DE4007287A1 - Motorbremse fuer luftverdichtende brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorbremse entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches.

Durch DE-OS 30 26 529 ist eine derartige Motorbremse bekannt, bei der zwischen einem Nocken und einer Stößelstange eines Auslaßventils einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine ein hydrauliches Gestänge vorgesehen ist. Das hydraulische Ge­ stänge besteht aus einem Ventilstößel, der zugleich als Zylinder ausgebildet ist. Der Zylinder nimmt einen Kolben auf, welcher mit der Stößelstange zusammenwirkt. Der Zylinderraum zwischen Kolben und Zylinder steht mit einer Regeleinrichtung in Verbin­ dung, welche als Kolbenpumpe ausgeführt ist und beispielsweise von einer Nockenwelle antreibbar ist. Der Weg des Kolbens im Zylinder ist so begrenzt, daß bei Auflage des Ventilstößels auf dem Grundkreis des Nockens durch Aufprägen eines Druckes von der Kolbenpumpe her das Auslaßventil gerade soweit öffnet, um im Motor-Bremsbetrieb während der Verdichtungsphase Luft abzublasen. Während der normalen Ausschiebephase ist der Zylinderraum druck­ los und das Auslaßventil öffnet allein durch Auflaufen des Stößels auf den Nocken. Da der Zylinderraum beim Ausschieben drucklos ist wird die Kraft des Ventilstößels direkt durch Anschlag des Kolbens auf dem Grund des Zylinders auf die Stößelstange übertragen. Um Leckölverluste des hydraulischen Gestänges auszugleichen kann der Zylinder über ein Rückschlagventil mit einem Schmierölkreislauf verbunden werden.

Eine derartige Betätigung des Auslaßventils hat den Nachteil, daß die hierfür erforderliche Kolbenpumpe relativ kostspielig ist und einem Verschleiß unterliegt. Durch den komplizierten Ausbau ist die Einrichtung auch störanfällig.

Nach DE-OS 33 00 763 wird vorgeschlagen, den Zylinderraum des mit der Nockenwelle zusammenarbeitenden Kolbens über eine Leitung mit einem steuerbaren Ventil zu verbinden, so daß die Übertragung der Bewegung des Kolbens auf einen Ventilkolben beliebig unterbrochen werden kann. Zur Ergänzung von Lecköl­ verlusten kann das hydraulische Gestänge wiederum über ein Rückschlagventil mit dem Schmierölkreislauf verbunden werden. Ein hydraulisches Gestänge dieser Art beansprucht ein größeres Bauvolumen, da die Zylinder und Kolben keine so kompakte Ein­ heit bilden. Mangels dieser Einheit ist zwischen den Zylinder­ räumen eine wenn auch kurze Verbindungsleitung notwendig, welche zu einer größeren Trägheit Anlaß gibt.

Durch die Anmeldung P 39 39 934 wird vorgeschlagen, zwischen einer Nockenwelle und einem Auslaßventil ein hydraulisches Gestänge einzuschalten, wobei die Nockenwelle jeweils zwei Erhebungen aufweist. Eine erste Erhebung dient dabei in üblicher Weise dazu, daß Auslaßventil in der Ausschiebephase zu öffnen. Eine zweite Erhebung kann das Auslaßventil auch in der Verdichtungsphase anheben, um durch Drosselwirkung Brems­ arbeit zu verrichten. Die Umschaltung von Normalbetrieb zu Bremsbetrieb erfolgt durch die Aktivierung eines Magnetventils, welches von einer Verbindungsleitung der Kolben des hydrau­ lischen Gestänges abzweigt. Während des Zeitintervalls, in dem das Magnetventil geschlossen ist, kann die zweite Erhe­ bung des Nockens seine Bewegung auf das Auslaßventil über­ tragen, so daß dieses auch während der Verdichtungsphase etwas angehoben werden kann und durch Ausschiebearbeit Brems­ arbeit verrichtet wird. Leckölverluste werden über ein Rück­ schlagventil aus dem Schmierölkreislauf ergänzt. Dadurch, daß der vom Nocken betätigte Kolben und der Kolben des Aus­ puffventils getrennt sind und über eine längere Leitung untereinander verbunden sind, gestalten sich diese Ventil­ betätigungen konstruktiv relativ aufwendig. Durch die lange Verbindungsleitung wird der Ventiltrieb träge, was seine Anwendung bei Motoren mit hoher Drehzahl einschränkt.

Ausgehend von einer Motorbremse gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufwendige und störanfällige Pumpe einzusparen und die Ansteuerung der Auslaßventile während des Bremsbetriebes durch eine zeitgemäße Elektronik flexibler zu gestalten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremse be­ steht gegenüber dem Stand der Technik vor allem darin, daß auf die dort notwendige, durch die Nockenwelle angetriebene Hydrau­ likpumpeneinheit zur Erzielung der Zusatzerhebung der Auslaß­ ventile im Kompressionstakt verzichtet wird. Die hinsichtlich Erhebungscharakteristik und Öffnungszeiten etwa gleichartige Zusatzerhebung bei der erfindungsgemäßen Motorbremse wird durch eine geänderte Auslaßnockenform und eine elektronische Regelung mittels "schneller" Magnetventile, von denen je eines jedem Aus­ laßstößels zugeordnet ist, dargestellt.

Die erfindungsgemäße elektronische Regelung wird gegenüber derjenigen durch eine Hydraulikpumpeneinheit deshalb vor­ teilhaft eingesetzt, da schnelle Magnetventile wegen der weiten Verbreitung der Elektronik auch im Motorenbau in­ zwischen preisgünstig hergestellt werden und zuverlässig arbeiten. Zur Darstellung der Steuerstrom-Impulse können die für die serienmäßig geplante, vollelektronische Diesel­ regelung ohnehin notwendigen Steuergeräte und Leistungs­ stromverteiler entsprechend angepaßt werden, so daß hierfür keine nennenswerten Zusatzkosten entstehen. Gegenüber der Steuerung mittels Hydraulikpumpeneinheit sind als weitere Vorteile Vereinfachung durch geringere Anzahl bewegter Teile, die Möglichkeit auf außenliegende Hochdruckleitungen zu verzichten, und eine größere Flexibilität hinsichtlich Gestaltung der Auslaß-Steuerzeiten während der Zusatzerhe­ bung, zu nennen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann dem An­ spruch 2 entnommen werden.

Der hydraulische Ventilspielausgleich stellt sicher, daß auch bei Sitzeinschlag des Auslaßventiles oder Verschleiß des Ventilantriebes die exakten Auslaßventil-Steuerzeiten unverändert beibehalten werden, so daß die Funktion im Normal- oder Motor-Bremsbetreib, unabhängig vom Verschleißzustand, gewährleistet ist. Durch das fehlende Ventilspiel erübrigen sich die üblichen Nockenrampen am Beginn und Ende des Nocken­ hubes zur Überwindung des Ventilspielbereiches. Hierdurch ist es möglich, die Winkel 2 und 6 entsprechend groß auszu­ führen, um für Entleeren und Füllen des Zylinderraumes 10 ausreichend Zeit zu haben.

Eine vorteilhafte Steuerung für die Magnetventile ist durch die Merkmale des Anspruches 3 gekennzeichnet.

Durch die Beaufschlagung der Magnetventile mittels eines elektronisch arbeitenden Steuergerätes wird eine flexible und trägheitsfreie Variation der Steuerzeiten des Auslaß­ ventils erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung kann dem Unteranspruch 4 entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein hydraulisches Gestänge mit parallel geschaltetem Magnetventil,

Fig. 2 einen Nocken mit einer zweiten Erhebung zur Betätigung eines Auslaßventils im Motor-Brems­ betrieb,

Fig. 3 ein Steuerdiagramm eines Ein- und Auslaßventils im Motor-Bremsbetrieb, wobei die Ventilwege als Funktion über dem Drehwinkel einer Kurbelwelle aufgetragen sind.

Zur regelbaren Betätigung eines Auslaßventil 1 ist nach Fig. 1 zwischen einem Nocken 2 und einer Stößelstange 3 ein hydrau­ lisches Gestänge 4 eingeschaltet. Dieses hydraulische Ge­ stänge 4 besteht aus dem Ventilstößel 5, der zugleich die Funktion eines Zylinders übernimmt und einem Kolben 6 der in axialer Richtung beweglich, aber durch erste und zweite Anschläge 7a und 7b in seiner Bewegung begrenzbar ist. Im Kolben 6 wiederum ist ein Ausgleichskolben 8 angeordnet, welcher die Bewegung des Kolbens 6 auf die Stößelstange 3 überträgt. Zwischen dem Kolben 6 und dem Ventilstößel 5 ist eine Druckfeder 9 eingeschaltet, welche den Kolben 6 in Ausgangslage hält. Der durch den Ventilstößel 5 und dem Kolben 6 eingeschlossene Zylinderraum 10 ist über eine kurzgehaltene Verbindungsleitung 11 mit einem Magnetventil 12 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 11 wiederum bei geöff­ netem Magnetventil 12 mit einem Motor-Schmierölkreislauf 13 in Kommunikation steht.

Zum Ausgleich des unvermeidbaren Verschleißes kann im Ventiltrieb als hydraulisch wirkender Ventilspielausgleich der Ausgleichs­ kolben 8 vorgesehen werden, der eine Bohrung 14 aufweist, welche es gestattet, einen Zylinderraum 15 zwischen Kolben 6 und Aus­ gleichskolben 8 mittels einer Ausgleichsleitung 16 mit dem Motor- Schmierölkreislauf 13 zu verbinden. Durch ein mit einer Feder 17 belastetes Ventil 18, welches als Kugel ausgebildet sein kann, wird die Bohrung 14 verschlossen, bzw. kann Öl über die Aus­ gleichsleitung 16 nachgesaugt werden.

Zur Ansteuerung des Auslaßventils 1 wird der Nocken 2 mit einer ersten und zweiten Erhebung 2a und 2b versehen, wobei die erste Erhebung 2a die normale Öffnung des Auslaßventils 1 während der Ausschiebephase bewerkstelligt und die zweite Erhebung 2b dem Öffnen des Auslaßventils 1 in der Verdich­ tungsphase bei Motor-Bremsbetrieb vorbehalten ist.

Die Ansteuerung des Magnetventils 12 übernimmt ein Steuer­ gerät 19, welches elektronisch arbeitet und das seine zu verarbeitenden Signale von mindestens einem Geber erhält, der als Sensor 20 ausgebildet ist, und auf induktiver Basis ar­ beitet. Es können natürlich auch - wie in Fig. 1 dargestellt - zwei Sensoren 20 und 21, oder mehrere vorgesehen werden, welche um einen bestimmten Winkel versetzt an der Peripherie eines mit Zahnkranz 22 versehenen Schwungrades 23 angeordnet sind. An Stelle des Schwungrades 23 kann auch ein Nockenwellenzahnrad vorgesehen werden. Die von den Sensoren 20 und 21 kommenden Spannungsimpulse werden im Steuergerät 19 derart aufbereitet, daß daraus die Stellung des Nockens 2 und dessen zweiter Erhebung 2b erkannt wird und die nachfolgend unter Fig. 2 beschriebenen Winkelbe­ reiche α1 bis α6 bestimmt werden. Die im Steuergerät 19 aufbereiteten Impulse werden einem Solenoid 24 des Magnetventils zugeführt.

Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist jedem Auslaßven­ til 1 ein schnelles Magnetventil 12 zugeordnet. Das Steuergerät 19 ist über die Geber 20 oder 21 in der Lage die Stellung aller Nocken zu bestimmen.

Zur Einleitung des Motor-Bremsbetriebes wird das Steuerge­ rät 19 durch einen Schalter 25 aktiviert, wobei dieser Schalter 25 ein- oder zweistufig sein kann, so daß die Motorbremse abgestuft betätigbar ist. In erster Stufe wird lediglich eine hier nicht dargestellte Drossel in einem Auspuffrohr geschlossen, in zweiter Stufe bei höherem Bedarf an Bremsleistung wird auch das Magnetventil 12 angesteuert, um das Auslaßventil 1 auch während der Verdichtungsphase soweit zu öffnen, daß Ausschiebearbeit verrichtet wird um dadurch die Bremsleistung zu steigern. Die Reihenfolge der abgestuften Motorbremse kann natürlich in Anpassung an die gewünschte Bremsleistung auch umgekehrt sein.

Im weiteren soll auf die Wirkungsweise näher eingegangen werden.

Im Motorbetrieb ist das Magnetventil 12 permanent geöffnet, und damit die elektronische Regelung gänzlich inaktiv. Während der Ausschiebephase hebt die erste Erhebung 2a des Nockens 2 den Ventilstößel 5 an. Da das Magnetventil 12 geöffnet ist kann im Zylinderraum 10 kein Druck aufgebaut werden. Erst wenn der erste Anschlag 7a im Ventilstößel 5 auf den Kolben 6 trifft überträgt sich die Bewegung des Ventilstößels 5 auf den Kolben 6 und über den zweiten Anschlag 7b auf die Stößelstange 3, welche das Aus­ laßventil 1 öffnet. Bei weiterer Drehung des Nockens 2 schließt das Auslaßventil 1 wieder. Das Auflaufen des Ventilstößels 5 auf die zweite Erhebung 2b des Nockens 2 bleibt ohne Wirkung, da sich wegen des geöffneten Magnetventils 12 im Kolbenraum 10 kein Druck aufbauen kann und der Hub h des Stößels als Folge der zweiten Er­ hebung 2b gleich der freien Weglänge s zwischen dem ersten An­ schlag 7a des Ventilstößels 5 und dem Kolben 6 ist. Das Auslaß­ ventil 1 öffnet somit nur durch die erste Erhebung 2a zum Aus­ laßtakt.

Wenn auf Motor-Bremsbetrieb umgeschaltet werden soll betätigt man den Schalter 25 und aktiviert damit über das Steuergerät 19 das Magnetventil 12, welches während der Anhebung des Stößels 5 durch die zweite Erhebung 2b geschlossen ist, so daß die Be­ wegung des Ventilstößels 5 hydraulisch auf den Kolben 6 über­ tragen wird, der das Auslaßventil 1 unter Zwischenschaltung der Stößelstange 3 während der Verdichtungsphase geringfügig öffnet, so daß durch die Drosselwirkung des Auslaßventils 1 zusätzliche Bremsarbeit durch Vernichtung der Kompressionsarbeit zu ver­ richten ist. Im Bereich eines Winkels 5 (Fig. 2) der zweiten Erhebung 2b öffnet das Magnetventil 12 wieder, so daß der hy­ draulische Schluß zwischen Ventilstößel 5 und Kolben 6 unter­ brochen ist und das Auslaßventil 1 schließt, um erst wieder im Bereich 1 zu öffnen. Der Schalter 25 kann auch zweistufig ausgeführt sein, so daß in einer ersten Stufe nur die normale Auspuffbremse betätigt wird und in einer zweiten Stufe zusätzlich die hydropneumatische Bremse bzw. umgekehrt. Die Bremsleistung kann somit abgestuft werden.

Einen erfindungsgemäßen Nocken mit einer zweiten Erhebung zeigt die Fig. 2. Der Nocken 2 wird in Sektoren mit den Winkeln α1 bis α6 eingestellt. Ein Sektor mit Winkel α1 dient mit seiner ersten Erhebung 2a der Ventilöffnung in der Ausschiebe­ phase. Ein Sektor mit Winkel α2 erfüllt die Aufgabe. Den Zylinderraum 10 aufzufüllen. Ein Sektor mit Winkel α3 gibt dem Magnetfeld 12 (Fig. 1) im Motor-Bremsbetrieb Zeit zum Schließen. Die zweite Erhebung 2b beginnt in einem Sektor mit Winkel α4. Während des Winkels α4 ist das Magnetventil 12 (Fig. 1) geschlossen und das Auslaßventil 1 öffnet in der Verdichtungsphase, so daß zusätzlich zur Ausschiebephase Brems­ arbeit verrichtet werden kann. Ein Sektor mit Winkel α5 gibt dem Magnetventil Zeit zur Öffnung. Ein anschließender Sektor mit Winkel α6 dient dem Ausschieben des Öls aus dem Zylinderraum 10.

In Fig. 3 sind Kolben- und Ventilweg über dem Kurbelwinkel aufgetragen wiedergegeben. Die Ventilöffnungskurve des Aus­ laßventils ist mit A bezeichnet. Im normalen Motorbetrieb öffnet das Auslaßventil zwischen dem unteren Totpunkt-UT und einem Gaswechsel-GOT. Bei Betätigung der Auspuff-Motor­ bremse wird in dieser Phase Ausschiebearbeit gegen eine Drossel in der Auspuffleitung verrichtet.

Bei zusätzlicher Aktivierung des Magnetventils 12 (Fig. 1) wird durch die zweite Erhebung 2b des Nockens 2 das Auslaß­ ventil 1 außerdem zwischen dem unteren Totpunkt-UT und einem Zünd-ZOT geöffnet, so daß in dieser Phase durch die Drossel­ wirkung des nur wenig geöffneten Auslaßventils 1 weitere Ausschiebearbeit verrichtet und Kompressionsarbeit vernichtet wird, und die Bremsleitung zusätzlich zur Bremsleitung der bekannten Auspuffbremse erhöht wird.

Claims (4)

1. Motorbremse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, be­ stehend aus einem zwischen einem Nocken und einem Auslaß­ ventil angeordneten hydraulischen Gestänge, bei dem das hydraulische Gestänge über eine Verbindungsleitung mit einer externen Regeleinrichtung und einem Leckölausgleich von einem Motor-Schmierölkreislauf her in Verbindung steht und die Brennkraftmaschine über eine Drosselklappe im Aus­ puffrohr verfügt, welche bei Betätigung der Motorbremse die Auspuffleitung zusammen mit der Aktivierung der Regel­ einrichtung teilweise versperrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung als ein schnelles Magnetventil (12) ausgebildet ist, daß dieses Magnetventil von mindestens einem Sensor (20) ansteuerbar ist, wobei die Signale dieses Sensors (20) unter Zwischenschaltung eines Steuergerätes (19) an ein Solenoid (24) des Magnetventils (12) weitergeleitet werden, derart, daß das Magnetventil (12) bei Betätigung der Motor­ bremse während eines bestimmten Intervalles beim Anheben eines Ventilstößels (5) durch eine zweite Erhebung (2b) des Nockens (2) in der Verdichtungsphase des Motors geschlossen ist, wobei sich das Intervall durch Verarbeitung der aus Nockenstellung und Nockenwellendrehzahl gebildeten Signale des Sensors (20) im Steuergerät (19) ergibt, und daß der Nocken (2) in mehrere Sektoren aufgeteilt ist, derart, daß ein Sektor mit Winkel α2 dem Auffüllen eines Zylinderraumes (10) dient, daß ein Sektor mit Winkel α3 das Schließen des Magnetventils (12) einleitet, daß ein Sektor mit Winkel α4 die eigentliche Erhebung (2b) aufweist, während in einem Sektor mit Winkel α5 das Magnetventil (12) wieder öffnet und daß in einem Sektor mit Winkel α6 ein Zylinderraum (10) im Ventilstößel (5) ent­ leert wird.

2. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Gestänge über einen hydraulisch wirkenden Ventilspielausgleich, gebildet aus einem Ausgleichskolben (8) verfügt, welcher koaxial im Kolben (6) des hydraulischen Gestänges (4) angeordnet ist, wobei der Ausgleichskolben (8) zwischen den Kolben (6) und der Stößelstange (3) eingeschoben ist, daß ein zwischen Kolben (6) und Ausgleichskolben (8) befindlicher Zylinderraum (15) über eine Bohrung mit dem Motorschmiersystem verbindbar ist, und daß diese Bohrung (14) über ein federbelastetes Ventil (18) absperrbar ist.

3. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) an der Peripherie eines Zahnkranzes eines Schwung­ rades (23) oder einem Nockenwellenzahnrad gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Sensor (20) auf induktiv wirkender Basis aufgebaut ist und seine Spannungsimpulse einem Steuer­ gerät (19) zur Aufarbeitung zugeführt werden, und daß das Steuergerät (19) die Magnetventile (12) beaufschlagt.

4. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein zweites Magnetventil vorgesehen ist, welches zur aufeinanderfolgenden Zuschaltung der Auspuffbremse vor­ gesehen ist.