EP2143895B1 - Motorbremseinrichtung und Verfahren zur Motorbremsung mit einer Ventil-Zusatzsteuereinheit - Google Patents

Motorbremseinrichtung und Verfahren zur Motorbremsung mit einer Ventil-Zusatzsteuereinheit Download PDF

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EP2143895B1
EP2143895B1 EP09007579A EP09007579A EP2143895B1 EP 2143895 B1 EP2143895 B1 EP 2143895B1 EP 09007579 A EP09007579 A EP 09007579A EP 09007579 A EP09007579 A EP 09007579A EP 2143895 B1 EP2143895 B1 EP 2143895B1
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EP
European Patent Office
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valve
control unit
oil circuit
auxiliary
auxiliary control
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EP09007579A
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Werner Kaufhold
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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    • 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
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L2810/02—Lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages

Definitions

  • the invention relates to an engine brake device of a self-igniting 4-stroke reciprocating internal combustion engine, which can be supplied with combustion air by means of at least one intake valve and exhaust gas can be discharged into an exhaust duct by means of at least one exhaust valve, wherein a controllable throttle element is provided in the exhaust duct, the exhaust valve is transferable to an intermediate opened position by means of the throttle element placed in a throttle position, the exhaust valve is connected to a camshaft by means of a mechanical linkage mechanism comprising a hydraulic auxiliary valve control unit and the auxiliary hydraulic control unit holds the exhaust valve in the intermediate opened position.
  • the invention relates to a method for engine braking a self-igniting 4-stroke reciprocating internal combustion engine, which is supplied by at least one inlet valve combustion air and from which by means of at least one exhaust valve exhaust gas is discharged into an exhaust passage, wherein provided in the exhaust passage throttle element for Initiation of engine braking is brought into a throttle position by means of a control, whereby the exhaust gas accumulates in a region between the throttle element and the exhaust valve and a back pressure is built up, whereupon the exhaust valve moves to an intermediate open position, in which intermediate position the exhaust valve by means of a hydraulic valve Additional control unit, which is integrated in a the exhaust valve with a camshaft connecting mechanical link mechanism is held.
  • the additional hydraulic valve control unit is in the variant according to the EP 0 736 672 B 1 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.
  • An object of the invention is to provide an engine braking device of the type described, which has both a good engine braking effect and a fired engine operation with high exhaust gas recirculation rates allowed.
  • an engine braking device according to the features of claim 1 is given.
  • the additional hydraulic control unit is switched on and off by means of an additional oil circuit provided in addition to a main oil circuit of the internal combustion engine.
  • the additional valve control unit is thus not connected in particular to the main oil circuit of the internal combustion engine, but exclusively to the additional oil circuit.
  • This additional oil circuit in particular its oil pressure, can be adjusted easily and especially without interfering with the areas and components of the internal combustion engine fed by the main oil circuit, selectively and separately adapted to the mode of operation and the operating state of the engine brake device.
  • the additional valve control unit and thus the engine braking device can be activated and deactivated altogether by means of the additional oil circuit. The connection and disconnection can be done in particular synchronously with the operation of the throttle element.
  • the additional valve control unit of the engine brake device is then switched on only by means of the oil pressure of the additional oil circuit set accordingly, if an engine braking effect is actually desired.
  • the auxiliary valve control unit of the engine brake device is deactivated, whereby the undesired opening of the intermediate-opened exhaust valve in this operating situation does not occur. With a correspondingly harder design of the valve spring, even intermediate opening can be prevented.
  • the engine braking device according to the invention equally allows a good engine braking effect if required and otherwise an undisturbed engine operation, which can be used in particular also with high exhaust gas recirculation rates and correspondingly high dynamic pressure values in the exhaust duct.
  • 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 is connected by means of a particular already existing stop on the additional valve control unit. 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.
  • an oil feed channel is preferably integrated with a check valve in the stop.
  • the integrated in the connecting mechanism additional valve control unit is preferably designed as a particular check valve-free hydraulic piston-cylinder unit with a reset spring. This relieves the connection mechanism mechanically controlling the movement of the exhaust valve. The number of components to be incorporated into the link mechanism is reduced in this way.
  • Another object of the invention is to provide a method of engine braking according to the type described above, which has both a good engine braking effect and also allows a fired engine operation with high exhaust gas recirculation rates.
  • the additional hydraulic valve control unit can be switched on and off by means of an additional oil circuit provided in addition to a main oil circuit of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 is an example of a system diagram of a four-cylinder internal combustion engine 1, which includes a particular intended for lubrication main oil circuit 2 and an additional oil circuit 3 shown.
  • the main oil circuit 2 and the additional oil circuit 3 are executed substantially independently of each other.
  • inlet valves 4 and exhaust valves 5 are provided which are mechanically actuated by means of rotatably mounted about bearing axes 6 rocker arm 7.
  • the bearing shafts 6 and the rocker arms 7 are each parts of connecting mechanisms, the inlet and outlet valves 4 and 5 with a in the embodiment according to Fig. 1 not shown in detail Camshaft of the internal combustion engine 1 connect.
  • each connecting mechanism also includes a respective valve bridge 8 and an adjusting screw 9, which are arranged between the inlet or outlet valve 4 and 5 and the associated rocker arm 7.
  • the main oil circuit comprises oil supply channels 10, which extend, inter alia, also within the bearing axles 6, the rocker arms 7 and the adjusting screws 9.
  • the internal combustion engine 1 is equipped with an EVB type engine brake device 11.
  • This includes in addition to Fig. 1 throttle elements not shown in detail in the exhaust ducts and also not shown in detail central control / regulating unit for the oil pressure in the additional oil circuit 3, per cylinder, a hydraulic additional valve control unit 12, the piston-cylinder unit in the valve bridge 8 of the respective exhaust valve. 5 is installed.
  • the additional valve control units 12 are each connected to the additional oil circuit 3, by means of which oil pressure they can be switched on and off.
  • Oil supply channels 13 ensure the supply of the auxiliary hydraulic valve control units 12 with the oil of the additional oil circuit 3.
  • a check valve 14 is arranged in each case, which in an adjusting screw 15 of a stop 16 (see Fig. 2 and 3 ), to which the valve bridge 8 of the respective exhaust valve 5 abuts, is integrated. By means of the stop 16, a temporary hydraulic connection between the additional oil circuit 3 and the additional valve control unit 12 is produced.
  • An oil pressure or an oil pressure level of the additional oil circuit 3 can be changed by means of an oil pressure variation means 17, which is inserted into an oil feed line 18 of the additional oil circuit 3.
  • the oil pressure varying means 17 may be, for example, a pressure reducing valve or an oil pump.
  • This task is in turn through the in Fig. 1 not perceived with illustrated central control unit of the engine brake device 11.
  • the hydraulic valve auxiliary units 12 are switched on or off, or controlled or regulated in their hereinafter explained in more detail effect on the displacement position of the respective exhaust valve 5.
  • the braking force of the engine brake device 11 can be adjusted very fine.
  • the rocker arm 7 acts on the adjustable 8 and countered by the nut 19 adjusting screw 9 with a ball joint articulated at its free end Stützkalotte 20 on the valve bridge 8 a.
  • the valve bridge 8 is used in the in Fig. 2 and 3 11 except for controlling the exhaust valve 5 required for the operation of the engine brake device 11 also for controlling a further exhaust valve 21 disposed in the same cylinder of the internal combustion engine 1 as the exhaust valve 5.
  • the exhaust valves 5 and 21 are provided with shafts 22 and 23, respectively mounted axially movable in the cylinder head 24 and acted upon by a closing spring 25 and 26 with a certain biasing force in the closing direction.
  • the closing force of the closing spring 25 is designated F Fed .
  • the exhaust valve 5 associated with the engine brake device 11 includes, as already stated above, the hydraulic additional valve control unit 12, the control piston 27 is guided axially movably in a provided in the valve bridge 8 cylinder bore 28.
  • the control piston 27 is supported at the upper end of the shaft 22 of the exhaust valve 5.
  • the additional valve control unit 12 also includes an adjusting spring 29, which is arranged on a side facing away from the shaft 22 side of the control piston 27 in a control pressure chamber 30 and the control piston 27 presses against the shaft 22.
  • the spring force of the adjusting spring 29 serves to track the control piston 27th
  • the control pressure chamber 30 is provided with an oil passage 31, by means of which oil of the additional oil circuit 3 enter the control pressure chamber 30 and can escape from the control pressure chamber 30 again.
  • the oil passage 31 extends from the control pressure chamber 30 to a region of a surface of the valve bridge 8, which bears against the stop 16 during a partial cycle duration. This operating situation with valve abutment abutting stop 16 is in FIG Fig. 2 and 3 shown.
  • the adjusting screw 15 of the stopper 16 is provided with an oil supply passage 32 which is connected to the oil supply passage 13 of the auxiliary oil circuit 3.
  • the check valve 14 is disposed within this oil supply passage 32. It includes a ball and a ball seat, as well as a Kugelhubanschlag.
  • the oil supply passage 32 opens into an outlet opening 33 which is arranged concentrically with the oil passage 31 at abutting the valve bridge 8 stop 16.
  • oil of the additional oil circuit 3 can pass via the oil supply channel 13, the oil supply channel 32, the oil channel 31 into the control pressure chamber 30 of the auxiliary hydraulic valve control unit 12.
  • the mode of operation of the engine brake device 11 will be described in more detail below.
  • the Throttle element placed in throttle position in the exhaust passage, whereby accumulates exhaust gas in the exhaust passage between the exhaust valve opening of one or more cylinders and the throttle element.
  • a pneumatic force F pn results, which counteracts the closing force F Fed of the closing spring 25 and under certain circumstances causes the mentioned intermediate opening of the outlet valve 5.
  • This pneumatic force F pn is supported by a hydraulic force F Hyd , which adjusts itself with the oil of the additional oil circuit 3 due to the admission of the control pressure chamber 30. If the sum of the pneumatic force F pn and the hydraulic force F Hyd is greater than the closing force F Fed of the closing spring 25, the intermediate opening of the outlet valve 5 takes place.
  • the strength of the hydraulic force F Hyd can thus be used to regulate this process.
  • the exhaust valve 5 opens more or less or - at very low oil pressure in the additional oil circuit 3 - not at all.
  • the control piston 27 follows the opening movement of the exhaust valve 5 due to the spring force of the adjusting spring 29 and the oil pressure force, thereby increasing the volume of the control pressure chamber 30 at the same time. It flows oil from the additional oil circuit 3 in the control pressure chamber 30 after. Since the oil can not flow from the control pressure chamber 30 back into the oil supply passage 13 of the additional oil circuit 3 due to the check valve 14, the control piston 27th against the closing force F Fed of the closing spring 25 in position and thus also the mechanically coupled to the control piston 27 outlet valve 5 held in the intermediate open position.
  • the control piston 27 is thus hydraulically blocked in the valve bridge 8, when the exhaust valve 5 after the first cycle or at the beginning of the second cycle at the latest intermediate opening in the course of the second and third clock tends to close again.
  • the pneumatic force F pn alone is not sufficient to effect an intermediate opening of the outlet valve 5 against a correspondingly high closing force F Fed . Due to the set low oil pressure in the additional oil circuit 3, the hydraulic auxiliary valve control unit 12 is thus switched off or deactivated during normal-fire engine operation.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Motorbremseinrichtung einer selbstzündenden 4-Takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, die mindestens einen Brennraum hat, dem mittels mindestens eines Einlassventils Verbrennungsluft zuführbar und aus dem mittels mindestens eines Auslassventils Abgas in einen Abgaskanal abführbar ist, wobei in dem Abgaskanal ein ansteuerbares Drosselelement vorgesehen ist, das Auslassventil zur Motorbremsung mittels des in eine Drosselstellung gebrachten Drosselelements in eine zwischengeöffnete Stellung überführbar ist, das Auslassventil mittels eines eine hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit umfassenden mechanischen Verbindungsmechanismus mit einer Nockenwelle verbunden ist und die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit das Auslassventil in der zwischengeöffneten Stellung hält.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Motorbremsung einer selbstzündenden 4Takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, die mindestens einen Brennraum hat, dem mittels mindestens eines Einlassventils Verbrennungsluft zugeführt wird und aus dem mittels mindestens eines Auslassventils Abgas in einen Abgaskanal abgeführt wird, wobei ein in dem Abgaskanal vorgesehenes Drosselelement zur Einleitung der Motorbremsung mittels einer Ansteuerung in eine Drosselstellung gebracht wird, wodurch sich in einem Bereich zwischen dem Drosselelement und dem Auslassventil das Abgas staut und ein Staudruck aufgebaut wird, woraufhin sich das Auslassventil in eine zwischengeöffnete Stellung bewegt, in welcher zwischengeöffneten Stellung das Auslassventil mittels einer hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit, die in einen das Auslassventil mit einer Nockenwelle verbindenden mechanischen Verbindungsmechanismus integriert ist, gehalten wird.
  • Eine derartige Motorbremseinrichtung und derartige Verfahren zur Motorbremsung sind beispielsweise in der EP 0 736 672 B1 und EP 1 526 257 A2 beschrieben. Es handelt sich jeweils um eine Mischform aus einer Motorstaubremse und einer Dekompressionsbremse, die insbesondere auch als EVB (= Exhaust Valve Break) bezeichnet wird. Die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit ist bei der Variante gemäß der EP 0 736 672 B 1 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.
  • Zur Reduzierung der Abgasemission kommt derzeit auch eine Abgasrückführung zum Einsatz. Die dabei angestrebten hohen Rückführraten gehen mit hohen Druckwerten im Abgaskanal einher. Dieser für die Abgasrückführung einerseits erwünschte Effekt erhöht andererseits aber das Risiko, dass die Auslassventile auch bei normalem Motorbetrieb, also bei ausgeschalteter Motorbremse, gegen den während der Ansaugphase niedrigen Zylinderinnendruck zwischenöffnen und - in diesem Betriebszustand ungewollt - durch die automatisch eingreifende hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit in dieser zwischengeöffneten Stellung gehalten werden. Die Staudruckwerte im Abgaskanal sind bei betätigter Motorbremse und im befeuerten Motorbetrieb mit hohen Abgasrückführraten vergleichbar, wobei im einen Fall ein Zwischenöffnen der Auslassventile erwünscht ist, im anderen Fall dagegen nicht.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Motorbremseinrichtung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die sowohl eine gute Motorbremswirkung aufweist als auch einen befeuerten Motorbetrieb mit hohen Abgasrückführraten erlaubt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Motorbremseinrichtung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Motorbremseinrichtung ist die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit mittels eines zusätzlich zu einem Hauptölkreis der Brennkraftmaschine vorgesehenen Zusatzölkreises zu- und abschaltbar.
  • Bei der erfindungsgemäßen Motorbremseinrichtung ist die Ventil-Zusatzsteuereinheit also insbesondere nicht an den Hauptölkreis der Brennkraftmaschine, sondern ausschließlich an den Zusatzölkreis angeschlossen. Dieser 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. Erfindungsgemäß kann die Ventil-Zusatzsteuereinheit und damit die Motorbremseinrichtung insgesamt mittels des Zusatzölkreises aktiviert und deaktiviert werden. Die Zu- und Abschaltung kann dabei insbesondere synchron mit der Betätigung des Drosselelements erfolgen. Erfindungsgemäß wird die Ventil-Zusatzsteuereinheit der Motorbremseinrichtung nur dann mittels des dementsprechend eingestellten Öldrucks des Zusatzölkreises zugeschaltet, wenn eine Motorbremswirkung tatsächlich gewünscht wird. Während des normal befeuerten Motorbetriebs ist die Ventil-Zusatzsteuereinheit der Motorbremseinrichtung dagegen deaktiviert, wodurch das in dieser Betriebssituation unerwünschte Offenhalten des zwischengeöffneten Auslassventils nicht auftritt. Bei entsprechend härterer Auslegung der Ventilfeder lässt sich schon dass Zwischenöffnen selbst unterbinden. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Motorbremseinrichtung gleichermaßen eine bei Bedarf gute Motorbremswirkung und ansonsten einen ungestörten Motorbetrieb, bei dem insbesondere auch mit hohen Abgasrückführraten und dementsprechend hohen Staudruckwerten im Abgaskanal gearbeitet werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Motorbremseinrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
  • Günstig ist eine Variante, bei der der Öldruck des Zusatzölkreises 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. 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.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Variante ist der Zusatzölkreis mittels eines insbesondere ohnehin vorhandenen Anschlags an die Ventil-Zusatzsteuereinheit angeschlossen. 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.
  • Weiterhin ist in dem Anschlag vorzugsweise ein Ölzuleitungskanal mit einem Rückschlagventil integriert. Dagegen ist die in den Verbindungsmechanismus integrierte Ventil-Zusatzsteuereinheit vorzugsweise als insbesondere rückschlagventilfreie hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Nachstellfeder ausgeführt. Dadurch wir der die Bewegung des Auslassventils mechanisch steuernde Verbindungsmechanismus entlastet. Die Anzahl der in den Verbindungsmechanismus einzubauenden Komponenten reduziert sich auf diese Weise.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Motorbremsung gemäß der eingangs bezeichneten Art anzugeben, das sowohl eine gute Motorbremswirkung aufweist als auch einen befeuerten Motorbetrieb mit hohen Abgasrückführraten erlaubt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 6 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit mittels eines zusätzlich zu einem Hauptölkreis der Brennkraftmaschine vorgesehenen Zusatzölkreises zu- und abgeschaltet werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den von Anspruch 6 abhängigen Ansprüchen. Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Ausgestaltungen bieten im Wesentlichen die gleichen Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Motorbremseinrichtung und deren Varianten beschrieben worden sind. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel einer Ventilsteuerung einer mit einer Mo- torbremseinrichtung, einem Hauptölkreis und einem Zusatzölkreis ausgestatteten Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,
    Fig. 2
    eine Querschnittsdarstellung der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 im Bereich zweier Auslassventile und deren mechanischer Ansteu- erung, und
    Fig. 3
    einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 2 mit zusätzlicher Darstellung des Anschlusses des Zusatzölkreises an eine Ventil-Zusatzsteuereinheit der Motorbremseinrichtung.
  • Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 3 mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In Fig. 1 ist beispielhaft ein Systemschaltbild einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine 1, die einen insbesondere zur Schmierung vorgesehenen Hauptölkreis 2 sowie einen Zusatzölkreis 3 umfasst, gezeigt. Der Hauptölkreis 2 und der Zusatzölkreis 3 sind im Wesentlichen unabhängig voneinander ausgeführt. In jedem einen Brennraum aufnehmenden Zylinder der Brennkraftmaschine 1 sind Einlassventile 4 und Auslassventile 5 vorgesehen, die mittels drehbar um Lagerachsen 6 gelagerter Kipphebel 7 mechanisch betätigbar sind. Die Lagerachsen 6 und die Kipphebel 7 sind jeweils Teile von Verbindungsmechanismen, die die Ein- und Auslassventile 4 bzw. 5 mit einer in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 nicht näher gezeigten Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 verbinden. Außerdem umfasst jeder Verbindungsmechanismus auch jeweils eine Ventilbrücke 8 sowie eine Einstellschraube 9, die zwischen dem Ein- oder Auslassventil 4 bzw. 5 und dem zugehörigen Kipphebel 7 angeordnet sind. Der Hauptölkreis umfasst Ölzufuhrkanäle 10, die u.a. auch innerhalb der Lagerachsen 6, der Kipphebel 7 sowie der Einstellschrauben 9 verlaufen.
  • Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Motorbremseinrichtung 11 vom EVB-Typ ausgestattet. Diese umfasst neben in Fig. 1 nicht näher gezeigten Drosselelementen in den Abgaskanälen sowie einer ebenfalls nicht näher gezeigten zentralen Steuer-/Regeleinheit für den Öldruck im Zusatzölkreis 3, pro Zylinder auch eine hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 12, die als Kolben-Zylinder-Einheit in die Ventilbrücke 8 des jeweiligen Auslassventils 5 eingebaut ist. Die Ventil-Zusatzsteuereinheiten 12 sind jeweils an den Zusatzölkreis 3 angeschlossen, mittels dessen Öldruck sie zu- und abgeschaltet werden können. Ölzufuhrkanäle 13 stellen die Versorgung der hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheiten 12 mit dem Öl des Zusatzölkreises 3 sicher. In den Ölzufuhrkanälen 13 ist jeweils ein Rückschlagventil 14 angeordnet, das in eine Einstellschraube 15 eines Anschlags 16 (siehe Fig. 2 und 3), an den die Ventilbrücke 8 des jeweiligen Auslassventils 5 anstößt, integriert ist. Mittels des Anschlags 16 wird eine temporäre hydraulische Verbindung zwischen dem Zusatzölkreis 3 und der Ventil-Zusatzsteuereinheit 12 hergestellt.
  • Ein Öldruck bzw. ein Öldruckniveau des Zusatzölkreises 3 lässt sich mittels eines Öldruckvariationsmittels 17, das in eine Öleinspeiseleitung 18 des Zusatzölkreises 3 eingefügt ist, verändern. Bei dem Öldruckvariationsmittel 17 kann es sich beispielsweise um ein Druckminderventil oder um eine Ölpumpe handeln. Auf diese Weise ist es möglich, den Öldruck innerhalb des Zusatzölkreises 3 sehr fein einzustellen, was insbesondere über eine Steuerung oder Regelung erfolgt. Diese Aufgabe wird wiederum durch die in Fig. 1 nicht mit dargestellte zentrale Steuer-/Regeleinheit der Motorbremseinrichtung 11 wahrgenommen. Je nach in dem Zusatzölkreis 3 eingestellten Öldruck werden die hydraulischen Ventil-Zusatzeinheiten 12 ein- oder ausgeschaltet oder in ihrer im Folgenden noch näher erläuterten Wirkung auf die Verschiebeposition des jeweiligen Auslassventils 5 gesteuert oder geregelt. Damit lässt sich die Bremskraftwirkung der Motorbremseinrichtung 11 sehr fein justieren.
  • Im Folgenden wird eine konstruktive Ausgestaltung der Motorbremseinrichtung 11 anhand der ausschnittsweisen Querschnittsdarstellungen der Brennkraftmaschine 1 gemäß Fig. 2 und 3 näher beschrieben. Der Kipphebel 7 wirkt über die einstellbare und durch die Mutter 19 gekonterte Einstellschraube 9 mit einer an ihrem freien Ende kugelgelenkig angelenkten Stützkalotte 20 auf die Ventilbrücke 8 ein. Die Ventilbrücke 8 dient bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel außer zur Steuerung des für den Betrieb der Motorbremseinrichtung 11 benötigen Auslassventils 5 auch zur Steuerung eines weiteren Auslassventils 21, das in demselben Zylinder der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist wie das Auslassventil 5. Die Auslassventile 5 und 21 sind mit einem Schaft 22 bzw. 23 im Zylinderkopf 24 axial beweglich gelagert und durch eine Schließfeder 25 bzw. 26 mit einer bestimmten Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagt. Die Schließkraft der Schließfeder 25 ist mit FFed bezeichnet.
  • Die dem Auslassventil 5 zugeordnete Motorbremseinrichtung 11 enthält, wie vorstehend bereits ausgeführt, die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 12, deren Steuerkolben 27 in einer in der Ventilbrücke 8 vorgesehenen Zylinderbohrung 28 axial beweglich geführt ist. Der Steuerkolben 27 stützt sich am oberen Ende des Schaftes 22 des Auslassventils 5 ab. Die Ventil-Zusatzsteuereinheit 12 umfasst außerdem eine Nachstellfeder 29, die auf einer von dem Schaft 22 abgewandten Seite des Steuerkolbens 27 in einem Steuerdruckraum 30 angeordnet ist und den Steuerkolben 27 gegen den Schaft 22 drückt. Die Federkraft der Nachstellfeder 29 dient der Nachführung des Steuerkolbens 27.
  • Der Steuerdruckraum 30 ist mit einem Ölkanal 31 versehen, mittels dessen Öl des Zusatzölkreises 3 in den Steuerdruckraum 30 gelangen und auch aus dem Steuerdruckraum 30 wieder entweichen kann. Der Ölkanal 31 verläuft von dem Steuerdruckraum 30 zu einem Bereich einer Oberfläche der Ventilbrücke 8, der während einer Teilzyklusdauer an dem Anschlag 16 anliegt. Diese Betriebssituation mit am Anschlag 16 anliegender Ventilbrücke 8 ist in Fig. 2 und 3 dargestellt.
  • Die Einstellschraube 15 des Anschlags 16 ist mit einem Ölzuleitungskanal 32 versehen, der an den Ölzufuhrkanal 13 des Zusatzölkreises 3 angeschlossen ist. Das Rückschlagventil 14 ist innerhalb dieses Ölzuleitungskanals 32 angeordnet. Es umfasst eine Kugel und einen Kugelsitz, sowie einen Kugelhubanschlag. An dem der Ventilbrücke 8 zugewandten unteren Ende der Einstellschraube 15 mündet der Ölzuleitungskanal 32 in eine Austrittsöffnung 33, die bei an der Ventilbrücke 8 anliegendem Anschlag 16 konzentrisch zum Ölkanal 31 angeordnet ist. In dieser Konstellation kann Öl des Zusatzölkreises 3 über den Ölzufuhrkanal 13, den Ölzuleitungskanal 32, den Ölkanal 31 in den Steuerdruckraum 30 der hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit 12 gelangen.
  • Im Folgenden wird die Wirkungsweise der Motorbremseinrichtung 11 näher beschrieben. Bei Betätigung der Motorbremseinrichtung 11 wird das Drosselelement im Abgaskanal in Drosselstellung gebracht, wodurch sich Abgas im Abgaskanal zwischen der Auslassventilöffnung eines oder mehrerer Zylinder und dem Drosselelement staut. Dieser Staudruck im Abgaskanal kann eine Zwischenöffnung des Auslassventils 5 bewirken, welche während des ersten Motortaktes (= Ansaugtakt) spätestens jedoch zu Beginn des zweiten Motortaktes (Kompressionstakt) 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 25 entgegenwirkt und unter bestimmten Umständen das angesprochene Zwischenöffnen des Auslassventils 5 verursacht. Unterstützt wird diese pneumatische Kraft Fpn durch eine hydraulische Kraft FHyd, die sich aufgrund der Beaufschlagung des Steuerdruckraums 30 mit dem Öl des Zusatzölkreises 3 einstellt. Ist die Summe der pneumatischen Kraft Fpn und der hydraulischen Kraft FHyd größer als die Schließkraft FFed der Schließfeder 25, erfolgt die Zwischenöffnung des Auslassventils 5.
  • Über die Stärke der hydraulischen Kraft FHyd kann also regulierend in diesen Prozess eingegriffen werden. Je nach im Zusatzölkreis eingestelltem Zusatzöldruck öffnet sich das Auslassventil 5 mehr oder weniger weit oder - bei sehr niedrigem Öldruck im Zusatzölkreis 3 - überhaupt nicht.
  • Bei einer Zwischenöffnung des Auslassventils 5, folgt der Steuerkolben 27 der Öffnungsbewegung des Auslassventils 5 aufgrund der Federkraft der Nachstellfeder 29 und der Öldruckkraft, wodurch sich zugleich das Volumen des Steuerdruckraums 30 vergrößert. Es fließt Öl aus dem Zusatzölkreis 3 in den Steuerdruckraum 30 nach. Da das Öl aufgrund des Rückschlagventils 14 nicht aus dem Steuerdruckraum 30 zurück in den Ölzufuhrkanal 13 des Zusatzölkreises 3 fließen kann, wird der Steuerkolben 27 gegen die Schließkraft FFed der Schließfeder 25 in Position und somit auch das mechanisch mit dem Steuerkolben 27 gekoppelte Auslassventil 5 in der zwischengeöffneten Stellung gehalten. Der Steuerkolben 27 ist also in der Ventilbrücke 8 hydraulisch geblockt, wenn das Auslassventil 5 nach der im ersten Takt bzw. spätestens anfangs des zweiten Taktes erfolgten Zwischenöffnung im weiteren Verlauf des zweiten und dritten Taktes wieder zum Schließen neigt. Das Auslassventil 5 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 7 die Ventilbrücke 8 aufgrund der Nockenwellensteuerung vom Anschlag 16 wegbewegt, um das Auslassventil 5 in die während des vierten Taktes vorgesehene vollständig geöffnete Stellung zu bringen, wird die hydraulische Blockung des Steuerkolbens 27 aufgehoben. Das in dem Steuerdruckraum 30 befindliche Öl strömt durch den Ölkanal 31 in den Bereich des Zylinderdeckels aus. Der Steuerkolben 27 wird durch die Federkraft der Schließfeder 25 auf den Anschlag seiner eingefahrenen Grundstellung zurückgedrückt. Am Ende des vierten Taktes (= Ausschubtakt) schlägt die Ventilbrücke 8 wieder am Anschlag 16 an und ein neuer Zyklus kann beginnen.
  • Die vorstehend beschriebene Wirkung der hydraulischen Kraft FHyd auf die Zwischenöffnung des Auslassventils 5 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 5 zu einer Zwischenöffnung tendiert. Dies ist während des normal befeuerten Motorbetriebs unerwünscht und wird bei der mit der Motorbremseinrichtung 11 ausgestatteten Brennkraftmaschine 1 dadurch unterdrückt, dass der Öldruck im Zusatzölkreis 3 während des normal befeuerten Motorbetriebs abgesperrt wird. Damit entfällt auch die hydraulische Kraft FHyd. Sie liefert dann keinen gegen die Schließkraft FFed wirkenden Beitrag. Die pneumatische Kraft Fpn reicht alleine aber nicht aus, um eine Zwischenöffnung des Auslassventils 5 gegen eine entsprechend hoch gewählte Schließkraft FFed zu bewirken. Aufgrund des eingestellten niedrigen Öldrucks im Zusatzölkreis 3 wird die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 12 also während des normal befeuerten Motorbetriebs abgeschaltet bzw. deaktiviert.
  • Die Zuschaltung bzw. Aktivierung erfolgt erst bei Betätigung der Motorbremse. Dann wird ein entsprechend höherer Öldruck im Zusatzölkreis 3 aufgebaut und es stellt sich die in dieser Betriebssituation erwünschte geblockte Zwischenöffnung des Auslassventils 5 ein.
  • Aufgrund des Zusatzölkreises 3 mit dem gezielt einstellbaren Öldruck lässt sich also sowohl während des Motorbremsbetriebs eine fein justierbare Bremskraftwirkung erreichen als auch während des normal befeuerten Motorbetriebs eine dann unerwünschte Zwischenöffnung sicher unterdrücken.

Claims (9)

  1. Motorbremseinrichtung einer selbstzündenden 4-Takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine (1), die mindestens einen Brennraum hat, dem mittels mindestens eines Einlassventils (4) Verbrennungsluft zuführbar und aus dem mittels mindestens eines Auslassventils (5; 21) Abgas in einen Abgaskanal abführbar ist, wobei
    a) in dem Abgaskanal ein ansteuerbares Drosselelement vorgesehen ist,
    b) das Auslassventil (5) zur Motorbremsung mittels des in eine Drosselstellung gebrachten Drosselelements in eine zwischengeöffnete Stellung überführbar ist,
    c) das Auslassventil (5) mittels eines eine hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) umfassenden mechanischen Verbindungsmechanismus (7, 8) mit einer Nockenwelle verbunden ist,
    d) die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) das Auslassventil (5) in der zwischengeöffneten Stellung hält,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    e) die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) mittels eines zusätzlich zu einem Hauptölkreis (2) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehenen Zusatzölkreises (3) zu- und abschaltbar ist, derart, dass
    f) der Zusatzölkreis (3) mittels des mechanischen Verbindungsmechanismus (7, 8) und eines gegenüber dem mechanischen Verbindungsmechanismus (7, 8) ortsfesten Anschlags (16) an die Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) temporär anschließbar ist und
    g) die Zu- und Abschaltung der Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) bei bestehendem temporärem Anschluss durch ein Öldruckvariationsmittel (17) im Zusatzölkreis (3) erfolgt.
  2. Motorbremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öldruck des Zusatzölkreises (3) steuer- oder regelbar ist.
  3. Motorbremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anschlag (16) ein Ölzuleitungskanal (32) mit einem Rückschlagventil (14) integriert ist.
  4. Motorbremseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Verbindungsmechanismus (7, 8) integrierte Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) als rückschlagventilfreie hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (27, 28) mit einer Nachstellfeder (29) ausgeführt ist.
  5. Verfahren zur Motorbremsung einer selbstzündenden 4-Takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, die mindestens einen Brennraum hat, dem mittels mindestens eines Einlassventils (4) Verbrennungsluft zugeführt wird und aus dem mittels mindestens eines Auslassventils (5; 21) Abgas in einen Abgaskanal abgeführt wird, wobei
    a) ein in dem Abgaskanal vorgesehenes Drosselelement zur Einleitung der Motorbremsung mittels einer Ansteuerung in eine Drosselstellung gebracht wird, wodurch sich in einem Bereich zwischen dem Drosselelement und dem Auslassventil (5) das Abgas staut und ein Staudruck aufgebaut wird,
    b) woraufhin sich das Auslassventil (5) spätestens anfangs des 2. Taktes eines Arbeitszyklus in eine zwischengeöffnete Stellung bewegt,
    c) in welcher zwischengeöffneten Stellung das Auslassventil (5) mittels einer hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit (12), die in einen das Auslassventil (5) mit einer Nockenwelle verbindenden mechanischen Verbindungsmechanismus (7, 8) integriert ist, gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    d) die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) mittels eines zusätzlich zu einem Hauptölkreis (2) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehenen Zusatzölkreises (3) zu- und abgeschaltet werden kann, wobei
    f) eine temporäre hydraulische Verbindung zwischen dem Zusatzölkreis (3) und der Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) mittels des mechanischen Verbindungsmechanismus (7, 8) und eines gegenüber dem mechanischen Verbindungsmechanismus (7, 8) ortsfesten Anschlags (16) hergestellt wird und
    g) die Zu- und Abschaltung der Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) bei bestehendem temporärem Anschluss durch variieren des Öldrucks im Zusatzölkreis (3) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öldruck des Zusatzölkreises (3) gesteuert oder geregelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zwischenöffnen des Auslassventils (5) die Kraftwirkung einer Nachstellfeder (29) und in die Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) gelangtes Öl den Kolben (27) der hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit (27, 28) der Öffnungsbewegung des Auslassventils (5) nachführt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückfluss von in die Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) gelangtem Öl in den Zusatzölkreis (3) mittels eines in den Anschlag (16) eingebauten Rückschlagventils (14) verhindert wird, wodurch das Auslassventil (5) in seiner Zwischenoffenstellung gehalten wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im 4. Takt, durch die Öffnung des Auslassventil, die temporäre hydraulische Verbindung zwischen dem Zusatzölkreis (3) und der Ventil-Zusatzsteuereinheit (12) mittels eines Anschlags (16) gelöst wird, so dass das Öl aus dem Zylinder 28 der Kolben-Zylinder-Einheit (27, 28) entweicht und der Kolben (27) in seine Ruhestellung zurückgedrückt wird.
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