DE102007045643A1

DE102007045643A1 - Motorbremsverfahren

Info

Publication number: DE102007045643A1
Application number: DE102007045643A
Authority: DE
Inventors: Andre F Casal Kulzer; Martin Rauscher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-02
Also published as: JP2009079591A; US20090078233A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels der Brennkraftmaschine, bei dem ein Bremsmoment in einen Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet wird, indem in mindestens einem Zylinder (2) der Brennkraftmaschine während eines Verdichtungstaktes Gas verdichtet wird und das verdichtete Gas am Ende des Verdichtungstaktes durch mindestens ein geöffnetes Auslassventil (12) aus dem Zylinder (2) abgeführt wird. Es ist vorgesehen, dass das Auslassventil (12) vor oder während des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß und am Ende des Verdichtungstaktes weit geöffnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Das Abbremsen eines Kraftfahrzeugs unter Ausnutzung der Bremswirkung der Brennkraftmaschine zwecks Entlastung der Fahrzeugbremsen wird allgemein als Motorbremse bezeichnet. Bei einer für 2-Takt- und 4-Takt-Motoren mit Ventilsteuerung geeigneten Art der Motorbremse, die auch als Jacobs Motorbremse (Jake Brake) bezeichnet wird, werden die Auslassventile der Zylinder mit Hilfe der Ventilsteuerung am Ende des Verdichtungstaktes kurz vor dem oberen Totpunkt der Kolben geöffnet. Durch das Öffnen der Auslassventile wird der Druck in den Zylindern abgebaut, so dass nach dem während des Verdichtungstaktes in die Kurbelwelle eingeleiteten negativen Drehmoment (Bremsmoment) beim nachfolgenden Arbeitstakt von den Kolben kein positives Drehmoment (Antriebsmoment) auf die Kurbelwelle aufgebracht werden kann. Dadurch übt die Brennkraftmaschine über den Antriebsstrang eine Bremswirkung auf die Antriebsräder des Fahrzeugs aus, so dass das Fahrzeug abgebremst wird.
Jedoch werden bei dieser Art von Motorbremse große Kräfte benötigt, um die Auslassventile der Zylinder mittels des Ventiltriebs von ihrem Ventilsitz abzuheben und entgegen den im Zylinder herrschenden Drücken zu öffnen. Wenn diesen Kräften bei der Auslegung des Ventiltriebs Rechnung getragen wird, erhöht sich der Leistungsbedarf des Ventiltriebs, beispielsweise bei elektrohydraulischen Ventiltrieben der hydraulische Leistungsbedarf, in sämtlichen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, was wiederum eine Steigerung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hat.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Motorbremsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass durch Reduzierung der während der Motorbremsung zum Öffnen der Ventile benötigten Kräfte der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringert bzw. der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Auslassventil vor oder während des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß und am Ende des Verdichtungstaktes weit geöffnet wird.
Wenn das Auslassventil während des Verdichtungstaktes bereits um ein geringes Maß geöffnet und damit leicht vom Ventilsitz abgehoben ist, werden zum vollständigen Öffnen des Ventils erheblich kleinere Kräfte benötigt als in dem Fall, wo eingeschlossenes Ventilgeöffnet werden muss. Dadurch kann nicht nur der Energiebedarf des Ventiltriebs bei der Motorbremsung verringert werden, sondern der Ventiltrieb kann auch für geringere maximale Öffnungskräfte ausgelegt werden, womit in anderen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine die für die Ventilsteuerung benötigte Leistung und damit auch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs verringert werden kann.
Um einerseits die zum Öffnen des Ventils benötigte Kraft zu minimieren, andererseits jedoch eine merkliche Abnahme des maximalen Bremsmoments augrund des geringfügig geöffneten Ventils zu vermeiden, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Auslassventil vor oder während des Verdichtungstaktes um weniger als 1,0 mm, vorzugsweise um weniger als 0,5 mm und am besten um weniger als 0,25 mm geöffnet wird. Vorzugsweise wird das Auslassventil bereits zu Beginn des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß geöffnet, wenn die zum Abheben des Ventils vom Ventilsitz benötigte Kraft noch sehr gering ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das durch die Motorbremsung in den Antriebsstrang eingeleitete Bremsmoment zu steuern, indem die Menge des durch das Auslassventil abgeführten Gases vergrößert oder verkleinert wird. Dies kann erfolgen, indem die Hubhöhe des um ein geringes Maß bzw. weit geöffneten Auslassventils entsprechend vergrößert oder verkleinert wird. Alternativ dazu kann das Bremsmoment jedoch auch durch Veränderung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Ventils gesteuert werden, zum Beispiel des Schließzeitpunkts des Ventils während des Verdichtungstaktes bzw. des Öffnungszeitpunkts des Ventils während des nachfolgenden Arbeits- oder Expansionstaktes.
Bei Brennkraftmaschinen mit Mehrventiltechnik, d. h. mit mehr als einem Auslassventil pro Zylinder, werden zweckmäßig alle Auslassventile vor oder während des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß geöffnet, jedoch zumindest diejenigen Auslassventile, die am Ende des Verdichtungstaktes weit geöffnet werden. Neben den Auslassventilen können bei Bedarf gegebenenfalls auch die Einlassventile geöffnet werden, wobei in diesem Fall die beschriebene Vorgehensweise auch für die Einlassventile gilt.
Um den Ausstoß von Kraftstoffdämpfen durch das oder die geöffneten Ventile zu vermeiden, wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vor oder während des Verdichtungstaktes kein Kraftstoff in den Zylinder zugeführt, so dass als Gas im Zylinder nur Luft verdichtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1: eine Schnittansicht eines Teils eines Zylinders einer Brennkraftmaschine im Motorbremsbetrieb während des Ansaugtaktes;
2: eine Schnittansicht entsprechend 1 im Motorbremsbetrieb zu Beginn des Verdichtungstaktes;
3: eine Schnittansicht entsprechend 1 im Motorbremsbetrieb kurz vor Ende des Verdichtungstaktes;
4: eine Schnittansicht entsprechend 1 im Motorbremsbetrieb am Ende des Verdichtungstaktes.
Ausführungsform der Erfindung
Der in 1 und 2 der Zeichnung schematisch und nur teilweise dargestellte Zylinder 2 eines 4-Zylinder-Viertakt-Ottomotors mit variablem Ventiltrieb eines Kraftfahrzeugs weist einen von einem Zylinderkopf 4 und von einem Kolben 6 begrenzten Brennraum 8 auf, der über zwei Einlassventile 10 (nur eines dargestellt) mit einem Luftansaugtrakt und über zwei Auslassventile 12 (nur eines dargestellt) mit einem Abgastrakt des Motors verbunden ist. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 10 und 12 erfolgt mit Hilfe einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (nicht dargestellt) des Motors.
Im Motorbremsbetrieb wird während des Ansaugtaktes des Motors bei geöffneten Einlassventilen 10 Frischluft in den Brennraum 8 angesaugt, während sich der Kolben 6 in Richtung seines unteren Totpunkts bewegt, wie in 1 dargestellt. Nachdem die Einlassventile 10 geschlossen worden sind, werden zu Beginn des anschließenden Verdichtungstaktes die beiden Auslassventile 12 jeweils etwa um 0,5 mm aus ihrem Ventilsitz 14 abgehoben, so dass zwischen dem Ventilsitz 14 und dem benachbarten Rand der Ventilteller 16 der Auslassventile ein schmaler Luftspalt 18 vorhanden, ist wie in 2 etwas übertrieben dargestellt.
Die beiden Auslassventile 12 werden bis gegen Ende des Verdichtungstaktes in dieser Stellung gehalten, wie in 3 dargestellt, während sich der Kolben 6 in Richtung seines oberen Totpunkt bewegt und die angesaugte Luft im Inneren des Zylinders 2 verdichtet. Auf diese Weise wird im Wesentlichen während der gesamten Dauer des Verdichtungstaktes über den Kolben 6 ein Bremsmoment auf die Kurbelwelle aufgebracht.
Wenn sich der Kolben 6 am Ende des Verdichtungstaktes in der Nähe seines oberen Totpunkts befindet, werden die beiden Auslassventile 12 weit geöffnet, wie in 4 dargestellt. Dadurch wird die verdichtete Luft im Brennraum 8 schlagartig entspannt und durch die Auslassventile 12 in den Abgastrakt ausgestoßen, wie durch den Pfeil A in 4 dargestellt.
Durch das vorangehende leichte Abheben der Auslassventile 12 aus ihrem Ventilsitz 14 sinkt die Druckdifferenz auf den entgegengesetzten Seiten des Ventiltellers 16, wodurch die Kraft, die am Ende des Verdichtungstaktes benötigt wird, um die Ventile 12 entgegen dem Druck im Brennraum 8 weit zu öffnen, erheblich kleiner als bei vollständig geschlossenen Ventilen 12 ist.
Während des nachfolgenden Arbeitstaktes (nicht dargestellt) kann der Kolben 6 kein Antriebsdrehmoment auf die Kurbelwelle aufbringen, da es zum einen im oberen Totpunkt des Kolbens nicht zur einer Zündung eines zündfähigen Gemischs und somit während des Arbeitstaktes auch nicht zu einer Expansion von Verbrennungsgasen kommt und da zum anderen wegen des Ausstoßens der verdichteten Luft durch die Auslassventile 12 innerhalb des Brennraums 8 keine verdichtete Luft mehr vorhanden ist, die beim Arbeitstakt auf den Kolben 8 drücken kann. Der vom Kolben 6 beim Verdichtungstakt zu leistenden Arbeit steht daher kein Energiegewinn des Kolbens 6 gegenüber. Die Kurbelwelle wird daher insgesamt abgebremst, und damit auch der mit der Kurbelwelle gekoppelte Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs.
Das von jedem Kolben 6 des Motors in die Kurbelwelle eingeleitete Bremsmoment kann auf verschiedene Weise gesteuert werden, zum Beispiel durch die Hubhöhe bzw. durch die Öffnungszeit der Auslassventile 12 am Ende des Verdichtungstaktes, d. h. durch die Menge der verdichteten Luft, die man am Ende des Verdichtungstaktes aus dem Zylinder 2 entweichen lässt. Je größer diese Luftmenge ist, umso größer wird das Bremsmoment.
Da bei geringfügig geöffneten Auslassventilen jedoch ebenfalls verdichtete Luft durch den Spalt 18 aus dem Brennraum 8 entweicht, wie in 3 und 4 durch kleine Pfeile dargestellt, kann das Bremsmoment aber auch dadurch gesteuert werden, dass man die Menge der während des Verdichtungstaktes durch den Spalt 18 aus dem Brennraum 8 austretenden Luft verändert. Zum Beispiel kann das Bremsmoment verkleinert werden, indem die Auslassventile 12 während des Verdichtungstaktes um ein größeres Maß vom Ventilsitz abgehoben werden, d. h. zum Beispiel um 1 mm statt um 0,5 mm. Umgekehrt kann das Bremsmoment vergrößert werden, indem die Auslassventile 12 während des Verdichtungstaktes nur um ein sehr geringes Maß vom Ventilsitz abgehoben werden, d. h. zum Beispiel um 0,25 mm statt um 0,5 mm. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Zeitpunkt zu verändern, zu dem die Auslassventile 12 geringfügig bzw. weit geöffnet werden. Wenn diese Zeitpunkte früher gewählt werden, muss vom Kolben 6 während des Verdichtungstaktes weniger Pumparbeit geleistet werden, wodurch das Bremsmoment verringert wird. Spätere Öffnungszeitpunkt vergrößern entsprechend die Pumparbeit und damit das Bremsmoment.
Um zu vermeiden, dass durch die geöffneten Auslassventile 12 des Zylinders 2 Kraftstoff in die Umgebung emittiert wird, wird die Kraftstoffzufuhr in den Zylinder 2 während der Motorbremsung abgestellt, so dass vom Kolben 6 nur Luft verdichtet wird.

Claims

Verfahren zum Bremsen eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels der Brennkraftmaschine, bei dem ein Bremsmoment in einen Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet wird, indem in mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine während eines Verdichtungstaktes Gas verdichtet wird und das verdichtete Gas am Ende des Verdichtungstaktes durch mindestens ein geöffnetes Auslassventil aus dem Zylinder abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (12) vor oder während des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß und am Ende des Verdichtungstaktes weit geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (12) vor oder während des Verdichtungstaktes um weniger als 1,0 mm geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (12) vor oder während des Verdichtungstaktes um weniger als 0,5 mm geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (12) vor oder während des Verdichtungstaktes um weniger als 0,25 mm geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Verdichtungstaktes kein Kraftstoff in den Zylinder (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (12) zu Beginn des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Antriebsstrang eingeleitete Bremsmoment durch Veränderung der Hubhöhe des Auslassventils (12) während des Verdichtungstaktes bzw. am Ende des Verdichtungstaktes gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Antriebsstrang eingeleitete Bremsmoment durch Veränderung des Zeitpunkts gesteuert wird, zu dem das Auslassventil (12) um ein geringes Maß und/oder weit geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Antriebsstrang eingeleitete Bremsmoment durch Veränderung des Zeitpunkts gesteuert wird, zu dem das geöffnete Auslassventil (12) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Auslassventile (12) des Zylinders (2) vor oder während des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß und am Ende des Verdichtungstaktes weit geöffnet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem mindestens einen Auslassventil (12) auch mindestens ein Einlassventil (10) des Zylinders (2) vor oder während des Verdichtungstaktes um ein geringes Maß und am Ende des Verdichtungstaktes weit geöffnet wird.