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einem Auslassventil pro Zylinder, mit einer Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Auslassventilschliessbewegung während des Motorbremsbetriebes.
Motorbremsen mit einer Drosseleinrichtung im Auspuffsystem sind bekannt und stellen eine Dauerbremse dar, wobei die Drosseleinrichtung üblicherweise durch eine Auspuffstauklappe gebildet wird. Allerdings haben Motorbremsen, die ausschliesslich auf der Drosselwirkung von Auspuffstauklappen beruhen, den Nachteil einer relativ geringen Motorbremsleistung.
Weiters sind Motorbremsen bekannt, die eine Einrichtung aufweisen, die das Auslassventil beim Verdichtungstakt einen kleinen Spalt offenhalten. Das Auslassventil wird dabei nach dem Auspufftakt ein weiteres mal geöffnet. Dadurch wird erreicht, dass die Luft nicht verdichtet wird, sondern durch den Spalt des Auslassventiles, der als Drossel wirkt, in den Auspuff gelangt. Die Energie wird dabei am Drosselspalt in Wärme umgewandelt und gelangt zum Teil in den Auspuff, und zum anderen Teil in das Kühlwasser der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine kann dadurch auch bei längerer Talfahrt nicht unterkühlt werden. Die Bremsleistung solcher Systeme ist etwa doppelt so gross wie die von konventionellen Auspuffstaubremsen. Motorbremsen dieser Art wurden von den Firmen MACK TRUCKS INC. und JACOBS MANUFACTURING COMPANY verwirklicht.
MACK hat dies in der Zeitschrift Automotive Industrie"vom 15.2. 1971 auf den Seiten 49 bis 52 veröffentlicht, sowie im SAE PAPER 710557 beschrieben. Hier handelt es sich um ein Ventil auf der Kipphebelachse, welches den Öldruck in zwei Ölbohrungen der Kipphebelachse derart steuert, dass ein hydraulisches Element im Kipphebel bei normalem Betrieb ständig einen kleinen Hub ausführt, und über eine Rücknahme im Nockengrundkreis gleitet, wobei dieses Element beim Bremsen hydraulisch steif wird und auch während der Berührung zwischen dem Element und dem Grundkreis der Nocke das Auslassventil offen gehalten wird.
Die Motorbremse von JACOBS wurde im SAE PAPER 387A beschrieben. Bei dieser Aus- führung drückt ein hydraulisches Element direkt auf das Auslassventil. Die Regelung und die
Elemente werden in einem recht aufwendigen Gehäuse auf den Zylinderkopf aufgesetzt.
Der Nachteil dieser bekannten, auf das Auslassventil einwirkenden Motorbremssystemen ist, dass die Kraftaufbringelemente relativ gross dimensioniert werden müssen, um das Auslass- ventil entgegen der Ventilfederkraft zu öffnen. Um solche hohen Kräfte aufbringen zu kön- nen, sind meist umfangreiche konstruktive Massnahmen erforderlich.
Aus der EP 0 736 672 A2 ist ein Verfahren zur Motorbremsung der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Auslassventil während Zwischenöffnungsbewegungen blockiert und ein
Schliessen verhindert wird. Die Zwischenöffnungsbewegungen werden durch einen Druckan-
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Dabei wird ausgenützt, dass es bei Brennkraftmaschinen mit einer zuschaltbaren Drosseleinrichtung im Auspuff zu hochfrequenten Druckpulsationen in der Auspuffleitung stromaufwärts der Drosseleinrichtung im Motorbremsbetrieb kommt. Bei aktivierter Drosseleinrichtung steigt der Abgasdruck im Bereich des unteren Totpunktes nach dem Ansaugtakt so stark an, dass das Auslassventil durch die Druckwelle eines benachbarten Zylinders aufgedrückt wird.
Diese Druckpulsationen bewirken ein schnelles Öffnen und Schliessen des Auslassventiles und verursachen ein charakteristisches Geräusch bei Auspuffbremsen. Das Flattern des Auslassventiles wirkt sich ausserdem nachteilig auf die Lebensdauer des Auslassventilsitzes aus. Die Drosseleinrichtung im Auspuffsystem ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Motorbremse.
Aus der DE 34 28 627 Al ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Abgas-Motorbremse bekannt, bei der im Bremsbetrieb durch eine Begrenzungseinrichtung der Hub der Auslassventile auf ein das Schliessen der Auslassventile verhinderndes Mass begrenzt wird. Durch den entstehenden Drosselspalt wird das Gas während des Kompressions- und Expansionshubes gedrosselt und die Motorbremsleistung in Kombination mit einer konventionellen Motor-Auspuffbremse mit einer Abgasstauklappe verbessert. Die Begrenzungseinrichtung besteht dabei im wesentlichen aus einem mit Drucköl beaufschlagbaren Hydraulikkolben, welcher achsgleich mit dem Auslassventil angeordnet ist und auf die Rückseite des Auslassventilhebels einwirkt.
Die durch die Begrenzungseinrichtung aufgebrachte Kraft muss dabei aber grösser sein als die Federkraft der Auslassventilfeder, um das Auslassventil entsprechend abzubremsen und einen vordefinierten Spalt offen zu halten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Nachteile von bekannten Motorbremssystemen und-verfahren zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine hohe Motorbremsleistung zu erzielen.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass die Begrenzungseinrichtung einen quer zur Bewegungsrichtung des Auslassventiles in einem Gehäuse zwischen einer Sperrstellung und einer Ruhestellung verschiebbaren Begrenzungsteil aufweist, welcher in der Sperrstellung, vorzugsweise über einen Zwischenteil, in Richtung des Öffnungshubes auf den Ventilschaft des Auslassventiles einwirkt. Da der Begrenzungsteil quer zur Bewegungsrichtung des Aus- lassventiles verschiebbar ist, kann dieser mit äusserst geringem Kraftaufwand bewegt und das vollständige Schliessen des Auslassventiles auf sehr einfache Weise verhindert werden. Die Auslassventilschliesskraft wirkt nur in Scherrichtung auf den Begrenzungsteil ein, welcher direkt am Auslassventilschaft oder an einem Tassenstössel oder an einer Ventilbrücke für meh- rere Ventile angreifen kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Begrenzungsteil ein in einem Zylinder des Gehäuses verschiebbarer Zapfen ist. Die Angriffsfläche des Begrenzungsteiles ist dabei vorteilhafter
Weise flach ausgebildet, um die Beanspruchung und den Verschleiss des Begrenzungsteiles so gering wie möglich zu halten. Die Gegenfläche an der Stirnfläche des Ventilschaftes, dem
Tassenstössel oder an der Ventilbrücke ist mit möglichst grossem Krümmungsradius ausge-
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bildet, um eine Berührung mit der Kante des Begrenzungsteiles zu verhindern und die Reibung zu minimieren.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in Richtung der Ruheposition auf den Begrenzungsteil eine Rückstellfeder einwirkt. Der Begrenzungsteil wird somit bei deaktivierter Motorbremse wieder in seine Ruheposition geschoben.
In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Begrenzungseinrichtung einen Betätigungskolben aufweist, welcher axial in Richtung der Sperrstellung auf den Begrenzungsteil einwirkt, wobei der Betätigungskolben auf den Begrenzungsteil über ein elastisches Element, vorzugsweise eine Schrauben- oder eine Gasfeder, einwirkt. Das elastische Element stellt sicher, dass die seitlich auf den Auslassventilschaft bzw. auf den Zwischenteil wirkenden Kräfte zufolge der Begrenzungseinrichtung limitiert sind, und einen vorbestimmten zulässigen Wert nicht überschreiten. Die Begrenzungseinrichtung kann dadurch zu jedem Zeitpunkt im Kurbelwinkelbereich aktiviert werden.
Erfolgt die Aktivierung bei geschlossenem Auslassventil, so wird die Bewegung des Begrenzungsteiles durch den Auslassventilschaft, den Tassenstössel oder durch die Ventilbrücke vorerst begrenzt. Bei Öffnung des Auslassventiles während des normalen Auslasshubes wird der restliche Weg für den Begrenzungsteil freigegeben, wodurch dieser durch das elastische Element in seine der Sperrstellung entsprechende Endlage gedrückt wird. In dieser Position wird die Hubbewegung des Auslassventiles behindert, sodass ein Spalt entsprechend einem Resthub von etwa 0, 1 bis
1 mm, vorzugsweise 0, 3 bis 0, 6 mm zwischen dem Auslassventil und dem Ventilsitz verbleibt.
Der Betätigungskolben kann mechanisch oder elektrisch betätigt werden. Die Vorzüge der Erfindung hinsichtlich Einfachheit kommen aber besonders zum Tragen, wenn der Betäti- gungskolben hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, wobei vorzugsweise alle Begren- zungseinrichtungen gleichzeitig, vorzugsweise über ein zentrales, elektrisch betätigtes hy- draulisches oder pneumatisches Schaltventil, aktivierbar sind. Da Nutzfahrzeuge, bei welchen die erfindungsgemässe Begrenzungseinrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kön- nen, zumeist pneumatische oder hydraulische Hilfsenergien zur Verfügung stehen, sind keine zusätzlichen Energiesysteme erforderlich.
Die geringen Betätigungskräfte für den Begren- zungsteil gestatten es sogar, den Betriebsdruck des Motorschmieröles als Betätigungsmittel einzusetzen, wobei in besonders einfachen Ausführungen durch ein einziges Schaltventil die
Motorbremse für alle Zylinder betätigt werden kann.
Die verfügbare Bremsenergie hängt wesentlich von der Grösse des durch die Begrenzungsein- richtung erzeugten Spaltes zwischen Auslassventil und Ventilsitz ab. Ist dieser Spalt zu gross, so wird die Kompressionsarbeit reduziert. Ist der Spalt zu klein, kann der Kompressions- spitzendruck nicht ausreichend abgebaut werden, sodass der Kolben während des Expansions- hubes wieder Arbeit an der Kurbelwelle leistet. Wird bei einer Brennkranmaschine mit zwei
Auslassventilen pro Zylindern jeweils nur eines der beiden Auslassventile durch die Begren- zungseinrichtung im Bremsbetrieb blockiert, so wirken sich Montagetoleranzen weniger auf die erreichbare Bremsleistung aus.
Bei Ausführungen mit auf mehrere Auslassventile wirken-
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den Ventilbrücken wirkt der Begrenzungsteil jeweils auf ein Ende der Ventilbrücke ein, sodass bei aktivierter Begrenzungseinrichtung das diesem Brückenende zugeordnete Auslassventil einen Spalt offen gehalten wird. Das oder die anderen Auslassventile schliessen dabei ganz normal, während die Ventilbrücke eine geringe Schiefstellung von beispielsweise einem Grad erfährt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. l eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine der erfindungsgemässen Begrenzungseinrichtung, Fig. 2 die Begrenzungseinrichtung in deaktiviertem Zustand, Fig. 3 die Begrenzungseinrichtung bei Beginn des Motorbremsbetriebes, Fig. 4 die Begrenzungseinrichtung in voll aktiviertem Zustand während des Motorbremsbetriebes, Fig. 5 die Begrenzungseinrichtung in einer Draufsicht, Fig. 6 die Begrenzungseinrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 ein Auslassventilhub-Kurbelwinkel-Diagramm während des Motorbremsbetriebes und Fig. 8 ein Diagramm, in welchem die Bremsleistung in Abhängigkeit des Resthubes des Auslassventiles aufgetragen ist.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt durch den Zylinderblock 1 und den Zylinderkopf 2. Im Zylinder 3 ist ein hin- und hergehender Kolben 4 angeordnet. In den Brennraum 5 münden im Zylinderkopf 2 verlaufende Auslasskanäle 6a und 6b, wobei die Auslassöffnungen 7a, 7b durch Auslassventile 8a, 8b verschlossen werden. Die Auslassventile 8a und 8b werden durch Ventilfedem 9a und 9b in ihrer Schliessposition gehalten.
Auf die Ventilschäfte lOa, lOb der Auslassventile 8a, 8b wirkt über eine Ventilbrücke 11 ein Kipphebel 12 ein, welcher um eine Achse 13 drehbar gelagert ist. Der Kipphebel 12 wird durch eine Nockenwelle 14 betätigt.
Im Bereich der Ventilbrücke 11 ist am Zylinderkopf 2 eine Begrenzungseinrichtung 15 über Schrauben 16 befestigt. Die Begrenzungseinrichtung weist ein Gehäuse 17 auf, in welchem ein als Zapfen ausgebildeter Begrenzungsteil 18 entlang einer Achse 19 der Begrenzungseinrichtung 15 quer zur Bewegungsrichtung des Auslassventiles 8a verschiebbar gelagert ist. Die Achse 19 steht dabei etwa im rechten Winkel zur Ventilachse 8a'des Auslassventiles 8a. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Begrenzungsteil 18 über die Ventilbrücke 11 auf das Auslassventil 8a ein, wobei der Begrenzungsteil 18 an einem Ende lla der Ventilbrücke angreift. Im Bereich der Angriffsfläche 18a ist der Begrenzungsteil 18 flach ausgebildet, um die Beanspruchung und den Verschleiss des Begrenzungsteiles 18 so gering wie möglich zu halten.
Die Gegenfläche 1 lb der Ventilbrücke 11 weist einen möglichst grossen Krümmungs- radius auf, um eine Berührung mit der Kante des Begrenzungsteiles 18 zu verhindern. Ge- nauso ist es denkbar, die Gegenfläche llb mit einer abgeschrägten Anlauffläche l Ic auszu- führen. Der Begrenzungsteil wird durch eine Rückstellfeder 20 bei deaktivierter Motorbremse in seiner in Fig. 2 dargestellten Ruheposition Lo gehalten. Die Betätigung des Begrenzungs- teiles 18 erfolgt über einen Betätigungskolben 21, welcher über ein elastisches Element 22 auf den Begrenzungsteil 18 einwirkt. Der Betätigungskolben 21 ist in einem zylindrischen
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Aufnahmeteil 23 verschiebbar gelagert.
Die Betätigungseinrichtung 15 weist einen Arbeitsraum 24 auf, in welchen über einen Anschluss 25 eine nicht weiter dargestellte Hydraulikoder Pneumatikleitung einmündet, die als Sammelleitung ("Common Rail") für alle Zylinder ausgebildet sein kann.
Bei Deaktivierung der Motorbremse wird der Arbeitsraum 24 über ein nicht weiter dargestelltes zentrales Schaltventil mit einer hydraulischen oder pneumatischen Druckquelle verbunden, wodurch sich der Betätigungskolben 21 in die in Fig. 3 dargestellte Position bewegt. Wenn die Aktivierung der Motorbremse ausserhalb des Auspufftaktes erfolgt, befinden sich die Auslassventile 8a und 8b in ihrer Schliessposition und die Ventilbrücke 11 in ihrer obersten Stellung. In dieser Stellung ist die Bewegung des Begrenzungsteiles 18 durch die Ventilbrücke 11 behindert, sodass durch die Verschiebung des Betätigungskolbens 21 zunächst nur das elastische Element 22 vorgespannt wird. Mit L, ist die vorgespannte Lage des Betätigungsteiles 18 bezeichnet.
Das elastische Element 22, beispielsweise eine Schraubenfeder, ist so dimensioniert, dass in diesem Zustand nur geringe Kräfte auf die Ventilbrücke 11 einwirken und ein Langzeitverschleiss der Ventilführungen 8a"und 8b"der Auslassventile 8a und 8b ausgeschlossen werden kann.
Bei einem Betätigungsdruck von 3 bar beispielsweise kann der Betätigungskolben 21 auf das elastische Element 22 eine Kraft von etwa 55 N ausüben. Die Federkennlinie des elastischen Elementes 22 kann dabei so bemessen sein, dass durch den Begrenzungsteil 18 auf die Ventilbrücke 11 nicht mehr als 49 N wirken.
Werden dann die Auslassventile 8a und 8b während des normalen Auspufftaktes geöffnet und die Ventilbrücke 11 über den Kipphebel 12 nach unten gedrückt, so kann der Begrenzungsteil
18 durch das vorgespannte elastische Element 22 in seine in Fig. 4 dargestellte Sperrstellung Lz bewegt werden. Zum Vergleich ist in Fig. 4 strichliert die Ruhestellung Lo eingezeichnet.
Befindet sich der Begrenzungsteil 18 in der Sperrstellung L2, so kommt es am Ende des Aus- pufftaktes zu einer Blockierung der Auslassventilschliessbewegung durch den Begrenzungsteil
18, wobei die flach ausgebildete Angriffsfläche 18a des Begrenzungsteiles 18 im Bereich des einen Endes l1a der Ventilbrücke 11 an einer abgerundeten Gegenfläche llb der Ventil- brücke 11 aufliegt. Dadurch bleibt das Auslassventil 8a einen Resthub h geöffnet, welcher
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kann. Der Resthub kann an die jeweiligen Erfordernisse angepasst und im Hinblick auf maximale Motorbremsleistung hin optimiert werden. Bei den genannten kleinen Resthüben h ist die auftretende Geschwindigkeit des Auslassventiles 8a bereits klein genug, um eine Beschädigung des Begrenzungsteiles 18 bei Auftreffen der Ventilbrücke 11 am Begrenzungsteil 18 auszuschliessen.
Um den Einfluss von Fertigungstoleranzen auf die Streubreite der Motorbremsleistung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn nur eines von zwei Auslassventilen 8a, 8b während des Motorbremsbetriebes offengehalten wird, während das andere Auslassventil 8b nor-
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mal schliesst. Dieses gewünschte Verhalten wird erreicht, wenn der Begrenzungsteil 18 in der beschriebenen Weise an einem Ende 1 la der Ventilbrücke 11 angreift. Durch diese einseitige Belastung kommt es zu einer geringen Schiefstellung der Ventilbrücke 11 um einen Winkel a von beispielsweise 1 , welcher ausreicht, um einerseits das eine Auslassventil 8a einen Resthub h offen zu halten und andererseits das andere Auslassventil 8b sicher zu schliessen. Die Ventilbrücke 11 wird vorteilhafterweise ohne eigene axiale Führung ausgeführt.
Bei Ausführungen mit geführter Ventilbrücke 18 muss ein ausreichendes Spiel zur Ermöglichung der Schiefstellung vorgesehen sein.
Um eine zuverlässige und auch bei längerem Betrieb hohe Motorbremsleistung zu gewährleisten, ist das Gehäuse 17 der Begrenzungseinrichtung 15 möglichst starr, beispielsweise über vier Schrauben 16, mit dem Zylinderkopf 2 verbunden, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in welchem der Auslassventilhub H über dem Kurbelwinkel KW während des Motorbremsbetriebes aufgetragen ist. Im Diagramm ist jeweils mit OT der obere Totpunkt und mit UT der untere Totpunkt des Kolbens 4 bezeichnet. Weiters sind im Diagramm der Ansaugtakt S, der Kompressionstakt K, der Expansionstakt E und der Ausschubtakt A eingetragen. Das eine Auslassventil 8a bleibt auch ausserhalb des Ausschubtaktes A einen Resthub h geöffnet, während das andere Auslassventil 8b ausserhalb des Ausschubtaktes A geschlossen wird, wie strichliert eingezeichnet ist. Dadurch wird das Gas im Zylinder 3 im Motorbremsbetrieb nicht vollständig komprimiert, sondern durch den Spalt des Auslassventiles 8a in den Auslasskanal 6a und das Auspuffsystem gedrückt. Es erfolgt somit eine Drosselung am Auslassventilspalt.
Die Energie wird dabei am Drosselspalt in Wärme umgewandelt und gelangt zum Teil in den Auspuff, zum anderen Teil in das Kühlwasser der Brennkraftmaschine.
In Fig. 8 ist der Einfluss der Grösse des Resthubes h auf die Motorbremsleistung P MB darge- stellt. Deutlich ist zu ersehen, dass die Motorbremsleistung PMB wesentlich vom Resthub h abhängt und im Ausführungsbeispiel bei einem Resthub von 0, 3 bis 0, 5 mm maximal wird.
Dieser relativ enge Bereich zeigt, dass schon geringe Änderungen des Resthubes grosse Auswirkungen auf die erzielbare Motorbremsleistung PMg, beispielsweise infolge von Ferti- gungstoleranzen, haben können. Werden während des Motorbremsbetriebes mehrere Auslass- ventile offengehalten, so kann es zu einer Subsummierung von sich auf die Motorbremslei- stung Pub nachteilig auswirkenden Toleranzen kommen, während gleichzeitig der Resthubbe- reich, in welchem optimale Motorbremsleistung P MB auftritt, enger wird. In Fig. 8 ist zu Ver- gleichszwecken auch die Bremsleistung Po einer konventionellen Auspuffstaubremse einge- zeichnet.
Deutlich lässt sich erkennen, dass sich durch den Resthub h während des Motor- bremsbetriebes wesentlich höhere Bremsleistungen P MB realisieren lassen, als mit konven- tionellen Auspuffstauklappen.
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Selbstverständlich kann die erfindungsgemässe Begrenzungseinrichtung auch in Kombination mit herkömmlichen Abgasstauklappen im Auspuffsystem verwendet werden, wodurch sich besonders hohe Motorbremsleistungen erzielen lassen.