EP0608522B1 - Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges - Google Patents

Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges Download PDF

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EP0608522B1
EP0608522B1 EP19930119700 EP93119700A EP0608522B1 EP 0608522 B1 EP0608522 B1 EP 0608522B1 EP 19930119700 EP19930119700 EP 19930119700 EP 93119700 A EP93119700 A EP 93119700A EP 0608522 B1 EP0608522 B1 EP 0608522B1
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EP
European Patent Office
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pressure
control
engine
cylinder
outlet valve
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19930119700
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English (en)
French (fr)
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EP0608522A1 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Priesner
Franz Dipl.-Ing. Rammer
Harald Dr. Schlögl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Truck and Bus Osterreich AG
Original Assignee
Steyr Nutzfahrzeuge AG
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Publication date
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Publication of EP0608522A1 publication Critical patent/EP0608522A1/de
Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F01L13/065—Compression release engine retarders of the "Jacobs Manufacturing" type

Definitions

  • the invention relates to an engine brake in a 4-stroke internal combustion engine of a commercial vehicle with features according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the engine brake known from DE 39 04 497 C1.
  • This has a hydraulic device which, during the compression stroke, only keeps the exhaust valve of the internal combustion engine a small gap in the area of the ignition TDC.
  • the engine's own injection pump is used as the transmitter device.
  • a controllable switching element is installed in each injection pressure line leading to an injection valve, from which a control pressure line leads to the actuating device of the exhaust valve of the engine cylinder to which the injection valve also belongs.
  • this engine brake obviously requires fewer components than the solution according to DE 39 04 497 C1 discussed at the outset. In contrast, there are no longer any need for the changeover members given in the injection pressure lines and all those lines and control members which are necessary for keeping an exhaust valve open and closed. Obviously, this considerably reduces the corresponding cost for the brake operation control of the exhaust valves.
  • the hydraulic pressures are compared to the system according to the DE 39 04 497 C1 reduced to a fraction of what the cost and components of the already less necessary parts of the braking device greatly reduced without having to accept disadvantages in the braking effect.
  • the overall braking effect is somewhat less in those internal combustion engines in which the exhaust valves are already opened during the suction stroke, but close to the end, because of the short-term backflow of exhaust gas from the exhaust line, which is still a usable compromise from the point of view of the overall result in Purchase can be made.
  • FIG. 1 shows the conditions for the engine brake of a 4-cylinder 4-stroke internal combustion engine, which in connection with the associated injection pump 1 also apply to 5- and 6-cylinder 4-stroke internal combustion engines.
  • FIG. 2 shows an engine brake for a 6-cylinder 4-stroke internal combustion engine with ratios modified compared to FIG. 1, which in connection with the associated injection pump 1 also apply to more than 6-cylinder 4-stroke internal combustion engines .
  • Fig. 1 the cylinders of the internal combustion engine are indicated in sequence with Z1, Z2, Z3, Z4 and in Fig. 2 with Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6.
  • the exhaust valves associated with each cylinder Z1-Z n are attracted with A and the same numerical index, thus with A1, A2, A3, A4 (Fig. 1) or A1, A2, A3, A4, A5, A6 (Fig. 2) designated.
  • the injection valves belonging to the cylinders Z1-Z n are tightened with E and numerically identical index, thus with E1, E2, E3, E4 (Fig. 1) or E1, E2, E3, E4, E5, E6 (Fig. 2) designated.
  • the injection pump 1 assigned to the respective internal combustion engine can in principle be used as a series pump - As shown - or another design.
  • the delivery elements of the injection pump 1, which are controlled by a camshaft, not shown, are pump pistons in the illustrated case and are designated K1, K2, K3, K4 in FIG. 1 and K1, K2, K3, K4, K5, K6 in FIG.
  • the associated pump cylinders are designated P1, P2, P3, P4 (Fig. 1) and P1, P2, P3, P4, P5, P6 (Fig. 2).
  • the injection pump 1 is specially designed for injection and braking operation and is equipped with special control grooves and edges 2, 3, 4, 5, 6, 11, 13 as well as at least one fuel inflow hole 7 and two associated outlet holes 8, 9 for each delivery element (for details see 3a to 3d).
  • An injection pressure line L1, L2, L3, L4 (FIG. 1) or L1, L2, L3, L4, L5, L6 (FIG. 2) with a built-in pressure valve DV is connected to each first output bore 8, which injection valve is identical in number E1 - E n is connected.
  • each pump cylinder P1 - P n there is a control pressure line S1, S2, S3, S4 leading to a hydromechanical actuating device 10 of the exhaust valve A1 - A n of that engine cylinder Z1 - Z n (Fig. 1) or S1, S2, S3, S4, S5, S6 (Fig. 2), which is offset by at least one firing interval within the given firing order.
  • the closing is accomplished in each case via the camshaft contour of the injection pump 1, further explanations on this later with reference to FIG. 3a.
  • each pump piston K1 - K n is sufficient to open the respective outlet valve by a small gap, that is to say a smaller amount than during normal charge changes, and to keep it open for a correspondingly long time.
  • the control edge design of one of the pump pistons K1-K n of the injection pump 1, as well as the position of the associated fuel supply bore 7 and output bores 8, 9, can be seen in four different control positions.
  • a series injection pump is used as a basis.
  • the two output bores 8, 9 extend laterally from the respective pump cylinder P1 - P n in a transverse plane which, when the pump piston K1 - K n is in the UT position, lies slightly above its front end face 11.
  • the fuel inflow bore 7 opens into a pump cylinder P1 - P n, spaced axially parallel to the dimension of the pump piston stroke, below the second outlet bore 9.
  • annular groove 4 communicates with the pump pressure chamber 12 via two axially parallel longitudinal grooves 2, 3 of different widths leading up to the front end face 11.
  • One longitudinal groove 2 in connection with the second output bore 9 serves for brake operation control (see FIG. 3a), while the another longitudinal groove 3 is used for idle and load operation injection control in connection with the first output bore 8 (see Fig. 3c and 3d).
  • the peripheral region 13 between the two longitudinal grooves 2, 3 serves to cover both output bores 8, 9 in the zero-feed control position (see FIG. 3b).
  • a third longitudinal groove 5 branches off from the annular groove 4 and runs parallel to the axis and is arranged such that in the zero delivery control position (see FIG. 3b) the fuel supply bore 7 is not covered over the entire piston stroke. From this third longitudinal groove 5, in turn, a branch groove 6 with oblique control edges emerges, which is used for injection control from idling (see control position according to FIG. 3c) to full load (see control position according to FIG. 3d).
  • the setting of the pump pistons K1 - K n in the brake operating, zero delivery, idling and load operating position is accomplished by correspondingly turning the same from a control device, for example a control rod or servomotor.
  • All of the embodiments of the hydromechanical actuating device 10 shown in FIGS. 4 to 7 have in common that they have a pressure cylinder 14 with a pressure chamber 15 which is connected to the associated control pressure line S1-S n and adjoins a pressure piston 16 which is used for an opening of the associated exhaust valve A1 - A n is displaceable between two end positions against the force of a return pressure spring 17 by fuel introduced into the pressure chamber 15.
  • the end position of the pressure piston 16 which determines the brake operating opening position of the exhaust valve A1-A n can be predetermined by a mechanical stop 18 (see FIGS. 5 and 6), in particular inside the pressure cylinder, or by the return pressure spring 17 (see FIGS. 4 and 7).
  • the pressure piston 16 can act directly - as can be seen from FIGS. 4 and 5 - either on the rear end of the exhaust valve stem or an associated rocker arm, tappet or a bumper.
  • the pressure piston 16 of the actuating device 10 can also act indirectly - see FIG. 6 - via a mechanical transmission element 19 either on the rear end of the exhaust valve stem or on an associated rocker arm, tappet or a bumper.
  • the transmission member 19 for outlet valve opening by means of fuel introduced into the pressure chamber 15 can be displaced, rotated or pivoted into the operative position via the pressure piston 16 and for outlet valve closure after pressure relief of the pressure chamber 15 can be moved back into an inactive locking position by the return pressure spring 17.
  • the pressure piston 16 and the transmission element 19 are preferably arranged so that the pressure piston 16 is not acted upon by the forces acting on the associated outlet valve A1 - A n , in particular gas forces, when the transmission member 19 is in the operative position.
  • an outlet valve opening that is largely independent of the fuel pressure and its speed and tolerance-related fluctuations can be brought about by appropriate design of the transmission member 19.
  • each actuating device 10 it is also possible for the pressure piston 16 of each actuating device 10 to act indirectly via hydromechanical transmission elements either on the rear end of the exhaust valve stem or on an associated rocker arm, tappet or a bumper.
  • FIG. 7 There is a second servo pressure chamber 21 in the pressure cylinder 14 behind the pressure piston 16, which receives the restoring compression spring 17 and is filled with pressure oil via a pressure medium feed device 20, from which a control pressure line 22 leads to the pressure chamber 23 of a servo pressure cylinder 24, in which a servo piston 25 counteracts the Force of a return pressure spring 26 for opening the outlet valve A1 - A n is hydraulically displaceable to an end position predetermined by a stop 27.
  • a closure of the outlet valve A1 - A n takes place after pressure relief of the pressure chamber 15 and return of the pressure piston 16 by the return pressure spring 17 in its starting position and the associated increase in volume of the pressure chamber 21 and now possible return of the servo piston 25 by the return pressure spring 26 in its starting position.
  • the motor brake according to the invention is also particularly suitable for retrofitting or retrofitting existing internal combustion engines.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung geht aus von der aus der DE 39 04 497 C1 bekannten Motorbremse. Diese weist eine hydraulische Vorrichtung auf, die beim Verdichtungstakt nur im Bereich des Zünd-OT das Auslaßventil der Brennkraftmaschine einen kleinen Spalt offen hält. Als Gebereinrichtung kommt dabei die motoreigene Einspritzpumpe zur Anwendung. Hierzu ist in jede zu einem Einspritzventil führende Einspritzdruckleitung ein steuerbares Umschaltorgan eingebaut, von dem eine Steuerdruckleitung zur Betätigungseinrichtung des Auslaßventils jenes Motorzylinders führt, dem auch das Einspritzventil zugehörig ist. Mit dieser bekannten Lösung ist jedoch nur ein Öffnen des Auslaßventils zum gewünschten Zeitpunkt nahe Zünd-OT zu erzielen. Für das Offenhalten und das Schließen des Auslaßventiles sind zusätzliche Vorrichtungsteile und Steuerorgane notwendig, nämlich je Auslaßventil eine vom Druck des Motorzylinders beaufschlagte, von diesem abgehende Druckleitung, ein an diese angeschlossenes Steuerventil, eine zwischen diesem und der Steuerdruckleitung gegebene Verbindungsleitung sowie eine Druckabsteuerleitung zwischen Steuerventil und einspritzventilseitiger Abfluß-/Leckleitung. Ersichtlicherweise ist somit auch unter Nutzung der motoreigenen Einspritzpumpe als Gebereinrichtung der kosten- und bauteilmäßige Aufwand für die Bremsbetriebssteuerung eines Auslaßventiles enorm hoch. Zudem ist, weil die Auslaßventile im Verdichtungstakt erst nahe beim Zünd-OT geöffnet werden, wegen der zu diesem Zeitpunkt extrem hohen Öffnungskräfte und der dafür notwendigen Drücke im Hydrauliksystem ein erheblicher Aufwand für die Hochdruckabdichtung sowie der hydraulischen und mechanischen Stabilität des Systems notwendig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Motorbremse der eingangs genannten Art unter Beibehaltung der motoreigenen Einspritzpumpe als Geberorgan für das bremsbetriebsmäßige Öffnen der Auslaßventile dahingehend zu verbessern, daß für das Öffnen, Offenhalten und Schließen der Auslaßventile ein erheblich geringerer Bau- und Kostenaufwand notwendig und auch eine Verbesserung der Bremswirkung erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst durch eine speziell für Einspritz- und Bremsbetrieb ausgebildete Einspritzpumpe mit je Förderorgan speziellen Steuernuten und -kanten sowie wenigstens einer Kraftstoffzuströmbohrung und zwei zugehörigen Ausgangsbohrungen, wobei an der ersten Ausgangsbohrung eine zu einem Einspritzventil eines Motorzylinders hinführende Einspritzdruckleitung mit eingebautem Druckventil angeschlossen ist, dagegen an der zweiten Ausgangsbohrung die zur Betätigungseinrichtung des Auslaßventiles jenes Motorzylinders hinführende Steuerdruckleitung angeschlossen ist, der innerhalb der gegebenen Zündfolge um wenigstens einen Zündabstand versetzt ist, und daß die Förderorgane der Einspritzpumpe mit ihren Steuernuten und -kanten in eine solche Position einstellbar sind, daß während des Bremsbetriebes unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes durch den dann über die zweite Ausgangsbohrung und die daran angeschlossene Steuerdruckleitung geförderten Kraftstoff das angesteuerte Auslaßventil im Bereich des unteren Totpunktes vor Verdichtung geöffnet, während des Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und anschließend geschlossen wird. Das Schließen wird über die Nockenwellenkontur der Einspritzpumpe bewerkstelligt, welche zu diesem Zweck speziell ausgelegt ist.
  • Diese Motorbremse kommt aufgrund der erfindungsgemäßen Einspritzpumpenkonstruktion und -Steuerung sowie des erfindungsgemäßen Anschlußprinzipes der Steuerdruckleitungen ersichtlicherweise mit erheblich weniger Bauteilen aus als die Lösung gemäß der eingangs diskutierten DE 39 04 497 C1. Es sind demgegenüber nämlich die dort in den Einspritzdruckleitungen gegebenen Umschaltorgane und all jene Leitungen und Steuerorgane nicht mehr notwendig, welche für das Offenhalten und Schließen eines Auslaßventiles notwendig sind. Dies reduziert ersichtlicherweise in erheblichem Maße den entsprechenden Kostenaufwand für die Bremsbetriebssteuerung der Auslaßventile.
  • Dadurch, daß die Auslaßventile im Bremsbetrieb praktisch während des gesamten Verdichtungstaktes um ein gewisses, jedoch kleineres als normales Maß offen gehalten werden, sind die Hydraulikdrücke im Vergleich zum System gemäß der DE 39 04 497 C1 auf einen Bruchteil dessen reduziert, was den Kosten- und Bauteilaufwand der ohnehin schon weniger notwendigen Teile der Bremseinrichtung noch stark verringert, ohne Nachteile in der Bremswirkung in Kauf nehmen zu müssen. Die Gesamtbremswirkung ist bei jenen Brennkraftmaschinen, bei denen die Öffnung der Auslaßventile bereits während des Saughubes, aber nahe dessen Ende erfolgt, wegen des hierdurch bedingten kurzzeitigen Rückströmens von Abgas aus dem Auspuffstrang etwas geringer, was aber als immer noch brauchbarer Kompromiß aus Sicht des Gesamtergebnisses in Kauf genommen werden kann.
  • Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Motorbremse in Verbindung mit einer 4-zylindrigen Brennkraftmaschine,
    Fig. 2
    eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorbremse in Verbindung mit einer 6-zylindrigen Brennkraftmaschine,
    Fig. 3a bis 3d
    die Regelstellungen des Pumpenkolbens einer der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 oder 2 zugehörigen Einspritzpumpe mit seinen Steuernuten und -kanten in Bezug auf eine Kraftstoffzuführbohrung und zwei zugehörige Ausgangsbohrungen, wobei Fig. 3a die Stellung für Bremsbetrieb, Fig. 3b die Stellung für Nullförderung, Fig. 3c die Leerlauf-Stellung und Fig. 3d die Vollaststellung zeigt, und
    Fig. 4 bis 7
    je eine Ausführungsform für eine hydromechanische Betätigungseinrichtung und deren Zuordnung zu einem im Bremsbetrieb zu öffnenden Auslaßventil.
  • In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichem Bezugszeichen angezogen. Die Fig. 1 zeigt die Verhältnisse für die Motorbremse einer 4-zylindrigen 4-Takt-Brennkraftmaschine auf, die in Verbindung mit der zugehörigen Einspritzpumpe 1 auch für 5- und 6-zylindrige 4-Takt-Brennkraftmaschinen gelten. Die Darstellung gemäß Fig. 2 dagegen zeigt eine Motorbremse für eine 6-zylindrige 4-Takt-Brennkraftmaschine mit gegenüber Fig. 1 abgewandelten Verhältnissen auf, die in Verbindung mit der zugehörigen Einspritzpumpe 1 auch für mehr als 6-zylindrige 4-Takt-Brennkraftmaschinen gelten.
  • In Fig. 1 sind die Zylinder der Brennkraftmaschine der Reihe nach mit Z1, Z2, Z3, Z4 und in Fig. 2 mit Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 angegeben. Die jedem Zylinder Z1 - Zn zugehörigen Auslaßventile sind mit A und nummernmäßig gleichem Index angezogen, somit mit A1, A2, A3, A4 (Fig. 1) bzw. A1, A2, A3, A4, A5, A6 (Fig. 2) bezeichnet. Die den Zylindern Z1 - Zn zugehörigen Einspritzventile sind mit E und nummernmäßig gleichem Index angezogen, mithin mit E1, E2, E3, E4 (Fig. 1) bzw. E1, E2, E3, E4, E5, E6 (Fig. 2) bezeichnet. Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine gehorcht der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2, die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 gehorcht der Zündfolge 1 - 6 - 5 - 3 - 4 - 2. Die der jeweiligen Brennkraftmaschine zugeordnete Einspritzpumpe 1 kann grundsätzlich als Reihenpumpe - wie dargestellt - oder eine andere Bauart ausgeführt sein. Die von einer nicht dargestellten Nockenwelle aus gesteuerten Förderorgane der Einspritzpumpe 1 - im dargestellten Fall Pumpenkolben - sind in Fig. 1 mit K1, K2, K3, K4 und in Fig. 2 mit K1, K2, K3, K4, K5, K6 bezeichnet. Die zugehörigen Pumpenzylinder sind mit P1, P2, P3, P4 (Fig. 1) bzw. P1, P2, P3, P4, P5, P6 (Fig. 2) bezeichnet.
  • Die Einspritzpumpe 1 ist speziell für Einspritz- und Bremsbetrieb ausgebildet und hierzu mit je Förderorgan speziellen Steuernuten und -kanten 2, 3, 4, 5, 6, 11, 13 sowie wenigstens einer Kraftstoffzuströmbohrung 7 und zwei zugehörigen Ausgangsbohrungen 8, 9 ausgestattet (Details siehe Fig. 3a bis 3d). An jeder ersten Ausgangsbohrung 8 ist eine Einspritzdruckleitung L1, L2, L3, L4 (Fig. 1) bzw. L1, L2, L3, L4, L5, L6 (Fig. 2) mit eingebautem Druckventil DV angeschlossen, die mit dem nummernmäßig identischen Einspritzventil E1 - En verbunden ist. An der zweiten Ausgangsbohrung 9 jedes Pumpenzylinders P1 - Pn dagegen ist eine zu einer hydromechanischen Betätigungseinrichtung 10 des Auslaßventiles A1 - An jenes Motor-Zylinders Z1 - Zn hinführende Steuerdruckleitung S1, S2, S3, S4 (Fig. 1) bzw. S1, S2, S3, S4, S5, S6 (Fig. 2), der innerhalb der gegebenen Zündfolge um wenigstens einen Zündabstand versetzt ist.
  • Bei der der 4-zylindrigen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 zugrunde liegenden Zündfolge 1-3-4-2 bewirkt dies, daß im Bremsbetrieb bei entsprechender Regelstellung (siehe Fig. 3a) durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K1 über die Steuerdruckleitung S1 das Auslaßventil A3 des Zylinders Z3, durch die Förderung des Pumpenkolbens K2 über die Steuerdruckleitung S2 das Auslaßventil A1 des Zylinders Z1, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K3 über die Steuerdruckleitung S3 das Auslaßventil A4 des Zylinders Z4 und durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K4 über die Steuerdruckleitung S4 das Auslaßventil A2 des Zylinders Z2 geöffnet, offen gehalten und wieder geschlossen wird.
  • Bei der der 6-zylindrigen Brennkraftmaschine gemäß Fig. 2 zugrunde liegenden Zündfolge 1-6-5-3-4-2 dagegen bewirkt dies, daß im Bremsbetrieb bei entsprechender Regelstellung (siehe Fig. 3a) durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K1 über die Steuerdruckleitung S1 das Auslaßventil A5 des Zylinders Z5, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K2 über die Steuerdruckleitung S2 das Auslaßventil A6 des Zylinders Z6, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K3 das Auslaßventil A2 des Zylinders Z2, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K4 über die Steuerdruckleitung S4 das Auslaßventil A1 des Zylinders Z1, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K5 über die Steuerdruckleitung S5 das Auslaßventil A4 des Zylinders Z4 und durch Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K6 über die Steuerdruckleitung S6 das Auslaßventil A3 des Zylinders Z3 geöffnet, offen gehalten und wieder geschlossen wird.
  • Im Vergleich mit der Kraftstofförderung der Einspritzpumpe 1 während des normalen Motorbetriebes, bei der eine Einspritzung bei in entsprechender Einspritz-Regelstellung befindlichen Förderorganen (siehe Fig. 3c oder 3d) über die an der jeweils ersten Ausgangsbohrung 8 abgehende Einspritzdruckleitung L1 - Ln und das hieran angeschlossene Einspritzventil E1 - En in den Brennraum des zugehörigen Zylinders Z1 - Zn am Ende des jeweiligen Verdichtungstaktes im Bereich des Zünd-OT erfolgt, wird durch die Kraftstofförderung der Einspritzpumpe 1 während des Bremsbetriebes
    • bei einem 4-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 180° KW vor OT,
    • bei einem 5-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 144° KW vor OT,
    • bei einem 6-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca 120° KW vor OT, oder um zwei Zündabstände, mit ca. 240° KW vor OT, und
    • bei mehr als 6-zylindrigen Motoren eine um einen entsprechend geringeren Kurbelwinkel
    versetzte Öffnung des über die offene zweite Ausgangsbohrung 9 und die anschließende Steuerdruckleitung angesteuerten Auslaßventiles bewirkt wird.
  • Die Anordnung der Steuernuten und -kanten 2, 3, 4, 5, 6, 11 und 13 an den Pumpenkolben K1 - Kn sowie der Kraftstoffzuströmbohrung 7 und zugehörigen Ausgangsbohrungen 8, 9 ist bei den Einspritzpumpen 1 beider Ausführungsformen gleich. Bei entsprechender Regelstellung bewirkt dies im Bremsbetrieb (siehe Fig. 3a) unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes, daß das angesteuerte Auslaßventil A1 - An
    • im Fall des ersten Ausführungsbeispieles (Fig. 1) im Bereich des unteren Totpunktes vor Verdichtung geöffnet, während des Verdichtungstaktes bis etwa zum Zünd-OT offen gehalten und dann wieder geschlossen wird, dagegen
    • im Fall des zweiten Ausführungsbeispieles (Fig. 2) bereits schon während des Saugtaktes nahe dem unteren Totpunkt geöffnet, während des anschließenden Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und dann wieder geschlossen wird.
  • Das Schließen wird jeweils über die Nockenwellenkontur der Einspritzpumpe 1 bewerkstelligt, weitere Erläuterungen hierzu weiter hinten anhand von Fig. 3a.
  • In allen Fällen genügt die Kraftstofförderung jedes Pumpenkolben K1 - Kn, um das jeweilige Auslaßventil um einen kleinen Spalt, also ein kleineres Maß als beim normalen Ladungswechsel zu öffnen und entsprechend lang offen zu halten.
  • Nachstehend ist auf Einzelheiten der erfindungsgemäßen Lösung näher eingegangen.
  • Aus den Fig. 3a bis 3d ist die - in Abwicklung gezeichnete - Steuerkanten-Gestaltung eines der Pumpenkolben K1- Kn der Einspritzpumpe 1 sowie die Lage der zugehörigen Kraftstoffzuführbohrung 7 und Ausgangsbohrungen 8, 9 in vier verschiedenen Regelstellungen ersichtlich. Dabei ist eine Reiheneinspritzpumpe zugrunde gelegt. Die beiden Ausgangsbohrungen 8, 9 gehen seitlich vom jeweiligen Pumpenzylinder P1 - Pn in einer Querebene ab, die bei in UT-Stellung befindlichem Pumpenkolben K1 - Kn geringfügig oberhalb von dessen vorderer Stirnfläche 11 liegt. Die Kraftstoffzuströmbohrung 7 mündet um das Maß des Pumpenkolbenhubes beabstandet achsparallel unterhalb der zweiten Ausgangsbohrung 9 in einen Pumpenzylinder P1 - Pn ein. In Höhe der einmündenden Kraftstoffzuströmbohrung 7 ist bei in UT-Stellung befindlichem Pumpenkolben K1 - Kn an diesem eine umlaufende Ringnut 4 gegeben, deren Unterkante die förderwirksame Steuerkante ist. Die Ringnut 4 kommuniziert über zwei achsparallele, nach oben zur vorderen Stirnfläche 11 führende Längsnuten 2, 3 unterschiedlicher Breite mit dem Pumpendruckraum 12. Dabei dient die eine Längsnut 2 in Verbindung mit der zweiten Ausgangsbohrung 9 zur Bremsbetriebssteuerung (siehe Fig. 3a), während die andere Längsnut 3 zur Leerlauf- und Lastbetriebs-Einspritzungssteuerung in Verbindung mit der ersten Ausgangsbohrung 8 dient (siehe Fig. 3c und 3d). Der Umfangsbereich 13 zwischen beiden Längsnuten 2, 3 dient zur Abdeckung beider Ausgangsbohrungen 8, 9 in Nullförderungs-Regelstellung (siehe Fig. 3b). Um die Nullförderung zu ermöglichen, zweigt von der Ringnut 4 nach unten außerdem eine dritte Längsnut 5 ab, die achsparallel verlaufend und so angeordnet ist, daß in Nullförder-Regelstellung (siehe Fig. 3b) die Kraftstoffzufuhrbohrung 7 über den gesamten Kolbenhub nicht abgedeckt wird. Von dieser dritten Längsnut 5 geht wiederum seitlich eine Stichnut 6 mit schrägen Steuerkanten ab, die zur Einspritz-Steuerung von Leerlauf (siehe Regelstellung gemäß Fig. 3c) bis Vollast (siehe Regelstellung gemäß Fig. 3d) dient.
  • Die Einstellung der Pumpenkolben K1 - Kn in Bremsbetriebs-, Nullförder-, Leerlaufs- und Lastbetriebs-Stellung wird durch entsprechendes Verdrehen derselben von einer Steuereinrichtung her, z.B. Regelstange oder Stellmotor bewerkstelligt.
  • In Bremsbetriebsstellung (siehe Fig. 3a) erfolgt gesteuert durch die Nockenwelle beim Pumpenkolben-Aufwärtshub nach Schließen der Kraftstoffzuführbohrung 7 durch die Pumpenkolbenmantelfläche der für das Öffnen des zugehörigen Auslaßventiles A1 - An maßgebliche Druckaufbau. Das Schließen des betreffenden Auslaßventiles A1 - An erfolgt nicht wie im Einspritzbetrieb durch Absteuerung, sondern durch nockenwellenseitig gesteuerte Druckentlastung bei der Abwärtsbewegung des betreffenden Pumpenkolbens P1 - Pn.
  • Für die Ausführung der hydromechanischen Betätigungseinrichtungen 10 und deren Zuordnung zum jeweiligen Auslaßventil A1 - An für Bremsbetriebsbetätigung gibt es verschiedene Möglichkeiten, auf einige derselben anhand der Fig. 4 bis 7 nachfolgend näher eingegangen ist.
  • Allen in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Ausführungsformen der hydromechanischen Betätigungseinrichtung 10 ist gemeinsam, daß diese einen Druckzylinder 14 mit Druckraum 15 aufweist, der an die jeweils zugehörige Steuerdruckleitung S1 - Sn angeschlossen ist und an einen Druckkolben 16 angrenzt, der für eine Öffnung des zugehörigen Auslaßventiles A1 - An entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder 17 durch in den Druckraum 15 eingeleiteten Kraftstoff zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist. Dabei kann die die Bremsbetriebsöffnungsstellung des Auslaßventiles A1 - An bestimmende Endstellung des Druckkolbens 16 durch einen, insbesondere druckzylinderinternen, mechanischen Anschlag 18 (siehe Fig. 5 und 6) oder durch die Rückstelldruckfeder 17 (siehe Fig. 4 und 7) vorgegeben sein. Der Druckkolben 16 kann dabei direkt - wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich - entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirken.
  • Alternativ hierzu kann der Druckkolben 16 der Betätigungseinrichtung 10 aber auch indirekt - siehe Fig. 6 - über ein mechanisches Übertragungsorgan 19 entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirken. Dabei ist das Übertragungsorgan 19 für Auslaßventilöffnung durch in den Druckraum 15 eingeleiteten Kraftstoff über den Druckkolben 16 in Wirkposition verschiebbar, verdrehbar oder verschwenkbar und für Auslaßventilschließung nach Druckentlastung des Druckraumes 15 durch die Rückstelldruckfeder 17 wieder in eine unwirksame Rastposition zurück bewegbar. Dabei sind der Druckkolben 16 und das Übertragungsorgan 19 vorzugsweise so angeordnet, daß der Druckkolben 16 bei in Wirkposition befindlichem Übertragungsorgan 19 nicht von den am zugehörigen Auslaßventil A1 - An wirkenden Kräften, insbesondere Gaskräften, beaufschlagt ist. Außerdem ist durch entsprechende Gestaltung des Übertragungsorganes 19 auch eine vom Kraftstoffdruck und dessen drehzahl- und toleranzbedingten Schwankungen weitgehend unabhängige Auslaßventilöffnung herbeiführbar.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich, daß der Druckkolben 16 jeder Betätigungseinrichtung 10 indirekt über hydromechanische Übertragungsorgane entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt. Ein solcher Fall ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist im Druckzylinder 14 hinter dem Druckkolben 16 ein zweiter, die Rückstelldruckfeder 17 aufnehmender sowie über eine Druckmittelspeiseeinrichtung 20 mit Drucköl bestimmten Druckes gefüllter Servodruckraum 21 gegeben, von dem eine Steuerdruckleitung 22 zum Druckraum 23 eines Servodruckzylinders 24 führt, in dem ein Servokolben 25 entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder 26 für Öffnung des Auslaßventils A1 - An hydraulisch bis zu einer durch einen Anschlag 27 vorgegebenen Endstellung verschiebbar ist. Eine Schließung des Auslaßventiles A1 - An erfolgt nach Druckentlastung des Druckraumes 15 und Rückstellung des Druckkolbens 16 durch die Rückstelldruckfeder 17 in dessen Ausgangsposition und damit einhergehender Volumenvergrößerung des Druckraumes 21 sowie nun möglicher Rückführung des Servokolbens 25 durch die Rückstelldruckfeder 26 in dessen Ausgangsposition.
  • Die Motorbremse ist - wie aus den Figuren ersichtlich - mit vergleichsweise wenigen Bauteilen und damit kostengünstig realisierbar. Sie umfaßt außer der auch zum hydraulischen Geber für den Bremsbetrieb umfunktionierbaren motoreigenen Einspritzpumpe 1 die Steuerdruckleitungen S1 - Sn und die hydromechanischen Betätigungseinrichtungen 10.
  • Mit besonderem Vorteil eignet sich die erfindungsgemäße Motorbremse auch gut füreine Nach- oder Umrüstung gegebener Brennkraftmaschinen.

Claims (12)

  1. Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges, bei der während des Bremsbetriebes die motoreigene Einspritzpumpe als hydraulischer Geber für hydromechanische Betätigungseinrichtungen fungiert, über die während der Verdichtungstakte die Auslaßventile der Brennkraftmaschine um ein kleineres Maß als normal zeitlich begrenzt offen gehalten werden, gekennzeichnet durch eine speziell für Einspritz- und Bremsbetrieb ausgebildete Einspritzpumpe (1) mit je Förderorgan (K1 - Kn) speziellen Steuernuten und -kanten (2, 3, 4, 5, 6, 11, 13) sowie wenigstens einer Kraftstoffzuströmbohrung (7) und zwei zugehörigen Ausgangsbohrungen (8, 9), wobei an der ersten Ausgangsbohrung (8) eine zu einem Einspritzventil (E1 - En) eines Motorzylinders (Z1 - Zn) hinführende Einspritzdruckleitung (L1 - Ln) mit eingebautem Druckventil (DV) angeschlossen ist, dagegen an der zweiten Ausgangsbohrung (9) die zur Betätigungseinrichtung (10) des Auslaßventiles (A1 - An) jenes Motorzylinders (Z1 - Zn) hinführende Steuerdruckleitung (S1 - Sn) angeschlossen ist, der innerhalb der gegebenen Zündfolge um wenigstens einen Zündabstand versetzt ist, und daß die Förderorgane (K1 - Kn) der Einspritzpumpe (1) mit ihren Steuernuten und -kanten in eine solche Position einstellbar sind, daß während des Bremsbetriebes unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes durch den dann über die zweite Ausgangsbohrung (9) und die daran angeschlossene Steuerdruckleitung (S1 - Sn) geförderten Kraftstoff das angesteuerte Auslaßventil (A1 - An) im Bereich des unteren Totpunktes vor Verdichtung geöffnet, während des Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und anschließend geschlossen wird.
  2. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kraftstofförderung der Einspritzpumpe (1)
    a) während des normalen Motorbetriebes eine Einspritzung in den Brennraum eines Zylinders (Z1 - Zn) am Ende des Verdichtungstaktes im Bereich des Zünd-OT über die an der jeweils ersten Ausgangsbohrung (8) abgehende Einspritzdruckleitung (L1 - Ln), dagegen
    b) während des Bremsbetriebes
    - bei einem 4-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 180° KW vor OT,
    - bei einem 5-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 144° KW vor OT, und
    - bei einem 6-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 120° KW vor OT, oder um zwei Zündabstände, mithin ca. 240° KW vor OT, und
    - bei mehr als 6-zylindrigen Motoren eine um einen entsprechend geringeren Kurbelwinkel
    versetzte Öffnung des dann über die zweite Ausgangsbohrung (9) und die daran angeschlossene Steuerdruckleitung (S1 - Sn) angesteuerten Auslaßventiles (A1 - An) bewirkt wird.
  3. Motorbremse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Reiheneinspritzpumpe (1) mit einem Pumpenkolben (K1 - Kn) je Motorzylinder (Z1 - Zn) die beiden Ausgangsbohrungen (8, 9) seitlich vom Pumpenzylinder (P1 - Pn) in einer Querebene, die bei in UT-Stellung befindlichem Pumpenkolben geringfügig oberhalb von dessen vorderer Stirnfläche (11) liegt, abgehen und die Kraftstoffzuströmbohrung (7) um das Maß des Kolbenhubes beabstandet achsparallel unterhalb der zweiten Ausgangsbohrung (9) in den Pumpenzylinder einmündet, in deren Höhe bei in UT-Stellung befindlichem Pumpenkolben (K1 - Kn) an diesem eine umlaufende Ringnut (4) gegeben ist, deren Unterkante die förderwirksame Steuerkante ist und die wiederum über zwei achsparallele, zur vorderen Stirnfläche (11) hinführende Längsnuten (2, 3) unterschiedlicher Breite mit dem Pumpendruckraum (12) kommuniziert, von denen die eine (2) zur Bremsbetriebssteuerung und die andere (3) zur Leerlauf- und Lastbetriebssteuerung dient, und von welcher Ringnut (4) außerdem nach unten eine dritte, die Nullförderung definierende achsparallele Längsnut (5) abgeht, von der wiederum seitlich eine Stichnut (6) mit schrägen Steuerkanten zur Leerlauf- bis Vollast-Einspritzsteuerung abgeht.
  4. Motorbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung auf Bremsbetrieb, Nullförderung und Leerlauf- bis Vollast-Betrieb durch entsprechendes Verdrehen der Pumpenkolben (K1 - Kn) von einer Steuereinrichtung, beispielsweise Regelstange oder Steuermotor her bewerkstelligbar ist, wobei je nach Verdrehstellung während des Förderhubes von den beiden Ausgangsbohrungen (8, 9)
    - in Bremsbetriebsstellung die erste (8) durch einen zwischen den beiden Längsnuten (2, 3) gegebenen Umfangsabschnitt (13) abdeckt und die zweite (9) nicht abgedeckt in Kommunikation mit der Längsnut (2) bleibt,
    - in Nullförderstellung beide (8, 9) durch den zwischen den beiden Längsnuten (2, 3) gegebenen Umfangsabschnitt (13) abgedeckt sind,
    - in Leerlauf- bis Vollastbetriebsstellung die erste (8) nicht abgedeckt mit der Längsnut (3) kommuniziert und die zweite (9) durch den zwischen den beiden Längsnuten (2, 3) gegebenen Umfangsabschnitt (13) abgedeckt ist.
  5. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede hydromechanische Betätigungseinrichtung (10) einen Druckzylinder (14) mit Druckraum (15) aufweist, der an die Steuerdruckleitung (S1 - Sn) angeschlossen ist und an einen Druckkolben (16) angrenzt, der für die Öffnung des zugehörigen Auslaßventiles (A1 - An) entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder (17) durch in den Druckraum (15) eingeleiteten Kraftstoff zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist.
  6. Motorbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bremsbetriebsöffnungsstellung des Auslaßventiles (A1 - An) bestimmende Endstellung des Druckkolbens (16) durch einen, insbesondere druckzylinderinternen, mechanischen Anschlag (18) vorgegeben ist.
  7. Motorbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bremsbetriebsöffnungsstellung des Auslaßventiles (A1 - An) bestimmende Endstellung des Druckkolbens (16) durch die Rückstelldruckfeder (17) vorgegeben ist.
  8. Motorbremse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (16) der Betätigungseinrichtung direkt entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt.
  9. Motorbremse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (16) jeder Betätigungseinrichtung (10) indirekt über ein mechanisches Übertragungsorgan (19) entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt.
  10. Motorbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsorgan (19) für eine Öffnung des Auslaßventiles (A1 - An) durch den Druckkolben (16) in Wirkposition verschiebbar, verdrehbar oder verschwenkbar und für Schließung des Auslaßventiles nach Druckentlastung des Druckraumes (15) durch die Rückstelldruckfeder (17) in eine unwirksame Rastposition zurückbewegbar ist, wobei bei in Wirkposition befindlichem Übertragungsorgan (19) der Druckkolben (16) nicht von am Auslaßventil (A1 - An) wirkenden Kräften, insbesondere Gaskräften, beaufschlagt ist und durch entsprechende Gestaltung des Übertragungsorganes (19) eine vom Kraftstoffdruck und dessen drehzahl - sowie toleranzbedingten Schwankungen weitgehend unabhägige Öffnung des Auslaßventiles (A1 - An) herbeiführbar ist.
  11. Motorbremse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (16) jeder Betätigungseinrichtung (10) indirekt über hydromechanische Übertragungsorgane entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt.
  12. Motorbremse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckzylinder (14) hinter dem Druckkolben (16) ein zweiter, die Rückstelldruckfeder (17) aufnehmender sowie über eine Druckmittelspeiseeinrichtung (20) mit Drucköl bestimmten Druckes gefüllter Druckraum (21) gegeben ist, von dem eine Steuerdruckleitung (22) zum Druckraum (23) eines Servodruckzylinders (24) führt, in dem ein Servokolben (25) entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder (26) für eine Öffnung des Auslaßventils (A1 - An) hydraulisch bis zu einer durch einen Anschlag (27) vorgegebenen Endstellung verschiebbar ist.
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