DE3922884C2 - - Google Patents

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)

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.