DE102015213627B3 - Hydraulic element with engine brake function for a four-stroke lift-piston internal combustion engine and four-stroke lift-piston combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Hydraulikelement (1) mit Motorbremsfunktion für eine Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine, welches an zumindest einem Übertragungselement (5), wie einem Schlepp- oder Kipphebel, eines Ventiltriebs der Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet ist, wobei das Übertragungselement (5) von einer Nockenwelle zur Betätigung zumindest eines Auslassventils eines Zylinders der Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine mittels zumindest eines dem Auslassventil zugeordneten Auslassnockens (3) antreibbar ist, und wobei das Hydraulikelement (1) ein Ventilspielausgleichselement (22) zum Ausgleich eines Ventilspiels des zumindest einen Auslassventils aufweist. Bei diesem Hydraulikelement (1) ist gemäß der Erfindung ein ventilgesteuertes Leerhubelement (11) vorhanden, welches mit dem Ventilspielausgleichselement (22) zusammenwirkt, wobei das Leerhubelement (11) zwischen einem Leerhub für einen Normalbetrieb und einem Vollhub für einen Motorbremsbetrieb umschaltbar ist, wobei im Motorbremsbetrieb durch den Auslassnocken (3) eine Bremshubkurve auf das Auslassventil zu einem zusätzlichen Öffnen des Auslassventils übertragbar ist, wobei zur Erzeugung der Bremshubkurve zumindest eine Bremsnockenerhebung (8, 9) im Grundkreis (10) des Auslassnockens (3), getrennt von einer Ausstoßnockenerhebung (7), angeordnet ist, und bei dem ein Bremshub des Auslassventils kleiner ist als ein maximaler Ausstoßhub des Auslassventils.The invention relates to hydraulic element (1) with engine braking function for a four-stroke reciprocating internal combustion engine, which is arranged on at least one transmission element (5), such as a towing or rocker arm, a valve train of the four-stroke reciprocating internal combustion engine, wherein the transmission element (5) of a camshaft for actuating at least one exhaust valve a cylinder of the four-stroke reciprocating internal combustion engine is drivable by means of at least one outlet cam associated with the exhaust valve (3), and wherein the hydraulic element (1) has a lash adjuster (22) for compensating a valve clearance of the at least one exhaust valve. In this hydraulic element (1) according to the invention, a valve-controlled Leerhubelement (11) is present, which cooperates with the lash adjuster (22), wherein the Leerhubelement (11) is switchable between a no-lift for normal operation and a full stroke for engine braking operation, wherein in At least one brake cam lobe (8, 9) in the base circle (10) of the exhaust cam (3), separated from an exhaust cam lobe (3) 7), and in which a brake stroke of the exhaust valve is smaller than a maximum exhaust stroke of the exhaust valve.
Description
Die Erfindung betrifft ein Hydraulikelement mit Motorbremsfunktion für eine Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.The invention relates to a hydraulic element with engine braking function for a four-stroke stroke piston internal combustion engine according to the preamble of
Hydraulische Ventilspielausgleichselemente, die im Ventiltrieb von nach dem 4-Takt-Verfahren arbeitenden Hubkolbenbrennkraftmaschinen zum Einsatz kommen, sind vielfältig bekannt. Die Übertragungselemente beziehungsweise Kraftübertragungshebel wie Kipphebel, Schlepphebel oder Stößel beaufschlagen über eine Nockenwelle die Gaswechselventile des Motors, um diese zu öffnen. Das Schließen der Gaswechselventile erfolgt mittels deren Ventilfedern. Eine definierte Bewegung der Ventile nach einer Hubkurve dient der exakten Einhaltung der Gaswechselintervalle in den Zylindern beziehungsweise Verbrennungsräumen und sorgt damit für einen einwandfreien Betrieb des Motors. Die Funktion der selbsttätigen hydraulischen Ventilspielausgleichselemente in der Kraftübertragung zwischen Nockenwelle und Gaswechselventil ist es, einen ventilspielfreien und servicefreundlichen Betrieb zu gewährleisten.Hydraulic valve lash adjusters used in the valvetrain of reciprocating internal combustion engines operating at 4-stroke rates are widely known. The transmission elements or power transmission lever such as rocker arm, drag lever or plunger act on a camshaft, the gas exchange valves of the engine to open it. The gas exchange valves are closed by means of their valve springs. A defined movement of the valves according to a lift curve serves to ensure exact compliance with the gas exchange intervals in the cylinders or combustion chambers and thus ensures proper operation of the engine. The function of the automatic hydraulic lash adjusters in the power transmission between the camshaft and gas exchange valve is to ensure a valve play free and service-friendly operation.
Weiterhin bekannt sind verschleißfreie Dauerbremssysteme, die hauptsächlich im Schwerlastverkehr, zusätzlich zu einer verschleißbehafteten Betriebsbremse und einer Feststellbremse, eingesetzt werden und auch teilweise gesetzlich vorgeschrieben sind. Neben verschiedenen hydrodynamischen oder elektrodynamischen Retardern, die auf einer Drehmomentwandlung an einer Antriebswelle beruhen, sind sogenannte Motorbremsen, welche direkt am Motor wirken und Antriebsenergie letztlich in Wärme umwandeln, um eine permanente Bremswirkung zu erzielen, in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Über die Bremswirkung hinaus, die durch eine Schubabschaltung beim Zurücknehmen des Gaspedals erzeugt wird, sind insbesondere in Lastkraftwagen zwei verschiedene aktiv betätigbare Motorbremssysteme verbreitet. Eines dieser Systeme beruht auf einer Abgasverdichtung bei deaktivierter oder reduzierter Verbrennung mittels einer Auspuffstauklappe, die geschlossen oder teilgeschlossen wird, um das Bremsmoment des Motors zu erhöhen.Also known are wear-free endurance braking systems, which are mainly used in heavy-load traffic, in addition to a wear-prone service brake and a parking brake, and are also partially required by law. In addition to various hydrodynamic or electrodynamic retarders, which are based on a torque conversion to a drive shaft, so-called engine brakes, which act directly on the engine and ultimately convert drive energy into heat in order to achieve a permanent braking effect, are known in various embodiments. In addition to the braking effect, which is produced by a fuel cut in the withdrawal of the accelerator pedal, two different actively operable engine brake systems are common, especially in trucks. One of these systems is based on exhaust gas compression with deactivated or reduced combustion by means of an exhaust damper that is closed or partially closed to increase the braking torque of the engine.
Ein anderes Motorbremssystem beruht auf einer gezielten Dekompression im auf den Verdichtungs- oder Kompressionstakt folgenden Arbeits- oder Expansionstakt, wodurch die im Verdichtungstakt gespeicherte Arbeit zumindest teilweise für den Antrieb verloren geht. Der gewünschte Kompressionsverlust (CR: Compression Release) im Expansionstakt kann durch ein gezieltes Öffnen oder Teilöffnen des Auslassventils des Zylinders unmittelbar vor oder während der Expansion erreicht werden, so dass die Arbeit nicht an die Kurbelwelle abgegeben wird sondern in den Abgastrakt entweicht, was einem Drosselverlust entspricht. Dies resultiert in einem höheren Bremsmoment des Motors. Der erhöhte Druck im Abgastrakt kann darüber hinaus für eine innere Abgasrückführung oder sogenannte Bremsgasrückführung (BGR) genutzt werden, wobei im Ansaugtakt des im Motorzyklus folgenden Zylinders bei geöffnetem Einlassventil und deaktivierter Kraftstoffeinspritzung das Auslassventil nochmals geöffnet wird, um die Gasfüllung des Folgezylinders zu überhöhen, wodurch die Bremsmomenterhöhung nochmals gesteigert werden kann. Weiterhin sind auch Motorbremssysteme bekannt, die Kombinationen von Stauklappenbremsen und Dekompressionsbremsen, gegebenenfalls auch unter Einbeziehung des Laderucks eines Turboladers, nutzen. Beim Einsatz von Dekompressionsbremsen ist eine mögliche Wechselwirkung zwischen der Steuerung der Auslassventile und dem dabei über den Abgastrakt entstehenden Gegendruck einerseits und der eigentlichen Funktion der Ventilspielausgleichselemente des Ventiltriebs andererseits zu beachten. Der Aufwand an zusätzlichen Bauteilen, Bauraum und Kosten für bekannte Motorbremssysteme ist häufig sehr hoch.Another engine braking system is based on a targeted decompression in the following on the compression or compression stroke work or expansion stroke, whereby the work stored in the compression stroke is at least partially lost to the drive. The desired compression loss (CR) in the expansion stroke can be achieved by selectively opening or partially opening the exhaust valve of the cylinder immediately before or during expansion, so that the work is not delivered to the crankshaft but escapes into the exhaust tract, causing throttle loss equivalent. This results in a higher braking torque of the engine. The increased pressure in the exhaust tract can also be used for an internal exhaust gas recirculation (BGR), wherein in the intake stroke of the cylinder following in the engine cycle with open inlet valve and deactivated fuel injection, the exhaust valve is opened again to inflate the gas filling of the follower cylinder the brake torque increase can be increased again. Furthermore, engine braking systems are known, the combinations of damper brakes and decompression brakes, possibly including the inclusion of the supercharger of a turbocharger use. When decompression brakes are used, a possible interaction between the control of the exhaust valves and the counter-pressure arising over the exhaust tract on the one hand and the actual function of the valve lash adjusters of the valve drive on the other hand must be taken into account. The cost of additional components, space and cost of known engine braking systems is often very high.
Aus der
Aus den Druckschriften
Die
Schließlich ist aus der
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, ein weiterentwickeltes Hydraulikelement mit einer, auf einem zeitweiligen Öffnen eines oder mehrerer Auslassventile beruhenden, schaltbaren Motorbremsfunktion für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, das wenig aufwendig, Bauraum sparend und an einen bestehenden Ventiltrieb einfach anpassbar ist. Außerdem soll es gleichzeitig die uneingeschränkte Funktion eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements innerhalb und außerhalb des Motorbremsbetriebs unter Vermeidung eines unerwünschten Nachstellens aufweisen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einer verbesserten hydraulisch schaltbaren Motorbremseinrichtung vorzustellen.Against this background, the object of the invention is to provide a further developed hydraulic element with a switchable engine braking function for a reciprocating internal combustion engine based on a temporary opening of one or more exhaust valves, which is inexpensive, space-saving and easily adaptable to an existing valve drive. In addition, it should at the same time have the unrestricted function of a hydraulic valve lash adjuster within and outside of the engine brake operation while avoiding unwanted readjustment. A further object is to present a reciprocating internal combustion engine for motor vehicles, in particular for commercial vehicles, with an improved hydraulically switchable engine brake device.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Dekompressionsbremse und/oder eine Bremsgasrückführungsbremse für eine nach dem 4-Takt-Verfahren arbeitende Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels eines Ventiltriebs gesteuert werden kann, bei dem die Auslassnocken, welche die Auslassventile beim Ladungswechsel der Zylinder betätigen, im Nockengrundkreis zusätzliche Erhebungen aufweisen. Die Steuerung kann mittels der Auslassventile jeweils zugeordneten, schaltbaren Hydraulikelementen erfolgen, bei deren hydraulischer Ansteuerung die Dekompressionsbremse und/oder eine Bremsgasrückführungsbremse aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird. Ein solches Hydraulikelement kann durch eine Modifizierung und Erweiterung eines hydraulischen Ventilspielausgleichselements, wie es üblicherweise im Ventiltrieb verbaut wird, mit einer hydraulisch schaltbaren, ventilspielausgleichsähnlichen zweiten Baueinheit zu einem Hydraulikelement aufgebaut werden, das die Funktionen eines Ventilspielausgleichselements sowie eines hydraulisch ansteuerbaren Schaltelements zur Aktivierung der Motorbremseinrichtung in sich vereint.The invention is based on the finding that a decompression brake and / or a brake gas recirculation brake for a reciprocating internal combustion engine operating according to the 4-stroke method can be controlled by means of a valve train, in which the exhaust cams which actuate the exhaust valves during the charge cycle of the cylinder, additional in the cam base circle Surveys. The control can take place by means of the exhaust valves respectively associated, switchable hydraulic elements, in the hydraulic control of the decompression brake and / or a brake gas recirculation brake is activated or deactivated. Such a hydraulic element can be constructed by a modification and expansion of a hydraulic valve lash adjuster, as it is usually installed in the valve train, with a hydraulically switchable, valveless similar second assembly to a hydraulic element, the functions of a lash adjuster and a hydraulically controllable switching element for activating the engine brake in united.
Die Erfindung geht daher aus von einem Hydraulikelement mit Motorbremsfunktion für eine Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine, an dem sich zumindest ein Übertragungselement, wie ein Schlepp- oder Kipphebel, eines Ventiltriebs der Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine schwenkbar abstützt, wobei das Übertragungselement von einer Nockenwelle zur Betätigung zumindest eines Auslassventils eines Zylinders der Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine mittels zumindest eines dem Auslassventil zugeordneten Auslassnockens antreibbar ist, und wobei das Hydraulikelement ein Ventilspielausgleichselement zum Ausgleich eines Ventilspiels des zumindest einen Auslassventils aufweist.The invention is therefore based on a hydraulic element with engine braking function for a four-stroke stroke-piston internal combustion engine, to which at least one transmission element, such as a drag or rocker arm, a valve drive of the four-stroke reciprocating internal combustion engine is pivotally supported, wherein the transmission element of a camshaft for actuating at least one exhaust valve of a cylinder of the four-stroke reciprocating internal combustion engine by means of at least one exhaust valve associated exhaust cam is drivable, and wherein the hydraulic element has a lash adjuster for compensating a valve clearance of the at least one exhaust valve ,
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass in dem Hydraulikelement ein ventilgesteuertes Leerhubelement angeordnet ist, welches mit dem Ventilspielausgleichselement zusammenwirkt, dass das Leerhubelement und das Ventilspielausgleichselement in einem topfförmigen Zylindergehäuse axial beweglich geführt und hintereinander angeordnet sind, und dass wobei das Leerhubelement zwischen einem Leerhub für einen Normalbetrieb und einem Vollhub für einen Motorbremsbetrieb umschaltbar ist, wobei im Motorbremsbetrieb durch den Auslassnocken eine Bremshubkurve auf das Auslassventil zu einem zusätzlichen Öffnen des Auslassventils übertragbar ist, wobei zur Erzeugung der Bremshubkurve zumindest eine Bremsnockenerhebung im Grundkreis des Auslassnockens, getrennt von einer Ausstoßnockenerhebung, angeordnet ist, und bei dem ein Bremshub des Auslassventils kleiner ist als ein maximaler Ausstoßhub des Auslassventils.To achieve the object, the invention also provides that in the hydraulic element, a valve-controlled Leerhubelement is arranged, which cooperates with the valve lash adjuster, that the Leerhubelement and the valve lash adjuster are axially movably guided in a pot-shaped cylinder housing and arranged one behind the other, and that wherein the Leerhubelement between a Leerhub for normal operation and a full stroke for an engine braking operation, wherein in the engine braking operation by the exhaust cam Bremshubkurve on the exhaust valve to an additional opening of the exhaust valve is transferable, wherein for generating the Bremshubkurve at least one brake cam lobe in the base circle of the exhaust cam, separated from an exhaust cam lobe, and wherein a brake stroke of the exhaust valve is smaller than a maximum exhaust stroke of the exhaust valve.
Durch die Anordnung des Leerhubelements und des Ventilspielausgleichselement in einem einzigen topfförmigen Zylindergehäuse ist ein sehr kompaktes und nur vergleichsweise wenige Bauteile aufweisendes Hydraulikelement geschaffen, mittels dem ein Schlepp- oder Kipphebel schwenkbar lagerbar ist, welches einen Ventilspielausgleich ermöglicht, und das Ein- und Ausschalten einer Motorbremsfunktion gestattet.The arrangement of the Leerhubelements and the valve clearance compensation element in a single pot-shaped cylinder housing a very compact and only comparatively few components exhibiting hydraulic element is provided by means of a towing or rocker arm is pivotally mounted, which allows a valve clearance compensation, and switching on and off of an engine braking function allowed.
Unter einer Motorbremsfunktion eines Hydraulikelements wird eine schaltbare Funktion eines Hydraulikelements verstanden, die bei einer Brennkraftmaschine in einem oder mehreren der vier Motortakte zum zusätzlichen zeitweiligen Öffnen eines oder mehrerer der Auslassventile eines oder mehrerer Zylinder betätigt durch eine Nockenwelle führt, und die durch den Wunsch eines Bedieners, insbesondere eines Fahrers in einer Fahrgastzelle, aktivierbar und deaktivierbar ist.An engine braking function of a hydraulic element is understood to mean a shiftable function of a hydraulic element which in an internal combustion engine leads in one or more of the four engine cycles to the additional temporary opening of one or more of the exhaust valves of one or more cylinders operated by a camshaft and by the request of an operator , in particular a driver in a passenger compartment, can be activated and deactivated.
Unter einem Normalbetrieb wird ein Motorbetrieb verstanden, bei dem diese Motorbremsfunktion deaktiviert ist. Insbesondere wird darunter ein normaler Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs bei befeuerter Brennkraftmaschine verstanden.Normal operation is understood to mean engine operation in which this engine braking function is deactivated. In particular, this is understood to mean a normal driving operation of a motor vehicle when the internal combustion engine is fired.
Die Erfindung schlägt demnach ein modifiziertes hydraulisches Ventilspielausgleichselement mit einer ansteuerbaren Bremsfunktion mittels eines Leerhubelements vor, die durch Umschalten zwischen einem Leerhub in einem Normalbetrieb oder Fahrbetrieb und einem Vollhub in einem Motorbremsbetrieb aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird. Dies wird durch ein Hydraulikelement erreicht, bei dem sowohl der Ventilspielausgleich als auch die Übertragung einer Bremshubkurve ventilgesteuert erfolgen. Die Anordnung ist gegenüber bekannten Motorbremssystemen besonders kompakt bauend und benötigt relativ wenige Bauteile. Insbesondere werden keine Distanzscheiben oder ähnliches benötigt, um ein Ventilspiel einzustellen; ebenso sind keine aufwendigen Verriegelungsvorrichtungen für eine schaltbare Arretierung des Ventilspielausgleichelements erforderlich. Als ein weiterer Vorteil hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mittels des Leerhubelements sehr kurze Schaltzeiten für den Wechsel zwischen Fahrbetrieb und Motorbremsbetrieb erreichbar sind.Accordingly, the invention proposes a modified hydraulic valve clearance compensation element with a controllable braking function by means of a Leerhubelements, which is activated or deactivated by switching between a no-lift in a normal operation or driving and a full stroke in an engine braking operation. This is achieved by a hydraulic element, in which both the valve clearance compensation and the transmission of a Bremshubkurve valve-controlled. The arrangement is particularly compact compared to known engine brake systems and requires relatively few components. In particular, no spacers or the like are needed to set a valve clearance; Likewise, no elaborate locking devices for a switchable locking of the valve clearance compensation element are required. As a further advantage, it has surprisingly been found that by means of the Leerhubelements very short switching times for the change between driving and engine braking operation can be achieved.
Die Motorbremsfunktion wird dadurch erreicht, dass im Grundkreis des Auslassnockens der Nockenwelle zusätzlich zu der üblichen Ausstoßerhebung für den Ausstoßtakt zum Ausschieben des Abgases aus dem Zylinder mindestens eine weitere Nockenerhebung für einen Bremshub des Auslassventils ausgebildet ist. Dieser zusätzliche Hub ermöglicht die zur Bremsfunktion benötigte Bewegung des Auslassventils. Die maximale Erhebung des Bremshubes ist allerdings deutlich geringer als die Nockenerhebung für den maximalen Ausstoßhub des Auslassventils. Das Auslassventil wird somit durch den Bremshub nicht vollständig geöffnet. Die Positionierung der Nockenerhebungen auf dem Auslassnocken ist mit den vier Takten des Motors Ansaugen, Verdichten, Expandieren, Ausstoßen abgestimmt. Im Bremsbetrieb werden demnach bei deaktivierter Kraftstoffeinspritzung in zumindest einem weiteren Takt neben dem Ausstoßtakt die Auslassventile jeweils teilgeöffnet, um eine innere Bremswirkung im Motor zu erzielen.The engine braking function is achieved in that in the base circle of the exhaust cam of the camshaft, in addition to the usual ejection stroke for the exhaust stroke for expelling the exhaust gas from the cylinder at least one further cam lobe for a brake stroke of the exhaust valve is formed. This additional stroke allows the movement of the exhaust valve required for the brake function. However, the maximum elevation of the brake stroke is significantly less than the cam lift for the maximum exhaust stroke of the exhaust valve. The exhaust valve is thus not fully opened by the brake stroke. The positioning of the cam lobes on the exhaust cam is coordinated with the four strokes of the engine intake, compression, expansion, ejection. Accordingly, during braking operation, with the fuel injection deactivated, the exhaust valves are each partially opened in at least one further cycle in addition to the exhaust stroke in order to achieve an internal braking effect in the engine.
Um die Bremsfunktion zu aktivieren wird das Leerhubelement geschaltet, so dass die Leerhubfunktion inaktiv ist, also kein Leerhub sondern ein Vollhub vollzogen wird. Der Vollhub führt dazu, dass das Übertragungselement, beispielsweise ein Schlepphebel, beim Überfahren des Auslassnockens sowohl die Ausstoßnockenerhebung als auch die Bremsnockenerhebung auf das Auslassventil überträgt. Die Schaltung dieses Bremsbetriebs erfolgt über eine hydraulische Betätigung des Leerhubelements mittels einer Beaufschlagung eines separaten Schaltölanschlusses mit Drucköl über eine Steuerleitung, die das Schaltöl zuführt. Die Steuerleitung steht in Verbindung oder Wirkverbindung mit einer Betätigungseinheit, die beispielsweise in einer Fahrgastzelle eines Nutzfahrzeugs bedienbar ist und die den Wunsch des Fahrers in einen entsprechenden Schaltvorgang überträgt.To activate the braking function, the idle-stroke element is switched so that the idle-stroke function is inactive, ie no idle stroke but a full-stroke is performed. The full stroke causes the transmission element, such as a drag lever, when passing the exhaust cam transmits both the exhaust cam lobe and the brake cam lobe on the exhaust valve. The circuit of this braking operation via a hydraulic actuation of the Leerhubelements by means of an application of a separate switching oil connection with pressure oil via a control line which supplies the switching oil. The control line is in communication or in operative connection with an actuating unit which can be operated, for example, in a passenger compartment of a commercial vehicle and which transmits the driver's request in a corresponding switching operation.
Im Fahrbetrieb, also bei befeuertem Motor, wird der zusätzliche Bremshub nicht benötigt und muss unbedingt deaktiviert sein, da sonst Fehlfunktionen und Schäden am Motor entstehen könnten. Dies erfolgt bei gemäß der Erfindung dadurch, dass das Leerhubelement eingeschaltet wird, so dass der Leerhub aktiv ist. Der Leerhub ist begrenzt und führt dazu, dass das Übertragungselement beim Überfahren des Auslassnockens zwar die Ausstoßnockenerhebung, nicht aber die wesentlich kleinere Bremsnockenerhebung auf das Auslassventil überträgt. Die Schaltung des Fahrbetriebs erfolgt über eine hydraulische Betätigung des Leerhubelements mittels einer Wegnahme des hydraulischen Drucks am Schaltölanschluss. Ungeachtet der Wirkungsweise des Leerhubelements bleibt die Ventilspielausgleichsfunktion in beiden Betriebsmodi in vollem Umfang, also mit einem kontinuierlichen Spielausgleich, jedoch unter Vermeidung eines unerwünschten Nachstellens oder Aufpumpens erhalten.When driving, so when the engine is fired, the additional brake stroke is not needed and must be necessarily disabled, otherwise malfunctions and damage to the engine could occur. This is done according to the invention in that the Leerhubelement is turned on, so that the idle stroke is active. The idle stroke is limited and causes the transmission element to transfer the exhaust cam lobe when passing the exhaust cam, but not the much smaller brake cam lobe to the exhaust valve. The circuit of the driving operation via a hydraulic actuation of the Leerhubelements by means of a removal of the hydraulic pressure at the switching oil connection. Regardless of the operation of the Leerhubelements the valve clearance compensation function in both modes of operation remains in full, so with a continuous clearance compensation, but avoiding unwanted readjustment or inflation obtained.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 vorgesehen sein, dass das Leerhubelement einen Leerhubkolben und einen Schaltkolben aufweist, wobei der Leerhubkolben als Arbeitskolben mit dem Auslassventil in Wirkverbindung steht und eine Axialbohrung aufweist, wobei die Axialbohrung von einem Leerhubrückschlagventil beherrscht ist, wobei das Leerhubrückschlagventil über einen Schaltölanschluss hydraulisch betätigbar und in Schließrichtung von einer Feder vorgespannt ist, wobei der Schaltkolbenradial innerhalb des Leerhubkolbens axial beweglich geführt ist und mit dem Leerhubkolben einen Schaltölraum bildet, wobei das Leerhubrückschlagventil den Schaltölraum und den Schaltölanschluss in Schließstellung hydraulisch voneinander trennt sowie in Öffnungsstellung hydraulisch miteinander verbindet, wobei das Ventilspielausgleichselement einen Differenzkolben und einen Ausgleichskolben aufweist, wobei der Differenzkolben sich an den Leerhubkolben axial anschließt, wobei der Ausgleichskolben radial innerhalb des Differenzkolbens axial beweglich geführt ist sowie einen Ölvorratsraum aufweist, der mit einem Druckölanschluss verbunden und von einem Ausgleichsrückschlagventil beherrscht ist, wobei das Ausgleichsrückschlagventil in Schließrichtung von einer Feder ist, wobei der Ausgleichskolben mit dem Differenzkolben und dem Zylindergehäuse einen Hochdruckraum bildet, wobei das Ausgleichsrückschlagventil den Ölvorratsraum und den Hochdruckraum in Schließstellung hydraulisch voneinander trennt sowie in Öffnungsstellung hydraulisch miteinander verbindet, wobei in dem Hochdruckraum zwischen dem Differenzkolben und dem Zylindergehäuse eine Rückstellfeder eingebaut ist, die den Differenzkolben in Richtung zum Auslassventil belastet, und wobei in dem Ölvorratsraum zwischen dem Ausgleichskolben und dem sich an diesen axial anschließenden Schaltkolben eine Leerhubfeder eingebaut ist, die sich an dem Ausgleichskolben und dem Schaltkolben abstützt, wobei ein Stellweg des Schaltkolbens in Richtung des Ventilspielausgleichselements durch einen axialen Anschlag am Differenzkolben begrenzt ist, und bei dem ein Stellweg des Ausgleichskolbens in Richtung des Leerhubelements durch einen axialen Anschlag am Schaltkolben begrenzt ist.According to a preferred embodiment of the invention may be provided according to the features of claim 2 that the Leerhubelement has a Leerhubkolben and a control piston, the Leerhubkolben is operatively connected as working piston with the exhaust valve and having an axial bore, wherein the axial bore is dominated by a Leerhubrückschlagventil wherein the Leerhubrückschlagventil is hydraulically actuated via a switching oil connection and biased in the closing direction of a spring, the Schaltkolbenradial is axially movable within the Leerhubkolbens and forms a switching oil space with the Leerhubkolben, the Leerhubrückschlagventil hydraulically separates the switching oil chamber and the switching oil connection in the closed position and hydraulically interconnected in the open position, wherein the valve lash adjuster comprises a differential piston and a balance piston, wherein the differential piston to axially adjoins the Leerhubkolben, wherein the balance piston is guided axially movable axially within the differential piston and having an oil reservoir, which is connected to a pressure oil connection and controlled by a Ausgleichsrückschlagventil, wherein the compensating check valve in the closing direction of a spring, wherein the balance piston with the differential piston and the cylinder housing forms a high-pressure chamber, wherein the compensating check valve hydraulically separates the oil reservoir and the high-pressure chamber from each other in the closed position and hydraulically connected in the open position, wherein in the high pressure space between the differential piston and the cylinder housing, a return spring is installed, which loads the differential piston in the direction of the exhaust valve, and wherein in the oil reservoir between the balance piston and the axially adjoining this switching piston a Leerhubfeder is installed, located at the Ausgle ichskolben and the control piston is supported, wherein a travel of the control piston is limited in the direction of the valve clearance compensation element by an axial stop on the differential piston, and in which a travel of the balance piston in the direction of Leerhubelements is limited by an axial stop on the control piston.
Demnach umfasst die Anordnung im Wesentlichen ein topfförmiges Gehäuse, vier miteinander oder relativ zueinander axial bewegliche und zum Teil ineinander verbaute Kolben, zwei zentrale Schraubendruckfedern sowie zwei in Schließrichtung federvorgespannte Rückschlagventile, wobei diese Komponenten zumindest teilweise miteinander wechselwirken.Accordingly, the arrangement essentially comprises a pot-shaped housing, four mutually or axially relative to each other axially movable pistons, two central helical compression springs and two spring-biased in the closing direction check valves, these components interact at least partially with each other.
Zum Einschalten der Bremsfunktion wird der Schaltdruck aktiviert, worauf sich das Leerhubrückschlagventil durch Überwinden seiner Federvorspannung öffnet und der Schaltkolben des Leerhubelements in Richtung des Ausgleichskolbens des Ventilspielausgleichselements verfährt, bis er auf dem Anschlag des Differenzkolbens des Ventilspielausgleichselements aufsitzt. Gleichzeitig ist der Ausgleichskolben über die zentrale Leerhubfeder vorgespannt und damit in seiner Position fixiert. Unter Last steigt der Druck im Schaltölraum und schließt das Leerhubrückschlagventil, da der Öldruck und die Federkraft zusammen den Druck am Schaltölanschluss übersteigen. Der Hochdruckraum des Ventilspielausgleichselements steht ebenfalls unter Druck. Das Ausgleichsrückschlagventil ist geschlossen. Der Differenzkolben sinkt nicht ein. Das Leerhubelement wirkt nun als starrer Stößel mit der Folge, dass die Kontur der Bremsnockenerhebung des Auslassnockens der Nockenwelle über das Übertragungselement direkt als Bewegung auf das zugehörige Auslassventil übertragen wird. Das vorgegebene gesamte Nockenprofil des Auslassnockens, einschließlich des Bremshubs wird vollständig wiedergegeben.To switch on the brake function of the switching pressure is activated, whereupon the Leerhubrückschlagventil opens by overcoming its spring preload and the switching piston of the Leerhubelements moves in the direction of the balance piston of the valve lash adjuster until it rests on the stop of the differential piston of the valve lash adjuster. At the same time, the compensating piston is pretensioned via the central idle stroke spring and thus fixed in its position. Under load, the pressure in the switching oil chamber increases and closes the idle-stroke check valve, since the oil pressure and the spring force together exceed the pressure at the switching oil connection. The high pressure space of the lash adjuster is also under pressure. The balance check valve is closed. The differential piston does not sink. The idle stroke now acts as a rigid plunger with the result that the contour of the brake cam elevation of the exhaust cam of the camshaft via the transmission element is transmitted directly as a movement to the associated exhaust valve. The default total cam profile of the exhaust cam, including the brake stroke, is fully reproduced.
Zum Ausschalten der Bremsfunktion beziehungsweise zum Einschalten der Fahrfunktion wird der Schaltdruck deaktiviert, worauf die Leerhubfeder den Ausgleichskolben und den Schaltkolben auseinander drückt. Dadurch entsteht im Ölvorratsraum des Ventilspielausgleichselements ein zusätzliches freies Volumen. Wenn das Hydraulikelement nun durch einen Nockenhub unter Last steht, gerät der Hochdruckraum des Ventilspielausgleichselements unter hydraulische Spannung. Der Ausgleichskolben wird dadurch zwangläufig verschoben, bis er seinen Anschlag am Schaltkolben erreicht. Durch die Verschiebung des Ausgleichskolbens wird ein zusätzliches Volumen im Hochdruckraum des Ventilspielausgleichselements freigegeben. Die hydraulische Spannung im Hochdruckraum wird somit durch die Ausweichbewegung des Ausgleichskolbens kompensiert. Das Hydraulikelement vollzieht somit einen begrenzten Leerhub und gibt der Last nach. Dieser begrenzte Leerhub ist auf die Bremsnockenerhebung ausgelegt und wird genutzt, um die Bremsnockenerhebung auszublenden und nicht auf das Auslassventil zu übertragen. Die über den Leerhub hinausgehende Ausstoßnockenerhebung wird hingegen wegen der Begrenzung des Leerhubs auf das Auslassventil übertragen.To switch off the brake function or to switch on the driving function of the switching pressure is deactivated, after which the Leerhubfeder presses the balance piston and the control piston apart. This creates an additional free volume in the oil reservoir of the valve clearance compensation element. When the hydraulic element is now under load due to a cam lift, the high-pressure space of the valve lash adjuster comes under hydraulic tension. The compensating piston is thereby forced displaced until it reaches its stop on the control piston. By the displacement of the balance piston is a additional volume released in the high-pressure chamber of the lash adjuster element. The hydraulic tension in the high pressure chamber is thus compensated by the evasive movement of the balance piston. The hydraulic element thus completes a limited idle stroke and gives way to the load. This limited idle stroke is designed for the brake cam lobe and is used to hide the brake cam lobe and not to transfer to the exhaust valve. The exhaust cam lobe beyond the idle stroke, on the other hand, is transferred to the exhaust valve due to the limitation of the idle stroke.
Beim Spielausgleich nach einer Weiterdrehung des Nockens in dessen Grundkreis außerhalb der Nockenerhebungen drückt die Rückstellfeder den Differenzkolben und das Zylindergehäuse auseinander, so dass das Hydraulikelement soweit axial ausfährt, bis das Ventilspiel ausgeglichen ist, wobei über das Ausgleichsrückschlagventil differenzdruckbedingt Hydraulikfluid zwischen dem (Ölvorratsraum und dem Hochdruckraum des Ventilspielausgleichselements strömt.When clearance compensation after a further rotation of the cam in its base circle outside the cam lobes, the return spring pushes apart the differential piston and the cylinder housing so that the hydraulic element extends axially until the valve clearance is balanced, via the compensating check valve differential pressure hydraulic fluid between the (oil reservoir and the high pressure chamber the lash adjuster flows.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass an der dem Ventilspielausgleichselement zugewandten Unterseite des Schaltkolbens eine ringflächenförmige Erhöhung ausgebildet ist, in der das schaltkolbenseitige Ende der Leerhubfeder aufgenommen ist und die zugleich als ein Anschlag für den Ausgleichskolben wirksam ist. Dadurch wird eine sichere Fixierung der Leerhubfeder erreicht und eine einfache Stellwegbegrenzung für den Ausgleichskolben dargestellt. Die ringförmige Erhöhung als Anschlag und Federaufnahme ermöglicht zudem eine große hydraulische Wirkfläche des Schaltkolbens.In addition, it can be provided that on the valve play compensation element facing bottom of the control piston an annular surface-shaped increase is formed, in which the switch piston end of the Leerhubfeder is added and which is also effective as a stop for the balance piston. As a result, a secure fixation of the Leerhubfeder is achieved and shown a simple travel limit for the balance piston. The annular increase as a stop and spring mount also allows a large hydraulic effective area of the control piston.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das leerhubseitige axiale Ende des Differenzkolbens und das ausgleichsseitige axiale Ende des Leerhubkolbens flächig aneinander anliegen, wobei das axiale Ende des Differenzkolbens zugleich als ein Anschlag (
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Grundkreis des Auslassnockens zwei Bremsnockenerhebungen ausgebildet sind, wobei eine erste Bremsnockenerhebung zur Erzeugung eines Dekompressionshubs im Expansionstakt und eine zweite Bremsnockenerhebung zur Erzeugung eines Abgasrückführungshubs im Ansaugtakt der Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet sind.According to a further embodiment of the invention can be provided that in the base circle of the exhaust cam two Bremsnockenerhebungen are formed, wherein a first brake cam lobe for generating a Dekompressionshubs in the expansion stroke and a second brake cam lobe for generating a Abgasrückführungshubs are formed in the intake stroke of the four-stroke reciprocating internal combustion engine.
Demnach können im Motorbremsbetrieb zwei zusätzliche Hübe des Auslassventils erfolgen. Der CR(Compression Release)-Hub dient dazu, Expansionsarbeit des Motors zu vernichten und damit dem Antrieb zu entziehen. Der BGR(Bremsgasrückführung)-Hub dient dazu, den während des Bremsbetriebs erhöhten Druck im Abgastrakt des Motors zu einer überhöhten Füllung des im Motorzyklus folgenden nächsten Zylinders beim Ansaugen zu nutzen, um die Bremsleistung des Motors zu steigern. Das Hydraulikelement gemäß der Erfindung kann durch Schalten des Leerhubelements eine Hubkurve mit zwei auf die Motortakte abgestimmten Erhebungen im Grundkreis des Auslassnockens für beide Motorbremsbetriebsarten übertragen.Accordingly, in engine braking operation, two additional strokes of the exhaust valve may occur. The CR (Compression Release) stroke serves to destroy the expansion work of the engine and thus to escape the drive. The BGR (brake gas recirculation) stroke is used to use the increased pressure during the braking operation in the exhaust tract of the engine to an inflated filling of the next following in the engine cycle next cylinder when sucking to increase the braking performance of the engine. By switching the idle stroke element, the hydraulic element according to the invention can transmit a lift curve with two elevations in the base circle of the exhaust cam coordinated for the engine cycles for both engine brake operating modes.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass zwischen der Außenmantelfläche des Differenzkolbens und der Innenwand des Zylindergehäuses sowie zwischen der Außenmantelfläche des Leerhubkolbens und der Innenwand des Zylindergehäuses ein Leckspalt ausgebildet ist, der ein Einsinken des Leerhubkolbens und des Differenzkolbens in das Zylindergehäuse unter Last derart bewirkt, dass ein maximaler Ausstoßhub des Auslassventils im Motorbremsbetrieb kleiner ist als ein maximaler Ausstoßhub des Auslassventils im Normalbetrieb.It can also be provided that between the outer circumferential surface of the differential piston and the inner wall of the cylinder housing and between the outer lateral surface of the Leerhubkolbens and the inner wall of the cylinder housing, a leakage gap is formed, which causes a sinking of the Leerhubkolbens and the differential piston in the cylinder housing under load such that a maximum exhaust stroke of the exhaust valve during engine braking operation is less than a maximum exhaust stroke of the exhaust valve in normal operation.
Beim Absinken des Abstützelements, also des Leerhubkolbens in das Zylindergehäuse, hervorgerufen durch einen Nockenhub, verkürzt sich der axiale Abstand zwischen dem Differenzkolben und dem Zylindergehäuse, wobei eine geringe Hydraulikfluidmenge aus dem Hochdruckraum des Ventilspielausgleichselements über einen Leckspalt in Richtung des Ölvorratsraum entweicht. Dieser Leckspalt kann gezielt so dimensioniert sein, dass im Bremsbetrieb, also ohne das Abducken des Ausgleichskolbens beim Leerhub, die maximale Ventilerhebung des Auslassventils, also die Spitze der Ausstoßnockenerhebung quasi ausgeblendet ist und nicht auf das Auslassventil übertragen wird. Die Hubkurve wird in diesem Bereich geringfügig abgeflacht. Dadurch kann die thermische Belastung der besonders beanspruchten Ventilbauteile wie Ventilsitzringe und Ventilteller, welche im Motorbremsbetrieb durch das mehrfache Öffnen und Schließen des Auslassventils innerhalb der vier Motortakte erhöht sein kann, verringert werden.When the support element, that is to say the idling piston in the cylinder housing, sinks due to a cam lift, the axial distance between the differential piston and the cylinder housing is shortened, with a small amount of hydraulic fluid escaping from the high pressure chamber of the valve play compensation element via a leakage gap in the direction of the oil reservoir. This leakage gap can be specifically dimensioned so that in braking mode, ie without the pressure of the compensating piston during the idle stroke, the maximum valve lift of the exhaust valve, so the tip of the exhaust cam is quasi hidden and is not transmitted to the exhaust valve. The lift curve is slightly flattened in this area. Thereby, the thermal load of the particularly stressed valve components such as valve seat inserts and valve disc, which may be increased in the engine braking operation by the multiple opening and closing of the exhaust valve within the four engine cycles can be reduced.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Viertakthubkolbenbrennkraftmaschine, bei der die Auslassventile der Zylinder über Übertragungselemente, wie Schlepp- oder Kipphebel, welche durch eine oder mehrere Nockenwellen angetrieben sind, in einem Normalbetrieb und in einem Motorbremsbetrieb betätigbar sind, und bei der die Übertragungselemente an jeweils einem Hydraulikelement schwenkbar gelagert sind.The invention also relates to a four-stroke reciprocating internal combustion engine in which the exhaust valves of the cylinders are operable via transmission elements such as towing or rocker arms driven by one or more camshafts in normal operation and engine braking operation, and in which the transmission elements are each on a hydraulic element are pivotally mounted.
Bei dieser Brennkraftmaschine ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass in dem jeweiligen Hydraulikelement ein ventilgesteuertes Leerhubelement sowie ein Ventilspielausgleichselement kombiniert angeordnet sind, und dass das Leerhubelement sowie das Ventilspielausgleichselement in einem topfförmigen Zylindergehäuse axial beweglich geführt und hintereinander angeordnet sind, wobei das Leerhubelement zwischen einem Leerhub für einen Normalbetrieb und einem Vollhub für einen Motorbremsbetrieb umschaltbar ist, wobei in dem Motorbremsbetrieb durch einen Auslassnocken eine Bremshubkurve auf ein Auslassventil zu einem zusätzlichen Öffnen des Auslassventils übertragbar ist, wobei zur Erzeugung der Bremshubkurve zumindest eine Bremsnockenerhebung im Grundkreis des Auslassnockens, getrennt von einer Ausstoßnockenerhebung, angeordnet ist, wobei der Bremshub des Auslassventils kleiner als ein maximaler Ausstoßhub des Auslassventils ist. In this internal combustion engine is provided according to the invention that in the respective hydraulic element, a valve-controlled Leerhubelement and a valve lash adjuster are arranged in combination, and that the Leerhubelement and the valve lash adjuster are axially movably guided in a pot-shaped cylinder housing and arranged one behind the other, wherein the Leerhubelement between an idle stroke for a normal operation and a full lift for an engine braking operation is switchable, wherein in the engine braking operation by an exhaust cam a Bremshubkurve is transferable to an exhaust valve to an additional opening of the exhaust valve, wherein for generating the Bremshubkurve at least one brake cam lobe in the base circle of the exhaust cam, separated from a discharge cam lobe, is arranged, wherein the braking stroke of the exhaust valve is smaller than a maximum exhaust stroke of the exhaust valve.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestelltem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the attached drawing. In the drawing shows
Der Auslassnocken
Der Ventiltrieb weist mehrere derartige Einheiten von Nocken
Der Leerhubkolben
Das Ventilspielausgleichselement
Im Hochdruckraum
Der Differenzkolben
In dem Ölvorratsraum
In rechten Darstellung (b) der
Die
Wird das Hydraulikelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hydraulikelementhydraulic element
- 22
- NockenanlaufrolleCam nose role
- 33
- Auslassnockenexhaust
- 44
- Kalottedome
- 55
- Übertragungselement, SchlepphebelTransmission element, drag lever
- 66
- Anlageflächecontact surface
- 77
- AusstoßnockenerhebungOutput cam lobe
- 88th
- BremsnockenerhebungBrake cam lobe
- 99
- NockengrundkreisCam base circle
- 1010
- BremsnockenerhebungBrake cam lobe
- 1111
- LeerhubelementLeerhubelement
- 1212
- Leerhubkolbenidle stroke piston
- 1313
- Schaltkolbenswitching piston
- 1414
- Axialbohrungaxial bore
- 1515
- Radialbohrungradial bore
- 1616
- SchaltölanschlussSwitching oil port
- 1717
- SchaltölraumSwitching oil space
- 1818
- LeerhubrückschlagventilLeerhubrückschlagventil
- 18a18a
- Feder des LeerhubrückschlagventilsSpring of Leerhubrückschlagventils
- 1919
- Ventilkörpervalve body
- 2020
- Ventilkappevalve cap
- 2121
- Kugelkopfball head
- 2222
- VentilspielausgleichselementLash adjuster
- 2323
- Zylindergehäusecylinder housing
- 2424
- Differenzkolbendifferential piston
- 2525
- Ausgleichskolbenbalance piston
- 2626
- ÖlvorratsraumOil reservoir
- 2727
- Axialbohrungaxial bore
- 2828
- AusgleichrückschlagventilCompensating check valve
- 28a28a
- Feder des AusgleichrückschlagventilsSpring of the compensation check valve
- 2929
- Ventilkörpervalve body
- 3030
- Ventilkappevalve cap
- 3131
- HochdruckraumHigh-pressure chamber
- 3232
- DruckölanschlussPressure oil connection
- 3333
- RückstellfederReturn spring
- 3434
- LeerhubfederLeerhubfeder
- 3535
- Ausgleichkolbenanschlag, SchaltkolbenerhöhungBalancing piston stop, control piston increase
- 3636
- Schaltkolbenanschlag, DifferenzkolbenendflächeSwitching piston stop, differential piston end face
- 3737
- Leckspaltleakage gap
- P_HLAP_HLA
- VentilspielausgleichsdruckValve clearance compensation pressure
- P_SchaltP_Schalt
- SchaltöldruckOil pressure switch
- ss
- SchaltkolbenstellwegSchaltkolbenstellweg
Claims (7)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |