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Regelbare Motorbremse für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine regelbare Motorbremse für Brennkraftrnaschinen, insbesondere Fahrzeug-Brennkraftmaschinen,
bei der jedem Zylinder ein den Weg nach außen freigebendes Ventil zugeordnet ist,
das kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes des Kompressionshubes des Arbeitskolbens
öffnet und die komprimierte Ladung ausströmen läßt, wobei das Ventil längsverschieblich
ist und eine kreisringförmige Ventilfläche aufweist, welche durch Federkraft gegen
den Kompressionsdruck auf einen an der Zylinderwand vorgesehenen Ventilsitz gedrückt
wird.
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Bei einer derarti-en Ausführung einer Motorbremse wird die Kompressionsarbeit
zurVernichtung der Bewegungsenergie benutzt.
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Ähnliche Einrichtungen sind auch als Dekompressionsventile bekannt,
wobei allerdings das in entsprechender Weise jedem Zylinder zugeordnete Ventil dadurch,
daß es dauernd geöffnet bleibt, eine Kornpression verhindert. Weitere bekannte ähnlich
aufgebaute Einrichtungen dienen zur Entnahme von komprimierter Luft aus einem Zylinder
einer Brennkraftmaschine. Bei diesen Einrichtungen wird an die durch das Ventil
dauernd freigegebene öffnung eine Luftentnahmeleitung angeschlossen.
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Um zusätzliche Durchbrechungen des Verbrennungsraumes zu vermeiden,
ist es auch bereits bekannt, für den Einbau derartiger Ventile die Einschrauböffnung
für eine Zünd- oder Glühkerze zu verwenden. Hierzu ist um den Körper einer Zünd-oder
Glühkerze ein Abblaseventil angeordnet. Bei Vereinigung einer Zündkerze (bzw. Glühkerze)
mit einem Abblaseventil zum Bremsbetrieb zum Zwecke der Benutzung einer gemeinsamen
Bohrung im Zylinderkopf tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß das Abblaseventil
notwendigerweise kleine Abmessung bekommen muß und somit störanfällig wird bzw.
infolge Zusetzens durch Abgasbestandteile nicht mehr exakt bei einem bestimmten
Kompressionsdruck öffnet. Es stellt sich daher die Aufgabe, diese Schwierigkeiten
zu beseitigen, ohne eine Vergrößerung des gesamten Aggregates zuzulassen.
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Nach der Erfindung wird dies, ausgehend von einer regelbaren Motorbremse
eingangs geschilderter Art, dadurch erreicht, daß die Ventilfläche an einem Ringkolben
ausgebildet ist, welcher auf einer Hülse gleitet, welche willkürlich verschiebbar
ist und ebenfalls eine Ventilfläche aufweist, die auf einen an der Zylinderwand
vorgesehenen weiteren zwischen dem ersten Ventilsitz und dem Brennraum liegenden
Ventilsitz gedrückt wird, und daß die Hülse zur Aufnahme eines Zündkerzen- oder
Glühkerzenkörpers eingerichtet ist. Durch die Ausbildung der Hülse zu einem zweiten
Ventilkörper wird eine einwandfreie Abdichtung des Zylinderinneren gegen den Auslaß
des Bremsventils erreicht. Es ergibt sich weiter der Vorteil, daß die Hülse, als
lediglich im Ruhezustand absperrendes Organ, durch entsprechende Mittel fest auf
den Ventilsitz gepreßt werden kann. Damit läßt sich während des Arbeitens der Brennkraftmaschine
eine hermetische Abdichtung erreichen, was insbesondere wegen der beim Arbeiten
der Brennkraftmaschine auftretenden hohen Wärmebeanspruchungen äußerst wichtig ist.
Das eigentliche Ventil, also der bei jedem Kompressionshub spielende Ringkolben,
wird von diesen Beanspruchungen vollkommen ferngehalten und arbeitet nur bei leerlaufender
bzw. abgeschalteter Brennkraftmaschine. Bei der Dieselmaschine tritt durch Abschneiden
der Korn-Dressionsspitze keine Zündung des Gemisches mehr #uf; bei einer Brennkraftmaschine
mit elektrischer Zündung läßt sich diese durch entsprechende Hilfsmittel, beispielsweise
durch Unterbrechen des Primärstromkreises der Zündung, vermeiden. Da somit der Ventilsitz
der Hülse nicht beansprucht und der Sitz des Ringkolbens durch die ausströmenden
kalten Gase gekühlt wird, ist ein Verschleiß weitgehend vermieden, das Bremsventil
also äußerst betriebssicher. Zu dieser Betriebssicherheit trägt auch bei, daß die
zu säubernden Teile der Kerzen, also die Hauptelektrode mit dem Isolator der Zündkerze,
sowie der Glühwendel mit dem Isolator der Glühkerzen in dem Raum verbleiben, der
von den ausströmenden Gasen bestrichen wird.
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Zweckmäßigerweise besitzt derRingkolben hierbei eine zum Verbrennungsraum
weisende Stirnfläche, die stets freiliegt und die wesentlich kleiner ist als die
Gesamtventilfläche des Ringkolbens.
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Der Ringkolben vertritt bei einer solchen Ausführungsfonn des Bremsventils
die Stelle des Ventilkegels und dichtet bei betriebsbereitern Bremsventil
das
Zylinderinnere gegen den Austritt der zu komprimierenden Ladung ab. Die nicht aufliegende
Stimfläche an der zumVerbrennungsraum weisenden Seite des Ringkolbens wird im Betriebszustand
von der komprimierten Ladung beaufschlagt, wodurch der Ringkolben gegen die Kraft
einer Feder axial verschoben werden und den Durchtritt für die komprimierte Ladung
freigeben kann. Durch die Größe dieser Stirnfläche kann die Druckwirkung der komprimierten
Ladung und damit der Einsatzzeitpunkt der Längsverschiebung des Ringkolbens mit
der hiermit verbundenen Freigabe der komprimierten Ladung justiert werden. Eine
einfache Berechnung der den Ringkolben belastenden Feder ergibt sich dadurch, daß
die Stirnfläche mit einem Flächeninhalt von 1 cn12 ausgeführt wird. Die Kraft
der Feder muß dann den im Zylinderinneren herrschenden Druckverhältnissen angepaßt
sein, muß also den in den Tabellen der verschiedenen Hersteller solcher Brennkraftmaschinen
enthaltenen Verdichtungszahlen entsprechen. Dadurch, daß diese Stimfläche wesentlich
kleiner ist als die Gesamtventilfläche des Ringkolbens, wird bei geöffnetem Ventil,
also bei längsverschobenem Ringkolben, eine wesentlich größere Fläche zur Beaufschlagung
durch die komprimierte Ladung frei. Es wird auf diese Art vermieden, daß der kingkolben
flattert und durch Hämmern den Ventilsitz bzw. die Stirnseite des Ringkolbens beschädio
gt. Außerdem ist durch die Vergrößerung der Stirnfläche durch Abheben des Ringkolbens
vom Ventilsitz dem Rechnung getragen, daß der Druck der komprimierten Ladung durch
allmähliches Entweichen ins Freie stark reduziert wird und infolgedessen nicht mehr
die Kraft wie beim öffnen des Bremsventils auf die Stirnfläche des Ringkolbens ausüben
kann. Der Ringkolben wird bei entsprechender Justierung erst wieder in seinen Ruhezustand
auf den Ventilsitz zurückkehren, wenn die komprimierte Ladung nahezuAtmosphärendruck
angenommenhat, der Druck dieser nahezu entspannten Ladung also selbst bei vergrößerter
Stimfläche nicht mehr ausreicht, um den Ringkolben in der Arbeitsstellunl,- zu halten.
Hierdurch wird die komprimierte Ladung praktisch vollständig ins Freie abgeführt
und dadurch die gesamte für die Kompression zu leistende Arbeit als Bremsarbeit
nutzbar gemacht. Die Führung des Ringkolbens auf der Außenwand der zur Aufnahme
eines Zündkerzenkörpers bzw. Glühkerzenkörpers eingerichteten Hülsen bereitet keine
Schwierigkeiten, da an die Passung des Kolbens keine hohen Ansprüche gestellt werden
müssen. Sollte durch einen etwa vorhandenen Spalt zwischen der Außenwand der Hülse
und der Innenwand des Ringkolbens, selbst durch einen eventuell vorhandenen Spalt
zwischen Ringkolben und Ventilsitz vor dem optimalen öffnungspunkt des Bremsventils
ein Teil der komprimierten Ladung austreten, so verringert dieser Effekt lediglich
die Bremswirkung der Motorbremse um Bruchteile und ist bei hochtouri,-len Maschinen
sogar notwendig. Durch diese mögliche große Passungstoleranz kann auch auf eine
Schmierung des Ringkolbens verzichtet werden.
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Zum Steuern der Motorbremse stützt sich vorteilhafterweise die Hülse
zur Aufnahme eines Isolierkörpers einer Zündkerze oder einer Glühkerze über eine
Druckhülse und ein Kugellager auf einem drehbaren Steuerring ab, der längsverschieblich
in einem das Motorbremsventil umfassenden hohlzylindrischen Aufnahmekörper angeordnet
ist, wobei der drehbare Steuerring nach Drehung -um seine Längsachse mit in Umfangsrichtung
einseitig abgeschrägten Vorsprüngen unter Druck der den Ringkolben belastenden Feder
in entsprechendeAussparungen eines feststehenden Steuerringes versehiebbar ist.
Durch diese Anordnung wird eine einfache und leicht überschaubare Steuervorrichtung
für das Bremsventil geschaffen, welche, da sie nur aus wenigen Einzelteilen besteht,
sehr betriebssicher ist und außerdem fast verschleißlos arbeitet.
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Der drehbare Steuerring kann nun noch drehfest über ein Steuerrohr
mit einer Seilrolle verbunden sein, die durch einen Seilzug, durch einen Servomotor
oder durch einen Hydraulikzylinder zu verdrehen ist. Durch diese Steuerglieder ist,
insbesondere bei Einschalten eines Servomotors bzw. Hydraulikzylinders eine äußerst
feinfühlige Einstellung der Bremskraft möglich. Die Steuerung dieser Servoglieder
kann unabhängig von anderen Funktionen durch Hand- oder Fußbedienungselemente erfolgen
oder mit Funktionen gekoppelt sein, die zur Bedienung der Brennkraftmaschine oder
des Kraftfahrzeuges erforderlich sind. Eine Koppelung dieser Art ergibt sich beispielsweise
dadurch, daß die Betriebsbremse und die Motorbremse gleichzeitig bedienbar sind,
die Motorbremse also die Wirkung der Betriebsbremse unterstützt.
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In den Zeichnungen sindAusführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 das erfindungsgemäße Motorbremsventil
im Längsschnitt, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 der Fig.
1,
F i g. 3 schematisch den Erfindungsgegenstand mit teilweise, abgehobener
Hülse, F i g. 4 in der gleichen Darstellungsweise mit voll abgehobener Hülse
und abgehobenem Ringkolben, F i g. 5 wie F i g. 4, jedoch mit aufliegendem
Rinkolben; F i g. 6 zeigt eine Anordnung der Fußbedienungshebel zur Betätigung
eines Servomotors, F i g. 7 desgleichen in schematischer Darstellungsweise
die Betätigung durch eine öldruckbremse; F i g. 8 läßt die Bedienung durch
einen Handhebel und F i g. 9 die Bedienung durch einen Servo-Unterdruckmotor
erkennen.
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Das Bremsventil ist in dem Motorgehäuse 3 mittels des die Masseelektrode2
einer Zündkerze aufweisenden Aufnahmekörpers 49 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes5
eingeschraubt. Um denAufnahmekörper ist ein Sammler 36 angeordnet, der die
durch die Auslaßöffnungen 14 ausströmenden Gase sammelt und gemeinsam über einen
Auspuff ins Freie ableitet. Um Geräusche zu vermeiden, wird dieser Sammler durch
eine Feder 38 unter Spannung gehalten. Im Inneren des Aufnahmekörpers ist
der Isolierkörper 6 der Zündkerze mit Mittelelektrode 1
und mit ihrem
Anschluß 21 angeordnet. Der Isolierkörper 6 ist über einen Dichtungsring
9 in der Hülse 7 mittels einer Druckhülse 8 eingepreßt. Um
einen einwandfreien Sitz dieses Isolierkörpers der Zündkerze zu erreichen, ist die
Hülse 7 an der dem Verbrennungsraum abgewendeten Stirnseite geschlitzt und
mit einem Stahlring 15 zusammengehalten. Die Druckhülse8 trägt außerdem einen
Dichtungsring16, welcher den Austritt der unverbrannten Gase zw!-schen
Druckhülse
8 und Aufnahmekörper 49 verhindert. Auf der Hülse 7 gleitet der Ringkolben
10,
welcher durch die Feder 11 gegen den konusförmigen Ventilsitz 4
gedrückt wird. Die Stirnfläche 30 des Ringkolbens 10 liegt auch im
Ruhezustand des Ringkolbens nicht auf dem Ventilsitz 4 auf. Die Stirnfläche
30 ist jedoch wesentlich kleiner als die Gesamtventilfläche 31 des
Ringkolbens. Auf der Außenseite wird der Ringkolben 10 durch Gleitleisten
12 geführt, zwischen denen die komprimierte Ladung durchströmen kann. Die Druckhülse
8 stützt sich über ein Kugellager18 auf dem drehbaren Steuerring
19 ab, der nach einer Drehung in Pfeilrichtung 40 mit Vorsprüngen 48 in entsprechende
Aussparungen des feststehenden Steuerringes 20 eingreifen kann. Der drehbare Steuerring
19 ist über das Steuerrohr 29 mit der Seilrolle 32 verbunden,
die drehbar über ein Kugellager 33 auf der Federhülse 22 angeordnet ist.
Die Federhülse 22 trägt in ihrem Inneren eine Schraubenfeder 23, welche sich
am Teil 24 abstützt und den drehbaren Steuerring 19 wieder in die Ausgangslage
zurückdreht. Auf der Seilrolle 32 befindet sich das Seil 39, welches
in der Gegenhalterung 28
verankert ist. Die Gegenhalterung 28 ist mit
Nieten 27 an der Federhülse 22 befestigt. Federhülse 22 und Aufnahmekörper
49 werden durch einen Haltestift 25, der durch eine Blattfeder
26 belastet ist, zusammengehalten.
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Der Schnitt in F i g. 2 zeigt die Zwischenräume 13
zwischen
den Gleitleisten 12, durch die die komprimierte Ladung über die Auslaßöffnungen
14 in das Innere des Sammlers 36 ausströmen und diesen durch die öffnung
37 verlassen kann. In F i g. 2 ist der Deutlichkeit halber der Isolierkörper6
der Zündkerze nicht eingezeichnet.
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F i g. 3 zeigt das Bremsventil in einer Zwischenstellung. Hier
ist die Hülse 7 nur zum Teil von dem Ventilsitz abgehoben; es ist also zum
Durchströmen der komprimierten Ladung nur ein kleiner Spalt vorhanden. Infolgedessen
kann die komprimierte Ladung in der zur Verfügung stehenden Zeit nicht vollständig
ins Freie entweichen, wodurch die Bremswirkung geringer ist als bei voll abgehobener
Hülse 7 und entsprechenderVergrößerung des zwischen der Hülse und dem Ventilsitz
entstehenden Spaltes.
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F i g. 4 zeigt in der gleichen Anordnung die Hülse
7
vollkommen zurückgezogen. Die Vorsprünge des drehbaren Steuerringes
19 sind voll in die entsprechenden Ausnehmungen des. festen Steuerringes
20 eingerastet. Der Ringkolben 10 ist durch den Druck der komprimierten Ladung
ganz in seine voll öffnende Endstellung gedrückt worden, und die komprimierte Ladung
kann durch die Zwischenräume zwischen den Gleitleisten 12 und die Auslaßöffnungen
14 in den Sammler ausströmen. Bei nachlassendem Druck der komprimierten Gase wird
sich der Ringkolben 10 wieder in seine Ruhestellung zurückbewegen und auf
den Ventilsitz 4 auflegen (F i g. 5). Dieses Spiel wiederholt sich so lange,
bis die Hülse 7 wieder auf den Ventilsitz 4 gedrückt wird. Das Zylinderinnere
ist somit durch zwei Ventile, einmal durch die Hülse 7 und zum anderen durch
den Ringkolben 10, gegen außen abgedichtet. Einer Wärmebeanspruchung sind
nunmehr nur noch die normalerweise im Verbrennungsraum verbleibenden Teile ausgesetzt,
also die Hauptelektrode 1 mit dem Isolierkörper 6 der Zündkerze sowie
die Masseelektroden 2. Der empfindliche Ventilsitz 4 und der zugehörige Ringkolben
10 werden vollkommen von diesen Beanspruchungen ferngehalten.
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Eine Betätigungsart des Motorbremsventils ist in F ig. 6 gezeigt.
Hier ist das das Brennstoffzumeßorgan bedienende Fußbedienungselement66 schematisch
dargestellt, über das über ein verstellbares Gestänge 67, 68, 69 die Brennstoffzufuhr
regelbar ist. Weiterhin ist an diesem Fußbedienungselement 66
ein Nocken
65 mit einer Feder 53 angebracht, welcher auf einen mit einer Rückzugfeder
52 versehenen Kniehebel 51 a, 51 b einwirkt.
Bei Betätigung dieses Fußbedienungselementes66 in Pfeilrichtung85 wird die Leistungsabgabe
der Maschine vergrößert. Bei Rückziehen des Fußbedienungselementes 66 in
Pfeilrichtung 86 wird nur auf den Schenkel 51 b des Kniehebels
51 a, 51 b ein Druck ausgeübt und derselbe in die eingezeichnete
Richtung verschwenkt. Hierdurch wird das Ventil 50 so verstellt, daß die
von einem Unterdruckmotor kommende Leitung 56
mit der Ansaugleitung
55 verbunden ist. Der Unterdruckmotor wird dadurch betätigt und verdreht
die Seilrolle. Bei Niedertreten des Kupplungspedals 60
in Pfeilrichtung
63 wird über ein Gestänge 62 und einen Mitnehmer 61 der Kniehebel
in seine Ausgangsstellung gedrückt, und er verbindet nun die vom Freien kommende
öffnung 54 mit der Ansaugleitung 55, wodurch der Unterdruckmotor wieder in
seine Ruhelage zurückkehrt, das Motorbremsventil also wieder geschlossen wird. Gleichzeitig
mit dem Betätigen des Kniehebels durch das die Treibstoffzufuhr regelnde Bedienungselement
66 wird auf einen Bowdenzug 57, 58, 59 ein Druck ausgeübt, welcher
den Kontakt zum Primärstromkreis der Zündung unterbricht. Selbstverständlich kann
dieser Bowdenzug bei Wegfall einer Servoeinrichtung selbständig das Bremsventil
steuern, allerdings sind dann zum Rückführen des Fußbedienungselementes
66 in Pfeilrichtung 86 wesentlich größere Kräfte notwendig.
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F i g. 7 zeigt eine Anordnung für Kraftfahrzeuge mit öldruckbremse,
wobei der Fußbedienungshebel 70 über ein Gestänge 71 auf den Hauptzylinder
72,
73 der öldruckbremse einwirkt. Die öldruckleitung 74 weist ein
T-Stück auf, wodurch einmal in Pfeilrichtung 75 die Betriebsbremse und zum
anderen in Pfeilrichtung 76 die Motorbremse über einen entsprechenden Hydraulikzylinder
betätigt wird. Hierbei kann die Fläche des die Motorbremse betätigenden Hydraulikzylinders
so ausgelegt sein, daß ein geringer Druck auf das Bedienungselement 70 genügt,
um diesen Hydraulikzylinder zum Ansprechen zu bringen und hiermit die Motorbremse
einzuschalten. Bei weiterem Niedertreten des Bedienungselementes 70
wird dann
auch noch die normale Betriebsbremse eingeschaltet, die nun durch die Bremswirkung
der Motorbremse verstärkt ist.
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F i g. 8 zeigt schematisch einen Handbedienungshebel
80-83, welcher an Stelle eines Bowdenzuges zur Betätigung der Motorbremse
eingesetzt werden kann. Selbstverständlich kann dieser Handbedienungshebel eine
entsprechende Rastung tragen, um
verschiedene Stellungen und damit Bremswirkungen
der Motorbremse fixieren zu können.
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In F i g. 9 ist die Verbindung einer Regelung der Bremskraft
mittels eines von Hand zu betätigenden Bowdenzuges mit einem Unterdruckmotor
90 gezeigt. Durch den Zugknopf 110 wird das Ventil 94 in Pfeilrichtung
111 so verschoben, daß die öffnung 93
abgeschlossen wird. Der Stutzen
98 ist mit der Ansaugleitung
der Brennkraftmaschine über
ein Ventil 50 (F i g. 6) verbunden, so daß bei entsprechender
Stellung in der Kammer 92 ein Unterdruck entsteht, wodurch die Membran
91 in Pfeilrichtung 97 verschoben wird. Hierdurch wird das ganze Teil
95 und der mit der Seilrolle des Motorbremsventils verbundene Bowdenzug
96 in diese Richtung verschoben, wodurch das Motorbremsventil betätigt werden
kann. Je nach der Stellung des Zugknopfes 110 wird das Teil 95 mehr
oder weniger weit in Pfeilrichtung 97 bewegt und verdreht in entsprechender
Weise auch die Seilrolle. Die Bremswirkung ist dadurch kontinuierlich regelbar.
Das Teil 95 nimmt über einen Mitnehmer außerdem einen Kontakt 101
mit, welcher in Ruhestellung auf einem Gegenkontakt 100
aufliegt. Die Klemmen
102, 103 sind in den Primärstromkreis der Zündung eingeschaltet. Bei Betätigen
des Unterdruckmotors 90 wird also, bevor das Bremsventil geöffnet hat, der
elektrische Kontakt100 bis 103 geöffnet und der Primärstromkreis zur Zündung
hiermit unterbrochen.