EP1982062A1 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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Publication number
EP1982062A1
EP1982062A1 EP07711397A EP07711397A EP1982062A1 EP 1982062 A1 EP1982062 A1 EP 1982062A1 EP 07711397 A EP07711397 A EP 07711397A EP 07711397 A EP07711397 A EP 07711397A EP 1982062 A1 EP1982062 A1 EP 1982062A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
stroke
internal combustion
exhaust
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07711397A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stephan KRÄTSCHMER
Wolfram Schmid
Siegfried Sumser
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP1982062A1 publication Critical patent/EP1982062A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/04Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation using engine as brake
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    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
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    • F02B37/12Control of the pumps
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    • F02D13/0203Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0207Variable control of intake and exhaust valves changing valve lift or valve lift and timing
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    • F01L2013/0052Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve
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    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
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    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine which is to be operated alternately in the fired four-stroke mode of operation and in the two-stroke engine braking mode, according to the preamble of claim 1.
  • a two-stroke engine braking method is described in DE 10 2004 006 681 A1, according to which the intake valve is opened in engine braking operation during the expansion stroke of the cylinder shortly before bottom dead center, after which combustion air can flow into the cylinder via the intake tract, and after exceeding the deadlock is closed again.
  • the exhaust valve is opened shortly before reaching top dead center, whereupon the compressed combustion air flows out of the cylinder via the open exhaust valve into the exhaust gas line. Shortly after the top dead center is exceeded, the exhaust valve is closed again, the cycle then starts again.
  • the internal combustion engine from DE 10 2004 006 681 A1 is provided with an exhaust gas turbocharger, which comprises a compressor in the intake tract and an exhaust gas turbine in the exhaust gas system.
  • the exhaust gas turbine is equipped with variable turbine geometry, which provides a variable adjustment of the effective turbine inlet cross section allowed. In a congestion position which reduces the free passage in the turbine, an increased exhaust back pressure in the line section between the cylinder outlets and the exhaust gas turbine arises, whereby the pistons in the cylinders have to perform increased discharge work. As a result, the engine braking power can be increased considerably.
  • the invention has for its object to provide an internal combustion engine in which high braking performance can be realized with little design effort.
  • a Hubkurvenverstell In the novel internal combustion engine, which is operated in fired operation in four-stroke and engine braking in two-stroke, a Hubkurvenverstell noticed is provided for the adjustment of the lift curves of both the intake valve and the exhaust valve.
  • the lift curve of both the intake valve and the exhaust valve for the transfer between the four-stroke drive mode and the two-stroke engine braking operation is adjusted in a common adjusting movement.
  • it is also possible to provide in the Hubkurvenverstell worn separate actuators, which act respectively on the inlet valve and the outlet valve.
  • the exhaust valve is influenced in the manner that this by appropriate action on the Hubkurvenverstell Marie is in a permanently open position during the entire engine braking operation, ie both in the expansion stroke and in the compression stroke.
  • the intake valve is opened before reaching the bottom dead center so that the combustion air from the intake stroke can flow into the combustion chamber in the cylinders.
  • the inlet valve is closed and in the subsequent stroke of the piston in the direction of top dead center of the combustion chamber contents is compressed.
  • the combustion air is blown out of the combustion chamber into the exhaust system via the permanently open exhaust valve. The control effort is thereby significantly reduced.
  • the actuator can be dimensioned correspondingly smaller in the Hubkurvenverstell Surprise.
  • the internal combustion engine basically works without an additional brake valve.
  • the blow-off is carried out exclusively via the open exhaust valve, which also performs the function of a brake valve in two-stroke engine braking operation. Since the movement of the exhaust valve is minimized, low actuating forces for the admission of the exhaust valve in the transition from the fired drive mode in the engine braking operation and vice versa are sufficient. During engine braking operation, no or only small actuating forces are required for the movement of the exhaust valve.
  • the movement of the intake valve is also possible with only small actuating forces, since the opening of the intake valve is short before the bottom dead center in a phase without combustion chamber overpressure takes place.
  • the lift curve of the exhaust valve remains completely constant during the execution of the engine braking operation in a first advantageous embodiment, the exhaust valve is kept in a constant opening position without changing the lift curve. In this variant, no restoring forces during engine braking operation for the exhaust valve are required.
  • the exhaust valve is held in the open position during the entire engine braking operation, but the lift curve is varied between a minimum and a maximum open position.
  • the stroke change of the exhaust valve is expediently within narrow limits.
  • the Hubkurvenverstell constructive comprises according to an expedient embodiment of an adjustable, acting on the valves camshaft, wherein each cam for the cam curves of the drive mode and the engine braking operation are provided per valve. These cams for each valve thus have two sections associated respectively with the driven mode and the braking mode. The sections expediently have a steady transition. Furthermore, it may be advantageous to arrange the cams for the intake valves and the cams for the exhaust valves on a common camshaft, so that with only one acting on the camshaft adjusting movement, the transition between powered operation and engine braking operation is completed. This adjusting movement can be carried out in the case of a camshaft as a pure axial movement.
  • the cams for the intake valves and the cams for the exhaust valves may also be arranged on different camshafts. Also in this configuration, both cams can be acted upon by a common actuator, which adjusts the camshafts for transferring between driven operation and engine braking operation axially.
  • the internal combustion engine is provided according to a further advantageous embodiment with an exhaust gas turbocharger, comprising a compressor in the intake tract and an exhaust gas turbine in the exhaust system.
  • the exhaust gas turbine may be provided with a variable turbine geometry for variable adjustment of the effective turbine inlet cross section, wherein the turbine inlet cross section is adjusted between a maximum open opening position and a reduced stagnation position.
  • the turbine geometry is transferred to the stowed position, whereby in the exhaust line between the cylinder outlet and the exhaust gas turbine, an increased exhaust back pressure is generated, which counteracts the Ausschubarbeit the piston in the cylinders.
  • the positioning of the variable turbine geometry is an additional factor influencing the regulation of engine braking performance.
  • a bypass bypassing the exhaust gas turbine can be provided, into which an adjustable bypass valve is integrated.
  • the bypass valve When the bypass valve is open, the exhaust backpressure is reduced while bypassing the exhaust gas turbine.
  • the setting of the bypass valve is another degree of freedom for the regulation of the engine braking performance, also hereby an overload protection in the exhaust gas turbine is realized.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a
  • FIG. 2 is a phase diagram with the inlet Opens and
  • Intake-closing timing for the intake valve during execution of the two-cycle engine braking process including a schematic representation of the history of the lift curve of the exhaust valve
  • Fig. 3 is a graph showing the lift curves of the intake and exhaust valves as a function of crank angle, respectively, for the fired drive mode (dashed line) and the two-cycle engine brake mode (solid line).
  • Internal combustion engine such as a diesel engine or a gasoline engine is shown enlarged one of the cylinder 1, the combustion chamber 9 is connected via an inlet valve 5 to the inlet channel 4 and an exhaust valve 7 to the exhaust manifold 6.
  • the intake passage 4 is part of the intake tract 20 of the internal combustion engine, and the exhaust manifold 6 is connected to the exhaust gas passage 16.
  • Combustion air is introduced into the combustion chamber of the cylinder 1 via the inlet channel 4 when the inlet valve 5 is open.
  • the residual gas in the combustion chamber is discharged via the exhaust manifold 6 when the outlet valve 7 is open.
  • the control of the valves 5 and 7 via a camshaft 23, are arranged on the cam 24 and 25.
  • the cam 24 is the intake valve 5, the cam 25 associated with the exhaust valve 7.
  • each of the cams 24 and 25 is constructed in two parts, wherein one cam portion of each cam 24 and 25 of the fired drive mode and the adjacent cam portion on each Cam is assigned to the engine braking operation.
  • the cam portions are axially adjacent to each other and are connected to each other via a continuous transition. The transfer between the adjacent cam sections is effected by an axial adjustment of the camshaft 23, which is accomplished by means of an actuator 22.
  • the internal combustion engine 2 is also provided with an exhaust gas turbocharger 2, which comprises an exhaust gas turbine 3 in the exhaust gas line 16 and a compressor 11 in the intake tract 20.
  • the turbine wheel in the exhaust gas turbine 10 and the compressor wheel in the compressor 11 are rotatably coupled via a shaft 12.
  • the compressor 11 is supplied with combustion air from the environment via the compressor inlet 19, which combustion air is compressed by the compressor wheel to an increased pressure.
  • This compressed air exits the compressor 11 via the compressor outlet 21 and is conducted via the intake tract duct 20 into the inlet duct 4, possibly after flowing through an intercooler.
  • the gas which was discharged from the combustion chamber 9, flows via the exhaust gas line 16 and the turbine inlet 17 into the exhaust gas turbine 10, in which the turbine wheel is driven.
  • the expanded gas is discharged via the turbine outlet 18 from the turbine.
  • the exhaust gas turbine 10 is equipped with a variable turbine geometry 13, via which the effective
  • Turbine inlet cross section to the turbine between a minimum storage position and a maximum opening position is to adjust.
  • the variable turbine geometry is advantageously designed as a retractable in the turbine inlet duct brake grille.
  • a guide grid with adjustable guide vanes comes into consideration.
  • Further possible structural designs are asymmetric turbines with a smaller and a larger exhaust gas flow for the double-flow of the turbine wheel, wherein the gas supply into each exhaust gas flow is separate and controllable and the turbine inlet cross section at least one of the two exhaust gas flows to the turbine by means of variable turbine geometry is set.
  • a turbobardening factor TBF is defined for dimensioning of the exhaust gas turbocharger, which according to the relationship
  • TBF A ⁇ , h * D x / V H
  • the turbobar factor TBF is at a value less than 0.002 (2 ° / oo), where the value may be less than 0.5 ° / oo.
  • the turbobar factor is in a size range less than 0.0075 (7.5 ° / oo) / preferably in a range smaller than 0.005 (5
  • the ⁇ bgasturbine 10 is bridged by a bypass 26, which branches off upstream of the ⁇ bgasturbine 10 of the exhaust pipe 16 and opens again downstream of the ⁇ bgasturbine in the exhaust pipe.
  • a bypass 26 is an adjustable bypass valve which is to be adjusted continuously between a locking position and an open position via an actuator 14.
  • the actuators and actuators in the internal combustion engine or the engines associated with the units are controlled via control signals of a control and control unit 15 as a function of various state and operating variables.
  • state and operating variables include, inter alia, the engine speed n, the boost pressure p L in the intake passage 4 and the turbine inlet pressure p E at the turbine inlet 17 as engine parameters.
  • Further influencing variables are the brake power demand P Br / of the mechanical wheel brake P B r, R generated by the driver and optionally the handbrake P B ⁇ , H is supplied.
  • the driving speed v and possibly a danger signal GS which denotes a dangerous situation, are the operating state characterizing variables that are processed in the control and control unit 15.
  • a safety check of the charge exchange valves can be carried out, an error signal F being displayed in the event of an error.
  • the fired drive mode is performed in four-stroke, whereas the engine braking operation takes place in the two-stroke process.
  • the intake valve 5 will advance in the expansion stroke of the cylinder 1 Reaching the bottom dead center opened, whereupon the combustion air from the intake tract 20 via the inlet channel 4 can flow into the combustion chamber 9.
  • the inlet valve 5 is closed again, in the immediately following compression stroke, the combustion air is compressed and discharged via the outlet valve located in the opening position 7 via the exhaust manifold 6 into the exhaust pipe 16.
  • the lift curves for the intake valve 5 and the exhaust valve 7 over a crank angle range of 360 ° are shown.
  • the lift curve of the intake valve is denoted by EV
  • the lift curve of the exhaust valve by AV.
  • the arrow direction D indicates the direction of rotation.
  • the phase diagram represents the two-stroke engine braking operation, according to which during the expansion stroke of the cylinder, the intake valve is opened shortly before reaching the bottom dead center UT to the inlet-opening time E ⁇ . Due to the low combustion chamber pressure in this phase, the inlet valve can be opened without counterforce, in addition, the pressurized combustion air flows into the combustion chamber due to the pressure gradient. After exceeding the bottom dead center UT, the inlet valve is closed again at the inlet closing time ES.
  • the time E ⁇ and ES are exemplary in a crank angle range of 30 ° before or after the bottom dead center UT.
  • crank angle range between top dead center OT and bottom dead center UT denotes the expansion stroke
  • the subsequent crank angle range between bottom dead center UT and top dead center TDC represents the compression stroke.
  • Opening position with a stroke ⁇ h A v constant. Since the position of the exhaust valve during the entire engine braking operation does not change, no adjustment effort for the adjustment of the exhaust valve is required. Compared to embodiments in which the exhaust valve must be opened shortly before reaching the top dead center OT against the high combustion chamber internal pressure, this represents a simplification and an energy saving. The resulting through the open exhaust valve pressure losses during the expansion stroke and the compression stroke can by a small stroke of the Exhaust valve to be kept within reasonable limits.
  • valve lift curves ⁇ h are plotted as a function of the crank angle KW. Illustrated are the lift curves EV for the intake valve and AV for the exhaust valve, respectively registered for the fired drive mode in four-stroke (dashed lines) and for the two-stroke engine brake operation (solid line for the intake valve EV and with solid lines limited Hubband for the exhaust valve AV) ,
  • the exhaust valve In the four-stroke drive mode, the exhaust valve is opened just before the bottom dead center UT, maintaining the open position until reaching the top dead center OT.
  • the inlet valve is opened with a slight overlap to the exhaust valve in the region of top dead center, wherein the opening phase to the subsequent bottom dead center UT stops.
  • the exhaust valve according to the elevation curve AV is permanently in the opened state.
  • Entered in Fig. 3 is a band area for the elevation curve AV of the exhaust valve, wherein the opening position of the exhaust valve moves appropriately within this registered bandwidth. It is possible to maintain the exhaust valve at a constant, fixed value either during the entire engine braking process, or to vary the lift curve of the exhaust valve within the shown bandwidth moving to a low opening level.
  • the inlet valve is opened in accordance with the registered lift curve EV shortly before reaching the bottom dead center and closed again shortly after exceeding the bottom dead center UT.
  • the maximum opening stroke of the intake valve lift curve is significantly below the maximum lift of the intake valve in the fired drive mode. The same applies to the exhaust valve, which has an even smaller opening stroke in engine braking operation than the intake valve.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine for operation alternately in spark-ignited four-stroke power cycle operation and with two-stroke engine braking operation, provided with a cam adjuster (23) for adjusting the cam profiles of both inlet valve (5) and outlet valve (7). On transition from power cycle operation to engine braking operation the cam adjuster device (23) actuates the exhaust valve (7) such that during the entire engine operating cycle, both in the expansion phase and the compression phase said valve is in a permanently open position.

Description

DaimlerChrysler AGDaimlerChrysler AG
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, die wechselweise in der befeuerten Viertakt-Antriebsweise und im Zweitakt-Motorbremsbetrieb zu betreiben ist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an internal combustion engine which is to be operated alternately in the fired four-stroke mode of operation and in the two-stroke engine braking mode, according to the preamble of claim 1.
Ein Zweitakt-Motorbremsverfahren wird in der DE 10 2004 006 681 Al beschrieben, gemäß dem im Motorbremsbetrieb während des Expansionstaktes der Zylinder kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes das Einlassventil geöffnet wird, woraufhin Verbrennungsluft über den Ansaugtrakt in den Zylinder einströmen kann, und nach dem Überschreiten des Totpunktes wieder geschlossen wird. Im direkt darauf folgenden Kompressionstakt wird kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes das Auslassventil geöffnet, woraufhin die komprimierte Verbrennungsluft aus dem Zylinder über das geöffnete Auslassventil in den Abgasstrang abströmt. Kurz nach Überschreiten des oberen Totpunktes wird das Auslassventil wieder geschlossen, der Zyklus beginnt dann von neuem.A two-stroke engine braking method is described in DE 10 2004 006 681 A1, according to which the intake valve is opened in engine braking operation during the expansion stroke of the cylinder shortly before bottom dead center, after which combustion air can flow into the cylinder via the intake tract, and after exceeding the deadlock is closed again. In the immediately following compression stroke, the exhaust valve is opened shortly before reaching top dead center, whereupon the compressed combustion air flows out of the cylinder via the open exhaust valve into the exhaust gas line. Shortly after the top dead center is exceeded, the exhaust valve is closed again, the cycle then starts again.
Die Brennkraftmaschine aus der DE 10 2004 006 681 Al ist mit einem Abgasturbolader versehen, der einen Verdichter im Ansaugtrakt und eine Abgasturbine im Abgasstrang umfasst . Die Abgasturbine ist mit variabler Turbinengeometrie ausgestattet, die eine veränderliche Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes erlaubt. In einer den freien Durchtritt in der Turbine reduzierenden Stauposition stellt sich ein erhöhter Abgasgegendruck im Leitungsabschnitt zwischen den Zylinderauslässen und der Abgasturbine ein, wodurch die Kolben in den Zylindern erhöhte Ausschubarbeit leisten müssen. Hierdurch kann die Motorbremsleistung erheblich gesteigert werden.The internal combustion engine from DE 10 2004 006 681 A1 is provided with an exhaust gas turbocharger, which comprises a compressor in the intake tract and an exhaust gas turbine in the exhaust gas system. The exhaust gas turbine is equipped with variable turbine geometry, which provides a variable adjustment of the effective turbine inlet cross section allowed. In a congestion position which reduces the free passage in the turbine, an increased exhaust back pressure in the line section between the cylinder outlets and the exhaust gas turbine arises, whereby the pistons in the cylinders have to perform increased discharge work. As a result, the engine braking power can be increased considerably.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der mit geringem konstruktivem Aufwand hohe Bremsleistungen realisiert werden können .The invention has for its object to provide an internal combustion engine in which high braking performance can be realized with little design effort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst . Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Bei der neuartigen Brennkraftmaschine, die im befeuerten Betrieb im Viertakt und im Motorbremsbetrieb im Zweitakt gefahren wird, ist eine Hubkurvenverstelleinrichtung für die Verstellung der Hubkurven sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils vorgesehen. In einer vorteilhaften Ausführung wird in einer gemeinsamen Stellbewegung die Hubkurve sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils zur Überführung zwischen der Viertakt- Antriebsbetriebsweise und dem Zweitakt-Motorbremsbetrieb verstellt. Gemäß einer alternativen Ausführung ist es allerdings auch möglich, in der Hubkurvenverstelleinrichtung separate Stelleinheiten vorzusehen, die jeweils das Einlassventil bzw. das Auslassventil beaufschlagen.In the novel internal combustion engine, which is operated in fired operation in four-stroke and engine braking in two-stroke, a Hubkurvenverstelleinrichtung is provided for the adjustment of the lift curves of both the intake valve and the exhaust valve. In an advantageous embodiment, the lift curve of both the intake valve and the exhaust valve for the transfer between the four-stroke drive mode and the two-stroke engine braking operation is adjusted in a common adjusting movement. According to an alternative embodiment, however, it is also possible to provide in the Hubkurvenverstelleinrichtung separate actuators, which act respectively on the inlet valve and the outlet valve.
Des weiteren ist vorgesehen, dass durch eine entsprechende Beaufschlagung über die Hubkurvenverstelleinrichtung das Auslassventil in der Weise beeinflusst wird, das dieses während des gesamten Motorbremsbetriebes, also sowohl im Expansionstakt als auch im Kompressionstakt, in einer permanent geöffneten Stellung steht. Im Zweitakt - Motorbremsbetrieb wird während des Expansionstaktes der Zylinder das Einlassventil vor dem Erreichen des unteren Totpunktes geöffnet, so dass die Verbrennungsluft aus dem Ansaugtakt in den Brennraum in den Zylindern einströmen kann. Nach dem Überschreiten des unteren Totpunktes wird das Einlassventil geschlossen und in der nachfolgenden Hubbewegung des Kolbens in Richtung oberer Totpunkt wird der Brennrauminhalt komprimiert. Mit zunehmender Kompression wird über das permanent geöffnete Auslassventil die Verbrennungsluft aus dem Brennraum in den Abgasstrang abgeblasen. Der Stellaufwand wird hierdurch erheblich reduziert. Besonders vorteilhaft ist, das keine Stellbewegung des Auslassventils gegen die sehr hohen Zylinderinnendrücke ausgeführt werden muss, wodurch im Vergleich zu Ausführungen aus dem Stand der Technik eine erhebliche Energieeinsparung erreicht wird. Außerdem kann die Stelleinheit in der Hubkurvenverstelleinrichtung entsprechend kleiner dimensioniert werden.Furthermore, it is provided that the exhaust valve is influenced in the manner that this by appropriate action on the Hubkurvenverstelleinrichtung is in a permanently open position during the entire engine braking operation, ie both in the expansion stroke and in the compression stroke. In two-stroke engine braking operation, during the expansion stroke of the cylinder, the intake valve is opened before reaching the bottom dead center so that the combustion air from the intake stroke can flow into the combustion chamber in the cylinders. After exceeding the bottom dead center, the inlet valve is closed and in the subsequent stroke of the piston in the direction of top dead center of the combustion chamber contents is compressed. With increasing compression, the combustion air is blown out of the combustion chamber into the exhaust system via the permanently open exhaust valve. The control effort is thereby significantly reduced. It is particularly advantageous that no adjusting movement of the outlet valve against the very high internal cylinder pressures must be carried out, whereby a significant energy saving is achieved compared to prior art embodiments. In addition, the actuator can be dimensioned correspondingly smaller in the Hubkurvenverstelleinrichtung.
Die Brennkraftmaschine kommt grundsätzlich ohne zusätzliches Bremsventil aus. Die Abblasung erfolgt ausschließlich über das geöffnete Auslassventil, das im Zweitakt- Motorbremsbetrieb zusätzlich die Funktion eines Bremsventiles ausführt. Da die Bewegung des Auslassventils minimiert ist, genügen geringe Stellkräfte für die Beaufschlagung des Auslassventils beim Übergang von der befeuerten Antriebsbetriebsweise in den Motorbremsbetrieb und umgekehrt. Während des Motorbremsbetriebes werden keine oder nur geringe Stellkräfte für die Bewegung des Auslassventils benötigt. Die Bewegung des Einlassventils ist ebenfalls mit nur geringen Stellkräften möglich, da die Öffnung des Einlassventils kurz vor dem unteren Totpunkt in einer Phase ohne Brennraum- Überdruck erfolgt .The internal combustion engine basically works without an additional brake valve. The blow-off is carried out exclusively via the open exhaust valve, which also performs the function of a brake valve in two-stroke engine braking operation. Since the movement of the exhaust valve is minimized, low actuating forces for the admission of the exhaust valve in the transition from the fired drive mode in the engine braking operation and vice versa are sufficient. During engine braking operation, no or only small actuating forces are required for the movement of the exhaust valve. The movement of the intake valve is also possible with only small actuating forces, since the opening of the intake valve is short before the bottom dead center in a phase without combustion chamber overpressure takes place.
Die Hubkurve des Auslassventils bleibt während der Durchführung des Motorbremsbetriebes in einer ersten vorteilhaften Ausführung völlig konstant, das Auslassventil wird in einer konstanten Öffnungsposition ohne Änderung der Hubkurve gehalten. In dieser Variante sind keine Stellkräfte während des Motorbremsbetriebes für das Auslassventil erforderlich.The lift curve of the exhaust valve remains completely constant during the execution of the engine braking operation in a first advantageous embodiment, the exhaust valve is kept in a constant opening position without changing the lift curve. In this variant, no restoring forces during engine braking operation for the exhaust valve are required.
In einer zweiten, vorteilhaften Variante wird das Auslassventil zwar während des gesamten Motorbremsbetriebes in Öffnungsstellung gehalten, es wird jedoch die Hubkurve zwischen einer minimalen und einer maximalen Öffnungsposition variiert. Zur Minimierung des Stellaufwandes liegt die Hubänderung des Auslassventiles zweckmäßig innerhalb enger Grenzen. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass während der Expansionsphase bei geöffnetem Einlassventil eine höhere Füllung des Brennraumes möglich ist und während des Kompressionstaktes ein höherer Brennrauminnendruck aufgebaut werden kann.In a second advantageous variant, although the exhaust valve is held in the open position during the entire engine braking operation, but the lift curve is varied between a minimum and a maximum open position. To minimize the adjustment effort, the stroke change of the exhaust valve is expediently within narrow limits. The advantage of this design is that a higher filling of the combustion chamber is possible during the expansion phase when the inlet valve is open and a higher internal combustion chamber pressure can be built up during the compression stroke.
Zweckmäßig kann über die Hubkurvenverstelleinrichtung während des Wechsels von der Viertakt-Antriebsbetriebsweise zum Zweitakt-Motorbremsbetrieb und umgekehrt ein stetiger Übergang in den Hubkurven sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils eingestellt werden. Mit dem stetigen Übergang werden zum einen Sprünge in den Hubkurven vermieden, zum andern stellen die Übergangsbereiche in der Hubkurvenverstelleinrichtung zusätzlicheConveniently, a steady transition in the lift curves of both the intake valve and the exhaust valve can be adjusted via the Hubkurvenverstelleinrichtung during the change from the four-stroke drive mode for two-stroke engine braking operation and vice versa. With the steady transition to a jumps in the lifting curves are avoided, on the other hand, the transition areas in the Hubkurvenverstelleinrichtung additional
Einstellmöglichkeiten für die Beeinflussung der Hubkurven dar. Die Hubkurvenverstelleinrichtung umfasst gemäß einer zweckmäßigen Ausführung eine verstellbare, auf die Ventile wirkende Nockenwelle, wobei pro Ventil jeweils Nocken für die Nockenkurven der Antriebsbetriebsweise und des Motorbremsbetriebs vorgesehen sind. Diese Nocken für jedes Ventil besitzen demzufolge zwei Abschnitte, die jeweils der angetriebenen Betriebsweise und dem Bremsbetrieb zugeordnet sind. Die Abschnitte weisen zweckmäßig einen stetigen Übergang auf. Des weiteren kann es vorteilhaft sein, die Nocken für die Einlassventile und die Nocken für die Auslassventile auf einer gemeinsamen Nockenwelle anzuordnen, so dass mit nur einer, auf die Nockenwelle wirkenden Stellbewegung der Übergang zwischen angetriebener Betriebsweise und Motorbremsbetrieb vollzogen wird. Diese Stellbewegung kann im Falle einer Nockenwelle als reine Axialbewegung ausgeführt sein.Setting options for influencing the lift curves. The Hubkurvenverstelleinrichtung comprises according to an expedient embodiment of an adjustable, acting on the valves camshaft, wherein each cam for the cam curves of the drive mode and the engine braking operation are provided per valve. These cams for each valve thus have two sections associated respectively with the driven mode and the braking mode. The sections expediently have a steady transition. Furthermore, it may be advantageous to arrange the cams for the intake valves and the cams for the exhaust valves on a common camshaft, so that with only one acting on the camshaft adjusting movement, the transition between powered operation and engine braking operation is completed. This adjusting movement can be carried out in the case of a camshaft as a pure axial movement.
Gemäß einer alternativen Ausführung können die Nocken für die Einlassventile und die Nocken für die Auslassventile auch auf unterschiedlichen Nockenwellen angeordnet sein. Auch in dieser Konfiguration können beide Nocken von einem gemeinsamen Stellglied beaufschlagt werden, welches die Nockenwellen zur Überführung zwischen angetriebener Betriebsweise und Motorbremsbetrieb axial verstellt.According to an alternative embodiment, the cams for the intake valves and the cams for the exhaust valves may also be arranged on different camshafts. Also in this configuration, both cams can be acted upon by a common actuator, which adjusts the camshafts for transferring between driven operation and engine braking operation axially.
Die Beeinflussung der Ventil-Hubkurven über eine Nockenwelle stellt eine vorteilhafte mechanische Ausführung dar. Alternativ können aber auch weitere Hubkurvenverstelleinrichtungen zum Einsatz kommen, beispielsweise hydraulische oder elektromagnetische Stelleinrichtungen .The influencing of the valve lift curves via a camshaft represents an advantageous mechanical design. Alternatively, however, other Hubkurvenverstelleinrichtungen be used, for example, hydraulic or electromagnetic control devices.
Die Brennkraftmaschine wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit einem Abgasturbolader versehen, der einen Verdichter im Ansaugtrakt und eine Abgasturbine im Abgasstrang umfasst. Die Abgasturbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes versehen sein, wobei der Turbineneintrittsquerschnitt zwischen einer maximal geöffneten Öffnungsposition und einer reduzierten Stauposition verstellt wird. Zur Steigerung der Motorbremsleistung wird die Turbinengeometrie in die Stauposition überführt, wodurch im Abgasstrang zwischen Zylinderauslass und Abgasturbine ein erhöhter Abgasgegendruck erzeugt wird, der der Ausschubarbeit der Kolben in den Zylindern entgegenwirkt. Die Positionierung der variablen Turbinengeometrie stellt eine zusätzliche Einflussgröße für die Regulierung der Motorbremsleistung dar.The internal combustion engine is provided according to a further advantageous embodiment with an exhaust gas turbocharger, comprising a compressor in the intake tract and an exhaust gas turbine in the exhaust system. The exhaust gas turbine may be provided with a variable turbine geometry for variable adjustment of the effective turbine inlet cross section, wherein the turbine inlet cross section is adjusted between a maximum open opening position and a reduced stagnation position. To increase the engine braking power, the turbine geometry is transferred to the stowed position, whereby in the exhaust line between the cylinder outlet and the exhaust gas turbine, an increased exhaust back pressure is generated, which counteracts the Ausschubarbeit the piston in the cylinders. The positioning of the variable turbine geometry is an additional factor influencing the regulation of engine braking performance.
Darüber hinaus kann ein die Abgasturbine überbrückender Bypass vorgesehen sein, in den ein einstellbares Bypassventil integriert ist. Bei geöffnetem Bypassventil wird der Abgasgegendruck unter Umgehung der Abgasturbine abgebaut . Die Einstellung des Bypassventils stellt einen weiteren Freiheitsgrad für die Regulierung der Motorbremsleistung dar, außerdem wird hiermit ein Überlastschutz in der Abgasturbine realisiert .In addition, a bypass bypassing the exhaust gas turbine can be provided, into which an adjustable bypass valve is integrated. When the bypass valve is open, the exhaust backpressure is reduced while bypassing the exhaust gas turbine. The setting of the bypass valve is another degree of freedom for the regulation of the engine braking performance, also hereby an overload protection in the exhaust gas turbine is realized.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einerFig. 1 is a schematic representation of a
Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, mit einem der Zylinder der Brennkraftmaschine in vergrößerter Ansicht einschließlich der zugeordneten Einlass- und Auslassventile und einer die Hubkurve der Ventile beeinflussenden Nockenwelle, Fig. 2 eine Phasendiagramm mit den Einlass-Öffnet undInternal combustion engine with exhaust gas turbocharger, with one of the cylinders of the internal combustion engine in enlarged view including the associated intake and exhaust valves and a camshaft influencing the lift curve of the valves, Fig. 2 is a phase diagram with the inlet Opens and
Einlass-Schließt-Zeitpunkten für das Einlassventil während der Durchführung des Zweitakt - Motorbremsverfahrens einschließlich einer schematischen Darstellung des Verlaufs der Hubkurve des Auslassventils,Intake-closing timing for the intake valve during execution of the two-cycle engine braking process including a schematic representation of the history of the lift curve of the exhaust valve,
Fig. 3 ein Diagramm mit den Hubkurven des Einlass- und Auslassventils als Funktion des Kurbelwinkels, jeweils dargestellt für die befeuerte Antriebsbetriebsweise (gestrichelte Linie) und den Zweitakt-Motorbremsbetrieb (durchgezogene Linie) .Fig. 3 is a graph showing the lift curves of the intake and exhaust valves as a function of crank angle, respectively, for the fired drive mode (dashed line) and the two-cycle engine brake mode (solid line).
Von der in Fig. 1 schematisch dargestelltenFrom that shown in Fig. 1 schematically
Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Dieselmotor oder ein Ottomotor, ist vergrößert einer der Zylinder 1 dargestellt, dessen Brennraum 9 über ein Einlassventil 5 mit dem Einlasskanal 4 und über ein Auslassventil 7 mit dem Abgaskrümmer 6 verbunden ist. Der Einlasskanal 4 ist Bestandteil des Ansaugtraktes 20 der Brennkraftmaschine, der Abgaskrümmer 6 ist mit der Abgasleitung 16 verbunden. Über den Einlasskanal 4 wird bei geöffnetem Einlassventil 5 Verbrennungsluft in den Brennraum des Zylinders 1 eingeführt, über den Abgaskrümmer 6 wird bei geöffnetem Auslassventil 7 das im Brennraum befindliche Restgas abgeleitet. Die Steuerung der Ventile 5 und 7 erfolgt über eine Nockenwelle 23, auf der Nocken 24 und 25 angeordnet sind. Der Nocken 24 ist dem Einlassventil 5, der Nocken 25 dem Auslassventil 7 zugeordnet. Die Nockenkontur wird mittels geeigneter Übertragungsglieder auf die Ventile 5, 7 übertragen und bestimmt die Hubkurve der Ventile. Beim Umlauf um die Nockenwellenlängsachse wird die Kontur jedes Nockens abgetastet und übertragen. Um unterschiedliche Hubkurven für das Einlassventil 5 und das Auslassventil 7 für die befeuerte Antriebsbetriebsweise und den Motorbremsbetrieb realisieren zu können, ist jeder der Nocken 24 und 25 zweiteilig aufgebaut, wobei ein Nockenabschnitt jedes Nockens 24 bzw. 25 der befeuerten Antriebsbetriebsweise und der benachbarte Nockenabschnitt auf jedem Nocken dem Motorbremsbetrieb zugeordnet ist. Die Nockenabschnitte liegen axial unmittelbar benachbart zueinander und sind über einen stetigen Übergang miteinander verbunden. Die Überführung zwischen den benachbarten Nockenabschnitten erfolgt durch eine Axialverstellung der Nockenwelle 23, was mittels eines Aktuators 22 bewerkstelligt wird.Internal combustion engine, such as a diesel engine or a gasoline engine is shown enlarged one of the cylinder 1, the combustion chamber 9 is connected via an inlet valve 5 to the inlet channel 4 and an exhaust valve 7 to the exhaust manifold 6. The intake passage 4 is part of the intake tract 20 of the internal combustion engine, and the exhaust manifold 6 is connected to the exhaust gas passage 16. Combustion air is introduced into the combustion chamber of the cylinder 1 via the inlet channel 4 when the inlet valve 5 is open. The residual gas in the combustion chamber is discharged via the exhaust manifold 6 when the outlet valve 7 is open. The control of the valves 5 and 7 via a camshaft 23, are arranged on the cam 24 and 25. The cam 24 is the intake valve 5, the cam 25 associated with the exhaust valve 7. The cam contour is transmitted by means of suitable transmission elements on the valves 5, 7 and determines the lift curve of the valves. When circulating around the camshaft longitudinal axis, the contour of each cam is scanned and transmitted. In order to realize different lift curves for the intake valve 5 and the exhaust valve 7 for the fired drive mode and the engine braking operation, each of the cams 24 and 25 is constructed in two parts, wherein one cam portion of each cam 24 and 25 of the fired drive mode and the adjacent cam portion on each Cam is assigned to the engine braking operation. The cam portions are axially adjacent to each other and are connected to each other via a continuous transition. The transfer between the adjacent cam sections is effected by an axial adjustment of the camshaft 23, which is accomplished by means of an actuator 22.
Die Brennkraftmaschine 2 ist außerdem mit einem Abgasturbolader 2 versehen, der eine Abgasturbine 3 in der Abgasleitung 16 und einen Verdichter 11 im Ansaugtrakt 20 umfasst. Das Turbinenrad in der Abgasturbine 10 und das Verdichterrad in dem Verdichter 11 sind über eine Welle 12 drehfest gekoppelt . Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird dem Verdichter 11 über den Verdichtereintritt 19 Verbrennungsluft aus der Umgebung zugeführt, die vom Verdichterrad auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Diese verdichtete Luft tritt über den Verdichteraustritt 21 aus dem Verdichter 11 aus und wird über die Ansaugtraktleitung 20 in den Einlasskanal 4 - gegebenenfalls nach dem Durchströmen eines Ladeluftkühlers - geleitet. Auf der Abgasseite strömt das Gas, welches aus dem Brennraum 9 abgeführt wurde, über die Abgasleitung 16 und den Turbineneintritt 17 in die Abgasturbine 10, in welcher das Turbinenrad angetrieben wird. Das entspannte Gas wird über den Turbinenaustritt 18 aus der Turbine abgeleitet. Die Abgasturbine 10 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 13 ausgestattet, über die der wirksameThe internal combustion engine 2 is also provided with an exhaust gas turbocharger 2, which comprises an exhaust gas turbine 3 in the exhaust gas line 16 and a compressor 11 in the intake tract 20. The turbine wheel in the exhaust gas turbine 10 and the compressor wheel in the compressor 11 are rotatably coupled via a shaft 12. During operation of the internal combustion engine, the compressor 11 is supplied with combustion air from the environment via the compressor inlet 19, which combustion air is compressed by the compressor wheel to an increased pressure. This compressed air exits the compressor 11 via the compressor outlet 21 and is conducted via the intake tract duct 20 into the inlet duct 4, possibly after flowing through an intercooler. On the exhaust side, the gas, which was discharged from the combustion chamber 9, flows via the exhaust gas line 16 and the turbine inlet 17 into the exhaust gas turbine 10, in which the turbine wheel is driven. The expanded gas is discharged via the turbine outlet 18 from the turbine. The exhaust gas turbine 10 is equipped with a variable turbine geometry 13, via which the effective
Turbineneintrittsquerschnitt zum Turbinenrad zwischen einer minimalen Stauposition und einer maximalen Öffnungsposition zu verstellen ist. Die variable Turbinengeometrie ist vorteilhaft als in den Turbineneintrittskanal einschiebbares Bremsgitter ausgeführt. Alternativ kommt auch ein Leitgitter mit verstellbaren Leitschaufeln in Betracht. Weitere mögliche konstruktive Ausführungen sind asymmetrische Turbinen mit einer kleineren und einer größeren Abgasflut zur zweiflutigen Anströmung des Turbinenrades, wobei die Gaszuführung in jede Abgasflut separat und steuerbar erfolgt und der Turbineneintrittsquerschnitt zumindest einer der beiden Abgasfluten zum Turbinenrad mittels variabler Turbinengeometrie einzustellen ist.Turbine inlet cross section to the turbine between a minimum storage position and a maximum opening position is to adjust. The variable turbine geometry is advantageously designed as a retractable in the turbine inlet duct brake grille. Alternatively, a guide grid with adjustable guide vanes comes into consideration. Further possible structural designs are asymmetric turbines with a smaller and a larger exhaust gas flow for the double-flow of the turbine wheel, wherein the gas supply into each exhaust gas flow is separate and controllable and the turbine inlet cross section at least one of the two exhaust gas flows to the turbine by means of variable turbine geometry is set.
Um die Turbinengröße optimal auf die einzusetzende Brennkraftmaschine anzupassen und hohe Motorbremsleistungen bei relativ niedrigen thermischen Belastungen zu ermöglichen, wird zur Dimensionierung des Abgasturboladers ein Turbobremsfaktor TBF definiert, der gemäß der BeziehungIn order to adapt the turbine size optimally to the internal combustion engine to be used and to allow high engine braking performance at relatively low thermal loads, a turbobardening factor TBF is defined for dimensioning of the exhaust gas turbocharger, which according to the relationship
TBF = Aτ,h * Dx/VH TBF = A τ , h * D x / V H
aus dem freien Strömungsquerschnitt Aτ,h im Abgasweg zur Turbine bei maximaler Bremsleistung, dem Eintrittsdurchmesser Dτ des Turbinenrades und dem Hubvolumen VH der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Für kleine Abgasturbolader, beispielsweise Abgasturbolader in Personenkraftwagen, liegt der Turbobremsfaktor TBF bei einem Wert kleiner als 0.002 (2 °/oo) , wobei der Wert gegebenenfalls kleiner als 0.5 °/oo sein kann. Für größere Motoren, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, liegt der Turbobremsfaktor in einem Größenbereich kleiner als 0.0075 (7.5 °/oo) / bevorzugt in einem Bereich kleiner als 0.005 (5from the free flow cross section A τ , h in the exhaust path to the turbine at maximum braking power, the inlet diameter D τ of the turbine wheel and the displacement V H of the internal combustion engine is determined. For small exhaust gas turbochargers, for example, exhaust gas turbocharger in passenger cars, the turbobar factor TBF is at a value less than 0.002 (2 ° / oo), where the value may be less than 0.5 ° / oo. For larger engines, especially for heavy commercial vehicles, the turbobar factor is in a size range less than 0.0075 (7.5 ° / oo) / preferably in a range smaller than 0.005 (5
Die Äbgasturbine 10 wird von einem Bypass 26 überbrückt, der stromauf der Äbgasturbine 10 von der Abgasleitung 16 abzweigt und stromab der Äbgasturbine wieder in die Abgasleitung einmündet. Im Bypass 26 befindet sich ein einstellbares Bypassventil, das stufenlos zwischen einer Sperrposition und einer Öffnungsposition über einen Aktuator 14 zu verstellen ist.The Äbgasturbine 10 is bridged by a bypass 26, which branches off upstream of the Äbgasturbine 10 of the exhaust pipe 16 and opens again downstream of the Äbgasturbine in the exhaust pipe. In the bypass 26 is an adjustable bypass valve which is to be adjusted continuously between a locking position and an open position via an actuator 14.
Die Stellglieder und Aktuatoren in der Brennkraftmaschine bzw. den der Brennkraftmaschine zugeordneten Aggregaten werden über Stellsignale einer Regel- und Steuereinheit 15 als Funktion diverser Zustands- und Betriebsgrößen gesteuert. Diese Zustands- und Betriebsgrößen umfassen unter anderem als Motorparameter die Motordrehzahl n, den Ladedruck pL im Einlasskanal 4 und den Turbineneintrittsdruck pE am Turbineneintritt 17. Weitere Einflussgrößen sind die vom Fahrer erzeugte Bremsleistungsanforderung PBr/ die der mechanischen Radbremse PBr,R sowie gegebenenfalls der Handbremse P,H zugeführt wird. Auch die Fahrgeschwindigkeit v und gegebenenfalls ein Gefahrensignal GS, welches eine Gefahrensituation bezeichnet, sind den Betriebszustand kennzeichnende Größen, die in der Regel- und Steuereinheit 15 verarbeitet werden. Weiterhin kann in einem Block S eine Sicherheitsüberprüfung der Ladungswechselventile durchgeführt werden, wobei im Fehlerfall ein Fehlersignal F zur Anzeige gebracht wird.The actuators and actuators in the internal combustion engine or the engines associated with the units are controlled via control signals of a control and control unit 15 as a function of various state and operating variables. These state and operating variables include, inter alia, the engine speed n, the boost pressure p L in the intake passage 4 and the turbine inlet pressure p E at the turbine inlet 17 as engine parameters. Further influencing variables are the brake power demand P Br / of the mechanical wheel brake P B r, R generated by the driver and optionally the handbrake P , H is supplied. Also, the driving speed v and possibly a danger signal GS, which denotes a dangerous situation, are the operating state characterizing variables that are processed in the control and control unit 15. Furthermore, in a block S, a safety check of the charge exchange valves can be carried out, an error signal F being displayed in the event of an error.
Die befeuerte Antriebsbetriebsweise wird im Viertakt durchgeführt, wohingegen der Motorbremsbetrieb im Zweitaktverfahren erfolgt. Im Motorbremsbetrieb wird im Expansionstakt des Zylinders 1 das Einlassventil 5 vor Erreichen des unteren Totpunktes geöffnet, woraufhin die Verbrennungsluft aus dem Ansaugtrakt 20 über den Einlasskanal 4 in den Brennraum 9 einströmen kann. Nach dem Überschreiten des unteren Totpunktes wird das Einlassventil 5 wieder geschlossen, in dem sich unmittelbar anschließenden Kompressionstakt wird die Verbrennungsluft komprimiert und über das in Öffnungsstellung befindliche Auslassventil 7 über den Abgaskrümmer 6 in die Abgasleitung 16 abgeleitet.The fired drive mode is performed in four-stroke, whereas the engine braking operation takes place in the two-stroke process. In engine braking operation, the intake valve 5 will advance in the expansion stroke of the cylinder 1 Reaching the bottom dead center opened, whereupon the combustion air from the intake tract 20 via the inlet channel 4 can flow into the combustion chamber 9. After exceeding the bottom dead center, the inlet valve 5 is closed again, in the immediately following compression stroke, the combustion air is compressed and discharged via the outlet valve located in the opening position 7 via the exhaust manifold 6 into the exhaust pipe 16.
In dem Phasendiagramm nach Fig. 2 sind die Hubkurven für das Einlassventil 5 und das Auslassventil 7 über einen Kurbelwinkelbereich von 360° dargestellt. Die Hubkurve des Einlassventils ist mit EV, die Hubkurve des Auslassventils mit AV bezeichnet. Die Pfeilrichtung D kennzeichnet die Umdrehungsrichtung. Das Phasendiagramm stellt den Zweitakt- Motorbremsbetrieb dar, gemäß dem während des Expansionstaktes des Zylinders das Einlassventil kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes UT zum Einlass-Öffnet-Zeitpunkt EÖ geöffnet wird. Aufgrund des in dieser Phase geringen Brennraumdrucks kann das Einlassventil ohne Gegenkraft geöffnet werden, außerdem strömt die unter Ladedruck stehende Verbrennungsluft aufgrund des Druckgefälles in den Brennraum ein. Nach dem Überschreiten des unteren Totpunkts UT wird das Einlassventil zum Einlass-Schließ-Zeitpunkt ES wieder geschlossen. Die Zeitpunkt EÖ und ES liegen beispielhaft in einem Kurbelwinkelbereich von 30° vor bzw. nach dem unteren Totpunkt UT.In the phase diagram of FIG. 2, the lift curves for the intake valve 5 and the exhaust valve 7 over a crank angle range of 360 ° are shown. The lift curve of the intake valve is denoted by EV, the lift curve of the exhaust valve by AV. The arrow direction D indicates the direction of rotation. The phase diagram represents the two-stroke engine braking operation, according to which during the expansion stroke of the cylinder, the intake valve is opened shortly before reaching the bottom dead center UT to the inlet-opening time EÖ. Due to the low combustion chamber pressure in this phase, the inlet valve can be opened without counterforce, in addition, the pressurized combustion air flows into the combustion chamber due to the pressure gradient. After exceeding the bottom dead center UT, the inlet valve is closed again at the inlet closing time ES. The time EÖ and ES are exemplary in a crank angle range of 30 ° before or after the bottom dead center UT.
Der Kurbelwinkelbereich zwischen oberem Totpunkt OT und unterem Totpunkt UT kennzeichnet den Expansionstakt, der sich daran anschließende Kurbelwinkelbereich zwischen unterem Totpunkt UT und oberem Totpunkt OT stellt den Kompressionstakt dar. Nachdem die Einlassventile geschlossen sind, werden die Gase im Brennraum im Kompressionstakt komprimiert. Die Abströmung erfolgt über das geöffnete Auslassventil, das zweckmäßig während des gesamten Motorbremsbetriebes, also während des Kompressionstaktes und während des Expansionstaktes, in einer konstantenThe crank angle range between top dead center OT and bottom dead center UT denotes the expansion stroke, the subsequent crank angle range between bottom dead center UT and top dead center TDC represents the compression stroke. After the intake valves are closed, the gases in the combustion chamber are in compression stroke compressed. The outflow via the open exhaust valve, which expedient during the entire engine braking operation, ie during the compression stroke and during the expansion stroke, in a constant
Öffnungsposition mit einem Hub ΔhAv = konstant steht. Da die Position des Auslassventils während des gesamten Motorbremsbetriebes sich nicht ändert, ist auch kein Stellaufwand für die Verstellung des Auslassventils erforderlich. Gegenüber Ausführungen, bei denen das Auslassventil kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes OT gegen den hohen Brennrauminnendruck geöffnet werden muss, stellt dies eine Vereinfachung und eine Energieeinsparung dar. Die durch das geöffnete Auslassventil entstehenden Druckverluste während des Expansionstaktes und des Kompressionstaktes können durch einen kleinen Hub des Auslassventils in vertretbaren Grenzen gehalten werden.Opening position with a stroke Δh A v = constant. Since the position of the exhaust valve during the entire engine braking operation does not change, no adjustment effort for the adjustment of the exhaust valve is required. Compared to embodiments in which the exhaust valve must be opened shortly before reaching the top dead center OT against the high combustion chamber internal pressure, this represents a simplification and an energy saving. The resulting through the open exhaust valve pressure losses during the expansion stroke and the compression stroke can by a small stroke of the Exhaust valve to be kept within reasonable limits.
In dem Diagramm gemäß Fig. 3 sind die Ventilerhebungskurven Δh als Funktion des Kurbelwinkels KW eingetragen. Dargestellt sind die Erhebungskurven EV für das Einlassventil und AV für das Auslassventil, jeweils eingetragen für die befeuerte Antriebsbetriebsweise im Viertakt (gestrichelte Linien) und für den Zweitakt-Motorbremsbetrieb (durchgezogene Linie für das Einlassventil EV sowie mit durchgezogenen Linien eingegrenztes Hubband für das Auslassventil AV) .In the diagram according to FIG. 3, the valve lift curves Δh are plotted as a function of the crank angle KW. Illustrated are the lift curves EV for the intake valve and AV for the exhaust valve, respectively registered for the fired drive mode in four-stroke (dashed lines) and for the two-stroke engine brake operation (solid line for the intake valve EV and with solid lines limited Hubband for the exhaust valve AV) ,
In der Viertakt-Antriebsbetriebsweise wird das Auslassventil kurz vor dem unteren Totpunkt UT geöffnet, wobei die Öffnungsstellung bis etwa zum Erreichen des oberen Totpunktes OT beibehalten wird. Das Einlassventil wird mit einer geringen Überschneidung zum Auslassventil im Bereich des oberen Totpunktes geöffnet, wobei die Öffnungsphase bis zum nachfolgenden unteren Totpunkt UT anhält . Im Zweitakt-Motorbremsbetrieb, der in Fig. 3 mit durchgezogenem Strich dargestellt ist, befindet sich das Auslassventil gemäß der Erhebungskurve AV permanent in geöffnetem Zustand. Eingetragen ist in Fig. 3 ein Bandbereich für die Erhebungskurve AV des Auslassventiles, wobei die Öffnungsstellung des Auslassventiles sich zweckmäßig innerhalb dieser eingetragenen Bandbreite bewegt. Es ist möglich, das Auslassventil entweder während des gesamten Motorbremsverfahrens auf einem konstanten, unveränderlichen Wert zu halten, oder die Hubkurve des Auslassventiles innerhalb der gezeigten Bandbreite, die sich auf niedrigem Öffnungsniveau bewegt, zu variieren.In the four-stroke drive mode, the exhaust valve is opened just before the bottom dead center UT, maintaining the open position until reaching the top dead center OT. The inlet valve is opened with a slight overlap to the exhaust valve in the region of top dead center, wherein the opening phase to the subsequent bottom dead center UT stops. In the two-stroke engine braking operation, which is shown in solid line in FIG. 3, the exhaust valve according to the elevation curve AV is permanently in the opened state. Entered in Fig. 3 is a band area for the elevation curve AV of the exhaust valve, wherein the opening position of the exhaust valve moves appropriately within this registered bandwidth. It is possible to maintain the exhaust valve at a constant, fixed value either during the entire engine braking process, or to vary the lift curve of the exhaust valve within the shown bandwidth moving to a low opening level.
Das Einlassventil wird gemäß der eingetragenen Hubkurve EV kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes geöffnet und kurz nach Überschreiten des unteren Totpunktes UT wieder geschlossen. Der maximale Öffnungshub der Einlassventil- Hubkurve liegt erheblich unterhalb des maximalen Hubs des Einlassventils in der befeuerten Antriebsbetriebsweise. Gleiches gilt für das Auslassventil, das im Motorbremsbetrieb einen nochmals geringeren Öffnungshub aufweist als das Einlassventil . The inlet valve is opened in accordance with the registered lift curve EV shortly before reaching the bottom dead center and closed again shortly after exceeding the bottom dead center UT. The maximum opening stroke of the intake valve lift curve is significantly below the maximum lift of the intake valve in the fired drive mode. The same applies to the exhaust valve, which has an even smaller opening stroke in engine braking operation than the intake valve.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche DaimlerChrysler AGPatent claims
1. Brennkraftmaschine, wechselweise zu betreiben in der befeuerten Viertakt-Antriebsbetriebsweise und im Zweitakt- Motorbremsbetrieb, bei dem Verbrennungsluft durch Steuerung von Ladungswechselventilen (5, 7) den Zylindern (1) zugeführt, in den Zylindern (1) verdichtet und anschließend in den Abgasstrang (16) abgeblasen wird, wobei im Expansionstakt der Zylinder (1) vor dem Erreichen des unteren Totpunktes (UT) das Einlassventil (5) geöffnet und nach dem Überschreiten des unteren Totpunktes (UT) wieder geschlossen und das in den Abgasstrang (16) öffnende Auslassventil (7) in Öffnungsstellung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine1. Internal combustion engine to operate alternately in the fired four-stroke drive mode and in two-stroke engine braking operation, in the combustion air by controlling charge exchange valves (5, 7) to the cylinders (1) supplied in the cylinders (1) compressed and then in the exhaust line (16) is blown off, wherein in the expansion stroke of the cylinder (1) before reaching the bottom dead center (UT), the inlet valve (5) opened and after exceeding the bottom dead center (UT) again closed and the in the exhaust line (16) opening Exhaust valve (7) is set in the open position, characterized in that a
Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für die Verstellung der Hubkurven (EV, AV) sowohl des Einlassventils (5) als auch des Auslassventils (7) vorgesehen ist und dass die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) beim Übergang von der befeuerten Antriebsbetriebsweise zum Motorbremsbetrieb das Auslassventil (7) in der Weise beaufschlagt, dass das Auslassventil (7) während des gesamten Motorbremsbetriebs sowohl im Expansionstakt als auch im Kompressionstakt in einer permanent geöffneten Stellung steht.Hubkurvenverstelleinrichtung (23) for the adjustment of the lift curves (EV, AV) of both the intake valve (5) and the exhaust valve (7) is provided and that the Hubkurvenverstelleinrichtung (23) at the transition from the fired drive mode for engine braking operation, the exhaust valve (7) in the way that the exhaust valve (7) is in a permanently open position during the entire engine braking operation both in the expansion stroke and in the compression stroke.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wechsel zwischen Viertakt- Antriebsbetriebsweise und Zweitakt-Motorbremsbetrieb die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) einen stetigen Übergang in den Hubkurven (EV, AV) des Einlass- und Auslassventils (5, 7) ermöglicht .2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that when changing between four-stroke Drive mode and two-stroke engine braking operation, the Hubkurvenverstelleinrichtung (23) allows a steady transition in the lift curves (EV, AV) of the intake and exhaust valve (5, 7).
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurvenverstelleinrichtung eine verstellbare, auf die Ventile wirkende Nockenwelle (23) umfasst, wobei auf der Nockenwelle (23) jeweils Nocken (24, 25) für das Einlass- und das Auslassventil (5, 7) mit unterschiedlichen Nockenkurven für die Viertakt- Antriebsbetriebsweise und für den Zweitakt-Motorbremsbetrieb angeordnet sind.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the Hubkurvenverstelleinrichtung comprises an adjustable, acting on the valves camshaft (23), wherein on the camshaft (23) each cam (24, 25) for the inlet and the exhaust valve ( 5, 7) are arranged with different cam curves for the four-stroke drive mode and for the two-stroke engine braking operation.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (23) axial verstellbar ist.4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the camshaft (23) is axially adjustable.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer gemeinsamen Stellbewegung der Hubkurvenverstelleinrichtung (23) die Hubkurven (EV, AV) sowohl des Einlassventils (5) als auch des Auslassventils (7) zwischen der Viertakt- Antriebsbetriebsweise und dem Zweitakt-Motorbremsbetrieb zwischen der Viertakt-Antriebsbetriebsweise und dem Zweitakt- Motorbremsbetrieb verstellbar sind.5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that with a common actuating movement of the Hubkurvenverstelleinrichtung (23) the lift curves (EV, AV) of both the intake valve (5) and the exhaust valve (7) between the four-stroke drive mode and the two-stroke engine braking operation between the four-stroke drive mode and the two-stroke engine braking operation are adjustable.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (7) von der Hubkurvenverstelleinrichtung (23) im Motorbremsbetrieb in einer konstant bleibenden Öffnungsstellung gehalten ist.6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the exhaust valve (7) is held by the Hubkurvenverstelleinrichtung (23) in the engine braking mode in a constant open position.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für den Motorbremsbetrieb zur Konstantoffenhaltung der Ventilstellung einen Zylinder ohne Nocken als Nockenwelle besitzt .7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Hubkurvenverstelleinrichtung (23) for engine braking operation for constant open position of the valve position has a cylinder without cam as a camshaft.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für den Motorbremsbetrieb zur kontinuierlichen8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Hubkurvenverstelleinrichtung (23) for the engine braking operation for continuous
Ventilhubverstellung einen Konus ohne Nocken als Nockenwelle besitzt, der axial verschieblich gestaltet ist.Valve stroke adjustment has a cone without cam as the camshaft, which is designed axially displaceable.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasturbolader (2) mit einem Verdichter (11) im Ansaugtrakt (20) und einer Abgasturbine (10) im Abgasstrang (16) vorgesehen ist.9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that an exhaust gas turbocharger (2) with a compressor (11) in the intake tract (20) and an exhaust gas turbine (10) in the exhaust line (16) is provided.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (10) mit variabler Turbinengeometrie (13) zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnitts versehen ist, wobei die variable Turbinengeometrie (13) im Motorbremsbetrieb in eine den Turbineneintrittsquerschnitt reduzierende Stauposition zu verstellen ist.10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the exhaust gas turbine (10) is provided with variable turbine geometry (13) for variable adjustment of the effective turbine inlet cross-section, wherein the variable turbine geometry (13) is to be adjusted in the engine braking operation in the turbine inlet cross-section reducing jam position.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (16) ein die Abgasturbine (10) überbrückender Bypass (26) mit einstellbarem Bypassventil (27) angeordnet ist, wobei die geforderte Motorbremsleistung im Motorbremsbetrieb über die Einstellung des Bypassventils (27) zu regulieren ist.11. Internal combustion engine according to claim 9 or 10, characterized in that in the exhaust line (16) the exhaust gas turbine (10) bridging bypass (26) with adjustable bypass valve (27) is arranged, wherein the required engine braking power in the engine braking operation via the setting of the bypass valve ( 27) is to regulate.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Turbinengeometrie (13) als Bremsgitter ausgeführt ist, das in den Turbineneintrittskanal einschiebbar ist. 12. Internal combustion engine according to one of claims 9 to 11, characterized in that the variable turbine geometry (13) is designed as a brake grid, which can be inserted into the turbine inlet channel.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (2) in der Weise dimensioniert wird, dass ein auf den Motorbremsbetrieb bei maximaler Bremsleistung bezogener Turbobremsfaktor (TBF) des Abgasturboladers, der gemäß der Beziehung13. Internal combustion engine according to one of claims 9 to 12, characterized in that the exhaust gas turbocharger (2) is dimensioned in such a way that related to the engine braking operation at maximum braking power Turbobremsfaktor (TBF) of the exhaust gas turbocharger, according to the relationship
aus den Parameternfrom the parameters
Aτ freier Strömungsquerschnitt im Abgasweg zurA τ free flow cross section in the exhaust path to
Abgasturbine (10) bei maximaler Bremsleistung Dτ Turbineneintrittsdurchmesser in der Abgasturbine VH Hubvolumen der BrennkraftmaschineExhaust gas turbine (10) at maximum braking power D τ Turbine inlet diameter in the exhaust turbine V H Stroke volume of the internal combustion engine
ermittelt wird, einen Wert kleiner als 0.005 (5 °/oo) einnimmt :is determined to be less than 0.005 (5 ° / oo):
TBF < 0.005 . TBF <0.005.
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