EP0736672A2 - Engine braking process for a four stroke internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for engine braking with a 4-stroke reciprocating internal combustion engine, which has at least one exhaust valve connected to an exhaust system in each cylinder, in which exhaust system a throttle device is installed, which is actuated to brake the engine so that the exhaust gas flow is throttled and so upstream Throttle device generates a pressure rise in the exhaust gas, which flows back into the combustion chamber after an intermediate opening of the exhaust valve and ensures an increased engine braking power during the subsequent compression stroke with the exhaust valve still partially open.
- a camshaft-controlled outlet valve can be actuated via a piston built into the valve actuation mechanism, which can be acted upon by a hydraulic pump unit specially provided for this purpose during engine braking.
- This hydraulic pump unit has a number of pump pistons corresponding to the number of exhaust valves of the internal combustion engine and a control cam rotating synchronously with the cam drive for actuating the pump pistons.
- a throttle device is installed in the exhaust system, which is actuated to brake the engine in such a way that at least part of the exhaust gas flow is throttled in the exhaust system and a pressure increase in the exhaust gas is generated upstream of the throttle device.
- An essential criterion of this known engine brake is that the cam actuating the pump pistons of the hydraulic pump unit is shaped in such a way that each outlet valve is opened via its piston built into the valve train in a range of 180 ° ⁇ 40 ° crank angle before the top ignition dead center and in a range of 40 ° ⁇ 40 ° crank angle after ignition dead center is closed again, see the associated diagram according to Fig. 2.
- This achieves a very high engine braking power, but with the cost of a very expensive additional device (hydraulic pump unit, associated control lines, control piston in the exhaust valve train), the cost of which also increased accordingly with an increasing number of engine cylinders.
- an engine braking method which, according to the invention, is characterized in that, when the engine is braked, the control valve intervenes in an intermediate opening of the exhaust valve, which is caused by the pressure increase in the exhaust gas when the throttle device is in the throttle position, in which the exhaust valve, which tends to close after the intermediate opening, is forcibly prevented from closing by a control device built into the exhaust valve actuation mechanism, which is remote from the camshaft, and is then kept open at the longest until the cam-controlled exhaust valve opening.
- the invention is based on the following considerations.
- the desired engine braking power is bought too expensive with a device according to DE 39 22 884 C2 discussed at the beginning. If one omits the additional control means necessary for the braking operation and only provides a conventional throttle device in the exhaust system, with which at least part of the exhaust gas flow in the exhaust system is throttled during engine braking and thus generates a pressure increase upstream of the throttle device, then the engine braking power that can be achieved in this way is many Applications, especially when the internal combustion engine is installed in a motor vehicle, such as a truck or bus, are insufficient.
- the opening time depends on the number of cylinders and engine design (V or in-line engine) and runs automatically independently of the control on the camshaft side, although it causes a brief backflow of exhaust gas into the combustion chamber with the result of a marginal increase in engine braking power, but also with the acceptance of adverse effects in the valve train , because the outlet valve lifts off its valve seat when it is opened and strikes the latter when it returns to the closed position with high force, which increases wear and results in a risk of the valve disk tearing off.
- the invention now intervenes, among other things, to eliminate the aforementioned problem, in the process of this exhaust gas backpressure-causing intermediate opening of the exhaust valve, with a relatively simple and inexpensive control device which, when incorporated into and with the method according to the invention, then provides an engine braking power which that of DE 39 22 884 C2 corresponds.
- the advantages of keeping the exhaust valve partially open over the entire compression stroke and approximately 40 to 60 ° after ignition TDC are known from the last-mentioned document.
- this increases the engine braking power up to the point in time at which the combustion chamber pressure falls below the exhaust gas back pressure. From this point in time in the expansion cycle approx.
- this 4-stroke reciprocating piston internal combustion engine has at least one exhaust valve connected to an exhaust system per cylinder.
- the exhaust valves can be controlled from a conventional camshaft for gas exchange processes via corresponding valve actuation mechanisms.
- this includes a rocker arm 3 mounted in the cylinder head 2, which, depending on the type of arrangement of the camshaft on the engine, can be actuated either directly by the latter or indirectly via a push rod 4.
- the exhaust valve 1 guided in the cylinder head 2 with its stem is permanently acted upon in the closing direction by a closing spring, not shown.
- a throttle device for example a throttle valve, is installed in the exhaust system and is actuated via an associated control unit for engine braking so that the exhaust gas flow throttled and so a pressure increase in the exhaust gas is generated upstream of the throttle device.
- the invention provides Control technology intervened, in which the exhaust valve 1, which tends to close again after the intermediate opening under the action of its closing spring, is intercepted by a control device 5 built into the exhaust valve actuation mechanism remotely from the camshaft and then held in a partially open interception position by means of this over the entire compression stroke and expansion stroke - see phase A2 in 1.
- the control device 5 can be implemented in different ways and can be installed at different points in the exhaust valve actuation mechanism. Examples of this are given in FIGS. 3A-3D and 4A-4D.
- the control device 5 is effective when installed in the rocker arm 3 and consists of two main elements, namely a control piston 6 and a control bushing 7.
- the control piston 6 has little leakage in a bore 8 of the rocker arm 3 axially between two through stops 9 , 10 limited end positions movable, acts at the front via a curved end face 11 on the rear end face 12 of the exhaust valve stem and is acted upon at the rear by a compression spring 13 and can be pressurized hydraulically.
- the control bushing 7 is screwed into a threaded section of the same bore 8 in the rocker arm 3 above the control piston 6 and forms with its front end face the rear stop 9, which defines the retracted basic position of the control piston 6.
- the extended end position of the control piston 6 is limited by the front stop 10, which is formed by the rear edge of a circumferential groove on the control piston 6 into which a stroke limiting member 14 attached to the rocker arm 3 engages.
- the control bushing 7 has a pressure chamber 15 which is open towards the front of the control piston 6 and into which the compression spring 13 and the pressure piston 6 act a check valve with its pressure spring-loaded closing element 17 is installed, which only allows the introduction of pressure medium from a pressure medium supply channel 16.
- the pressure-medium supply channel 16, which consists of a transverse bore and a bore that opens out centrally into the pressure chamber 15, is supplied with pressure medium, here lubricating oil, of a certain pressure via a feed channel 18 inside the rocker arm.
- a pressure relief duct 20 leads from the pressure chamber 15 through the control bushing 7 and an insert 19 which is permanently installed in the latter, the outlet opening on the insert side during a braking operation in the interception and holding phase (A2) of the control device 5 for the purpose of building up and maintaining the pressure medium in the pressure chamber 15 and an associated extension and holding of the control piston 6 in the extended exhaust valve interception position is kept closed by a stop 22 arranged firmly on the cylinder cover 21.
- FIG 3A shows the exhaust valve 1 at the beginning of the intake stroke in the closed position A.
- the control device 5 acts as a mechanical buffer within the rocker arm 3, the control piston 6 being pressed into the retracted position from below by the exhaust valve 1 and the control bushing 7 is supported by its insert 19 on the stop 22.
- a possible valve clearance is bridged by partially extending the control piston 6.
- FIG. 3B shows the situation at the moment when the exhaust valve 1 has reached its maximum stroke B in phase A1 (see diagram in FIG. 1) during engine braking during the intermediate opening due to exhaust gas pressure.
- this intermediate opening of the outlet valve 1 it lifts off from the control piston 6 and this is now extended by the compression spring 13 into its intercepting position.
- the control piston 6 moves away from the control bush 7, accompanied by an enlargement of the pressure chamber 15 and its filling with pressure medium via the pressure medium supply channel 16, whereby after the pressure chamber 15 has been completely filled, on the one hand because of the blocking check valve 17 and on the other hand the blocked outlet opening of the relief channel 20, the control piston 16 in its extended interception position (specified by stop 10) is hydraulically blocked.
- Fig. 3B From Fig. 3B it can also be seen that the outlet valve 1 leads this spool stroke with a larger stroke A - B when it is opened.
- FIG. 3C shows this interception position C under otherwise the same conditions as in FIG. 3B, which interception position C is retained over the entire remaining compression cycle and subsequent expansion cycle.
- control device 5 again acts only as a purely mechanical buffer on the rocker arm 3, via which, in phase A3 (see diagram according to FIG. 1), during the exhaust stroke during engine braking, the opening of the exhaust valve 1 to the full exhaust valve stroke D - this position is shown in FIG. 3D -, the holding and reclosing of which is controlled by the associated exhaust control cam of the camshaft.
- the embodiment of the control device according to FIGS. 4A-4D is used in a 4-stroke internal combustion engine, from the lower camshaft of which the actuation of an exhaust valve 1 takes place via a push rod 4 and a subsequent rocker arm 3.
- the control device according to the invention 5 installed effectively in the space between the push rod 4 and force introduction element 23 of the rocker arm 3.
- This control device 5 is installed in a receiving sleeve 24, which is screwed into a threaded bore 25 of the cylinder head 2 or a bracket mounted on the outside thereof.
- a control sleeve 27 is installed with low leakage and is coaxially displaceable and is supported at the bottom at the upper end of the push rod 4.
- the control sleeve 27 has a blind hole 28, in which a control piston 29 is installed so that it can be moved coaxially with little leakage.
- the latter is supported at the top on a thrust transmission part 30 which is articulated to the force introduction element 23 of the rocker arm 3 and is acted upon at the bottom by a compression spring 31 acting in the direction of the latter.
- This is installed in the part of the blind bore 28 and the pressure chamber 32 which is limited in this way below the control piston 29.
- the latter is supplied with pressure medium, in particular engine oil, of a certain pressure via a feed channel 34, which is internal to the cylinder head or a block, and a feed channel 34, which is internal to the receiving sleeve, and a supply channel 33 which communicates with the internal control sleeve.
- a check valve installed in the pressure chamber 32 with its spring-loaded closing member 36 prevents pressure medium from flowing back from the pressure chamber 32 into the supply channel 35.
- FIG. 4A shows the exhaust valve 1 at the beginning of the intake stroke in the closed position A.
- the control device 5, with its parts 27, 29, acts as a mechanical buffer within the receiving sleeve 24, the control piston 29 being pressed into the retracted position by the thrust transmission part 30 connected to the rocker arm 3 and the control sleeve 27 is pressed with its collar 37 onto a stop surface 38 on the receiving sleeve side. Any valve clearance is bridged by partially extending the control piston 29.
- FIG. 4B shows the situation at the moment when the exhaust valve 1 has reached its maximum stroke B in phase A1 (see diagram according to FIG. 1) during engine braking during intermediate opening due to exhaust gas pressure.
- this lifts off from the actuating surface 39 on the rocker arm 3 and this is due to the on the in Pressure chamber 32 acting forces disengaging control piston 29 tracked.
- the outlet opening of an internal relief piston duct 40 is released by being removed from the control sleeve-side blind bore 28 and the pressure medium inside the pressure chamber is relieved of pressure, after a stroke path matched to the opening stroke A - B of the exhaust valve 1.
- This extension of the control piston 29 causes an increase in the pressure chamber volume which is filled up by introducing pressure medium from the supply channel 35.
- the control device 5 again acts only as a purely mechanical buffer between the push rod 4 and the thrust transmission part 30 on the rocker arm 3, via which the stopping in phase A3 (see diagram according to FIG. 1) during the extension stroke during engine braking Open position D and reclosing the exhaust valve 1 is controlled from the exhaust cam on the camshaft side.
- the exhaust valve 1 is closed, the control sleeve 27 is pushed back into the receiving sleeve 24 as far as it will go, and the relief bore 41 is also closed again and the pressure chamber 32 is thus shut off again.
- the control device 5 is designed in such a way that the exhaust valve 1 is held in an interception position C after its intermediate opening due to exhaust gas pressure, the distance from the closed position being approximately 1/5 to 1/20 of the full camshaft-controlled exhaust valve opening stroke AD.
- control device 5 also has the general advantage that, in addition to its function as described above, it can also be used as a hydraulic valve lash adjuster.
- the valve lash compensation takes place when a lash occurs in the valve actuation mechanism by appropriate pressure medium replenishment in the pressure chamber 15 or 32 of the control device 5 with corresponding adjustment of the control piston 6 or 29 in the direction of the member 1 or 30 to be acted upon.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Motorbremsung mit einem 4-Takt-Hubkolbenverbrennungsmotor, der je Zylinder wenigstens ein an ein Auslaßsystem angeschlossenes Auslaßventil aufweist, in welches Auslaßsystem eine Drosselvorrichtung eingebaut ist, die zur Motorbremsung so betätigt wird, daß die Abgasströmung gedrosselt und so stromauf der Drosselvorrichtung ein Druckanstieg im Abgas erzeugt wird, das nach einem Zwischenöffnen des Auslaßventiles in den Verbrennungsraum rückströmt und während des anschließenden Kompressionstaktes bei weiterhin teiloffengehaltenem Auslaßventil für eine erhöhte Motorbremsleistung sorgt.The invention relates to a method for engine braking with a 4-stroke reciprocating internal combustion engine, which has at least one exhaust valve connected to an exhaust system in each cylinder, in which exhaust system a throttle device is installed, which is actuated to brake the engine so that the exhaust gas flow is throttled and so upstream Throttle device generates a pressure rise in the exhaust gas, which flows back into the combustion chamber after an intermediate opening of the exhaust valve and ensures an increased engine braking power during the subsequent compression stroke with the exhaust valve still partially open.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 39 22 884 C2 bekannt. Dabei ist ein nockenwellengesteuertes Auslaßventil über einen in den Ventilbetätigungsmechanismus eingebauten Kolben betätigbar, der beim Motorbremsen von einer eigens hierfür vorgesehenen Hydraulikpumpeneinheit aus beaufschlagbar ist. Diese Hydraulikpumpeneinheit weist eine der Anzahl der Auslaßventile des Verbrennungsmotors entsprechende Anzahl von Pumpenkolben sowie einen synchron mit dem Nockenantrieb umlaufenden Steuernocken zur Betätigung der Pumpenkolben auf. Darüber hinaus ist im Auslaßsystem eine Drosselvorrichtung eingebaut, die zur Motorbremsung so betätigt wird, das wenigstens ein Teil der Abgasströmung im Abgassystem gedrosselt und so stromauf der Drosselvorrichtung ein Druckanstieg im Abgas erzeugt wird. Ein wesentliches Kriterium dieser bekannten Motorbremse ist es, daß der die Pumpenkolben der Hydraulikpumpeneinheit betätigende Nocken derart geformt ist, daß jedes Auslaßventil über seinen in den Ventiltrieb eingebauten Kolben in einem Bereich 180° ± 40° Kurbelwinkel vor oberem Zündtotpunkt geöffnet und in einem Bereich 40° ± 40° Kurbelwinkel nach Zündtotpunkt wieder geschlossen wird, siehe hierzu das zugehörige Diagramm gemäß Fig. 2. Hierdurch wird zwar eine sehr hohe Motorbremsleistung erreicht, jedoch unter Inkaufnahme einer sehr teuren Zusatzeinrichtung (Hydraulikpumpeneinheit, zugehörige Steuerleitungen, Steuerkolben im Auslaßventiltrieb), deren Kosten sich zudem mit steigender Motorzylinderanzahl entsprechend erhöht.Such a method is known from DE 39 22 884 C2. In this case, a camshaft-controlled outlet valve can be actuated via a piston built into the valve actuation mechanism, which can be acted upon by a hydraulic pump unit specially provided for this purpose during engine braking. This hydraulic pump unit has a number of pump pistons corresponding to the number of exhaust valves of the internal combustion engine and a control cam rotating synchronously with the cam drive for actuating the pump pistons. In addition, a throttle device is installed in the exhaust system, which is actuated to brake the engine in such a way that at least part of the exhaust gas flow is throttled in the exhaust system and a pressure increase in the exhaust gas is generated upstream of the throttle device. An essential criterion of this known engine brake is that the cam actuating the pump pistons of the hydraulic pump unit is shaped in such a way that each outlet valve is opened via its piston built into the valve train in a range of 180 ° ± 40 ° crank angle before the top ignition dead center and in a range of 40 ° ± 40 ° crank angle after ignition dead center is closed again, see the associated diagram according to Fig. 2. This achieves a very high engine braking power, but with the cost of a very expensive additional device (hydraulic pump unit, associated control lines, control piston in the exhaust valve train), the cost of which also increased accordingly with an increasing number of engine cylinders.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Motorbremsung mit einem 4-Takt-Hubkolbenverbrennungsmotor zu schaffen, das mit wesentlich geringerem Baute- und Kostenaufwand eine vergleichbar gute Motorbremsleistung erbringt.In contrast, it is an object of the invention to provide a method for engine braking with a 4-stroke reciprocating piston internal combustion engine, which provides a comparatively good engine braking performance with significantly lower construction costs and costs.
Diese Aufgabe ist durch ein Motorbrems-Verfahren gelöst, das sich erfindungsgemäß entsprechend dem Anspruch 1 dadurch kennzeichnet, daß beim Motorbremsen in ein Zwischenöffnen des Auslaßventiles, das bei in Drosselstellung befindlicher Drosselvorrichtung durch den im Abgas hervorgerufenen Druckanstieg bewirkt wird, steuerungstechnisch eingegriffen wird, in dem das nach Zwischenöffnung zum Schließen neigende Auslaßventil zwangsweise durch eine nockenwellenfern in den Auslaßventilbetätigungsmechanismus eingebaute Steuereinrichtung abgefangen am Schließen gehindert und dann längstens bis zur nockengesteuerten Auslaßventilöffnung teilweise offen gehalten wird.This object is achieved by an engine braking method which, according to the invention, is characterized in that, when the engine is braked, the control valve intervenes in an intermediate opening of the exhaust valve, which is caused by the pressure increase in the exhaust gas when the throttle device is in the throttle position, in which the exhaust valve, which tends to close after the intermediate opening, is forcibly prevented from closing by a control device built into the exhaust valve actuation mechanism, which is remote from the camshaft, and is then kept open at the longest until the cam-controlled exhaust valve opening.
Einzelheiten dieses erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen der zugehörigen Steuereinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.Details of this method according to the invention in connection with various embodiments of the associated control device are specified in the subclaims.
Die Erfindung geht dabei von folgenden Überlegungen aus. Die gewünschte Motorbremsleistung wird mit einer Einrichtung gemäß der eingangs diskutierten DE 39 22 884 C2 zu teuer erkauft. Läßt man die dort notwendigen zusätzlichen Steuermittel für den Bremsbetrieb weg und sieht im Auslaßsystem lediglich eine herkömmliche Drosselvorrichtung vor, mit der beim Motorbremsen wenigstens ein Teil der Abgasströmung im Abgassystem gedrosselt und so stromauf der Drosselvorrichtung einen Druckanstieg erzeugt, dann ist die hierdurch erreichbare Motorbremsleistung in vielen Anwendungsfällen, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, wie Lkw oder Omnibus, eingebaut ist, ungenügend. Es wurde nun erkannt, daß bei solchen, nur mit einer herkömmlichen Drosselvorrichtung im Abgassystem ausgestatteten Verbrennungsmotoren, dann, wenn die Auslaßventilschließfedern zur Reduzierung der Federkräfte und damit zur Entlastung des Ventiltriebes nicht zu hart ausgelegt sind, beim Motorbremsen durch den von der auf Drosselung eingestellten Drosselvorrichtung erzeugten Druckanstieg im Abgasstrom ein kurzzeitiges Zwischenöffnen des Auslaßventiles in der Regel in dem Moment bewirktwird, wenn der Kolben während des Ansaugtaktes nahe seines unteren Totpunktes steht. Der Öffnungszeitpunkt ist abhängig von der Zylinderanzahl und Motorbauart (V- oder Reihenmotor) und läuft automatisch unabhängig von der nockenwellenseitigen Steuerung ab, bewirkt zwar ein kurzzeitiges Rückströmen von Abgas in den Verbrennungsraum mit der Folge einer marginalen Motorbremsleistungserhöhung, aber auch unter Inkaufnahme nachteiliger Auswirkungen im Ventiltrieb, denn das Auslaßventil hebt beim Zwischenöffnen von seinem Ventilsitz ab und schlägt bei Rückkehr in Schließposition mit hoher Wucht auf letzterem an, was sich verschleißerhöhend bemerkbar macht und eine Gefahr des Abreißens des Ventiltellers mit sich bringt. Die Erfindung greift nun, unter anderem auch zur Beseitigung des vorgenannten Problems, in den Vorgang dieses abgasgegendruckbewirkten Zwischenöffnens des Auslaßventiles ein, und zwar mit einer verhältnismäßig einfach und billig realisierbaren Steuereinrichtung, die eingebunden in das und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dann eine Motorbremsleistung erbringt, die jener der
DE 39 22 884 C2 entspricht. Dabei sind die Vorteile eines teilweisen Offenhaltens des Auslaßventiles über den gesamten Kompressionstaktes und etwa ca. 40 bis 60° nach Zünd-OT aus der zuletzt genannten Druckschrift bekannt. Zum weiteren teilweisen Offenhalten des Auslaßventiles in erfindungsgemäßer Abfangposition im Expansionstakt ist zu bemerken, daß dieses bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der Brennraumdruck den Abgasgegendruck unterschreitet, die Motorbremsleistung erhöht. Ab diesem im Expansionstakt ca. 40 bis 60° nach Zünd-OT gegebenen Zeitpunkt strömt beim Motorbremsen Abgas aus dem Abgassystem in den Zylinder zurück und hebt dort den Zylinderdruck an, was zunächst zwar die Bremsleistung etwas reduziert. Diese höhere Zylinderladung wird jedoch im anschließenden Ausschubtakt wieder motorbremsleistungserhöhend wirksam. Insofern läßt sich mit der erfindungsgemäßen, vergleichsweise billigen und einfach zu realisierenden sowie auch nachträglich zu installierenden Steuervorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Ergebnis einer vergleichsweise hohen Motorbremsleistung realisieren.The invention is based on the following considerations. The desired engine braking power is bought too expensive with a device according to DE 39 22 884 C2 discussed at the beginning. If one omits the additional control means necessary for the braking operation and only provides a conventional throttle device in the exhaust system, with which at least part of the exhaust gas flow in the exhaust system is throttled during engine braking and thus generates a pressure increase upstream of the throttle device, then the engine braking power that can be achieved in this way is many Applications, especially when the internal combustion engine is installed in a motor vehicle, such as a truck or bus, are insufficient. It has now been recognized that in such internal combustion engines equipped only with a conventional throttle device in the exhaust system, when the exhaust valve closing springs are not designed too hard to reduce the spring forces and thus to relieve the valve train, when braking the engine by the throttle device set to throttle generated pressure increase in the exhaust gas flow, a brief intermediate opening of the exhaust valve is usually caused at the moment when the piston during of the intake stroke is near its bottom dead center. The opening time depends on the number of cylinders and engine design (V or in-line engine) and runs automatically independently of the control on the camshaft side, although it causes a brief backflow of exhaust gas into the combustion chamber with the result of a marginal increase in engine braking power, but also with the acceptance of adverse effects in the valve train , because the outlet valve lifts off its valve seat when it is opened and strikes the latter when it returns to the closed position with high force, which increases wear and results in a risk of the valve disk tearing off. The invention now intervenes, among other things, to eliminate the aforementioned problem, in the process of this exhaust gas backpressure-causing intermediate opening of the exhaust valve, with a relatively simple and inexpensive control device which, when incorporated into and with the method according to the invention, then provides an engine braking power which that of
DE 39 22 884 C2 corresponds. The advantages of keeping the exhaust valve partially open over the entire compression stroke and approximately 40 to 60 ° after ignition TDC are known from the last-mentioned document. In order to further keep the exhaust valve partially open in the interception position according to the invention in the expansion stroke, it should be noted that this increases the engine braking power up to the point in time at which the combustion chamber pressure falls below the exhaust gas back pressure. From this point in time in the expansion cycle approx. 40 to 60 ° after ignition TDC, when the engine brakes, exhaust gas flows back from the exhaust system into the cylinder and increases the cylinder pressure there, which initially reduces the braking performance somewhat. However, this higher cylinder charge is effective in increasing the engine braking power in the subsequent exhaust stroke. In this respect, with the control device according to the invention, which is comparatively cheap and easy to implement and can also be installed retrospectively, the method according to the invention can be implemented with the result of a comparatively high engine braking power.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- ein Diagramm, aus dem der Hubverlauf eines Auslaßventiles während des Bremsbetriebes bei Anwendung des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens hervorgeht,
- Fig. 2
- ein Diagramm, aus dem der Hubverlauf eines Auslaßventiles bei einem aus der DE 39 22 884 C2 bekannten Bremsverfahren hervorgeht,
- Fig. 3A - 3D
- jeweils einen Ausschnitt aus einem Auslaßventilbetätigungsmechanismus mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung in einer Betriebsstellung während des erfindungsgemäßen Bremsbetriebes, und
- Fig. 4A - 4D
- jeweils einen Ausschnitt aus einem anderen Auslaßventilbetätigungsmechanismus mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung in einer Betriebsstellung während des erfindungsgemäßen Bremsbetriebes.
- Fig. 1
- 2 shows a diagram from which the stroke curve of an exhaust valve during braking operation is evident when using the braking method according to the invention,
- Fig. 2
- 2 shows a diagram from which the stroke curve of an exhaust valve in a braking method known from DE 39 22 884 C2 emerges,
- 3A-3D
- in each case a section of an exhaust valve actuation mechanism with a first embodiment of a control device according to the invention in an operating position during the braking operation according to the invention, and
- Figures 4A-4D
- each a section of another exhaust valve actuation mechanism with a second embodiment of a control device according to the invention in an operating position during the braking operation according to the invention.
In den Fig. 3A - 3D und 4A - 4D sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen angezogen.3A-3D and 4A-4D, the same or corresponding parts are drawn with the same reference numerals.
Von dem 4-Takt-Hubkolbenverbrennungsmotor ist in diesen Figuren nur der Schaft eines Auslaßventiles 1 und des zugehörigen Ventilbetätigungsmechanismus zu sehen, soweit er für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.Of the 4-stroke reciprocating piston internal combustion engine, only the shaft of an
Grundsätzlich weist dieser 4-Takt-Hubkolbenverbrennungsmotor je Zylinder wenigstens ein an ein Auslaßsystem angeschlossenes Auslaßventil auf. Die Auslaßventile sind von einer herkömmlichen Nockenwelle aus für Gaswechselvorgänge über entsprechende Ventilbetätigungsmechanismen steuerbar. In Verbindung mit dem Auslaßventil gehört hierzu ein im Zylinderkopf 2 gelagerter Kipphebel 3, der, je nach Art der Anordnung der Nockenwelle am Motor, entweder direkt von dieser oder indirekt über eine Stößelstange 4 betätigbar ist. Das im Zylinderkopf 2 mit seinem Schaft geführte Auslaßventil 1 ist durch eine nicht dargestellte Schließfeder permanent in Schließrichtung beaufschlagt. In das Auslaßsystem ist eine Drosselvorrichtung, z.B. eine Drosselklappe eingebaut, die über eine zugehörige Steuerung zur Motorbremsung so betätigt wird, daß die Abgasströmung gedrosselt und so stromauf der Drosselvorrichtung ein Druckanstieg im Abgas erzeugt wird. Die beim Ausschieben benachbarter Zylinder entstehenden Druckwellen überlagern sich mit dem stationären Gegendruck und bewirken infolge der positiven Druckdifferenz ein Zwischenöffnen des Auslaßventiles 1 - siehe Phase A1 im Diagramm gemäß Fig. 1. In dieses unabhängig von der Nockenwellensteuerung erfolgende Auslaßventil-Zwischenöffnen wird während des Bremsbetriebes erfindungsgemäß steuerungstechnisch eingegriffen, in dem das nach Zwischenöffnung unter der Einwirkung seiner Schließfeder wieder zum Schließen neigende Auslaßventil 1 zwangsweise durch eine nockenwellenfern in den Auslaßventilbetätigungsmechanismus eingebaute Steuereinrichtung 5 abgefangen und dann mittels dieser über den gesamten Kompressionstakt sowie Expansionstakt in teilgeöffneter Abfangposition gehalten wird - siehe Phase A2 im Diagramm gemäß Fig. 1.Basically, this 4-stroke reciprocating piston internal combustion engine has at least one exhaust valve connected to an exhaust system per cylinder. The exhaust valves can be controlled from a conventional camshaft for gas exchange processes via corresponding valve actuation mechanisms. In connection with the exhaust valve, this includes a
Die Steuereinrichtung 5 kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert und an verschiedenen Stellen des Auslaßventilbetätigungsmechanismus eingebaut sein. Beispiele hierfür geben die Fig. 3A - 3D und 4A -4D an.The
Im Beispiel gemäß Fig. 3A - 3D ist die Steuereinrichtung 5 im Kipphebel 3 eingebaut wirksam und besteht aus zwei Hauptorganen, nämlich einem Steuerkolben 6 und einer Steuerbuchse 7. Der Steuerkolben 6 ist leckagearm in einer Bohrung 8 des Kipphebels 3 axial zwischen zwei durch Anschläge 9, 10 begrenzten Endstellungen beweglich, wirkt vorn über eine gekrümmte Stirnfläche 11 auf die hintere Stirnfläche 12 des Auslaßventilschaftes und ist rückseitig sowohl durch eine Druckfeder 13 beaufschlagt als auch hydraulisch druckbeaufschlagbar.In the example according to FIGS. 3A-3D, the
Die Steuerbuchse 7 ist in einem Gewindeabschnitt derselben Bohrung 8 im Kipphebel 3 über dem Steuerkolben 6 eingeschraubt und bildet mit ihrer vorderen Stirnfläche den hinteren Anschlag 9, der die eingefahrene Grundstellung des Steuerkolbens 6 definiert. Die ausgefahrene Endposition des Steuerkolbens 6 wird durch den vorderen Anschlag 10 begrenzt, der durch den hinteren Rand einer umlaufenden Nut am Steuerkolben 6 gebildet ist, in die ein am Kipphebel 3 befestigtes Hubbegrenzungsorgan 14 eingreift.The
Die Steuerbuchse 7 weist einen nach vorn zum Steuerkolben 6 hin offenen Druckraum 15 auf, in den die den Steuerkolben 6 beaufschlagende Druckfeder 13 sowie ein nur die Einleitung von Druckmittel aus einem Druckmittelzufuhrkanal 16 zulassendes Rückschlagventil mit seinem druckfederbelasteten Schließorgan 17 eingebaut sind. Der steuerbuchsenintern aus einer Querbohrung und einer davon abgehend zentral in den Druckraum 15 ausmündenden Bohrung bestehende Druckmittelzufuhrkanal 16 wird über einen kipphebelinternen Speisekanal 18 vom Kipphebel-Lagerbereich 19 her mit Druckmittel, hier Schmieröl, bestimmten Druckes versorgt. Außerdem führt vom Druckraum 15 aus durch die Steuerbuchse 7 und ein in dieser fest eingebautes Einsatzstück 19 ein Entlastungskanal 20, dessen einsatzstückseitige Austrittsöffnung während eines Bremsvorganges in der Abfang- und Haltephase (A2) der Steuervorrichtung 5 zwecks Aufbau und Halten des Druckmitteldruckes im Druckraum 15 und eines damit einhergehenden Ausfahrens und Halten des Steuerkolbens 6 in ausgefahrener Auslaßventil-Abfangposition durch einen fest am Zylinderdeckel 21 angeordneten Anschlag 22 verschlossen gehalten wird.The
Nachfolgend ist anhand der Figurenfolge Fig. 3A - 3B - 3C - 3D auf einen vollständigen Zyklus während des Motorbremsens eingegangen.3A-3B-3C-3D, a complete cycle during engine braking is discussed below.
Fig. 3A zeigt dabei das Auslaßventil 1 anfangs des Ansaugtaktes in Schließstellung A. Die Steuereinrichtung 5 wirkt in dieser Phase innerhalb des Kipphebels 3 als mechanischer Puffer, wobei der Steuerkolben 6 von unten her durch das Auslaßventil 1 in eingefahrene Position gedrückt ist und die Steuerbuchse 7 über ihr Einsatzstück 19 am Anschlag 22 abgestützt ist. Ein eventuelles Ventilspiel wird durch teilweises Ausfahren des Steuerkolbens 6 überbrückt.3A shows the
Fig. 3B zeigt die Verhältnisse in dem Moment, wenn das Auslaßventil 1 während des Motorbremsens beim abgasgegendruckbedingten Zwischenöffnen seinen Maximalhub B in Phase A1 (siehe Diagramm Fig. 1) erreicht hat. Bei diesem Zwischenöffnen des Auslaßventiles 1 hebt dieses vom Steuerkolben 6 ab und dieser wird nun durch die Druckfeder 13 nachgeführt in seine Abfangposition ausgefahren. Dieses geht, weil der Steuerkolben 6 sich von der Steuerbuchse 7 wegbewegt, einher mit einer Vergrößerung des Druckraumes 15 und dessen Auffüllung mit Druckmittel über den Druckmittelzufuhrkanal 16, wobei nach vollständiger Auffüllung des Druckraumes 15, zum einen wegen des sperrenden Rückschlagventiles 17 und zum anderen wegen der abgesperrten Austrittsöffnung des Entlastungskanals 20, der Steuerkolben 16 in seiner ausgefahrenen Abfangstellung (vorgegeben durch Anschlag 10) hydraulisch verblockt ist. Dieser Zustand ist aus Fig. 3B ersichtlich. Aus Fig. 3B ist außerdem ersichtlich, daß das Auslaßventil 1 beim Zwischenöffnen diesem Steuerkolbenhub mit größerem Hub A - B voreilt.3B shows the situation at the moment when the
Beim Übergang von Phase A1 nach Phase A2 bewegt sich das Auslaßventil 1 wieder in Schließrichtung, wird dann aber schon nach kurzem Weg B - C durch die hydraulisch verblockte Steuereinrichtung 5 abgefangen. Fig. 3C zeigt diese Abfangposition C bei ansonsten gleichen Verhältnissen wie in Fig. 3B, welche Abfangposition C über den gesamten restlichen Kompressionstakt und folgenden Expansionstakt erhalten bleibt.During the transition from phase A1 to phase A2, the
Erst dann, wenn am Ende des Expansionstaktes die nockenwellenseitige Steuerung des Auslaßventiles 1 über den zugehörigen Auslaßnocken wieder wirksam wird, erfolgt eine Aufhebung dieser vorherigen hydraulischen Verblockung der Steuereinrichtung 5, denn, sobald der Kipphebel 3 in Richtung Auslaßventil öffnen" bewegt wird, hebt die Steuerbuchse 7 mit ihrem Einsatzstück 19 vom Anschlag 22 ab. Dadurch wird der Entlastungskanal 20 freigegeben und Druckmittel kann aus dem Druckraum 15 der nun nicht mehr verblockten Steuereinrichtung 5 abströmen und zwar unter der Einwirkung des vom Auslaßventil 1 in Richtung seiner eingefahrenen Grundposition gedrückten Steuerkolbens 6.Only when the camshaft-side control of the
Sobald der Steuerkolben 6 voll eingerückt ist, wirkt die Steuereinrichtung 5 wieder nur als rein mechanischer Puffer am Kipphebel 3, über den dann in Phase A3 (siehe Diagramm gemäß Fig. 1) während des Ausschubtaktes beim Motorbremsen das Öffnen des Auslaßventiles 1 bis zum vollen Auslaßventilhub D - diese Position zeigt Fig. 3D -, dessen Halten und Wiederschließen gesteuert durch den zugehörigen Auslaßsteuernocken der Nockenwelle erfolgt.As soon as the
Am Ende des Ausschubtaktes beim Motorbremsen nimmt der Kipphebel 3 mit der Steuereinrichtung 5 wieder die in Fig. 3A gezeigte Position ein, aus der der nächste Bremszyklus erfolgt.At the end of the extension stroke during engine braking, the
Die Ausführungsform der Steuereinrichtung gemäß Fig. 4A - 4D kommt bei einem 4-Takt-Verbrennungsmotor zur Anwendung, von dessen untenliegender Nockenwelle aus die Betätigung eines Auslaßventiles 1 über eine Stößelstange 4 und einen nachfolgenden Kipphebel 3 erfolgt. Dabei ist die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 5 im Raum zwischen Stößelstange 4 und Krafteinleitorgan 23 des Kipphebels 3 eingebaut wirksam. Diese Steuereinrichtung 5 ist in einer Aufnahmehülse 24 eingebaut, die in einer Gewindebohrung 25 des Zylinderkopfes 2 oder eines außen an diesen angebauten Bockes eingeschraubt ist. In der Durchgangsbohrung 26 der Aufnahmehülse 24 ist eine Steuerhülse 27 leckagearm koaxial verschiebbar eingebaut, die unten am oberen Ende der Stößelstange 4 abgestützt ist. Die Steuerhülse 27 weist eine Sacklochbohrung 28 auf, in der ein Steuerkolben 29 leckagearm koaxial verschiebbar eingebaut ist. Dieser ist oben an einem gelenkig mit dem Krafteinleitorgan 23 des Kipphebels 3 verbundenen Schubübertragungsteil 30 abgestützt und unten von einer in Richtung des letzteren wirkenden Druckfeder 31 beaufschlagt. Diese ist in dem unterhalb des Steuerkolbens 29 gegebenen Teil der Sacklochbohrung 28 und solchermaßen begrenzten Druckraum 32 eingebaut. Letzterer ist über einen zylinderkopf- bzw. bockinternen Speisekanal sowie einen aufnahmehülseninternen Speisekanal 34 und einen mit diesem kommunizierenden steuerhülseninternen Zufuhrkanal 33 mit Druckmittel, insbesondere Motoröl, bestimmten Druckes versorgt. Dabei verhindert ein in den Druckraum 32 eingebautes Rückschlagventil mit seinem federbelasteten Schließorgan 36 ein Rückströmen von Druckmittel aus dem Druckraum 32 in den Zufuhrkanal 35.The embodiment of the control device according to FIGS. 4A-4D is used in a 4-stroke internal combustion engine, from the lower camshaft of which the actuation of an
Nachfolgend ist anhand der Figurenfolge 4A - 4B - 4C - 4D auf einen vollständigen Zyklus des Motorbremsens mit dieser Steuereinrichtung 5 eingegangen.A complete cycle of engine braking with this
Fig. 4A zeigt dabei das Auslaßventil 1 anfangs des Ansaugtaktes in Schließstellung A. Die Steuereinrichtung 5 wirkt dabei mit ihren Teilen 27, 29 innerhalb der Aufnahmehülse 24 als mechanischer Puffer, wobei der Steuerkolben 29 durch das am Kipphebel 3 angeschlossene Schubübertragungsteil 30 in eingefahrene Position gedrückt und die Steuerhülse 27 mit ihrem Bund 37 an eine aufnahmehülsenseitige Anschlagfläche 38 angedrückt ist. Ein eventuelles Ventilspiel wird durch teilweises Ausfahren des Steuerkolbens 29 überbrückt.4A shows the
Fig. 4B zeigt die Verhältnisse in dem Moment, wenn das Auslaßventil 1 während des Motorbremsens beim abgasgegendruckbedingten Zwischenöffnen seinen Maximalhub B in Phase A1 (siehe Diagramm gemäß Fig. 1) erreicht hat. Bei diesem Zwischenöffnen des Auslaßventiles 1 hebt dieses von der Betätigungsfläche 39 am Kipphebel 3 ab und dieser wird über den aufgrund der auf ihn im Druckraum 32 wirkenden Kräfte ausrückenden Steuerkolben 29 nachgeführt. Bei diesem Ausfahren des Steuerkolbens 29 wird nach einem auf den Aufspringhub A - B des Auslaßventiles 1 abgestimmten Hubweg die Austrittsöffnung eines steuerkolbeninternen Entlastungskanales 40 durch Austauchen aus der steuerhülsenseitigen Sacklochbohrung 28 freigegeben und das druckrauminterne Druckmittel druckentlastet. Dieses Ausfahren des Steuerkolbens 29 bewirkt eine Vergrößerung des Druckraumvolumens, das durch Einleitung von Druckmittel aus dem Zufuhrkanal 35 aufgefüllt wird.FIG. 4B shows the situation at the moment when the
Zu Beginn der anschließenden Schließbewegung des Auslaßventiles 1 bei Übergang von Phase A1 nach Phase A2 wird über den entsprechend nachgeführten Kipphebel 3 und das Schubübertragungsteil 30 der Steuerkolben 29 wieder in Richtung seiner unausgefahrenen Grundstellung verschoben, solange, bis die Austrittsöffnung des Entlastungskanales 40 gerade wieder durch die Wand der steuerhülseninternen Sacklochbohrung 28 verschlossen ist. Dadurch ist der Druckraum 32 wieder abgesperrt, die Steuereinrichtung 5 ist hydraulisch blockiert und das Auslaßventil 1 bleibt in dieser der Teilöffnungsstellung C entsprechenden Lage abgefangen gehalten. Diese Verhältnisse sind aus Fig. 4C ersichtlich. Die dabei eingenommene Abfangposition C des Auslaßventiles 1 bleibt dann über den gesamten restlichen Kompressionstakt und folgendem Expansionstakt erhalten.At the beginning of the subsequent closing movement of the
Am Ende des Expansionstaktes und im anschließenden Ausschubtakt wird die nockenwellenseitige Steuerung des Auslaßventiles 1 über den zugehörigen Auslaßventilnocken wieder wirksam, wobei das Auslaßventil 1 vom Auslaßnocken aus über die Stößelstange 4, die Steuerhülse 27 mit den darin nach wie vor hydraulisch blockierten Steuerkolben 29, das Schubübertragungsorgan 30 und den Kipphebel 3 in Richtung seiner Maximalöffnungsstellung D bewegt wird. Nach einem bestimmten, auf den Maximalöffnungshub A - D des Auslaßventiles 1 abgestimmten Hub der Steuerhülse 27 wird durch deren Austauchen aus der Aufnahmebohrung 36 der Aufnahmehülse 24 der Austrittsquerschnitt einer vom Druckraum 32 quer abgehenden Entlastungsbohrung 41 freigegeben - dies zeigt Fig. 4D -, was eine Aufhebung der hydraulischen Verblockung des Steuerkolbens 29 zur Folge hat, denn das im Druckraum 32 befindliche Druckmittel wird über die Entlastungsbohrung 41 ins Freie druckentlastet und vom nun nachrückfähigen Steuerkolben 29 auch volumenmäßig reduziert, solange, bisdieserseine vollständig eingefahrene Grundstellung eingenommen hat, welche bei Aufsitzen des Schubübertragungsteiles 30 an der Stirnseite 42 der Steuerhülse 27 gegeben ist.At the end of the expansion stroke and in the subsequent extension stroke, the camshaft-side control of the
Sobald der Steuerkolben 29 voll eingefahren ist, wirkt die Steuereinrichtung 5 wieder nur als rein mechanischer Puffer zwischen Stößelstange 4 und Schubübertragungsteil 30 am Kipphebel 3, über den dann in Phase A3 (siehe Diagramm gemäß Fig. 1) während des Ausschubtaktes beim Motorbremsen das Halten in Öffnungsstellung D und Wiederschließen des Auslaßventiles 1 von nockenwellenseitigen Auslaßnocken her gesteuert wird. Beim Schließen des Auslaßventiles 1 wird die Steuerhülse 27 wieder in die Aufnahmehülse 24 bis auf Anschlag zurückgedrückt, dabei auch die Entlastungsbohrung 41 wieder geschlossen und somit der Druckraum 32 wieder abgesperrt.As soon as the
Am Ende des Ausschubtaktes beim Motorbremsen nehmen das Auslaßventil 1, der Kipphebel 3 und die Steuerhülse 27 der Steuereinrichtung 5 wieder die in Fig. 4A gezeigte Position ein, aus der der nächste Bremszyklus erfolgt.At the end of the exhaust stroke during engine braking, the
Die Steuereinrichtung 5 ist so ausgelegt, daß das Auslaßventil 1 nach abgasgegendruckbedingtem Zwischenöffnen in einer Abfangposition C gehalten wird, deren Abstand zur Schließposition etwa 1/5 bis 1/20 des vollen nockenwellengesteuerten Auslaßventil-Öffnungshubes A - D beträgt.The
Die Steuereinrichtung 5 hat jedoch auch generell den Vorteil, daß sie über ihre vorbeschriebene Funktion hinaus gleichzeitig auch als hydraulisches Ventilspielausgleichsorgan heranzuziehen ist. Dabei erfolgt der Ventilspielausgleich bei Auftreten eines Spiels im Ventilbetätigungsmechanismus durch entsprechende Druckmittelnachfüllung in den Druckraum 15 bzw. 32 der Steuervorrichtung 5 mit entsprechender Nachführung des Steuerkolbens 6 bzw. 29 in Richtung des zu beaufschlagenden Organes 1 bzw. 30.However, the
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