Verfahren zum Betreiben einer BrennkraftmaschineMethod for operating an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung, mit pro Zylinder zumindest einem, vorzugsweise zusätzlich zu Ein- und Auslassventilen vorgesehenen Bremsventil, welches in einen gemeinsamen Druckbehälter (Brems-Rail) mündet, wobei das Bremsventil im Motorbremsbetrieb vor, zu Beginn und/oder während der Kompressionsphase des Zylinders zumindest einmal geöffnet wird. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit pro Zylinder zumindest einem, vorzugsweise zusätzliche zu Ein- und Auslassventilen vorgesehenen, in den Brennraum mündenden Zusatzventil, welches einen zu einem für mehrere Zylinder gemeinsamen Druckbehälter führenden Strömungsweg steuert, wobei vorzugsweise das Zusatzventil, der Strömungsweg und der Druckbehälter Teil einer Motorbremseinrichtung sind, und wobei zumindest ein Zusatzventil in zumindest einem Motorbetriebsbereich vor, zu Beginn und/oder während der Kompressionsphase zumindest einmal geöffnet wird, sowie eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilbetätigungseinrichtung, insbesondere für eine Hubkolbenmaschine, mit zumindest einem mindestens ein Hubventil betätigenden Aktuator, wobei ein Betätigungskolben des Aktuators mit einem Ventilschaft des Hubventils verbunden ist.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a multi-cylinder internal combustion engine with an engine braking device, with per cylinder at least one, preferably in addition to intake and exhaust valves provided brake valve, which opens into a common pressure vessel (brake rail), wherein the brake valve during engine braking before, at the beginning and / or during the compression phase of the cylinder is opened at least once. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a multi-cylinder internal combustion engine, with per cylinder at least one, preferably additional to inlet and outlet valves provided, opening into the combustion chamber auxiliary valve which controls a leading to a common cylinder for several pressure vessel flow path , wherein preferably the additional valve, the flow path and the pressure vessel are part of an engine braking device, and wherein at least one additional valve in at least one engine operating region before, at the beginning and / or during the compression phase is opened at least once, and an internal combustion engine for performing the method. Furthermore, the invention relates to a valve actuating device, in particular for a reciprocating piston engine, with at least one actuator actuating at least one lifting valve, wherein an actuating piston of the actuator is connected to a valve stem of the lifting valve.
In Fahrzeugmotoren, insbesondere Nutzfahrzeugmotoren, integrierte Bremssysteme erlangen zunehmend an Bedeutung, da es sich bei diesen Systemen um kostengünstige und platzsparende Zusatzbremssysteme handelt. Die Steigerung der spezifischen Leistung moderner Nutzfahrzeugmotoren bedingt allerdings auch d|e Anhebung der zu erreichenden Bremsleistung.In vehicle engines, in particular commercial vehicle engines, integrated braking systems are becoming increasingly important, since these systems are cost-effective and space-saving additional braking systems. However, increasing the specific power of modern commercial vehicle engines also requires increasing the braking power to be achieved.
Eine Motorbremse ist beispielsweise aus der DE 34 28 626 A bekannt. Darin wird eine Viertaktbrennkraftmaschine beschrieben, welche zwei Zylindergruppen mit jeweils vier Zylindern umfasst. Jeder Zylinder weist Ladungswechselventile sowie ein Zusatzauslassventil auf, wobei im Bremsbetrieb die Zusatzauslassventile während des gesamten Bremsvorganges geöffnet sind. Weiters ist im gemeinsamen Auslasskanal der beiden Zylindergruppen eine auf einer Welle drehfest gelagerte Drosselklappe angeordnet, deren Stellung über eine Steuerstange durch eine Betätigungseinrichtung beeinflussbar ist. Nachteilig bei diesem bekannten System ist die Abhängigkeit von der Drehzahl, insbesondere eine relativ niedrige Bremsleistung im unteren Drehzahlbereich.
Weiters zeigt die DE 25 02 650 A eine ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher während des Bremsvorganges verdichtete Luft über ein Druckluftventil in einen Speicherkessel gefördert und beim Anfahren über das gleiche Druckluftventil zur Arbeitsleistung zurückgeleitet wird.An engine brake is known for example from DE 34 28 626 A. Therein a four-stroke internal combustion engine is described, which comprises two cylinder groups, each with four cylinders. Each cylinder has charge exchange valves and an additional exhaust valve, wherein in the brake operation, the additional exhaust valves are open during the entire braking process. Furthermore, in the common exhaust port of the two cylinder groups arranged on a shaft rotatably mounted throttle valve whose position via a control rod by an actuator can be influenced. A disadvantage of this known system is the dependence on the speed, in particular a relatively low braking power in the lower speed range. Furthermore, DE 25 02 650 A shows a valve-controlled reciprocating internal combustion engine, in which during the braking process compressed air is conveyed via a compressed air valve into a storage tank and returned to the work performance when starting on the same compressed air valve.
Aus der EP 0 898 059 A ist in diesem Zusammenhang eine Dekompressionsven- til-Motorbremse bekannt, mit welcher ein Drucklufterzeuger für alle Betriebszu- stände der Brennkraftmaschine realisierbar ist. Dabei wird ein Druckluftbehälter eines Druckluftsystems über eine Bypassleitung mit komprimiertem Gas aus dem Brennraum der Zylinder befüllt. Es können ein oder mehrere Zylinder zur Belieferung des Druckluftsystems verwendet werden.From EP 0 898 059 A, a decompression valve engine brake is known in this context with which a compressed air generator can be realized for all operating states of the internal combustion engine. In this case, a compressed air tank of a compressed air system is filled via a bypass line with compressed gas from the combustion chamber of the cylinder. One or more cylinders can be used to supply the compressed air system.
Aus der EP 0 828 061 A ist eine Motorbremse bekannt, bei welcher ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern über das gemeinsame Abgassammel- rohr ermöglicht wird. Der Gasaustausch erfolgt über die Auslassventile der Sechszylinder-Brennkraftmaschine. Nachteilig bei dieser Motorbremse ist unter Anderem der relativ geringe erzielbare Bremsdruck.From EP 0 828 061 A an engine brake is known in which a gas exchange between the individual cylinders is made possible via the common exhaust gas collecting pipe. The gas exchange takes place via the exhaust valves of the six-cylinder internal combustion engine. A disadvantage of this engine brake is, among other things, the relatively low recoverable brake pressure.
Aus der AT 004.963 Ul ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, welche zusätzlich zu den Ein- und Auslassventilen pro Zylinder ein Bremsventil aufweist. Alle Bremsventile der Brennkraftmaschine münden in einen gemeinsamen, rohrförmigen Druckbehälter, so dass bei Betätigung der Bremsventile ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine möglich ist. Der rohrförmige Druckbehälter weist ein Druckregelventil auf, welches in Abhängigkeit von der Stellung eines Bremsschalters oder Bremspedals mit Steuersignalen beaufschlagbar ist.From AT 004 963 Ul a multi-cylinder internal combustion engine is known, which in addition to the intake and exhaust valves per cylinder has a brake valve. All brake valves of the internal combustion engine open into a common, tubular pressure vessel, so that upon actuation of the brake valves, a gas exchange between the individual cylinders of the internal combustion engine is possible. The tubular pressure vessel has a pressure control valve, which can be acted upon by control signals in dependence on the position of a brake switch or brake pedal.
Aus der DE 25 02 650 A ist eine ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher während des Bremsvorganges verdichtete Luft über ein Druckluftventil in einen Speicherkessel gefördert und beim Anfahren über das gleiche Druckluftventil zur Arbeitsleistung zurückgeleitet wird.From DE 25 02 650 A a valve-controlled reciprocating internal combustion engine is known in which compressed air is conveyed via a compressed air valve into a storage tank during braking and returned to the work performance when starting on the same compressed air valve.
Aus der AT 004.963 Ul ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, welche zusätzlich zu den Ein- und Auslassventilen pro Zylinder ein Bremsventil aufweist. Alle Bremsventile der Brennkraftmaschine münden in einem gemeinsamen, rohrförmigen Druckbehälter, so dass bei Betätigung der Bremsventile ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine möglich ist. Der rohrförmige Druckbehälter weist ein Druckregelventil auf, welches in Abhängigkeit von der Stellung eines Bremsschalters oder Bremspedals mit Steuersignalen beaufschlagbar ist.From AT 004 963 Ul a multi-cylinder internal combustion engine is known, which in addition to the intake and exhaust valves per cylinder has a brake valve. All brake valves of the internal combustion engine open into a common, tubular pressure vessel, so that upon actuation of the brake valves, a gas exchange between the individual cylinders of the internal combustion engine is possible. The tubular pressure vessel has a pressure control valve, which can be acted upon by control signals in dependence on the position of a brake switch or brake pedal.
Aus der DE 1 401 223 Al ist es bekannt, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine für Fahrzeuge in den Bremsperioden in einen Außenluft ansaugenden Kompressor umzuwandeln und die komprimierte Luft in einen Speicherkessel zu fördern, um
anschließend unter entsprechender Einsparung an Brennstoff zum Antrieb des Motors zu verwenden.From DE 1 401 223 Al it is known to convert a reciprocating internal combustion engine for vehicles in the braking periods in an outside air-sucking compressor and to promote the compressed air in a storage vessel to then, with appropriate savings of fuel to use to drive the engine.
Ferner ist aus der DE 199 773 C eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei der während des Bremsvorganges Druckluft in einen Speicherkessel gefördert und teils zum Anlassen, teils zum vermehrten Bremsen der Brennkraftmaschine verwendet wird. Dabei erfolgt die Steuerung des Druckluftventils durch eine zusätzliche Nockenwelle, die das Druckluftventil über Stangen und Hebel betätigt.Furthermore, DE 199 773 C discloses a reciprocating internal combustion engine in which compressed air is conveyed into a storage vessel during the braking process and is used partly for starting, partly for increased braking of the internal combustion engine. The control of the compressed air valve is effected by an additional camshaft, which operates the compressed air valve via rods and levers.
Bei Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader muss bei plötzlicher Lasterhöhung die Kraftstoffeinspritzmenge so lange reduziert werden, bis sich genügend Ladedruck aufgebaut hat, um unzulässige Ruß-Emissionen zu verhindern. Je nach Abstimmung des Aufladesystems kann es daher aufgrund der Massenträgheit der Turboladerläufer einige Sekunden dauern, bis die vom Fahrer angeforderte Kraftstoffeinspritzmenge von der Motorelektronik freigegeben wird ("Turbo-Loch").In internal combustion engines with an exhaust gas turbocharger, in the event of a sudden increase in load, the fuel injection quantity must be reduced until sufficient charge pressure has built up to prevent inadmissible soot emissions. Depending on the tuning of the turbocharger system, it may therefore take a few seconds for the fuel injection quantity requested by the driver to be released by the engine electronics due to the inertia of the turbocharger rotor ("turbo-hole").
Aus der JP 2004-084670 A ist eine Ventilbetätigungseinrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen doppelwirkenden Aktuator bekannt. Der Ventilschaft des Hubventils ist mit einem an Druckräume grenzenden Kolben verbunden, welcher durch Druckbeaufschlagung der Druckräume zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist.From JP 2004-084670 A a valve actuator for a lift valve of an internal combustion engine with a hydraulic double-acting actuator is known. The valve stem of the lift valve is connected to a piston adjacent to pressure chambers, which is displaceable by pressurizing the pressure chambers between two end positions.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, Betätigungskolben und Ventilschaft als getrennte Teile auszuführen. Problematisch ist dabei allerdings die Anbindung des Aktuators am Ventilschaft, da in Folge von Fertigungstoleranzen es zu Verspannungen im Einbindungsbereich kommen kann.For manufacturing reasons, it is advantageous to perform the actuating piston and valve stem as separate parts. The problem is, however, the connection of the actuator on the valve stem, as it can lead to tension in the binding area as a result of manufacturing tolerances.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine Regulierung der Bremsleistung durchzuführen. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei plötzlicher Lasterhöhung zu verbessern. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine weniger fertigungsempfindliche Ventilbetätigungseinrichtung vorzuschlagen.The object of the invention is to carry out a regulation of the braking power in the simplest possible way. Furthermore, it is an object of the invention to improve the response of the internal combustion engine at sudden load increase. It is another object of the invention to propose a less production-sensitive valve actuator.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Bremsleistung der Motor- bremseinrichtung durch Verändern der Steuerzeiten des Bremsventils, vorzugsweise des Schließzeitpunktes des Bremsventils, gesteuert wird. Ist das Bremsventil variabel betätigbar, kann ein eigenes Druckregelventil zur Steuerung des Druckes im Druckbehälter entfallen.According to the invention this is achieved in that the braking power of the engine braking device is controlled by changing the timing of the brake valve, preferably the closing time of the brake valve. If the brake valve can be variably actuated, a separate pressure regulating valve for controlling the pressure in the pressure vessel can be dispensed with.
Eine besonders einfache Regulierung der Bremsleistung kann erreicht werden, wenn der Schließzeitpunkt in Abhängigkeit der Motordrehzahl ermittelt wird. Der Schließzeitpunkt kann weiters auch in Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur im Druckbehälter ermittelt werden. Die Einbeziehung des Druckes
und/oder der Temperatur des Druckbehälters ist deshalb von Vorteil, da durch das Schließen des Bremsventils zu einem falschen Zeitpunkt die Temperatur und der Druck im Druckbehälter zu stark ansteigen und somit zu einer mechanischen Zerstörung des Bremssystems führen könnte. Deshalb ist eine Begrenzung des Schließzeitpunktes in Richtung des oberen Totpunktes der Zündung notwendig. Diese Begrenzung kann am einfachsten durch Kennfelder realisiert werden, welche die entsprechenden Grenzwerte in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, dem Druck und/oder der Temperatur im Druckbehälter beinhalten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Druck und/oder die Temperatur im Druckbehälter zu messen und Reglern zuzuführen, welche bei Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes für den Druck oder die Temperatur den Schließzeitpunkt in Richtung geringerer Bremsleistung verändern und somit eine Reduzierung der Druck- und Temperaturbelastung herbeiführen. Möchte man die Bremsleistung bei einer Drehzahl erhöhen, so muss nur der Schließzeitpunkt in Richtung früh verstellt werden. Eine Regelung bzw. Erhöhung der Bremsleistung ist ebenfalls möglich, wenn der Schließzeitpunkt - beginnend von früh - nach spät verstellt wird. Somit ist durch Modulation des Schließzeitpunktes des Bremsventils auf sehr einfache Weise eine Erhöhung oder eine Verringerung der Bremsleistung möglich.A particularly simple regulation of the braking power can be achieved if the closing time is determined as a function of the engine speed. The closing time can also be determined depending on the pressure and / or the temperature in the pressure vessel. The inclusion of the pressure and / or the temperature of the pressure vessel is therefore advantageous because by closing the brake valve at a wrong time, the temperature and pressure in the pressure vessel could rise too high and thus lead to a mechanical destruction of the brake system. Therefore, a limitation of the closing time in the direction of the top dead center of the ignition is necessary. This limitation can most easily be realized by maps which contain the corresponding limit values as a function of the engine speed, the pressure and / or the temperature in the pressure vessel. Another possibility is to measure the pressure and / or the temperature in the pressure vessel and supply regulators, which change the closing time in the direction of lower braking power when exceeding a certain limit for the pressure or temperature and thus bring about a reduction in pressure and temperature stress , If you want to increase the braking power at a speed, so only the closing time must be adjusted in the direction of early. A regulation or increase of the braking power is also possible if the closing time - starting from early - is adjusted to late. Thus, by modulating the closing time of the brake valve in a very simple manner, an increase or a reduction of the braking power possible.
Um auch über längere Bremsstrecken ausreichende Bremsleistung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Druckbehälter über eine Kühleinrichtung gekühlt wird.In order to obtain sufficient braking power over longer braking distances, it is advantageous if the pressure vessel is cooled by a cooling device.
Die Steuerung kann wesentlich vereinfacht werden, wenn einzelne Zylinder zu Zylindergruppen zusammengefasst werden.The control can be significantly simplified if individual cylinders are combined into cylinder groups.
Das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei plötzlicher Lasterhöhung kann verbessert werden, wenn das Zusatzventil zumindest eines gefeuert betriebenen Zylinders bei plötzlicher Lasterhöhung der Brennkraftmaschine geöffnet wird, so dass vorverdichtete Luft oder Gas in den Brennraum eingeblasen wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Zusatzventil in einem Bereich zwischen etwa 520° Kurbelwinkel bis 580° Kurbelwinkel geöffnet wird.The response of the engine in case of sudden load increase can be improved if the additional valve is opened at least one fired cylinder at sudden increase in load of the internal combustion engine, so that pre-compressed air or gas is blown into the combustion chamber. Preferably, it is provided that the additional valve is opened in a range between about 520 ° crank angle to 580 ° crank angle.
Durch diese Maßnahme kann das "Turbo-Loch" überbrückt werden, wobei zumindest einem Zylinder unter erhöhtem Druck stehendes Gas oder Druckluft aus dem Druckbehälter zugeführt wird, bis der Abgasturbolader genügend Ladedruck aufgebaut hat, um unzulässige Ruß-Emissionen zu vermeiden.By this measure, the "turbo-hole" can be bridged, wherein at least one cylinder under elevated pressure gas or compressed air from the pressure vessel is supplied until the exhaust gas turbocharger has built up sufficient boost pressure to avoid inadmissible soot emissions.
Reicht das Speichervolumen des Druckbehälters nicht aus, um das "Turbo-Loch" zu überbrücken, kann in einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Druckbehälter mittels eines externen Kompressors mit Druckluft beaufschlagt wird. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen von Interesse,
bei denen bereits ein externer Kompressor, beispielsweise für ein druckluftunterstütztes Bremssystem, vorgesehen ist.If the storage volume of the pressure vessel is insufficient to bridge the "turbo-hole", it can be provided in an advantageous further development of the invention that compressed air is applied to the pressure vessel by means of an external compressor. This is of particular interest in vehicles, where an external compressor, for example, for a compressed air assisted braking system, is already provided.
Ein einfaches Füllen des Druckbehälters ist möglich, wenn das Zusatzventil zumindest eines Zylinders in Motorbetriebsbereichen mit geringerer Lastanforderung oder in Verzögerungsbetrieb in einem Bereich zwischen etwa 540° Kurbelwinkel bis 720° Kurbelwinkel, vorzugsweise zwischen 570° Kurbelwinkel bis 690° Kurbelwinkel geöffnet wird, um den Druckbehälter mit Ladeluft zu beladen.A simple filling of the pressure vessel is possible if the additional valve of at least one cylinder in engine operating ranges with lower load request or in deceleration operation in a range between about 540 ° crank angle to 720 ° crank angle, preferably between 570 ° crank angle to 690 ° crank angle is opened to the pressure vessel laden with charge air.
Das Zusatzventil zur Steuerung der Strömungsverbindung zum Druckbehälter wird vorteilhafter Weise über eine elektronische Steuereinheit gesteuert, welche Signale über den durch den Abgasturbolader aufgebauten Ladedruck verarbeitet. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Ladedruck über einen Drucksensor in der Ansaugleitung ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Drehzahl des Abgasturboladers über einen entsprechenden Drehzahlgeber ermittelt werden.The additional valve for controlling the flow connection to the pressure vessel is advantageously controlled by an electronic control unit, which processes signals via the charge pressure built up by the exhaust gas turbocharger. For this purpose, it can be provided that the charge pressure is determined via a pressure sensor in the intake line. Alternatively or additionally, the speed of the exhaust gas turbocharger can be determined via a corresponding speed sensor.
Eine wenig fertigungsempfindliche Ventilbetätigungseinrichtung lässt sich erreichen, wenn der Betätigungskolben über mindestens ein Verbindungsglied mit zumindest einem Ventilkegelstück auf den Ventilschaft einwirkt, wobei der Betätigungskolben über zumindest eine konische Innenfläche an zumindest einer konischen Außenfläche zumindest eines Ventilkegelstückes angreift, und wobei das Ventilkegelstück sich zumindest in Richtung des den Betätigungskolben zugewandten Ventilschaftendes verjüngt.A little production-sensitive valve actuator can be achieved when the actuating piston acts on at least one valve member with at least one valve plug on the valve stem, wherein the actuating piston acts on at least one conical outer surface of at least one conical outer surface of at least one valve plug, and wherein the valve plug at least in the direction of the actuating piston facing valve stem end tapers.
Ventilkegelstücke werden bei herkömmlichen mechanisch betätigten Hubventilen verwendet, um den Ventilfederteller entgegen der Kraft der Ventilfeder am Ventilschaft abzustützen. Die Ventilkegelstücke sind dabei in eine oder mehrere umlaufende Nuten im Bereich eines Endes des Ventilschaftes so angeordnet, dass die Kegelfläche sich zum Schaftende hin erweitert. Konische Innenflächen des Ventilfedertellers- werden durch die Ventilfeder gegen die kegeligen Außenflächen der Ventilkegelstücke gepresst, so dass diese durch die Ventilfederkraft verliersicher in die Ringnut des Ventilschaftes gedrückt werden.Valve taper pieces are used in conventional mechanically actuated lift valves to support the valve spring plate against the force of the valve spring on the valve stem. The valve plug pieces are arranged in one or more circumferential grooves in the region of one end of the valve stem so that the conical surface widens towards the shaft end. Tapered inner surfaces of the valve spring plate are pressed by the valve spring against the conical outer surfaces of the valve plug pieces, so that they are pressed captive by the valve spring force into the annular groove of the valve stem.
Beim Gegenstand der Erfindung ist die Ventilkegelanordnung verglichen mit mechanischen Ventilbetätigungseinrichtungen in entgegengesetzter Richtung angeordnet, so dass die Kegelflächen sich zum Schaftende verjüngen. Die Ventilkegelstücke werden dabei vor allem durch die Öffnungskraft des Betätigungskolbens, und nicht oder weniger durch eine Schließkraft einer Ventilfeder, in zumindest eine Aufnahmenut des Ventilschaftes gedrückt. Das Verbindungsglied wird dabei am Betätigungskolben zentriert, wobei eventuelle Toleranzen ausgeglichen
werden. Die Toleranzkette zwischen Ventilschaft und Aktuator wird somit reduziert.In the subject invention, the valve cone assembly is arranged in the opposite direction compared to mechanical valve actuators, so that the conical surfaces taper to the shaft end. The valve cone pieces are pressed, in particular by the opening force of the actuating piston, and not or less by a closing force of a valve spring, in at least one receiving groove of the valve stem. The link is centered on the actuating piston, with any tolerances compensated become. The tolerance chain between valve stem and actuator is thus reduced.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mit dem Betätigungskolben eine auf den Ventilschaft aufgeschobene Befestigungshülse lösbar verbunden ist, wobei der innere Durchmesser der Befestigungshülse größer ist als der Ventilschaftdurch- messer und kleiner ist als der größte Durchmesser des Verbindungsgliedes, so dass die Befestigungshülse an der dem Betätigungskolben abgewandten Seite des Verbindungsgliedes formschlüssig angreift. Der Betätigungskolben ist dabei in die Befestigungshülse eingeschraubt, wobei die Befestigungshülse von der dem Betätigungskolben abgewandten Seite gegen das Verbindungsglied gepresst wird. Somit ist der Betätigungskolben auch in Schließrichtung des Hubventils mit dem Ventilschaft fest verbunden.Preferably, it is provided that with the actuating piston a pushed onto the valve stem mounting sleeve is detachably connected, wherein the inner diameter of the mounting sleeve is larger than the Ventilschaftdurch- diameter and smaller than the largest diameter of the connecting member, so that the mounting sleeve facing away from the actuating piston Side of the connecting member engages positively. The actuating piston is screwed into the mounting sleeve, wherein the mounting sleeve is pressed from the side facing away from the actuating piston against the connecting member. Thus, the actuating piston is firmly connected to the valve stem in the closing direction of the lift valve.
Um beim Einschrauben des Betätigungskolbens in die Befestigungshülse ein Mitdrehen letzterer zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungshülse am Rand oder an einer Außenfläche zumindest eine vorzugsweise durch zumindest eine Ausnehmung oder Öffnung gebildete Angriffsfläche für zumindest ein Montagewerkzeug aufweist. Weiters ist es zur Erleichterung der Montage günstig, wenn die Befestigungshülse auf der dem Verbindungsglied zugewandten Seite eine ringförmige Aufnahmenut für das Verbindungsglied aufweist. Somit können die Ventilkegelstücke in die Aufnahmenut der über den Ventilschaft geschobenen Befestigungshülse eingesetzt werden. Eine Stufe im Randbereich der Nut gewährleistet die richtige Anordnung der Ventilkegelstücke an der vorbestimmten Position und verhindert deren Verrutschen während der Montage. Danach wird der Betätigungskolben über das Verbindungsglied auf den Ventilschaft geschoben, wobei die Ventilkegelstücke gegen den Ventilschaft gepresst werden.In order to prevent the latter from rotating when the actuating piston is screwed into the fastening sleeve, it is advantageous if the fastening sleeve has at least one engagement surface preferably formed by at least one recess or opening for at least one assembly tool at the edge or on an outer surface. Furthermore, it is favorable to facilitate assembly when the mounting sleeve has an annular receiving groove for the connecting member on the side facing the connecting member. Thus, the valve plug pieces can be inserted into the receiving groove of the pushed over the valve stem mounting sleeve. A step in the edge region of the groove ensures the correct arrangement of the valve plug pieces in the predetermined position and prevents their slippage during assembly. Thereafter, the actuating piston is pushed over the connecting member on the valve stem, wherein the valve plug pieces are pressed against the valve stem.
Der Betätigungskolben kann als Doppelkolben ausgeführt sein, welcher auf den Ventilschaft sowohl in Öffnungs-, als auch in Schließrichtung einwirkt. Dadurch kann die Ventilfeder entfallen. Um im Falle eines Fehlers im Ventilbetätigungssystem das Rückstellen des Hubventils in eine sichere Schließposition zu erzwingen, ist allerdings eine auf das Hubventil in Schließrichtung wirkende Ventilfeder von Vorteil. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Befestigungshülse durch einen Ventilfederteller gebildet ist, auf welchen vorzugsweise eine Ventilfeder in Schließrichtung des Hubventils angreift.The actuating piston can be designed as a double piston, which acts on the valve stem in both the opening, as well as in the closing direction. As a result, the valve spring can be omitted. In order to force the return of the lift valve in a safe closed position in the event of a fault in the valve operating system, however, a valve spring acting on the lift valve in the closing direction is advantageous. It can be provided that the fastening sleeve is formed by a valve spring plate on which preferably engages a valve spring in the closing direction of the lift valve.
Der Hub des Betätigungskolbens und des Hubventils wird zweckmäßiger Weise begrenzt, wobei vorzugsweise die Hubbegrenzung durch die Befestigungshülse gebildet wird, welche bei maximalem Hub auf einen vorzugsweise durch den Zylinderkopf gebildeten Anschlag anliegt. Im Falle eines Ventilfedertellers kann die Hubbegrenzung durch den Rand des Ventilfedertellers gebildet sein.
Die Elastizität des Ventilfedertellers kann hinsichtlich optimaler Dämpfung und gewünschtem Akustik-Verhaltens optimiert werden.The stroke of the actuating piston and the lifting valve is expediently limited, wherein preferably the stroke limiter is formed by the fastening sleeve, which rests at maximum stroke on a stop preferably formed by the cylinder head. In the case of a valve spring retainer, the stroke limitation may be formed by the edge of the valve spring retainer. The elasticity of the valve spring plate can be optimized in terms of optimal damping and desired acoustic behavior.
Um eine leichte Montage der Ventilkegelstücke zu ermöglichen, können die Ventilkegelstücke und/oder der Ventilschaft im Bereich der Ventil kegelstücke mag- netisiert sein.To allow easy mounting of the valve plug pieces, the valve plug pieces and / or the valve stem can be magnetised in the area of the valve plug pieces.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung;Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an engine braking device;
Fig. 2 den Druckverlauf der Brennkraftmaschine in einem p,V-Diagramm für den Bremsbetrieb;2 shows the pressure curve of the internal combustion engine in a p, V diagram for the braking operation.
Fig. 3 den Druckverlauf der Brennkraftmaschine in einem p,V-Diagramm für den gefeuerten Betrieb;3 shows the pressure curve of the internal combustion engine in a p, V diagram for the fired operation;
Fig. 4 ein Zylinderdruck-Kurbelwinkeldiagramm für den Bremsbetrieb;Fig. 4 is a cylinder pressure-crank angle diagram for the braking operation;
Fig. 5 charakteristische Parameter in Abhängigkeit des Schließzeitpunktes für einen Betrieb;FIG. 5 shows characteristic parameters as a function of the closing time for an operation; FIG.
Fig. 6 charakteristische Parameter in Abhängigkeit des Schließzeitpunktes Bremsventils für einen anderen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine;FIG. 6 shows characteristic parameters as a function of the closing time of the brake valve for another operating point of the internal combustion engine; FIG.
Fig. 7 die Strategie für die Ansteuerung der Motorbremse;7 shows the strategy for the activation of the engine brake;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;8 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention;
Fig. 9 ein Diagramm mit dem Ventilhub des Zusatzventils in Millimeter,9 is a diagram with the valve lift of the additional valve in millimeters,
Fig. 10 die Ventilbetätigungseinrichtung in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante;10 shows the valve actuating device in a longitudinal section in a first embodiment variant;
Fig. 11 die Ventilbetätigungseinrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil XI in Fig. 10;FIG. 11 shows the valve actuating device in a side view according to the arrow XI in FIG. 10; FIG.
Fig. 12 die Ventilbetätigungseinrichtung in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante; undFIG. 12 the valve actuating device in a longitudinal section in a second embodiment variant; FIG. and
Fig. 13 die Ventilbetätigungseinrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil XII in Fig. 12.
Die Erfindung wird am Beispiel einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine erläutert. Es wird aber darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren von der Zylinderzahl unabhängig ist. Der Aufbau des Motorbremssystems für die Brennkraftmaschine 1 ist in Fig. 1 dargestellt. Mit Bezugszeichen 2 ist die Einspritzanlage bezeichnet, auf welche hier nicht weiter eingegangen wird.13 shows the valve actuating device in a side view according to the arrow XII in FIG. 12. The invention will be explained using the example of a 6-cylinder internal combustion engine. It should be noted, however, that the method according to the invention is independent of the number of cylinders. The structure of the engine brake system for the internal combustion engine 1 is shown in FIG. Reference numeral 2 denotes the injection system, which will not be discussed further here.
Pro Zylinder C1, C2, C3, C4, C5, C6 ist jeweils ein in den Brennraum mündendes Bremsventil 10 vorgesehen. Damit die Brennkraftmaschine 1 auch im Bremsbetrieb eingesetzt werden kann, müssen die zusätzlich zu herkömmlichen Ein- und Auslassventilen (nicht dargestellt) angeordneten Bremsventile 10 über ein Steuergerät 4 bedient werden können. Die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine 1 werden konventionell über Nockenwellen gesteuert. Die Bremsventile 10 im Brennraum werden hydraulisch bedient, das heißt, es existiert ein hydraulischer Zwischenkreis 12, mit Öltank 12a, Pumpe 12b, Ölverteilerleitung 12c, Drucksensor 12d und Absteuerventil 12e, der für die Betätigung der Bremsventile 10 verantwortlich ist. Pro Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 mündet jeweils eine Hydraulikleitung 14 zum jeweiligen Bremsventil 10, wobei in jeder Hydraulikleitung 14 ein Hydraulikventil 16 angeordnet ist. Jedes Hydraulikventil 16 wird vom kombinierten Motor-Bremsensteuergerät 4 angesteuert, wodurch die Bremsleistung PB stufenlos in Abhängigkeit der Wunschbremsleistung eingestellt werden kann.Per each cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 each opening into the combustion chamber brake valve 10 is provided. So that the internal combustion engine 1 can also be used in braking mode, the brake valves 10 arranged in addition to conventional intake and exhaust valves (not shown) can be operated via a control unit 4. The intake and exhaust valves of the internal combustion engine 1 are conventionally controlled via camshafts. The brake valves 10 in the combustion chamber are hydraulically operated, that is, there is a hydraulic intermediate circuit 12, with oil tank 12 a, pump 12 b, oil distribution line 12 c, pressure sensor 12 d and shut-off valve 12 e, which is responsible for the actuation of the brake valves 10. For each cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , a respective hydraulic line 14 opens to the respective brake valve 10, wherein a hydraulic valve 16 is arranged in each hydraulic line 14. Each hydraulic valve 16 is controlled by the combined engine brake control unit 4, whereby the braking power P B can be adjusted continuously as a function of the desired braking power.
Um mit der Brennkraftmaschine 1 vom gefeuerten Betrieb in den Bremsbetrieb zu wechseln, muss zunächst die Einspritzung des Einspritzsystems 2 deaktiviert werden. Anschließend wird durch die Hydraulikventile 16 ein Druck im Druckbehälter 18 (Brems-Rail) aufgebaut. Im eingeschwungenen Bremszustand, das heißt nach einigen Motorzyklen, stellt sich ein bestimmter Gasdruck im Druckbehälter 18 ein. Dieser Gasdruck wird hauptsächlich vom Ansteuerbeginn, der Ansteuerdauer, sowie vom Ansteuerende der Hydraulikventile 16 bestimmt. Beim Bremsbetrieb wird das zusätzliche Bremsventil 10 im Kompressionstakt der Brennkraftmaschine 1 geöffnet, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Dadurch strömt die Luft bzw. das Gas vom Druckbehälter 18 in den jeweiligen Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 ein. Das bewirkt, dass bereits zu Beginn der Kompressionsphase, wenn eine Verbindung des Brennraumes mit dem Druckbehälter 18 vorherrscht, ein höherer Druck im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 herrscht. Wäre keine Verbindung zum Druckbehälter 18 vorhanden, würde der Ladedruck im Saugrohr der Brennkraftmaschine 1 das Druckniveau im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6 zu Beginn der Kompressionsphase bestimmen. Durch den erhöhten Anfangsdruck bzw. die erhöhte Füllung im Druckbehälter 18 ist im Verdichtungstakt eine höhere Kompressionsarbeit notwendig. Diese erhöhte Kompressionsarbeit kann beispielsweise zum Bremsen eines Fahrzeuges oder einer bewegten Masse verwendet werden.
Mit 20 ist das Bremspedal mit 21 das Gaspedal des Fahrzeuges angedeutet.In order to change with the internal combustion engine 1 from the fired operation in the braking mode, the injection of the injection system 2 must first be deactivated. Subsequently, a pressure in the pressure vessel 18 (brake rail) is established by the hydraulic valves 16. In steady state braking, that is, after a few engine cycles, a certain gas pressure in the pressure vessel 18 is set. This gas pressure is mainly determined by the start of control, the drive time, as well as by the drive end of the hydraulic valves 16. During braking operation, the additional brake valve 10 is opened in the compression stroke of the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 4 can be seen. As a result, the air or the gas flows from the pressure vessel 18 into the respective cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 . This causes that already at the beginning of the compression phase, when a connection of the combustion chamber with the pressure vessel 18 prevails, a higher pressure in the cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 prevails. If there were no connection to the pressure vessel 18, the boost pressure in the intake manifold of the internal combustion engine 1 would determine the pressure level in the cylinder C 1, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 at the beginning of the compression phase. Due to the increased initial pressure or the increased filling in the pressure vessel 18, a higher compression work is necessary in the compression stroke. This increased compression work can be used, for example, for braking a vehicle or a moving mass. At 20, the brake pedal is indicated by 21 the accelerator pedal of the vehicle.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen p,V-Diagramme mit dem Zylinderdruck p und dem Zylindervolumen V für den geschleppten Betrieb (Fig. 2) und den gefeuerten Betrieb (Fig. 3), um die Druckverhältnisse und die geleistete Arbeit zu zeigen.Fig. 2 and Fig. 3 show p, V plots with the cylinder pressure p and the cylinder volume V for the towed operation (Fig. 2) and the fired operation (Fig. 3) to show the pressure ratios and the work done.
Im gefeuerten Betrieb (Fig. 3) liefert die Hochdruckphase einen positiven, die Niederdruckphase einen negativen Anteil zur Ladungswechselschleife. Diese Summe der beiden Flächen, die sich im Hochdruck- und Niederdruckteil ergeben, entspricht der Kolbenarbeit. Im gefeuerten Betrieb ergibt sich daraus ein nach Abzug aller Verluste positives Moment, das an der Kurbelwelle zur Verfügung steht.In fired operation (FIG. 3), the high pressure phase provides a positive, the low pressure phase a negative contribution to the charge cycle. This sum of the two surfaces, which result in the high-pressure and low-pressure part corresponds to the piston work. In fired operation, this results in a positive torque after the deduction of all losses, which is available at the crankshaft.
Im Bremsbetrieb bzw. geschleppten Betrieb (Fig. 2) ergibt sich im Zylinder Cl, C2, C3, C4, C5, C6 sowohl im Hochdruckteil, als auch im Ladungswechselteil ein negativer Anteil zur Ladungswechselschleife. Die Summe der beiden Flächen entspricht einer Kolbenarbeit, die als negatives Moment an der Kurbelwelle zur Verfügung steht. Dieses Bremsmoment ist in erster Linie von den Parametern der Ansteuerungsstrategie der zusätzlichen Bremsventile 10 im Brennraum bestimmt. Das Bremsmoment kann somit bei Betätigung der Motorbremse unmittelbar von einem gefeuerten Zyklus auf einen Bremszyklus aufgebracht werden.In braking mode or in trailing mode (FIG. 2), the cylinder C 1, C 2, C 3, C 4, C 5, C 6 has a negative contribution to the charge cycle loop both in the high-pressure part and in the charge change part. The sum of the two surfaces corresponds to a piston work, which is available as a negative torque on the crankshaft. This braking torque is determined primarily by the parameters of the control strategy of the additional brake valves 10 in the combustion chamber. The braking torque can thus be applied directly from a fired cycle to a braking cycle upon actuation of the engine brake.
Fig. 4 zeigt eine typische Steuerungsstrategie für einen Bremsvorgang. Die Kurve p beschreibt den Druck im Zylinder Ci, C2, C3, C4, C5, C6, die Kurve pr den Druck im Druckbehälter 18 für eine 6-Zylinder-Brennkraftmaschine. Deutlich erkennt man die Pulsationen des Druckes pr im Druckbehälter 18 mit einem Zündabstand von 120° Kurbelwinkel KW. Die Balken O und I zeigen die Steuerzeiten für das Auslass- bzw. Einlassventil. Der Balken für das Bremsventil 10 ist mit B bezeichnet. Das Bremsventil 10 öffnet in dieser konkreten Ausführung bei etwa 550° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung ZOT und schließt bei etwa 30° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung ZOT.Fig. 4 shows a typical control strategy for a braking operation. The curve p describes the pressure in the cylinder Ci, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , the curve P r the pressure in the pressure vessel 18 for a 6-cylinder internal combustion engine. Clearly recognizes the pulsations of the pressure p r in the pressure vessel 18 with a firing interval of 120 ° crank angle KW. Bars O and I show the timing for the exhaust and intake valves, respectively. The bar for the brake valve 10 is designated B. The brake valve 10 opens in this specific embodiment at about 550 ° crank angle KW to the top dead center of the ignition ZOT and closes at about 30 ° crank angle KW to the top dead center of the ignition ZOT.
Um im Falle einer Bremsanforderung das Bremsmoment bzw. die Bremsleistung beeinflussen zu können, ist in den Figuren 5 und 6 der Zusammenhang zwischen der Bremsleistung PB und dem Schließwinkel bzw. Schließzeitpunkt α in °Kurbel- winkel KW des Bremsventils 10 bei unterschiedlichen Drehzahlen ni und n2 dargestellt, wobei die Drehzahl ni bei dem in Fig. 5 dargestellten Betriebspunkt beispielsweise kleiner ist als die Drehzahl n2 des bei Fig. 6 gefahrenen Betriebspunktes. Es ist zu ersehen, dass eine maximale Bremsleistung PB bzw. ein maximaler Druck Pr im Druckbehälter 18 in Fig. 5 sich bei einem Schließzeitpunkt α von etwa 38° Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt der Zündung ZOT einstellt. Wird der Schließzeitpunkt in Richtung spät verstellt, sinkt die Brems-
leistung gemäß dem gezeigten Zusammenhang mit dem Schließzeitpunkt α (ebenso sinkt im konkreten Fall die Bremsleistung PB bei einer Verschiebung in Richtung "früh"). Dieser Zusammenhang kann in der Bremsensteuerung benutzt werden, um die Bremsleistung PB entsprechend der Anforderung des Fahrers einzustellen. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, müssen aber speziell bei niedrigen Drehzahlen gewisse Grenzbereiche eingehalten werden, damit es zu keinen unzulässig hohen Drücken pr bzw. Temperaturen Tr im Druckbehälter 18 kommt.In order to be able to influence the braking torque or the braking power in the case of a braking request, the relationship between the braking power P B and the closing angle or closing time α in ° crank angle KW of the brake valve 10 at different rotational speeds ni and n 2 , wherein the rotational speed ni in the operating point shown in Fig. 5, for example, is smaller than the rotational speed n 2 of the driven in Fig. 6 operating point. It can be seen that a maximum braking power P B or a maximum pressure P r in the pressure vessel 18 in FIG. 5 is established at a closing time α of approximately 38 ° crank angle KW after the top dead center of the ignition ZOT. If the closing time is retarded, the brake performance according to the relationship shown with the closing time α (also decreases in the specific case, the braking power P B at a shift in the direction of "early"). This relationship can be used in the brake control to adjust the braking power P B according to the driver's request. As can be seen in FIG. 6, however, certain boundary regions must be maintained, especially at low speeds, so that there are no impermissibly high pressures p r or temperatures T r in the pressure vessel 18.
In Abbildung 7 ist eine einfache Struktur für die Realisierung der Bremsensteuerung dargestellt. Der Fahrer übergibt mittels Bremspedal 20 seine Bremsanforderung ab an die Steuerung. Über die Stellung des Bremspedals wird dabei die Wunschbremsleistung PB bzw. das von der jeweiligen Motordrehzahl n durch das Kennfeld KFMb abhängige Wunschbremsmoment Mb in die Bremssteuerungsein- richtung 4 eingelesen. Der Öffnungszeitpunkt α0 wird über eine Kennlinie Ka0 bestimmt, die über der Motordrehzahl n aufgetragen ist. Die Vorsteuerung des Schließen des Bremsventils 10 kann über die in den Fig. 5 bzw. Fig. 6 gezeigten Zusammenhänge ermittelt werden. Die Parameter für das Kennfeld KFαc können somit über diesen Zusammenhang parametriert werden. Da durch das Schließen zu einem falschen Zeitpunkt die Temperatur T1- und der Druck pr im Druckbehälter 18 zu stark ansteigen und somit eine mechanische Zerstörung des Bremssystems herbeiführen könnte, muss der Schließzeitpunkt αc auf die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 abgestimmt werden. Um eine Zerstörung des Bremssystems zu vermeiden, ist es zweckmäßig, den Schließzeitpunkt αc in Richtung des oberen Totpunktes der Zündung ZOT zu begrenzen. Diese Begrenzung kann am einfachsten durch Kennfelder realisiert werden, welche die entsprechenden Grenzwerte in Abhängigkeit der Motordrehzahl n, des Bremsdruckes pr im Druckbehälter 18 und der Temperatur T1- im Druckbehälter 18 beinhalten. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass der Druck pr und/oder die Temperatur T1- gemessen und mit jeweils einem Maximalwert prmax, Trmax verglichen wird, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Übersteigen diese Größen einen Grenzwert, so-sorgen die Regler PCTRL und TCTRL zuverlässig dafür, dass der Schließzeitpunkt αc in Richtung geringerer Bremsleistung verlegt wird, was zu einer Verringerung der Druck- und Temperaturbelastung führt. Aufgrund der Regler PCTRL bzw. TCTRL wird ein durch das Kennfeld KFαc ermittelter Basiswert αc0 für den Schließzeitpunkt des Bremsventils 10 um eine Größe Δαcp bzw. ΔαcT verändert, wodurch sich der endgültige Schließzeitpunkt αc des Bremsventils 10 ergibt.Figure 7 shows a simple structure for the realization of the brake control. The driver passes by means of brake pedal 20 his brake request a b to the controller. By way of the position of the brake pedal, the desired braking power P B or the desired braking torque M b dependent on the respective engine rotational speed n through the characteristic map KFM b is read into the brake control device 4. The opening time α 0 is determined via a characteristic Ka 0 , which is plotted against the engine speed n. The pilot control of the closing of the brake valve 10 can be determined via the relationships shown in FIGS. 5 and 6. The parameters for the map KFα c can thus be parameterized in this context. Since the closing at an incorrect time, the temperature T 1 - and the pressure p r in the pressure vessel 18 increase too much and thus cause mechanical destruction of the brake system, the closing time α c must be adjusted to the speed n of the engine 1. In order to avoid destruction of the brake system, it is expedient to limit the closing time α c in the direction of the top dead center of the ignition ZOT. This limitation can most easily be realized by maps which include the corresponding limit values as a function of the engine speed n, the brake pressure p r in the pressure vessel 18 and the temperature T 1 - in the pressure vessel 18. Alternatively, it can also be provided that the pressure p r and / or the temperature T 1 - measured and compared with a maximum value p rm ax, T rmax , as shown in Fig. 7. If these values exceed a limit value, the regulators PCTRL and TCTRL reliably ensure that the closing time point α c is shifted in the direction of lower braking power, which leads to a reduction in the pressure and temperature load. Due to the controller PCTRL or TCTRL a determined by the map KFα c base value α c0 for the closing time of the brake valve 10 by a size Δα cp or Δα cT changed, resulting in the final closing time α c of the brake valve 10.
Soll die Bremsleistung PB bei einer gewissen Drehzahl n erhöht werden, so muss nur der Schließzeitpunkt αc in Richtung früh verstellt werden. Somit ist durch Modulation des Schließzeitpunktes αc des Bremsventils 10 eine Erhöhung oder eine Verringerung der Bremsleistung PB möglich.
Voraussetzung für das korrekte Funktionieren des Systems ist, dass die entstandene Verlustwärme in den Zylindern C1, C2, C3, C4, C5, C6 und im Druckbehälter 18 entsprechend abgeführt werden kann. In der konkreten Ausführung wurde die Verlustleistung im Zylinder C1, C2, C3, C4, C5, C6 über das Kühlwasser und im Druckbehälter 18 über einen zusätzlichen Wärmetauscher abgeführt (nicht dargestellt). Ist die Kühlung nicht ausreichend, wird in der oben beschriebenen Weise die Bremsleistung PB automatisch reduziert, um jede Überhitzung des Systems zu vermeiden.If the braking power P B is to be increased at a certain speed n, then only the closing time α c has to be adjusted in the direction of early. Thus, by modulating the closing time α c of the brake valve 10, an increase or a decrease in the braking power P B is possible. The prerequisite for the correct functioning of the system is that the resulting heat loss in the cylinders C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 and in the pressure vessel 18 can be discharged accordingly. In the concrete embodiment, the power loss in the cylinder C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 was discharged via the cooling water and in the pressure vessel 18 via an additional heat exchanger (not shown). If the cooling is not sufficient, the braking power P B is automatically reduced in the manner described above, to avoid any overheating of the system.
In Fig. 8 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines 6-Zylinder-Turbo- ladermotors näher erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass das Verfahren von der Zylinderzahl unabhängig ist und beispielsweise auch bei 5-, 8- oder 12- Zylinder-Motoren zur Anwendung kommen kann.In FIG. 8, the method according to the invention is explained in more detail with reference to a 6-cylinder turbocharged engine, wherein it should be noted that the method is independent of the number of cylinders and is also used, for example, in 5, 8 or 12-cylinder engines can come.
Die sechs Zylinder Cl, C2, C3, C4, C5, C6 stehen über nicht weiter dargestellte Einlasskanäle mit einem Einlasssammler 102 in Verbindung, welcher ausgehend vom Luftfilter 103 über den Kompressorteil C des Turboladers 104 und über den Ladeluftkühler 105 mit Ladeluft versorgt wird. Die Abgasventile der Brennkraftmaschine 101 münden in das Abgassystem 106, wobei die Abgase in herkömmlicher Weise über den Turbinenteil T des Turboladers 104 geführt werden und über einen Schalldämpfer 107 austreten.The six cylinders C 1, C 2, C 3, C 4, C 5, C 6 are connected via inlet ducts (not shown) to an intake manifold 102, which is supplied with charge air from the air filter 103 via the compressor part C of the turbocharger 104 and via the intercooler 105. The exhaust valves of the internal combustion engine 101 open into the exhaust system 106, wherein the exhaust gases are routed in a conventional manner via the turbine part T of the turbocharger 104 and exit via a silencer 107.
Die Brennkraftmaschine 101 weist einen Motorbremseinrichtung 108 mit einem rohrförmigen Druckbehälter 109 (Brems-Rail) auf, in welchen von den Zusatzventilen 110 ausgehende durch Kanäle gebildete Strömungswege 111 führen, so dass ein Gasaustausch zwischen den einzelnen Zylindern Cl, C2, C3, C4, C5, C6 auf relativ hohem Druckniveau möglich ist. Konstruktiv kann der Druckbehälter 109 direkt in den Zylinderkopf des Nutzfahrzeugmotors integriert werden oder als außenliegendes Verbindungsrohr ähnlich einem Einlass- oder Auslassbehälter ausgeführt sein. Die Betätigung der Zusatzventile 110 erfolgt vorzugsweise elektro-hydraulisch und ist daher beliebig variierbar. Im Bremsbetrieb der Brennkraftmaschine werden die Bremsventile 110 mehrmals pro Arbeitszyklus des Motors betätigt, beispielsweise zwei Bremshübe pro Arbeitszyklus, wobei der erste Bremshub nahe dem oberen Totpunkt des Hochdrucktaktes erfolgt. Bei diesem Bremshub tritt hochverdichtete Luft aus einem der Zylinder Cl, C2, C3, C4, C5, C6 in den Druckbehälter 109 ein. Dadurch wird einerseits der Druckbehälter 109 mit Druckluft gefüllt (bis ca. 30 bar Betriebsdruck), andererseits die Expansionsarbeit des Zylinders verringert, wodurch Bremsleistung entsteht. Kurz nach dem Schließen des Einlassventils öffnet das Zusatzventil 110 nochmals, wodurch verdichtete Luft aus dem Druckbehälter 109 in den Brennraum strömt. In Folge des zweiten Bremshubes steigt der Zylinderdruck zu Beginn der Kompressionsphase des Hochdrucktaktes auf das Druckniveau des Druckbehälters 109. Dies erhöht
die aufzubringende Kompressionsarbeit und somit wiederum die Bremsleistung des Motors.Internal combustion engine 101 has an engine brake device 108 with a tubular pressure vessel 109 (brake rail) into which flow paths 111 formed by auxiliary valves 110 pass through channels, so that a gas exchange between the individual cylinders Cl, C2, C3, C4, C5 , C6 is possible at a relatively high pressure level. Constructively, the pressure vessel 109 can be integrated directly into the cylinder head of the commercial vehicle engine or designed as an external connecting pipe similar to an inlet or outlet container. The actuation of the additional valves 110 preferably takes place electro-hydraulically and can therefore be varied as desired. During braking operation of the internal combustion engine, the brake valves 110 are actuated several times per operating cycle of the engine, for example, two braking strokes per working cycle, wherein the first brake stroke is close to the top dead center of the high-pressure cycle. During this braking stroke, highly compressed air from one of the cylinders C1, C2, C3, C4, C5, C6 enters the pressure vessel 109. As a result, on the one hand the pressure vessel 109 is filled with compressed air (up to about 30 bar operating pressure), on the other hand reduces the expansion of the cylinder, whereby braking power is produced. Shortly after closing the inlet valve, the additional valve 110 opens again, whereby compressed air flows from the pressure vessel 109 into the combustion chamber. As a result of the second brake stroke, the cylinder pressure at the beginning of the compression phase of the high-pressure cycle increases to the pressure level of the pressure vessel 109. This increases the compression work to be applied and thus again the braking power of the engine.
Um das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine 101 bei plötzlicher Lasterhöhung bzw. einem Lastsprung zu verbessern, werden die Zusatzventile 110 nicht nur bei einer Verzögerungsanforderung durch das Bremspedal, sondern auch bei einer plötzlichen Lastanforderung durch die Steuerelektronik 116 angesteuert. Dabei ist vorgesehen, dass das Zusatzventil 110 zumindest eines Zylinders Cl, C2, C3, C4, C5, C6 nach dem Einlasstakt zu Beginn der Kompressionsphase geöffnet wird, so dass vorverdichtete Luft oder Gas aus dem Druckbehälter in den Brennraum einströmen kann. Das Zusatzventil 110 wird dabei in einem Bereich zwischen 520° Kurbelwinkel bis 580° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Zündung geöffnet. Über Druck- und/oder Drehzahlsensoren 120, 121 wird überwacht, ob der Abgasturbolader 104 den für die plötzliche Lastanforderung erforderlichen erhöhten Ladedruck aufbauen kann. Sobald dies der Fall ist, werden durch die Steuereinheit 116 die Zusatzventile 110 geschlossen.In order to improve the response of the internal combustion engine 101 in the event of a sudden increase in load or a load jump, the additional valves 110 are actuated not only by the brake pedal during a deceleration request, but also by the control electronics 116 during a sudden load request. It is provided that the additional valve 110 is at least one cylinder Cl, C2, C3, C4, C5, C6 opened after the intake stroke at the beginning of the compression phase, so that pre-compressed air or gas can flow from the pressure vessel into the combustion chamber. The additional valve 110 is opened in a range between 520 ° crank angle to 580 ° crank angle after the top dead center of the ignition. About pressure and / or speed sensors 120, 121 is monitored whether the exhaust gas turbocharger 104 can build the required for the sudden load request increased boost pressure. As soon as this is the case, the additional valves 110 are closed by the control unit 116.
Um den Druck im Druckbehälter 109 aufzubauen, können - vorzugsweise in unbelastetem Zustand der Brennkraftmaschine 102 - durch die Steuereinheit 116 eines oder mehrere Zusatzventile 110 gegen Ende eines Kompressionshubes, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 540° Kurbelwinkel KW bis 720° Kurbelwinkel KW geöffnet werden, wie durch die strichlierte Linie V2 in Fig. 9 dargestellt ist. Die voll ausgezogene Linie Vi zeigt den Öffnungshub der Zusatzventile 110 während der Überbrückung des Turbo-Loches.In order to build up the pressure in the pressure vessel 109, one or more auxiliary valves 110 can be opened by the control unit 116 toward the end of a compression stroke, preferably in a range between 540 ° crank angle KW to 720 ° CA, as in the unloaded state of the internal combustion engine 102 is shown by the dashed line V 2 in Fig. 9. The solid line Vi shows the opening stroke of the additional valves 110 during the bypass of the turbo-hole.
Reicht das Volumen des Druckbehälters 109 zur Überbrückung des Turbo-Loches des Abgasturboladers 104 nicht aus, so kann der Druckbehälter 109 über eine Druckleitung 122, in welcher ein Zusatzventil 123 angeordnet ist, mit einem Druckbehälter 124 verbunden sein, welcher durch einen externen Kompressor 125 gespeist ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Fahrzeug bereits em Dϊuckϊüft-Bbrdnetz für andere Zwecke" aufweist.If the volume of the pressure vessel 109 is insufficient for bridging the turbo-hole of the exhaust-gas turbocharger 104, the pressure vessel 109 can be connected via a pressure line 122, in which an additional valve 123 is arranged, to a pressure vessel 124, which is fed by an external compressor 125 is. This is particularly advantageous when the vehicle is already em Dϊuckϊüft-Bbrdnetz has for other purposes ".
Gemäß dem vorliegenden Vorschlag kann mit äußerst geringem Aufwand eine vorhandene Motorbremseinrichtung mit Zusatzventilen 110 und Druckbehälter 109 zur Überbrückung des Turbo-Loches eines Abgasturboladers 104 herangezogen werden. Der sich solcher Art einstellende Synergieeffekt ergibt eine bessere Auslastung der Motorbremseinrichtung, ohne dass andere aufwendige konstruktive Änderungen erforderlich wären.According to the present proposal, an existing engine brake device with additional valves 110 and pressure vessel 109 can be used for bridging the turbo-hole of an exhaust gas turbocharger 104 with extremely little effort. The type of such synergistic effect results in a better utilization of the engine brake device, without other complex design changes would be required.
Eine Ventilbetätigungseinrichtung 201 weist einen im Ausführungsbeispiel hydraulisch betätigten Aktuator 202 mit einem in einem Aktuatorzylinder 203 verschiebbar gelagerten Betätigungskolben 204 auf. Der Betätigungskolben 204 ist
lösbar mit dem Ventilschaft 205 eines Hubventils 206, beispielsweise einem Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei durch ein zumindest zwei Ventilkegelstücke 207 aufweisendes Verbindungsglied 208 und eine Befestigungshülse 209.A valve actuating device 201 has an actuator 202 which is hydraulically actuated in the exemplary embodiment and has an actuating piston 204 which is displaceably mounted in an actuator cylinder 203. The actuating piston 204 is releasably connected to the valve stem 205 of a lift valve 206, such as a gas exchange valve of an internal combustion engine, connected. The connection is made by a connecting member 208 having at least two valve plug pieces 207 and a fastening sleeve 209.
Der Betätigungskolben 204 weist dabei an seiner dem Ventilschaft 205 zugewandten Stirnseite 210 eine kegelförmige Innenfläche 211 auf, welche sich zur Stirnseite 210 hin erweitert. Die Innenflächen 211 liegen an den Außenflächen 212 des Verbindungsglieds 208 auf. Die Ventilkegelstücke 207 sind mit ihrer entsprechend geformten Innenseite im Ausführungsbeispiel in drei Ringnuten 213 des Ventilschaftes 205 so angeordnet, dass sich die kegelförmigen Außenflächen 212 zum Betätigungskolben 204 zugewandten Ende 214 des Ventilschaftes 205 hin verjüngen. Durch die Kegelflächen 211, 212 werden die VentilkegelstückeIn this case, the actuating piston 204 has, on its end face 210 facing the valve stem 205, a conical inner surface 211 which widens toward the end face 210. The inner surfaces 211 abut against the outer surfaces 212 of the link 208. The valve plug pieces 207 are arranged with their correspondingly shaped inside in the exemplary embodiment in three annular grooves 213 of the valve stem 205 so that the conical outer surfaces 212 to the actuating piston 204 facing the end 214 of the valve stem 205 tapers. By the conical surfaces 211, 212, the valve plug pieces
207 somit in die Ringnuten 213 gedrückt, wenn der Betätigungskolben 204 in Öffnungsrichtung auf das Hubventil 206 einwirkt.207 thus pressed into the annular grooves 213 when the actuating piston 204 acts in the opening direction on the lift valve 206.
Der Betätigungskolben 204 weist im Bereich seiner Stirnseite 210 ein Außengewinde 215 auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde der Befestigungshülse 209 eingeschraubt ist. Die auf den Ventilschaft 205 aufgeschobene Befestigungshülse 209 weist einen Innendurchmesser di auf, welcher größer als der Ventilschaftdurchmesser d2, aber kleiner als der maximale Durchmesser D des Verbindungsglieds 208 ist. Eine Schulter 216 der Befestigungshülse 209 umfasst dabei die Verbindungsglied 208 in einem den Betätigungskolben 204 abgewandten Bereich. Dadurch ist der Betätigungskolben 204 über die Befestigungshülse 209 und das Verbindungsglied 208 auch in Schließrichtung des Hubventils 206 mit dem Ventilschaft 205 fest verbunden.The actuating piston 204 has in the region of its end face 210 an external thread 215 which is screwed into a corresponding internal thread of the fastening sleeve 209. The pushed onto the valve stem 205 mounting sleeve 209 has an inner diameter di, which is greater than the valve stem diameter d 2 , but smaller than the maximum diameter D of the connecting member 208. A shoulder 216 of the fastening sleeve 209 in this case comprises the connecting member 208 in a region remote from the actuating piston 204. As a result, the actuating piston 204 via the mounting sleeve 209 and the connecting member 208 in the closing direction of the lift valve 206 with the valve stem 205 is firmly connected.
Der Betätigungskolben 204 ist vorteilhafterweise doppelwirkend ausgebildet und grenzt zumindest an zwei Arbeitsräume 217, 218, welche abwechselnd mit Druck eines nicht weiters dargestellten Hydrauliksystems beaufschlagbar sind. Dadurch kann sowohl eine ÖffnüngskraftV äfs aüch eine Schließkraft auf das Hubventil 206 aufgebracht werde. Eine Ventilfeder 219 zum Schließen des Hubventils 206 wäre somit nicht unbedingt erforderlich. Die Fig. 12 und Fig. 13 zeigen diesbezüglich eine ventilfederlose Ausführungsvariante. Eine Ventilfeder 219 hat aber den Vorteil, dass bei einer Fehlfunktion, etwa bei Ausfall oder bei Nichtbetrieb des Hydrauliksystems, das Hubventil 206 in eine definierte Schließposition gebracht wird, so dass Folgeschäden bei der Brennkraftmaschine vermieden werden können. In der in den Fig. 10 und Fig. 11 dargestellten Ausführungsvariante wirkt eine Ventilfeder 219 über einen Ventilfederteller 220 und das VerbindungsgliedThe actuating piston 204 is advantageously designed to be double-acting and is adjacent to at least two working spaces 217, 218, which can be acted upon alternately by pressure of a hydraulic system not shown further. As a result, both an opening force value and a closing force can be applied to the lift valve 206. A valve spring 219 for closing the lift valve 206 would thus not necessarily be required. FIGS. 12 and 13 show in this respect a valve springless variant embodiment. However, a valve spring 219 has the advantage that in case of malfunction, such as failure or non-operation of the hydraulic system, the lift valve 206 is brought into a defined closed position, so that consequential damage can be avoided in the internal combustion engine. In the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, a valve spring 219 acts via a valve spring retainer 220 and the connecting member
208 auf den Ventilschaft 205 in Schließrichtung ein. Der Ventilfederteller 220 bildet im Ausführungsbeispiel auch gleichzeitig die mit dem Betätigungskolben 204 verbundene Befestigungshülse 209 aus.
Um den maximalen Öffnungshub des Hubventils 206 zu begrenzen, bildet die Befestigungshülse 209 eine Hubbegrenzung 221 aus, welche bei maximalem Hub auf einen durch den Zylinderkopf 223 gebildeten Anschlag 222 anliegt. In Fig. 10 wird die Hubbegrenzung 221 durch den Rand 224 des Ventilfedertellers 220 gebildet.208 on the valve stem 205 in the closing direction. In the exemplary embodiment, the valve spring retainer 220 also simultaneously forms the fastening sleeve 209 connected to the actuating piston 204. In order to limit the maximum opening stroke of the lift valve 206, the attachment sleeve 209 forms a stroke limiter 221, which rests against a stop 222 formed by the cylinder head 223 at maximum lift. In Fig. 10, the stroke limiter 221 is formed by the edge 224 of the valve spring retainer 220.
Um die Montage zu erleichtem, weist die Befestigungshülse 209 in einem dem Verbindungsglied 208 zugewandten Bereich eine durch eine Ringnut gebildete Vertiefung 225, sowie eine Ausnehmung 226 im Bereich des Randes 224 des Ventilfedertellers 220 auf. Der Zusammenbau der Ventilbetätigungseinrichtung 201 erfolgt dabei folgendermaßen:In order to facilitate assembly, the fastening sleeve 209 has a recess 225 formed by an annular groove in a region facing the connecting member 208 and a recess 226 in the region of the edge 224 of the valve spring retainer 220. The assembly of the valve actuator 201 is carried out as follows:
Die Befestigungshülse 209 wird auf den Ventilschaft 205 entgegen der Kraft der Ventilfeder 219 auf den Ventilschaft 205 so aufgesetzt, dass die Ventilkegelstücke 207 in die Ringnuten 213 eingesetzt werden können. Bei Entlasten der Ventilfeder 219 kommen die Ventilkegelstücke 207 in der Vertiefung 225 zu liegen und werden durch den Rand der Vertiefung 225 in ihrer Position gehalten, so dass ein unbeabsichtigtes Herausfallen aus der festgelegten Position während der Montage verhindert wird. Danach wird der Betätigungskolben 204 auf die Befestigungshülse 209 aufgeschraubt, wobei die Innenflächen 211 des Betätigungskolbens 204 gegen die Außenfläche 212 des Verbindungsglieds 208 gepresst werden. Dadurch ergibt sich eine feste Verbindung zwischen dem Ventilschaft 205 und dem Betätigungskolben 204. Durch die Ventilkegelstücke 207 werden Toleranzen zwischen dem Ventilschaft 205 und dem Betätigungskolben 204 ausgeglichen, so dass toleranzbedingte mechanische Spannungen weitgehend vermieden werden können. Dadurch wird eine unbehinderte Drehbewegung des Hubventils 206 gewährleistet. Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Befestigungshülse 209 während des Einschraubens des Betätigungskolbens 204 zu vermeiden, wird während der Montage die Befestigungshülse 209 verdrehgesichert. Dies geschieht dadurch, dass ein hakenartiges Werkzeug durch eine Öffnung 227 in den Raum 228 eingebracht und in der Ausnehmung 226 verhakt wird. Nach erfolgter Montage wird das Werkzeug wieder entfernt. Nach Aufschrauben des Betätigungskolbens 204 wird ein Abschlussteil 229 Im Bereich der dem Ventilschaft 205 abgewandten Stirnseite 230 des Betätigungskolbens 204 in das Gehäuse 231 montiert.The fastening sleeve 209 is placed on the valve stem 205 counter to the force of the valve spring 219 on the valve stem 205 so that the valve plug pieces 207 can be inserted into the annular grooves 213. Upon relieving the valve spring 219, the valve plug pieces 207 come to lie in the recess 225 and are held by the edge of the recess 225 in position, so that an accidental falling out of the fixed position during assembly is prevented. Thereafter, the actuating piston 204 is screwed onto the mounting sleeve 209, wherein the inner surfaces 211 of the actuating piston 204 are pressed against the outer surface 212 of the connecting member 208. This results in a firm connection between the valve stem 205 and the actuating piston 204. By the valve plug pieces 207 tolerances between the valve stem 205 and the actuating piston 204 are compensated, so that tolerance-related mechanical stresses can be largely avoided. As a result, an unobstructed rotational movement of the lift valve 206 is ensured. To prevent inadvertent rotation of the mounting sleeve 209 during the screwing of the actuating piston 204, the mounting sleeve 209 is secured against rotation during assembly. This happens because a hook-like tool is introduced through an opening 227 in the space 228 and hooked in the recess 226. After installation, the tool is removed again. After screwing on the actuating piston 204, a closing part 229 is mounted in the housing 231 in the area of the end face 230 of the actuating piston 204 facing away from the valve stem 205.
Um das Einsetzen der Ventilkegelstücke 207 zu erleichtern, können diese und/ oder der Ventilschaft 205 im Bereich der Ringnuten 213 magnetisiert sein.In order to facilitate the insertion of the valve plug pieces 207, these and / or the valve stem 205 may be magnetized in the region of the annular grooves 213.
Über die Elastizität des Ventilfedertellers 220 kann gegebenenfalls die Dämpfung beeinflusst werden, um beispielsweise das akustische Verhalten der Ventilbetätigungseinrichtung 201 zu optimieren.
Der Aktuator kann hydraulischer, pneumatischer, elektromagnetischer oder pie- zomagnetischer oder mechanischer Art sein. Die Erfindung eignet sich besonders zur Betätigung von Gaswechselventilen von Brennkraftmaschinen, ist aber ebenso vorteilhaft für andere Betätigungseinrichtrungen für Hubventile anwendbar.
If necessary, the damping can be influenced via the elasticity of the valve spring retainer 220 in order, for example, to optimize the acoustic behavior of the valve actuating device 201. The actuator may be hydraulic, pneumatic, electromagnetic or piezo-magnetic or mechanical. The invention is particularly suitable for the actuation of gas exchange valves of internal combustion engines, but is also advantageous for other Betätigungsseinrichtrungen applicable for globe valves.