise information about the type of actuation nor suggestions for engine brakes.
The object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a motor brake with a comparable effect, which is, however, much simpler and therefore cheaper.
This is achieved according to the invention in that the support of the rocker arm can be adjusted between positions assigned to normal operation on the one hand and braking operation on the other hand, the adjustment being carried out in the direction of a position which is permanently open in braking operation. Conventional rocker arms can be used, whereby the
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Simplify manufacturing costs. It is preferably provided that the support is formed by a rotatable eccentric of a rocker arm shaft which has a toothed pinion engaging in a rotating device, the rotating device being adjustable by an actuating device at least between two positions.
In the rocker arm axis only holes for the lubrication of the rocker arm bearings and no more pressure oil holes for hydraulic elements have to be provided.
As an alternative to the adjustment option described above, other options for adjusting the support of the rocker arm are also provided within the scope of the invention. First of all, the eccentrics of the rocker arm shaft can interact with the rocker arms or with the bearing points as an alternative or in a complementary manner. The eccentric shaft is created by placing eccentric bushings on a normal round shaft. Depending on whether an engine brake is required or not, the eccentric bushes are connected to the shaft or, for example, to the rocker arms and are therefore deactivated. Furthermore, it is also provided to mount the entire rocker arm shaft in such a way that it can be adjusted in the desired manner, for example, by means of hydraulic elements.
It is particularly advantageous if the actuating device can be actuated by compressed air.
Alternatively, it can also be provided that the actuating device can be actuated by negative pressure. In addition, it is also conceivable for the actuating device to be actuated hydraulically, magnetically, electrically and / or electromagnetically.
A further simplification is possible in that the rotation of the rocker arm shaft of at least two adjacent cylinders is carried out by a single actuating device.
The motor brake is preferably controlled via the motor electronics and / or by a separate control device.
The engine brake according to the invention can be used both in an internal combustion engine with an underlying camshaft and in an internal combustion engine with an overhead camshaft. In the preferred embodiment of the internal combustion engine with the camshaft below, the camshaft drives the rocker arms of the valve drive via tappets, while in the case of an overhead camshaft the rocker arms are actuated directly by the camshaft.
The invention is explained in more detail with reference to the figures.
1 shows an engine brake according to the invention in cross section through the cylinder head and FIG. 2 shows a detailed view of the actuating device.
Fig. 1 shows the cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine with two exhaust valves 2 and two intake valves 3 per cylinder. Both the exhaust valves 2 and the intake valves 3 are each via a rocker arm 4, 5 designed as a fork rocker arm
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driven by an underlying camshaft 6. The stroke movement between the cams 7 and the rocker arms 4, 5 is transmitted in the usual way via tappets 8a and pushrods 8. For the sake of clarity, only the push rod 8 of a rocker arm 4 for the exhaust valves 2 is shown. Of course, the engine brake according to the invention can also be used in internal combustion engines with an overhead camshaft. The rocker arms 4 are mounted on a rotatable rocker arm shaft 9.
In the area of the rocker arm bearings, the rocker arm shaft 9 has eccentrics 9a, as a result of which the rocker arm 4 is raised or lowered when the rocker arm shaft 9 is rotated. In the exemplary embodiment, the eccentrics are formed by eccentric bushings fastened to the shaft with a slightly eccentric outer surface. Instead, the use of an eccentric shaft with molded eccentrics is also conceivable. The eccentrics themselves interact with the rocker arms and / or with the bearing points. Alternatively, the eccentric shaft can be created by placing eccentric bushings on a normal shaft. Depending on whether an engine brake is required or not, the eccentric bushes are connected to the shaft or, for example, to the rocker arms and are therefore deactivated.
Furthermore, it is possible to mount the entire shaft in such a way that it can be adjusted in the desired manner, for example, using hydraulic elements. The rocker arm shaft 9 is mounted in the rocker arm housing 10 screwed to the cylinder head 1, which is covered by the rocker arm cover 11. The exhaust flange of the cylinder head 1 is designated 2a and the intake flange provided on the rocker arm housing 10 is designated 3a.
At one end of the rocker arm shaft 9, a toothed pinion 12 is screwed, which meshes with a rotating device 13, for example a toothed rack which is displaceably mounted in the rocker arm housing 10, or a worm gear.
The rotating device 13 formed in the exemplary embodiment by the toothed rack can be displaced between two end positions A, B via an actuating device 14. As can be seen from FIG. 2, the actuating device 14 consists of a piston 15, which is connected to the rotating device 13 and is displaceably mounted in a pneumatic cylinder 16. In the area of the two end faces 16a and 16b of the pneumatic cylinder 16, a control line 17a, 17b opens, which can be acted upon alternately with compressed air. A compressed air source is usually available in commercial vehicles, for example for braking purposes, so that no additional effort is required to provide the compressed air. Instead of compressed air, however, negative pressure - for example from the inlet system - can also be used to control the actuating device 14.
The actuating device 14 can of course not only be pneumatic, but also hydraulic, magnetic, electrical, electromagnetic or the like. In the case of hydraulic actuation, the hydraulic fluid in particular can be the lubricating oil of the internal combustion engine. If appropriate, the hydraulic fluid can also be fuel which is taken from a conventional injection system or else from a common rail system.
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The engine brake together with the actuating device 14 is mounted in the rocker arm housing 10.
The complete rocker arm housing 10 including the complete engine brake can also be preassembled with the actuating device 14 and the end positions A, B can also be preset if necessary. In the final assembly, only the supply lines then need to be connected to the actuating device 14.
When the engine brake is deactivated, the rocker arm 4 is in its high position, which is assigned to a first end position A of the actuating device 14. The motor brake is activated by switching the control lines 17a and 17b, whereby the piston 15 of the actuating device 14 is moved into its second end position B. The rotating device 13 rotates the rocker arm shaft 9 by a predetermined angle, for example 180, via the pinion 12, as a result of which each rocker arm 4 of the exhaust valves 2 is brought into its low position. This causes the pushrod 8 to rest constantly on the cam 7 via the plunger 8a even during the normal closed position of the outlet valve 2, that is to say when the base circle 7a is turned towards the plunger 8a, and the outlet valve 2 is thereby kept a small gap open.
This achieves a constant engine braking effect in that the air in the cylinder is not compressed, but gets into the exhaust through the gap, which acts as a throttle. The energy in the air is converted into heat at the throttle and partly reaches the exhaust and partly the cooling water of the internal combustion engine. All exhaust valves 2 of the cylinders of a cylinder bank can be controlled with a single actuating device 14.
In order to achieve optimal braking behavior, it is also conceivable that each cylinder is assigned its own engine braking device. Any intermediate positions can also be provided between the end positions A and B for metering the engine braking power.