DE29702511U1

DE29702511U1 - Engine brake

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Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1997-04-17
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Description

-1 Beschreibung -1 Description

MotorbremseEngine brake

Die Erfindung betrifft eine Motorbremse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruches 1.The invention relates to an engine brake for air-compressing internal combustion engines according to the preamble features of claim 1.

Derartige Motorbremsen werden bei Lastkraftwagen und Nutzfahrzeugen zur Unterstützung des Hydraulik bzw. Druckluft-Bremssystems verwendet. So sind üblicherweise bei einem bestimmten Gesamtgewicht Motorbremsen vorgeschrieben, die häufig zur Unterstützung der Druckluft-Bremsanlage aus einer Stauklappe im Motorauspuff bestehen. Diese Motorbremsen erzielen jedoch nur recht geringe Zusatz-Bremsleistungen, so daß bei leistungsstarken Nutzfahrzeugen im größeren Umfange neuerdings nunmehr Motorbremsen mit gesteuerten Eingriff in den Ventiltrieb des Auslaßventils verwendet werden.Such engine brakes are used in trucks and commercial vehicles to support the hydraulic or compressed air braking system. Engine brakes are usually required for a certain total weight, and often consist of a flap in the engine exhaust to support the compressed air braking system. However, these engine brakes only achieve very little additional braking power, so that engine brakes with controlled intervention in the valve train of the exhaust valve are now being used on a larger scale in high-performance commercial vehicles.

Eine derartige Motorbremse gemäß den Oberbegriffliehen Merkmalen des Anspruches 1 ist beispielsweise aus der DE-OS 3 0 26 529 oder EP-A 0 407 842 bekannt. Hierbei wird in den Ventiltrieb des Auslaßventiles derart eingegriffen, daß die wirksame Länge des Ventiltriebgestänges im Sinne einer Öffnungsbewegung eines Auslaßventiles erfolgt. Insbesondere ist dabei ein steuerbarer Teleskopkolben vorgesehen, welcher von einem Pumpenkolben einer Hydraulikpumpeneinheit beaufschlagt wird, um somit den Ventilstößel zu verlängern, so daß das Auslaßventil außerhalb seiner durch die Nockenwelle gesteuerten Öffnungsphase auch im Kompressionstakt öffnet, um somit verdichtete Luft abzublasen. Hierdurch wird bereits vorgenommene Kompressionsarbeit reduziert und somit die Bremsleistung des Motors gegenüber der sonst üblichen Drosselung in der Auspuffleitung erhöht.Such an engine brake according to the preamble features of claim 1 is known, for example, from DE-OS 3 0 26 529 or EP-A 0 407 842. In this case, the valve train of the exhaust valve is intervened in such a way that the effective length of the valve train rod is in the sense of an opening movement of an exhaust valve. In particular, a controllable telescopic piston is provided, which is acted upon by a pump piston of a hydraulic pump unit in order to extend the valve tappet so that the exhaust valve opens outside of its opening phase controlled by the camshaft, even in the compression stroke, in order to blow off compressed air. This reduces the compression work already carried out and thus increases the braking power of the engine compared to the otherwise usual throttling in the exhaust line.

Die vorgesehenen Teleskopkolben zur Verlängerung der wirksamen Länge des Ventiltriebgestänges sind jedoch sehr bauaufwendig, insbesondere auch durch den erforderlichen Hochdruckantrieb der Teleskopkolben.However, the telescopic pistons provided for extending the effective length of the valve train rod are very complex to construct, especially due to the high-pressure drive required for the telescopic pistons.

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Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsaufwand für eine derartige Motorbremse zu verringern. Insbesondere soll durch eine einfache Bauweise auch eine vereinfachte und preisgünstige Nachrüstung bestehender Motoren gewährleistet sein.The invention is therefore based on the object of reducing the manufacturing costs for such an engine brake. In particular, a simple design should also ensure simplified and inexpensive retrofitting of existing engines.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is solved according to the invention by the features of claim 1.

Ein besonderer Vorteil der neuerungsgemäßen Motorbremse besteht darin, daß die Ventilstößel nicht mehr teleskopierbar ausgebildet werden müssen, so daß eine Vielzahl entsprechender Gleitflächen und der Fertigungsaufwand hierfür entfällt. Auch kann auf die beim Stand der Technik erforderliche, durch die Nockenwelle angetriebene, gesonderte Hydraulikpumpeneinheit zur Erzielung der Längenvergrößerung der Ventilstößel verzichtet werden. Damit ist auch eine verbesserte, genauere Ansteuerung der Öffnungszeiten des Auslaßventils zur Betätigung der Motorbremse ohne Rücksicht auf Leitungslängen, Druckverluste und dgl. möglich.A particular advantage of the new engine brake is that the valve tappets no longer have to be telescopic, so that a large number of corresponding sliding surfaces and the associated manufacturing costs are eliminated. The separate hydraulic pump unit driven by the camshaft, which is required in the current state of the art to achieve the increase in the length of the valve tappets, can also be dispensed with. This also enables improved, more precise control of the opening times of the exhaust valve to actuate the engine brake without taking line lengths, pressure losses and the like into account.

In bevorzugter Weise läßt sich die hier vorgeschlagene Arretiervorrichtung pneumatisch oder elektromagnetisch ansteuern, da derartige Druckluft- oder Bordnetz-Systeme bei Nutzfahrzeugen ohnehin vorhanden sind und somit relativ wenige Zusatzbauteile benötigt werden. Auch können mit elektromagnetischen Schaltgeräten gezieltere Ansteuerungen vorgenommen werden, so daß die Bremswirkung der hier vorgeschlagenen Motorbremse je nach Wunsch des Fahrers bzw. den Straßengegebenheiten gezielt verändert werden kann. Insgesamt ergibt sich somit eine größere Variationsmöglichkeit hinsichtlich der Auslaß-Steuerzeiten im Bremsbetrieb, sowie eine wesentliche Verringerung des Bauaufwandes ohne erhebliche Zusatzkosten.Preferably, the locking device proposed here can be controlled pneumatically or electromagnetically, since such compressed air or on-board power systems are already present in commercial vehicles and thus relatively few additional components are required. More targeted controls can also be carried out using electromagnetic switching devices, so that the braking effect of the engine brake proposed here can be specifically changed depending on the driver's wishes or the road conditions. Overall, this results in a greater possibility of variation with regard to the exhaust control times in braking operation, as well as a significant reduction in construction effort without significant additional costs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the subclaims.

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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Hierin zeigen:An embodiment is explained and described in more detail below using the drawings. These show:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Motorbremse an einen Ventiltrieb mit einer Arretiervorrichtung zum Eingriff in den Ventiltrieb; undFig. 1 is a side view of an engine brake on a valve train with a locking device for engaging in the valve train; and

Fig. 2 eine abgewandelte, schematisch dargestellte Ausführungsform der Motorbremse.Fig. 2 shows a modified, schematically illustrated embodiment of the engine brake.

In Fig. 1 ist ein Ventiltrieb 1 einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine, bevorzugt eines Viertakt-Dieselmotors schematisch dargestellt, mit dem wenigstens ein Auslaßventil 5 mit einer zugeordneten Ventilfeder 5a durch einen entsprechenden Nocken 2 einer Nockenwelle betätigt wird. Der Nocken 2 wirkt auf einen Ventilstößel 3, der mit einer Arretiervorrichtung 4 in der vom Nocken 2 abgehobenen, hier dargestellten Stellung während des angestrebten Motorbremsbetriebes form- und/oder kraftschlüssig arretierbar ist. In dieser Stellung ist der Ventilstößel 3 soweit angehoben, daß das Auslaßventil 5 gegenüber dem normalen Viertakt-Steuerungsdiagramm geringfügig angehoben ist. Dadurch wird während des Verdichtungstaktes die bereits größtenteils verdichtete Luft durch das Auslaßventil 5 gedrosselt in das Auspuffrohr abgeblasen.In Fig. 1, a valve train 1 of an air-compressing internal combustion engine, preferably a four-stroke diesel engine, is shown schematically, with which at least one exhaust valve 5 with an associated valve spring 5a is actuated by a corresponding cam 2 of a camshaft. The cam 2 acts on a valve tappet 3, which can be positively and/or force-locked with a locking device 4 in the position shown here, raised from the cam 2, during the desired engine braking operation. In this position, the valve tappet 3 is raised so far that the exhaust valve 5 is slightly raised compared to the normal four-stroke control diagram. As a result, during the compression stroke, the air, which has already been largely compressed, is throttled through the exhaust valve 5 and blown out into the exhaust pipe.

Die damit reduzierte Kompressionsarbeit wird entsprechend den gewählten Steuerzeiten, nämlich der zusätzlichen Öffungszeit (als Kurbelwinkel KW angegeben) des Auslaßventils 5 während des Verdichtungstaktes und ggf. geringfügig darüberhinaus, "vernichtet" und steht somit als Bremsleistung zur Verfügung. Selbstverständlich kann diese Ausführung dabei auf mehrere oder alle Auslaßventile 5 eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors angewendet werden.The compression work thus reduced is "destroyed" according to the selected control times, namely the additional opening time (indicated as crank angle KW) of the exhaust valve 5 during the compression stroke and possibly slightly beyond that, and is thus available as braking power. Of course, this design can be applied to several or all exhaust valves 5 of a multi-cylinder internal combustion engine.

Die Arretiervorrichtung 4 für den jeweiligen Ventilstößel 3 besteht gemäß der besonders einfachen Ausführung in Fig. 1 aus einer Kolbenstange 4a, die quer zur Hubrichtung des Ventilstößels 3 von einem Hubelement 7, insbesondere einemThe locking device 4 for the respective valve tappet 3 consists, according to the particularly simple embodiment in Fig. 1, of a piston rod 4a, which is supported transversely to the stroke direction of the valve tappet 3 by a lifting element 7, in particular a

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Elektromagneten 7a betätigbar ist. Dieser ist zusammen mit einer Lagerbuchse 7b an einer Seitenwand des Motorblocks 6 befestigt, insbesondere eingeschraubt. In der Lagerbuchse 7b ist die Kolbenstange 4a abgedichtet gelagert, so daß bei deren periodischer Hin- und Herbewegung eine Schmierung vom Ventilstößel 3 aus erfolgen kann. Das hier rechte, äußere Ende der Kolbenstange 4a taucht in die Spule (Solenoid) des Elektromagneten 7a ein, so daß bei deren Aktivierung durch Stromfluß über einen Schalter 8 und ein Steuerteil 9 die Kolbenstange 4a (nach links) zum Ventilstößel 3 hin geschoben wird.Electromagnet 7a is actuated. This is attached, in particular screwed in, to a side wall of the engine block 6 together with a bearing bush 7b. The piston rod 4a is mounted in a sealed manner in the bearing bush 7b, so that lubrication can take place from the valve tappet 3 during its periodic back and forth movement. The right-hand outer end of the piston rod 4a here dips into the coil (solenoid) of the electromagnet 7a, so that when it is activated by current flow via a switch 8 and a control part 9, the piston rod 4a is pushed (to the left) towards the valve tappet 3.

Diese Aktivierung des Hubelementes 7, das auch durch einen schnell ansprechenden Pneumatik-Zylinder mit kurzer Hublänge gebildet sein kann, wird dabei nur wirksam durch ein parallel geschaltetes Steuerteil 9, das seinerseits von einem Sensor 9a an einem Zahnkranz 10 an der Kurbel-oder Nockenwelle oder dem Schwungrad 11 des Motors angesteuert wird. Hierdurch wird die Steuerzeitsynchronisierung erreicht, nämlich die Betätigung der Arretiervorrichtung 4 etwa in der oberen Hälfte des Verdichtungstaktes des jeweiligen Zylinders. Der Sensor 9a kann dabei auch durch einen häufig bereits vorhandenen Drehzahlsensor gebildet sein bzw. dessen Ausgang zum Steuerteil 9 abgezweigt sein.This activation of the lifting element 7, which can also be formed by a quickly responding pneumatic cylinder with a short stroke length, is only effective through a parallel-connected control part 9, which in turn is controlled by a sensor 9a on a gear ring 10 on the crankshaft or camshaft or the flywheel 11 of the engine. This achieves the control time synchronization, namely the actuation of the locking device 4 approximately in the upper half of the compression stroke of the respective cylinder. The sensor 9a can also be formed by a speed sensor, which is often already present, or its output can be branched off to the control part 9.

Bei der so erfolgten Aktivierung des Hubelementes 7 synchron zum Steuerdiagramm des jeweiligen Motors wird die Kolbenstange 4a mit ihrem hier linken, inneren Ende in Eingriff mit dem Ventilstößel 3 gebracht, indem eine an der inneren Spitze der Kolbenstange 4a befestigte Kugel 4b in eine Nut 3a am Umfang des Ventilstößels 3 formschlüssig eingreift. Die Nut 3a kann hierbei auch als Schmiernut ausgebildet sein oder ist häufig bereits am Außenumfang des Ventilstößels 3 vorhanden, so daß diese durch entsprechende Anordnung der Arretiervorrichtung 4 bzw. der Lagerbuchse 7a mitverwendet werden kann. Diese Nut 3a liegt hierbei nur in der zumindest teilweise angehobenen Stellung des Ventilstößels 3 der Kugel 4b bzw. Spitze der Kolbenstange 4aWhen the lifting element 7 is activated in this way in synchronism with the control diagram of the respective motor, the piston rod 4a is brought into engagement with the valve tappet 3 with its inner end, which is here on the left, by a ball 4b attached to the inner tip of the piston rod 4a engaging in a groove 3a on the circumference of the valve tappet 3. The groove 3a can also be designed as a lubrication groove or is often already present on the outer circumference of the valve tappet 3, so that it can be used by arranging the locking device 4 or the bearing bush 7a accordingly. This groove 3a is only located in the at least partially raised position of the valve tappet 3 of the ball 4b or the tip of the piston rod 4a.

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gegenüber, so daß nur in dieser etwas angehobenen Stellung des Ventilstößels 3 eine Verriegelung erfolgen kann. Die Eingriffsnut 3a kann jedoch auch anstatt dem hier dargestellten ausgerundeten Querschnitt konisch ausgebildet sein, so daß die entsprechend angeschrägte Spitze der Kolbenstange 4a in jeder Hubstellung in die Nut 3a eingreifen kann und somit in Art eines Keiles den Ventilstößel 3 anhebt. Hierdurch wird dann das Auslaßventil 5 einen geringen Spalt offengehalten bzw. aufgedrückt, während bei Lösung der Verriegelung, also des Eingriffes der Keilspitze bzw. Kugel 4b in die Nut 3a, der Ventilstößel 3 durch die Federkraft der Ventilfeder 5a nach unten zum Nocken 2 hin geschoben wird. Hierbei wird auch die Kolbenstange 4a nach außen zurückgeschoben, was durch eine nicht dargestellte Rückstellfeder unterstützt werden kann. Diese Rückstellung mit Ausschaltung des Hubelementes 7 durch Stromabschaltung für den Elektromagneten 7a bzw. Entlüftung bei Druckluft erfolgt unter Ansteuerung durch das Steuerteil 9 nach Beendigung des Verdichtungstaktes in Sekundenbruchteilen.opposite, so that locking can only take place in this slightly raised position of the valve tappet 3. The engagement groove 3a can, however, also be conical instead of the rounded cross-section shown here, so that the correspondingly beveled tip of the piston rod 4a can engage in the groove 3a in any stroke position and thus lifts the valve tappet 3 like a wedge. This then keeps the outlet valve 5 open or pressed open a small gap, while when the locking is released, i.e. the wedge tip or ball 4b engages in the groove 3a, the valve tappet 3 is pushed downwards towards the cam 2 by the spring force of the valve spring 5a. The piston rod 4a is also pushed back outwards in this process, which can be supported by a return spring (not shown). This resetting with switching off the lifting element 7 by switching off the power for the electromagnet 7a or venting with compressed air takes place under control by the control part 9 after the end of the compression cycle in fractions of a second.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei entsprechend starker Auslegung des Hubelementes 7, insbes. des Elektromagneten 7a auch ein Eingriff und eine zusätzliche Fixierung des Ventilstößels 3 aufgrund der Andrückkraft der Kolbenstange 4a oder deren Spitze an der Außenwandung des Ventilstößels erreichbar ist, so daß die Nut 3a ganz oder teilweise entfallen kann. Eine solche rein kraftschlüssige Ausführung der Arretiervorrichtung 4 ist nachfolgend beschrieben.It should be noted that with a sufficiently strong design of the lifting element 7, in particular of the electromagnet 7a, an engagement and additional fixation of the valve tappet 3 can also be achieved due to the pressing force of the piston rod 4a or its tip on the outer wall of the valve tappet, so that the groove 3a can be completely or partially omitted. Such a purely force-fitting design of the locking device 4 is described below.

In Fig. 2 ist ein ähnlicher Ventilstößel 3 wie in Fig. 1 bei ansonsten gleichem Aufbau des Ventiltriebes 1 dargestellt. Hierbei ist die Arretiervorrichtung 4 ausschließlich kraftschlüssig aufgebaut, wobei eine Spule 4' ähnlich dem Elektromagneten 7a in Fig. 1 verwendet wird. Die Spule 4' ist dabei in eine Lagerbuchse 7b ähnlich der Ausführung in Fig. eingesetzt, jedoch den Ventilstößel 3 direkt umgebend. Dadurch bildet der Ventilstößel 3 eine Art Tauchanker für die Spule 4', so daß der Ventilstößel 3 bei Aktivierung der SpuleIn Fig. 2, a valve tappet 3 similar to that in Fig. 1 is shown, with the valve drive 1 otherwise having the same structure. The locking device 4 is constructed exclusively in a force-locking manner, whereby a coil 4' similar to the electromagnet 7a in Fig. 1 is used. The coil 4' is inserted into a bearing bush 7b similar to the design in Fig. but directly surrounding the valve tappet 3. The valve tappet 3 thus forms a kind of plunger anchor for the coil 4', so that the valve tappet 3 is activated when the coil

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(entsprechend der Beschreibung zu Fig. 1) über den Schalter 8 und das Steuerteil 9 in der angehobenen Stellung elektromagnetisch fixiert wird oder bei besonders starker Auslegung sogar zur zusätzlichen Öffnung des Auslaßventils 5 dienen kann.(according to the description of Fig. 1) is fixed electromagnetically in the raised position via the switch 8 and the control part 9 or, in the case of a particularly strong design, can even serve to additionally open the outlet valve 5.

Bei Abschaltung des Spulenstroms erfolgt dann wieder sofort der normale Bewegungsablauf des Ventiltriebes 1. Die einzige Bedingung für diese Ausführung ist dabei ein elektromagnetisch ansprechender Ventilstößel 3, was bei üblichen Materialpaarungen ohnehin der Fall ist. Zur Verstärkung können jedoch auch noch zusätzliche ferromagnetische Ein- oder Auflagen am Ventilstößel 3 vorgesehen sein.When the coil current is switched off, the normal movement of the valve train 1 immediately resumes. The only requirement for this design is an electromagnetically responsive valve tappet 3, which is the case anyway with standard material pairings. However, additional ferromagnetic inserts or supports can also be provided on the valve tappet 3 for reinforcement.

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Claims

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1. Engine brake for air-compressing internal combustion engines, wherein at least one exhaust valve is partially raised during the compression stroke for the throttled discharge of compressed air and to perform braking work and an adjusting device is arranged on a valve tappet of the valve drive of the exhaust valve, characterized in that the valve tappet (3) can be locked by a locking device (4) in a positive and/or non-positive manner in a position raised from the cam (2).

2. Engine brake according to claim 1, characterized in that the locking device (4) is pneumatically actuated.

3. Engine brake according to claim 1, characterized in that the locking device (4) is electromagnetically actuated.

4. Engine brake according to one of claims 1 to 3, characterized in that the locking device (4) has a piston rod (4a) which can be displaced transversely to the valve tappet (3), the inner end face of which has a ball (4b) engaging in the valve tappet (3).

5. Engine brake according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve tappet (3) is locked in the upper half of the compression stroke, in particular in a range of 120° ± 20° KW before ignition TDC, and is then unlocked at 40° ± 20° KW after ignition TDC, whereby the valve spring (5a) of the exhaust valve (5) acts on the valve drive until it comes into contact with the cam (2).

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6. Engine brake according to one of claims 1 to 5, characterized in that the valve tappet (3) has a circumferential groove (3a) for engagement of the locking device (4).

7. Engine brake according to one of claims 1 to 6, characterized in that the locking device (4) is fastened to the engine block (6) with a bearing bush (7b).

8. Engine brake according to claim 4 and 7, characterized in that the piston rod (4a) is mounted in a sliding and sealed manner in the bearing bush (7b).

9. Engine brake according to claim 6, characterized in that the circumferential groove (3a) has a wedge-shaped cross-section and the piston rod (4a) has a wedge-shaped tip for engaging therein.

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