AT3390U1 - Brennkraftmaschine mit einer abgas-motorbremse - Google Patents

Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Motorbremse, mit zumindest einem Auslaßventil (8) pro Zylinder, einer Stauklappe im Auspufftrakt und einer Begrenzungseinrichtung (10) zur Begrenzung der Auslaßventilschließbewegung während des Motorbremsbetriebes, weist die Begrenzungseinrichtung (10) einen zwischen einer Sperrstellung und einer Ruhestellung verschiebbaren Begrenzungsteil auf, welcher in der Sperrstellung, vorzugsweise über einen Zwischenteil, in Richtung des Öffnungshubes des Auslaßventiles (8) einwirkt. Um auf möglichst einfache Weise und mit geringem Platzaufwand eine zuverlässige Motorbremse mit hoher Bremsleistung zu entwickeln ist vorgesehen, daß der Begrenzungsteil ein im Sinne der Bewegung des Auslaßventiles (8) in einer Bohrung (13) eines Gehäuses verschiebbarer Stellstift (12) ist, und daß die Verschiebebewegung des Stellstiftes (12) über eine auf eine Stirnseite (12a) des Stellstiftes (12) einwirkende, quer zum Stellstift (12) im Gehäuse beweglich angeordnete Stellstange (11) erfolgt, welche im Kontaktbereich eine zumindest abschnittsweise keil- bzw. rampenartig geformte Angriffsfläche (17) aufweist.

Description

AT 003 390 Ul

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Motorbremse, mit zumindest einem Auslaßventil pro Zylinder, mit einer Stauklappe im Auspufftrakt und mit einer Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Auslaßventilschließbewegung während des Motorbremsbetriebes, wobei die Begrenzungseinrichtung einen zwischen einer Sperrsteilung und einer Ruhestellung verschiebbaren Begrenzungsteil aufweist, welcher in der Sperrstellung, vorzugsweise über einen Zwischenteil, in Richtung des Öffhungshubes des Auslaßventiles einwirkt.

Motorbremsen mit einer Drosseleinrichtung im AuspufFsystem sind bekannt und stellen eine Dauerbremse dar, wobei die Drosseleinrichtung üblicherweise durch eine AuspufFstauklappe gebildet wird. Allerdings haben Motorbremsen, die ausschließlich auf der Drosselwirkung von Auspuffstauklappen beruhen, den Nachteil einer relativ geringen Motorbremsleistung.

Weiters sind Motorbremsen bekannt, die eine Einrichtung aufweisen, die das Auslaßventil beim Verdichtungstakt einen kleinen Spalt offenhalten. Das Auslaßventil wird dabei nach dem Auspufftakt ein weiteres mal geöffnet. Dadurch wird erreicht, daß die Luft nicht verdichtet wird, sondern durch den Spalt des Auslaßventiles, der als Drossel wirkt, in den Auspuff gelangt. Die Energie wird dabei am Drosselspalt in Wärme umgewandelt und gelangt zum Teil in den Auspuff, und zum anderen Teil in das Kühlwasser der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine kann dadurch auch bei längerer Talfahrt nicht unterkühlt werden. Die Bremsleistung solcher Systeme ist etwa doppelt so groß wie die von konventionellen Auspuffstaubremsen. Motorbremsen dieser Art wurden von den Firmen MACK TRUCKS INC. und JACOBS MANUFACTURING COMPANY verwirklicht. MACK hat dies in der Zeitschrift »Automotive Industrie“ vom 15. 2. 1971 auf den Seiten 49 bis 52 veröffentlicht, sowie im SAE PAPER 710557 beschrieben. Hier handelt es sich um ein Ventil auf der Kipphebelachse, welches den Öldruck in zwei Ölbohrungen der Kipphebelachse derart steuert, daß ein hydraulisches Element im Kipphebel bei normalem Betrieb ständig einen kleinen Hub ausführt, und über eine Rücknahme im Nockengrundkreis gleitet, wobei dieses Element beim Bremsen hydraulisch steif wird und auch während der Berührung zwischen dem Element und dem Grundkreis des Nockens das Auslaßventil offen gehalten wird.

Die Motorbremse von JACOBS wurde im SAE PAPER 387A beschrieben. Bei dieser Ausführung drückt ein hydraulisches Element direkt auf das Auslaßventil. Die Regelung und die Elemente werden in einem recht aufwendigen Gehäuse auf den Zylinderkopf aufgesetzt.

Der Nachteil dieser bekannten, auf das Auslaßventil einwirkenden Motorbremssysteme ist, daß die Kraftaufbringelemente relativ groß dimensioniert werden müssen, um das Auslaßventil entgegen der Ventilfederkraft zu öffnen. Um solche hohen Kräfte aufbringen zu können, sind meist umfangreiche konstruktive Maßnahmen erforderlich. 2 AT 003 390 Ul

Aus der DE 34 28 627 Al ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Abgas-Motorbremse bekannt, bei der im Bremsbetrieb durch eine Begrenzungseinrichtung der Hub der Auslaßventile auf ein das Schließen der Auslaßventile verhinderndes Maß begrenzt wird. Durch den entstehenden Drosselspalt wird das Gas während des Kompressions- und Expansionshubes gedrosselt und die Motorbremsleistung in Kombination mit einer konventionellen Motor-Auspuffbremse mit einer Abgasstauklappe verbessert. Die Begrenzungseinrichtung besteht dabei im wesentlichen aus einem mit Drucköl beaufschlagbaren Hydraulikkolben, welcher achsgleich mit dem Auslaßventil angeordnet ist und auf die Rückseite des Auslaßventilhebels einwirkt. Die durch die Begrenzungseinrichtung aufgebrachte Kraft muß dabei aber größer sein als die Federkraft der Auslaßventil feder, um das Auslaßventil entsprechend abzubremsen und einen vordefinierten Spalt offen zu halten. Dabei ist eine Haltevorrichtung für die Begrenzungseinrichtung oberhalb des Ventiles erforderlich.

Aus der US 1 547 130 A ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine hakenartige Begrenzungseinrichtung während der Motorbremsung am Federteller jedes Auslaß ventiles angreift und somit das Auslaßventil am vollständigen Schließen hindert. Das Einklinken der Begrenzungseinrichtung wird dabei durch Verschieben einer Verstellstange bewirkt. Die Vorrichtung ist allerdings relativ verschleißanfallig und erfordert relativ großen Platzbedarf und Konstruktionsaufwand im Ventilgehäuse.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise und mit geringem Platzaufwand eine zuverlässige Motorbremse mit hoher Leistung, insbesondere für Mehrventilmotoren, zu entwickeln.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß der Begrenzungsteil ein im Sinne der Bewegung des Auslaßventiles in einer Bohrung eines Gehäuses verschiebbarer Stellstift ist, und daß die Verschiebebewegung des Stellstiftes über eine auf eine Stirnseite des Stellstiftes einwirkende, quer zum Stellstift im Gehäuse beweglich angeordnete Stellstange erfolgt, welche im Kontaktbereich eine zumindest abschnittsweise keil- bzw. rampenartig geformte Angriffsfläche aufweist. Die Betätigung der Stellstange erfolgt dabei langsam und kontinuierlich, wobei während der Hubphasen der Auslaßventile die Weiterbewegung der Stellstange und des Stellstiftes erfolgt, wodurch die Bewegung der Stellstange mit geringem Kraftaufwand erfolgen kann. Die Auslaßventilschließkraft wirkt über den Stellstift dabei normal auf die Stellstange ein, so daß bei betätigter Motorbremse keine Kraft mehr zur Blockierung des Auslaßventiles aufgewendet worden muß. Die Betätigungseinrichtung kann dabei äußerst kompakt ausgeführt sein. Da sowohl die Aktivierung als auch die Deaktivierung bei geringem Kraftaufwand erfolgt, ist die Begrenzungseinrichtung nur geringem Verschleiß unterworfen.

Die Stellstange kann entweder verschiebbar oder drehbar im Gehäuse gelagert sein.

Durch Verschieben oder Verdrehen der Stellstange wird der Stellstift durch die keil- oder rampenartige Angriffsfläche ausgerückt. Die Angriffsfläche wird dabei vorteilhafterweise 3 AT 003 390 Ul durch einen Vorsprung oder eine Vertiefung in der Oberfläche der Stellstange gebildet und kann ein Nockenprofil aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Zwischenteil ein Ventilhebel, vorzugsweise ein Kipphebel, ist. Die Stellstange kann dabei äußerst platzsparend im Ventilhebellagerbock vorgesehen sein. Somit sind nur minimale konstruktive Eingriffe in das Zylinderkopfkonzept erforderlich. Meist ist diese Lösung bei bestehenden Zylinderköpfen mit geringem Aufwand integrierbar.

Um die Betätigung der Begrenzungseinrichtung so einfach wie möglich zu gestalten, ist es vorteilhaft, wenn in Richtung der Ruheposition auf die Stellstange eine Rückstellfeder einwirkt. Der Begrenzungsteil wird somit bei deaktivierter Motorbremse wieder in seine Ruheposition geschoben. In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Begrenzungseinrichtung einen Betätigungskolben oder einen Betätigungshebel aufweist, welcher auf die Stellstange in Richtung der Sperrposition einwirkt. Der Betätigungskolben bzw. der Betätigungshebel kann mechanisch oder elektrisch betätigt werden. Die Vorzüge der Erfindung hinsichtlich Einfachheit kommen aber besonders zum Tragen, wenn der Betätigungskolben hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, wobei durch eine einzige Stellstange mehrere bzw. alle Auslaßventile gleichzeitig in die Motorbremsstellung gebracht werden. Da Nutzfahrzeuge, bei welchen die erfindungsgemäße Begrenzungseinrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden können zumeist über pneumatische oder hydraulische Hilfsenergien verfugen, sind keine zusätzlichen Energiesysteme erforderlich. Die geringen Betätigungskräfte für den Begrenzungsteil gestatten es sogar, den Betriebsdruck des Motorschmieröles als Betätigungsmittel einzusetzen, wobei durch ein einziges Schaltventil die Motorbremse für mehrere oder alle Zylinder betätigt werden kann.

Die verfügbare Bremsenergie hängt wesentlich von der Größe des durch die Begrenzungseinrichtung erzeugten Spaltes zwischen Auslaßventil und Ventilsitz ab. Ist dieser Spalt zu groß, so wird die Kompressionsarbeit reduziert und es besteht die Gefahr, daß der Kolben im oberen Totpunkt mit dem während des Motorbetriebes geöffneten Auslaßventil kollidiert. Ist der Spalt zu klein, kann der Kompressionsspitzendruck nicht ausreichend abgebaut werden, so daß der Kolben während des Expansionshubes wieder Arbeit an der Kurbelwelle leistet. Um die Größe des durch die Begrenzungseinrichtung im Motorbremsbetrieb erzeugten Spaltes zwischen Auslaßventil und Ventilsitz einzustellen und insbesondere Montagetoleranzen auszugleichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Stellstift eine vorzugsweise durch zumindest eine Einstellmutter gebildete Einstelleinrichtung zur Einstellung der effektiven Länge des Stellstiftes aufweist. Dadurch kann ein für die Motorbremsleistung optimaler Resthub von beispielsweise 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm eingestellt werden.

Durch das leichte Offenhalten der Auslaßventile im oberen Totpunkt der Zündung muß der Kolben das Gas durch den verbleibenden Spalt gegen den durch die Auspuffklappen erzeugten Gegendruck in das Auslaßsystem schieben. Gegenüber Motorbremssystemen mit lediglich einer Auspuffstauklappe kann die Bremsleistung um mindestens 10% bis 15% erhöht werden. 4 AT 003 390 Ul

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen schematisch Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit der erfmdungsgemäßen Begrenzungseinrichtung in einer Ausführungsvariante gemäß der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen Zylinderkopf, Fig. 3 die erfindungsgemäße Begrenzungseinrichtung in einer Ausführungsvariante im Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 3a ein Detail dieser Begrenzungseinrichtung im Schnitt gemäß der Linie Illa-IIIa in Fig. 3, Fig. 4 ein weiteres Detail dieser Begrenzungseinrichtung im Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine erfindungsgemäße Begrenzungseinrichtung in einer zweiten Ausfuhrungsvariante in einer Ansicht analog zu Fig. 3.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Zylinderkopf 1 weist eine Ventilbetätigungseinrichtung 2 auf, welche mehrere auf einer Kipphebelachse 3 gelagerte, als Kipphebel ausgebildete Ventilhebel 4 beinhaltet. Jeder Ventilhebel 4 wird über eine Stößelstange 5 von einer nicht weiter dargestellten Nockenwelle betätigt. Die Ventilhebel 4 wirken jeweils über eine Ventilbrücke 6 entgegen der Federkraft der Ventilfedem 7 auf zwei Auslaßventile 8 ein.

Im Bereich der stößelseitigen Hebelarme 4a der Ventilhebel 4 ist eine Begrenzungseinrichtung 10 vorgesehen, welche eine Stellstange 11 und pro Ventilhebel 4 einen Stellstift 12 aufweist. Die Stellstange 11 ist im Ventilhebellagerbock 9 beweglich gelagert, wobei pro Ventilhebel 4 ein Stellstift 12 etwa quer zur Stellstange 11 in einer Bohrung 13 des Ventilhebellagerbockes 9 längsverschiebbar geführt sind und die dem Ventilhebel 4 abgewandte Stirnseite 12a des Stellstiftes 12 an der Stellstange 11 aufliegt. Im Bereich des kipphebelseitigen Endes 12b des Stellstiftes 12 ist eine Einstelleinrichtung 14 vorgesehen, welche aus einer Einstellmutter 15 und einer Kontermutter 16 besteht. Die Stellstange 11 weist im Kontaktbereich mit der Stirnseite 12a des Stellstiftes 12 eine durch einen Vorsprung oder eine Vertiefung gebildete Angriffsfläche 17 auf, welche keil- oder rampenartig geformt ist, so daß bei Verschiebung bzw. Verdrehung der Stellstange 11 der Stellstift 12 gehoben oder gesenkt wird und der Ventilhebel 4 im Sinne der Betätigung der Auslaßventile 8 verdreht wird.

Die Aktivierung der Motorbremse erfolgt durch Betätigung der Stellstange 11 in dem Sinne, daß der Stellstift 12 gehoben wird. Dadurch wird der Ventilhebel 4 gehindert, in die der Schließposition des Auslaßventiles 8 entsprechende Ruheposition zurückzugehen. Je nach eingestelltem Ventilspiel bleiben dann die Auslaßventile 8 einige zehntel Millimeter geöffnet. Der Resthub muß mit dem verbleibenden minimalen Abstand zum Kolben bzw. zu Kolbentaschen im oberen Totpunkt der Ventilüberschneidung abgestimmt werden, um Berührung zwischen Kolben und Auslaßventilen zu vermeiden.

Bei der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausfuhrungsvariante ist die Stellstange 11 verdrehbar im Ventilhebellagerbock 9 gelagert. Die durch eine als Vertiefung mit Nockenprofil ausgebildete Angriffsfläche 17, welche am deutlichsten aus Fig.3a hervorgeht, bewegt bei Verdrehung der Stellstange 11 von einer Ruhestellung in eine Sperrsteilung den Stellstift 12 nach oben 5 AT 003 390 Ul und hindert den sich in der Öffnungsstellung des Auslaßventiles 8 sich befindenden Ventilhebel 4 daran, wieder in seine der Schließposition des Auslaßventiles 8 enstprechende Ruheposition zurückzugehen. Das Auslaßventil 8 bleibt damit einen geringfügigen Restspalt von wenigen zehntel Millimetern geöffnet. Bei Deaktivierung der Motorbremse wird die Stellstange 11 wieder in seine Ruhestellung zurückgedreht. Die Betätigung der Stellstange 11 erfolgt über den Betätigungshebel 18.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Stellstange 11 verschiebbar im Ventilhebellagerbock 9 gelagert ist. Die Angriffsfläche 17 der Stellstange ist dabei pro Stellstift 12 als keil- oder rampenartige Vertiefung - beispielsweise eine Längsnut -ausgebildet. Bei Aktivierung der Motorbremse wird die Stellstange 11 aus einer Ruhestellung in eine Sperrsteilung verschoben, wodurch der Stellstift 12 geringfügig gehoben wird. Der Ventilhebel 4 wird somit gehindert, wieder in seine der Schließstellung des Auslaßventiles 8 entsprechenden Ruhestellung zurückzugehen. Das Auslaßventil 8 bleibt - analog zur ersten Ausführungsvariante - einen Restspalt geöffnet. Die Betätigung der Stellstange 11 erfolgt hier durch einen Betätigungskolben 19, welcher axial auf die Stellstange 11 einwirkt. Die Rückstellung der Stellstange 11 in die Ruhestellung erfolgt durch eine Rückstellfeder 20.

Sowohl der Betätigungshebel 18, als auch der Betätigungkolben 19 können durch eine mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkende Verstelleinrichtung betätigt werden. Die Art der Verstelleinrichtung wird sich im Einzelfall nach der jeweils verfügbaren Kraftquelle richten. Die in Fig.5 angedeutete hydraulische Verstelleinrichtung 21 mit einem schmierölbetätigten 3/2-Weg-Ventil 22 ist somit nur als eines von zahlreichen Möglichkeiten der Kraftaufbringung auf die Stellstange 11 anzusehen.

Beide beschriebenen Ausführungsvarianten sind auch für Einzelzylinderköpfe anwendbar, wobei im Falle einer verschiebbaren Stellstange 11 diese pro Einzelzylinderkopf geteilt ausgeführt sein kann. In diesem Fall betätigt ein Stellstangenteil jeweils den benachbarten Stellstangenteil. 6

Claims (10)

1. AT 003 390 Ul ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Motorbremse, mit zumindest einem Auslaßventil (8) pro Zylinder, mit einer Stauklappe im Auspufftrakt und mit einer Begrenzungseinrichtung (10) zur Begrenzung der Auslaßventilschließbewegung während des Motorbremsbetriebes, wobei die Begrenzungseinrichtung (10) einen zwischen einer Sperrstellung und einer Ruhestellung verschiebbaren Begrenzungsteil aufweist, welcher in der Sperrstellung, vorzugsweise über einen Zwischenteil, in Richtung des Öfifhungshubes des Auslaßventiles (8) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsteil ein im Sinne der Bewegung des Auslaßventiles (8) in einer Bohrung (13) eines Gehäuses verschiebbarer Stellstift (12) ist, und daß die Verschiebebewegung des Stellstiftes (12) über eine auf eine Stirnseite (12a) des Stellstiftes (12) einwirkende, quer zum Stellstift (12) im Gehäuse beweglich angeordnete Stellstange (11) erfolgt, welche im Kontaktbereich eine zumindest abschnittsweise keil- bzw. rampenartig geformte Angriffsfläche (17) aufweist.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (11) verschiebbar im Gehäuse gelagert ist.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellstange (11) drehbar im Gehäuse gelagert ist
4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsfläche (17) durch einen Vorsprung oder eine Vertiefung der Oberfläche der Stellstange (11) gebildet ist.
5. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsfläche (17) ein Nockenprofil aufweist.
6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil ein Ventilhebel (4), vorzugsweise ein Kipphebel, ist.
7. 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Ruheposition auf die Stellstange (11) eine Rückstellfeder (20) einwirkt.
8. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (10) einen Betätigungshebel (18) oder einen Betätigungskolben (19) aufweist, welcher auf die Stellstange (11) in Richtung der Sperrposition einwirkt.
9. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (18) oder der Betätigungskolben (19) hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mechanisch betätigbar ist.
10. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellstift (12) eine vorzugsweise durch zumindest eine Einstellmutter (15) gebildete 7 AT 003 390 Ul Einstelleinrichtung (14) zur Einstellung der effektiven Länge des Stellstiftes (12) aufweist. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 10, mit mindestens einem durch einen Ventilhebellagerbock (9) abgestützten Ventilhebel (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch den Ventilhebellagerbock (9) gebildet ist. 8