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Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit einer Motor- bremseinrichtung mit Ein- und Auslassventilen und zumindest einem zusätzlichen Bremsventil für jeden Zylinder, wobei die Auslassventile in ein Abgassystem münden.
In Fahrzeugmotoren, insbesondere Nutzfahrzeugmotoren, integrierte Brems- system erlangen zunehmend an Bedeutung, da es sich bei diesen Systemen um kostengünstige und platzsparende Zusatzbremssysteme handelt. Die Steigerung der spezifischen Leistung moderner Nutzfahrzeugmotoren bedingt allerdings auch die Anhebung der zu erreichenden Bremsleistung.
Eine Motorbremse der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 34 28 626 A bekannt. Darin wird eine Viertaktbrennkraftmaschine beschrie- ben, welche zwei Zylindergruppen mit jeweils vier Zylindern umfasst. Jeder Zylinder weist Ladungswechselventile sowie ein Zusatzauslassventil auf, wobei im Bremsbetrieb die Zusatzauslassventile während des gesamten Bremsvorgan- ges geöffnet sind. Weiters ist im gemeinsamen Auslasskanal der beiden Zylin- dergruppen eine auf einer Welle drehfest gelagerte Drosselklappe angeordnet, deren Stellung über eine Steuerstange durch eine Betätigungseinrichtung beein- flussbar ist. Nachteilig bei diesem bekannten System ist die Abhängigkeit von der Drehzahl, insbesondere eine relativ niedrige Bremsleistung im unteren Drehzahl- bereich.
Weiters zeigt die DE 25 02 650 A eine ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraft- maschine, bei welcher während des Bremsvorganges verdichtete Luft über ein Druckluftventil in einen Speicherkessel gefördert und beim Anfahren über das gleiche Druckluftventil zur Arbeitsleistung zurückgeleitet wird.
Aus der EP 0 898 059 A ist in diesem Zusammenhang eine Dekompressions- ventil-Motorbremse bekannt, mit welcher ein Drucklufterzeuger für alle Betriebs- zustände der Brennkraftmaschine realisierbar ist. Dabei wird ein Druckluftbehäl- ter eines Druckluftsystems über eine Bypassleitung mit komprimiertem Gas aus dem Brennraum der Zylinder befüllt. Es können ein oder mehrere Zylinder zur Belieferung des Druckluftsystems verwendet werden.
Aus der EP 0 828 061 A ist eine Motorbremse bekannt, bei welcher ein Gasaus- tausch zwischen den einzelnen Zylindern über das gemeinsame Abgassammel- rohr ermöglicht wird. Der Gasaustausch erfolgt über die Auslassventile der
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Sechszylinder-Brennkraftmaschine. Nachteilig bei dieser Motorbremse ist u. A. der relativ geringe erzielbare Bremsdruck.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit Motorbremse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine möglichst hohe Bremsleistung über den gesamten Drehzahlbereich des Motors zur Verfügung steht. Das System soll einfach, kostengünstig und zuverlässig sein und die Leistung des Motors im gefeuerten Betrieb möglichst nicht verringern.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine kompakte, thermodynamisch optimierte Bauform vorzuschlagen und dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, die Zusatz- bremsleistung der Motorbremseinrichtung der jeweiligen Fahrsituation anzupas- sen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein vorzugsweise rohrförmiger Druckbehälter mit einem Druckregelventil vorgesehen ist, in wel- chen von den Bremsventilen ausgehende Bremskanäle münden, so dass bei Betätigung der Bremsventile ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern möglich ist. Von besonderem Vorteil dabei ist es, wenn das Druckregelventil in Abhängigkeit von der Stellung eines Bremsschalters oder Bremspedals mit Steu- ersignalen beaufschlagbar ist.
Wichtiger Bestandteil der erfindungsgemässen Motorbremseinrichtung ist das sogenannte "Brems-Rail", ein vorzugsweise rohrförmiger Druckbehälter, der im Bremsbetrieb einen Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern ermöglicht.
Die Zusatzbremsleistung der Motorbremse ist beispielsweise über mehrere Ras- terstellungen eines Bremsschalters oder Bremspedals in der Fahrzeugkabine an die jeweiligen Betriebsparameter anzupassen.
Der Druckbehälter kann direkt in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integrierbar sein oder auch als aussenliegendes Druckrohr ähnlich einem Einlass- oder Auslassbehälter ausgeführt sein.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Druckbehäl- ter eine Einrichtung zur Kühlung der zwischen einzelnen Zylindern ausgetausch- ten Gasmengen aufweist, welche vorzugsweise in den Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine integriert ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Kühleinrich- tung einen vom Kühlmittel durchströmten Kühlmantel aufweist, welcher den rohrförmigen Druckbehälter umfasst. Bei einer Querspülung der Einzelzylinder-
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köpfe kann der Kühlmantel pro Zylinder jeweils einen Kühlmittelanschluss auf- weisen, wobei in diesem Fall der Kühlmantel als Kühlmitteisammler dient.
Weiters ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Kühlmantel pro Zylinder einen mit dem jeweiligen Bremskanal verbundenen Bremskanalanschluss aufweist, wobei weiters im Kühlmantel eine Druckölleitung integriert sein kann, welche pro Zylinder einen zum jeweiligen Bremsventil führenden Druckölanschluss aufweist.
Das gekühlte Brems-Rail ist somit ein kompaktes Bauteil, welches folgende Funktionalität aufweist: - Führung des Kühlmittels von den einzelnen Zylinderköpfen zurück in den
Kühlmittelkreislauf; @ Führung von Drucköl, welches von einer separaten Hydraulikpumpe bereit- gestellt wird und für die Betätigung der Bremsventile dient ;
Bewerkstelligung eines Gasaustausches zwischen den einzelnen Zylindern sowie Rückführung der Abgase über das Druckregelventil in den Abgas- kreislauf; - Verwendung als Abgaskühler.
Zur einfacheren Montage der Einzelelemente ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Kühlmittelanschluss, der Bremskanalanschluss und der Drucköl- anschluss pro Zylinder jeweils in einer gemeinsamen Flanschebene angeordnet sind.
Weiters kann die Kühleinrichtung ein thermostatisch gesteuertes Kühlmittelsteu- erelement aufweisen, welches vorzugsweise im Kühlmittelkreislauf der Brenn- kraftmaschine angeordnet ist. Damit lassen sich Vorteile für die Warmlaufphase des Motors erzielen.
Zur optimalen Übertragung der Kühlleistung des Kühlmittels auf die im Druck- behälter geführten Gase kann dieser nach innen weisende Kühlrippen aufweisen.
Die Erfindung ist nicht nur für Motoren mit Einzelzylinderköpfen geeignet, son- dern kann auch in einem durchgehenden Zylinderkopf integriert werden.
Die Betätigung der Bremsventile im Bremsbetrieb kann über einen hydrauli- schen, elektrischen oder mechanischen Antrieb bzw. eine Kombination der genannten Antriebe erfolgen. Das erfindungsgemässe Brems-Rail dient lediglich zum Aufbau des Bremsdruckes bzw. zum Gasaustausch zwischen den Zylindern,
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wobei das Volumen des Brems-Rails klein gehalten werden kann, da kein kon- ventioneller Ventilhub (wie bei Auspuffbremsen) das Druckniveau im Brems-Rail absenkt. Somit kann das neue Motorbremssystem bei wesentlich höheren Betriebsdrücken (z. B. bis zu ca. 20 bar) als bekannte Auspuff-Bremssysteme arbeiten, bei welchen die Brems- bzw. Dekompressionsventile während des Bremsbetriebes konstant geöffnet sind und direkt in den Abgasstrang geöffnet werden.
Zur Reduzierung der Wärmebelastung im Bremsbetrieb kann der Druck- behälter bzw. das Brems-Rail in das Kühlsystem des Motors integriert werden und zum Beispiel aussen vom Kühlwasser des Motors umspült werden.
Die Bremsventile der erfindungsgemässen Motorbremseinrichtung werden mehr- mals pro Arbeitszyklus des Motors getaktet betätigt, was noch näher anhand einer vorteilhaften Ausführungsvariante (siehe Fig. 2) beschrieben wird. Weiters sind die Bremsventile der erfindungsgemässen Motorbremseinrichtung speziell auf die hohen Drücke im Bremsbetrieb (bis 20 bar) ausgelegt, wobei relativ kleine Ventile mit niedrigen Ventilhüben zur Anwendung kommen können. Bei bekann- ten Auspuffbremssystemen ist hingegen der Druck im Abgasstrang alleine schon durch das Öffnen der grossen konventionellen Auslassventile und durch die beschränkte Festigkeit der Bauteile auf ca. 5 bar beschränkt.
Anders als bei herkömmlichen Systemen hängt der Druck im Brems-Rail kaum von der Motordrehzahl ab, wodurch eine wesentlich höhere Bremsleistung bei kleinen Motordrehzahlen erreicht werden kann. Aufgrund des kleinen Volumens des Brems - Rails ist weiters ein schnelleres Ansprechverhalten als bei herkömm- lichen Systemen zu erwarten, da bei letztgenannten Systemen das gesamte Abgassystem bis zur Bremsklappe mit komprimierter Luft gefüllt werden muss, bis die volle Bremsleistung erreicht wird.
Weiters ist vorgesehen, dass das vorzugsweise elektronisch gesteuerte Druck- regelventil ausgangsseitig in das Abgassystem der Brennkraftmaschine mündet.
Aufgrund der hohen Bremsleistung des erfindungsgemässen Systems kann auf eine herkömmliche Auspuff-Stauklappe verzichtet werden. Da der Abgasstrang - im Gegensatz zur bekannten Auspuff-Stauklappenbremse - nicht verschlossen wird, kann ein Teil der entstehenden Bremswärme mit dem Gasstrom über das Auspuffsystem abgeführt werden, wodurch sich die Wärmebelastung der Bauteile im Zylinder verringert. Soll allerdings die Bremsleistung der erfindungsgemässen Motorbremse weiter erhöht werden, kann im Abgassysteme eine herkömmliche
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Abgas-Stauklappe vorgesehen sein. In diesem Fall muss allerdings die dann erhöhte Wärmebelastung im Zylinder beachtet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Brenn- kraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung, Fig. 2 ein Diagramm, das den Druckverlauf im Zylinder Pz und im Druckbehälter pr der Motorbremseinrichtung darstellt, Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Erfindung nach Fig. 1 sowie die Fig.
4 bis 6 Schnittdarstellungen gemäss Linien IV - IV, V - V und VI - VI in Fig. 3.
In Fig. 1 wird die Erfindung beispielsweise anhand eines Sechszylinder-Turbola- dermotors näher erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Funktion der erfindungsgemässen Motorbremseinrichtung sowohl von Zylinderanzahl als auch vom Ladesystem unabhängig ist und beispielsweise auch bei einem Saugmotor zur Anwendung kommen kann.
Die sechs Zylinder Cl bis C6 der Brennkraftmaschine 1 stehen über nicht weiter dargestellte Einlasskanäle mit einem Einlasssammler 2 in Verbindung, welcher ausgehend vom Luftfilter 3 über den Kompressorteil C des Turboladers 4 und über den Ladeluftkühler 5 mit Ladeluft versorgt wird. Die Abgasventile der Brennkraftmaschine 1 münden in das Abgassystem 6, wobei die Abgase in her- kömmlicher Weise über den Turbinenteil T des Turboladers 4 geführt werden und über einen Schalldämpfer 7 austreten.
Die Motorbremseinrichtung 8 weist einen rohrförmigen Druckbehälter 9 (Brems- Rail) auf, in welchen von den Bremsventilen 10 ausgehende Bremskanäle 11 führen, so dass ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern Cl bis C6 auf relativ hohem Druckniveau möglich ist.
Im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine 1 werden die Bremsventile 10 mehr- mals pro Arbeitszyklus des Motors betätigt, beispielsweise zwei Bremshübe pro Arbeitszyklus, wobei der erste Bremshub nahe dem oberen Totpunkt des Hoch- drucktaktes erfolgt. Bei diesem Bremshub tritt hochverdichtete Luft aus einem der Zylinder Cl, C2, C3, C4, C5 oder C6 in das Brems-Rail 9 aus (Ventilhub Vi in Fig. 2). Dadurch wird einerseits das Brems-Rail 9 mit Druckluft gefüllt (bis ca. 20 bar Betriebsdruck), andererseits die Expansionsarbeit des Zylinders verringert, wodurch Bremsleistung entsteht. Kurz nach dem Schliessen des Einlassventils öff- net das Bremsventil 10 nochmals (Ventilhub V2 in Fig. 2), wodurch verdichtete Luft aus dem Brems-Rail 9 in den Brennraum strömt.
In Folge des zweiten
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Bremshubes steigt der Zylinderdruck zu Beginn der Kompressionsphase des Hochdrucktaktes auf das Druckniveau des Brems-Rails 9. Dies erhöht die aufzu- bringende Kompressionsarbeit und somit wiederum die Bremsleistung des Motors.
Ein beispielsweise elektronisch gesteuertes Druckregelventil 12 begrenzt den maximalen Druck im Brems-Rail 9, um Beschädigungen am Motor zu vermeiden.
Weiters erlaubt dieses Regelventil 12 dem Fahrer, beispielsweise mittels eines Bremsschalters 14 in der Fahrzeugkabine, den Druck im Brems-Rail 9 zu vermin- dern, indem Druckluft aus dem Brems-Rail 9 über eine Verbindungsleitung 13 in das Abgassystem 6 abgelassen wird und somit die Bremsleistung an die entspre- chende Fahrsituation angepasst werden kann.
Als Alternative ist strichliert eine Abgasstauklappe 15 eingezeichnet, mit welcher die erfindungsgemässe Bremseinrichtung kombiniert werden kann.
Die in den Fig. 3 bis Fig. 6 dargestellte Ausführungsvariante zeigt die Erfindung anhand einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine, wobei hier vor allem auf die Details einer kompakten Gestaltung des Brems-Rails eingegangen wird. Der Druckbehälter 9 weist eine vorzugsweise in den Kühlmittelkreislauf 16,16' der Brennkraftmaschine integrierte Einrichtung 17 zur Kühlung der zwischen den ein- zelnen Zylindern Cl bis C4 ausgetauschten Gasmengen auf. Wie mit Pfeil 16 angedeutet, gelangt das Kühlmittel von den einzelnen Zylinderköpfen über die Kühlmittelanschlüsse 19 in den Kühlmantel 18, welcher den rohrförmigen Druck- behälter 9 umfasst, und weiter, beispielsweise über einen Anschluss an der Stirnseite des Kühlmantels 18 (siehe Pfeil 16'), wieder in den Kühlmittelkreislauf zurück. Der Kühlmantel 18 erfüllt dabei die Funktion eines Kühlmittelsammlers.
In sehr kompakter Bauweise sind weiters pro Zylinder ein Bremskanalanschluss 20 und ein Druckölanschluss 21 vorgesehen, welcher mit einer im Kühlmantel 18 integrierten Druckölleitung 22 in Verbindung steht (siehe Fig. 4). Alle Anschlüsse 19,20 und 21 sind vorzugsweise pro Zylinder in einer gemeinsamen Flansch- ebene 23 des Kühlmantels 18 angeordnet, in welcher Befestigungsbohrungen 24 vorgesehen sind.
Wie insbesondere in den Schnittdarstellungen Fig. 2 bis Fig. 4 ersichtlich, weist der rohrförmige Druckbehälter 9 nach innen weisende Kühlrippen 25 auf. Weiters kann die Kühleinrichtung 17 ein thermostatisch gesteuertes Kühlmittelsteuer- element 26 aufweisen, welches bevorzugt im Kühlmittelkreislauf der Brennkraft-
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maschine angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, einen separaten Kühlmit- telkreislauf für das Brems-Rail (z. B. als Bypass zum Kühlmittelkreislauf) vorzuse- hen und dort ein Kühlmittelsteuerelement anzuordnen.
Da das erfindungsgemässe Motorbremssystem unabhängig von konventionellen Einlass- und Auslasssystemen des Motors arbeitet, ist die Funktion der Motor- bremse vom jeweiligen Ladesystem (Saugmotor/konventioneller Turbola- der/VTG) unabhängig. Die Motorleistung im gefeuerten Betrieb wird vorteil- hafterweise nicht verringert.