DE3529768A1 - Brennkraftmaschine mit einer abgasbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasbremse gemäß Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Es ist bekannt, zur Bremsung von Brennkraftmaschinen die Verschiebearbeit des Kolbens auszunutzen. Dazu wird in der Abgassammelleitung eine Drosselklappe geschlossen, was zur Folge hat, daß im Auslaßtakt der Brennkraftmaschine der Kolben gegen den sich dadurch aufbauenden Staudruck Ver­ schiebearbeit leisten muß und gebremst wird.

Damit der erhöhte Staudruck besonders im Ansaugtakt nicht die Auslaßventile gegen den Unterdruck im Motorzylinder aufdrückt, ist es bekannt, einen mit dem Auslaßventil ver­ bundenen Kolben in einem Druckzylinder im Schließsinn mit dem erhöhten Staudruck in der Abgassammelleitung oder mit einem anderen Druckmitel aus einer Druckquelle zu beauf­ schlagen.

In der DE-OS 30 05 468 wird vorgeschlagen, an den Druckzy­ lindern Steuerorgane vorzusehen, die zum einen mit einem Drucksystem und zum anderen mit einem Entlüftungssystem verbunden sind und die bei geschlossenem Auslaßventil zum Drucksystem geöffnet und zum Entlüftungssystem geschlossen sind und bei ganz oder teilweise geöffnetem Auslaßventil zum Entlüftungssystem geöffnet und zum Drucksystem ge­ schlossen sind. Dadurch soll ein unkontrolliertes Öffnen der Auslaßventile verhindert werden, ohne zugleich erhöh­ ten Verschleiß am Ventiltrieb zuzulassen.

Nachteilig hieran ist, daß diese pneumatische Steuerung soviel pneumatisches Druckmittel verbraucht, daß bei Ver­ wendung von Druckluft ein eigener Kompressor benötigt wird, und bei Verwendung des in der Abgassammelleitung in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe befindlichen Abga­ ses als Druckmittel Temperatur-, Verkokungs- und Korrosi­ onsgefährdung besteht. Außerdem ist der sehr große kon­ struktive Aufwand in der Herstellung teuer und im Betrieb der Brennkraftmaschine störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brenn­ kraftmaschine mit Abgasbremse mit baulich einfachen Mit­ teln die Schließkraft des Auslaßventils im geschlossenen Zustand zu erhöhen und ohne Druckmittelverlust beim Öffnen des Auslaßventils im Bremsbetrieb die Öffnungskraft zu senken.

Die Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Brennkraftmaschinen durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Unter Normalbetrieb einer Brennkraftmaschine ist der Be­ trieb ohne Zuschaltung einer Drosselklappe verstanden im Gegensatz zum Bremsbetrieb.

Dadurch, daß am Druckkolben ein Abstandshalter zur Abstüt­ zung angebracht ist und in Ruhestellung des Druckkolbens zwischen der Abstützung und dem Abstandshalter ein etwa dem Hub des Auslaßventils entsprechender Abstand einge­ stellt ist, ist im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine keine Beeinflussung des Ventils gegeben, während im Brems­ betrieb der Druckkolben vom Druckmittel entgegen der Fe­ derkraft bewegt wird und der Abstandshalter an der Abstüt­ zung anliegt. Dies bedeutet, daß im Bremsbetrieb die Schließkraft des Auslaßventils im geschlossenen Zustand gegenüber dem Normalbetrieb wesentlich erhöht ist und die Feder dadurch, daß der Abstandshalter an der Abstützung anliegt, beim Öffnen des Auslaßventils vorgespannt, kraft­ mäßig ausgeschaltet ist. Damit ist die Öffnungskraft des Auslaßventils im Bremsbetrieb nur noch eine Funktion des auf den Druckkolben wirkenden Druckes.

Vorteilhafterweise ist die Auflageseite des Druckkolbens als Sitzventil ausgebildet. Dies hat besondere Vorteile, wenn zweckmäßigerweise der Druckkolben in Schließstellung des Auslaßventils mit dem Abgas in der Abgassammelleitung in Strömungsrichtung vor der Drosseklappe beaufschlagt ist, denn dann können im Normalbetrieb der Brennkraftma­ schine keine heißen Abgase an die sich bewegenden Teile in Richtung Kipphebel oberhalb des Druckkolbens gelangen. Im Bremsbetrieb, wenn keine Verbrennung stattfindet, kann nur Druckluft als Leckage an dem Druckkolben vorbei zum Kipp­ hebelraum gelangen und keinen Schaden verursachen.

Wird, wie gerade beschrieben, zweckmäßigerweise das Abgas als Druckmittel verwendet muß sinnvollerweise die effekti­ ve Druckfläche des Druckkolbens größer sein als die wirk­ same Auslaßventilkegelfläche.

In vorteilhafter Ausführung besteht der Abstandshalter aus einem innerhalb der Feder angeordneten Zylinder und der Druckzylinder und der Abstandshalter sind ein Bauteil.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Zeichnungen, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen und im folgenden näher beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 den Ventiltrieb einer erfindungsgemäßen Abgasbremse im Normalbetrieb und

Fig. 2 den Ventiltrieb einer erfindungsgemäßen Abgasbremse im Bremsbetrieb bei Benutzung des Abgases als Druck­ mittel.

Fig. 1 zeigt ein Auslaßventil 3 mit einem Ventilstößel 4, welcher in einer Laufbuchse 5 in einem Zylinderkopf 6 ge­ führt ist und im geschlossenen Zustand 3 a mit seinem Ven­ tilkegel 7 im Ventilsitz 9 des Zylinderkopfes 6 sitzend einen nicht gezeigten Brennraum von einer Abgasleitung 2 trennt. Das Auslaßventil 3 ist sowohl im geschlossenen Zu­ stand 3 a als auch im geöffneten Zustand 3 b dargestellt und durchragt die Abgasleitung 2. An der dem Ventilkegel 7 entgegengesetzten Seite ist um die Laufbuchse 5 eine ring­ förmige Ausbuchtung 10 im Zylinderkopf 6 angeordnet, in der ein Druckkolben 12 einerseits an der Laufbuchse 5 und andererseits an der Außenseite 13 der Ausbuchtung 10 an­ liegend axial geführt ist. Der Druckkolben 12 hat eine U-förmige Gestalt und schließt einen Hohlraum 14 ein, der zum Ventilkegel hin offen ist. An der der Laufbuchse 5 ab­ gewandten Seite ist im Druckkolben 12 ein Dichtring 11 an der Außenseite 13 der Ausbuchtung 10 anliegend angeordnet. Die Auflageseite 15 des Druckkolbens 12 ist als Sitzventil ausgeführt und dichtet den Hohlraum 14 gegen einen dar­ überliegenden Raum ab. An dem Druckkolben 12 ist an der der Auflageseite 15 gegenüberliegenden Seite ein zylinder­ förmiger Abstandshalter 16, ebenfalls wie der Druckkolben 12 an der Laufbuchse 5 anliegend, befestigt. Der Abstands­ halter 16 ist mit dem Druckkolben 12 als ein Bauteil ge­ fertigt. Der Druckkolben 12 ist an seiner der Auflageseite 15 gegenüberliegenden Seite mit einer Federauflage 8 vese­ hen, in der eine Feder 17 abgestützt ist und die den Ab­ standshalter mitsamt der Laufbuchse 5 und dem Ventilstößel 4 umschließt. Die Feder 17 ist ebenso an einer mit dem Ventilstößel 4 fest verbundenen Abstützung 18 abgestützt, wobei sich zwischen dem Abstandshalter 16 und der Abstüt­ zung 18 ein etwa dem Hub des Auslaßventils 3 entsprechen­ der Abstand 19 befindet. In den Hohlraum 14 des Druckkol­ bens 12 mündet ein Kanal 20, durch den Druckmittel aus ei­ ner Druckquelle in den Hohlraum gelangt. Um den Zylinder­ kopf zu kühlen, sind Kühlräume 1 im Zylinderkopf 6 ange­ ordnet.

Die Fig. 1 zeigt den Ventiltrieb im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, d. h. im Hohlraum 14 des Druckkolbens 12 ist kein Druckmittel, und der Druckkolben ist in seiner gezeigten Ruhestellung und dichtet mit seiner als Sitzven­ til ausgebildeten Auflageseite 15 den Raum oberhalb des Druckkolbens gegen z. B. die heißen Abgase ab, wenn der Kanal 20 vorteilhafterweise mit der Abgasleitung 2 verbun­ den ist. 3 a zeigt das Auslaßventil im geschlossenen Zu­ stand. Der Abstand 19 zwischen der Abstützung 18 und dem Abstandshalter 16 entspricht etwa dem Hub des Auslaßven­ tils. 3 b zeigt das Auslaßventil in geöffnetem Zustand. Die Abstützung 18 berührt fast den Abstandshalter 16.

Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ist die Bewegung des Auslaßventils demnach nicht behindert, da der Druck­ kolben in seiner Ruhestellung verharrt und der Abstand 19 etwa gleich dem Hub des Auslaßventils ist.

Das Kräftediagramm A zeigt mit F 1 die Schließkraft des Auslaßventils im geschlossenen Zustand und mit F 2 im offe­ nen Zustand im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine. F 2 ist um die zusätzlich wirkende Federkraft gegenüber F 1 er­ höht.

Fig. 2 zeigt das Auslaßventil 3 im Bremsbetrieb, wobei hier der Hohlraum 14 im Druckkolben durch einen zum Ven­ tilstößel parallel verlaufenden Kanal 20 mit der Abgaslei­ tung 2 verbunden ist. Durch diese Gestaltung ist die An­ ordnung des Kühlraums 1 zweckmäßigerweise verändert. Er sitzt jetzt parallel neben dem Kanal 20.

In der geschlossenen Stellung des Auslaßventils 3 ist der Druckkolben mit dem Abstandshalter entgegen der Federkraft aufgrund des Druckes in der Abgasleitung und damit auch im Hohlraum 14 in Richtung auf die Abstützung soweit axial angehoben, daß der Abstandshalter 16 die Abstützung 18 be­ rührt. Die Abdichtung des Druckkolbens erfolgt über die Dichtringe 11.

Die Schließkraft des Auslaßventils ist damit erhöht und ein unbeabsichtigtes Öffnen des Auslaßventils durch den auf den Ventilkegel wirkenden Druck der Abgasleitung ver­ mieden.

Beim Öffnen des Auslaßventils (siehe 3 b) braucht nur die Kraft des auf den Druckkolben wirkenden Abgases überwunden zu werden, da die Feder, durch das Anliegen des Abstands­ halters an der Abstützung, ausgeschaltet ist. Damit liegt die Kuppenbelastung des Nockens, der das Auslaßventil be­ tätigt, in den üblichen Größen, und eine Abnutzung des Nockens ist vermieden.

Sinnvollerweise ist die effektive Druckfläche des Druck­ kolbens bei Benutzung des Abgases als Druckmittel größer als die wirksame Auslaßventilkegelfläche.

Im folgenden eine Betrachtung der Kräfte. Mit F 1′ ist die Schließkraft des Auslaßventils im geschlossenen Zustand gemeint und mit F 2′ die bei offenem Ventil jeweils im Bremsbetrieb.

Im Bremsbetrieb wird der Druckkolben 12 entgegen der Fe­ derkraft soweit angehoben, bis der Abstandhalter 16 die Abstützung 18 berührt. Durch das Vorspannen der Feder ist dadurch F 1 (siehe Fig. 1) auf F 1′ erhöht. Beim Öffnen des Auslaßventils bleibt F 2′ nahezu gleich F 1′, da die Feder ausgeschaltet ist und F 2′ nur von dem Druck im Hohlraum des Druckkolbens abhängt. Dieser Druck ist besonders bei kleinen Motordrehzahlen konstant (siehe Kräftediagramm B in Fig. 2).

Bei höheren Motordrehzahlen wirken die Massenkräfte den Kuppenbelastungen des Nockens, der das Auslaßventil betä­ tigt, entgegen, so daß mit steigenden Drehzahlen auch hö­ here Drücke im Hohlraum des Druckkolbens und damit höhere Drücke in der Abgasleitung zugelassen werden können (siehe Kräftediagramm C in Fig. 2), ohne die Kuppenbelastung des Nockens zu vergrößern.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit einer Abgasbremse, bestehend aus einer in der Abgassammelleitung (2) angeordneten Dros­ selklappe und mit einem im Bremsbetrieb auf ein Auslaßven­ til (3) im Schließsinn wirkenden Druckkolben (12), wobei das Auslaßventil (3) über eine Feder (17) im Schließsinn kraftbeaufschlagt ist, und deren eines Ende am Druckkolben (12) und deren anderes Ende an einer Abstützung (18) abge­ stützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Druckkolben (12) ein Ab­ standshalter (16) zur Abstützung (18) angebracht ist und in Ruhestellung des Druckkolbens (12) zwischen der Abstüt­ zung (18) und dem Abstandshalter (16) ein etwa dem Hub des Auslaßventils (3) entsprechender Abstand (19) eingestellt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auflageseite (15) des Druckkolbens (12) als Sitzventil ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Druckfläche des Druck­ kolbens größer ist als die wirksame Auslaßventilkegelflä­ che.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (16) aus einem innerhalb der Feder (17) angeordneten Zy­ linder besteht.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (12) und der Abstandshalter (16) ein Bauteil sind.