AT510528A1

AT510528A1 - Viertakt-brennkraftmaschine mit einer motorbremse

Info

Publication number: AT510528A1
Application number: AT15822010A
Authority: AT
Inventors: Gyula Dipl Ing Toth; Michael Ing Groeger
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-04-15
Also published as: EP2619422B1; AT510528B1; WO2012038190A1; EP2619422A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse (4), mit zumindest einem über einen Nocken (21) einer Nockenwelle (2) und zumindest eine erste Ventilhebelanordnung (5) betätigten Auslassventil (1) pro Zylinder, wobei die erste Ventilhebelanordnung (5) einen nockenseitigen ersten Hebelarm (8) und einen auslassventilseitigen zweiten Hebelarm (9) aufweist, mit einer Einrichtung zur Vorverstellung der Auslasssteuerung (1). Um auf möglichst einfache Weise und mit geringem Bauraum eine Motorbremse mit verdoppelten Bremsphasen zu realisieren, ist vorgesehen, dass die erste Ventilhebelanordnung (5) ein Schaltorgan (10) zum Verstellen des nockenseitigen ersten Hebelarmes (8) zwischen einer Arbeitsstellung (A) und einer Bremsstellung (B) aufweist und dass am ersten Hebelarm (8) der ersten Ventilhebelanordnung (5) eine nockenbetätigte zweite Ventilhebelanordnung (6) angreift.

Description

56071

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse, mit zumindest einem über einen Nocken einer Nockenwelle und zumindest eine erste Ventilhebelanordnung betätigten Auslassventil pro Zylinder, wobei die erste Ventilhebelanordnung einen nockenseitigen ersten Hebelarm und einen auslassventilseitigen zweiten Hebelarm aufweist, mit einer Einrichtung zur Vorverstellung der Auslasssteuerung.

Es ist bekannt, bei einer Brennkraftmaschine zusätzlich zu den Auslassventilen ein eigenes Motorbremsventil anzuordnen, welches während der Motorbremsung getaktet oder ständig geöffnet wird. Derartige Motorbremsventile werden üblicherweise hydraulisch oder pneumatisch betätigt und sind beispielsweise aus der DE 44 23 657 C2, der DE 38 39 452 C2, der DE 38 39 450 C2, der AT 004.387 Ul oder der AT 003.600 Ul bekannt. Aus der DE 41 25 831 Al ist weiters eine Motorbremseinrichtung bekannt, deren Motorbremsventil elektrisch betätigbar ist.

Bekannte Betätigungseinrichtungen für Motorbremsventile erfordern allerdings einen relativ hohen Bauaufwand und benötigen vergleichsweise viel Platz im Zylinderkopf, welcher in vielen Fällen nur schwer bereitgestellt werden kann. Um den Zylinderdruck abzulassen, ist meist ein zusätzlicher Behälter sowie ein Hochdruckölsystem mit Hochdruckpumpe und elektrohydraulischen Ventilen für jeden Zylinder erforderlich. Zudem weisen bekannte Motorbremseinrichtung eine hohe Zahl an Einzelteilen auf, welche die Störungsanfälligkeit erhöhen und sich nachteilig auf den Fertigungsaufwand auswirken.

Die DE 39 36 808 Al beschreibt eine auslassnockengesteuerte Motorbremse für Viertakt-Brennkraftmaschinen, bei der die Auslasssteuerung um ungefähr einen Arbeitshub, also einen Kurbelwinkel von etwa 180°, für die Dauer der benötigten Bremswirkung vorverstellt wird. Dadurch ergibt sich eine Verdoppelung der Bremstakte und eine Dekompression am Ende des Verdichtungstaktes, wodurch eine höhere Dauerbremswirkung erreicht werden kann.

Die US 6,000,374 A beschreibt eine Motorbremse für eine Brennkraftmaschine, bei der pro Arbeitszyklus mehrere Bremsphasen verwirklicht werden können. Dabei ist neben Ein- und Auslasskipphebel ein zusätzlicher Bremskipphebel pro Zylinder vorgesehen, der - angetrieben von einem Bremsnocken - ein Auslassventil betätigt. Alle Kipphebeln verfügen dabei über ein Hydroelement an ihrem ventilseitigen Ende. Über Solenoide kann beeinflusst werden, welche Hydroele-mente mit Drucköl beaufschlagt werden und welche nicht. Dadurch wird erreicht, dass im normalen Arbeitsbetrieb der Bremskipphebel nur leer läuft und das Aus- - 2 - « » · lassventii über den Bremskipphebel nicht betätigt wird, weil sein Hydroelement ohne Ölversorgung die Kraft nicht übertragen kann. Die Ein- und Auslasskipphebel arbeiten im Arbeitsbetrieb, solange ihre Hydroelemente mit Öl befüllt sind. Im Bremsbetrieb werden die Hydroelemente der Auslasskipphebel deaktiviert und die Hydroelemente der Bremskipphebel aktiviert. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Ventilbewegungen hydraulisch zu manipulieren, um eine Bremsleis-tungsregeiung und eine Anpassung zu jeder Drehzahl zu gewährleisten. Nachteilig ist, dass ein hoher Regelungsaufwand erforderlich ist und dass durch die zusätzlichen Bremshebel relativ viel Bauraum benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine auf möglichst einfache und platzsparende Weise verdoppelte Bremsphasen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die erste Ventilhebelanordnung ein Schaltorgan zum Verstellen des nockenseitigen ersten Hebelarmes zwischen einer Arbeitsstellung und einer Bremsstellung aufweist und dass am ersten Hebelarm der ersten Ventilhebelanordnung eine nockenbetätigte zweite Ventilhebelanordnung angreift, wobei vorzugsweise die zweite Ventilhebelanordnung einen Arbeitshebel und einen Bremshebel aufweist, wobei Arbeitshebel und Bremshebel vorzugsweise um die gleiche Achse schwenkbar gelagert sind und wobei der Arbeitshebel nur in der Arbeitsstellung und der Bremshebel nur in der Bremsstellung auf den ersten Hebelarm der ersten Ventithebelanordnung einwirkt.

Verdoppelte Bremsphasen können dadurch ermöglicht werden, dass der Bremshebel um einen Winkel von etwa 90° phasenversetzt vor dem Arbeitshebei durch die Nockenwelle betätigbar ist.

Prinzipiell können Arbeits- und Bremshebel von verschiedenen Nocken betätigt werden. Um Bauraum zu sparen, ist es aber besonders vorteilhaft, wenn der Arbeits- und der Bremshebel vom selben Nocken der Nockenwelle betätigbar sind. Um zu gewährleisten, dass sowohl der Arbeitshebel, als auch der Bremshebel in ständigem Kontakt mit der Nockenwelle stehen, kann vorgesehen sein, dass der Arbeitshebel und der Bremshebel durch vorzugsweise eine Feder gegen die Nockenwelle gedrückt sind, wobei vorzugsweise die Feder einerseits am Arbeitshebel und andererseits am Bremshebel abgestützt ist.

Eine besonders einfache Betätigung wird ermöglicht, wenn der erste Hebelarm ein vom Schaltorgan verstellbares Hebelelement aufweist, wobei vorzugsweise das Schaltorgan durch einen hydraulisch betätigbaren Aktuator gebildet ist.

Zum Umschalten zwischen normalem Arbeitsbetrieb und Bremsbetrieb sind nur relativ geringe Kräfte erforderlich, wenn der Nocken zumindest einen vom Grundkreis beidseits flankierten Entlastungsabschnitt aufweist, welcher einen geringeren Abstand von der Drehachse der Nockenwelle aufweist, als der Grundkreis, wobei vorzugsweise der Entlastungsabschnitt diametral zu einem Hubabschnitt des Nockens angeordnet ist.

Das Umschalten des Schaltorgans bewirkt, dass in der Arbeitsstellung der Arbeitshebel und in der Bremsstellung der Bremshebel auf den ersten Hebelarm der ersten Ventilhebelanordnung einwirkt, während der jeweils andere Hebel der zweiten Ventilhebel Anordnung von der ersten Ventilhebelanordnung freigestellt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine Motorbremse einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht, Fig. 2 die Motorbremse in einer stirnseitigen Ansicht, Fig. 3 die Motorbremse in der Arbeitsstellung einer Schnittdarstellung, Fig. 4 die Motorbremse in einer Bremsstellung in einer Schnittdarstellung, Fig. 5 die Motorbremse in Arbeitsstellung bei geschlossenen Auslassventilen, Fig. 6 die Motorbremse in Arbeitsstellung bei geöffneten Auslassventilen, Fig. 7 die Motorbremse in Bremsstellung bei geschlossenen Auslassventilen, Fig. 8 die Motorbremse in Bremsstellung bei geöffneten Auslassventilen, Fig. 9 ein Ventilhubdiagramm der Brennkraftmaschine im normalen Arbeitsbetrieb, Fig. 10 ein Ventilhubdiagramm der Brennkraftmaschine im Bremsbetrieb, Fig. 11 ein weiteres Ventilhubdiagramm der Brennkraftmaschine im Bremsbetrieb und Fig. 12 einen Nocken einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer Stirnansicht.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden Auslassventile 1 der Brennkraftmaschine durch eine eine Nockenwelle 2 aufweisende Ventilbetätigungseinrichtung 3 betätigt. Die Ventilbetätigungseinrichtung 3 weist eine Motorbremse 4 mit einer ersten Ventilhebeianordnung 5 und einer zweiten Ventilhebelanordnung 6 auf. Die erste Ventilhebelanordnung 5 ist im Wesentlichen als um eine erste Achse 7 schwenkbarer Kipphebel mit einem nockenseitigen ersten Hebelarm 8 und einem auslassventilseitigen zweiten Hebelarm 9 ausgebildet. Der erste Hebelarm 8 kann dabei über ein als hydraulischer Aktuator 11 ausgebildetes Schaltorgan 10 mit einem zwischen einer normalen Arbeitsstellung A und einer Bremsstellung B verstellt werden. Um dies zu ermöglichen, weist die erste Ventilhebelanordnung 5 ein Hebelelement 12 auf, welches um eine fest mit der ersten Ventilhebelanordnung 5 verbundene Achse 13 zwischen den Arbeitsstellung A und der Bremsstellung B schwenkbar gelagert ist, wobei das Hebelelement 12 durch eine Feder 14 in Richtung der Arbeitsstellung A vorgespannt ist. Der zweite Hebelarm 9 wirkt auf eine Ventilbrücke 15 zur Betätigung zweier Auslassventile 1 pro Zylinder ein.

Die zweite Ventilhebelanordnung 6 besteht aus einem Arbeitshebel 16 und einem Bremshebel 17, welche um eine gemeinsame Achse 22 schwenkbar gelagert sind. Durch eine Feder 18 werden beide Hebel 16, 17 über Rollen 19, 20 an einen gemeinsamen Nocken 21 einer Nockenwelle 2 gepresst. Der Arbeitshebel 16 und der Bremshebel 17 sind bezüglich der ersten Ventilhebelanordnung 5 so angeordnet, dass in der Arbeitsstellung A der Arbeitshebel 16, und in der Bremsstellung B der Bremshebel 17 auf das Hebelelement 12 der ersten Ventilhebelanordnung 5 einwirkt. Der Bremshebel 17 ist hinsichtlich des Arbeitshebels 16 so angeordnet, dass - in Drehrichtung der Nockenwelle 2 betrachtet - der Kontaktpunkt 17a des Bremshebels 17 mit dem Nocken 21 um einen Winkel cc von etwa 90° vor dem Kontaktpunkt 16a des Arbeitshebels 16 mit dem Nocken 21 liegt. Dadurch ergibt sich, dass die Auslassventile 1 in der Bremsstellung B um einen Kurbelwinkel von etwa 180°, also um einen Arbeitstakt, vorverstellt werden können.

Fig. 3 zeigt die Motorbremse 4 in einer Arbeitsstellung A, wobei die Brennkraftmaschine normal betrieben wird. In dieser Arbeitsstellung A wird das Hebelelement 12 durch die Feder 14 in seiner oberen Lage gehalten, der Aktuator 11 ist deaktiviert, also drucklos geschalten. Die Nockenwelle 2 mit dem Nocken 21 wird gemäß dem Pfeil 23 angetrieben, wobei der Flubabschnitt 21a des Nockens 21 zuerst den Bremshebel 17 und danach den Arbeitshebel 16 anhebt, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. In dieser Arbeitsstellung A ist der Bremshebel 17 von der ersten Ventilhebelanordnung 5 freigestellt, weshalb die Betätigung des Bremshebels 17 keine Auswirkung auf die Hubbewegung der Auslassventile 1 hat. Dagegen bewirkt das Auslenken des Arbeitshebels 16 durch den Hubabschnitt 21a des Nockens 21, dass die Auslassventile 1 geöffnet werden, indem der Arbeitshebel 16 die Bewegung über das Hebelelement 12 des ersten Hebelarmes 8 und den zweiten Hebelarm 9 auf die Ventilbrücke 15 und die Auslassventile 1 überträgt (Fig. 6).

Fig. 4 zeigt die Motorbremse 4 in ihrer Bremsstellung B, wobei der Zylinderraum 11a des Aktuators 11 mit Steuerdruck beaufschlagt ist und das Hebelelement 12 in seine in Fig. 4 dargestellte Bremsstellung B bewegt. In dieser Bremsstellung B ist der Arbeitshebel 16 der zweiten Ventilhebelanordnung 6 gegenüber der ersten Ventilhebelanordnung 5 freigestellt, dagegen wirkt der Bremshebel 17 direkt auf das Hebelelement 12 ein. Dies ermöglicht es, die Auslassventile 1 um etwa 180° Kurbelwinkel KW vorzuverstellen, wodurch diese bereits während der Abwärtsbewegung des Kolbens geöffnet werden. Die Auslenkung des Bremshebeis 17 wird über das Hebelelement 12 des ersten Hebelarmes 8 der ersten Ventilhebelanordnung 5 auf den zweiten Hebelarm 9 übertragen, welcher die Auslassventile 1 über die Ventilbrücke 15 öffnet, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist.

In Fig. 9 ist der Ventilhub H über dem Kurbelwinkel KW für den normalen Arbeitsbetrieb der Brennkraftmaschine aufgetragen, wobei mit I die Ventilerhe-bungskurve der Einlassventile und mit E die Ventilerhebungskurve der Auslassventile 1 bezeichnet ist, Mit ZOT ist der obere Totpunkt der Zündung, mit UT der unter Totpunkt und mit OT der obere Totpunkt des Gaswechsels bezeichnet. Die vier Takte der Brennkraftmaschine - Expansion, Ausschub, Ansaugung, Kompression - sind mit dem Bezugszeichen TI, T2, T3 und T4 angedeutet.

Fig, 10 zeigt ein Diagramm, in welchem der Ventilhub H für den Bremsbetrieb über dem Kurbelwinkel KW aufgetragen ist. Wie deutlich ersichtlich ist, ist die Ventilöffnung der Auslassventile 1 um einen Arbeitstakt gegenüber dem Arbeitsbetrieb vorverstellt, wodurch nun die Auslassventile 1 bei abwärtsbewegenden Kolben geöffnet sind. Um eine mechanische Überlastung des gesamten Ventiltriebes zu vermeiden, ist eine Drosselung in der Ausschubphase erforderlich. Während des Motorbremsbetriebes erfolgen während eines Zyklus folgende Schritte:

In der mit Bl bezeichneten Phase wird Restgas in den Abgaskrümmer entleert. Danach erfolgt in B2 eine freie Ansaugung aus dem Abgaskrümmer. In B3 wird das Gas aus dem Zylinderraum unter Drosselung ausgeschoben. In Phase B4 wird Restgas in das Einlassplenum entleert. Danach erfolgt in B5 eine freie Ansaugung aus dem Einlassplenum. Schließlich wird in B6 das Gas innerhalb des Zylinderraumes in B6 ausgeschoben. Die eigentliche Bremswirkung tritt in den Phasen B3 und B6 ein. Mit BE ist eine mechanische Entlastungsphase für eine freie Verstellung bezeichnet. Diese mechanische Entlastungsphase BE wird durch einen Entlastungsabschnitt 21c des Nockens 21 definiert, welcher einen geringeren Abstand von der Drehachse 2a der Nockenwelle 2 aufweist, als der Grundkreis 21b des Nockens 21. Der Entlastungsabschnitt 21c befindet sich diametral zum Hubabschnitt 21a am Nocken 21 und wird von zwei Grundkreisabschnitten 21b flankiert. Durch den Entlastungsabschnitt 21c wird gewährleistet, dass die Betätigung der Motorbremse 4 mit minimalem Kraftaufwand erfolgen kann.

Die Regulierung der Bremsleistung kann entweder über eine Verstellung einer Auspuffklappe im Abgasrohr oder über eine Verstellung des Auslass-Ventälhubes E während des Bremsbetriebs B erfolgen. In letzterem Fall ist eine zentrale Hubverstellung für alle Zylindereinheiten dadurch möglich, dass die in den Zylinder-raum 11a des Aktuators 11 zugeführte Steuerölmenge dosiert wird. Der Zylinderraum lla wird jeweils durch einen zentralen Ölkanal 24 in der Achse 7 der ersten Ventilhebelanordnung 5 gespeist. Auf diese Weise kann die Hubbewegung des Auslassventils 1 während des Bremsbetriebes B in beliebigen Zwischenstellungen El, E2, E3, E4, E5 verstellt werden, wie aus Fig. 11 hervorgeht.

Claims

- 6 - - 6 - * · • * < PATENTANSPRÜCHE 1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse (4), mit zumindest einem über einen Nocken (21) einer Nockenwelle (2) und zumindest eine erste Ventilhebelanordnung (5) betätigten Auslassventil (1) pro Zylinder, wobei die erste Ventilhebelanordnung (5) einen nockenseitigen ersten Hebelarm (8) und einen auslassventilseitigen zweiten Hebelarm (9) aufweist, mit einer Einrichtung zur Vorverstellung der Auslasssteuerung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventilhebelanordnung (5) ein Schaltorgan (10) zum Verstellen des nockenseitigen ersten Hebelarmes (8) zwischen einer Arbeitsstellung (A) und einer Bremsstellung (B) aufweist und dass am ersten Hebelarm (8) der ersten Ventilhebelanordnung (5) eine nockenbetätigte zweite Ventilhebelanordnung (6) angreift.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventilhebelanordnung (6) einen Arbeitshebel (16) und einen Brems-hebel (17) aufweist, wobei Arbeitshebel (16) und Bremshebel (17) vorzugsweise um die gleiche Achse (22) schwenkbar gelagert sind und wobei der Arbeitshebel (16) nur in der Arbeitsstellung (A) und der Bremshebel (17) nur in der Bremsstellung (B) auf den ersten Hebelarm (8) der ersten Ventilhebelanordnung (5) einwirkt,
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremshebel (17) um einen Winkel (a) von etwa 90° phasenversetzt vor dem Arbeitshebel (16) durch die Nockenwelle (2) betätigbar ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeits- und der Bremshebel (16, 17) vom selben Nocken (21) der Nockenwelle (2) betätigbar sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitshebel (16) und der Bremshebel (17) durch vorzugsweise eine Feder (18) gegen die Nockenwelle (2) gedrückt sind, wobei vorzugsweise die Feder (18) einerseits am Arbeitshebel (16) und andererseits am Bremshebel (17) abgestützt ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (8) ein vom Schaltorgan (10) verstellbares Hebelelement (12) aufweist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltorgan (10) durch einen hydraulisch betätigbaren Aktuator (11) gebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (21) zumindest einen vom Grundkreis (21b) beidseits flankierten Entlastungsabschnitt (21c) aufweist, welcher einen geringeren Abstand von der Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) aufweist, als der Grundkreis (21b), wobei vorzugsweise der Entlastungsabschnitt (21c) diametral zu einem Hubabschnitt (21a) des Nockens (21) angeordnet ist. 2010 09 23 Fu/Pa