DE19821130A1 - Engine pressure brake and exhaust outflow shutoff valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die mit einer Motorstaubremse ausgestattet ist, bei der im Auspufftrakt eine Stauklappe angeordnet ist, um die Strömung von Abgas aus der Brennkraftmaschine zu unterbinden.The invention relates to an internal combustion engine equipped with an engine dust brake is, in which a damper is arranged in the exhaust tract to prevent the flow of exhaust gas to prevent the internal combustion engine.
Bei herkömmlichen Motorstaubremsen ist im Auspufftrakt des Motors eine Klappe angeord net, die für den Bremsbetrieb umgeschaltet wird, so daß sie den Auspufftrakt möglichst dicht abschließt. Gleichzeitig wird die Einspritzpumpe auf Nullförderung umgestellt. Der Motor wird dabei vom schiebenden Fahrzeug angetrieben, und der Druck steigt im Auspuff strom aufwärts der Stauklappe durch die Pumpwirkung des Motors so lange an, bis Auslaßventile aufgedrückt werden und Abgas in einen anderen Zylinder zurückgeschickt wird. Ab diesem Zeitpunkt wird einlaßseitig keine Luft mehr angesaugt, sondern es wird nur mehr Gas zwi schen der Auspuffleitung und den einzelnen Zylindern hin und her gepumpt. Durch die starke Drosselwirkung an den aufgedrückten Ventilen wird eine erhebliche Energiemenge von me chanischer Arbeit in Wärme umgesetzt. Die entstehende Wärme wird fast vollständig über das Kühlwasser abgeführt. Das Bremsmoment, das mit einer solchen Staubremse erzielbar ist, hängt unter sonst gleichen Umständen sehr stark von der Vorspannung der Ventilfedern der Auslaßventile ab. Je stärker diese Vorspannung ist, um so größer wird der Druck, der im Bremsbetrieb erzielt wird, und um so mehr Arbeit kann in Wärme umgesetzt werden. Ande rerseits steigt auf diese Weise auch die Temperatur in der Brennkraftmaschine an. Begrenzend für die Auslegung der Motorbremse ist zur Zeit die höchstzulässige Temperatur an den Düsenkuppen der Einspritzdüsen. Die Einspritzdüsen werden naturgemäß im Bremsbetrieb nicht durch den durchfließenden Kraftstoff gekühlt, so daß die Düsenkuppen im wesentlichen die Brennraumwandtemperatur annehmen.With conventional engine dust brakes, a flap is arranged in the exhaust tract of the engine net, which is switched for braking operation, so that it closes the exhaust tract as tightly as possible completes. At the same time, the injection pump is switched to zero delivery. The motor is driven by the pushing vehicle and the pressure in the exhaust stream increases up the damper due to the pumping action of the engine until exhaust valves be pressed and exhaust gas is sent back to another cylinder. From this At the time, air is no longer sucked in on the inlet side, but only gas is added between pumped back and forth between the exhaust pipe and the individual cylinders. Because of the strong Throttling effect on the pressed-on valves becomes a considerable amount of energy from me chanic work converted into heat. The heat generated is almost completely over the Cooling water discharged. The braking torque that can be achieved with such a dust brake otherwise depends very much on the preload of the valve springs Exhaust valves. The stronger this preload, the greater the pressure in the Braking is achieved, and the more work can be converted into heat. Ande on the other hand, the temperature in the internal combustion engine also rises in this way. Limiting For the design of the engine brake, the maximum permissible temperature is currently at the Nozzle tips of the injection nozzles. The injectors are naturally in braking mode not cooled by the fuel flowing through it, so the nozzle tips essentially assume the combustion chamber wall temperature.
Da die Nutzfahrzeugmotoren durch technische Weiterentwicklung immer leistungsfähiger werden, ist es möglich, den Hubraum für solche Fahrzeuge im Vergleich zu früheren Motoren zu verringern. Um jedoch die gleiche Bremsleistung abführen zu können, ist es erforderlich, bei der Motorbremse zusätzliche Maßnahmen zu setzen.Because commercial vehicle engines are becoming increasingly powerful due to technical developments it is possible to increase the displacement for such vehicles compared to previous engines to reduce. However, in order to be able to dissipate the same braking power, it is necessary to take additional measures for the engine brake.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bremsleistung einer Motorstaubremse der ein gangs beschriebenen Art zu erhöhen, ohne die Lebensdauer des Motors und insbesondere der Einspritzdüse zu beeinträchtigen.The object of the present invention is to reduce the braking power of an engine brake increase described type without increasing the life of the engine and especially the Affect the injector.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Umgehungsleitung vorgesehen ist, die den stromaufwärts der Stauklappe angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes mit dem stromabwärts der Stauklappe angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes verbindet, und daß die Umgehungsleitung einen vorbestimmten Drosselquerschnitt aufweist. According to the invention, this object is achieved in that a bypass line is provided is the section of the exhaust tract arranged upstream of the damper with the downstream section of the damper section of the exhaust tract connects, and that the bypass line has a predetermined throttle cross section.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß aus den oben beschriebenen Gründen die Wärmemenge, die durch das Kühlwasser während des Bremsbe triebs abgeführt werden kann, durch die maximale Temperatur der Einspritzdüsenkuppen be grenzt ist. Da bei vollständig geschlossener Stauklappe keinerlei Gasaustausch mit der Um gebung stattfindet, entspricht diese abgeführte Wärmemenge auch der Bremsleistung. Wenn man nun einen begrenzten Enthalpiestrom durch die Brennkraftmaschine zuläßt, indem ein Gasaustausch ermöglicht wird, kann zusätzlich zu der durch das Kühlwasser abgeführten Wärmemenge eine Wärmemenge abgeführt werden, die der Differenz des Enthalpiestroms des aus dem Auspuff austretenden Gases und des Enthalpiestroms der einlaßseitig einströmenden Gase entspricht. Durch die Kühlwirkung des angesaugten Frischgases können bei der erfin dungsgemäßen Brennkraftmaschine die Ventilfedern der Auslaßventile eine größere Vor spannung aufweisen, ohne die Düsenkuppen thermisch überzubeanspruchen.The basic idea of the present invention is based on the knowledge that from the above reasons described the amount of heat caused by the cooling water during braking can be dissipated by the maximum temperature of the injector tip is bordered. Since with the damper completely closed, no gas exchange with the Um If this takes place, this amount of heat dissipated also corresponds to the braking power. If one now allows a limited enthalpy flow through the internal combustion engine by a Gas exchange is made possible, in addition to that dissipated by the cooling water Amount of heat to be dissipated, which is the difference in the enthalpy flow of the the gas emerging from the exhaust and the enthalpy stream flowing in on the inlet side Corresponds to gases. Due to the cooling effect of the fresh gas drawn in, the inventions Invention internal combustion engine, the valve springs of the exhaust valves a larger before have tension without thermally overstressing the nozzle tips.
Vorzugsweise ist in der Umgehungsleitung ein Ventil angeordnet. Über eine Steuerungsein richtung kann dieses Ventil gesteuert werden. Als besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Druck vor der Stauklappe auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, schon bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Motorbremsleistung zu erzielen, ohne bei höheren Drehzahlen in einen unzulässigen Bereich zu kommen. Darüber hinaus kann ein Verschleiß, der die Wirksamkeit der Motorbremse während der Motorlebens dauer beeinträchtigt, vermieden werden.A valve is preferably arranged in the bypass line. Via a control this valve can be controlled in the direction. A particular advantage results from the fact that the pressure in front of the damper can be set to a predetermined value. On in this way it is possible to apply high engine braking power even at low engine speeds achieve without reaching an impermissible range at higher speeds. About that In addition, wear and tear can affect the effectiveness of the engine brake during engine life duration impaired, avoided.
In einer äußerst vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Steuerung des Ventils im Auspufftrakt stromaufwärts der Stauklappe bzw. stromaufwärts des Ventils ein Druckaufnehmer angeordnet ist, und daß eine Sperrluftleitung im Bereich des Druckaufnehmers in den Auspufftrakt oder in eine Druckzuleitung zum Druckaufnehmer so einmündet, daß der Druckaufnehmer von Sperrluft angeblasen wird. Die auf den Druckauf nehmer gerichtete Sperrluft verhindert nachhaltig ein Verschmutzen des Druckaufnehmers durch den im Auspuffgas enthaltenen Ruß. Dadurch kann die Standzeit und Zuverlässigkeit der Motorbremse wesentlich erhöht werden.In an extremely advantageous embodiment of the invention it is provided that for Control of the valve in the exhaust tract upstream of the damper or upstream of the Valve a pressure sensor is arranged, and that a sealing air line in the area of Pressure sensor in the exhaust tract or in a pressure line to the pressure sensor flows that the pressure transducer is blown by sealing air. The one on the print Locking air directed by the user permanently prevents contamination of the pressure transducer due to the soot contained in the exhaust gas. This can reduce the service life and reliability the engine brake can be increased significantly.
Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Sperrluftleitung stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers von der Ansauglei tung ausgeht. Nach dem Turbolader und dem Ladeluftkühler steht im gesamten Lastbereich des Motors kühle und reine Luft zur Verfügung, die einen höheren Druck aufweist als in der Zuleitung zum Druckaufnehmer des Ventils in der Umgehungsleitung herrscht. Eine geringe Menge dieser Luft wird somit als Sperrluft im Bereich des Druckaufnehmers bzw. in die Druckzuleitung zum Druckaufnehmer eingeblasen.In an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, it is preferably provided that the sealing air line downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger from the intake pipe tion runs out. After the turbocharger and the charge air cooler is in the entire load range of the engine cool and clean air is available, which has a higher pressure than in the There is a supply line to the pressure sensor of the valve in the bypass line. A minor one Amount of this air is thus as sealing air in the area of the pressure transducer or in the The pressure line to the pressure sensor is blown in.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Sperrluftleitung eine Drossel und/oder ein Rück schlagventil angeordnet ist. Die Sperrluftmenge wird durch die Drossel bestimmt. Wenn die Abgasklappe geschlossen wird, so erhöht sich der Druck in der Druckzuleitung zum Druck aufnehmer. Ein Rückströmen von Abgas in die Sperrluftleitung und damit in die Saugleitung des Motors wird durch das Rückschlagventil verhindert. It is particularly advantageous if a throttle and / or a return in the sealing air line check valve is arranged. The amount of sealing air is determined by the throttle. If the Exhaust flap is closed, the pressure in the pressure supply line to the pressure increases transducer. A backflow of exhaust gas into the sealing air line and thus into the suction line of the engine is prevented by the check valve.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß der Druckaufnehmer und die Mündung der Sperrluftleitung in der Umgehungsleitung angeordnet sind. Alternativ dazu kann der Druckaufnehmer aber auch in der Sperrluftleitung selbst angeordnet sein. Die Mündung der Sperrleitung ist vorzugsweise im Auspufftrakt stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, daß im Bereich der Mündung ein geringerer Druck herrscht als im Bereich der Saugleitung.In a particularly preferred embodiment variant it is provided that the pressure sensor and the mouth of the sealing air line are arranged in the bypass line. Alternatively for this purpose, however, the pressure sensor can also be arranged in the sealing air line itself. The The mouth of the blocking line is preferably in the exhaust tract downstream of the turbine Exhaust gas turbocharger arranged. This ensures that in the area of the mouth pressure is lower than in the area of the suction line.
In einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Ventil als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine automatische Regelung des Auspuffgegendrücks erreicht.In a further embodiment of the present invention it is provided that the Valve is designed as a spring-loaded pressure relief valve. In this way, one automatic control of exhaust back pressure reached.
In einer alternativen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß in der Stauklappe mindestens eine Einrichtung zum gedrosselten Durchtritt von Abgas ausgebil det ist. Diese Ausführungsvariante ist sehr einfach aufgebaut, da keine zusätzliche Leitung benötigt wird und kann als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet sein. Es ist sinnvollerweise nicht möglich, eine Stauklappe so auszubilden, daß diese an ihrem Rand eine definierte Undichtheit aufweist. Es würde an einer solchen Stelle zu einem Verschleiß kom men, der zu einer nicht vorhersehbaren Änderung des Bremsverhaltens im Laufe der Lebens dauer des Motors führen würde. Eine solche Undichtheit würde auch bei niedrigeren Dreh zahlen eine zu geringe Bremswirkung ergeben.In an alternative embodiment of the present invention it is provided that in the baffle flap is at least one device for throttled passage of exhaust gas det. This variant is very simple because there is no additional line is needed and can be designed as a spring-loaded pressure relief valve. It is sensibly not possible to design a damper so that it has a has a defined leak. It would wear out at such a point cause an unpredictable change in braking behavior over the course of a lifetime duration of the engine. Such leakage would also occur at lower revs pay too little braking effect.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:In the following, the invention is based on the exemplary embodiments shown in the figures explained in more detail. They show schematically:
Fig. 1 ein Schaltbild der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a circuit diagram of the present invention,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit einem federbelasteten Ventil in einer Bypassleitung, Fig. 2 shows a variant with a spring-loaded valve in a bypass line,
Fig. 3 und Fig. 4 Ausführungsvarianten mit federbelasteten Ventilen in der Stauklappe, Fig. 3 and Fig. 4 variants with spring-loaded valves in the stowage flap,
Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsvarianten der Erfindung. Fig. 5 and 6 show further embodiments of the invention.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen verse hen.Parts with the same function have the same reference numerals in the design variants hen.
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, die über eine Ansauglei tung 2 und einen Auspufftrakt 3 verfügt. In dem Auspufftrakt 3 ist eine Stauklappe 4 angeord net. Stromaufwärts der Stauklappe 4 zweigt eine Umgehungsleitung 5 ab, in der ein Ventil 6 angeordnet ist. Stromabwärts der Stauklappe 4 mündet die Umgehungsleitung 5 wieder in die Auspuffleitung ein. Das Ventil 6 wird von einer Steuerungseinrichtung 7 gesteuert, die mit nicht dargestellten Sensoren für den Druck stromaufwärts der Stauklappe 4, der Motortempe ratur oder ähnlichen Parametern in Verbindung steht.In Fig. 1, an internal combustion engine 1 is shown schematically, the device has a Ansauglei 2 and an exhaust tract 3 . In the exhaust tract 3 , a damper 4 is net angeord. A bypass line 5 branches off upstream of the damper 4 , in which a valve 6 is arranged. Downstream of the damper 4 , the bypass line 5 opens again into the exhaust line. The valve 6 is controlled by a control device 7 , which is connected to sensors, not shown, for the pressure upstream of the damper 4 , the engine temperature or similar parameters.
In der Ausführungsvariante der Fig. 2 ist in der Umgehungsleitung 5 ein Druckbegrenzungs ventil 6a angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 6a wird durch eine Feder 8 im geschlosse nen Zustand gehalten. Erst wenn der Druck stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils 6a einen vorbestimmten Wert überschreitet, öffnet das Druckbegrenzungsventil 6a, um Gas durch die Umgehungsleitung 5 strömen zu lassen. Durch diese Lösung wird in einfacher Weise erreicht, daß auch bei niederen Drehzahlen eine ausreichende Bremsleistung zur Ver fügung gestellt werden kann.In the embodiment of FIG. 2, a pressure relief valve 6 a is arranged in the bypass line 5 . The pressure relief valve 6 a is held by a spring 8 in the closed-end state. Only when the pressure upstream of the pressure relief valve 6 a exceeds a predetermined value does the pressure relief valve 6 a open to allow gas to flow through the bypass line 5 . This solution ensures in a simple manner that sufficient braking power can be made available even at low speeds.
In der Fig. 3 ist ein Druckbegrenzungsventil 6b mit einer Feder 8b, das in seinem Aufbau ähnlich dem der Ausführungsvariante von Fig. 2 ist, direkt in der Drosselklappe 4b angeord net. Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Aufbau erreichbar, da keine Umgehungslei tung notwendig ist.In Fig. 3 is a pressure relief valve 6 b with a spring 8 b, the structure of which is similar to that of the embodiment of FIG. 2, net angeord in the throttle valve 4 b. In this way, a particularly simple structure can be achieved since no Umgehungslei device is necessary.
Die Ausführungsvariante der Fig. 4 entspricht im wesentlichen der von Fig. 3, mit dem Unter schied, daß das Druckbegrenzungsventil 6c, das in der Stauklappe 4c angeordnet ist, durch eine Blattfeder 8c in die geschlossene Stellung vorgespannt wird.The embodiment of Fig. 4 corresponds to the difference, that the pressure limiting valve c 6 disposed c in the stowage flap 4, c by a leaf spring 8 is biased in the closed position of FIG. 3, with the substantially.
In den Fig. 5 und 6 ist jeweils eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, die eine Ansaugleitung 2 und einen Auspufftrakt 3 aufweist. Im Auspufftrakt 3 ist eine Stauklappe 4 angeordnet, stromaufwärts welcher eine Umgehungsleitung 5 abzweigt. Der Durchfluß in der Umgehungsleitung 5 kann über ein Ventil 6 gesteuert werden. Die Umgehungsleitung 5 mün det stromabwärts der Stauklappe 4 wieder in den Auspufftrakt 3 ein. Das Ventil 6 wird von einer Steuerungseinrichtung 7 gesteuert, die mit einem Druckaufnehmer 10 stromaufwärts des Ventils 6 bzw. stromaufwärts der Stauklappe 4 in Verbindung steht. Dabei ist das Funk tionsprinzip des Druckaufnehmers 10 - mechanisch oder elektrisch - unerheblich.In FIGS. 5 and 6, an internal combustion engine 1 is schematically illustrated in each case having an intake passage 2 and an exhaust tract. 3 In the exhaust tract 3 there is a stowage flap 4 , which branches off a bypass line 5 . The flow in the bypass line 5 can be controlled via a valve 6 . The bypass line 5 mün det downstream of the damper 4 in the exhaust section 3 again. The valve 6 is controlled by a control device 7 , which is connected to a pressure sensor 10 upstream of the valve 6 or upstream of the baffle flap 4 . The functional principle of the pressure transducer 10 - mechanical or electrical - is irrelevant.
Zwischen der Ansaugleitung 2 und der Umgehungsleitung 5 ist eine Sperrluftleitung 11 vor gesehen, welche im Bereich des Druckaufnehmers 10 in die Umgehungsleitung 5 (Fig. 5) bzw. in eine Zuleitung zum Druckaufnehmer 10 einmündet. Wie in der Fig. 6 dargestellt ist, kann alternativ zur in Fig. 5 gezeigten Ausführung der Druckaufnehmer 10 auch in der Sperrluftleitung 11 angeordnet sein. In beiden Ausführungen wird der Sensorteil des Druck aufnehmers von reinem Sperrgas umspült und ein Verschmutzen verhindert.Between the suction line 2 and the bypass line 5 , a sealing air line 11 is seen which opens into the bypass line 5 ( FIG. 5) or into a supply line to the pressure sensor 10 in the area of the pressure sensor 10 . As shown in FIG. 6, as an alternative to the embodiment shown in FIG. 5, the pressure sensor 10 can also be arranged in the sealing air line 11 . In both versions, the sensor part of the pressure transducer is flushed with pure sealing gas and contamination is prevented.
In der Sperrluftleitung 11 ist eine Drossel 12 und ein Rückschlagventil 13 angeordnet. Die Sperrluftmenge wird dabei durch die Drossel 12 bestimmt. Das Rückschlagventil 13 verhin dert, daß beim Schließen der Abgasklappe 4 Abgas in die Sperrluftleitung 11 und damit in die Ansaugleitung 2 des Motors zurückströmt.A throttle 12 and a check valve 13 are arranged in the sealing air line 11 . The amount of sealing air is determined by the throttle 12 . The check valve 13 prevents that exhaust gas flows back into the sealing air line 11 and thus into the intake line 2 of the engine when the exhaust flap 4 is closed.
Stromaufwärts der Umgehungsleitung 5 ist im Auspuffstrang 3 der Turbinenteil 17 einer Abgasturbine 15 angeordnet. Die Sperrluftleitung 11 geht dabei stromabwärts des Verdich ters 16 der Abgasturbine 15 sowie des Ladeluftkühlers 18 von der Ansaugleitung 2 aus.The turbine part 17 of an exhaust gas turbine 15 is arranged upstream of the bypass line 5 in the exhaust line 3 . The sealing air line 11 goes downstream of the compression age 16 of the exhaust gas turbine 15 and the charge air cooler 18 from the intake line 2 .
Dadurch, daß die Sperrluft durch die Sperrluftleitung 11 in den Auspuffstrang 3 strömt, wird nicht nur ein Eindringen von Rußpartikeln in die Zuleitung zum Druckaufnehmer 10 und ein Verschmutzen des Druckaufnehmers verhindert, sondern auch eine Kühlung des Druckauf nehmers 10 bewirkt. Dies ermöglicht eine bedeutend höhere Standzeit der Motorbremse und verringert notwendige Wartungsarbeiten. Characterized in that the blocking air flows through the air purge pipe 11 in the exhaust line 3, penetration of soot particles in the feed line to the pressure transducer 10 and fouling of the pressure sensor is not only prevented, but also a cooling of the pressure on taker causes 10th This enables a significantly longer service life of the engine brake and reduces the maintenance work required.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Steigerung der Bremsleistung einer Brennkraft maschine, ohne die Düsenkuppen der Einspritzdüsen stärker thermisch zu belasten. Dies wird dadurch erreicht, daß ein nennenswerter Enthalpiestrom durch heiße Gase aus dem Aus puffsystem abgeführt werden kann.The present invention enables an increase in the braking power of an internal combustion engine machine without putting more thermal stress on the nozzle tips of the injection nozzles. this will thereby achieved that a significant enthalpy flow through hot gases from the outside puff system can be removed.
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