DE2658927A1 - Bremseinrichtung fuer viertakt-hubkolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Bremseinrichtung fuer viertakt-hubkolbenbrennkraftmaschinen

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DE2658927A1 DE19762658927 DE2658927A DE2658927A1 DE 2658927 A1 DE2658927 A1 DE 2658927A1 DE 19762658927 DE19762658927 DE 19762658927 DE 2658927 A DE2658927 A DE 2658927A DE 2658927 A1 DE2658927 A1 DE 2658927A1
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Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft
Nürnberg, 8. Dez. 1976
Bremseinrichtung für Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschlnen
DLe Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für Vlertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschlnen, insbesondere für Fahrzeugmotoren, welche zur Steuerung wenigstens jedes Auslaßventils einen von einer Nockenwelle betätigbaren, hydraulisch arbeitenden Antriebszylinder und einen über wenigstens eine HteuerleLtung mit diesem verbundenen, das Auslaßventil betätigenden Arbeitszylinder aufweisen.
Es ist heute allgemein üblich, den Antriebsmotor von Fahrzeugen, insbesondere von Lastkraftwagen, auf Gefällestrecken dadurch zum Bremsen mit heranzuziehen, daß man eine Drosselklappe in die Auspuffleitung einbaut.Wird diese durch das Bremspedal geschlossen, so schieben die Zylinder die Verbrennungsgase gegen den Staudruck aus, der sich vor der Drosselklappe aufbaut.
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Derartige Anordnungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, wobei besonders zu erwähnen ist, daß sich in der Auspuffleitung Gasschwingungen bilden, die jeweils nicht in Bewegung befindliche Auslaßventile zum Plattern veranlassen. Hierdurch wird die Lebensdauer derselben erheblich herabgesetzt.
Aus diesem Grund wurde bereits vorgeschlagen, mechanisch gesteuerte Auslaßventile von Brennkraftmaschinen selbst als Drosse!organe zu verwenden, indem diese während des Bremsvorganges nur rioch um einen Bruchteil ihres normalen Hubes geöffnet werden. Die steuerung ist jedoch relativ kompliziert und teuer, weshalb sie sich auch bis heute nicht durchsetzen konnte.
Zudem hat man auch bereits erkannt, daß es bei Verwendung der Auslaßventile als Drosselorgane, um eine echte Bremswirkung zu erzlealen, zweckmäßig wäre, die Ventileröffnungszeit während des Bremsvorganges gegenüber der normalen Eröffnungszeit vorzuverlegen, damit die in den Zylindern komprimierte Luft möglichst wenig expandiert wird, wodurch der Motor Energie zurückgewinnt. Damit würde ein Bremseffekt praktisch zunichte gemacht,
Der Idealfail in dieser Beziehung würde erreicht werden, wenn die Auslaßventile während des Bremsvorganges bereits geöffnet wären, so-bald die Expansion in den Zylindern beginnt. Dies ist jedoch praktisch nicht möglich, denn die Kolben geben inlihrer
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oberen Totpunktstellung nicht genug Raum frei, um die Ventile zu öffnen. So könnte also nur ein Kompromiß angestrebt werden, indem man die Ventileröffnungszeit durch Anwendung von Vornocken so weit wie möglich vorverlegt und in den Kolben oder Zylinderköpfen Taschen anbringt, damit die Ventile eintauchen können. Ein nach diesen Erkenntnissen ausgeführter Motor ist bis jetzt jedoch nicht bekannt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich, wie eingangs bereits erwähnt, auf Brennkraftmaschinen, bei denen wenigstens die Auslaßventile hydraulisch gesteuert werden^ indem jeder Nocken einer Nockenwelle auf einen Kolben eines Antriebszylinders wirkt, durch den das Druckmittel über wenigstens eine Steuerleitung in einen Arbeitszylinder verdrängt wird, dessen Kolben wiederum auf den Ventilstößel drückt und dieses öffnet. Eine derartige Steuero>ng^lst beispielsweise durch die DT-AS 1 264 857 bereits'.'bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist ^ss nuns für eine Brennkraftmaschine dieser Art eine Bremseinrichtung zu schaffen, mit der in einfacher und sicherer Weise während des Bremsvopganges sowohl eine Vorverlegung der Ventileröffnungszeit für die Auslaßventile als auch eine Verringerung des Ventilhubes derselben möglich ist, so daß ein· wirkungsvolles Bremsen erreicht wird.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Arbeitszylinder als mit jeweils zwei unterschiedlich große
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Durchmesser aufweisende Kolben versehene Stufenzylinder ausgebildet sind, und daß allen Steuerleitungen gemeinsam ein bei Umschalten auf Motor-Bremsbetrieb betätigbares Schaltglied zugeordnet ist, durch welches die Arbeitszylinder mit jeweils einem anderen, den Arbeitszyklus vorverlegenden Antriebszylinder verbindbar und gleichzeitig Jeweils nur die den größeren Durchmesser aufweisenden Kolben der Arbeitszylinder zum Verringern des Öffnungshubes der Auslaßventile mit Druckmittel beaufschlagbar sind.
Die Lösung ist einfach, sicher und billig, denn es wird im wesentlichen nur eine Abänderung der ohnehin notwendigen Arbeitszylinder und ein zusätzliches Schaltglied erforderlich.
Im einzelnen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die Kolben der Arbeitszylinder als lose in den Zylindern geführte Kolben auszubilden, wobei jeweils der den kleineren Durchmesser aufweisende Kolben unmittelbar an der Stößelstirnfläche des zugehörigen Auslaßventiles anliegt und der dahinter bzw. darüber liegende größere Kolben, der kleinere Kolben und der Ventilstößel auf einer gemeinsamen Längsachse liegen.
Jeder Arbeitszylinder wird nunmehr über zwei Steuerleitungen derart mit dem Schaltglied verbunden, daß bei Motorbetrieb während der Beaufschlagung durch einen Antriebszylinder der größere Kolben des Arbeitszylinders durch das Druckmittel in
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seine unwirksame Lage und der kleinere Kolben in die das zugehörige Auslaßventil voll öffnende Lage verschiebbar sind, und daß nach Umschalten des Schaltgliedes auf Motor-Bremsbetrieb nur der größere Kolben in umgekehrter Bewegungsrichtung beaufschlagt wird und so über den kleineren Kolben das Auslaßventil um einen Teilhub öffnet. Dabei steht dieser Teilhub des Auslaßventils bei Beaufschlagung des größeren Kolbens in einem Verhältnis zu seinem maximalen Öffnungshub, das gleich dem Verhältnis der Beaufschlagungsflache des größeren Kolbens zu der des kleineren Kolbens ist.
Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Schaltglied als Schieber oder Ventil auszubilden, der bzw. das für Jeden Antriebszylinder eine Zweiwegumschaltung aufweist. Umgeschaltet wird das Schaltglied zweckmäßigerweise automatisch durch Betätigen des Fahrzeug-Bremspedals.
Sofern, wie es bei Viertaktmotoren üblich ist, die die Antriebszylinder betätigende Nockenwelle während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle nur eine Umdrehung ausführt, wird ferner erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß durch Umschalten des Schaltgliedes auf Motor-Bremsbetrieb die Arbeitszylinder mit Antriebszylindernverbindbar sind, welche je nach ihrem Zündabstand zwischen 45 und 9o° , vorzugsweise 75° Nockenwinkel früher als die bei Motorbetrieb zugehörigen Antriebszylinder von den Nocken betätigt werden, damit die Auslaßventile nicht
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mit den Kolben kollidieren.
Ein bestimmter Nockenwinkel läßt sich natürlich hier nicht festlegen, weil dieser jeweils abhängig von der Zylinderzahl des Motors bzw. der Zündfolge ist.
Zweckmäßigerweise wird man unter Einhaltung der vorbeschriebenen Erkenntnis beispielsweise bei einem Sechszylinder-Motor den Antriebszylinder wählen, der bei Motorbetrieb vorher sein zugehöriges Auslaßventil öffnet, was einer Vorverlegung der Ventileröffnungszeit bei Bremsbetrieb um 60° Nockenwinkel entspricht. Bei einem Achtzylinder-Motor wird man eine Versetzung um einen oder zwei Antriebszylinder wählen, wodurch sich eine Vorverlegung um 45° bzw. 90° Nockenwinkel ergibt. Bei einem Zehnzylinder-Motor entspricht eine Vorverlegung um zwei Antriebszylinder eine Verschiebung von 72° Nockenwinkel und bei einem Zwölfzylinder-Motor schließlich wird man eine Versetzung um zwei oder drei Antriebszylinder wählen, wodurch sich eine Vorverlegung der Auslaßventileröffnungszeit um 60° bzw. um 90° Nockenwinkel ergibt.
Es sei ausdrücklich noch erwähnt, daß die Erfindung auch eine Steuerung nur zur reinen Vorverlegung der Eröffnungszeit für Auslaßventile ohne Hubverringerung beinhaltet, die sich gegenüber der beschriebenen Steuerung lediglich dadurch vereinfacht, daß die Arbeitszylinder als einstufige Zylinder gemäß der erwähnten DT-AS 1 264 857 verbleiben und vom Schalt-
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glied zu den Arbeitszylindern auch nur eine Steuerleitung erforderlich ist. Wenn die Schaltung hier nicht näher beschrieben wird, so nur deshalb, weil eine Vorverlegung des Eröffnungshubes allein die gestellte Aufgabe nicht löst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen:
Fig. 1 den groben Druckverlauf in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine,
Pig. 2 einen graphischen Vergleich verschiedener Auslaß-Ventileröffnungen,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung.
In Fig. 1 sind auf der Ordinate eines Diagrarames der Druck P in einem Zylinder der Brennkraftmaschine und auf der Abszisse die Grad Kurbelwinkel Kw aufgetragen. Vom Punkt 1 bis Punkt erfolgt in bekannter Weise die Kompression, von 2 bis Punkt 3 die Expansion, danach erfolgt der Ausschub der Abgase und der Ansaugvorgang, was jedoch hier nicht interessiert.
Aus Fig. 2 ist in ähnlicher Darstellung auf dnv Ordinate die Hubhöhe hAe_ines Auslaßventils in Abhängigkeit von den auf der
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Abszisse aufgetragenen Grad Nockenwelle 0Nw gezeigt. Betrachtet man die Figuren 1 und 2 zusammen, so geht aus der in Fig. 2 stark ausgezogenen Kurve 4 hervor, daß das Auslaßventil im Punkt 5, also nach nahezu beendeter Expansion im Zylinder, zu öffnen beginnt. An der Höhe der Kurve 4 erkennt man, daß das Ventil zum Ausschieben der Abgase voll geöffnet wird. Die strichliert dargestellte Kurve 6 zeigt den Idealfall, wie ein Auslaßventil beim Bremsvorgang geöffnet werden sollte. Abgesehen davon, daß das Ventil nur zum Teil öffnet, liegt der Beginn der Ventileröffnung etwa gleich mit dem Beginn der Kompression im Zylinder, während das Ende der Eröffnung etwa mit der Beendigung der Expansion zusammenfällt. Auf diese Weise könnte der Motor keine Energie zurückgewinnen, der Bremseffekt wäre also am größten. Wie jedoch eingangs bereits erwähnt, ist eine solche Steuerung praktisch nicht möglich. Mach der Erfindung liegt die Ventileröffnungszeit daher etwa in der Mitte der beiden beschriebenen Kurven ♦ und 6 und ist durch die strichpunktierte Kurve 7 angedeutet, was eine Vorverlegung des Punktes 5 um etwa 75° Nw bzw. 15o°Kw bedeutet.
In Fig. 3 sind auf einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen, nur zum Teil angedeuteten Nockenwelle 8 drei Nocken 9* 9a, 9b zur Steuerung von drei Auslaßventilen Io, loa, lob der nicht dargestellten Zylinder angeordnet. Jedem Nocken 9, 9a, 9b ist ein hydraulischer Antsriebszylinder 11, 11a, 11b mit einem Kolben 12, 12a, 12b zugeordnet, von denen Steuerleitungen
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13, 13a, 13b zu Je einen als Zwei Stufenzylinder ausgebildeten Arbeitszylinder 14, I4a, 14b führen. Zwischen allen Steuerleitungen 13, 13a, 13b ist ein diesen gemeinsam zugeordneter drei Zweiwegeventile beinhaltender Schaltschieber 15 vorgesehen, der im Beispiel durch einen vom Bremspedal des Fahrzeuges betätigbaren Steuerzylinder 16 umschaltbar ist.
In jedem Arbeitszylinder 14, 14a, 14b 1st ein Kolben 17, 17a, 17b mit einem größeren Durchmesser undein Kolben 18,18a, 18b mit einem kleineren Durchmesser lose angeordneteund die Steuerleitungen 13, 13a, 13b münden in einen Raum zwischen diesen beiden Kolben. Die nach außen geführten Enden der Kolben l8, l8a, l8b liegen im drucklosen Zustand lose an den Stirnflächen der Ventilstößel 19, 19a, 19b der Auslaßventile lo, loa, lob an, die mittels Federn 2o, 2oa, 2ob in ihrer Schließstellung gehalten werden.
Schließlich führen von der Ausgangsseite des SchaltSchiebers 15 drei weitere Steuerleitungen 21, 21a, 21b derart in die Arbeitszylinder 14, 14a, 14b, daß sie nur die größeren Kolben 17, 17a, 17b mit Druckmittel beaufschlagen können, u.z. von der anderen Seite wie die Steuerleitungen I3, 13a, 13b . Ausserdem ist durch sie die Zugehörigkeit der Arbeitszylinder 14, 14a, 14b zu den Antriebszylindern 11, 11a, 11b verfeauschbar.
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Arbeitsweise;
Bei normalem Motorbetrieb befindet sich der Schaltschieber 15 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung, in der er die Antriebszylinder 12, 12a, 12b über die Steuerleitungen 13, IjJa, 13b mit den jeweiligen Arbeitszylindern 14, l4a, l4b verbindet. Der Nocken 9 wirkt gerade auf den Kolben des AntriebsZylinders 11 ein, und beaufschlagt den Arbeitszylinder 14 derart mit Druckmittel, daß der Kolben 17 nach oben in seine unwirksame Lage und der Kolben nach unten in seine wirksame Lage gedrückt wird, in der er das Auslaßventil 10 voll öffnet. Die Nocken 9a, 9b hingegen befinden sich in unwirksamer Lage, folglich werden durch die Federn 20a, 20b die Auslaßventile 10a, lOb in ihrer Schließlage und die Kolben l8a, l8b sowie 17a, 17b in ihrer unwirksamen Stellung gehalten.
Soll mit dem Motor gebremst werden, so verschiebt der Steuerzylinder 16 den Sohaltschieber 15 in Fig. 3 nach links. Dies hat zur Folge, daß der Antriebszylinder Il über die Steuerleitung 21 mit dem Arbeitszylinder 14a und die Zyfinder Ha, Hb mit den Zylindern l4b, 14 verbunden werden. Es erfolgt also ein Vertauschen der Zylinder, wodurch die gewünschte Vorverlegung der Eröffnungszeiten für die Auslaßventile 10, lOa, 10b erreicht wird. Weiter wirken die so vertauschten Antriebszylinder 11, Ha, Hb durch die S teuer leitungen 21, 2la, 2lb nur noch auf die Kolben 17a, 17b, 17 mit großem Durohmesser, wodurch diese bei Beaufschlagung mit der gleichen Menge Druckmittel um einen wesentlich geringeren Weg verschoben werden. Da sie gleichzeitig die Kolben l8a, l8b, 18 mit kleinem Durchmesser nach unten drücken, werden die Auslaßventile 10a, !Ob, Io nur um einen Teil ihres maximalen Hubes geöffnet.
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Leerse ί t e

Claims (8)

  1. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
    Aktiengesellschaft
    Nürnberg, 8. Dez. 1976
    Patentansprüche
    (l. .bremseinrichtung für Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmasehinen, insbesondere für Fahrzeugmotoren, welche zur Steuerung wenigstens jedes Auslaßventils einen von einer Nockenwelle betätigbaren, hydraulisch arbeitenden Antriebszylinder und einen über wenigstens eine Steuerleitung mit diesem verbundenen, das Auslaßventil betätigenden Arbeitszylinder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder (14, 14a, l4b) als mit jeweils zwei unterschiedlich große Durchmesser aufweisende Kolben (17, 17a, 17b; 18, l8a, l8b) versehene Stufenzylinder ausgebildet sind, und daß allen Steuerleitungen (13* 13a, 13b; 21, 21a, 21b) gemeinsam ein bei Umschalten auf Motor-Bremsbetrieb betätigbares ,Schaltglied (15) zugeordnet ist, durch welches die Arbeitszylinder (14, l4a, l4b) mit jeweils einem anderen, den Arbeitszyklus vorverlegenden Antriebszylinder (11, Ha, Hb) verbindbar und gleichzeitig jeweils nur die
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    den größeren Durchmesser aufweisenden Kolben (17* 17a, 17b) der Arbeitszylinder (14, 14a, 14b) zum Verringern des Öffnungshubes der Auslaßventile (lo, loa, lob) mit Druckmittel beaufschlagbar sind.
  2. 2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (17, 17a, 17b; 18, l8a, 18b) Jedes Arbeitszylinders (14, 14a, 14b) als lose im Zylinder geführte Kolben ausgebildet sind.
  3. 3. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den kleineren Durchmesser aufweisende Kolben (18, l8a, l8b) jedes Arbeitszylinders (14, 14a, 14b) unmittelbar an der Stößelstirnfläche des zugehörigen Auslaßventils (lo, loa, lob ) anliegt, und daß der darüber oder dahinter liegende größere Kolben (17, 17a, 17b), der kleinere Kolben (18, l8a, l8b) und der Ventilstößel (19, 19a,19b) auf einer gemeinsamen Längsachse liegen.
  4. 4. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitszylinder (14, 14a, 14b) über zwei Steuerleitungen (13, 13a, I3bj 21, 21a,21b) derart mit dem Schaltglied (15) verbunden ist, daß bei Motorbetrieb während der Beaufschlagung durch einen Antriebszylinder (11, 11a, lib) der größere Kolben (17, 17a, 17b) des Arbeitszylinders (14, l4a, 14b) durch das Druckmittel in seine unwirksame Lage und der kleinere Kolben (18, l8a, l8b) in die das zugehörige Auslaßventil (lo, loa, lob ) voll öffnende Lage verschiebbar
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    sind, und daß nach Umschalten des Schaltgliedes (15) auf Motor-Bremsbetrieb nur der größere Kolben (17, 17a, 17*>) in umgekehrter Bewegungsrichtung beaufschlagt wird und so Über den kleineren Kolben (18, l8a, l8b) das Auslaßventil (lo, loa, lob) um einen Teilhub öffnet.
  5. 5. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beaufschlagung nur des größeren Kolbens (17, 17a, 17b) eines Arbeitszylinders (14, I4a,l4b) mit Druckmittel der Teilhub des Auslaßventils (lo, loa, lob) in einem Verhältnis zu seinem maximalen Öffnungshub steht, das gleich dem Verhältnis der Beaufschlagungsfläche des größeren Kolbens (17, 17a, 17b) zu der des kleineren Kolbens (18, l8a, l8b) ist.
  6. 6. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß des Schaltglied (15) als Schieber oder Ventil ausgebildet ist, und für jeden Antriebszylinder (11, lla, lib) eine Zweiwegumschaltung aufweist.
  7. 7. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (15) mit dem Bremspedal des Fahrzeuges umschaltbar ist.
  8. 8. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei die die Antriebszylinder betätigende Nockenwelle während zwei Um-
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    drehungen der Kurbelwelle eine Umdrehung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß durch Umschalten des Schaltgliedes (15) auf Motor-Bremsbetrieb die Arbeitszylinder (14, l4a, l4b) mit Antriebszylindern (11, 11a, ilb) verbindbar sind, welche zwischen 45 und 9o° , vorzugsweise 75° Nockenwinkel früher als die bei Motorbetrieb zugehörigen Antriebszylinder (11, 11a, lib) von den Nocken (9, 9a, 9b) betätigt werden.
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