WO2005028830A1 - Brennkraftmaschine mit einer motorbremseinrichtung - Google Patents

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WO2005028830A1 PCT/EP2004/008978 EP2004008978W WO2005028830A1 WO 2005028830 A1 WO2005028830 A1 WO 2005028830A1 EP 2004008978 W EP2004008978 W EP 2004008978W WO 2005028830 A1 WO2005028830 A1 WO 2005028830A1
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Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Motorbremseinrichtung, insbesondere in Form einer Konstantdrossel, mit einem Abgasturbolader (3), mit einer variablen Turbinengeometrie (11), sowie einer Nutzturbine (4), vorgeschlagen, bei der die Abgasturbine (5) einem Abgastrakt (8) und der Verdichter (6) einem Ansaugtrakt (9) der Brennkraftmaschine (1) zugeordnet ist. Die Nutzturbine (4) ist der Abgasturbine (5) des Abgasturboladers (3) nachgeschaltet und wird mit dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen. Die Nutzturbine (4) ist mit der Brennkraftmaschine (1) vorzugsweise über ein Getriebe (10) gekoppelt. In einer Bypassleitung (15) um die Nutzturbine (4) herum ist eine Bypasseinrichtung (16) vorgesehen, wobei die Bypasseinrichtung (16) über eine Abgasleitung (14) mit der 15 Nutzturbine (4) verbunden ist. Die erfindungsgemäße Bypasseinrichtung (16) in Form eines Drehschieberventils ist für luftverdichtende oder gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit einer Motorbremseinrichtung vorgesehen.

Description

Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Patentschrift EP 0 477 579 Bl ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung in Form einer Kompressionsbremse bekannt . Die Brennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader auf, dessen Abgasturbine in einem Abgastrakt und dessen Verdichter in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Stromab der Abgasturbine ist eine vom Abgas der Brennkraftmaschine angetriebene und mit der Brennkraftmaschine über ein Getriebe gekoppelte Nutzturbine vorgesehen. In einer Abgasleitung stromab der Nutzturbine ist eine Bypasseinrichtung vorgesehen, die es erlaubt, eine Bypassleitung um die Nutzturbine herum zu öffnen oder zu schließen. Die Bypasseinrichtung ist als variables Schaltventil in Form eines Klappenventils ausgeführt . Das Abgas der Brennkraftmaschine treibt die Abgasturbine an, die über eine gemeinsame Welle den Verdichter antreibt. Der Verdichter saugt Luft an und befördert die verdichtete Luft in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine . Das Abgas der Brennkraf maschine strömt zunächst in die Abgasturbine des Abgasturboladers und dann weiter in die Nutzturbine, die die restliche Energie im Abgas über das Getriebe an die Brennkraftmaschine wieder zuführt . Im Motorbremsbetrieb ist die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert und die Kompressionsbremse aktiviert. Die Kompressionsbremse öffnet am Ende eines Verdichtungstaktes mindestens ein am Zylinderkopf vorgesehenes Auslassventil für einen kurzen Zeitraum. Die komprimierte Luft im Brennraum entweicht bei offenem Auslassventil dann in den Abgastrakt . Die Brennkraftmaschine leistet nur Kompressionsarbeit und erzeugt dadurch eine Bremsleistung. Die Kompressionsarbeit ist abhängig vom Füllungsgrad der Zylinder. Um einen hohen Füllungsgrad zu erreichen, muss der Abgasgegendruck nach der Abgasturbine gering sein. Die Nutzturbine stromab der Abgasturbine stellt eine Drossel dar, die den Abgasgegendruck erhöht . Außerdem treibt die vom Abgas angetriebene Nutzturbine die Brennkraftmaschine an. Um den Abgasgegendruck zu senken und die Nutzturbine nicht anzutreiben, öffnet die Bypasseinrichtung. Das Abgas strömt in die Bypassleitung an der Nutzturbine vorbei. Die von einer getakteten Kompressionsbremse erzeugte Bremsleistung zeigt über der Drehzahl einen flachen, etwa linearen Verlauf. Dies bedeutet, dass bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen die Bremsleistung gering ist .
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, deren Bremsleistung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen der Brennkraftmaschine deutlich erhöht ist. Vorteilhafterweise ergibt sich ein ansteigender Verlauf der Bremsleistung auch bei mittleren bis hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine .
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist gekennzeichnet durch die Bypasseinrichtung, die in Form eines kombinierten Schalt- und Drosselventils ausgeführt ist, so dass die Abgasleitung vollständig und die Bypassleitung vollständig oder teilweise schließbar ist. An der Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung in Form einer Kompressionsbremse sind ein Abgasturbolader und eine Nutzturbine vorgesehen. Der Abgasturbolader weist eine Abgasturbine auf, die einen Abgastrakt und einen Verdichter, der einen Ansaugtrakt zugeordnet sind. Die Nutzturbine ist stromab der Abgasturbine angeordnet und über ein Getriebe mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Die Abgasturbine und die Nutzturbine sind über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Von der Verbindungsleitung zweigt eine Bypassleitung ab. In der Bypassleitung um die Nutzturbine herum ist die Bypasseinrichtung vorgesehen. Die Bypasseinrichtung steuert die Menge des bypassierten Abgases um die Nutzturbine herum. Neben der Steuerung der Abgasmenge in der Bypassleitung, öffnet oder schließt die Bypasseinrichtung die Abgasleitung, die von der Nutzturbine zu der Bypasseinrichtung führt. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein Schaltventil und ein Drosselventil in einem gemeinsamen Bauteil, der Bypasseinrichtung kombiniert sind.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Bypasseinrichtung so ausgeführt, dass bei vollständigen Schließen der Abgasleitung und der Bypassleitung durch die Bypasseinrichtung, diese gasdicht geschlossen werden können. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad im Verbrennungsbetrieb oder im Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine zu erreichen, ist es nötig der Abgasstrom genau zu steuern bzw. zu regeln. Beispielsweise würde bei einer nicht gasdicht geschlossenen Bypassleitung im Verbrennungsbetrieb Abgasesenergie verloren gehen, da diese der über die geöffnete Abgasleitung mit Abgas angetriebene Nutzturbine nicht mehr zur Verfügung steht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Bypasseinrichtung in Form eines Drehschieberventils ausgeführt. Der Vorteil der Verwendung eines Drehschiebers als Bypasseinrichtung liegt in den geringen Betätigungskräften selbst bei hohen Abgasdrücken .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Drehschieberventil ein Gehäuse mit einem darin eingebrachten rohrförmigen Kanal auf, in dem ein frei drehbarer Rotor gelagert ist, der mit einem kreisausschnittsfδrmigen Querschnitt ausgeführt ist. Das Gehäuse weist eine Öffnung zu der Abgasleitung, eine Öffnung zu der Bypassleitung und eine Öffnung zur einer Abgasleitung, durch die das Abgas in die Atmosphäre oder eine Abgasanlage strömen kann, auf. Der Kanal erlaubt es der Abgasleitung und der Bypassleitung mit der Abgasleitung zu kommunizieren bzw. eine Verbindung herzustellen. Der kreisausschnittsförmige Querschnitt des Rotors ist so gewählt, dass der Rotor entweder die Abgasleitung und den Bypasskanal oder nur die Abgasleitung oder die Abgasleitung vollständig und die Bypassleitung teilweise verschließen kann. Der Vorteil liegt in dem einfachen, druckunempfindlichen und gasdichten Aufbau selbst bei hohen Abgasdrücken.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der kreisausschnittsförmige Querschnitt des Rotors einen Kreisausschnittswinkel von 120° bis 140° auf. Durch die Wahl dieses Kreisausschnittswinkels kann ein flacher, bauraumsparender Aufbau des Gehäuses und der angeschlossenen Leitungen realisiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung öffnet die Kompressionsbremse im Motorbremsbetrieb und die Bypasseinrichtung schließt im Motorbremsbetrieb bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Abgasleitung und die Bypassleitung. Die Kompressionsbremse ist vorzugsweise in Form einer bekannten Konstantdrossel ausgeführt . Die Konstantdrossei ist als ein zusätzliches Drosselventil im Zylinderkopf ausgeführt, das sich im Motorbremsbetrieb kontinuierlich öffnen lässt. Das Drosselventil öffnet oder schließt einen Bypass um ein Auslassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine herum, so dass komprimierte Luft in den Abgastrakt gelangt. Im Motorbremsbetrieb öffnet die Konstantdrossel und setzt zumindest einen Teil der Kompressionsarbeit frei . Außerdem schließt im Motorbremsbetrieb die Bypasseinrichtung die Abgasleitung und die Bypassleitung. Dadurch erhöht sich zusätzlich die Pumpleistung der Brennkraftmaschine. Der Vorteil der Verwendung einer Konstantdrossei mit der Bypasseinrichtung als Staubremse liegt in der erhöhten Bremsleistung bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Außerdem kann auf eine Bremsklappe im Abgassystem verzichtet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung öffnet die Kompressionsbremse im Motorbremsbetrieb und die Abgasturbine, die über eine variable Turbinengeometrie verfügt, die im Motorbremsbetrieb die Strömung des Abgases auf ein Turbinenrad so verändert, dass im Motorbremsbetrieb bei mittleren bis hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine Erhöhung der Drehzahl der Abgasturbine erfolgt, wobei die Bypasseinrichtung die Abgasleitung schließt und die Bypassleitung vollständig öffnet. Die variable Turbinengeometrie ist als bekanntes Leitgitter ausgeführt, insbesondere als Radialleitgitter mit verstellbaren oder feststehenden Leitschaufeln. Das Radialleitgitter verkleinert im Motorbremsbetrieb einen wirksamen Turbinenquerschnitt, so dass die Geschwindigkeit des Abgases steigt . Dadurch steigt die Drehzahl der Abgasturbine . Durch die Steigerung der Drehzahl der Abgasturbine steigt auch die Drehzahl eines Verdichters, wodurch sich der Ladedruck erhöht. Mit einer Erhöhung des Ladedrucks erhöht sich die Füllung im Zylinder und in Verbindung mit einer Konstantdrossei erhöht sich auch die Bremsleistung. Gleichzeitig verschließt im Motorbremsbetrieb die Bypasseinrichtung die Abgasleitung und öffnet die Bypassleitung. Das Abgas strömt durch die Bypassleitung an der Nutzturbine vorbei. Dadurch sinkt der Abgasgegendruck nach der Abgasturbine. Durch die erhöhte Druckdifferenz steigt die Drehzahl der Abgasturbine. Vorteilhafterweise führt dies zu einer zusätzlichen Ladedruckerhöhung und damit zu einer erhöhten Bremsleistung. Außerdem trägt die Nutzturbine zur Bremsleistung bei, da die Brennkraftmaschine die Nutzturbine antreibt und die Nutzturbine nicht Energie aus dem Abgas an die Brennkraftmaschine abgibt . In weiterer Ausgestaltung der Erfindung öffnet die Kompressionsbremse im Motorbremsbetrieb und die Abgasturbine, die über eine variable Turbinengeometrie verfügt, die im Motorbremsbetrieb die Strömung des Abgases auf ein Turbinenrad so verändert, dass im Motorbremsbetrieb bei hohen bis sehr hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine Erhöhung der Drehzahl der Abgasturbine erfolgt, wobei die Bypasseinrichtung die Abgasleitung schließt und die Bypassleitung teilweise schließt. Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader ist der Abgasturbolader für den Verbrennungsbetrieb der Brennkraftmaschine optimal ausgelegt . Im Motorbremsbetrieb kann es daher zum Überschreiten von kritischen Abgasturboladerdrehzahlen kommen, insbesondere wenn eine Abgasturbine eines Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist. Im Motorbremsbetrieb dient die variable Turbinengeometrie zur Drehzahlsteigerung des Abgasturboladers. Durch Drosselung der Bypassleitung steigt der Abgasgegendruck nach der Abgasturbine, was zu einer Verringerung der Druckdifferenz an der Abgasturbine führt und zu einer Verminderung der Drehzahl des Abgasturboladers bewirkt. Der Vorteil liegt im Wegfall einer drehzahlregulierenden Maßnahme am Abgasturbolader, beispielsweise eines Waste-Gate-Ventils .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können im Motorbremsbetrieb die Auslassventile der Brennkraftmaschine durch Druckspitzen des Abgases im Abgastrakt kurzzeitig geöffnet werden, wodurch Abgas aus dem Abgastrakt in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt. Das kurze Öffnen der Auslassventile ist insbesondere bei niedrigen Zylinderdrücken möglich. Dies führt insbesondere am Ende des ersten Arbeitstaktes (Ansaugen) oder zu Beginn des zweiten Arbeitstaktes (Komprimieren) zu einem Nachladeeffekt, bei dem Abgas aus dem Abgastrakt in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt. Vorteilhafterweise führt der Nachladeeffekt zu einer erhöhten Zylinderfüllung und damit erhöhten Motorbrems1eistung .
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Brennkraftmaschine, die mit einer Motorbremseinrichtung, einem Abgasturbolader und einer Nutzturbine ausgestattet ist,
Fig.2 eine schematisch vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils mit offener Abgasleitung und geschlossener Bypassleitung,
Fig.3 eine schematisch vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils mit geschlossener Abgasleitung und geschlossener Bypassleitung,
Fig.4 eine schematisch vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils mit geschlossener Abgasleitung und mit geöffneter Bypassleitung und
Fig.5 eine schematisch vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Drehschieberventils mit geschlossener Abgasleitung und mit teilgeöffneter Bypassleitung.
In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 mit mindestens einem Auslassventil pro Zylinder dargestellt, die mit einer Motorbremseinrichtung 2, mit einem Abgasturbolader 3 und einer Nutzturbine 4 ausgestattet ist. Die Motorbremseinrichtung 2 ist in Form einer bekannten Kompressionsbremse vorzugsweise als Konstantdrossei ausgeführt. Zu dem Aufbau und der Wirkungsweise der Konstantdrossei wird beispielhaft auf die DE 197 27 584 Cl verwiesen. Der Abgasturbolader 3 weist eine Abgasturbine 5 und einen Verdichter 6 auf, die über eine gemeinsame Welle 7 miteinander verbunden sind. Die Abgasturbine 5 ist einem Abgastrakt 8 und der Verdichter 6 ist einem Ansaugtrakt 9 der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet . In dem Ansaugtrakt 9 kann ein nicht näher dargestellter Ladeluft-Kühler eingebracht sein. Die Nutzturbine 4 ist stromab der Abgasturbine 5 vorgesehen und über ein Getriebe 10 an der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt. Die Abgasturbine 5 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 11 ausgestattet. Die variable Turbinengeometrie 11 ist als Radialleitgitter mit verstellbaren oder feststehenden Leitschaufeln ausgeführt. Mit Hilfe des Radialleitgitters 11 ist die Abgasströmung vor einem Turbinenrad auf die Schaufeln des Turbinenrades der Abgasturbine 5 veränderbar. Durch eine nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung, die an dem Radialleitgitter 10 angreift und außerhalb eines Gehäuses der Abgasturbine 5 liegt, kann das Radialleitgitter 11 elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden. Die Steuerung der Betätigungseinrichtung erfolgt mittels eines elektronischen Motorsteuergerätes 12, das über eine erste Steuerleitung 13 mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist. Die Abgasturbine 5 und die Nutzturbine 4 sind über eine Verbindungsleitung 14 miteinander verbunden. Von der Verbindungsleitung 14 zweigt eine Bypassleitung 15 ab. In der Bypassleitung 15 um die Nutzturbine 4 herum ist eine Bypasseinrichtung 16 vorgesehen. Die Bypasseinrichtung 16 steuert die Menge des bypassierten Abgases um die Nutzturbine 4 herum. Neben der Steuerung der Abgasmenge in der Bypassleitung 15, öffnet oder schließt die Bypasseinrichtung 16 eine Abgasleitung 17, die von der Nutzturbine 4 zu der Bypasseinrichtung 16 führt. Die Steuerung der Bypasseinrichtung 16 erfolgt mittels des Motorsteuergerätes 12 über eine zweite Steuerleitungen 18. Außerdem steuert das Motorsteuergerät 12 über eine dritte Steuerleitung 19 die Konstantdrossel 2. Die Abgase strömen über die Bypasseinrichtung 16 weiter in eine Abgasleitung 20 in die Atmosphäre oder eine nicht näher dargestellte, weiterführende Abgasanläge .
Die Fig. 2 bis 5 zeigen eine schematisch, vereinfachte Ausführung der erfindungsgemäßen Bypasseinrichtung 16. Die Bypasseinrichtung 16 ist in Form eines Drehschieberventils bzw. Walzensteuerventils mit einem Gehäuse 21 ausgeführt. Das Gehäuse 21 weist einen darin eingebrachten rohrförmigen Kanal
22 auf, in dem ein frei drehbarer Rotor 23 gelagert ist. Das Gehäuse 21 weist eine Öffnung 24 zu der Bypassleitung 15, eine Öffnung 25 zu der Abgasleitung 17 und eine Öffnung 26 zu der Abgasleitung 20 auf. Der Rotor 23 in dem Kanal 22 erlaubt es wahlweise der Bypassleitung 15 oder der Abgasleitung 17 über den Kanal 22 mit der Abgasleitung 20 zu kommunizieren bzw. eine Verbindung herzustellen. Die Gestaltung des Rotors
23 ist so ausgeführt, dass in einer Stellung gemäß Fig. 3 sowohl die Bypassleitung 15 als auch die Abgasleitung 17 durch Überdeckung der Öffnungen 24 und 25 mittels des Rotors 23 gemeinsam geschlossen sind. In einer Stellung gemäß Fig. 2 ist die Bypassleitung 15 geschlossen und die Abgasleitung 17 vollständig geöffnet. In einer Stellung gemäß Fig. 4 ist die Bypassleitung 15 vollständig geöffnet und die Abgasleitung 17 geschlossen. In einer Stellung gemäß Fig. 5 ist die Bypassleitung 15 teilweise geöffnet und die Abgasleitung 17 geschlossen. Der Rotor 23 ist vorzugsweise als ein Stangenelement mit einem kreisausschnittsförmigen Querschnitt ausgeführt, der einen Kreisausschnittswinkel von 120° bis 140° aufweist. Denkbar ist auch ein Rotor 23 der zwei kreisausschnittsförmige Querschnitte mit besitzt, die in Längsrichtung einer Rotordrehachse übereinander angeordnet sind. Die zwei kreisausschnittsförmige Querschnitte können unterschiedliche Kreisausschnittswinkel besitzen und entsprechend der Lage der zu verschliessenden, zu öffnenden oder teilweise zu öffnenden Öffnungen 23, 24 oder 25 im Gehäuse 21 in einem beliebigen Winkel zueinander stehen. Das Drehschieberventil 16 ist so ausgeführt, dass der Rotor 23 bei voller Überdeckung einer der Öffnungen 24 und 25, diese gasdicht verschließt. Durch eine nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung, die an dem Rotor 23 angreift und außerhalb des Drehschieberventils 16 liegt, kann der Rotor 23 elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gedreht werden. Vorzugsweise ist hierzu ein elektrischer Stellmotor vorgesehen. Der Vorteil der Verwendung eines Drehschieberventils 16 liegt seiner Gasdichtheit bei voller Überdeckung des Rotors 23 mit den Öffnungen 24 bzw. 25 zu den Leitungen 15 bzw. 17 und den geringen Betätigungskräften selbst bei hohen Abgasdrücken.
Im Verbrennungsbetrieb saugt die Brennkraftmaschine 1 die durch den Verdichter 6 vorverdichtete Luft aus dem Ansaugtrakt 9 an. In den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 wird die vorverdichtete Luft weiter komprimiert und die komprimierte Luft mit Kraftstoff vermischt (Diesel) oder es wird ein bereits vorhandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch komprimiert (Otto) . Das durch die Verbrennung des Kraftstoff- Luft-Gemisches entstehende Abgas strömt durch die Abgasturbine 5 ohne in seiner Strömung von dem Radialleitgitter 11 beeinflusst zu werden. Die Abgasturbine 5 treibt mittels einer gemeinsamen Welle 7 den Verdichter 6 an. Wie in Fig. 2 dargestellt, schließt der Rotor 23 des Drehschieberventils 16 die Bypassleitung 15 und öffnet die Abgasleitung 17, so dass das Abgas vollständig durch die Nutzturbine 4 strömt. Die Nutzturbine 4 kann die restliche Energie des Abgases aufnehmen und sie anschließend mittels des Getriebes 10 der Brennkraftmaschine 1 zuführen.
Im Motorbremsbetrieb saugt die Brennkraftmaschine 1 vorverdichtete Luft aus dem Ansaugtrakt 8 an. Die Brennkraftmaschine 1 komprimiert die Luft und vermischt die komprimierte Luft hingegen nicht mit Kraftstoff, so dass keine Verbrennung stattfinden kann. Stattdessen öffnet die Motorsteuereinheit 12 über die Steuerleitung 19 die Konstantdrossel 2 in den jeweiligen Zylindern, um die komprimierte Luft aus der Brennkraftmaschine 1 in den Abgastrakt 8 entweichen zu lassen. Die Konstantdrossei 2 ist als ein zusätzliches Drosselventil im Zylinderkopf ausgeführt, das sich im Motorbremsbetrieb kontinuierlich öffnen lässt. Das Drosselventil öffnet oder schließt einen Bypass um ein Auslassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine 1 herum, so dass komprimierte Luft in den Abgastrakt 8 gelangt.
Die Bremsleistung der Brennkraftmaschine 1 entsteht durch die Leistung, welche die Brennkraftmaschine 1 aufbringt, um die angesaugte Luft zu komprimieren, aber nicht durch Dekompression der komprimierten Luft zurückerhält. Um im Motorbremsbetrieb die Bremsleistung weiter zu steigern, steuert das Motorsteuergerät 12 in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 zusätzlich das Drehschieberventil 16 und das Radialleitgitter 11 an.
Bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 wirkt die Konstantdrossei 2 mit dem Drehschieberventil 16 so zusammen, dass die Konstantdrossei 2 geöffnet ist und der Rotor 23 die Bypassleitung 15 und die Abgasleitung 17 beide gleichermaßen gasdicht schließt (Fig. 3) . Dadurch erhöht sich die Pumpleistung bzw. Motorbremsleistung der Brennkraftmaschine 1, da die Kolben im vierten Arbeitstakt (Ausschubtakt) auf Grund des höheren Abgasgegendruckes in dem Abgastrakt 8 eine höhere Ausschiebearbeit leisten muss .
Bei mittleren bis hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 wirkt die Konstantdrossei 2 mit dem Radialleitgitter 11 und dem Drehschieberventil 16 so zusammen, dass die Konstantdrossel 2 geöffnet ist und das Radialleitgitter 11 einen wirksamen Turbinenquerschnitt so verändert, dass die Drehzahl der Abgasturbine 5 steigt. Dadurch erhöht sich der Ladedruck und damit die Füllung der Zylinder und schließlich die Kompressionsarbeit im Motorbremsbetrieb. Der Rotor 23 schließt dabei die Abgasleitung 17 und öffnet die Bypassleitung 15 vollständig (Fig. 4) oder auch nur teilweise (Fig. 5) , wobei die Bypassleitung 15 und die Abgasleitung 20 über den Kanal 22 des Drehschieberventils 16 miteinander verbunden sind. Das Abgas strömt durch die Bypassleitung 15 an der Nutzturbine 4 vorbei. Dadurch sinkt der Abgasgegendruck nach der Abgasturbine 5 und durch die erhöhte Druckdifferenz an der Abgasturbine 5 steigt die Drehzahl der Abgasturbine 5. Vorteilhafterweise führt dies zu einer zusätzlichen Ladedruckerhöhung und damit zu einer Erhöhung der Motorbremsleistung. Um ein Überschreiten von kritischen Drehzahlen des Abgasturboladers 3 bei hohen bis sehr hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 zu vermeiden, kann durch teilweises Schließen der Bypassleitung 15 mittels des Drehschieberventils 16 der Abgasgegendruck nach der Abgasturbine 5 erhöht werden, was zu einer Verringerung der Druckdifferenz an der Abgasturbine 5 und zu einem Absinken der Drehzahl des Abgasturboladers 3 führt .
Im Motorbremsbetrieb können im Abgastrakt 8 auftretende Druckspitzen des Abgases zu einem kurzen Öffnen der Auslassventile insbesondere bei niedrigen Zylinderdrücken führen. Dies führt insbesondere am Ende des ersten Arbeitstaktes (Ansaugen) oder zu Beginn des zweiten Arbeitstaktes (Komprimieren) zu einem Nachladeeffekt, bei dem Abgas aus dem Abgastrakt 8 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 gelangt . Der Nachladeeffekt führt zu einer erhöhten Zylinderfüllung und damit erhöhten Motorbremsleistung. Durch schwächere Ventilfedern an den Auslassventilen würden die Auslassventile schon bei niedrigeren Druckspitzen wiederöffnen und die Bremsleistung könnte weiter gesteigert werden. Es muss jedoch gewährleistet sein, dass die Auslassventile im Gaswechsel exakt der Nockenform folgen und es auch bei sehr hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine nicht zu einem Abheben der Auslassventile kommt . Im Motorbremsbetrieb trägt die Nutzturbine 4 zur Bremsleistung bei, da sie von der Brennkraftmaschine 1 mitgeschleppt wird.
In dem Motorsteuergerät 12 ist eine Kennlinie zur Steuerung der Konstantdrossel 2, des Radialleitgitters 11 und des Drehschieberventils 16 hinterlegt. Die Kennlinie ist zuvor in PrüfStandsversuchen abhängig von der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine 1 und der Drehzahl des Abgasturboladers 3 ermittelt worden. Dabei wird der Übergangspunkt bei einer mittleren Drehzahl festgelegt, bei der die Konstantdrossel 2 mit dem Drehschieberventil 16 oder mit dem Radialleitgitter 11 und dem Drehschieberventil 16 zusammenwirkt. Der Übergangspunkt bei einer mittleren Drehzahl hangt von einer maximal zulässigen Abgastemperatur und/oder indizierten Arbeit im Motorbremsbetrieb aus der Hoch- und
Niederdruckschleife ab. Bei Nutzfahrzeugmotoren mit etwa zwei Liter Hubraum pro Zylinder liegt der Übergangspunkt zwischen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 von n=1400/min und n=1600/min, vorzugsweise bei einer Drehzahl von n=1500/min.
Denkbar ist anstelle des Drehschieberventils 16 ein Schaltventil in die Abgasleitung 17 und ein Drosselventil in die Bypassleitung 15 einzubringen. Das Schaltventil und das Drosselventil sind über Steuerleitungen mit dem Motorsteuergerät 12 verbunden, das eine entsprechende Betätigungseinrichtungen an dem Schaltventil und dem Drosselventil ansteuern kann.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine (1) mit einer Motorbremseinrichtung (2) , insbesondere in Form einer Kompressionsbremse, mit mindestens einem Auslassventil pro Zylinder der Brennkraftmaschine (1) , mit einem Abgasturbolader (3) , dessen Abgasturbine (5) einem Abgastrakt (8) und dessen Verdichter (6) einem Ansaugtrakt (9) der Brennkraftmaschine (1) zugeordnet ist, mit einer vom Abgas der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen und mit der Brennkraftmaschine (1) vorzugsweise über ein Getriebe (10) gekoppelten Nutzturbine (4) , die der Abgasturbine (5) des Abgasturboladers (3) nachgeschaltet ist, mit einer Bypassleitung (15) um die Nutzturbine (4) herum und einer Bypasseinrichtung (16) in der Bypassleitung (15) , wobei die Bypasseinrichtung (16) über eine Abgasleitung (17) mit der Nutzturbine (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypasseinrichtung (16) in Form eines kombinierten Schalt- und Drosselventils ausgeführt ist, so dass die Abgasleitung (17) vollständig und die Bypassleitung (15) vollständig oder teilweise schließbar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypasseinrichtung (16) so ausgeführt ist, dass bei vollständigen Schließen der Abgasleitung (17) und der Bypassleitung (15) durch die Bypasseinrichtung (16) , diese gasdicht geschlossen werden können.
3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypasseinrichtung (16) in Form eines Drehschieberventils ausgeführt ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschieberventil (16) ein Gehäuse (21) mit einem darin eingebrachten rohrförmigen Kanal (22) aufweist, in dem ein frei drehbarer Rotor (23) gelagert ist, der mit einem kreisausschnittsförmigen Querschnitt ausgeführt ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisausschnittsförmige Querschnitt des Rotors (23) einen Kreisausschnittswinkel von 120° bis 140° aufweist.
6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsbremse (2) im Motorbremsbetrieb öffnet und die Bypasseinrichtung (16) im Motorbremsbetrieb bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen der Brennkraftmaschine (I) die Abgasleitung (17) und die Bypassleitung (15) schließt .
7. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsbremse (2) im Motorbremsbetrieb öffnet und die Abgasturbine (5) über eine variable Turbinengeometrie (II) verfügt, die im Motorbremsbetrieb die Strömung des Abgases auf ein Turbinenrad so verändert, dass im Motorbremsbetrieb bei mittleren bis hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (1) eine Erhöhung der Drehzahl der Abgasturbine (5) erfolgt, wobei die Bypasseinrichtung (16) die Abgasleitung (17) schließt und die Bypassleitung (15) vollständig öffnet.
8. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsbremse (2) im Motorbremsbetrieb öffnet und die Abgasturbine (5) über eine variable Turbinengeometrie (11) verfügt, die im Motorbremsbetrieb die Strömung des Abgases auf ein Turbinenrad so verändert, dass im Motorbremsbetrieb bei hohen bis sehr hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine (1) eine Erhöhung der Drehzahl der Abgasturbine (5) erfolgt, wobei die Bypasseinrichtung (16) die Abgasleitung (17) schließt und die Bypassleitung (15) teilweise schließt.
9. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorbremsbetrieb die Auslassventile der Brennkraftmaschine (1) durch Druckspitzen des Abgases im Abgastrakt (8) kurzzeitig geöffnet werden können, wodurch Abgas aus dem Abgastrakt (8) in die Zylinder der Brennkraftmaschine (1) gelangt.
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