DE3922884C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorbremse für luftver
dichtende Brennkraftmaschinen.
Aus DE-OS 34 28 627 ist es bekannt, die Bremsleistung einer
Brennkraftmaschine dadurch zu erhöhen, daß man neben der allgemein
üblichen Drosselklappe im Ventiltrieb des Auslaßventils
eine zusätzliche Vorrichtung vorsieht, mit der die Auslaßventile
derart gesteuert werden, daß sie stets ein begrenztes
Maß geöffnet sind, wodurch auch während des Verdichtungstaktes
Bremsarbeit verrichtet wird. Die Vorrichtung zur Öffnung
der Auslaßventile besteht aus einem Kolben, welcher im Motorbremsbetrieb
mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird und somit
das Auslaßventil offen hält, auch wenn der Kipphebel nicht
in Aktion ist. Die Drosselklappe und die hydraulische Vorrichtung
zur Öffnung der Auslaßventile können mittels einer
Steuereinrichtung gemeinsam betätigt werden. Durch die konstante
Öffnung der Auslaßventile wird keine optimale Bremswirkung
erzielt. Eine Abstufung der Bremsleistung ist auch
nicht möglich, da keine getrennte Wirkung von Drosselklappe
und Auslaßventilsteuerung erzielbar ist.
Nach DE-OS 30 26 529 wird vorgeschlagen, daß Auslaßventil im
Motorbremsbetrieb im Verdichtungstakt etwa 90° vor Zünd-OT
zu öffnen, und die verdichtete Luft abzublasen und um Rückexpansion
zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, daß durch das
relativ späte Öffnen des Auslaßventils keine Optimierung
der Bremsleistung zu erreichen ist. Zudem wird durch den
Druck der vorverdichteten Luft der Ventilsteuertrieb hoch
belastet und muß allein aus Gründen des Motorbremsbetriebes
in all seinen Bauelementen verstärkt werden.
Ausgehend von einer Motorbremse gemäß dem Gattungsbegriff
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Bremsleistung
zu optimieren, ohne daß die Ventilbelastung zunimmt.
Gelöst wird diese Aufgabe entsprechend dem kennzeichnenden
Merkmal des Patentanspruches.
Durch die anmeldungsgemäße Motorbremse ergibt sich der Vorteil,
daß durch das Vorverlegen des Öffnungszeitpunktes des
Auslaßventiles an den Beginn des Kompressionstaktes nicht
nur eine Entlastung des Ventiltriebes auftritt, sondern auch
eine Erhöhung der Bremsleistung infolge einer Steigerung
des indizierten Bremsmitteldruckes erreicht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen
dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Ventiltrieb mit Hydraulikpumpeneinheit und
Kolben zur Betätigung eines Auspuffventils
Fig. 2 eine Hydraulikpumpeneinheit mit einer in ein
Auspuffrohr eingebauten Drossel mit gemeinsamer
Ansteuerung
Fig. 3 ein Steuerdiagramm von Kolben- und Ventilwegen.
Fig. 4 ein Druck-Kolbenwegdiagramm der Kombinationsbremse.
Ein Auslaßventil 1 wird nach Fig. 1 nicht nur durch einen
Nockenantrieb 2 betätigt, sondern kann zusätzlich durch einen
Kolben 3 bewegt werden. Dieser Kolben 3 wird über eine Leitung
4 von einer Hydraulikpumpeneinheit 5 mit Druckflüssigkeit
beaufschlagt, wobei jedem Kolben 3 des Auslaßventils 1 einer
mehrzylindrigen Brennkraftmaschine in der Hydraulikpumpenein
heit 5 je ein Pumpenkolben 6 zugeordnet ist, welcher durch
einen Nocken 7 derart angehoben werden kann, daß das Auslaß
ventil durch den Kolben 3, wie in der dargestellten Betriebs
phase gezeigt, angehoben werden kann. Dadurch kann während
eines Kompressionstaktes die verdichtete Luft durch das
Auslaßventil 1 gedrosselt in ein Motor-Auspuffrohr 8 (Fig. 2)
abgeblasen und die Rückexpansionsarbeit durch die erfindungs
gemäß gewählten Steuerzeiten vernichtet werden. Die von einem
Motorkolben zu verrichtende Verdichtungsarbeit steht somit
zusätzlich zu der bei Motorbremsen sonst üblichen Ausschiebe
arbeit gegen eine Drossel im Motor-Auspuffrohr 8 als Brems
arbeit zu Verfügung. Bezüglich konstruktiver Details von
Hydraulikpumpeneinheit 5 und Auslaßventil 1 darf auf
DE-OS 30 26 529 verwiesen werden.
Erfindungsgemäß wird nach Fig. 2 diese Art der Motorbremse
mit einer allgemein bekannten Motorbremse kombiniert, bei
welcher durch die Betätigung der Motorbremse das Motor-Auspuff
rohr 8 durch eine Drosselklappe 12 teilweise versperrt wird.
Die Verstellung der Drosselklappe 12 erfolgt mittels eines
Verstellmechanismus 10 der im dargestellten Ausführungsbei
spiel als eine pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit 11 ausge
führt ist. Zur Erzielung der maximalen Bremswirkung wird durch
Betätigung der Motorbremse gleichzeitig die Hydraulikpumpen
einheit 5 aktiviert, indem durch ein nicht dargestelltes
Steuerventil Druckluft aus einem Fahrzeug-Bremssystem über
eine sich in eine erste und zweite Leitung 11a, 11b ver
zweigende Druckleitung 11 sowohl der Kolben-Zylinder-Einheit
10 als auch der Hydraulikpumpeneinheit 5 zugeführt wird.
Durch die gleichzeitige, also synchrone Aktivierung der
Kolbenzylindereinheit 10 und der Hydraulikpumpeneinheit 5 wird
Bremsarbeit sowohl im Verdichtungstakt, als auch im Ausschubtakt
verrichtet. Während die Drosselklappe 12 im Motor-Auspuffrohr
8 geschlossen wird, wird durch den Kolben 8 über den Pumpen
kolben 6 das Auslaßventil 1 während des Kompressionstaktes
geöffnet und die verdichtete Luft durchs Auslaßventil 1
gedrosselt in das durch die Drosselklappe 12 verschlossene
Motorauspuffrohr 8 abgeblasen, wodurch die Rückexpansionsarbeit
vernichtet wird. Um einen zu hohen Staudruck im Motor-Auspuff
rohr 8 zu vermeiden, wird die Drosselklappe 12 mit einem etwas
kleineren Durchmesser als das Motor-Auspuffrohr ausgeführt, so
daß ein Ringspalt verbleibt, durch den ein Teil der verdichteten
Luft entweichen kann. Besonders vorteilhaft ist die Rückwirkung
der verdichteten Luft auf die Kolben anderer Zylinder, deren
Auspuffventile gerade in Offenstellung sind, welche dann an
der Bremsleistung mitwirken.
Fig. 3 zeigt ein Steuerdiagramm von Kolben, Ein- und Auslaß
ventil, bei dem der Öffnungshub der Ventile, bzw. der Kolbenweg
als Funktion über dem Kurbelwinkel aufgetragen ist. Daraus
erkennt man, daß das Auslaßventil in einer ersten Öffnungsphase
etwas mehr als 180° vor einem Zünd-Totpunkt im ersten Punkt 13
öffnet und kurz nach Zünd-Totpunkt in einem Punkt 14 schließt.
Der Hub des Auslaßventils beträgt in dieser Öffnungsphase etwa
1 bis 2,5 mm. Die verdichtete Luft wird gedrosselt durch das
nur teilweise geöffnete Auslaßventil 1 (Fig. 1) gegen einen
Überdruck von ca. 5 bis 6 bar ausgeschoben, der sich durch das
Schließen der Drosselklappe 12 aufbaut. Durch das Ausschieben
der Luft im Kompressionstakt wird die Rückexpansionsarbeit
vernichtet.
Rechnerische Untersuchungen haben ergeben, daß eine maximale
Bremswirkung dann eintritt, wenn zusätzlich zu einer zweiten
Öffnungsphase des Auslaßventils im Normalbetrieb zwischen den
Punkten 15 und 16 durch die Hydraulikpumpeneinheit 5 (Fig. 1)
die erste Öffnungsphase in den Punkten 13 und 14 zwischen den
Kurbelwinkeln 180° ± 40° vor Zünd-Totpunkt OT und 40° ± 40°
nach Zünd-Totpunkt OT ausgelöst wird.
Ein besonderer Vorteil dieser Steuerzeiten besteht darin, daß
sich beim Maximum der Bremsleistung nur eine geringe Belastung
eines Motor-Ventiltriebes und der hydraulischen Auslaß-Ventil
betätigung ergibt, da der Verdichtungsenddruck stark verringert
wird.
Die bei Betätigung der Motorbremse verrichtete Bremsarbeit ist
in einem Druck-Kolbenwegdiagramm in Fig. 4 dargestellt.
Beginnend in Punkt 17 wird zunächst die Luft gegen den sich im
Motor-Auspuffrohr 8 (Fig. 2) aufbauenden Druck einer Kurve 19
folgend ausgeschoben, bis im Punkt 18 der obere Totpunkt
erreicht ist. In einem anschließenden Expansionstakt fällt der
Druck einer zweiten Kurve 20 folgend ab, bis in Punkt 17
wieder der untere Totpunkt erreicht ist.
Nach dem Öffnen des Auslaßventils entsprechend dem Motor-Normal
betrieb (siehe Punkte 15 und 16 in Fig. 3) folgt der Ausschub
takt, wobei der Druckverlauf, beginnend bei Punkt 17 einer
dritten Kurve 21 folgt, bis wieder der obere Totpunkt erreicht
ist und nach Öffnen eines Einlaßventils der Druck bis zu einem
im Ansaugsystem herrschenden Druck abfällt.
Eine in der ersten Öffnungsphase des Auslaßventils verrichtete
Bremsarbeit wird durch die zur Abszisse senkrecht schraffierte
Fläche A1 dargestellt und die in der zweiten Öffnungsphase des
Auslaßventils verrichtete Bremsarbeit wird durch die schräg
schraffierte Fläche A2 repräsentiert.
Gegenüber einer heute weit verbreiteten Auspuffbremse wird die
Bremsleistung um ca. 80 bis 90% erhöht und gegenüber einer
Motorbremse nach DE-OS 30 26 529 wird eine um ca. 50 bis 60%
gesteigerte Bremsleistung erzielt, welche bei Motor-Höchst-
Drehzahl fast die Nutzleistung erreicht. Die erfindungsgemäße
Motorbremse kann auch in abgestufter Art und Weise betätigt
werden, wenn man nur die Hydraulikpumpeneinheit 5 oder die
Drosselklappe 12 (Fig. 2) getrennt voneinander betätigt.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremse
besteht in der vollen Ausnutzung der mechanischen Festigkeit
des Kolben- und Kurbeltriebs und der Motorkühlanlage im
Bremsbetrieb.
Claims (1)
- Motorbremse für eine luftverdichtende Brennkraftmaschine, bei der ein Auslaßventil (1) zusätzlich zu einem Nockenantrieb (2) von einem in einem Ventiltrieb eingebauten Kolben (3) betätigbar ist, wobei der Kolben (3) von einer Hydraulikpumpeneinheit (5) beaufschlagbar ist, bei der jedem Kolben (3) eines Auslaßventils ein Pumpenkolben (6) zugeordnet ist, welcher von einem synchron mit dem Nockenantrieb (2) umlaufenden Nocken betätigbar ist, und in einem Motorauspuffrohr (8) eine durch einen Verstellmechanismus (10) betätigbare Drosselklappe (12) vorgesehen ist, und die Hydraulikpumpeneinheit (5) und der Verstellmechanismus (10) bei Betätigung der Motorbremse durch eine Steuerung bei voller Bremsleistung synchron, dagegen bei abgestufter Bremsleistung getrennt aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (7) der Hydraulikpumpeneinheit (5) derart geformt ist, daß die Auslaßventile (1) über den in den Ventiltrieb eingebauten Kolben (3) in einem Bereich 180° ± 40° Kurbelwinkel vor oberem Zündtotpunkt geöffnet und in einem Bereich 40° ± 40° Kurbelwinkel nach Zündtotpunkt wieder geschlossen werden.
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