DE2820941A1

DE2820941A1 - BRAKE DEVICE

Info

Publication number: DE2820941A1
Application number: DE19782820941
Authority: DE
Inventors: John Frederick Cutler
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1977-05-19
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1978-11-23
Also published as: ES470035A1; BR7802688A; JPS6045742B2; GB1580759A; FR2391358A1; JPS53143806A; FR2391358B3; SE7803829L

Description

description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremseinrichtung für ein zum Antreiben eines Fahrzeugs geeignetes Innenverbrennungstriebwerk mit einem Turbolader, der eine an die Abgasleitung des Triebwerks angekoppelte Turbine und ferner einen hierdurch angetriebenen Kompressor enthält, dessen Ausgang zur Ansaugleitung des Triebwerks führt, wobei das Triebwerk einen Mechanismus enthält, um die normale Ventilsteuerung-Betriebsfolge des Triebwerks zu ändern, damit das Triebwerk als ein Luftkompressor arbeitet, wenn ein Bremsen erwünscht ist, um hierdurch ein hiervon angetriebenes Fahrzeug abzubremsen. Die Erfindung befaßt sich allgemein mit einem System zum Abbremsen oder Verzögern der Drehzahl einer Innenverbrennungsmaschine. Es ist besonders nützlich bei großen Motorfahrzeugen, und zwar als ein Hilfsmittel für den üblichen Bremsmechanismus zum Abbremsen des Fahrzeugs. Dieses ist besonders wichtig für schwere Zug- bzw. Transportfahrzeuge, um die Belastung von üblichen Bremsen aufzuteilen bzw. zu mindern. Diese hilfsweise Unterstützung kann erforderlich sein, wenn das Fahrzeug längs eines langen, steilen Gefälles fährt oder wenn ein Ausfallen der normalen Bremse erfolgt.The invention relates to a braking device for an internal combustion engine suitable for driving a vehicle with a turbocharger, which has a turbine coupled to the exhaust line of the engine and also a turbine driven thereby Compressor, the outlet of which leads to the suction line of the engine, the engine contains a mechanism to change the engine's normal valve timing operating sequence to make the engine operate as an air compressor, when braking is desired in order to thereby brake a vehicle driven thereby. The invention is generally concerned with a system for braking or decelerating the speed of an internal combustion engine. It is particularly useful on large motor vehicles, as an aid to the common one Braking mechanism for braking the vehicle. This is particularly important for heavy towing or transport vehicles in order to reduce the load to divide or reduce the usual brakes. This auxiliary support may be required when the vehicle driving along a long, steep incline or when the normal brake fails.

Auf dem Gebiet von Innenverbrennungsmaschinen ist es bereits bekannt, daß Triebwerke, die relativ große Fahrzeuge, wie schwere Transport-Kraftwagen oder dergleichen, antreiben, mit einer Hilfsbremseinrichtung versehen werden können. In typischer Weise sorgt eine solche Vorrichtung immer dann für ein Umwandeln des Triebwerks von einer Leistungs- bzw. Antriebsquelle zu einer Bremsquelle, wenn ein HiIfsbremsVorgang erforderlich ist. Dies erfolgt allgemein durch Modifizieren der Auspuff- und/oder Ansaug-Zeitsteuerung der Maschine in einer solchen Weise, daß die Bewegung der Kolben von einem relativ kleinen Leistungsverlust zu einem relativ großen Leistungsverlust umgewandelt wird, wenn das Abbremsen des Triebwerks erfolgt. Eine solche Leistungsabsorption wendet das Prinzip eines Luftkompressors an. Das heißt, daß die Kolben auf die in den Zylindern des Triebwerks eingeschlossene Luft Arbeit ausüben, wenn ein Bremsen erforderlich ist. SolcheIn the field of internal combustion engines, it is already known that engines that drive relatively large vehicles, such as heavy transport vehicles or the like, with a Auxiliary braking device can be provided. In a typical way such a device always provides for a conversion of the engine from a power or drive source to one Brake source when auxiliary braking is required. this is generally done by modifying the exhaust and / or intake timing of the engine in such a way that the Movement of the pistons is converted from a relatively small power loss to a relatively large power loss when that The engine is braked. Such power absorption applies the principle of an air compressor. That means that the Pistons apply work to the air trapped in the engine cylinders when braking is required. Such

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Vorrichtungen sind in der Technik bekannt und werden von der Jacobs Manufacturing Company, West Hartford, Connecticut unter dem Warenzeichen "Jake Brake" vertrieben. Ähnliche Einrichtungen sind in den folgenden US-Patenten dargestellt: 2 139 o9o; 2 995 89o; 3 426 523; 3 439 662; 3 585 976; 3 591 959; 3 744 und 3 333 4o5.Devices are known in the art and are available from Jacobs Manufacturing Company, West Hartford, Connecticut at sold under the trademark "Jake Brake". Similar devices are shown in the following U.S. patents: 2,139,090; 2,995,890; 3,426,523; 3,439,662; 3,585,976; 3,591,959; 3 744 and 3 333 4o5.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Bremseinrichtung der genannten Art. 'The object of the present invention is to create an improved braking device of the type mentioned.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine Bremseinrichtung der im Oberbegriff aufgeführten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 genannten Merkmale aus. Demgemäß beinhaltet die vorliegende Erfindung eine modifizierte Turbine eines Turboladers, der mit einem Triebwerk zusammenarbeitet, welches mit einer solchen Hilfsbremseinrichtung versehen ist. Die Turbine ist mit einem angelenkten Zungen- bzw. Flügelglied oder mit winkelverstellbaren Flügeln versehen, wobei diese Elemente im Falle eines erwünschten Bremsvorgangs so arbeiten, daß die Geschwindigkeit des von der Turbine angetriebenen Kompressors vergrößert wird, was wiederum zu einer größeren Menge von in den Zylindern enthaltener Luft führt. Es kann irgendein geometrisch variabler Turbinenaufbau angewendet werden, der beim Bremsen zu einer höheren Rotordrehzahl des Turboladers führt. Zur praktischen Durchführung der Erfindung ist es lediglich erforderlich, daß bei einem erforderlichen Bremsvorgang in die Zylinder des Triebwerks eine größere Luftmenge im Vergleich zu der Luftmenge eingeführt wird, die durch den Vorgang einer Turbine mit fester bzw. unveränderlicher Geometrie zugeleitet wird. Eine derartige Modifikation der Turbine beeinflußt allgemein nicht die Betriebsweise des Ventilzeitsteuerungsmechanismus der Hilfsbremseinrichtung. A braking device is used to solve the problem of the type listed in the preamble according to the invention by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. Accordingly, the present invention includes a modified turbine of a turbocharger that cooperates with an engine, which is provided with such an auxiliary braking device. The turbine is with a hinged tongue or wing member or provided with angle-adjustable wings, these elements working in such a way in the event of a desired braking process, that the speed of the compressor driven by the turbine is increased, which in turn leads to a greater amount of in air contained in the cylinders. Any geometrically variable turbine design can be used, which in braking leads to a higher rotor speed of the turbocharger. For the practical implementation of the invention it is only necessary that when braking is required in the cylinders of the engine a larger amount of air compared to the amount of air is introduced, which is fed through the process of a turbine with fixed or unchangeable geometry. Such a one Modification of the turbine generally does not affect the operation of the valve timing mechanism of the auxiliary braking device.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the drawings explained in more detail. Show it:

Figur 1 - in einer schematischen Ansicht eine mit einem geometrisch variablen Turbolader versehene Dieselmaschine,Figure 1 - in a schematic view one with a geometrical variable turbo-charged diesel engine,

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Figur 2 - in einer Draufsicht eine geometrisch variable Turbine, die bei dem Turbolader aus Figur 1 angewendet werdenFIG. 2 shows a top view of a geometrically variable turbine which is used in the turbocharger from FIG

kann,
Figur 3 - in einer Draufsicht eine andere geometrisch variable Turbine, die bei dem Turbolader aus Figur 1 angewendetcan,
FIG. 3 shows a plan view of another geometrically variable turbine which is used in the turbocharger from FIG

werden kann, und
Figur 4 - eine die Beziehung zwischen der Turboladerdrehzahl und der Triebwerksleistung darstellende Kurve.can be, and
Figure 4 is a graph showing the relationship between turbocharger speed and engine power.

In den Zeichnungen bezeichnet die Hinweiszahl 1o eine Innenverbrennungsmaschine, wie einen Dieselmotor, mit irgendeiner herkömmlichen Hilfsbremseinrichtung, die auf dem Prinzip einer wirksamen Umwandlung der Maschine bzw. des Motors in einen Leistungsaufnehmer durch in den Zylindern eingeschlossene Luft arbeitet. Eine solche Vorrichtung ist in der Technik bekannt, wie es oben erwähnt wurde, und mit der Hinweiszahl 12 bezeichnet. Die Abgasleitung ist mit der Hinweiszahl 14 bezeichnet und führt in eine Turbine 16 eines Turboladers 18. Dieser hat einen herkömmlichen Aufbau und enthält eine von der Turbine angetriebene Welle 2o, die ihrerseits einen Kompressor 22 antreibt. Der Hochdruckausstoß der Turbine wird über eine Leitung 24 zur Ansaugleitung 26 der Maschine bzw. des Motors geleitet. Die oben beschriebenen und sämtlich in Figur 1 dargestellten Elemente sind in der Technik bekannt. Wenn ein hilfsweiser MaschinenbremsVorgang erforderlich ist, ändert die "Jake Brake" bzw. Hilfsbremseinrichtung 12 oder ein anderer ähnlicher Mechanismus den normalen Betrieb der Ansaug- und/oder Abgasventile der Maschine in einer solchen Weise, daß der Maschine durch Drehung ihrer Kurbelwelle Leistung zugeführt werden muß, um die Luft in den Maschinen- bzw. Motorzylindern zu komprimieren. Wenn beispielsweise ein von einer solchen Maschine angetriebenes schweres Fahrzeug längs eines Gefälles fährt, wird die Leistung zum Drehen der Kurbelwelle und somit zum Komprimieren der Luft aus der Drehbewegung der Fahrzeugräder hergeleitet. In the drawings, reference number 1o denotes an internal combustion engine, like a diesel engine, with some conventional auxiliary braking device based on the principle of effective Conversion of the machine or the motor into a power consumption by air trapped in the cylinders works. Such a device is known in the art as mentioned above and is designated by the reference number 12. The exhaust pipe is denoted by reference number 14 and leads into a turbine 16 of a turbocharger 18. This has a conventional one Structure and contains a shaft 2o driven by the turbine, which in turn drives a compressor 22. The high pressure discharge the turbine is conducted via a line 24 to the intake line 26 of the machine or the engine. The ones described above and all of the elements shown in Figure 1 are known in the art. When auxiliary machine braking is required is, the "Jake Brake" or auxiliary braking device 12 or another similar mechanism changes the normal operation of the intake and / or exhaust valves of the engine in such a way that the engine is supplied with power by rotation of its crankshaft must be to compress the air in the engine or engine cylinders. For example, if one of such Machine-driven heavy vehicle drives along a slope, the power to turn the crankshaft and thus to Compressing the air derived from the turning motion of the vehicle wheels.

Die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils eine geometrisch variable Turbine, die so genannt wird, weil ein Einstellen oder Ändern ihrerFigures 2 and 3 each show a geometrically variable turbine, which is so called because of adjusting or changing its

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inneren Geometrie oder Struktur zu einer Änderung ihrer Leistungs fähigkeit führt. Solche Turbinen sind für die Turbine 16 des Turboladers 18 geeignet. Figur 2 zeigt eine solche Turbine, die entsprechend dem US-Patent 2 944 786 aufgebaut ist. Ein angelenkter Flügel 3o ist in eine und aus einer Einlaßmündung 32 einer Radial zufluß-Turbine verschwenkbar, um hierdurch die Geschwindigkeit des einem Turbinenrad 34 zugeführten ankommenden Gases zu verändern. Figur 3 zeigt eine andere geometrisch variable Turbine, die entsprechend dem UK bzw. britischen Patent 214 423 von 1924 aufgebaut ist. Bei dieser letztgenannten Art eines (in der Turbinentechnik bekannten) Turbinenaufbaues führt ein Einstellen von Flügeln 38 in einer Richtung zu einer Vergrößerung der Geschwindigkeit des dem Turbinenrad zugeführten Gases. Somit kann bei beiden geometrisch variablen Turbinen die Turbinenrad-Drehzahl vergrössert werden, mit einer entsprechenden Vergrößerung der Kompressor rad-Drehzahl, was wiederum zu einem größeren Druck in der Ansaugleitung 26 führt, wodurch eine größere Luftmenge in die Maschinen· bzw. Motor- bzw. Triebwerkzylinder geleitet wird.internal geometry or structure leads to a change in their performance. Such turbines are for the turbine 16 of the turbocharger 18 suitable. Figure 2 shows such a turbine, which accordingly U.S. Patent 2,944,786. An articulated vane 3o is radial in and out of an inlet port 32 inflow turbine pivotable in order to thereby change the speed of the incoming gas supplied to a turbine wheel 34. FIG. 3 shows another geometrically variable turbine which is constructed in accordance with UK patent 214 423 of 1924 is. In the case of this last-mentioned type of turbine structure (known in turbine technology), the adjustment of blades results 38 in a direction to increase the speed of the gas supplied to the turbine wheel. Thus, both geometrically variable turbines the turbine wheel speed can be increased, with a corresponding increase in the compressor rad speed, which in turn leads to a greater pressure in the intake line 26 leads, as a result of which a larger amount of air is directed into the engine or engine or power unit cylinders.

Figur 4 zeigt die durch die vorliegende Erfindung verwirklichte Vergrößerung der Bremswirkung eines in Figur 1 dargestellten Triebwerkaufbaues. Der linke Teil der Abszisse zeigt die Bremswirkung des Triebwerks bzw. Motors aufgrund der Einrichtung 12. Die Kurve I zeigt die Bremswirkung ohne eine geometrisch variable Turbine. Die Kurve II zeigt die Größe der Bremswirkung infolge der vergrößerten Luftmenge in den Triebwerkszylindern, was durch Vergrößern der Drehzahl des Kompressorrades mittels einer geometrisch variablen Turbine bewirkt wird, wie der in Figur 2 oder Figur 3 dargestellten Turbine. Es ist ersichtlich, daß sich eine bedeutende Vergrößerung bezüglich der Bremswirkung oder -kraft infolge der großen Luftmenge in den Motorzylindern ergibt. Ohne die geometrisch variable Turbine vermindert sich die Kompressordrehzahl bei einer Verminderung der positiven Triebwerksleistung. Die geometrisch variable Turbine kompensiert eine solche Reduzierung der Maschinenleistung durch Vergrößern der Geschwindigkeit des dem Turbinenrad zugeführten Triebwerkabgases.FIG. 4 shows the enlargement of the braking effect of one shown in FIG. 1 achieved by the present invention Engine structure. The left part of the abscissa shows the braking effect of the engine or motor due to the device 12. Curve I shows the braking effect without a geometrically variable turbine. Curve II shows the magnitude of the braking effect as a result the increased amount of air in the engine cylinders, which is achieved by increasing the speed of the compressor wheel by means of a geometric variable turbine is effected, like the turbine shown in Figure 2 or Figure 3. It can be seen that a results in a significant increase in braking effect or force due to the large amount of air in the engine cylinders. Without the geometrically variable turbine, the compressor speed decreases with a decrease in the positive engine power. The geometrically variable turbine compensates for such a reduction in machine performance by increasing the speed of the engine exhaust gas fed to the turbine wheel.

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Claims

G 51 409 / K

WALLACE MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, NEW YORK, N.Y., USA

Braking device

Claims

Braking device for an internal combustion engine suitable for driving a vehicle with a turbocharger, the a turbine coupled to the exhaust pipe of the engine and also a compressor driven thereby, the output of which leads to the intake manifold of the engine, the engine including a mechanism to operate the normal valve timing sequence change the engine so that the engine works as an air compressor when braking is desired in order to thereby brake a vehicle driven thereby, characterized by means (3o, 38) for enlarging the speed of the turbine (16) of the turbocharger (18) in the event of a reduction in engine power in order to thereby reduce the To increase the volume of air in the engine (1o) when braking is desired and the engine as an air compressor to let work.

2. Braking device according to claim 1, characterized in that the turbine (1o) of the turbocharger is of the Radialzuflußtyp that the means for increasing the turbine speed from a hinged wing (3o) in the inlet port or inlet throat (32) of the turbine (1o) and that movement of the blade (3o) reduces the turbine inlet throat area as well the speed of the gas directed to the wheel (34) of the turbine (1o) is increased.

3. Braking device according to claim 1, characterized in that the turbine (1o) with a plurality of on the circumference of the turbine wheel distributed adjustable wings (38) is provided and that an adjustment of the wings (38) in one direction to a Increasing the speed of the gas reaching the wheel of the turbine (1o) leads.

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ORIGINAL INSPECTED