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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer
Auspuffbremse an einem Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, und eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Stand der Technik
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Es ist ein bekanntes Mittel zum Verbessern der Bremswirkung
eines Motors, im Auspuffsrohr eine Drosselklappe einer
Auspuffbremse anzuordnen. Die Drosselklappe der Auspuffbremse wird
während des Betriebs betätigt, wenn die Motorgeschwindigkeit
schnell gesenkt oder die Bremswirkung des Motors erhöht werden
muß, z. B. wenn der Fahrzeugfahrer das Bremspedal niederdrückt.
Die Drosselklappe der Auspuffbremse kann durch ein
computergesteuertes Gangwechselsystem während des Wechsels zu einem
geringeren Untersetzungsverhältnis automatisch betätigt werden,
so daß der Motor schnell eine geringere Synchrondrehzahl
erreicht, bevor der nächsthöhere Gang eingelegt wird.
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In aufgeladenen Verbrennungsmotoren mit von Auspuffgase
getriebenem Turbolader ist die Drosselklappe der Auspuffbremse
gewöhnlich hinter der Abgasturbine angeordnet. In sogenannten
Turbocompoundmotoren bzw. turbogeladenen Motoren mit einer
zweiten Abgasturbine zum Rückgewinnen weiterer Energie, z. B.
zum Zurückführen restlicher Abgasenergie an die Kurbelwelle
oder zum Antreiben eines Generators, kann die Drosselklappe der
Auspuffbremse hinter der zweiten Abgasturbine angeordnet sein.
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Die Drosselklappe der Auspuffbremse kann um eine
Drosselklappenwelle drehbar sein, die bezogen auf das Auspuffrohr
zentrisch oder exzentrisch ist. Eine exzentrische
Drosselklappenwelle hat den Vorteil, daß die Drosselklappe der
Auspuffbremse einfacher selbststeuernd ausgebildet sein kann, weil der
Abgasdruck in der Öffnungsrichtung der Drosselklappe auf einen
größeren Abschnitt der Drosselklappe wirkt. Dies bedeutet, daß
bei einem vorgegebenen Steuerdruck eines auf die Drosselklappe
wirkenden Betätigungszylinders die Auspuffbremse so gestaltet
sein kann, daß sie bei einem vorbestimmten Abgasdruck
automatisch öffnet.
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Dies ermöglicht es, Beipaßsteuerungen oder
Drosselklappenkonstruktionen mit Perforierungen zu vermeiden. Solche
Konstruktionslösungen werden für Auspuffbremsen mit einer zentrisch
angeordneten Drosselklappenwelle verwendet, um zu verhindern, daß
der Motor wegen eines übermäßigen Abgasgegendrucks
stehenbleibt, und um die Temperatur im Verbrennungsmotor zu
verringern.
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Bei der Konstruktion von Auspuffbremsen bestehen verschiedene
Kriterien, die es zu erfüllen gilt. Wegen des Ziels einer
geringeren Motorgeschwindigkeit mit kleinerem Abgasstrom, ist es
wünschenswert, eine dichte Auspuffbremse zu haben, so daß trotz
des kleineren Stroms eine hohe Motorbremswirkung erzielt werden
kann. Bei höheren Motorgeschwindigkeiten darf die Drosselklappe
der Auspuffbremse jedoch nicht zu dicht sein, weil dies zu
übermäßig hohen Abgastemperaturen und zu der Gefahr führen
würde, daß die Auslaßventile des Verbrennungsmotors bei falschen
nichtsynchronen Zeitpunkten im Verbrennungszyklus beginnen sich
zu öffnen, was vorkommen kann, wenn der Abgasdruck im
Auspuffkrümmer des Verbrennungsmotors zu hoch wird.
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Diese widerstreitenden Kriterien führen zu Auspuffbremsen, die
im allgemeinen eine Kompromißlösung darstellen. Die
Drosselklappe kann dicht mit einer exzentrischen Drosselklappenwelle
ausgebildet sein, aber mit einer kleinen auf sie wirkenden
Schließkraft, wobei die Drosselklappe der Auspuffbremse
automatisch öffnet, wenn die durch den Abgasdruck auf die
Drosselklappe ausgeübte Kraft die durch den
Drosselklappensteuerzylinder auf sie ausgeübte Kraft übersteigt. Die Kraft des
Steuerzylinders muß so klein sein, daß die Drosselklappe bei einem
bestimmten festgelegten Abgasdruck öffnet, um zu verhindern,
daß der Verbrennungsmotor zu heiß wird. Die geringere
Betätigungskraft läßt jedoch die Drosselklappe der Auspuffbremse bei
höheren Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen und voll entwickelten
Abgasströmen schwerer schließen, wodurch die maximale Wirkung
und die Reaktion der Auspuffbremse verringert wird.
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Die Alternative, die Drossel allzu dicht zu gestalten, führt
bei geringer Motordrehzahl und geringem Abgasstrom zu einer
geringen Motorbremswirkung. Andere Lösungen umfassen verschiedene
Arten aktiver Steuersysteme. US 5,079,921 offenbart
beispielsweise ein Abgasgegendrucksteuersystem, bei dem ein
Betätigungssignal erzeugt wird, um einen gewünschten Gegendruck als
Funktion der Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehzahl,
Motorkraftstoffverbrauch und tatsächlichem Gegendruck zu erzeugen. Eine
weitere Lösung ist in DE 11 03 682 dargestellt, wo der
Abgasstrom auf einen Kolben wirkt und die Wirkung der Auspuffbremse
verringert. Andere Lösungen umfassen verschiedene Arten aktiver
Steuerungen, wie z. B. eine Beipaßsteuerung oder unterbrechend
wirkende Stopper, die ein völliges Schließen der Drosselklappe
verhindern.
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Bei Dieselmotoren ist es auch bekannt, die Auspuffbremse als
Weißrauchbegrenzer zu verwenden, während der Motor kalt ist.
Dabei schließt die Drosselklappe der Auspuffbremse, um die
Motorlast zu erhöhen, wodurch die Motortemperatur angehoben wird
und dadurch die Menge erzeugten Weißrauchs verringert wird. In
solchen Fällen wird die Auspuffbremse durch eine im
wesentlichen kleinere Schließkraft betätigt, als es zur Optimierung
der Motorbremswirkung normal ist. Mögliche Alternativen zu
einer geringeren Schließkraft an der Drosselklappe der
Auspuffbremse umfassen einen erhöhten Beipaßstrom um die Drosselklappe
oder Stopper, die zeitweise eingefügt werden können, um
unmittelbar gegen die Drosselklappe oder den
Drosselklappenmechanismus zu wirken und ein völliges Schließen der Drosselklappe zu
verhindern.
Aufgaben der Erfindung
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Die Erfindung hat das Ziel, daß Auspuffbremsen, vorzugsweise
mit einer exzentrischen Drosselklappenwelle, eine größere
Auspuffbremswirkung und folglich eine größere Motorbremswirkung
erzielen, als bisher bekannt, wenn die Auspuffbremse bei
verschiedenen Motordrehzahlen verwendet wird. Eine weitere Aufgabe
ist es, das gleiche Bremswirkungsnivenau und den gleichen
Abgasgegendruck zu liefern, wenn die Auspuffbremse bei hohen
Motordrehzahlen verwendet wird, wie das Niveau und der Druck, die
erzielt werden, wenn sie bei geringen Motordrehzahlen angewendet
wird, gefolgt von einem Erhöhen der Motordrehzahl auf die
zugehörige zweckdientliche Motordrehzahl, während einer
fortdauernden Anwendung der Auspuffbremse. Dadurch wird bei der gleichen
Motordrehzahl die gleiche Bremswirkung erzielt, ohne Rücksicht,
wann die Drosselklappe der Auspuffbremse angewendet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegeben, und die Anordnung zum Ausführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 8.
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Andere Merkmale und Vorteile, die die Erfindung unterscheiden,
sind durch die kennzeichnenden Teile der weiteren Ansprüche und
durch die folgende Beschreibung von Ausführungsformen
angegeben. Die beispielhaften Ausführungsformen werden unter Bezug
auf die in der folgenden Zeichnungsliste angegebenen Schemata
beschrieben.
Zeichnungsliste
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Fig. 1 stellt schematisch einen Verbrennungsmotor mit einer
exzentrisch im Auspuffrohr angeordneten Drosselklappe einer
Auspuffbremse und mit einem elektrisch betätigten
Druckluftsteuergerät für die Drosselklappe der Auspuffbremse dar.
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Fig. 2 stellt schematisch eine alternative Steuerschaltung der
Drosselklappe der Auspuffbremse dar, die aus einem elektrisch
gesteuerten System mit hydraulischen Bauteilen gebildet ist.
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Fig. 3 stellt den Steuerdruck im Betätigungszylinder der
Drosselklappe der Auspuffbremse dar.
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Fig. 4 stellt den nach einer im Auspuffrohr angeordneten
Ladeturbine gemessenen Druck vor der Drosselklappe der
Auspuffbremse in verschiedenen Betätigungssituationen A, B, C dar.
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Fig. 5 stellt die Bremswirkung des Verbrennungsmotors in den
gleichen Betätigungssituationen A, B, C wie in Fig. 4 dar.
Beschreibung von Ausführungsformen
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Fig. 1 stellt schematisch einen Fahrzeugverbrennungsmotor 1 mit
einer im Auspuffrohr 3 des Verbrennungsmotors angeordneten
Auspuffbremse 5 dar. Das Auspuffrohr 3 führt den Abgasstrom 4 vom
Auspuffkrümmer 2 des Verbrennungsmotors, möglicherweise über
eine Ladeturbine (nicht dargestellt), zur Auspuffbremse 5 und
danach zu einem zweiten Abgashandhabungssystem, wie
beispielsweise eine zweite Verbundturbine, eine Mehrzahl Schalldämpfer
oder möglicherweise ein Gasreinigungssystem. Es ist
vorteilhaft, daß die Auspuffbremse 5 auf den gesamten Abgasstrom 4 des
Verbrennungsmotors wirkt. In V-Motoren ist es beispielsweise
möglich, Doppel-Abgasdrosselklappen zu verwenden, eine für den
Abgasstrom von jeder Zylinderreihe.
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Die Drosselklappe
6 der Auspuffbremse ist gewöhnlich drehbar
auf einer Welle 7 angeordnet, die exzentrisch im Auspuffrohr 3
in einem Abstand E von der Auspuffrohrmittellinie CC angeordnet
ist. Die Drosselklappe 6 hat einen größeren Abschnitt 6a und
einen kleineren Abschnitt 6b, die je an ihrer Seite der
Drosselklappenwelle liegen. In Fig. 1 ist die Drosselklappe 6 in
ihrer geschlossenen Stellung dargestellt und wird durch Drehung
in die Richtung OP geöffnet. Die Drosselklappe 6 wird durch
Drehung der Welle 7 geschlossen. Die Drosselklappe wird
bevorzugt durch einen pneumatischen Betätigungszylinder 10
gesteuert, der auf eine Zugstange 9 wirkt, welche über ein Bindeglied
8 mit einem Hebel 17 verbunden ist, der an der
Drosselklappenwelle 7 nichtdrehbar angeordnet ist. Bei Anwendungen in
Lastkraftfahrzeugen wird der Betätigungszylinder 10 vorzugsweise
durch Druckluft vom Druckluftsystem des Fahrzeugs über ein
erfindungsgemäßes Steuerventil 11 gesteuert, das in einer mit dem
Druckspeicher 12 des Druckluftsystems verbundenen
Druckluftverbindung 18 angeordnet ist. Bei anderen Anwendungen kann der
Betätigungszylinder andersartig sein, beispielsweise hydraulisch
oder elektromechanisch.
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Das in der Druckluftverbindung 18 angeordnete Steuerventil 11
kann ein Proportionalventil oder ein zum Liefern eines
stufenlos proportional gesteuerten Drucks geeignetes
pulsweitenmoduliertes Ventil sein. Das Steuern des Ventils 11 erfolgt
durch ein elektronisches Steuergerät 13 (von einer Batterie 16
versorgt), das auf eine Mehrzahl im Fahrzeug angeordneter
Sensoren 15-15x anspricht. Die Sensoren (oder Schalter) können
beispielsweise die Stellung des Fahrzeugbremspedals 14, ein
manuell angelegtes Motorbremsnivenau, die
Verbrennungsmotorgeschwindigkeit, die Außentemperatur (wird zum Begrenzen des
Weißrauchs verwendet), ob der Fahrzeugretarder betätigt oder
das ABS-System betätigt oder nicht betätigt ist, ermitteln.
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Die in Fig. 1 dargestellte Drosselklappe 6 ist als solche
bekannt und fungiert als ein Abgasdruck regulierendes Ventil, das
öffnet, wenn die durch die Abgase auf die Drosselklappe
ausge
übte Kraft die durch den Betätigungszylinder 10 ausgeübte Kraft
überschreitet. Der Abschnitt 6a der Drosselklappe, der in Fig.
1 über der Welle 7 angeordnet ist, ist größer als der darunter
angeordnete Abschnitt, wodurch der Abgasdruck ständig bestrebt
ist, die Drosselklappe 6 zu öffnen. Die Reaktion der
Drosselklappe auf Überdruck ist daher sehr schnell.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 1 steuert das
Steuergerät 13 das Ventil 11 so, daß ein erster höherer
Primärsteuerdruck aktiviert wird, wenn ein Auspuffbremsen beginnt.
Ein Timer oder irgendeine programmierte Zeitschaltung 19 wird
verwendet, um eine sofortige oder aufeinanderfolgende
Verringerung des Drucks im Betätigungszylinder 10 auf einen zweiten
geringeren Sekundärsteuerdruck innerhalb einer oder ein paar
Sekunden, vorzugsweise ein bis vier Sekunden, anzuwenden. Das
Ventil 11 ist an die Druckluftverbindung 18 angeschlossen, wo
es den Betätigungszylinder 10 mit einem wählbaren Druckpegel
zwischen dem Druckpegel der Druckquelle und dem umgebenden
Atmosphärendruck unter Druck setzen kann. Das Ventil 11 ist
vorzugsweise ein elektrisch gesteuertes Proportionalventil, das
durch einen im Steuergerät 13 enthaltenen Stromregler gesteuert
ist. Bei Fahrzeugen ist eine Stromsteuerung des
Proportionalventils vorteilhafter als eine Spannungssteuerung, da die
Stromsteuerung nicht so empfindlich für Kontaktwiderstände in
elektrischen Verbindungsleitungen ist, die Umwelteinflüssen
unterworfen sind.
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Die Motorbremswirkung ist somit durch Steuern der durch den
Betätigungszylinder 10 ausgeübten Kraft leicht zu steuern. Auf
Vorrichtungen, wie z. B. im Abgasstrom wirkende verschiedene
Verengungen, Stopper oder Bypassröhren, kann daher verzichtet
werden. Dies ist natürlich vorteilhaft, weil alle diese
Vorrichtungen für Abgasablagerungen oder andere funktionell
beeinträchtigende Einflüsse empfindlich sind. Konkrete Beispiele
von Steuerungen, die verschiedene Kraftpegel verwenden, und
deren Vorteile, werden unten erläutert.
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Fig. 2 stellt eine speziell für die Erfindung konstruierte
Variante zum Steuern des Betätigungszylinders 10 durch
hydraulische Bauteile dar. Der Betätigungszylinder 10, dessen Kolben
30 und Rückholfeder 32 hier dargestellt sind, kann in seiner
Druckkammer 31 zum Steuern der Zugstange 9 unter Druck gesetzt
werden. Die Druckkammer 31 wird durch ein Aktivierungsventil 26
unter Druck gesetzt, das in Fig. 2 in einer Stellung
dargestellt ist, die die Drosselklappe der Auspuffbremse nicht
aktiviert und in der das Aktivierungsventil 26 die Druckkammer 31
über die Leitungen 37, 38 zum umgebenden Atmosphärendruck ATM
verbindet. Die Druckkammer 31 wird so zur Atmosphäre entlüftet
und die Rückholfeder drängt den Kolben 30 im Schema nach links,
wobei die Drosselklappe der Auspuffbremse in der Richtung OP
geöffnet wird.
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Das Aktivierungsventil 26 wird durch ein elektronisches
Steuergerät 13 als Reaktion auf Eingangssignale 15-15x in einer Fig.
1 entsprechenden Weise gesteuert. Das Steuergerät 13 kann das
Aktivierungsventil 26 in eine Stellung schalten, die die
Drosselklappe der Auspuffbremse schließt und in der das bezogen auf
Fig. 2 in einer entgegengesetzten Stellung befindliche
Aktivierungsventil 26 die Druckkammer 31 über eine Leitung 36 mit
einem Drucksteuersystem verbindet, um die Druckkammer 31 unter
Druck zu setzen. Das Unterdrucksetzen der Kammer 31 drängt den
Kolben 30 im Schema nach rechts, gegen die Wirkung der
Rückholfeder 32, wodurch die Drosselklappe geschlossen wird.
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Das in Fig. 2 dargestellte Drucksteuersystem ist wie folgt
gebildet:
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Die Druckquelle 12 ist mit dem Drucksteuersystem über die
Leitung 21 verbunden, die sich in zwei Leitungen 21a, 21b gabelt.
Über die Leitung 21a kann ein kleineres Druckgefäß 40 unter
Druck gesetzt werden, wenn ein Steuerventil 22 so gestellt ist,
daß seine Verbindungen 33, 34 miteinander verbunden sind, wie
im Schema dargestellt, während zur gleichen Zeit das
Aktivierungsventil 26 in der im Schema dargestellten Stellung ist.
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Das Druckgefäß 40 ist mit der Leitung 36 über ein
doppeltwirkendes Rückschlagventil 24 verbunden. Das Gefäß 40 kann durch
den in der Druckquelle 12 vorherrschenden Druck
Primärsteuerdruck) unter Druck gesetzt werden. Über die Leitung 21b kann
von der Druckquelle 12 ein verringerter Druck
Sekundärsteuerdruck) in der Leitung 36 über ein Druckminderventil 25 und das
Rückschlagventil 24 erhalten werden. Die zwei Leitungen 21a,
21b sind somit mit der Leitung 36 über das Ventil 24 verbunden,
das die Funktion hat, mit der Leitung 36 diejenige der
Leitungen 21a, 21b zu verbinden, die den höheren Druck hat.
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Die dargestellten Funktionen des Drucksteuersystems sind die
folgenden:
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Wenn die Auspuffbremse durch das Steuergerät 13 aktiviert
werden soll, wird das Steuerventil 22 so gestellt, daß eine
Verbindung 33 geschlossen und eine Verbindung 34 an die Leitung 35
angeschlossen ist, die selbst über eine Verengung 23 mit der
umgebenden Atmosphäre ATM verbunden ist. Gleichzeitig mit dem
Schalten des Steuerventils 22 wird das Aktivierungsventil 26 so
gestellt, daß die Leitungen 36, 37 verbunden sind. Dies führt
dazu, daß der Primärsteuerdruck, der momentan im Gefäß 40
herrscht, den durch die Leitung 21b gelieferten Druck
überschreitet, weil das Doppelrückschlagventil 24 das Gefäß 40 mit
der Leitung 36 verbindet. Die Tatsache, daß das Gefäß 40 mit
der Atmosphäre ATM über das Steuerventil 22 und die Verengung
23 verbunden ist, läßt den Druck im Gefäß 40 aufeinanderfolgend
abnehmen. Wenn der Druck unter den Sekundärdruck des
Druckminderventils 25 fällt, schaltet das Ventil 24, wodurch die
Leitung 21b mit der Leitung 36 verbunden wird.
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Fig. 3 zeigt, wie der Druck in der Leitung 36 vom
Primärsteuerdruck P&sub1; zum Seundärsteuerdruck P&sub2; während des Zeitraums T&sub1;
abnimmt, wenn das Gefäß 40 während des gleichen Zeitraums zur
Atmosphäre über die Verengung 23 entlüftet ist. Es wurden
Versuche mit einem Gefäß von 1,6 Liter Volumen, einer Verengung
von 1 mm Durchmesser und Steuerdrücken P&sub1;, P&sub2; von 7,9 bzw. 6,5
bar durchgeführt. Unter diesen Bedingungen fiel der Druck von
P&sub1; auf P&sub2; über einen Zeitraum T&sub1;-T&sub2; von ungefähr zwei Sekunden.
Wie oben genannt, können entsprechende Druckpegel auch mit
einer Anordnung gemäß Fig. 1 erhalten werden. Dies bedeutet, daß
während der gesamten Drosselklappenbewegung gegen den
Abgasstrom zur geschlossenen Stellung ein höherer Wirkdruck erhalten
wird, und daß nach einer begrenzten Zeit nach dem Schließen der
Drosselklappe ein geringerer Wirkdruck erhalten wird.
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Die Wirkungen der Drucksteuerung gemäß Fig. 3 sind in Fig. 4 und
5 veranschaulicht. Fig. 4 stellt dar, wie sich der
Abgasgegendruck hinter einer im Auspuffrohr 3 angeordneten Ladeturbine,
aber vor der Drosselklappe 6, bei verschiedenen Motordrehzahlen
und in verschiedenen Betätigungssituationen aufbaut.
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Kurve A stellt den erhaltenen Abgasgegendruck dar, wenn die
Auspuffbremse durch einen dem Sekundärsteuerdruck P&sub2;,
vorzugsweise rund 6,5 bar, entsprechenden Steuerdruck eines
Betätigungszylinders bei einer geringen Motordrehzahl von 1000 U/Min
aktiviert/geschlossen wird, und danach über den gesamten
Drehzahlbereich bis auf 2200 U/Min geschlossen gehalten wird.
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Kurve B stellt den erhaltenen Abgasgegendruck dar, wenn die
Auspuffbremse bei den zugehörigen Motordrehzahlen
erfindungsgemäß durch einen höheren Primärsteuerdruck, vorzugsweise rund
7,9 bar, aktiviert wird, gefolgt von einem geringeren
Sekundärsteuerdruck, vorzugsweise rund 6,5 bar, nach einer oder ein
paar Sekunden.
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Kurve C stellt den bei den verschiedenen Motordrehzahlen
erhaltenen Abgasgegendruck dar, wenn die Auspuffbremse bei den
zugehörigen Drehzahlen durch einen dem Sekundärsteuerdruck P&sub2;,
vorzugsweise rund 6,5 bar, entsprechenden Steuerdruck aktiviert
wird.
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Ein kontinuierliches Steuern des Betätigungszylinders durch
einen dem höheren Primärsteuerdruck von rund 7,9 bar
entsprechenden Steuerdruck ist in der Praxis unmöglich, da es, wie oben
erwähnt, zu zu hohen Abgastemperaturen und zu einem so hohen
Abgasdruck führen kann, daß die Auslaßventile des
Verbrennungsmotors bei nichtsynchronen Zeitpunkten im Verbrennungszyklus
öffnen könnten.
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Die Kurven A und C stellen dar, daß, abhängig von der
Motordrehzahl, bei der die Auspuffbremse aktiviert wird, ziemlich
verschiedene Abgasgegendrücke vorkommen. Somit wird ein
erheblich geringerer Gegendruck erhalten, wenn, wie bei Kurve C,
die Auspuffbremse bei einer definitiv höheren Motordrehzahl
aktiviert wird, als wenn sie, wie bei Kurve A, bei einer geringen
Drehzahl aktiviert wird, die danach zu einer entsprechend
höheren Drehzahl ansteigt. Dieser letzte Fall könnte sich
beispielsweise ereignen, wenn man auf steilen Bergabstrecken
fährt; er ist aber unerwünscht, da bei einer bestimmten
Motordrehzahl unabhängig vom Fahrmodus der gleiche Abgasgegendruck
erwünscht ist.
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Im Gegensatz dazu stellen die Kurven A und B dar, daß im
wesentlichen der gleiche Abgasgegendruck unabhängig davon
erhalten wird, ob die Auspuffbremse bei einer geringeren Drehzahl,
wie bei Kurve, A oder bei einer höheren Drehzahl, wie bei Kurve
B, aktiviert wird.
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Fig. 5 stellt die bei zugehörigen Aktivierungssituationen A, B,
C in Fig. 4 erhaltene Motorbremswirkung als eine Funktion der
Motordrehzahl dar. Sie zeigt auch, daß die Motorbremswirkung
bei höheren Motordrehzahlen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
(Kurve B) beachtlich größer ist, als mit einem konstanten
Steuerdruck (Kurve C).
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Der Unterschied zwischen den Betätigungssituationen B und C in
Fig. 4 und 5 besteht deshalb, weil die Auspuffbremse eine
Hysterese aufweist, welche von den Reibwirkungen an der
schließenden bzw. öffnenden Drosselklappe abhängt. Wenn die
Drosselklappe geschlossen wird, widersetzt sich unter anderem
die Reibung zwischen den äußeren Rändern der Drosselklappe und
den Innenwänden des Auspuffrohrs dem Öffnen der Drosselklappe,
d. h. sie hilft, die Drosselklappe geschlossen zu halten. Wenn
eine dichte Drosselklappe geschlossen ist, baut sich der
Abgasdruck auf einen höheren Pegel auf, wonach die Drosselklappe nur
öffnet, wenn ein Überdruck auf die Drosselklappe eine Kraft
ausübt, welche die, auf sie durch den Betätigungszylinder
ausgeübte Kraft, plus die durch Reibung hinzugefügten Kräfte
überschreitet.
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Wenn die Drosselklappe zur geschlossenen Stellung mit einer zu
kleinen Kraft aktiviert wird, wird letztere nicht gänzlich
fähig sein, die entwickelten Abgaskräfte und die eine Schließung
verhindernden Reibungskräfte zu überwinden. Somit besteht ein
Risiko, daß die Drosselklappe nicht eine völlig geschlossene
Stellung erreicht, sich aber zur geschlossenen Stellung
ruckartig bewegt, was zu minderwertigen Ergebnissen führt, wie in der
Kurve C in Fig. 4 und 5.
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Die erfindungsgemäße Betätigung der Drosselklappe der
Auspuffbremse durch einen höheren Primärsteuerdruck in der
Anfangsphase, gefolgt von einem geringeren Sekundärsteuerdruck nach
einer oder ein paar Sekunden, setzt die Drosselklappe der
Auspuffbremse einer beträchtlich größeren Kraft aus, bis die
Drosselklappe eine völlig geschlossene Stellung erreicht, wonach
der Sekundärsteuerdruck angewendet wird, um die Drosselklappe
geschlossen zu halten, wo sich Reibung dem Öffnen der
Drosselklappe widersetzt, wodurch ein höherer Abgasgegendruck und eine
größere Motorbremswirkung gefördert wird.
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Die Erfindung darf nicht mit Massenträgheitsausgleich-Steuerung
verwechselt werden, bei der das Steuersystem durch eine höhere
Zugkraft aktiviert wird, um seine bewegbaren Massen in Bewegung
zu setzen, gefolgt von einer Verringerung der Kraft, wenn die
Massen definitiv begonnen haben sich zu bewegen. Der
wesentli
che Punkt der Erfindung ist, daß während der gesamten
Drosselklappenschließbewegung gegen den entwickelten Abgasstrom ein
größerer Kraftpegel aktiviert ist, so daß eine völlig
geschlossene Stellung tatsächlich erreicht ist, bevor eine geringere
Betätigungskraft aktiviert wird.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform mit einem
proportional gesteuerten Ventil 11 ist auch zur Weißrauch-Begrenzung
geeignet, die aktiviert werden kann, wenn das Steuergerät 13
Eingangssignale erhält, die ein Kaltstarten ermitteln, entweder
manuell oder automatisch. Die Weißrauch-Begrenzung erfordert
das Verwenden eines weiteren Tertiärsteuerdrucks, der
wesentlich geringer als der Sekundärsteuerdruck ist. In einem System,
bei dem der Primär- und Sekundärsteuerdruck rund 7,9 bzw. 6,5
bar sind, wird der Tertiärsteuerdruck weniger als 50% des
Primärsteuerdrucks sein, vorzugsweise rund 3 bar. Um eine
Weißrauch-Begrenzung zu erreichen, kann die in Fig. 2 dargestellte
Ausführungsform modifiziert sein, indem ein zweites
Druckminderventil zum Unterdrucksetzen des Betätigungszylinders 10
angeschlossen wird. Dieses zweite Druckminderventil kann den
Druck auf einen beträchtlich geringeren Pegel verringern, als
der durch das Druckminderventil 25 erhaltene Druck. Der dritte
Druck wird aufrechterhalten, bis ein vorbestimmter Wert eines
vorbestimmten Parameters erreicht ist, z. B. bis eine bestimmte
Zeit verstrichen ist oder eine bestimmte Motortemperatur
erreicht ist.
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Die in dieser Ausführungsform exemplarischen Drucksteuerpegel
sind insgesamt an den besonderen Hebel 17 der Drosselklappe der
Auspuffbremse angepaßt. Unterschiedliche Längen des Hebels 17
führen zu unterschiedlichen Steuerdruckwerten. Die Versuche und
Tests, von denen die Kurven in Fig. 4 und 5 stammen, basieren
auf Verwenden eines ungefähr 5,4 cm langen Hebels 17 und eines
Durchmessers des Betätigungszylinders von ungefähr 3,5 cm. Der
für die Versuche und Tests verwendete Verbrennungsmotor war ein
Sechszylinder-Dieselmotor mit einer Leistung von rund 283,4 KW
(380 hp) mit 12 Liter Hubraum. Für die Ausführung der Erfindung
sollten die relativen Werte der Steuerdrücke innerhalb der
unten definierten Bereiche liegen, wobei der Primär-, Sekundär-
und Tertiärsteuerdruck mit P&sub1;, P&sub2; bzw. P&sub3; bezeichnet sind.
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P&sub1; < P&sub2; < 0,85 · P&sub1;.
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P&sub1; < p3 < 0,5 · P&sub1;.
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Es ist vorteilhaft, daß der Sekundärsteuerdruck rund 80% des
Primärsteuerdrucks ist und, daß der Tertiärsteuerdruck für die
Weißrauch-Begrenzung rund 40% des Primärsteuerdrucks ist.
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Die beschriebene Ausführungsform mit exzentrischer
Drosselklappe kann durch ein Auspuffrohr mit nicht kreisförmigem
Querschnitt ersetzt sein, bei dem die Drehachse der
Drosselklappenvorrichtungen der Auspuffbremse die Drosselklappe in zwei
Abschnitte mit ungleichen Bereichen trennt.
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Es ist auch möglich, eine zentrische Drosselklappe zu
verwenden, auf die zwei Betätigungsvorrichtungen wirken, von denen
eine die Steuerkraft auf die Drosselklappe ausübt und die
andere auf die Drosselklappe eine zum Abgasgegendruck proportionale
Kraft ausübt.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Ausführungsform mit
aufeinanderfolgender Abnahme des Primärsteuerdrucks auf den geringeren
Sekundärsteuerdruck, entsprechend der in Fig. 3
veranschaulichten Steuerung, begrenzt. Der höhere Primärsteuerdruck kann für
wenigstens eine oder wenige Sekunden aktiviert sein, mit einer
relativ schnellen Verringerung auf den geringeren
Sekundärsteuerdruck. Der Zeitraum, über den hinweg die Verringerung
stattfindet, kann zwischen wenigen Zehntelsekunden bis zu mehr als
einer Sekunde sein.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Ausführungsform begrenzt, bei
der der Steuerdruck in einem Betätigungszylinder gesteuert
wird, sie kann auch in Ausführungsformen mit anderen
Betätigungsvorrichtungen ausgeführt sein, bei denen
Übertragungsme
chanismen mechanischer Kraft ein Übersetzungsverhältnis von
einer auf die Drosselklappe der Auspuffbremse wirkenden ersten
Phase nach einer Sekunde oder einigen Sekunden in eine zweite
Phase ändern. Gemäß den oben genannten Ausführungsformen ist
der Steuerdruck festgelegt, da er zur auf die Drosselklappe
wirkenden Steuerkraft proportional ist. Bei anderen
Ausführungsformen oder mit anderen Dimensionen können andere Drücke
oder vollkommen verschiedene Parameter bestehen. Der
wesentliche Punkt ist, daß die auf die Drosselklappe wirkende
Steuerkraft mindestens zwei verschiedene wählbare Werte haben kann.