EP0383088B1 - Engine brake for lorries - Google Patents

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EP0383088B1
EP0383088B1 EP19900101744 EP90101744A EP0383088B1 EP 0383088 B1 EP0383088 B1 EP 0383088B1 EP 19900101744 EP19900101744 EP 19900101744 EP 90101744 A EP90101744 A EP 90101744A EP 0383088 B1 EP0383088 B1 EP 0383088B1
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Károly Dipl.-Ing. Szucsányi
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MAN Truck and Bus SE
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/38Pumps characterised by adaptations to special uses or conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an engine brake according to the preamble of claim 1.
  • Aus US-PS 41 50 640 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Auslaßventilen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Auslaßventile während des Motorbremsbetriebes im Bereich des Zünd-OT hydraulisch betätigbar einen kleinen Spalt offengehalten werden. From US-PS 41 50 640 a device for the control of exhaust valves of an internal combustion engine is known, in which the exhaust valves are hydraulically held open a small gap during the engine braking operation in the region of the ignition top dead center. Die hydraulische Betätigung besteht aus einem Geberzylinder mit Geberkolben und einem Betätigungszylinder mit Betätigungskolben, welcher auf das Auslaßventil wirkt. The hydraulic actuator is composed of a master cylinder with a master piston and actuating cylinder with actuating piston which acts on the exhaust valve. Der Geberkolben wird von einem Kipphebel betätigt, welcher gleichzeitig der Betätigung eines Pumpenkolbens einer Einspritzvorrichtung für Brennstoff dient. The master piston is actuated by a rocker arm, which simultaneously serves to actuate a pump piston of an injection device for fuel. Der Kipphebel wird von einer relativ langen Stößelstange angetrieben, wobei sich die Bewegung der Stößelstange dem Kipphebel mitteilt, welcher in Fortsetzung der Bewegungsrichtung der Stößelstange zunächst den Geberkolben für die Ventilsteuerung antreibt und welcher auf der anderen Seite die Einspritzvorrichtung betätigt. The rocker arm is driven by a relatively long push rod, wherein the movement of the push rod notifies the rocker arm, which initially drives in continuation of the direction of movement of the push rod of the master piston for the valve control and that actuates the injector on the other side. Eine derartige Vorrichtung zur Steuerung der Auslaßventile im Motor-Bremsbetrieb erfordert eine zusätzliche Baueinheit, bestehend aus Geberzylinder und Geberkolben, was zu höheren Herstellungskosten führt und zusätzlich den Wartungsaufwand vergrößert. Such a device for control of the exhaust valves in the engine braking operation requires an additional structural unit consisting of the master cylinder and master piston, resulting in higher manufacturing costs and in addition increases the maintenance effort. Die relativ schlanke Stößelstange erlaubt nicht die Übertragung großer Kräfte, wie sie für den hohen Einspritzdruck bei Dieselbrennkraftmaschinen notwendig sind. The relatively slim push rod does not allow the transfer of large forces as are necessary for the high injection pressure in diesel internal combustion engines. Eine derartige Einrichtung eignet sich nur für Niederdruck-Einspritzvorrichtungen an Otto-Motoren. Such a device is suitable only for low-pressure injectors of petrol engines.
  • Als Motorbremssystem ist die sogenannte Auspuffbremse bekannt. When engine braking system, the so-called exhaust brake is known. Durch das Schließen eines Absperrorgans im Auspuff wird die Ausschiebearbeit desKolbens dadurch erhöht, daß in den Auspuffrohren ein Gegendruck aufgebaut wird, gegen den der Kolben ausschieben muß. By closing a shut-off device in the exhaust the exhaust work of the piston is increased in that a counter pressure is built up in the exhaust pipes, against the must eject the piston.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Motorbremse gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 so weiterzubilden, daß sie wesentlich einfacher und damit billiger ausgestaltet ist, dh die möglichst ohne größere Konstruktionsänderung ausgeführt werden kann. The object of the invention is therefore to develop an engine brake according to the preamble of claim 1 such that it is much simpler and thus cheaper configured, ie which can be executed as possible without any major design change. Zudem soll diese problemlos mit der üblichen Auspuffbremse kombinierbar sein. In addition, this should be easily combined with the standard exhaust brake.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. According to the invention this object is achieved by the characterizing features of claim 1.
  • Durch die Anwendung der Einspritzpumpe als Geberzylinder liegt eine sehr einfach ausgebildete hydraulische Vorrichtung vor, bei der die Anzahl der zusätzlichen Steuereinrichtungen bzw. Stellorgane gering ist. By the application of the injection pump as a master cylinder, a very simple design hydraulic device exists in which the number of the additional control devices or actuators is low. Auch können diese Stellorgane, beispielsweise der Betätigungskolben, wegen des Hochdrucks, kleiner ausgeführt werden. These actuators, for example, the actuating piston can, because of the high pressure can be made smaller.
  • Vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen 2 bis 8 entnehmen. Advantageous and beneficial developments of the invention can be found in the dependent claims 2 to eighth
  • Nachstehend wird anhand von Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Below with reference to drawings, the invention is explained in detail. Es zeigt: It shows:
  • Figur 1 Figure 1
    eine schematische Darstellung des Motorbremssystems und a schematic representation of the engine brake system and
    Figur 2 Figure 2
    einen kombinierten Kompressions- und Ausschubbremszyklus, dargestellt in einem Arbeitsdiagramm. a combined compression and Ausschubbremszyklus, shown in one graph.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch das Motorbremssystem (die Dekompressionsbremse) der Erfindung. 1 shows schematically the engine braking system (the decompression brake) of the invention. Hierbei werden die Auslaßventile 14 eines direkt einspritzenden Dieselmotors (mit Motorzylinder 13, Motorkolben 15 sowie Kolbenbrennraum 16) nahe des oberen Totpunktes (im Bereich des Zünd-OT) des Kompressionshubes geringfügig geöffnet, so daß die durch den Motor während des Kompressionshubes absorbiete Energie nicht während des Expansionshubes an den Motor zurückgegeben wird. Here, the exhaust valves 14 of a direct-injection diesel engine slightly opened (with engine cylinder 13, the motor pistons 15 and piston internal space 16) near the top dead center (in the region of the ignition top dead center) of the compression stroke, so that the absorbiete by the engine during the compression energy is not during the expansion stroke is returned to the engine.
  • Die Öffnung des Auslaßventils 14 (bzw. der Auslaßventileinrichtungen) erfolgt über eine hydraulische Vorrichtung, welche aus einem das Auslaßventil 7 steuernden Betätigungszylinder mit Betätigungskolben 4 (wirkt auf den Daumen des Kipphebels) einer Steuerleitung 3a sowie einem Geberzylinder mit Geberkolben 1 besteht. The opening of the exhaust valve 14 (or the Auslaßventileinrichtungen) takes place via a hydraulic device consisting of an outlet valve 7 controlled actuating cylinder with actuating piston 4 (acting on the thumb of the rocker arm) of a control line 3a and a master cylinder with master piston 1 is made. Erfindugsgemäß wird die hydraulische Betätigung der Betätigungskolben 4 von den Einspritzpumpenelementen als Geberkolben 1 verursacht. Erfindugsgemäß the hydraulic actuation of operating piston 4 is caused by the injection pump elements as master piston. 1 Als Hydraulikfluid findet der Dieselkraftstoff Anwendung. As hydraulic fluid Diesel fuel is used. Die Verwendung der motoreigenen Einspritzpumpe selbst als gesteuerter Geberzylinder 1 (Masterzylinder) ist deshalb so vorteilhaft, weil der Förderbeginn derselben vor dem Ende des Kompressionshubes bei 15 bis 30 ° KW vor OT liegt, wo eben das Öffnen des Auslaßventils 14 gewünscht wird. The use of the engine's injection pump itself controlled master cylinder 1 (the master cylinder) is advantageous in that the start of delivery is the same before the end of the compression stroke at 15 to 30 ° CA before TDC, where just the opening of the exhaust valve is desired fourteenth
  • Der durch die Einspritzpumpe 1 erreichbare Förderdruck ist hoch, er reicht bis 1000 bar, und kann somit eine ausreichende Öffnungskraft auf das Auslaßventil 14 ausüben. The achievable by the injection pump 1 feed pressure is high, it is sufficient to 1000 bar, and thus can exert a sufficient opening force on the exhaust valve fourteenth Wegen des hohen Druckniveaus im Betätigungszylinder hat der Betätigungskolben 4 einen kleinen (ca. 10 mm) Durchmesser. Because of the high pressure level in the actuating cylinder of the actuating piston 4 has a small (about 10 mm) in diameter. Das Fördervolumen (Hubvolumen) pro Arbeitszyklus der Einspritzpumpe 1 reicht aus, dem Betätigungskolben 4 einen maximalen Hub von ca. 2,5 mm zu geben. The delivery volume (displacement) per work cycle of the injection pump 1 is sufficient to provide the actuator piston 4, a maximum stroke of approximately 2.5 mm.
  • In der zwischen Einspritzpumpe 1 und Einspritzdüse 5 vorliegenden Einspritzleitung 3 ist eine Weiche 6 angeordnet. In the present between the injection pump 1 and injector 5 injection conduit 3 a switch 6 is arranged. Diese läßt im Motorbetrieb den Kraftstoff unbehindert zur Einspritzdüse 5 und im Bremsbetrieb zum Betätigungszylinder 4 strömen. This allows the fuel in the engine operating unhindered to the injection nozzle 5 and in the braking mode to the operating cylinder 4 to flow. In die Einspritzleitung 3 ist eine Weiche 6 eingebaut, von der die Steuerleitung 3a abzweigt. In the injection conduit 3 a switch 6 is installed on the control line branches off 3a. In dieser Steuerleitung 3a ist nach der Weiche 6 ein Rückschlagventil 7 vorgesehen. In this control line 3a after the switch 6 a check valve 7 is provided. Dieses verhindert die Rückströmung des Kraftstoffes und somit keinerlei Störung in der Einspritzleitung 3. So bleibt das Auslaßventil 14 durch den Betätigungskolben 4 der Hydraulik geöffnet. This prevents the back flow of the fuel and thus no disturbance in the injection pipe 3. To the exhaust valve 14 remains open by the actuator piston 4 of the hydraulic system. Unter Umständen kann auch das einspritzpumpeneigene Rückschlagventil ausreichend sein. Under certain circumstances, the injection pumps own check valve may be sufficient.
  • In einer Abzweigleitung 8 zurSteuerleitung 3a liegt ein Ventil 10 vor. In a branch line 8 zurSteuerleitung 3a, a valve 10 is present. Dieses wird vom Druck des Motorzylinders 13 über eine Druckleitung 9 beaufschlagt. This is acted upon by the pressure of the engine cylinder 13 via a pressure line. 9 Der Motor-Zylinderdruck kann durch ein zusätzliches Auspuffbremssystem (Auspuffklappe) beeinflußt werden, was die Bremsleistung verbessert. The engine cylinder pressure can be influenced by an additional exhaust braking system (exhaust valve), which improves the braking performance.
  • Das vom Druck des Motorzylinders 13 gesteuerte Ventil 10 läßt das Auslaßventil 7 schließen, wenn der Druck im Motorzylinder 13 unter einem bestimmten Pegel sinkt. The controlled by the pressure of the motor cylinder 13 the valve 10 can close the exhaust valve 7 when the pressure in the engine cylinder 13 is lowered below a certain level. Die Rückströmung des Kraftstoffs aus dem Arbeitszylinder 4 (über eine Abflußleitung 11) wird hierbei durch das Ventil 10 ebensolange verhindert. The return flow of fuel from the working cylinder 4 (via a discharge line 11) is in this case as long prevented by the valve 10th Das Schließen des Auslaßventils 7 wird beim Unterschreiten des gewünschten minimalen Ablase-Zylinderdrucks (im Ausführungsbeispiel bei ca. 5,7 bar) eingeleitet. The closing of the exhaust valve 7 is initiated when falling below the desired minimum Ablase-cylinder pressure (in the exemplary embodiment at approximately 5.7 bar).
  • Die Abflußleitung 11 (Leckleitung) des Ventils 10 ist an die Leckleitung 5a der Einspritzdüse 5 angeschlossen. The discharge line 11 (leakage line) of the valve 10 is connected to the leakage line of the injection nozzle 5a. 5 Die Leckleitungen 5a, 11 führen zu einem Hydraulikfluid-Vorratsbehälter 12. Aus diesem wird auch über eine Leitung 17 die Einspritzpumpe 1 gespeist. The leakage lines 5a, 11 leading to a hydraulic fluid reservoir 12. From this it is fed, the injection pump 1 via a conduit 17th
  • In der Figur 2 ist das Arbeitsdiagramm (pV-Diagramm) eines kombinierten Kompressions- und Ausschubbremszyklus dargestellt. 2 shows the working diagram (pV diagram) is shown a combined compression and Ausschubbremszyklus. Hierbei ist auf der Ordinate der Zylinderdruck und auf der Abszisse das Hubvolumen aufgetragen. Here, the stroke volume is plotted on the ordinate the cylinder pressure and the abscissa. (V H bedeutet hierbei Hubvolumen und V K Kompressionsvolumen). (V H and V K in this case means displacement compression volume).
  • Nach dem Ansaugvorgang ab schließt das Einlaßventil E s und die Kompression erfolgt, bis das Auslaßventil 14 durch den Betätigungskolben 4 der Hydraulik in der Regel vor oder eventuell auch nach dem OT (letzteres bei kleinem Gaspedaldruck, dh nicht voller Lieferung der Kraftstoffmenge) öffnet (c, A ö1 ). After the suction from the intake valve closes E s and the compression takes place until the exhaust valve 14 by the actuating piston 4 of the hydraulic usually before or possibly after TDC (the latter with a small accelerator pedal pressure, that is not full delivery of the fuel quantity) (opens c , A ö1). Der Auslaßöffnungsdruck hängt ua vom Verdichtungsverhältnis des Motors, vom Förderbeginn der Einspritzpumpe und vom eventuellen Ladedruck ab. The Auslaßöffnungsdruck depends in part on the compression ratio of the engine, from the start of delivery of the injection pump and the eventual load pressure. Ohne die Berücksichtigung eines eventuellen Ladedrucks wird dieser Druck bei voller Kraftstoffmenge im Ausführungsbeispiel auf ca. 30 bar festgesetzt. Without the recognition of existing charging pressure of this pressure for full amount of fuel is fixed bar in the embodiment of about 30 minutes.
  • Im Interesse einer akzeptablen Bremsleistung liegt dieser Punkt ca. 15 bis 30 ° KW vor OT. In the interest of acceptable braking performance this point is about 15 to 30 ° CA before TDC. Nach dem Öffnen des Auslaßventils 14 fällt der Druck im Motor-Zylinder (Punkt d) bis auf den durch das Ventil 10 bestimmten Druck ab (e, A s1 ). After opening of the exhaust valve 14, the pressure falls in the engine cylinder (point d) to the certain pressure through the valve 10 from (e, A s1). Der Öffnungsdruck des Ventils 10 ist zweckmäßig so gewählt, daß er wenig über dem Druck im Auspuffrohr liegt. The opening pressure of the valve 10 is advantageously chosen so that it lies slightly above the pressure in the exhaust pipe. Hier beträgt der Druck wegen der geschlossenen Ausschubbremsklappe zwischen 3 und 4,5 bar. Here, the pressure due to the closed Ausschubbremsklappe between 3 and 4.5 bar. Die Expansion fängt im Punkt e an und läuft bis zum wiederholten Öffnen des Auslaßventils durch die normale Ladungswechselsteuerung ab (f). The expansion starts in the point e and runs through repeated opening of the exhaust valve by the normal charge exchange control from (f). Der Expansionsenddruck läuft bis unter Atmosphärendruck. The expansion end pressure goes up at atmospheric pressure. Der Ladungswechsel f - g - h - a - b ist bekannterweise durch hohen Ausschubgegendruck charakterisiert. The charge cycle f - g - h - a - b is known to be characterized by high Ausschubgegendruck.
  • Wie ersichtlich sind die durch die Zustandsänderungen gebildeten Hoch- und Niederdruck-Arbeitsflächen negativ, also arbeitsvernichtend. As can be seen the high and formed by the changes of state low-pressure working surfaces are negative, so arbeitsvernichtend. Die Größe der negativen Hochdruck-Arbeitsschleife hängt vom aufgebauten Druck hinter dem Arbeitszylinder (Betätigungszylinder 4) ab. The magnitude of the negative high-pressure working loop depends on the pressure built up from behind the working cylinder (actuating cylinder 4). Wenn der Druck kleiner ist als zum Öffnen des Auslaßventils 14 gleich nach dem Förderbeginn, also für das Öffnen vor OT notwendig ist, wird das Auslaßventil 14 nach dem OT während der Expansion bei einem abnehmenden Druck im Motorzylinder geöffnet. If the pressure is smaller than is necessary for opening the exhaust valve 14 just after the start of delivery, that is for opening before TDC, the exhaust valve 14 is opened after the TDC during the expansion at a decreasing pressure in the engine cylinder. Die negative Hochdruckschleife wird dadurch verkürzt. The negative high-pressure loop is shortened. Sie wird sogar - bei abgestellter Förderung - Null. It will even - when parked promotion - zero. Es folgt daraus, daß mit "Gasgeben" diese Arbeitsfläche theoretisch dem Fahr- bzw. Bremsverhältnissen entsprechend gesteuert werden kann. It follows that the driving or braking conditions can be controlled in accordance with theoretical "throttle" this work surface.

Claims (8)

  1. A motor brake of a diesel internal-combustion engine for utility vehicles, in which an outlet valve 14 can be opened in a clock-timed manner during the operation of the motor brake by means of an hydraulic device in the region of the ignition top dead centre, wherein the hydraulic device comprisies a master cylinder with a master piston and [an] actuating piston -- controlling the outlet valve 14 -- with an actuating cylinder 4, characterized in that an injection pump (1) of the diesel internal-combustion engine performs the function of the master cylinder and master piston, a control line (3a) branches off from an injection line (3), and a diverter (6) is provided at the branching point, the diverter (6) being controllable in such a way that during the operation of the engine the injection pump (1) can be connected to an injection nozzle (5) and during the operation of the motor brake the injection pump (1) can be connected to the actuating cylinder (4 ).
  2. A motor brake according to Claim 1, characterized in that a non-return valve (7) is arranged in the control line (3a).
  3. A motor brake according to Claim 2, characterized in that the non-return valve generally provided at the outlet of the injection pump (1) is used.
  4. A motor brake according to Claim 2, characterized in that the non-return valve (7) is provided at the beginning of the control line 3a in the vicinity of the diverter (6).
  5. A motor brake according to Claim 1, characterized in that a valve (10) controlled by the pressure of the engine cylinder (13) by way of a pressure line 9 is provided in a branch line (8) of the control line (3a).
  6. A motor brake according to Claim 5, characterized in that the level of the engine-cylinder pressure, i.e. the control pressure of the valve (10), is determined by an additional exhaust braking system (exhaust valve).
  7. A motor brake according to Claim 5, characterized in that an outflow line (leakage line 11), connected to the leakage line (5a) of the injection nozzle (5) leads from the valve (10) to an hydraulic-fluid storage container (12).
  8. A motor brake according to Claim 1, characterized in that diesel fuel is used as the hydraulic control fluid.
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