DE3928406A1 - Motorbremssystem fuer eine kraftfahrzeug-zweitakt-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorbremssystem für eine Kraft­ fahrzeug-Zweitakt-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein System, um die Motorbremswirkung einer Zweitakt-Brennkraft­ maschine zu verstärken.

Zweitakt-Brennkraftmaschinen haben die Eigenschaft, daß sie niedrige Pumpverluste verglichen mit Viertakt-Brennkraftmaschi­ nen haben, da der Zweitakt-Hub mit einer Umdrehung der Zwei­ takt-Brennkraftmaschine beendet ist. Aus diesem Grund können Kraftfahrzeuge, die von Zweitakt-Brennkraftmaschinen getrie­ ben werden, mit dem Motor nur wenig bremsen.

Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 61-2 72 425 ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem System zum Anheben des Bremseffektes der Maschine ver­ sehen ist. Die Brennkammer der Maschine weist ein Ventil auf, um die Kammer mit der Atmosphäre über ein Auslaßrohr in Ver­ bindung zu bringen. Wenn ein Drehgriff zum Einstellen der Dros­ selklappe der Maschine aus einer Leerlaufposition in eine noch weiter geschlossene Position verdreht wird, so wird das Ventil geöffnet und bringt die Brennkammer mit der Atmosphäre in Strö­ mungsverbindung. Auf diese Weise strömt Gas aus der Kammer wechselweise durch das Ventil in Übereinstimmung mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens und bewirkt so einen Widerstand gegen den Kolben der Maschine, um den Bremseffekt zu verstär­ ken. Durch die Dekompression des Gases in der Brennkammer wird jedoch die Verbrennung gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweitakt-Brenn­ kraftmaschine mit Spülpumpe dahingehend weiterzubilden, daß ihre Bremswirkung verstärkt wird.

Es wurden schon mehrfach Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Spül­ pumpen vorgeschlagen. Bei einem solchen System kann der Maschi­ nenbremseffekt erhöht werden, wenn die Last auf die Spülpumpe erhöht wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Spülpumpe verwendet, um die Motorbremswirkung zu verstärken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorbremssystem für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vor­ geschlagen, wobei die Maschine mindestens einen Zylinder, eine Spülöffnung, einen Einlaßkanal, der mit der Spülöffnung in Ver­ bindung steht, einen Einspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, eine Spülpumpe im Einlaßkanal, um Einlaßluft dem Zylinder zuzuführen und einen Bypass zur Umgehung der Spül­ pumpe.

Das System umfaßt Feststelleinrichtungen, um eine Verlangsamung des Fahrzeugs festzustellen und ein Verlangsamungssignal abzu­ geben. Im Bypass ist ein Ventil angeordnet, um diesen abzuschließen. Es sind Mittel vorgesehen, die auf das Verzöge­ rungssignal hin das Ventil schließen und die Kraftstoffein­ spritzung durch den Kraftstoffeinspritzer unterbrechen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Feststellein­ richtungen so ausgebildet, daß sie die Maschinendrehzahl und die Fahrzeuggeschwindigkeit erfassen. Ein Hilfsventil kann im Einlaßkanal vorgesehen sein, um diesen auf das Verzögerungs­ signal hin zu schließen.

Weitere erfinderische Merkmale ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsformen der Erfindung. Diese werden anhand von Abbil­ dungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zweitakt-Brenn­ kraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 3a bis 3e die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, die Kraft­ stoffmenge, das Öffnen und Schließen des Maschinen­ bremsventils und des Motordrehmoments über die Zeit sowie die Verlangsamung des Fahrzeugs.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 für ein Kraftfahrzeug einen Zylinder 2, einen Kolben 3 im Zylinder 2, ein Pleuel 6, welches den Kolben 3 mit einer Kur­ belwelle 5 in einem Kurbelgehäuse 4 verbindet. Ein Gegen­ gewicht 7 ist an der Kurbelwelle 5 so montiert, daß es die Wirkung der trägen Masse des Kolbens 3 vermindert, welcher im Zylinder 2 hin- und herläuft.

In einer Wand des Zylinders 2 sind eine Auslaßöffnung 11 und eine Spülöffnung 16 in einem Winkelabstand von 90° zueinander ausgebildet oder einander gegenüberliegend angeordnet. Die Öffnungen 11 und 16 sind so ausgebildet, daß sie mit vorgegebe­ nen Zeitabläufen bezüglich der Position des Kolbens 3 öffnen und schließen.

Ein Kraftstoffeinspritzer 10 und eine Zündkerze 9 sind am Kopf einer Brennkammer 8 des Zylinders 2 vorgesehen. Der Einspritzer 10 ist so ausgebildet, daß er eine vorbestimmte Menge von Kraft­ stoff zusammen mit Luft über komprimierte Luft in Form eines Luft/Kraftstoff-Gemisches einspritzt. Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 23 wird dem Einspritzer 10 über eine Kraftstoff­ leitung 20 mit einem Filter 21, einer Pumpe 22 und einem Druck­ regler 24 zum Konstanthalten des Kraftstoffes auf einem niedri­ gen Druckpegel zugeführt. Der Kraftstoff wird mit Luft ver­ mischt, die dem Einspritzer 10 aus einem Kompressor 28 über eine Luftleitung 25 mit einem Sammler 27 und einem Druckregler 26 zugeführt wird.

Die Maschine 1 wird mit Luft über einen Luftfilter 34, eine Verdrängungsspülpumpe 33, einen Zwischenkühler 32 zum Kühlen der Spülluft, ein Einlaßrohr 30 mit einer Spülkammer 31 zum Auffangen von Spülluftdruckwellen versorgt, die auftreten, wenn die Spülöffnung 16 öffnet oder schließt. Ein Bypass 35 ist zur Umgehung der Spülpumpe 33 und des Zwischenkühlers 32 vorgesehen. Der Bypass 35 ist mit einem Steuerventil 36 ver­ sehen. Im Bypass 35 ist ein Maschinenbremsventil 60 vorgesehen. In der Einlaßleitung 30 ist ein Hilfsventil 61 stromab der Verbindung des Einlaßrohres 30 und des Bypasses an dessen Ein­ gang angeordnet. Abgas aus der Maschine 1 wird durch die Aus­ laßöffnung 11, ein Abgasrohr 12 mit einem Katalysator 13 und eine Abgaskammer 14 sowie einen Schalldämpfer 15 abgelassen.

Die Spülpumpe 33 steht mit der Kurbelwelle 5 über eine Getrie­ beeinrichtung 37 in Wirkverbindung, die einen endlosen Riemen umfaßt, der über eine Kurbelwellen- und eine Pumpenriemen­ scheibe läuft. Die Spülpumpe 33 wird von der Kurbelwelle 5 über die Getriebeeinrichtung 37 zum Erzeugen eines Spüldrucks angetrieben. Ein Fahrpedal 40 steht in Wirkverbindung mit dem Steuerventil 36 über eine Ventilsteuerung 41. Der Öffnungsgrad des Steuerventils 36 wird von der Steuerung 41 so eingestellt, daß er umgekehrt proportional zum Betätigungsgrad des Fahr­ pedals 40 ist. Weiterhin sind ein Maschinendrehzahlsensor 42 und ein Fahrpedal-Betätigungsgradsensor 43 vorgesehen, um die Maschinenbetriebsbedingungen zu erfassen. Ein Kupplungssensor 42, der ein Ausgangssignal dann erzeugt, wenn eine (nicht gezeigte) Kupplung eingerückt wird, und ein Fahrzeuggeschwin­ digkeitssensor 63 sind vorgesehen, um die Bedingungen festzu­ legen, wenn eine Motorbremsung erfolgen soll.

Ausgangssignale von den Sensoren 42, 43, 62 und 63 werden ei­ ner Steuereinheit 45 zugeführt, die ein Zündsignal, ein Luft­ einspritzpulssignal und ein Kraftstoffeinspritzpulssignal der Zündkerze 9 bzw. dem Einspritzer 10 zuführt. Die Ventile 60 und 61 werden weiterhin mit Signalen von der Steuereinheit 45 beaufschlagt, so daß sie beim Abbremsen der Maschine geschlos­ sen werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 45 einen Maschinenbetriebsbedingungsfeststellschalter 46, welcher die Maschinendrehzahl N und der Betätigungsgrad R des Fahrpedals zugeführt werden. Ein Ausgangssignal der Feststellschaltung 46 wird in einem Luftmengenrechner 47 geführt, in welchem die Luftmenge Q im Zylinder 2 basierend auf der Maschinendrehzahl N und dem Betätigungsgrad R des Fahrpedals errechnet werden. Hierbei werden die Menge von entweichender Luft beim Spülen und komprimierter Luft beim Einspritzen des Kraftstoffs mit in Rechnung gestellt.

Die Luftmenge Q wird einem Kraftstoffeinspritzmengenrechner 48 zugeführt. Im Kraftstoffeinspritzmengenrechner 48 wird eine Kraftstoffeinspritzmenge Ti aus der Gleichung

Ti = Q/Ad

errechnet, wobei Ad ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist (dies soll das stöchiometrische Verhältnis sein). Verschiedene Soll-Verhältnisse Ad sind in einer Tabelle in einer Luft/Kraftstoff-Verhältniseinrichtung 49 in Übereinstimmung mit Maschinenbetriebsbedingungen gespeichert. Die Kraftstoff­ menge Ti wird einer Einspritzpulsausgangsschaltung 50 zugeführt, in welcher eine Einspritzpulsbreite entsprechend der errechne­ ten Kraftstoffmenge Ti festgelegt wird. Die Ausgangsschaltung 50 führt ein Kraftstoffeinspritzpulssignal und ein Luftein­ spritzpulssignal dem Einspritzer 10 zu, so daß dieser Kraft­ stoff einspritzt.

Die Steuereinheit 45 ist weiterhin mit einer Verlangsamungs­ feststelleinrichtung 51 versehen, welcher Ausgangssignale des Kupplungssensors 42, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43 und der Maschinenbetriebsbedingungsfeststellschaltung 46 zu­ geführt werden. Die Feststelleinrichtung 51 gibt ein Verzöge­ rungssignal zur Darstellung der Verzögerung des Fahrzeugs dann ab, wenn der Fahrpedalbetätigungsgrad R, die Fahrzeuggeschwin­ digkeit V und die Maschinendrehzahl absinken und die Kupplung eingerückt ist. Das Verlangsamungssignal aus der Feststellein­ richtung 51 und die Maschinendrehzahl N werden einer Kraft­ stoffabschaltschaltung 52 zugeführt, die ein Kraftstoffabschalt­ signal dann abgibt, wenn die Maschinendrehzahl unter einer vor­ bestimmten Drehzahl N ₀ liegt. Das Kraftstoffabschaltsignal wird der Einspritzpulsausgangsschaltung 50 zugeführt, um die Kraft­ stoffeinspritzung zu unterbrechen.

Das Verzögerungssignal und die Maschinendrehzahl N werden wei­ terhin einer Ventilbetätigungsschaltung 53 zugeführt, die ein Ventil-Schließsignal erzeugt. Das Ventil-Schließsignal wird dem Motorbremsventil 60 und dem Hilfsventil 61 über einen Trei­ ber 54 zugeführt, wenn die Maschinendrehzahl unterhalb der vorbestimmten Drehzahl N ₀ liegt.

Im folgenden wird der Betrieb der Zweitakt-Brennkraftmaschine erläutert.

Die von der Spülpumpe 33 geförderte und im Zwischenkühler 32 gekühlte Spülluft wird der Eingangsseite der Spülpumpe 33 über den Bypass 35 zugeführt. Nachdem der Öffnungsgrad R des Steuerventils 36 umgekehrt proportional zum Betätigungsgrad R des Fahrpedals 40 eingestellt wird, ist dann, wenn der Betäti­ gungsgrad R des Fahrpedals niedrig ist, das Steuerventil 36 weit geöffnet. Demzufolge wird eine große Menge von Luft der Einlaßseite der Spülpumpe 33 zugeführt. Auf diese Weise kommt nur eine geringe Menge von Luft, die einem niedrigen Betätigungsgrad des Fahrpedals entspricht, in den Zylinder 2, um diesen mit geringen Pumpverlusten zu spülen. Wenn der Betätigungsgrad R steigt, so wird die Menge an Frischluft, die in den Zylinder 2 gepreßt wird, angehoben, indem der Öffnungsgrad des Steuerventils 36 abgesenkt wird.

Wenn der Kolben 3 eine Position nahe dem unteren Totpunkt wie in Fig. 1 einnimmt, so öffnen die Spülöffnung 16 und die Aus­ laßöffnung 11, so daß Einlaßluft, deren Menge der Position des Fahrpedals 40 entspricht, von der Spülpumpe 33 in den Zylinder 2 über den Zwischenkühler 32 und die Spülöffnung 16 gefördert werden. Entsprechend wird verbranntes Gas aus dem Zylinder 2 gespült, so daß frische Einlaßluft in kurzer Zeit eintreten kann. Während des Kompressionshubes (der Kolben 3 steigt hoch) schließen die beiden Öffnungen 11 und 16. Ein Quantum von Kraftstoff, das im Einspritzer 10 angesammelt ist und zwar in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffeinspritz­ signal aus der Steuereinheit 45, wird über die komprimierte Luft als Luft/Kraftstoff-Gemisch eingespritzt, wobei die Luft in Übereinstimmung mit dem Luftpulssignal zugeführt wird. Das Gemisch verwirbelt in der Brennkammer mit Spülluft und wird durch die Zündkerze 9 direkt vor dem oberen Totpunkt gezündet. Nach der Explosion steigt der Kolben 3 im Leistungshub ab. Dementsprechend wird die Auslaßöffnung 11 geöffnet, so daß verbranntes Gas aus dem Zylinder 2, das noch unter hohem Druck steht, entweicht. Der Kolben 3 fährt weiter herab und gelangt so wieder zum oben beschriebenen Einlaßhub, in welchem der Zylinder 2 gespült wird.

In der Steuereinheit 45 werden die Maschinendrehzahl N und der Betätigungsgrad R des Fahrpedals, die von den Sensoren 42 und 43 festgestellt werden, der Maschinenbetriebsbedingungs­ feststellschaltung 46 zugeführt, um die Maschinenbetriebs­ bedingungen festzustellen. Die Luftmenge Q und das Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis Ad, die in Übereinstimmung mit den Maschinenbetriebsdaten im Luftmengenrechner 47 und in der Soll-Verhältnisschaltung 49 festgestellt werden, werden dem Kraftstoffeinspritzmengenrechner 48 so zugeführt, daß eine Kraftstoffeinspritzmenge Ti entsprechend den Maschinenbetriebs­ daten errechnet wird. Ein Kraftstoffeinspritzpulsbreitensignal, welches die Menge Ti darstellt, wird dem Einspritzer 10 über die Einspritzpulsausgangsschaltung 50 zugeführt, so daß eine Menge an Kraftstoff entsprechend der Menge Ti vom Einspritzer 10 eingespritzt wird. Auf diese Weise wird das brennbare Ge­ misch auf dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße System (Vorrichtung und Verfahren) unter Bezug auf die Fig. 3a bis 3e erläutert.

Wenn das Fahrpedal 40 losgelassen wird, und die Maschine hier­ bei läuft, so wird das Verlangsamungssignal der Kraftstoff­ unterbrechungsschaltung 52 aus der Verlangsamungsfeststell­ schaltung 51 zugeführt. Wenn die Maschinendrehzahl N größer als N ₀ ist, so wird die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet, wie dies in Fig. 3c gezeigt ist, und zwar in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffabschaltsignal aus der Kraftstoffabschaltfeststell­ schaltung 52. Auf diese Weise hält die Verbrennung an, so daß die Maschine kein Drehmoment mehr erzeugt.

Gleichzeitig werden, wie in Fig. 3d gezeigt, die Maschinen­ bremsventile 60 und 61 entsprechend dem Ventilschließsignal aus der Ventilbetätigungsschaltung 53 geschlossen. Demzufolge wird die durch den Bypass 45 zur Einlaßseite der Spülpumpe 33 zurückgeführte Luft vom Ventil 60 abgeschlossen. Auf diese Weise steigt das Verhältnis des Pumpdrucks der Spülpumpe 33. Zusätzlich wird auch das Hilfsventil 61 geschlossen, um das Verhältnis zu erhöhen. Nachdem Spülpumpe 33 sowie die Maschine 1 von den Antriebsrädern mechanisch getrieben werden, steigt die Pumparbeit der Pumpe 33, so daß die Last auf den Antriebs-Getriebezug steigt, so daß die Motorbremswirkung steigt, wie dies in Fig. 3e gezeigt ist.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Maschinendrehzahl auf vorbestimmte Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten aufgrund des Motorbremseffektes absinken, beendet die Verzögerungsfeststell­ schaltung 51 die Abgabe des Verzögerungssignals. Demzufolge hört auch das Ventilschließsignal auf, so daß die Ventile 60 und 61 öffnen. Weiterhin hört auch das Kraftstoffabschaltsig­ nal auf, so daß die Verbrennung ohne Fehlzündung wieder beginnt, da die notwendige Minimalmenge von Kraftstoff eingespritzt wird.

Das Hilfsventil 61 kann fortgelassen werden oder auch in der Abgasleitung 12 vorgesehen werden. Nachdem die Spülpumpe 33 verstärkt angetrieben wird, um die Pumparbeit zu erhöhen, wird eine große Last auf sie ausgeübt. Demzufolge ist es vorteil­ haft, den Bereich zu begrenzen, in welchem eine Motorbrems­ wirkung hervorgerufen wird und zwar in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Einbeziehung der Leistungs­ fähigkeit der Pumpe.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein vereinfachtes Motor­ bremssystem für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einer Spülpumpe aufgezeigt. Weiterhin wird die Kraftstoffzufuhr unter­ brochen, um den Motorbremseffekt zu steigern.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt also darin, daß die Motorbremswirkung über Pumpverluste aufgrund der Wirkung der Spülpumpe erzielt wird, wobei gleichzeitig durch die er­ höhte Luftförderung in den Zylinder auch dort die Pumpverluste erhöht werden. Dies kann dadurch geschehen, daß die Brennstoff­ zufuhr gleichzeitig abgeschaltet wird. Weiterhin wird es für wesentlich gehalten, daß die Motorbremswirkung dann eingestellt wird, wenn einerseits die Geschwindigkeit des Fahrzeuges hoch, andererseits das Fahrpedal losgelassen sind.

Claims (3)

1. Motorbremssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Zweitakt- Brennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder (2), eine Spülöffnung (16), eine mit der Spülöffnung (16) in Verbin­ dung stehende Einlaßleitung (30), einen Einspritzer (10) zum Einspritzen von Kraftstoff (2), eine Spülpumpe (33) in der Einlaßleitung (30) zum Zuführen von Luft zum Zylinder (2) und einen Bypass (35) zur Umgehung der Spülpumpe (33), gekennzeichnet durch
Feststelleinrichtungen (51) zum Feststellen einer Verzöge­ rung des Fahrzeugs und zum Abgeben eines Verzögerungssignals,
ein Ventil (60) im Bypass (35), um diesen zu schließen,
Einrichtungen (52, 53, 54) , die auf das Verzögerungssignal hin das Ventil (60) schließen und die Einspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffeinspritzer (10) unterbre­ chen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststelleinrichtungen (51) derart ausgebildet sind, daß sie die Maschinendrehzahl (N) und die Fahrzeuggeschwindig­ keit (V) feststellen.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsventil (31) im Einlaßkanal (30) oder in einem Abgas­ kanal vorgesehen ist, um den Einlaßkanal (30) in Überein­ stimmung mit der Maschinendrehzahl (N) und dem Verzögerungs­ signal zu schließen.