EP2143894B1 - Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung und einem Ventilspielausgleichsmechanismus - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung und einem Ventilspielausgleichsmechanismus Download PDF

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EP2143894B1
EP2143894B1 EP20090007580 EP09007580A EP2143894B1 EP 2143894 B1 EP2143894 B1 EP 2143894B1 EP 20090007580 EP20090007580 EP 20090007580 EP 09007580 A EP09007580 A EP 09007580A EP 2143894 B1 EP2143894 B1 EP 2143894B1
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EP
European Patent Office
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piston
oil
valve
cylinder unit
combustion engine
Prior art date
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EP20090007580
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English (en)
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EP2143894A1 (de
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Hans-Werner Ing. Dilly
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/245—Hydraulic tappets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F01L13/065—Compression release engine retarders of the "Jacobs Manufacturing" type

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having at least one combustion chamber, from which by means of at least one exhaust valve exhaust is discharged, comprising an engine brake device with a hydraulic auxiliary valve control unit, which is integrated into the exhaust valve with a camshaft connecting link mechanism and the exhaust valve when the engine brake device in an intermediately opened position.
  • Such internal combustion engines are for example in the EP 0 736 672 B1 and EP 1 526 257 A2 described.
  • EVB exhaust valve brake
  • the hydraulic valve foil is in the variant according to the EP 0 736 672 B1 in a rocker arm of the link mechanism and in the variant according to the EP 1 526 257 A2 mounted on one side in a two outlet valves simultaneously actuated valve bridge of the connection mechanism.
  • the supply of the hydraulic additional valve control unit with oil by means of the already existing oil circuit of the respective internal combustion engine.
  • an engine brake device is known with a hydraulic auxiliary valve control unit, which is integrated in a connecting the exhaust valve with a camshaft connecting mechanism, which holds the Aulassventil with the engine brake device in an intermediate open position. Further, a hydraulic valve clearance compensation mechanism for the exhaust valve is described, which is connected to the oil supply to a main oil circuit, whereas on the other hand, the hydraulic valve addition control unit is connected to the oil supply to an additional oil circuit provided in addition to the main oil circuit.
  • the object of the invention is therefore to provide an internal combustion engine of the type described, which enables safe and reliable operation with the least possible installation and service effort.
  • the internal combustion engine according to the present invention also includes a hydraulic valve clearance compensating mechanism for the exhaust valve, wherein the hydraulic valve clearance compensating mechanism for oil supply is connected to a main oil circuit, and the hydraulic valve auxiliary control unit for oil supply is connected to an auxiliary oil circuit provided in addition to the main oil circuit.
  • the internal combustion engine according to the invention thus has both the valve auxiliary control unit, which is favorable for the engine braking force effect, and a compensating mechanism which carries out the valve clearance adjustment, in particular automatically. A time-consuming and costly and error-prone regular adjustment by hand is unnecessary.
  • the inventive Internal combustion engine thus offers an additional functionality compared to previous engine equipped with an engine braking device, which makes the operation safer and more efficient.
  • the parallel operation of the additional valve control unit and the valve clearance compensation mechanism, both of which function hydraulically, is made possible in particular by the mutual decoupling of the oil feed.
  • the valve clearance compensation mechanism covers its oil requirement via the main oil circuit, which in any case is present anyway in the internal combustion engine, in which a substantially constant oil pressure prevails during operation.
  • a separate additional oil circuit is provided for the operation of the additional valve control unit and thus the engine braking device, which works in particular largely largely independent of the main oil circuit.
  • the main oil circuit and the additional oil circuit may also be connected to a central oil pump for pressure generation.
  • the additional oil circuit in particular its oil pressure, can be readily and separately adapted to the mode of operation and the operating state of the engine braking device without further ado and especially without interfering with the areas and components of the internal combustion engine fed by the main oil circuit.
  • an activation and deactivation of the engine brake device is possible by the additional valve control unit accordingly by means of the additional oil circuit, preferably centrally on or off.
  • the additional valve control unit of the engine brake device is preferably activated only when this is actually desired, that is, when the engine brake has been actuated by the driver.
  • the auxiliary valve control unit of the engine brake device is deactivated a undesirable in this operating situation braking effect is reliably prevented. This also provides safer and more efficient operation compared to the prior art both during an engine braking phase and during a normal engine operating phase.
  • an oil pressure of the additional oil circuit is preferably centrally controlled or regulated.
  • the additional valve control unit so particularly easy on or off.
  • the additional oil circuit may be filled with suitable components, e.g. Pressure reducing valves or booster means in the form of an additional oil pump, be equipped.
  • the additional oil circuit can be connected to the additional valve control unit, in particular by means of a counter-holder, for example designed as a stop and in particular already existing anyway. This is very space saving. For the supply of the additional valve control unit with the oil of the additional oil circuit then at least in the area close to the valve practically no additional space is required.
  • the integration of the check valve in the anvil is space-saving.
  • the counter-holder also has as a stop element a first piston of a counter-holder integrated in the first hydraulic piston-cylinder unit.
  • the first hydraulic piston-cylinder unit also preferably includes a return spring, which causes a reset of the first piston in normal-fired engine operation, in which in particular a low oil pressure is set in the additional oil circuit. Upon return of the first piston, the displaced oil can drain through, in particular, a through hole of the counter-holder which belongs to the additional oil circuit.
  • the additional valve control unit is designed as a non-return valve-free second hydraulic piston-cylinder unit with a second piston and in particular with an adjusting spring.
  • the additional valve control unit is connected by means of a third hydraulic piston-cylinder unit to the valve play compensation mechanism.
  • This third hydraulic piston-cylinder unit advantageously couples the auxiliary valve control unit and the valve lash adjuster mechanism with each other.
  • the third hydraulic piston-cylinder unit fulfills several functions. So it serves as a switching element between the engine braking operation and the normally fired engine operation. In addition, it absorbs oil displaced from the first hydraulic piston-cylinder unit in balancing the play between the anvil and the adjoining part of the link mechanism.
  • a front oil receiving chamber of the third hydraulic piston-cylinder unit has a receiving volume which is at least as large as that of an oil pressure chamber of the first hydraulic piston-cylinder unit.
  • a third piston of the third hydraulic piston-cylinder unit in a side wall on a first discharge opening. At a certain position of the third piston, this first exhaust port releases an oil passage connected to the valve lash adjuster mechanism so that oil can flow out of the lash adjuster mechanism and / or out of the auxiliary valve control unit.
  • valve play compensation mechanism is designed as a fourth hydraulic piston-cylinder unit with a fourth piston, which has a second discharge opening in a side wall. At a certain position of the fourth piston, this second discharge opening releases an oil passage connected to the additional valve control unit so that oil from the auxiliary valve control unit can flow into the oil receiving space of the fourth hydraulic piston-cylinder unit and drain therefrom.
  • the single figure shows a partial cross-sectional view of an embodiment of an internal combustion engine 1 with an engine brake device 2 and with an automatic compensation mechanism for both the valve clearance and the stop play of the engine brake device. 2
  • the internal combustion engine 1 has a plurality of cylinders, not shown in the figure, each receiving a combustion chamber. Each of these combustion chambers can be supplied with air or an air-fuel mixture by means of at least one inlet valve.
  • each combustion chamber has two exhaust valves 3 and 4, by means of which exhaust gas can be discharged into an exhaust duct.
  • the exhaust valves 3 and 4 are mechanically controlled and actuated by means of a common valve bridge 5.
  • the valve bridge 5 is part of a connecting mechanism which connects the exhaust valves 3 and 4 with a camshaft of the internal combustion engine 1 not shown in the figure.
  • the connecting mechanism also includes a likewise not shown in the figure rotatably mounted rocker arm. The rocker arm acts via a contact pin 6 partially shown on the valve bridge 5. For this purpose, the contact pin 6 is provided at its free end with a ball joint articulated Stitzkalotte 7.
  • the guided in this oil supply channel 8 oil has substantially always the same constant oil pressure P constant during operation.
  • the internal combustion engine 1 has an additional oil circuit, which is designed substantially independently of the main oil circuit.
  • the additional oil circuit is guided by means of an oil supply channel 9 in a counter-holder 10.
  • the counter-holder 10 comprises a first piston-cylinder unit 11 with a round stop piston 12 and with a return spring 13, the spring force of the stop piston 12 in its retracted position, i. pushes back in the direction of the oil supply channel 9.
  • an oil pressure chamber 15 is formed between its rear boundary surface 14 and the oil supply passage 9.
  • the otherwise solid and formed with a double stepped outer contour stop piston 12 has a central through hole 17, which extends continuously from the rear boundary surface 14 to a front boundary surface 18 extends and which serves as an oil passage.
  • the front boundary surface 18 forms a variable in position stop for the valve bridge. 5
  • the engine brake device 2 of the internal combustion engine 1 is of the EVB type. It includes, in addition to a throttle element not shown in detail in the exhaust duct and a central control unit also not shown in detail also for each cylinder, a hydraulic additional valve control unit 19, which is installed as a second piston-cylinder unit in the valve bridge 5.
  • the second exhaust valve 4 is not provided in the embodiment shown, however, with such a control unit. Only the exhaust valve 3 contributes to the operation of the engine brake device 2.
  • the exhaust valves 3 and 4 are axially movably mounted with a shaft 20 and 21 in the cylinder head and acted upon by a closing spring 22 and 23 with a certain biasing force in the closing direction.
  • the closing force of the closing spring 22 is designated F Fed .
  • the exhaust valve 3 associated with the engine brake device 2 includes, as already above stirred, the hydraulic additional valve control unit 19, the circular control piston 24 is guided axially movably in a provided in the valve bridge 5 cylinder bore 25.
  • the longitudinal cross-section H-shaped control piston 24 is supported at the upper end of the shaft 20 of the exhaust valve 3.
  • the particular check valve-free additional valve control unit 19 also includes an adjusting spring 26 which is disposed on a side remote from the shaft 20 side of the control piston 24 in a control pressure chamber 27 and the control piston 24 presses against the shaft 20.
  • the designated with F NFed spring force of the adjusting spring 26 thus acts against the closing force F Fed of the closing spring 22nd
  • control pressure chamber 27 opens at an end remote from the control piston 24 side, an oil passage 28, by means of which oil in the control pressure chamber 27 reach and can escape from the control pressure chamber 27 again.
  • the oil passage 28 extends from the control pressure chamber 27 to a region of a surface of the valve bridge 5, which rests against the front boundary surface 18 of the stop piston 12 during a part of a brake cycle period when the engine brake device 2 is actuated. This operating situation with the stopper piston 12 abutting valve bridge 5 is shown in the figure.
  • the through hole 17 of the stopper piston 12 opens into an outlet opening, which is arranged concentrically with an outlet opening of the oil passage 28 when abutting the valve bridge 5 stopper piston 12.
  • oil of the additional oil circuit via the oil supply channel 9, the oil pressure chamber 15, the through hole 17, the oil passage 28 in the control pressure chamber 27 of the hydraulic auxiliary valve control unit 19 reach.
  • the additional valve control unit 19 is thus temporarily connected to the auxiliary oil circuit by means of the first piston-cylinder unit 11 installed in the counter-holder 10.
  • An oil pressure control p and an oil pressure level of the auxiliary oil circuit can be changed by non-illustrated oil pressure variation means.
  • This may be, for example, a pressure reducing valve or an oil pump.
  • the hydraulic control valve auxiliary unit is switched on or off, or 19 controlled in more detail explained in the following effect on the displacement position of the exhaust valve 3 or regulated.
  • the braking force of the engine brake device 2 can be adjusted very fine.
  • the additional valve control unit 19, in particular its control pressure chamber 27, is hydraulically connected to a circular and a longitudinal cross-section U-shaped Piston 29, a return spring 30 and a front and a rear oil receiving chamber 31 and 32 having third piston-cylinder unit 33 and a round and in longitudinal cross-section also U-shaped piston 34, an adjusting spring 35, a ⁇ laufnahaum 36 having fourth piston Cylinder unit 37 connected.
  • an oil passage 38 is provided, which connects the control pressure chamber 27, the front oil receiving chamber 31 and - at a certain position of the piston 34 - the oil receiving chamber 36 with each other.
  • the oil passage 38 is formed by a first within the valve bridge 5 transversely, that is perpendicular to the longitudinal axes of the shafts 20 and 21, extending transverse bore. This transverse bore is provided with a closure 39.
  • the third piston-cylinder unit 33 is a switching element whose piston positions are different depending on whether the user of the internal combustion engine 1 specifies the normally-fired engine operation or the engine brake operation.
  • its front oil receiving chamber 31 serves to receive the oil located in the oil pressure chamber 15 when this oil is displaced during a backward movement of the stop piston 12.
  • the maximum intake volume of the front oil receiving chamber 31 is therefore at least as large as that of the oil pressure chamber 15.
  • the third piston-cylinder unit 33 also serves for oil drainage.
  • Its rear oil receiving space 32 is therefore provided with an oil outlet opening 40.
  • a side wall of the piston 29 has a discharge opening 41.
  • this Abêtö Anlagen 41 connects the rear oil receiving chamber 32 with another transverse within the valve bridge 5 extending oil passage 42.
  • the latter is in turn designed as a transverse bore, by means of another closure 43rd is sealed against an oil outlet.
  • the fourth piston-cylinder unit 37 forms a hydraulic valve clearance compensation mechanism that automatically compensates the play of the exhaust valves 3 and 4.
  • the fourth piston-cylinder unit 37 is connected to the main oil circuit.
  • a central oil supply passage 44 which is arranged concentrically to the oil supply passage 8 of the contact pin 6.
  • the oil receiving chamber 36 is connected to the oil passage 42 at a side remote from the piston 34 for oil discharge.
  • a side wall of the piston 34 has a discharge opening 46 which connects the oil receiving chamber 36 with the oil passage 38 at a certain position of the piston 34.
  • the strength of the hydraulic force F Hyd can thus be used to regulate this process.
  • the exhaust valve 3 opens more or less wide or - at very low oil pressure p tax in the additional oil circuit - not at all.
  • the control piston 24 follows the opening movement of the outlet valve 3 due to the spring force of the adjusting spring 26, whereby at the same time the volume of the control pressure chamber 27 increases. It flows oil from the additional oil circuit in the control pressure chamber 27, whereby the force of the adjusting spring 26 is supported. Since the oil due to the check valve 16 does not flow from the control pressure chamber 27 back into the oil supply passage 9 of the additional oil circuit and due to the closed Abêtö réelle 46 of the fourth piston-cylinder unit 37 can not flow elsewhere, the control piston 24 against the closing force F Fed Closing spring 22 in position and thus also the mechanically coupled to the control piston 24 outlet valve 3 held in the intermediate open position.
  • the control piston 24 is thus hydraulically blocked in the valve bridge 5, when the exhaust valve 3 after the beginning of the second clock made intermediate opening in the further course of the second and third clock tends to close again.
  • the oil located in the control pressure chamber 27 can therefore also flow out through the oil passage 28 into the region of the cylinder cover. Thus, the hydraulic lock of the control piston 24 is released.
  • the stop piston 12 When Kipphebel return stroke also the stop piston 12 is pushed back into its top dead center after the renewed contact closure between the valve bridge 5 and the stopper piston 12.
  • the oil previously held in the oil pressure space 15 can be received in the front oil receiving space 31 of the third piston-cylinder unit 33.
  • the receiving volume of the front oil receiving chamber 31 of the third piston-cylinder unit 33 must be sufficiently large to accommodate the effluent from the oil pressure chamber 15 oil, so that the effluent from the oil pressure chamber 15 oil does not accumulate and to a undesirable movement of the control piston 24 leads.
  • the receiving volume of the front oil receiving chamber 31 may not exceed a maximum receiving volume, so that the piston 29 of the third piston-cylinder unit 33 arrives safely in its bottom dead center.
  • the stop piston 12 is advantageously (hydraulically) trackable, so that a stop play between the anvil 10 and the valve bridge 5 is automatically compensated. This is also advantageous because the exact position of the valve bridge 5 is not exactly defined due to the valve clearance compensation effected by the fourth piston-cylinder unit 37. Due to the automatic tracking of the stop piston 12 whose position of the respective current position of the valve bridge 5 is adjusted so that no gap between the anvil 10 and the valve bridge 5 remains and the supply of the additional valve control unit 19 is ensured with the oil of the additional oil circuit.
  • the piston 34 of the fourth piston-cylinder unit 37 which is intended primarily for the lash adjuster, fulfilled in the internal combustion engine 1 further functions. It is also a control for the (EVB) engine brake cycle and a flow-off element for the discarded oil.
  • valve bridge 5 bore configuration is particularly favorable.
  • it allows use of the oil for both the functional movement, e.g. to bring the exhaust valve 3 in the intermediate open position and to hold there, as well as for the hydraulic control of the various mechanically moving components.
  • it is particularly advantageous if the longitudinal axes of the shaft 20, the control piston 24, the control pressure chamber 27, the stop piston 12 and the oil pressure chamber 15 and the center axes of the oil passage 28 and the through hole 17 are aligned.
  • the engine brake device 2 is deactivated or switched off.
  • the throttle element in the exhaust passage in the open position and on the other hand, the oil pressure p tax in the additional oil circuit - possibly even to zero - reduced.
  • the stop piston 12, the control piston 24 and the piston 29 are then at the respective top dead center.
  • the stop piston 12 is brought into this operating state without significant oil pressure p due to the control force of the return spring 13 in its fully retracted position. In this state, the stop piston 12 never hits the valve bridge 5.
  • the described compensation mechanisms can also be used in the intake valves.
  • the components used in the internal combustion engine 1 are not special components.
  • the valve bridge 5 are used in its basic design in other internal combustion engines that are not equipped with an engine braking device.
  • the valve bridge then contains only the fourth piston-cylinder unit 37 with a piston 34 without a discharge opening 46.
  • the other three piston-cylinder units 11, 19 and 33, however, are superfluous. They are eliminated.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, aus dem mittels mindestens eines Auslassventils Abgas abführbar ist, umfassend eine Motorbremseinrichtung mit einer hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit, die in einen das Auslassventil mit einer Nockenwelle verbindenden Verbindungsmechanismus integriert ist und die das Auslassventil bei betätigter Motorbremseinrichtung in einer zwischengeöffneten Stellung hält.
  • Derartige Brennkraftmaschinen sind beispielsweise in der EP 0 736 672 B1 und EP 1 526 257 A2 beschrieben. Bei den Motorbremseinrichtungen dieser Brennkraftmaschinen handelt es sich jeweils um eine Mischform aus einer Motorstaubremse und einer Dekompressionsbremse, die insbesondere auch als EVB (= Exhaust Valve Brake) bezeichnet wird. Die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereiriheit ist bei der Variante gemäß der EP 0 736 672 B1 in einen Kipphebel des Verbindungsmechanismus und bei der Variante gemäß der EP 1 526 257 A2 einseitig in eine zwei Auslassventile zugleich betätigende Ventilbrücke des Verbindungsmechanismus eingebaut. Die Speisung der hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit mit Öl erfolgt mittels des ohnehin vorhandenen Ölkreises der jeweiligen Brennkraftmaschine. Bei beiden Varianten sind zum Ausgleich des Spiels des Auslassventils gesonderte Einstellschrauben vorgesehen, anhand derer bei der Motormontage und danach in regelmäßigen Serviceabständen die Ventilspieleinstellung vorgenommen wird. Dies ist aufwändig. Falls das Ventilspiel vom Montage- oder Servicepersonal versehentlich zu klein eingestellt wird, kommt es zu einem Klappergeräusch des Auslassventils und es besteht die Gefahr einer Beschädigung am Ventiltrieb. Falls das Ventilspiel versehentlich zu groß eingestellt wird, öffnet das Auslassventil nicht ausreichend, so dass ein vollständiger Gasaustausch nicht gewährleistet ist.
  • Aus der US 6,394,067 B1 ist eine Motorbremseinrichtung mit einer hydraulischen Ventilzusatzsteuereinheit bekannt, die in einen das Auslassventil mit einer Nockenwelle verbindenden Verbindungsmechanismus integriert ist, wobei diese das Aulassventil bei betätigter Motorbremseinrichtung in einer zwischengeöffneten Stellung hält. Weiter ist ein hydraulischer Ventilspielausgleichsmechanismus für das Auslassventil beschrieben, der zur Ölspeisung an einem Hauptölkreis angeschlossen ist, wo hingegen die hydraulische Ventilzusatzsteuereinheit zur Ölspeisung an einen zusätzlich zum Hauptölkreis vorgesehenen Zusatzölkreis angeschlossen ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die mit möglichst geringem Montage- und Service-Aufwand einen sicheren und zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Brennkraftmaschine entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst auch einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus für das Auslassventil, wobei der hydraulische Ventilspielausgleichsmechanismus zur Ölspeisung an einen Hauptölkreis angeschlossen ist, und die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit zur Ölspeisung an einen zusätzlich zu dem Hauptölkreis vorgesehenen Zusatzölkreis angeschlossen ist.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat also sowohl die für die Motorbremskraftwirkung günstige Ventil-Zusatzsteuereinheit als auch einen Ausgleichsmechanismus, der die Ventilspieleinstellung insbesondere automatisch durchführt. Eine zeit- und kostenaufwändige sowie fehleranfällige regelmäßige Einstellung von Hand erübrigt sich. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine bietet also verglichen mit bisherigen mit einer Motorbremseinrichtung ausgestatteten Brennkraftmaschinen eine Zusatzfunktionalität, die den Betrieb sicherer und effizienter gestaltet.
  • Der parallele Betrieb der Ventil-Zusatzsteuereinheit und des Ventilspielausgleichsmechanismus, die beide hydraulisch funktionieren, wird insbesondere auch durch die wechselseitige Entkopplung der Ölspeisung ermöglicht. Der Ventilspielausgleichsmechanismus deckt seinen Ölbedarf über den bei der Brennkraftmaschine insbesondere ohnehin vorhandenen Hauptölkreis, in dem während des Betriebs vorzugsweise ein im Wesentlichen konstanter Öldruck herrscht. Dagegen ist für den Betrieb der Ventil-Zusatzsteuereinheit und damit der Motorbremseinrichtung ein gesonderter Zusatzölkreis vorgesehen, der insbesondere weitestgehend unabhängig von dem Hauptölkreis arbeitet. Alternativ können der Hauptölkreis und der Zusatzölkreis auch an eine zentrale Ölpumpe zur Druckerzeugung angeschlossen sein.
  • Der Zusatzölkreis, insbesondere dessen Öldruck, lässt sich ohne weiteres und vor allem auch ohne, die durch den Hauptölkreis gespeisten Bereiche und Komponenten der Brennkraftmaschine störend zu beeinflussen, gezielt und gesondert an die Funktionsweise und den Betriebszustand der Motorbremseinrichtung anpassen. So ist beispielsweise eine Aktivierung und Deaktivierung der Motorbremseinrichtung möglich, indem die Ventil-Zusatzsteuereinheit dementsprechend mittels des Zusatzölkreises, vorzugsweise zentral, zu- bzw. abgeschaltet wird. Die Ventil-Zusatzsteuereinheit der Motorbremseinrichtung wird vorzugsweise nur dann aktiviert, wenn dies tatsächlich gewünscht wird, also wenn die Motorbremse vom Fahrer betätigt worden ist. Während des normal befeuerten Motorbetriebs ist die Ventil-Zusatzsteuereinheit der Motorbremseinrichtung dagegen deaktiviert, wodurch eine in dieser Betriebssituation unerwünschte Bremswirkung zuverlässig unterbunden wird. Auch dies bietet einen verglichen mit dem Stand der Technik sichereren und effizienteren Betrieb sowohl während einer Motorbremsphase als auch während einer normalen Motorbetriebsphase.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
  • Günstig ist eine Variante, bei der ein Öldruck des Zusatzölkreises vorzugsweise zentral steuer- oder regelbar ist. Damit lassen sich sowohl der Einsatz der Motorbremswirkung als auch deren Stärke sehr genau einstellen und insbesondere auch je nach Betriebssituation verändern. Außerdem kann die Ventil-Zusatzsteuereinheit so besonders einfach zu- oder abgeschaltet werden. Zur Beeinflussung des Öldrucks bzw. des Öldruckniveaus kann der Zusatzölkreis mit geeigneten Komponenten, wie z.B. Druckminderventilen oder Druckerhöhungsmitteln in Form einer Zusatzölpumpe, ausgestattet sein.
  • Weiterhin kann der Zusatzölkreis insbesondere mittels eines beispielsweise als Anschlag ausgeführten und insbesondere ohnehin vorhandenen Gegenhalters an die Ventil-Zusatzsteuereinheit angeschlossen sein. Dies ist sehr platzsparend. Für die Speisung der Ventil-Zusatzsteuereinheit mit dem Öl des Zusatzölkreises ist dann zumindest im ventilnahen Bereich praktisch kein zusätzlicher Platz erforderlich.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Variante umfasst der Gegenhalter einen Ölzuleitungskanal mit einem Rückschlagventil, das insbesondere während einer Motorbremsphase einen dann unerwünschten Ölrückfluss in den Zusatzölkreis verhindert und die Ventil-Zusatzsteuereinheit blockt, so dass das Auslassventil in einer leicht geöffneten (= zwischengeöffneten) Stellung gehalten wird. Die Integration des Rückschlagventils in den Gegenhalter ist platzsparend.
  • Vorzugsweise hat der Gegenhalter weiterhin als Anschlagelement einen ersten Kolben einer in den Gegenhalter integrierten ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit. Dadurch wird ein Spiel zwischen dem Gegenhalter und dem daran anstoßenden Teil des Verbindungsmechanismus automatisch ausgeglichen. Der Spielausgleich ist erforderlich, da aufgrund des Ventilspielausgleichsmechanismus die Lage des an den Gegenhalter anstoßenden Teils des Verbindungsmechanismus undefiniert ist. Die erste hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit enthält außerdem vorzugsweise eine Rückstellstellfeder, die im normal befeuerten Motorbetrieb, bei dem im Zusatzölkreis insbesondere ein niedriger Öldruck eingestellt ist, eine Rückstellung des ersten Kolbens bewirkt. Bei Rückstellung des ersten Kolbens kann das verdrängte Öl durch insbesondere eine dem Zusatzölkreis zugehörige Durchgangsbohrung des Gegenhalters ablaufen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Ventil-Zusatzsteuereinheit als eine rückschlagventilfreie zweite hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit einem zweiten Kolben und insbesondere mit einer Nachstellfeder ausgeführt.
  • Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der die Ventil-Zusatzsteuereinheit mittels einer dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit an den Ventilspielausgleichsmechanismus angeschlossen ist. Diese dritte hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit koppelt die Ventil-Zusatzsteuereinheit und den Ventilspielausgleichsmechanismus in günstiger Weise miteinander. Die dritte hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit erfüllt dabei mehrere Funktionen. So dient sie zum einen als Umschaltelement zwischen dem Motorbremsbetrieb und dem normal befeuerten Motorbetrieb. Außerdem nimmt sie Öl auf, das aus der ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit beim Ausgleich des Spiels zwischen dem Gegenhalter und dem daran anstoßenden Teils des Verbindungsmechanismus verdrängt wird. Insofern ist es gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung vorgesehen, dass ein vorderer Ölaufnahmeraum der dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit ein Aufnahmevolumen hat, das mindestens so groß ist wie dasjenige eines Öldruckraums der ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist ein dritter Kolben der dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit in einer Seitenwand eine erste Absteueröffnung auf. Bei einer bestimmten Stellung des dritten Kolbens gibt diese erste Absteueröffnung einen mit dem Ventilspielausgleichsmechanismus verbundenen Ölkanal frei, so dass Öl aus dem Ventilspielausgleichsmechanismus und/oder aus der Ventil-Zusatzsteuereinheit abfließen kann.
  • Bevorzugt ist es weiterhin, wenn der Ventilspielausgleichsmechanismus als vierte hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit einem vierten Kolben ausgeführt ist, der in einer Seitenwand eine zweite Absteueröffnung aufweist. Bei einer bestimmten Stellung des vierten Kolbens gibt diese zweite Absteueröffnung einen mit der Ventil-Zusatzsteuereinheit verbundenen Ölkanal frei, so dass Öl aus der Ventil-Zusatzsteuereinheit in den Ölaufnahmeraum der vierten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit fließen und von dort abfließen kann.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt eine ausschnittsweise Querschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Motorbremseinrichtung 2 und mit einem automatischen Ausgleichsmechanismus für sowohl das Ventilspiels als auch das Anschlagspiel der Motorbremseinrichtung 2.
  • Die Brennkraftmaschine 1 hat mehrere in der Figur nicht gezeigte Zylinder, die jeweils einen Brennraum aufnehmen. Jedem dieser Brennräume ist mittels mindestens eines Einlassventils Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuführbar. Darüber hinaus hat bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeder Brennraum zwei Auslassventile 3 und 4, mittels derer Abgas in einen Abgaskanal abführbar ist. Die Auslassventile 3 und 4 sind mittels einer gemeinsamen Ventilbrücke 5 mechanisch ansteuer- und betätigbar. Die Ventilbrücke 5 ist Teil eines Verbindungsmechanismus, der die Auslassventile 3 und 4 mit einer in der Figur nicht mit dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 verbindet. Der Verbindungsmechanismus umfasst außerdem einen ebenfalls in der Figur nicht mit dargestellten drehbar gelagerten Kipphebel. Der Kipphebel wirkt über einen teilweise dargestellten Kontaktbolzen 6 auf die Ventilbrücke 5. Hierzu ist der Kontaktbolzen 6 an seinem freien Ende mit einer kugelgelenkig angelenkten Stützkalotte 7 versehen.
  • Im Innern des Kontaktbolzens 6 und der Stützkalotte 7 verläuft ein Ölzufuhrkanal 8 eines insbesondere zur Schmierung, aber auch zur hydraulischen Steuerung vorgesehenen Hauptölkreises der Brennkraftmaschine 1. Das in diesem Ölzufuhrkanal 8 geführte Öl hat während des Betriebs im Wesentlichen stets den gleichen konstanten Öldruck PKonstant.
  • Daneben verfügt die Brennkraftmaschine 1 über einen Zusatzölkreis, der im Wesentlichen unabhängig von dem Hauptölkreis ausgeführt ist. Der Zusatzölkreis ist mittels eines Ölzufuhrkanals 9 in einen Gegenhalter 10 geführt. Der Gegenhalter 10 umfasst eine erste Kolben-Zylinder-Einheit 11 mit einem runden Anschlagkolben 12 und mit einer Rückstellstellfeder 13, deren Federkraft den Anschlagkolben 12 in seine eingefahrene Stellung, d.h. in Richtung des Ölzufuhrkanals 9 zurück drängt. In der in der Figur gezeigten ausgefahrenen Stellung des Anschlagkolbens 12 ist zwischen seiner hinteren Begrenzungsfläche 14 und dem Ölzufuhrkanal 9 ein Öldruckraum 15 gebildet. Ein Rückschlagventil 16 (= Rücklaufsperrventil) mit einer Kugel und einem Kugelsitz trennt den Öldruckraum 15 von dem Ölzufuhrkanal 9. Der ansonsten massiv und mit einer doppelt gestuften Außenkontur ausgebildete Anschlagkolben 12 hat eine zentrale Durchgangsbohrung 17, die durchgehend von der hinteren Begrenzungsfläche 14 bis zu einer vorderen Begrenzungsfläche 18 verläuft und die als Ölkanal dient. Die vordere Begrenzungsfläche 18 bildet einen in der Position variablen Anschlag für die Ventilbrücke 5.
  • Die Motorbremseinrichtung 2 der Brennkraftmaschine 1 ist vom EVB-Typ. Sie umfasst neben einem in der Figur nicht näher gezeigten Drosselelement im Abgaskanal sowie einer ebenfalls nicht näher gezeigten zentralen Steuer-/Regeleinheit auch für jeden Zylinder eine hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 19, die als zweite Kolben-Zylinder-Einheit in die Ventilbrücke 5 eingebaut ist. Das zweite Auslassventil 4 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel dagegen nicht mit einer derartigen Steuereinheit versehen. Nur das Auslassventil 3 trägt zum Betrieb der Motorbremseinrichtung 2 bei.
  • Die Auslassventile 3 und 4 sind mit einem Schaft 20 bzw. 21 im Zylinderkopf axial beweglich gelagert und durch eine Schließfeder 22 bzw. 23 mit einer bestimmten Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagt. Die Schließkraft der Schließfeder 22 ist mit FFed bezeichnet.
  • Die dem Auslassventil 3 zugeordnete Motorbremseinrichtung 2 enthält, wie vorstehend bereits ausgerührt, die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 19, deren runder Steuerkolben 24 in einer in der Ventilbrücke 5 vorgesehenen Zylinderbohrung 25 axial beweglich geführt ist. Der im Längsquerschnitt H-förmige Steuerkolben 24 stützt sich am oberen Ende des Schafts 20 des Auslassventils 3 ab. Die insbesondere rückschlagventilfreie Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 umfasst außerdem eine Nachstellfeder 26, die auf einer von dem Schaft 20 abgewandten Seite des Steuerkolbens 24 in einem Steuerdruckraum 27 angeordnet ist und den Steuerkolben 24 gegen den Schaft 20 drückt. Die mit FNFed bezeichnete Federkraft der Nachstellfeder 26 wirkt damit auch gegen die Schließkraft FFed der Schließfeder 22.
  • In den Steuerdruckraum 27 mündet an einer vom Steuerkolben 24 abgewandten Seite ein Ölkanal 28, mittels dessen Öl in den Steuerdruckraum 27 gelangen und auch aus dem Steuerdruckraum 27 wieder entweichen kann. Der Ölkanal 28 verläuft von dem Steuerdruckraum 27 zu einem Bereich einer Oberfläche der Ventilbrücke 5, der bei betätigter Motorbremseinrichtung 2 während eines Teils einer Bremszyklusperiode an der vorderen Begrenzungsfläche 18 des Anschlagkolbens 12 anliegt. Diese Betriebssituation mit am Anschlagkolben 12 anliegender Ventilbrücke 5 ist in der Figur dargestellt.
  • An der vorderen Begrenzungsfläche 18 mündet die Durchgangsbohrung 17 des Anschlagkolbens 12 in eine Austrittsöffnung, die bei an der Ventilbrücke 5 anliegendem Anschlagkolben 12 konzentrisch zu einer Austrittsöffnung des Ölkanals 28 angeordnet ist. In dieser Konstellation kann Öl des Zusatzölkreises über den Ölzufuhrkanal 9, den Öldruckraum 15, die Durchgangsbohrung 17, den Ölkanal 28 in den Steuerdruckraum 27 der hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 gelangen. Die Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 ist also mittels der im Gegenhalter 10 eingebauten ersten Kolben-Zylinder-Einheit 11 temporär an den Zusatzölkreis angeschlossen. Solange die vordere Begrenzungsfläche 18 des Anschlagkolbens 12 an der Ventilbrücke 5 anliegt, besteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Zusatzölkreis und der Ventil-Zusatzsteuereinheit 19.
  • Ein Öldruck pSteuer bzw. ein Öldruckniveau des Zusatzölkreises lässt sich mittels nicht dargestellter Öldruckvariationsmittel verändern. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Druckminderventil oder um eine Ölpumpe handeln. Auf diese Weise ist es möglich, den Öldruck pSteuer innerhalb des Zusatzölkreises sehr fein einzustellen, was insbesondere über eine Steuerung oder Regelung erfolgt. Diese Aufgabe wird wiederum durch die in der Figur nicht mit dargestellte zentrale Steuer-/Regeleinheit der Motorbremseinrichtung 2 wahrgenommen. Je nach dem in dem Zusatzölkreis eingestellten Öldruck pSteuer wird die hydraulische Ventil-Zusatzeinheit 19 ein- oder ausgeschaltet oder in ihrer im Folgenden noch näher erläuterten Wirkung auf die Verschiebeposition des Auslassventils 3 gesteuert oder geregelt. Damit lässt sich die Bremskraftwirkung der Motorbremseinrichtung 2 sehr fein justieren.
  • Die Ventil-Zusatzsteuereinheit 19, insbesondere deren Steuerdruckraum 27, ist hydraulisch an eine einen runden und im Längsquerschnitt U-förmigen Kolben 29, eine Rückstellfeder 30 sowie einen vorderen und einen hinteren Ölaufnahmeraum 31 bzw. 32 aufweisende dritte Kolben-Zylinder-Einheit 33 und an eine einen runden und im Längsquerschnitt ebenfalls U-förmigen Kolben 34, eine Nachstellfeder 35, einen Ölaufnahmeraum 36 aufweisende vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 angeschlossen. Dazu ist ein Ölkanal 38 vorgesehen, der den Steuerdruckraum 27, den vorderen Ölaufnahmeraum 31 und - bei einer bestimmten Stellung des Kolbens 34 - den Ölaufnahmeraum 36 miteinander verbindet. Der Ölkanal 38 ist durch eine erste innerhalb der Ventilbrücke 5 quer, d.h. senkrecht zu den Längsachsen der Schäfte 20 und 21, verlaufende Querbohrung gebildet. Diese Querbohrung ist mit einem Verschluss 39 versehen.
  • Die dritte Kolben-Zylinder-Einheit 33 ist ein Umschaltelement, dessen Kolbenstellungen je nachdem, ob der Benutzer der Brennkraftmaschine 1 den normal befeuerten Motorbetrieb oder den Motorbremsbetrieb vorgibt, unterschiedlich sind. Außerdem dient sein vorderer Ölaufnahmeraum 31 zur Aufnahme des in dem Öldruckraum 15 befindlichen Öls, wenn dieses Öl bei einer Rückwärtsbewegung des Anschlagkolbens 12 verdrängt wird. Das maximale Aufnahmevolumen des vorderen Ölaufnahmeraums 31 ist deshalb mindestens so groß wie das des Öldruckraums 15. Weiterhin dient der dritte Kolben-Zylinder-Einheit 33 auch zur Ölableitung. Sein hinterer Ölaufnahmeraum 32 ist deshalb mit einer Ölaustrittsöffnung 40 versehen. Zusätzlich weist eine Seitenwand des Kolbens 29 eine Absteueröffnung 41 auf. Bei einer bestimmten Stellung des Kolbens 29, nämlich genau der in der Figur gezeigten Stellung, verbindet diese Absteueröffnung 41 den hinteren Ölaufnahmeraum 32 mit einem weiteren quer innerhalb der Ventilbrücke 5 verlaufenden Ölkanal 42. Letzterer ist wiederum als Querbohrung ausgeführt, die mittels eines weiteren Verschlusses 43 gegenüber einem Ölaustritt abgedichtet ist.
  • Die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 bildet einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus, der das Spiel der Auslassventile 3 und 4 automatisch ausgleicht. Die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 ist an den Hauptölkreis angeschlossen. Hierzu hat der mit der Stützkalotte 7 des Kontaktbolzens 6 aufgrund der Federkraftwirkung der Nachstellfeder 35 in permanentem Kontakt stehende Kolben 34 in seinem Kolbenboden einen zentralen Ölzufuhrkanal 44, der konzentrisch zu dem Ölzufuhrkanal 8 des Kontaktbolzens 6 angeordnet ist. An einem dem Ölaufnahmeraum 36 zugewandten Ende des Ölzufuhrkanals 44 ist ein Rückschlagventil 45 (= Rücklaufsperrventil) vorgesehen, dessen Kugel bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer zusätzlichen Rückschlagventilfeder in den Kugelsitz gedrückt wird. Der Ölaufnahmeraum 36 ist an einer vom Kolben 34 abgewandten Seite zur Ölabsteuerung an den Ölkanal 42 angeschlossen. Außerdem weist auch eine Seitenwand des Kolbens 34 eine Absteueröffnung 46 auf, die bei einer bestimmten Stellung des Kolbens 34 den Ölaufnahmeraum 36 mit dem Ölkanal 38 verbindet.
  • Im Folgenden werden die Wirkungsweisen und besondere Vorteile der Motorbremseinrichtung 2 sowie des Ventilspielausgleichsmechanismus näher beschrieben.
  • Zunächst wird der Motorbremsbetrieb erläutert. Bei Betätigung der Motorbremseinrichtung 2 wird das Drosselelement im Abgaskanal in Drosselstellung gebracht, wodurch sich Abgas im Abgaskanal zwischen der Auslassventilöffnung des Zylinders und dem Drosselelement staut. Dieser Staudruck im Abgaskanal kann eine Zwischenöffnung des Auslassventils 3 bewirken, welche insbesondere am Ende des ersten Motortaktes (= Ansaugtakt) jedes Vier-Takt-Zyklus der Brennkraftmaschine 1 eintritt. Aufgrund der im Brennraum des Zylinders und im Abgaskanal herrschenden Druckverhältnisse resultiert eine pneumatische Kraft Fpn, die der Schließkraft FFed der Schließfeder 22 entgegenwirkt und unter bestimmten Umständen das angesprochene Zwischenöffnen des Auslassventils 3 verursacht.
  • Während des Ansaugtakts befindet sich der Kipphebel der Auslassventile 3 und 4 auf dem Nockengrundkreis der Nockenwelle. Dadurch ist der Kolben 34 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 an seinem oberen Totpunkt. Die Absteueröffnung 46 ist verschlossen. Diese Betriebssituation ist in der Figur gezeigt.
  • Beaufschlagt man nun aufgrund der Betätigung der Motorbremse alle Zylinder des Motorzylinderblocks der Brennkraftmaschine 1 zentral mit dem Öl des Zusatzölkreises, indem ein entsprechend hoher Öldruck pSteuer eingestellt wird, wird der Anschlagkolben 12 jeder ersten Kolben-Zylinder-Einheit 11 auf die zugehörige Ventilbrücke 5 gedrückt. Der Steuerdruckraum 27 der Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 (= zweite Kolben-Zylinder-Einheit) befüllt sich ebenso mit dem Öl des Zusatzölkreises wie der vordere Ölaufnahmeraum 31 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33. Deren Kolben 29 bewegt sich deshalb in seinen unteren Totpunkt, wodurch die Absteueröffnung 41 geöffnet wird. Diese Betriebssituation ist in der Figur gezeigt
  • In diesem Betriebszustand wird die aufgrund der Druckverhältnisse im Abgaskanal hervorgerufene pneumatische Kraft Fpn durch eine hydraulische Kraft FHyd unterstützt, die sich aufgrund der Beaufschlagung des Steuerdruckraums 27 mit dem Öl des Zusatzölkreises einstellt. Darüber hinaus unterstützt die Federkraft FNFed der Nachstellfeder 26 das Zwischenöffnen. Ist die Summe der Federkraft FNFed, der pneumatischen Kraft Fpn und der hydraulischen Kraft FHyd größer als die Schließkraft FFed der Schließfeder 22, erfolgt die Zwischenöffnung des Auslassventils 3.
  • Über die Stärke der hydraulischen Kraft FHyd kann also regulierend in diesen Prozess eingegriffen werden. Je nach dem im Zusatzölkreis eingestellten Öldruck pSteuer öffnet sich das Auslassventil 3 mehr oder weniger weit oder - bei sehr niedrigem Öldruck pSteuer im Zusatzölkreis - überhaupt nicht.
  • Bei einer Zwischenöffnung des Auslassventils 3, folgt der Steuerkolben 24 aufgrund der Federkraft der Nachstellfeder 26 der Öffnungsbewegung des Auslassventils 3, wodurch sich zugleich das Volumen des Steuerdruckraums 27 vergrößert. Es fließt Öl aus dem Zusatzölkreis in den Steuerdruckraum 27 nach, wodurch die Kraftwirkung der Nachstellfeder 26 unterstützt wird. Da das Öl aufgrund des Rückschlagventils 16 nicht aus dem Steuerdruckraum 27 zurück in den Ölzufuhrkanal 9 des Zusatzölkreises fließen und aufgrund der geschlossenen Absteueröffnung 46 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 auch nicht anderweitig abfließen kann, wird der Steuerkolben 24 gegen die Schließkraft FFed der Schließfeder 22 in Position und somit auch das mechanisch mit dem Steuerkolben 24 gekoppelte Auslassventil 3 in der zwischengeöffneten Stellung gehalten. Der Steuerkolben 24 ist also in der Ventilbrücke 5 hydraulisch geblockt, wenn das Auslassventil 3 nach der anfangs des zweiten Taktes erfolgten Zwischenöffnung im weiteren Verlauf des zweiten und dritten Taktes wieder zum Schließen neigt. Das Auslassventil 3 bleibt damit während des zweiten Taktes (= Kompressionstakt) und des folgenden dritten Taktes (= Expansionstakt) in der zwischengeöffneten Stellung, wodurch sich die gewünschte Motorbremswirkung einstellt.
  • Wenn am Ende des dritten Taktes der Kipphebel die Ventilbrücke 5 aufgrund der Nockenwellensteuerung wieder belastet, um das Auslassventil 3 in die während des vierten Taktes vorgesehene vollständig geöffnete Stellung zu bringen, wird der Kolben 34 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 nach unten in Richtung seines unteren Totpunkts gedrückt, so dass sich die Absteueröffnung 46 öffnet. Dann kann das im Steuerdruckraum 27 befindliche Öl über den Ölkanal 38, die Absteueröffnung 46, den Ölaufnahmeraum 36, den Ölkanal 42, die ohnehin bereits geöffnete Absteueröffnung 41 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33, den hinteren Ölaufnahmeraum 32 und die Ölaustrittsöffnung 40 abfließen. Zugleich bewegt sich die Ventilbrücke 5 aufgrund der Belastung durch den Kipphebel von dem Anschlagkolben 12 weg, so dass der Kontakt abreißt und sich auch der Ölkanal 28 öffnet. Das in dem Steuerdruckraum 27 befindliche Öl kann also auch durch den Ölkanal 28 in den Bereich des Zylinderdeckels ausströmen. Damit wird die hydraulische Blockung des Steuerkolbens 24 aufgehoben. Der Ölabfluss aus dem Steuerdruckraum 27 wird auch dadurch unterstützt, dass der Steuerkolben 24 bei sich wieder schließendem Auslassventil 3 in Richtung seiner eingefahrenen Grundstellung (= oberer Totpunkt) zurückgedrückt wird.
  • Beim Kipphebel-Rückhub wird nach dem erneuten Kontaktschluss zwischen der Ventilbrücke 5 und dem Anschlagkolben 12 außerdem auch der Anschlagkolben 12 in seinen oberen Totpunkt zurückgedrängt. Das bis dahin im Öldruckraum 15 befindliche Öl kann in dem vorderen Ölaufnahmeraum 31 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33 aufgenommen werden. Das Aufnahmevolumen des vorderen Ölaufnahmeraums 31 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33 muss zur Aufnahme des aus dem Öldruckraums 15 abfließenden Öls ausreichend groß dimensioniert werden, damit sich das aus dem Öldruckraum 15 abfließende Öl nicht aufstaut und zu einer unerwünschten Bewegung des Steuerkolbens 24 führt. Das Aufnahmevolumen des vorderen Ölaufnahmeraums 31 darf aber ein maximales Aufnahmevolumen nicht überschreiten, damit der Kolben 29 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33 sicher in seinen unteren Totpunkt gelangt. Andernfalls ist bei einer nachfolgenden Bewegung des Steuerkolbens 24 zum Zwischenöffnen des Auslassventils 3 der Steuerdruckraum 27 wegen des noch möglichen Resthubs des Kolbens 29 elastisch, wodurch das Auslassventil nicht in der zwischengeöffneten Stellung gehalten werden kann. Am Ende des vierten Taktes (= Ausschubtakt) liegt die Ventilbrücke 5 jedenfalls wieder am Anschlagkolben 12 an und der Kipphebel hat wieder den Nockengrundkreis erreicht. Ein neuer Bremszyklus kann beginnen.
  • Der Anschlagkolben 12 ist vorteilhafterweise (hydraulisch) nachführbar, so dass ein Anschlagspiel zwischen dem Gegenhalter 10 und der Ventilbrücke 5 automatisch ausgeglichen wird. Dies ist auch deshalb günstig, da die genaue Lage der Ventilbrücke 5 aufgrund des durch die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 bewirkten Ventilspielausgleichs nicht exakt definiert ist. Aufgrund der automatischen Nachführung des Anschlagkolbens 12 wird dessen Lage der jeweils aktuellen Lage der Ventilbrücke 5 angepasst, so dass kein Spalt zwischen dem Gegenhalter 10 und der Ventilbrücke 5 bleibt und die Versorgung der Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 mit dem Öl des Zusatzölkreises sicher gestellt ist.
  • Der Kolben 34 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37, der primär für den Ventilspielausgleich bestimmt ist, erfüllt bei der Brennkraftmaschine 1 weitere Funktionen. Er ist auch ein Steuerelement für den (EVB-)Motorbremszyklus und ein Durchflusselement für das abgesteuerte Öl.
  • Weiterhin ist die in der Ventilbrücke 5 vorgesehene Bohrungskonfiguration besonders günstig. Sie ermöglicht insbesondere eine Verwendung des Öls sowohl für die funktionelle Bewegung, z.B. um das Auslassventil 3 in die zwischengeöffnete Stellung zu bringen und dort zu halten, als auch zur hydraulischen Steuerung der verschiedenen mechanisch bewegten Komponenten. So ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn die Längsachsen des Schafts 20, des Steuerkolbens 24, des Steuerdruckraums 27, des Anschlagkolbens 12 und des Öldruckraums 15 sowie die Mittenachsen des Ölkanals 28 und der Durchgangsbohrung 17 miteinander fluchten.
  • Im Folgenden wird der normal befeuerte Motorbetrieb erläutert. Dabei ist die Motorbremseinrichtung 2 deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Hierzu bleibt zum einen das Drosselelement im Abgaskanal in geöffneter Stellung und zum anderen wird der Öldruck pSteuer im Zusatzölkreis - ggf. auch bis auf Null - reduziert. Die Anschlagkolben 12, der Steuerkolben 24 und der Kolben 29 sind dann am jeweiligen oberen Totpunkt. Der Anschlagkolben 12 wird in diesem Betriebszustand ohne nennenswerten Öldruck pSteuer aufgrund der Kraftwirkung der Rückstellfeder 13 in seine komplett eingefahrene Stellung gebracht. In diesem Zustand schlägt der Anschlagkolben 12 nie an der Ventilbrücke 5 an.
  • Befindet sich der Kipphebel auf dem Nockengrundkreis der Nockenwelle ist auch der Kolben 34 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 an seinem oberen Totpunkt. Die Absteueröffnung 41 ist verschlossen. Damit kann Öl des Hauptölkreises mittels der Ölzufuhrkanäle 8 und 44 in den Ölaufnahmeraum 36 strömen, von wo aus es nicht mehr entweichen kann, solange die Absteueröffnung 41 geschlossen bleibt. Von dem unter dem konstanten Öldruck pKonstant stehenden Öl des Hauptölkreises strömt eine so große Menge in den Ölaufnahmeraum 36, dass das aktuelle Ventilspiel aufgrund der hydraulisch und durch die Nachstellfeder 35 bedingten Nachführung des Kolbens 34 ausgeglichen ist. Dies erfolgt ebenfalls automatisch. Hierbei kommt es auf nur sehr geringe Ölmengen an. Deshalb wird bei dem Rückschlagventil 45 die Kugel mittels einer gesonderten Feder in dem Kugelsitz gehalten.
  • Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Motorbremsbetrieb beschriebene Wirkung der durch den Öldruck pSteuer des Zusatzölkreises bewirkten hydraulischen Kraft FHyd auf die Zwischenöffnung des Auslassventils 3 kann mit Vorteil sowohl zur Motorbremsung als auch zur Sicherstellung eines ungestörten normal befeuerten Motorbetriebs verwendet werden. So kann es insbesondere im Zusammenhang mit den zur Reduzierung der Abgasemission veranlassten Maßnahmen dazu kommen, dass sich auch während des normal befeuerten Motorbetriebs im Abgaskanal ein hoher Staudruck ausbildet, so dass das Auslassventil 3 zu einer Zwischenöffnung tendiert. Dies ist während des normal befeuerten Motorbetriebs unerwünscht und wird bei der mit der Motorbremseinrichtung 2 ausgestatteten Brennkraftmaschine 1 dadurch unterdrückt, dass der Öldruck pSteuer im Zusatzölkreis während des normal befeuerten Motorbetriebs stark reduziert oder sogar komplett abgeschaltet wird. Damit sinkt auch die hydraulische Kraft FHyd. Sie liefert dann keinen nennenswerten gegen die Schließkraft FFed wirkenden Beitrag. Die Federkraft FNFed und die pneumatische Kraft Fpn reichen alleine aber nicht aus, um eine geblockte Zwischenöffnung des Auslassventils 3 zu bewirken. Aufgrund des eingestellten niedrigen Öldrucks pSteuer im Zusatzölkreis wird die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 während des normal befeuerten Motorbetriebs abgeschaltet bzw. deaktiviert.
  • Aufgrund des Zusatzölkreises mit dem gezielt einstellbaren Öldruck pSteuer lässt sich also sowohl während des Motorbremsbetriebs eine fein justierbare Bremskraftwirkung erreichen als auch während des normal befeuerten Motorbetriebs eine dann unerwünschte Motorbremswirkung sicher unterdrücken.
  • Bei der Brennkraftmaschine 1 entfällt während der Motormontage und auch während des späteren Betriebs jegliche Einstellung des Ventilspiels und auch des Anschlagspiels (= EVB-Spiels) zwischen dem Gegenhalter 10 und der Ventilbrücke 5. Der Ausgleich beider Spiele erfolgt aufgrund der diesbezüglich besonders günstigen Ausgestaltung der Motorbremseinrichtung 2 und des Ventilspielausgleichsmechanismus (= vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37) automatisch. Insbesondere erfolgt auch ein automatischer Ausgleich der thermischen Ausdehnung der Auslassventile 3 und 4. Da keine Spiele überbrückt werden müssen, können die theoretisch vorgegebenen Steuerzeitpunkte exakter eingehalten werden. Dies wirkt sich günstig auf die Abgaswerte aus. Außerdem reduziert der Ausgleich des Ventil-Spiels und des EVB-Spiels die Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine 1. Es ergeben sich akustische Vorteile.
  • Grundsätzlich können die beschriebenen Ausgleichsmechanismen auch bei den Einlassventilen eingesetzt werden. Die bei der Brennkraftmaschine 1 verwendeten Komponenten sind keine Sonderbauteile. So kann z.B. die Ventilbrücke 5 in ihrer Grundbauform auch bei anderen Brennkraftmaschinen verwendet werden, die nicht mit einer Motorbremseinrichtung ausgestattet sind. Die Ventilbrücke enthält dann nur die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 mit einem Kolben 34 ohne eine Absteueröffnung 46. Die anderen drei Kolben-Zylinder-Einheiten 11, 19 und 33 sind dagegen überflüssig. Sie entfallen.

Claims (10)

  1. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, aus dem mittels mindestens eines Auslassventils (3, 4) Abgas abführbar ist, umfassend
    a) eine Motorbremseinrichtung (2) mit einer hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit (19), die in einen das Auslassventil (3) mit einer Nockenwelle verbindenden Verbindungsmechanismus (5, 6, 7) integriert ist und die das Auslassventil (3) bei betätigter Motorbremseinrichtung (2) in einer zwischengeöffneten Stellung hält, und
    b) einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus (37) für das Auslassventil (3, 4),
    wobei
    c) der hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus (37) für das Auslassventil (3, 4) in den selben das Auslassventil (3) mit einer Nockenwelle verbindenden Verbindungsmechanismus (5, 6, 7) integriert ist,
    d) der hydraulische Ventilspielausgleichsmechanismus (37) zur Ölspeisung an einen Hauptölkreis angeschlossen ist,
    e) die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit (19) zur Ölspeisung mit einem Steuerdruckraum (27) an einen zusätzlich zu dem Hauptölkreis vorgesehenen Zusatzölkreis angeschlossen ist,
    f) der Steuerdruckraum (27) an einen vorderen Ölaufnahmeraum (31) einer als Umschaltelement wirkenden dritten Kolben-Zylinder-Einheit (33) angeschlossen ist, deren Kolben (29) den vorderen Ölaufnahmeraum von einem hinteren Ölaufnahmeraum (32) trennt,
    g) der Steuerdruckraum (27) mit einen Ölaufnahmeraum (36) einer vierten Kolben-Zylinder-Einheit (37) verbunden ist, wenn deren Kolben (34) eine vorgegebene Stellung einnimmt,
    h) der Ölaufnahmeraum (36) der vierten Kolben-Zylinder-Einheit (37) mit dem hinteren Ölaufnahmeraum 32 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit (33) verbunden ist, wenn deren Kolben (34) eine vorgegebene Stellung einnimmt,
    i) der hinteren Ölaufnahmeraum 32 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit (33) eine Ölaustrittsöffnung (40) aufweist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öldruck (pSteuer) des Zusatzölkreises steuer- oder regelbar ist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzölkreis mittels eines Gegenhalters (10) an die Ventil-Zusatzsteuereinheit (19) angeschlossen ist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (10) einen Ölzuleitungskanal (9, 17) mit einem Rückschlagventil (16) enthält.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (10) als Anschlagelement einen ersten Kolben (12) einer in den Gegenhalter (10) integrierten ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (11) enthält.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Zusatzsteuereinheit (19) als eine rückschlagventilfreie zweite hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Kolben (24) ausgeführt ist.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Zusatzsteuereinheit (19) mittels der dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (33) an den Ventilspielausgleichsmechanismus (37) angeschlossen ist.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorderer Ölaufnahmeraum (31) der dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (33) ein Aufnahmevolumen hat, das mindestens so groß ist wie dasjenige eines Öldruckraums (15) der ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (11).
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben (29) der dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (33) in einer Seitenwand eine erste Absteueröffnung (41) aufweist.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilspielausgleichsmechanismus als vierte hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (37) mit einem Kolben (34), der in einer Seitenwand eine zweite Absteueröffnung (46) aufweist, ausgeführt ist.
EP20090007580 2008-07-11 2009-06-09 Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung und einem Ventilspielausgleichsmechanismus Active EP2143894B1 (de)

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DE200810032775 DE102008032775A1 (de) 2008-07-11 2008-07-11 Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung und einem Ventilspielausgleichsmechanismus

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