EP0608522B1 - Frein moteur pour moteur 4 temps de véhicule utilitaire - Google Patents

Frein moteur pour moteur 4 temps de véhicule utilitaire 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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pressure
control
engine
cylinder
outlet valve
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EP19930119700
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Helmut Dipl.-Ing. Priesner
Franz Dipl.-Ing. Rammer
Harald Dr. Schlögl
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MAN Truck and Bus Osterreich AG
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Steyr Nutzfahrzeuge AG
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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)

Claims (12)

  1. Frein-moteur dans un moteur à combustion interne, à quatre temps, d'un véhicule utilitaire, dans lequel, pendant le fonctionnement en frein, la pompe d'injection du moteur fonctionne en générateur hydraulique alimentant des dispositifs hydrauliques de manoeuvre qui, au cours des phases de compression, maintiennent, pendant un temps limité, les soupapes d'échappement en une position d'ouverture inférieure à la normale, frein-moteur caractérisé en ce que:
    - une pompe d'injection (1), conçue spécialement pour le fonctionnement en injection et en frein, comprend des organes de refoulement (K1-Kn) présentant des rainures et des bords spécifiques de commande (2,3,4,5,6,11,13) ainsi qu'au moins un orifice d'entrée de carburant (7) et deux orifices de sortie correspondants (8, 9),
    - au premier orifice de sortie (8) est raccordée une conduite d'injection sous pression (L1-Ln) reliée à un injecteur (E1-En) d'un cylindre (Z1-Zn) du moteur et contenant une soupape de pression incorporée (DV),
    - au second orifice de sortie (9) est raccordée la conduite de commande par pression (S1-Sn) aboutissant au dispositif de manoeuvre (10) de la soupape d'échappement (A1-An) du cylindre (Z1-Zn) qui se trouve décalé, dans l'ordre donné des allumages, d'au moins un pas,
    - les organes de refoulement (K1-Kn) de la pompe d'injection (1) avec leurs rainures et bords de commande peuvent être réglés dans une position telle que, lors du fonctionnement en frein, en utilisant le plus largement la course de refoulement de la pompe d'injection, la soupape d'échappement (A1-An) est d'abord ouverte par le carburant refoulé à travers le second orifice de sortie (9) et la conduite de commande par pression (S1-Sn) qui lui est raccordée, puis maintenue ouverte pendant la phase de compression presque jusqu'au point mort haut d'allumage et ensuite fermée.
  2. Frein-moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carburant refoulé par la pompe d'injection (1):
    a) pendant le fonctionnement normal en moteur, produit une injection dans la chambre de combustion d'un cylindre (Z1-Zn) à la fin de la phase de compression, au niveau du point mort haut d'allumage, à partir du premier orifice de sortie (8) correspondant et en suivant la conduite d'injection (L1-Ln),
    b) pendant le fonctionnement en frein, provoque un décalage de l'ouverture de la soupape d'échappement (A1-An) commandée alors par le second orifice de sortie (9) et la canalisation de commande par pression (S1-Sn) qui lui est raccordée, décalage défini comme suit:
    - dans un moteur à quatre cylindres, le décalage est d'un pas d'allumage, soit environ 180° en amont du point mort haut,
    - dans un moteur à cinq cylindres, le décalage est d'un pas d'allumage, soit environ 144° en amont du point mort haut,
    - dans un moteur à six cylindres, le décalage est d'un pas d'allumage, soit environ 120°, ou de deux pas, soit environ 240° en amont du point mort haut,
    - dans un moteur à plus de six cylindres le décalage correspond à un angle plus faible du vilebrequin.
  3. Frein-moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que :
    - dans une pompe d'injection en ligne (1) comportant un piston (K1-Kn) associé à chaque cylindre (Z1-Zn) du moteur, les deux orifices de sortie (8, 9) partent latéralement du cylindre de pompe (P1-Pn), dans un plan transversal situé peu au-dessus de la face frontale avant (11) du piston de pompe en position de point mort bas,
    - l'orifice d'entrée (7) du carburant débouche dans le cylindre de pompe, en dessous du second orifice de sortie (9) parallèle à l'axe et à une distance de l'orifice (9) égale à la course du piston,
    - à la hauteur de cet orifice (7), le piston de pompe (K1-Kn), lorsqu'il se trouve au point mort bas, présente une rainure annulaire (4) dont le bord inférieur constitue le bord actif de la commande par refoulement et qui communique avec la chambre de pression (12) de la pompe par deux rainures longitudinales (2, 3) parallèles à l'axe, remontant vers la face frontale (11) et de largeurs inégales, l'une des rainures, (2), servant à commander le fonctionnement en frein et l'autre (3), le fonctionnement au ralenti et en charge,
    - de plus, une troisième rainure longitudinale (5), parallèle à l'axe, part de la rainure annulaire (4) et définit l'absence de refoulement,
    - de la rainure (5) part latéralement, une rainure (6) à bords obliques commandant l'injection du ralenti jusqu'à la pleine charge.
  4. Frein-moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réglage correspondant au fonctionnement en frein, à l'absence de refoulement et au fonctionnement du ralenti à la pleine charge, peut être mis en oeuvre de l'extérieur par rotation correspondante du piston de pompe (K1-Kn), effectuée par un dispositif de commande, par exemple une crémaillère ou un moteur de réglage, de sorte que, selon la position de rotation, pendant la course de refoulement, en ce qui concerne les orifices de sortie (8, 9):
    - dans la position de fonctionnement en frein, le premier orifice (8) est recouvert par la zone périphérique (13) située entre les deux rainures longitudinales (2, 3), tandis que le second orifice (9) reste découvert et en communication avec la rainure longitudinale (2),
    - dans la position de non refoulement, les deux orifices (8, 9) sont recouverts par la zone périphérique (13) située entre les deux rainures longitudinales (2, 3),
    - dans la position de fonctionnement du ralenti à la pleine charge, le premier orifice (8) non recouvert, communique avec la rainure longitudinale (3) tandis que le second orifice (9) est recouvert par la zone périphérique (13) située entre les deux rainures longitudinales (2, 3).
  5. Frein-moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif hydromécanique de manoeuvre (10) comporte un cylindre de pression (14) avec une chambre (15) raccordée à une conduite de commande par pression (S1-Sn) et délimitée par un piston (16) qui peut coulisser entre deux positions extrêmes, sous l'effet de l'introduction de carburant dans la chambre de pression (15), contre l'action d'un ressort de rappel (17).
  6. Frein-moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la position extrême du piston (16) déterminant la position d'ouverture de la soupape d'échappement (A1-An) correspondant au fonctionnement en frein, est définie par une butée mécanique (18), située en particulier à l'intérieur du cylindre.
  7. Frein-moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la position extrême du piston (16) déterminant la position d'ouverture de la soupape d'échappement (A1-An) correspondant au fonctionnement en frein, est définie par le ressort de rappel (17).
  8. Frein-moteur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le piston (16) du dispositif de manoeuvre agit directement soit sur l'extrémité arrière de la tige de la soupape d'échappement soit sur un culbuteur, un poussoir ou une tige de poussée.
  9. Frein-moteur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le piston (16) de chaque dispositif de manoeuvre (10) agit indirectement par l'intermédiaire d'un organe de transmission (19) soit sur l'extrémité arrière de la tige de la soupape d'échappement, soit sur un culbuteur correspondant, un poussoir ou une tige de poussée.
  10. Frein-moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe de transmission (19, pour ouvrir la soupape d'échappement (A1-An), peut venir en position active sous l'action du piston de pression (16), par coulissement, rotation ou basculement, tandis que, pour former la soupape, il est ramené dans une position inactive d'arrêt, après décharge de la chambre de pression (15), par l'action du ressort de rappel (17), le piston (16), lorsque l'organe de transmission (19) est en position active, n'étant pas soumis à l'action des forces, notamment celles du gaz, s'exerçant sur la soupape d'échappement (A1-An), une configuration correspondante de l'organe de transmission (19) rendant l'ouverture de la soupape (A1-An) largement indépendante de la pression du carburant et de ses variations résultant de la vitesse et des tolérances.
  11. Frein-moteur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le piston de pression (16) de chaque dispositif de manoeuvre (10) agit indirectement par l'intermédiaire d'organes hydromécaniques de transmission soit sur l'extrémité arrière de la tige de la soupape d'échappement, soit sur un culbuteur correspondant, un poussoir ou une tige de poussée.
  12. Frein-moteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le cylindre de pression (14), derrière le piston (16), une seconde chambre de pression (21) qui sert de logement au ressort de rappel (17) et qui est remplie, par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation (20), d'huile sous une pression déterminée, cette chambre (21) étant reliée par une conduite de commande par pression (22) à la chambre (23) d'un servocylindre de pression (24) dans lequel peut coulisser jusqu'à une position extrême définie par une butée (27), contre l'action d'un ressort de rappel (26), un servo-piston (25), pour provoquer hydrauliquement l'ouverture de la soupape d'échappement (A1-An).
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