DE102009048143A1

DE102009048143A1 - Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung

Info

Publication number: DE102009048143A1
Application number: DE102009048143A
Authority: DE
Inventors: Florian Kraft; Thomas Leitel; Norbert Schatz
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-07
Also published as: US8161936B2; RU2010140348A; EP2305967B1; US20110079196A1; BRPI1003772B1; RU2451795C1; CN102032013B; BRPI1003772A2; CN102032013A; EP2305967A1

Abstract

Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst ein Auslassventil (3, 4) zum Abführen von Abgas aus einem Brennraum sowie eine Motorbremseinrichtung (2) mit einer hydraulischen Ventilsteuereinheit (25), mittels der das Auslassventil (3) bei betätigter Motorbremseinrichtung (2) in einer zwischengeöffneten Stellung haltbar ist. Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine (1) einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus (11) für das Auslassventil (3, 4) und einen Steuerkanal (26), der zur Ölspeisung der hydraulischen Ventilsteuereinheit (25) zwischen dieser und dem Ventilspielausgleichsmechanismus (11) ausgebildet ist und der zum Ausgleichen eines Ventilspiels des Auslassventils (3, 4) mittels eines Verschlusselements (40) verschließbar ist. Ein Gegenhalter (45) ist als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet. Der Gegenhalter (45) bildet für eine mit dem Ventilspielausgleichsmechanismus (11) zusammenwirkende Ventilbrücke (5) einen variablen Anschlag (44) aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise in der EP 1 526 257 A2 beschrieben. Bei der Motorbremseinrichtung dieser Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Mischform aus einer Motorstaubremse und einer Dekompressionsbremse, die auch als EVB (= Exhaust-Valve-Brake) bezeichnet wird. Die hydraulische Ventilsteuereinheit ist einseitig in eine zwei Auslassventile zugleich betätigende Ventilbrücke eingebaut. Die Speisung der Ventilsteuereinheit mit Öl erfolgt mittels des ohnehin vorhandenen Ölkreises der Brennkraftmaschine. Zum Ausgleich des Ventilspiels der Auslassventile sind gesonderte Einstellschrauben vorgesehen, anhand derer bei der Motormontage oder danach in regelmäßigen Serviceabständen die Ventilspieleinstellung vorgenommen wird. Dies ist aufwändig. Falls das Ventilspiel vom Montage- oder Servicepersonal versehentlich zu groß eingestellt wird, kommt es zu Klappergeräuschen zwischen dem Kipphebel und der Ventilbrücke und es besteht die Gefahr einer Beschädigung am Ventiltrieb. Zudem öffnen die Auslassventile nicht ausreichend, so dass ein vollständiger Gasaustausch nicht gewährleistet ist. Falls das Ventilspiel zu klein eingestellt wird, besteht die Gefahr, dass die Ventile im heißen Zustand nicht vollständig schließen und damit durchbrennen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die mit möglichst geringem Montage- und Serviceaufwand einen sicheren und zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst einen hydraulischen Ventilspielausgleichmechanismus für das Auslassventil, der zwischen dem Kipphebel und der Ventilbrücke angeordnet und zur Ölspeisung an den ohnehin vorhandenen Ölkreis angeschlossen ist. Die hydraulische Ventilsteuereinheit wird über den Ventilspielausgleichsmechanismus und den Steuerkanal mit Öl gespeist. Zum Ausgleichen des Ventilspiels des Auslassventils ist der Steuerkanal mittels des Verschlusselements verschließbar, so dass beim Ausgleichen des Ventilspiels die hydraulische Ventilsteuereinheit nicht mit Öl versorgt wird und sich die Ventilbrücke sowie das Auslassventil in einer definierten Stellung befinden. Die hydraulische Ventilsteuereinheit ist also von dem hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus beim Ausgleichen des Ventilspiels entkoppelt. Dadurch, dass der Gegenhalter als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, wird für die Ventilbrücke ein variabler Anschlag bereitgestellt, der sich automatisch an die Stellung des Ventilspielausgleichsmechanismus anpasst. Ein Einstellen des Anschlages bzw. des Spiels von dem Gegenhalter zu der Ventilbrücke von Hand bei der Montage oder in regelmäßigen Serviceabständen ist nicht erforderlich.
Die erfindungsgemäße Brennkrafmaschine hat also sowohl die für die Erzielung einer Motorbremskraftwirkung erforderliche Ventilsteuereinheit als auch einen Ausgleichsmechanismus, der die Ventilspieleinstellung automatisch durchführt. Eine zeit- und kostenaufwändige sowie fehleranfällige regelmäßige Einstellung von Hand erübrigt sich. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bietet also verglichen mit bisherigen mit einer Motorbremseinrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschinen die Zusatzfunktionalität der automatischen Ventilspieleinstellung, die die Montage und den Betrieb sicherer und effizienter gestaltet. Durch die automatische Ventilspieleinstellung werden insbesondere die Klappergeräusche des Auslassventils minimiert und Beschädigungen am Ventiltrieb durch ein zu klein eingestelltes Ventilspiel vermieden. Weiterhin müssen durch den automatischen Ventilspielausgleich im Betrieb der Brennkraftmaschine keine Ventilspiele überbrückt werden, so dass die Steuerzeiten des Auslassventils exakt eingehalten werden können, wodurch das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine optimiert wird.
Dadurch, dass sowohl die Ventilsteuereinheit als auch der Ventilspielausgleichsmechanismus an den ohnehin vorhandenen Ölkreis angeschlossen sind, können Brennkraftmaschinen ohne einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus mit geringem Aufwand nachgerüstet werden.
Eine Weiterbildung nach Anspruch 2 ist platzsparend und ermöglicht ein Nachrüsten von Brennkraftmaschinen ohne einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus durch einfaches Ersetzen der Ventilbrücke sowie des Gegenhalters und durch Integrieren des Ventilspielausgleichsmechanismus in die Ventilbrücke.
Ein Ventilspielausgleichsmechanismus nach Anspruch 3 hat sich in der Praxis bewährt.
Eine Ventilsteuereinheit nach Anspruch 4 hat sich in der Praxis bewährt.
Eine Weiterbildung nach Anspruch 5 gewährleistet ein sicheres Verschließen des Steuerkanals zwischen dem Ventilspielausgleichsmechanismus und der Ventilsteuereinheit. Da sich der Steuerkolben bei nicht betätigter Motorbremseinrichtung in seiner eingefahrenen Grundstellung befindet, kann der Steuerkolben den Steuerkanal verschließen und somit das Verschlusselement bilden. Hierdurch wird ohne konstruktiven Zusatzaufwand eine Entkopplung der Ventilsteuereinheit und des Ventilspielausgleichsmechanismus zum Ausgleichen des Ventilspiels erzielt, so dass sich die Ventilbrücke und das Auslassventil beim Ausgleichen des Ventilspiels in einer definierten Stellung befinden.
Ein Rückschlagventil nach Anschlag 6 verhindert ein Einfahren des ausgefahrenen Steuerkolbens, wenn die durch den Öldruck erzeugte Kraft auf den Steuerkolben hierfür nicht ausreichend ist. Das Auslassventil wird somit in der zwischengeöffneten Stellung sicher blockiert.
Ein Gegenhalter nach Anspruch 7 hat sich in der Praxis bewährt.
Ein Gegenhalterkolben nach Anspruch 8 gewährleistet einen absolut festen Anschlag für die Ventilbrücke im Motorbremsbetrieb. In der zwischengeöffneten Stellung des Auslassventils strömt Öl über den Versorgungskanal in den Gegenhalterraum, wodurch die Position des Gegenhalterkolbens und somit der Ventilbrücke fixiert wird.
Ein Entlüftungskanal nach Anspruch 9 verhindert den Einschluss von kompressibler Luft im Gegenhalterraum. Die in dem Gegenhalterraum befindliche Luft kann beim Befüllen mit Öl durch den Entlüftungskanal entweichen. Das Entweichen von Öl wird durch das Rückschlagventil verhindert. Ein Nachgeben des Gegenhalterkolbens aufgrund von eingeschlossener Luft wird somit verhindert.
Ein Überbrückungskanal nach Anspruch 10 ermöglicht ein äußerst schnelles Befüllen des Gegenhalterraums sowie des Steuerraums. Der Überbrückungskanal mündet direkt von dem Ölzufuhrkanal zu dem Verbindungskanal und überbrückt somit den Ausgleichsraum und den Steuerkanal, wodurch insbesondere der Gegenhalterraum schneller befüllt werden kann.
Eine Weiterbildung nach Anspruch 11 ist platzsparend. Darüber hinaus kann der Überbrückungskanal durch Ersetzen der Ventilbrücke sowie des Ausgleichskolbens einfach nachgerüstet werden.
Ein Rückschlagventil nach Anspruch 12 gewährleistet ein sicheres Blockieren des Steuerkolbens sowie des Gegenhalterkolbens im Motorbremsbetrieb. Das Auslassventil wird somit in der zwischengeöffneten Stellung sicher gehalten.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 eine Querschnittsdarstellung einer Ventilsteuereinheit und eines Ventilspielausgleichsmechanismus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 eine Querschnittsdarstellung einer Ventilsteuereinheit und eines Ventilspielausgleichsmechanismus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend wird anhand von 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Motorbremseinrichtung 2 weist mehrere in der 1 nicht gezeigte Zylinder auf, die jeweils einen Brennraum begrenzen. Jedem dieser Brennräume ist mittels mindestens eines Einlassventils Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuführbar. Darüber hinaus sind jedem Brennraum zwei Auslassventile 3 und 4 zugeordnet, mittels derer Abgas in einen Abgaskanal abführbar ist. Die Auslassventile 3 und 4 sind mittels einer gemeinsamen Ventilbrücke 5 mechanisch ansteuer- und betätigbar. Die Ventilbrücke 5 ist Teil eines Verbindungsmechanismus, der die Auslassventile 3 und 4 mit einer in der 1 nicht gezeigten Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 verbindet. Der Verbindungsmechanismus umfasst einen schwenkbar gelagerten Kipphebel 6, der über einen Kontaktbolzen 7 auf die Ventilbrücke 5 wirkt. Hierzu ist der Kontaktbolzen 7 an seinem freien Ende mit einer kugelgelenkig angelenkten Stützkalotte 8 versehen.
Im Inneren des Kontaktbolzens 7 und der Stützkalotte 8 verläuft ein Ölspeisekanal 9 eines zur Schmierung, aber auch zur hydraulischen Steuerung vorgesehenen Ölkreises 10 der Brennkraftmaschine 1. Das in diesem Ölspeisekanal 9 geführte Öl hat während des Betriebs näherungsweise den gleichen Öldruck p_konstant.
Zwischen dem Kipphebel 6 und der Ventilbrücke 5 ist ein hydraulischer Ventilspielausgleichsmechanismus 11 angeordnet, der als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist und automatisch das Ventilspiel der Auslassventile 3 und 4 ausgleicht. Der Ventilspielausgleichsmechanismus 11 weist einen im Längsschnitt U-förmigen Ausgleichskolben 12 auf, der in einer in der Ventilbrücke 5 ausgebildeten und als Zylinder wirkenden ersten Zylinderbohrung 13 axial beweglich geführt ist. In der in 1 gezeigten Stellung des Ausgleichskolbens 12 ist zwischen diesem und einer Begrenzungsfläche 14 ein Ausgleichsraum 15 ausgebildet. In diesem ist eine erste Nachstellfeder 16 zwischen der Begrenzungsfläche 14 und dem Ausgleichskolben 12 angeordnet.
Der Ventilspielausgleichsmechanismus 11 ist an den Ölkreis 10 angeschlossen. Hierzu weist der mit der Stützkalotte 8 aufgrund der Federkraftwirkung der Nachstellfeder 16 in permanentem Kontakt stehende Ausgleichskolben 12 einen zentralen Ölzufuhrkanal 17 auf, der mit dem Ölspeisekanal 9 korrespondiert. An einem dem Ausgleichsraum 15 zugewandten Ende des Ölzufuhrkanals 17 ist ein erstes Rückschlagventil 18 (= Rücklaufsperrventil) vorgesehen, dessen Kugel 19 mittels einer Rückschlagventilfeder 20 in einen Kugelsitz 21 des Ölzufuhrkanals 17 gedrückt wird. Die Rückschlagventilfeder 20 ist hierzu gegen ein Abstützblech 22 abgestützt, das zwischen dem Ausgleichskolben 12 und der Nachstellfeder 16 gehalten wird. Die Bewegung des Ausgleichskolbens 12 wird durch einen ersten Begrenzungsstift 23 begrenzt, der sich in eine Kolbenausnehmung 24 des Ausgleichskolbens 12 erstreckt.
Die Motorbremseinrichtung 2 der Brennkraftmaschine 1 ist vom EVB-Typ und umfasst neben einem in der 1 nicht gezeigten Drosselelement im Abgaskanal sowie einer ebenfalls nicht gezeigten zentralen Steuereinheit für jeden Zylinder eine hydraulische Ventilsteuereinheit 25, die als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet und über einen Steuerkanal 26 mit dem Ventilspielausgleichsmechanismus 11 hydraulisch verbunden ist. Der Steuerkanal 26 dient zur Ölspeisung der Ventilsteuereinheit 25, die in der in 1 gezeigten Stellung des Steuerkolbens 27 über den Steuerkanal 26 und den Ventilspielausgleichsmechanismus 11 an den Ölkreis 10 angeschlossen ist.
Die Ventilsteuereinheit 25 weist einen Steuerkolben 27 auf, der in einer in der Ventilbrücke 5 ausgebildeten und als Zylinder wirkenden zweiten Zylinderbohrung 28 axial beweglich geführt ist. Der Steuerkolben 27 ist im Längsschnitt H-förmig ausgebildet und stützt sich am oberen Ende eines Schaftes 29 des Auslassventils 3 ab. Das Auslassventil 3 ist mit seinem Schaft 29 in einem Zylinderkopf axial beweglich gelagert und durch eine Schließfeder 30 mit einer bestimmten Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagt. Die Schließfeder 30 ist zwischen dem Zylinderkopf und einem Federteller 31 gespannt. Die Schließkraft der Schließfeder 30 ist mit F_Fed bezeichnet.
In der in 1 gezeigten Stellung des Steuerkolbens 27 ist zwischen einer Begrenzungsfläche 32 und dem Steuerkolben 27 ein Steuerraum 33 ausgebildet. Der Steuerkanal 26 ist innerhalb der Ventilbrücke 5 ausgebildet und verbindet den Ausgleichsraum 15 mit dem Steuerraum 33. In dem Steuerraum 33 ist eine zweite Nachstellfeder 34 angeordnet, die gegen die Begrenzungsfläche 32 und den Steuerkolben 27 anliegt und diesen gegen den Schaft 29 drückt. Die Federkraft der Nachstellfeder 34 wirkt damit gegen die Schließkraft F_Fed der Schließfeder 30 und wird nachfolgend mit F_NFed bezeichnet.
Die Ventilsteuereinheit 25 ist zwischen dem Auslassventil 3 und der Ventilbrücke 5 angeordnet und wirkt dementsprechend im Motorbremsbetrieb lediglich mit dem Auslassventil 3 zusammen, jedoch nicht mit dem Auslassventil 4. Das Auslassventil 4 ist mit seinem Schaft 35 entsprechend dem Auslassventil 3 in dem Zylinderkopf axial beweglich gelagert und durch eine Schließfeder 36 mit einer entsprechenden Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagt. Die Schließfeder 36 ist zwischen dem Zylinderkopf und einem Federteller 37 gespannt.
Zur Begrenzung der Bewegung des Steuerkolbens 27 erstreckt sich ein Begrenzungsstift 38 in eine seitliche Kolbenausnehmung 39 des Steuerkolbens 27. Der Steuerkanal 26 mündet derart in den Steuerraum 33, dass der Steuerkolben 27 in seinem oberen Totpunkt für den Steuerkanal 26 ein Verschlusselement 40 bildet. In dem Steuerkanal 26 ist ein zweites Rückschlagventil 41 mit einer in einem Kugelsitz 42 aufnehmbaren Kugel 43 angeordnet. Das Rückschlagventil 41 ist derart ausgerichtet, dass dieses den Steuerkanal 26 bei einem Ölfluss in Richtung des Ausgleichsraums 15 verschließt. Der Steuerkanal 26 mündet im Wesentlichen bündig zu der Begrenzungsfläche 14 in den Ausgleichsraum 15.
Zum Bereitstellen eines Anschlages 44 für die Ventilbrücke 5 ist ein Gegenhalter 45 vorgesehen. Der Gegenhalter 45 ist als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet und weist einen Gegenhaltergrundkörper 46 mit einer dritten Zylinderbohrung 47 auf, in der ein Gegenhalterkolben 48 axial geführt ist. Der Gegenhalterkolben 48 ist im Längsschnitt U-förmig ausgebildet. In der in 1 gezeigten Stellung des Gegenhalterkolbens 48 ist zwischen diesem und einer Begrenzungsfläche 49 ein Gegenhalterraum 50 ausgebildet. In dem Gegenhalterraum 50 ist eine dritte Nachstellfeder 51 angeordnet, die gegen den Gegenhalterkolben 48 und die Begrenzungsfläche 49 anliegt. Die Bewegung des Gegenhalterkolbens 48 wird durch einen Begrenzungsstift 52 begrenzt, der in einer seitlichen Kolbenausnehmung 53 des Gegenhalterkolbens 48 angeordnet ist.
Der Gegenhalterraum 50 ist über einen Versorgungskanal 54 mit dem Steuerraum 33 verbunden und so an den Ölkreis 10 angeschlossen. Zur Ausbildung des Versorgungskanals 54 weist der Gegenhalterkolben 48 eine axiale Durchgangsbohrung 55 auf, die mit einer entsprechenden Bohrung 56 in der Ventilbrücke 5 fluchtet. Wenn der Gegenhalterkolben 48 von der Ventilbrücke 5 abgehoben ist, ist der Versorgungskanal 54 unterbrochen. In diesem Zustand bildet die Bohrung 56 eine erste Absteueröffnung 57 und die Durchgangsbohrung 55 eine zweite Absteueröffnung 58 aus.
In dem Gegenhaltergrundkörper 46 ist ein Entlüftungskanal 59 ausgebildet, der den Gegenhaltergrundkörper 46 ausgehend von dem Gegenhalterraum 50 durchbricht und diesen mit dem Bereich des Zylinderdeckels verbindet. In dem Entlüftungskanal 59 ist ein viertes Rückschlagventil 60 mit einer in einem Kugelsitz 61 aufnehmbaren Kugel 62 angeordnet. Das Rückschlagventil 60 ist derart orientiert, dass der Entlüftungskanal 59 in Richtung des Zylinderdeckels verschließbar ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Motorbremseinrichtung 2 sowie des Ventilspielausgleichsmechanismus 11 näher beschrieben.
Zunächst wird der Motorbremsbetrieb erläutert. Bei Betätigung der Motorbremseinrichtung 2 wird das Drosselelement im Abgaskanal in Drosselstellung gebracht, wodurch sich Abgase im Abgaskanal zwischen der Auslassventilöffnung des Zylinders und dem Drosselelement stauen. Dieser Staudruck im Abgaskanal mit der Druckwelle der sich öffnenden Auslassventile der benachbarten Zylinder bewirkt eine Zwischenöffnung des Auslassventils 3, welche während des Kompressionstakts und des Expansionstakts jedes Vier-Takt-Zyklus der Brennkraftmaschine 1 eintritt. Aufgrund der im Brennraum des Zylinders und im Abgaskanal herrschenden Druckverhältnisse resultiert eine pneumatische Kraft F_pn, die der Schließkraft F_Fed der Schließfeder 30 entgegenwirkt und das angesprochene Zwischenöffnen des Auslassventils 3 verursacht. Die Federkraft F_NFed der Nachstellfeder 34 rückt den Steuerkolben 27 dem Auslassventil 3 nach und unterstützt das Zwischenöffnen des Auslassventils 3. Durch das Nachrücken des Steuerkolbens 27 vergrößert sich das Volumen des Steuerraums 33. Zugleich gibt der als Verschlusselement 40 wirkende Steuerkolben 27 den Steuerkanal 26 frei, so dass dem Steuerkolben 27 über den Steuerkanal 26 das für die Bewegung erforderliche Öl zur Verfügung gestellt wird. Aufgrund des in dem Steuerraum 33 entstehenden Unterdrucks fließt Öl durch den Ölspeisekanal 9 und den Ölzufuhrkanal 17, den Ausgleichsraum 15 und den Steuerkanal 26 in den Steuerraum 33, wodurch eine hydraulische Kraft F_Hyd auf den Steuerkolben 27 wirkt und die Nachstellfeder 34 unterstützt.
Weiterhin strömt Öl von den Steuerraum 33 über den Versorgungskanal 54 in den Gegenhalterraum 50. Im Gegenhalterraum 50 befindliche Luft kann durch den Entlüftungskanal 59 entweichen, da das Rückschlagventil 60 beim Vorbeiströmen von Luft nicht anspricht. Da das Öl aufgrund der Rückschlagventile 41 und 60 nicht aus dem Steuerraum 33 und dem Gegenhalterraum 50 entweichen kann, wird der Steuerkolben 27 gegen die Schließkraft F_Fed der Schließfeder 30 in Position gehalten, wobei der Gegenhalterkolben 48 aufgrund des mit komprimiertem Öl gefüllten Gegenhalterraums 50 als fester Anschlag 44 für die Ventilbrücke 5 wirkt. Der Steuerkolben 27 ist also in der Ventilbrücke 5 hydraulisch geblockt, so dass das mechanisch mit dem Steuerkolben 27 gekoppelte Auslassventil 3 in der zwischengeöffneten Stellung gehalten wird. Das Auslassventil 3 bleibt damit während des zweiten Taktes (= Kompressionstakt) und des folgenden dritten Taktes (= Expansionstakt) in der zwischengeöffneten Stellung, wodurch sich die gewünschte Motorbremswirkung einstellt.
Am Ende des dritten Taktes belastet der Kipphebel 6 die Ventilbrücke 5 aufgrund der Nockenwellensteuerung wieder, um die Auslassventile 3 und 4 in die während des vierten Taktes vorgesehene vollständig geöffnete Stellung zu bringen. Die Ventilbrücke 5 bewegt sich aufgrund der Belastung durch den Kipphebel 6 von dem Gegenhalterkolben 48 weg, so dass der Kontakt zwischen diesem und der Ventilbrücke 5 abreißt und sich die Absteueröffnungen 57, 58 öffnen. Das in dem Steuerraum 33 befindliche Öl kann über die Absteueröffnung 57 in den Bereich des Zylinderdeckels ausströmen. Damit wird die hydraulische Blockierung des Steuerkolbens 27 aufgehoben. Der Ölabfluss aus dem Steuerraum 33 wird auch dadurch unterstützt, dass der Steuerkolben 27 durch die Schließkraft F_Fed der Schließfeder 30 in seinen oberen Totpunkt zurückgedrückt wird. Darüber hinaus verschließt das Rückschlagventil 41 bei der Rückbewegung des Steuerkolbens 27 den Steuerkanal 26. Das in dem Gegenhalterraum 50 befindliche Öl kann über die Absteueröffnung 58 in den Bereich des Zylinderdeckels ausströmen. Solange der Steuerkolben 27 den Steuerkanal 26 noch nicht vollständig verschließt, fließt Öl aus dem Ausgleichsraum 15 über den Steuerraum 33 und die Absteueröffnung 57 in den Bereich des Zylinderdeckels, wodurch der Ausgleichskolben 12 in Richtung seines unteren Totpunktes gedrückt wird.
Beim Rückhub des Kipphebels 6 schlägt die Ventilbrücke 5 wieder gegen den Gegenhalterkolben 48 an und drängt diesen gegen die Federkraft der Nachstellfeder 51 zurück. Durch die Federkraft wird der Gegenhalterkolben 48 derart gegen die Ventilbrücke 5 gedrückt, dass der Versorgungskanal 54 nicht unterbrochen ist. Während des Rückhubs bleibt der Steuerkolben 27 in seinem oberen Totpunkt und verschließt somit weiterhin den Steuerkanal 26. Die Ventilbrücke 5 und die Auslassventile 3 und 4 befinden sich somit in einer definierten Stellung, so dass der Ventilspielausgleichsmechanismus 11 das Ventilspiel ausgleichen kann. Die Federkraft der Nachstellfeder 16 positioniert den Ausgleichskolben 12 derart, dass das Ventilspiel Null eingestellt wird. Aufgrund des hierbei im Ausgleichsraum 15 entstehenden Unterdrucks strömt Öl über das Rückschlagventil 18 in den Ausgleichsraum 15 nach.
Im Folgenden wird der normal befeuerte Motorbetrieb erläutert. Im normal befeuerten Motorbetrieb bleibt das Drosselelement im Abgaskanal in der geöffneten Stellung. Da das Auslassventil 3 aufgrund der Schließkraft F_Fed der Schließfeder 30 im normal befeuerten Motorbetrieb nicht in eine zwischengeöffnete Stellung springt, verbleibt der Steuerkolben 27 während des ersten bis vierten Taktes in seinem oberen Totpunkt. Dadurch ist der Steuerkanal 26 ständig verschlossen.
Am Ende des dritten Taktes belastet der Kipphebel 6 die Ventilbrücke 5 aufgrund der Nockenwellensteuerung, um die Auslassventile 3 und 4 in die während des vierten Taktes vorgesehene vollständig geöffnete Stellung zu bringen. Der Ausgleichskolben 12 komprimiert das im Ausgleichsraum 15 befindliche Öl, wobei der Ausgleichsraum 15 durch das Rückschlagventil 18 in Richtung des Ölzufuhrkanals 17 abgedichtet wird. Aufgrund der exakten Passflächen des Ausgleichskolbens 12 und des Steuerkolbens 27 kann zwischen diesen und der Ventilbrücke 5 kein Öl entweichen, so dass im Ausgleichsraum 15 ein inkompressibles Ölpolster zwischen dem Ausgleichskolben 12 und der Ventilbrücke 5 ausgebildet wird. Die vom Kipphebel 6 auf den Ausgleichskolben 12 ausgeübte Kraft wird somit über das Ölpolster auf die Ventilbrücke 5 übertragen. Die Ventilbrücke 5 bewegt sich aufgrund der Belastung durch den Kipphebel 6 von dem Gegenhalter 45 weg, wodurch die Auslassventile 3 und 4 geöffnet werden.
Beim Rückhub des Kipphebels 6 wird der Gegenhalterkolben 48 durch die Schließfeder 30 gegen die Federkraft der Nachstellfeder 51 bis zum Ventilspiel Null eingedrückt. Im Gegenhalterraum 50 befindliche Luft kann durch den Entlüftungskanal 59 entweichen. Da sich der Steuerkolben 27 in seinem oberen Totpunkt befindet und den Steuerkanal 26 verschließt, befindet sich die Ventilbrücke 5 in einer definierten Stellung, so dass der Ventilspielausgleichsmechanismus 11 das Ventilspiel ausgleichen kann. Die Nachstellfeder 16 positioniert den Ausgleichskolben 12 derart, dass das Ventilspiel Null eingestellt wird. Durch den im Ausgleichsraum 15 entstehenden Unterdruck strömt Öl über das Rückschlagventil 18 aus dem Ölzufuhrkanal 17 nach.
Bei der Brennkraftmaschine 1 entfällt während der Motormontage und auch während des späteren Betriebs jegliche Einstellung des Ventilspiels. Der Ausgleich des Ventilspiels erfolgt durch den Ventilspielausgleichsmechanismus 11 automatisch. Dadurch, dass der Steuerkanal 26 durch den Steuerkolben 27 verschließbar ist, ist die Ventilsteuereinheit 25 von dem Ventilspielausgleichsmechanismus 11 entkoppelbar, wodurch das Auslassventil 3 und die Ventilbrücke 5 für den Ausgleich des Ventilspiels eine definierte Lage aufweisen. Insbesondere erfolgt auch ein automatischer Ausgleich der thermischen Ausdehnung der Auslassventile 3 und 4. Da keine Spiele überbrückt werden müssen, können die theoretisch vorgegebenen Steuerzeiten exakter eingehalten werden. Dies wirkt sich günstig auf die Abgaswerte aus. Außerdem reduziert der Ausgleich des Ventilspiels die Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine 1.
Weiterhin wird auch das Einschlagen der Auslassventile 3 und 4 in die zugehörigen Sitzringe über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine 1 automatisch ausgeglichen. Hierzu ist der Gegenhalter 45 und der Ventilspielausgleichsmechanismus 11 derart dimensioniert, dass ein bestimmter maximaler Sitzverschleiß V nachgestellt werden kann.
Der Ventilspielausgleichsmechanismus 11 kann einfach nachgerüstet werden. Hierzu muss die Ventilbrücke 5 getauscht und mit dem Ventilspielausgleichsmechanismus 11 versehen werden. Zur Montage der Ventilbrücke 5 sind der Ausgleichskolben 12 und der Steuerkolben 27 bis zu den zugehörigen Begrenzungsstiften 23 und 38 ausgefahren. Die Ventilbrücke 5 wird auf die Schaftenden aufgelegt, wobei der Steuerkolben 27 mit der Hand in seinen oberen Totpunkt gedrückt und die Einstellschraube des Kipphebels 6 handfest auf Gegenlage zu dem Ausgleichskolben 12 geschraubt wird. Hierdurch wird das Ventilspiel Null eingestellt. Anschließend wird der Gegenhalter 45 aufgeschraubt, wobei der Gegenhalterkolben 48 aufgrund der Nachstellfeder 51 auf die Ventilbrücke 5 drückt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich ein Überbrückungskanal 63 in der Ventilbrücke 5a ausgebildet, der den Ölzufuhrkanal 17 mit dem Versorgungskanal 54 direkt verbindet. Der Ausgleichskolben 12a weist hierzu eine Radialbohrung 64 auf, die in den Ölzufuhrkanal 17 mündet und Teil des Überbrückungskanals 63 ist. In dem Überbrückungskanal 63 ist ein viertes Rückschlagventil 65 mit einer in einem Kugelsitz 66 aufnehmbaren Kugel 67 angeordnet. Das Rückschlagventil 65 ist derart orientiert, dass der Überbrückungskanal 63 in Richtung des Ölzufuhrkanals 17 verschließbar ist.
Im Motorbremsbetrieb wird beim Zwischenöffnen des Auslassventils 3 der Steuerraum 33 sowie der Gegenhalterraum 50 zusätzlich über den Überbrückungskanal 63 mit Öl befüllt. Dadurch, dass der Überbrückungskanal 63 den Ausgleichsraum 15 überbrückt, kann das Befüllen des Steuerraums 33 und insbesondere des Gegenhalterraums 50 schneller erfolgen. Durch das Rückschlagventil 65 wird ein Zurückströmen des Öls in Richtung des Ölzufuhrkanals 17 verhindert. Das Auslassventil 3 wird somit in der zwischengeöffneten Stellung blockiert. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Gegenhalterraum 50 auch im normal befeuerten Motorbetrieb mit Öl befüllt. Hinsichtlich der weiteren Funktionsweise wird auf das vorangegangene Ausführungsbeispiel verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1526257 A2 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine, umfassend – ein Auslassventil (3, 4) zum Abführen von Abgas aus einem Brennraum, – eine Ventilbrücke (5; 5a) zum Lager des Auslassventils (3, 4), – einen Kipphebel (6) zum Verlagern der Ventilbrücke (5; 5a), – eine Motorbremseinrichtung (2) mit einer hydraulischen Ventilsteuereinheit (25), – die zwischen dem Auslassventil (3) und der Ventilbrücke (5; 5a) angeordnet ist, – die zur Ölspeisung an einen Ölspeisekanal (9) angeschlossen ist und – mittels der das Auslassventil (3) bei betätigter Motorbremseinrichtung (2) in einer zwischengeöffneten Stellung haltbar ist, – einen Gegenhalter (45) zum Bereitstellen eines Anschlages (44) für die Ventilbrücke (5; 5a), dadurch gekennzeichnet dass, – ein hydraulischer Ventilspielausgleichsmechanismus (11; 11a) für das Auslassventil (3, 4) vorgesehen ist, – der zwischen dem Kipphebel (6) und der Ventilbrücke (5; 5a) angeordnet ist, und – der zur Ölspeisung an den Ölspeisekanal (9) angeschlossen ist, – ein Steuerkanal (26) vorgesehen ist, – der zur Ölspeisung der hydraulischen Ventilsteuereinheit (25) an den Ölspeisekanal (9) angeschlossen ist, und – der zum Ausgleichen des Ventilspiels des Auslassventils (3, 4) mittels eines Verschlusselements (40) verschließbar ist, und – der Gegenhalter (45) zum Anpassen des Anschlages (44) an die Stellung des Ventilspielausgleichsmechanismus (11; 11a) als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinheit (25) und der Ventilspielausgleichsmechanismus (11; 11a) in die Ventilbrücke (5; 5a) integriert sind und der Steuerkanal (26) in der Ventilbrücke (5; 5a) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilspielausgleichsmechanismus (11; 11a) umfasst: – einen in einer ersten Zylinderbohrung (13) geführten Ausgleichskolben (12; 12a), – einen von dem Ausgleichskolben (12; 12a) begrenzten Ausgleichsraum (15), – eine in dem Ausgleichsraum (15) angeordnete erste Nachstellfeder (16), – einen durch den Ausgleichskolben (12; 12a) verlaufenden und in den Ausgleichsraum (15) mündenden Ölzufuhrkanal (17) und – ein erstes Rückschlagventil (18) zum Verschließen des Ölzufuhrkanals (17).
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinheit (25) umfasst: – einen in einer zweiten Zylinderbohrung (28) geführten Steuerkolben (27), – einen von dem Steuerkolben (27) begrenzten Steuerraum (33) und – eine in dem Steuerraum (33) angeordnete zweiten Nachstellfeder (34).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkanal (26) von dem Ausgleichsraum (15) zu dem Steuerraum (33) verläuft und derart in diesen mündet, dass der Steuerkolben (27) das Verschlusselement (40) bildet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuerkanal (26) ein zweites Rückschlagventil (41) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (45) umfasst: – einen Gegenhaltergrundkörper (46) mit einer dritten Zylinderbohrung (47), – einen in der dritten Zylinderbohrung (47) geführten Gegenhalterkolben (48), – einen von dem Gegenhalterkolben (48) begrenzten Gegenhalterraum (50) und – eine in dem Gegenhalterraum (50) angeordnete dritte Nachstellfeder (51).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalterkolben (48) eine axiale Durchgangsbohrung (55) aufweist, die Teil eines den Steuerraum (33) mit dem Gegenhalterraum (50) verbindenden Versorgungskanals (54) ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gegenhaltergrundkörper (46) ein Entlüftungskanal (59) mit einem dritten Rückschlagventil (60) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überbrückungskanal (63) den Ölzufuhrkanal (17) mit dem Versorgungskanal (54) verbindet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (12a) eine Radialbohrung (64) aufweist, die in den Ölzufuhrkanal (17) mündet und Teil des in die Ventilbrücke (5a) integrierten Überbrückungskanals (63) ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Überbrückungskanal (63) ein viertes Rückschlagventil (65) angeordnet ist.