WO1996005415A1 - Motorbremsvorrichtung für einen nutzfahrzeugmotor - Google Patents

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WO1996005415A1
WO1996005415A1 PCT/EP1995/002972 EP9502972W WO9605415A1 WO 1996005415 A1 WO1996005415 A1 WO 1996005415A1 EP 9502972 W EP9502972 W EP 9502972W WO 9605415 A1 WO9605415 A1 WO 9605415A1
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exhaust
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Manfred Arnold
Michael Schebitz
Hermann-Josef Ecker
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Fev Motorentechnik Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft
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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
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • an engine braking device for an internal combustion engine in particular a diesel engine, is provided according to the invention, with a controllable shut-off element in the exhaust pipe and each with an actuating means which acts on at least one exhaust valve of a cylinder and which has a electro-magnetic actuator is in operative connection.
  • Another advantage of the engine brake device according to the invention is a reduction in the number of components compared to conventional brake systems, the electro-magnetic actuating device being able to be arranged in the cylinder head of the engine, for example laterally next to or above the valves.
  • the electro-magnetic actuating device is formed by an actuating block, in which an actuator that is operatively connected to the actuating means
  • Anchor is guided, which is connected to two spring elements acting against one another, to which at least one magnet coil is assigned as an opener and at least one magnet coil as a closer.
  • the armature is brought into the closed position by the closing magnet.
  • the actuating unit is then brought into engagement by means of the rocker arm with the aid of the magnetic coil or the lower spring is preloaded with the aid of the additional coil and the pretensioning armature.
  • To open the bias magnet is switched off, so that the armature swings to the opposite opening magnet and is taken over by it.
  • the speed of impact of the armature on the opening magnet is determined by the other spring as well determined by the characteristic of the current profile of the opening magnet, by means of which the armature is held during the short opening phase of the outlet valve.
  • the valve is closed by switching off the opening magnet and simultaneously activating the closing magnet.
  • Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • An advantageous embodiment is specified by the combination of subclaims 2, 3 and 4.
  • This system makes it possible to activate the actuating device by swinging the armature in the natural system frequency, then to hold the armature over the closing magnet with simultaneous pretensioning of the spring and to lift the actuating block as a whole by the actuating means, for example an additional magnet, and thereby the contact of the actuating element by means of the plunger of the exhaust valve.
  • 1 is a partial section through a cylinder head of an engine
  • 2 is a plan view of a four-valve engine with an actuating device
  • the section shown in Fig. 1 through the cylinder head of a diesel engine shows the intake port 1, the associated intake valve 2, the exhaust valve 3 and the exhaust port 4, which opens together with the exhaust ports of the other cylinders in the exhaust pipe, in the exhaust valve as a controllable shut-off device is arranged.
  • the inlet valve 2 and the outlet valve 3 are actuated via the rocker arms 5 and 6 in normal operation.
  • the outlet valve 3 is assigned an actuating means 7 in the form of a two-armed rocker arm, the short arm 8 of which is assigned to the outlet valve 3 to be actuated and the long arm 9 of which is operatively connected to an electro-magnetic actuating device 10.
  • the supervision acc. Fig. 2 shows, derived from Fig. 1, a possible arrangement for a four-valve engine with two intake valves 2 and two exhaust valves 3.1 and 3.2. From the top view it can be seen that the actuating means 7 only acts on the outlet valve 3.1, the short arm 8 being fork-shaped and engaging around the free end of the associated arm of the rocker arm 6. The outlet valve 3.1 can thus be actuated via the actuating device 10 independently of the normal working rhythm during the compression phase.
  • 3 shows a section of a first embodiment for the electro-magnetic actuating device 10. This has a plunger 11 which is connected to an anchor 12 and the free end 13 of which rests against the end of the long arm 9 of the actuating means 7.
  • the armature 12 is connected to two mutually acting springs 15 and 16, by means of which it is held in a predetermined central position.
  • the armature 12 is also assigned a solenoid 17 serving as an opener on the side of the spring 15 and a solenoid 18 serving as a closer on the side of the spring 16.
  • a biasing armature 20 is assigned to the actuating block 19 holding the springs 15 and 16 and the magnetic coils 17 and 18, which can be activated by an additional coil 21.
  • the magnet 18 By activating the magnet 18 and for biasing the spring 16 by activating the magnet 21, the necessary forces are provided.
  • the magnet 18 is switched off and the opposite magnet 17 is switched on, so that the armature 12 comes into contact with the solenoid coil 17 in its end position and the outlet valve 3 is opened.
  • the impact speed of the armature on the magnet 17 is delayed by the spring 15.
  • the exhaust valve 3 is closed by switching off the magnet 17 and activating the magnet 18.
  • the control of the individual magnets is speed-dependent via an electronic control, which allows the exhaust valve to be opened via corresponding sensors only at predeterminable times during the compression phase, preferably at the beginning and at the end of the compression phase.
  • FIG. 1 shows the electro-magnetic actuating device in an embodiment in which the plunger 11 works as a pressure plunger
  • the embodiment shown in FIG. 4 is designed so that the plunger rod connected to the armature 12 acts as a pull rod.
  • Fig. 3 executed, but with the difference that the assignment of the individual solenoids and the functional sequence with respect to the armature 12 is reversed or the arrangement is such that the plunger 11 through the bias anchor 20 and the opening 22 is guided in the cover plate 23 of the control block 19.
  • FIG. 5 is constructed essentially as the embodiment according to FIG. Fig. 3, so that here the same reference numerals have been used for the same components and functional elements.
  • the additional prestressing coil 21 and the associated prestressing anchor 20 are not realized in this embodiment, but can be realized in the same way.
  • the embodiment according to 5 differs from the embodiment according to FIG. Fig. 3 in that a base plate 24 is provided in which a solenoid 26 is arranged. Since the actuating means 7 designed as a rocker arm has its own return spring, the long arm 9 is always in contact with the free end 13 of the plunger 11.
  • the exhaust valve 3 can now open towards the end via the actuating means 7 in the predetermined cycle but also at the beginning of the compression phase of the associated cylinder.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorbremsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem ansteuerbaren Absperrorgan in der Abgasleitung und mit jeweils einem auf wenigstens ein Auslaßventil (3) eines Zylinders wirkenden Betätigungsmittel (7), das mit einer elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht.

Description

Bezeichnung: Motorbremsvorrichtung für einen Nutzfahr¬ zeugmotor
Beschreibung:
Durch den steigenden Aufladegrad bei Abgasturbolader- Motoren sinkt die auf die Nutzleistung bezogene Bremslei¬ stung bei Nutzfahrzeugen. Die heute ausgeführten Systeme reichen oft nicht mehr aus, um die gesetzlichen Anforde- rungen zu erfüllen. Zusatzsysteme, wie Retarderbremsen verursachen erhebliche Kosten. Die durch den Einsatz einer Abgasklappe mögliche Bremsleistung ist begrenzt.
Um hier eine weitere Erhöhung der Motorbremsleistung zu schaffen, ist erfindungsgemäß eine Motorbremsvorrich¬ tung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Diesel¬ motor vorgesehen, mit einem ansteuerbaren Absperrorgan in der Abgasleitung und mit jeweils einem auf wenigstens ein Auslaßventil eines Zylinders wirkenden Betätigungsmittel, das mit einer elektro-magnetisch arbeitenden Stelleinrich¬ tung in Wirkverbindung steht. Hierdurch ist es möglich, bei Motorbremsbetrieb zusätzlich zum Einfluß der Abgasklappe das Auslaßventil wenigstens einmal in der Kompressionsphase des Motors zusätzlich zu den üblichen Öffnungszeiten des Auslaßventiles zu betätigen. Diese zusätzliche Öffnung erfolgt mindestens kurz vor Beendigung der Kompressionsphase, so daß der komprimierte Zylinderinhalt in die durch die Abgasklappe abgesperrte Abgasleitung ausgeschoben und nach dem Schließen des Abgasventils und dem überschreiten des oberen Totpunktes nicht mehr rückwirkend auf den Kolben zur Verfügung steht. Zusätzlich kann dann das Aulaßventil über die elektro- agnetische Stelleinrichtung zu Beginn des Kompressionshubes kurz geöffnet werden, so daß infolge des Überdruckes der durch die Abgasklappe abgesperrten Abgasleitung Gas in den Zylinder einströmt, so daß hier zusätzliche Kompressionsarbeit zu leisten ist, die als Bremsleistung am Fahrzeug wirksam wird. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremsvorrichtung gegenüber • herkömmlichen, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch angesteuerten Bremsvorrichtungen dieser Art besteht darin, daß bei Einsatz einer entsprechenden Steuereinrichtung eine "individuelle Ansteuerung" möglich ist. So ist es beispielsweise möglich, eine abgestufte Bremsleistung über diese Abgasbremse dadurch zu bewirken, daß beim Einlei¬ ten des. Bremsvorganges nicht auf alle Zylinder eingewirkt wird, sondern daß nur einer oder nur ein Teil der Zylinder zunächst angesteuert wird, über eine derartige, vorzugsweise elektronische Ansteuerung der einzelnen elektro-magnetisch arbeitenden Stelleinheiten läßt sich ein bremsmomentoptima- les öffnen und Schließen der Auslaßventile drehzahlabhängig während des Kompressionshubes im Bremsbetrieb erwirken.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremsvor¬ richtung besteht in einer Reduzierung der Bauteile gegenüber konventionellen Bremssystemen, wobei die elektro-magnetisch arbeitende Stelleinrichtung im Zylinderkopf des Motors, beispielsweise seitlich neben oder oberhalb der Ventile angeordnet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektro-magnetische Stelleinrich¬ tung durch einen Stellblock gebildet wird, in dem ein mit dem Betätigungsmittel in Wirkverbindung stehender
Anker geführt ist, der mit zwei gegeneinander wirkenden Federelementen verbunden ist, dem wenigstens eine Magnet¬ spule als Öffner und wenigstens eine Magnetspule als Schließer zugeordnet ist. Zur Aktivierung der Stelleinheit wird der Anker durch den Schließmagneten in die Schlie߬ position gebracht. Anschließend wird mit Hilfe der Magnet¬ spule die Stelleinheit über den Kipphebel in Eingriff gebracht bzw. mit Hilfe der Zusatzspule und dem Vorspann¬ anker die untere Feder vorgespannt. Zum öffnen wird der Vorspannmagnet abgeschaltet, so daß der Anker zum gegenüber¬ liegenden Öffnungsmagneten schwingt und von diesem über¬ nommen wird. Die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Öffnungsmagneten wird durch die andere Feder sowie durch die Charakteristik des Stromverlaufs des Öffnungsmagne¬ ten bestimmt, durch den der Anker während der kurzen Öff¬ nungsphase des Auslaßventils gehalten wird. Das Schließen des Ventils erfolgt durch Abschalten des Öffnungsmagneten und gleichzeitiges Aktivieren des Schließmagneten.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist durch die Kombination der Unteransprüche 2, 3 und 4 angegeben. Dieses System erlaubt es, die Stelleinrichtung durch Anschwingen des Ankers in der Systemeigenfrequenz zu aktivieren, danach den Anker über den Schließmagneten unter gleichzeitiger Vorspannung der Feder zu halten und durch das Stellmittel, beispielsweise einen zusätzlichen Magneten den Stellblock insgesamt anzuheben und hierbei den Kontakt des Betätigungs¬ mittels mit dem Stößel des Auslaßventils zu bewirken. Der Vorteil dieser Kombination besteht darin, daß in ausge¬ schaltetem, stromlosen Zustand das Auslaßventil im normalen Arbeitsspiel frei arbeiten kann und in seiner Funktion nicht durch eine Berührung mit dem Betätigungsmittel der Bremsvorrichtung in seiner Stellung beeinträchtigt ist, so daß selbst eine falsche Einstellung des Arbeitsspiels des Betätigungsmittels der Bremsvorrichtung keine Auswirkung auf das Auslaßventil hat und in der Kompressions- und Arbeitsphase des betreffenden Zylinders nicht zu einer Motorminderleistung führen kann.
Das Betätigungsmittel selbst ist erfindungsgemäß entsprechend dem Unteranspruch 5 und/oder 6 ausgeführt.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf eines Motors, Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Vier-Ventil-Motor mit einer Stelleinrichtung,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform des Stell- mittels im Schnitt,
Fig. 4 eine andere Anordnung des elektro¬ magnetischen Stellmittels in bezug auf das Betätigungsmittel,
Fig. 5 eine andere Ausführungsform des elek- tro-magnetischen Stellmittels.
Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt durch den Zylinderkopf eines Dieselmotors zeigt den Einlaßkanal 1, das zugehörige Einlaßventil 2, das Auslaßventil 3 sowie den Auslaßkanal 4, der zusammen mit den Auslaßkanälen der anderen Zylinder in die Abgasleitung einmündet, in der als ansteuerbares Absperrorgan eine Abgasklappe angeordnet ist. Das Einlaßven- til 2 sowie das Auslaßventil 3 werden im Normalbetrieb über die Kipphebel 5 und 6 betätigt.
Dem Auslaßventil 3 ist ein Betätigungsmittel 7 in Form eines zweiarmigen Kipphebels zugeordnet, dessen kurzer Arm 8 dem zu betätigenden Auslaßventil 3 zugeordnet ist und dessen langer Arm 9 mit einer elektro-magnetischen Stelleinrichtung 10 in Wirkverbindung steht.
Die Aufsicht gem. Fig. 2 zeigt, abgeleitet aus Fig. 1, eine mögliche Anordnung für einen Vier-Ventil-Motor mit zwei Einlaßventilen 2 sowie zwei Auslaßventilen 3.1 und 3.2. Aus der Aufsicht ist ersichtlich, daß das Betätigungs¬ mittel 7 nur auf das Auslaßventil 3.1 wirkt, wobei der kurze Arm 8 gabelförmig ausgeführt ist und das freie Ende des zugehörigen Armes des Kipphebels 6 umgreift. Damit kann das Auslaßventil 3.1 unabhängig vom normalen Arbeits¬ rhythmus während der Kompressionsphase über die Stellein¬ richtung 10 betätigt werden. In Fig. 3 ist in einem Schnitt eine erste Ausführungsform für die elektro-magnetisch arbeitende Stelleinrichtung 10 dargestellt. Diese weist einen Stößel 11 auf, der mit einem Anker 12 verbunden ist und dessen freies Ende 13 am Ende des langen Armes 9 des Betätigungsmittels 7 anliegt, Das Betätigungsmittel ist in diesen Bereichen überlicher- weise mit einer Stellschraube 14 versehen (Fig. 1) , über die das Arbeitsspiel genau eingestellt werden kann, über eine hier nicht näher dargestellte, auf das Betätigungs¬ mittel 7 einwirkende Rückholfeder bleibt das Betätigungs¬ mittel 7 in Anlage mit dem Stößel 11.
Der Anker 12 steht mit zwei gegeneinander wirkenden Federn 15 und 16 in Verbindung, durch die er in einer vorgegebenen Mittellage gehalten wird. Dem Anker 12 ist ferner auf der Seite der Feder 15 eine als Öffner dienende Magnetspule 17 und auf der Seite der Feder 16 eine als Schließer dienende Magnetspule 18 zugeordnet. Zur Erhaltung des Schwingerprin¬ zips ist dem die Federn 15 und 16 sowie die Magnetspulen 17 und 18 haltenden Stellblock 19 ein Vorspannanker 20 zugeordnet, der von einer Zusatzspule 21 aktiviert werden kann.
Durch Aktivieren des Magneten 18 und zur Vorspannung der Feder 16 durch Aktivieren des Magneten 21 werden die not¬ wendigen Kräfte bereitgestellt. Zum öffnen des Auslaßventils 3 über das Betätigungsmittel 7 wird der Magnet 18 abgeschal¬ tet und der gegenüberliegende Magnet 17 zugeschaltet, so daß der Anker 12 in seine Endposition an der Magnetspule 17 zur Anlage kommt und hierbei das Auslaßventil 3 geöffnet wird. Durch die Feder 15 wird die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf dem Magneten 17 verzögert.
Das Schließen des Auslaßventiles 3 erfolgt durch Abschalten des Magneten 17 und Aktivieren des Magneten 18. Die Ansteuerung der einzelnen Magneten erfolgt über eine elektronische Steuerung drehzahlabhängig, die über entspre¬ chende Geber ein öffnen des Auslaßventils nur zu vorgebbaren Zeitpunkten während der Kompressionsphase, vorzugsweise zu Beginn und am Ende der Kompressionsphase, zuläßt.
Während die Anordnung gemäß Fig. 1 die elektro-magnetische Stelleinrichtung in einer Ausbildung zeigt, bei der der Stößel 11 als Drückstößel arbeitet, ist die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform so ausgelegt, daß die mit dem Anker 12 verbundene Stößelstange als Zugstange wirkt. Im übrigen ist jedoch Aufbau und Funktion entsprechend der Anordnung gem. Fig. 3 ausgeführt, jedoch mit dem Unter¬ schied, daß die Zuordnung der einzelnen Magnetspulen und der funktionelle Ablauf in bezug auf den Anker 12 umgekehrt angeordnet ist bzw. die Anordnung so getroffen ist, daß der Stößel 11 durch den Vorspannanker 20 und die Öffnung 22 in der Abdeckplatte 23 des Stellblocks 19 hindurchge¬ führt ist.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ist im wesentli¬ chen aufgebaut wie die Ausführungsform gem. Fig. 3, so daß hier für gleiche Bau- und Funktionselemente auch gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind. Die zusätzliche Vor- spannspule 21 sowie der zugehörige Vorspannanker 20 sind bei dieser Ausführungsform nicht verwirklicht, können jedoch in gleicher Weise verwirklicht werden. Die Ausfüh¬ rungsform gem. Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungs¬ form gem. Fig. 3 dadurch, daß eine Basisplatte 24 vorgesehen ist, in der eine Magnetspule 26 angeordnet ist. Da das als Kipphebel ausgebildete Betätigungsmittel 7 über eine eigene Rückstellfeder verfügt, liegt der lange Arm 9 am freien Ende 13 des Stößels 11 immer an. Der Luftspalt 27 zwischen der Basisplatte 24 und dem zugekehrten Ende des Stellblocks 19 ist hierbei so bemessen, daß im strom¬ losen Zustand der kurze Arm 8 des Betätigungsmittels 7 mit dem Auslaßventil nicht in Kontakt steht, so daß hierdurch das freie Ventilspiel während des Normalbetriebs nicht beeinträchtigt wird. Soll der Motor mit Motorbremse gefahren werden, wird der Magnet 26 aktiviert, so daß der Stellblock 19 insgesamt angehoben wird und damit das Betätigungsmittel 7 in Kontakt mit dem Auslaßventil 3 kommt ohne dieses jedoch zu öffnen, da der Anker 12 durch die Schließspule 18 gehalten wird. Wird nun über die elektronische Regel¬ einrichtung die Stelleinrichtung 10 aktiviert, so daß der Anker in der vorbeschriebenen Weise schwingt, kann nun über der Betätigungsmittel 7 das Auslaßventil 3 in den vorgegebenen Takt gegen Ende aber auch schon zu Beginn der Kompressionsphase des zugehörigen Zylinders öffnen.

Claims

Patentansprüche:
1. Motorbremsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, ins¬ besondere einen Dieselmotor, mit einem ansteuerbaren Ab- sperrorgan in der Abgasleitung und mit jeweils einem auf wenigstens ein Auslaßventil (3) eines Zylinders wirkende Betätigungsmittel (7) , das mit einer elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht.
2. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die elektro-magnetische Stelleinrichtung (10) als Stellblock (19) ausgebildet ist, in dem ein mit dem Betätigungsmittel (7) in Wirkverbindung stehender Anker (12) geführt ist, der mit zwei gegeneinander wirkenden Federelementen (15, 16) verbunden ist, dem wenigstens eine Magnetspule (17) als Öffner und wenigstens eine Magnetspule (18) als Schließer zugeordnet ist.
3. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (10) mit einem Stellmittel (26) versehen ist, durch das bei Einleitung des Bremsvorganges das Betätigungsmittel (7) in Kontakt mit dem Stößel (11) des zu betätigenden Auslaßventiles (3) gebracht wird.
4. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellmittel durch eine Magnetspule (264) gebildet wird, die den Stellblock (19) als Ganzes in Öffnungsrichtung bewegt.
5. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel (7) durch einen zweiarmigen Kipphebel gebildet wird, dessen einer langer Arm (9) mit der Stelleinrichtung (10) und dessen anderer kurzer Arm (8) dem zu betätigenden Ausla߬ ventil (3) zugeordnet ist.
6. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Arm (8) gabelförmig ausgebildet ist und das Ende des Auslaßkipphebels (6) umgreift.
PCT/EP1995/002972 1994-08-08 1995-07-27 Motorbremsvorrichtung für einen nutzfahrzeugmotor WO1996005415A1 (de)

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