CH310325A - Motorbremse an 4-Takt-Brennkraftmaschinen. - Google Patents

Description

  Motorbremse an 4-Takt-Brennkraftmaschinen.    Die Erfindung betrifft     eine    Motorbremse  an 4-Takt-Brennkraftmaschinen, insbesondere  für Fahrzeugbetrieb.  



  Bei 4-Takt-Brennkraftmaschinen ist es be  kannt, eine erhöhte Bremswirkung dadurch  zu erzeugen, dass in die Abgasleitung ein Ab  sperrorgan (Drehklappe, Drehschieber, Flach  schieber usw.) eingebaut wird, mit welchem  beim Bremsen die Abgasleitung gedrosselt  und für maximale     Bremsung    ganz abgesperrt  wird. Der Ansaugtakt, der     Verdichtungstakt     und der Expansionstakt des Motors verlaufen  dabei normal. Während des Ausstosstaktes da  gegen hat bei geschlossenem Abschlussorgan  im     Auslasskanal    der Kolben gegen den im       Auslass    herrschenden     Staudruck    zu arbeiten,  womit eine zusätzliche Bremswirkung erzielt  wird.  



  Im weiteren ist es bei     2-Takt-Brennkraft-          maschinen    bekannt, eine erhöhte Bremswir  kung dadurch zu erreichen, dass man während  des     Verdichtungstaktes    und des Expansions  taktes durch ein Abblasventil, das während  des Bremsvorganges auf einen bestimmten,  festen Auerschnitt geöffnet wird, Luft aus  dem Zylinder ins Freie oder in die Abgas  leitung ausströmen lässt. Während der bei  den Takte entsteht im Arbeitszylinder eine  sogenannte Verdichtungsschleife, welche einer  Arbeitsaufnahme entspricht.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung wird  nun für 4-Takt-Brennkraftmaschinen dadurch  erhöhte Bremswirkung erreicht, dass im Aus  lasskanal ein. Absperrorgan vorgesehen ist,    durch welches während des Ausstosstaktes zur  Erreichung von Bremsarbeit der Auslass  kanal abschliessbar ist, und dass Mittel vorge  sehen sind, durch welche während des     Ver-          dichtungs-    und Expansionstaktes zur Erzie  lung einer weiteren zusätzlichen Bremsarbeit  Luft aus dem Arbeitszylinder abgeblasen wer  den kann.  



  Bei der Motorbremse gemäss der vorlie  genden Erfindung wird also zu der Brems  wirkung der sogenannten     Staubremse,    wie sie  bei 4-Takt-Maschinen angewendet wird, eine  Bremswirkung im Verdichtüngs- und Expan  sionstakt hinzugefügt, wie sie von der soge  nannten Abblasbremse, die bei     2-Takt-Brenn-          kraftmaschinen        Anwendung    findet, bekannt  ist. Mit dieser Massnahme gelingt es, die innere  Bremsarbeit der Maschine angenähert zu  verdoppeln.  



  Vorteilhaft wird während des     Verdieh-          timgs-    und Expansionstaktes aus dem Zylin  der Luft über ein besonderes     Abblasorgan,     das während des Bremsvorganges dauernd ge  öffnet bleibt, in den vor dem     im        Auslasskanal     angeordneten und     beim    Bremsen geschlos  senen Absperrorgan gelegenen Teil der Aus  puffleitung ausgestossen.  



  Auf der Zeichnung ist der     Erfindungs-          gegenstand    beispielsweise veranschaulicht.       Fig.1    zeigt das Bremsdiagramm einer     4-          Takt-Maschine    mit eingeschalteter Staubremse.       Fig.2    zeigt das     Bremsdiagramm    einer     4-          Takt-Maschine;    bei der neben der Staubremse      die     Abblasbremse    eingebaut     und    in Wirkung  gebracht ist.  



  Fig.3 zeigt schematisch den obern Teil  einer Brennkraftmaschine mit einem Ausfüh  rungsbeispiel der erfindungsgemässen Motor  bremse.  



  Fig. 4 zeigt einen Teil von Fig. 3 mit ge  genüber dieser Figur etwas geänderter Aus  führung.  



  Fig. 5 zeigt den Druckverlauf im Arbeits  zylinder und die Ventilerhebungskurven für  eine weitere Ausführungsmöglichkeit der er  findungsgemässen Motorbremse.  



  Fig.6 ist ein Ausführungsbeispiel einer  Nockenausführung zur Verwirklichung der in  Fig.2 resp. 5 gezeigten Bremsdiagramme.  



  Fig. 7 ist eine Vorderansicht der Nocken  welle entsprechend Fig. 6, teilweise im Schnitt.  Fig.8 stellt einen Betätigungsstössel mit  Einschalterleichterung dar.  



  Fig.1 zeigt den Druckverlauf p in einem  Zylinder einer     Mehrzylinder-Brennkraftma-          schine    in Abhängigkeit vom Hubvolumen v,  wie er sich ergibt, wenn die Maschine ohne  Zufuhr von Brennstoff von aussen angetrie  ben wird     und    die Abgasleitung abgeschlossen  ist. Wie     ersichtlich    ist, entsteht während des  Verdichtungstaktes '2-3 und des Expansions  taktes 3-4 keine oder eine nur ganz minime  Arbeitsfläche. Eine Arbeitsfläche von Bedeu  tung wird erst erzielt während des Aus  pufftaktes 5-6. Die Diagrammfläche I  (h-2-5-6) stellt das Arbeitsdiagramm der  Staubremse dar.  



  In Fig.2 ist analog Fig.1 wiederum der  Druckverlauf in einem     Zylinder    der     Brenn-          kraftmaschine    in Abhängigkeit vom Hubvolu  men     v    dargestellt bei Abschluss von Brenn  stoff und abgeschlossener     Abgasleitung,    wo  aber zusätzlich ein Abblasen von Luft aus dem  Zylinder während des Verdichtungs- und Ex  pansionstaktes erfolgt. Vergleichsweise sind  die Verdichtungs- und Expansionslinie ohne  Abblasen gestrichelt eingezeichnet. Wie er  sichtlich ist, liegen die Verdichtungslinie 2-3  und die Expansionslinie 3-4, beide mit Ab  blasen, unterhalb den Linien ohne Abblasen.

      Die von den Linien 2-3-4 eingeschlossene  Fläche stellt das     Arbeitsdiagramm    der     Ab-          blasbremse    dar, und zwar ergibt die schraf  fierte Arbeitsfläche II der Abblasbremse einen  Mitteldruck, der etwa gleich gross ist wie der  Mitteldruck der Arbeitsfläche I der Stau  bremse. Bei voll eingeschalteter Motorbremse  ist also der Bremsmitteldruck, der erzielt wird,  etwa doppelt so gross wie bei der Staubremse  allein.  



  Entsprechend Fig.3 ist der Kolben 1 in  der Bohrung 2 des Zylindergehäuses 3 ge  führt. Auf dem Zylindergehäuse 3 ist der  Zylinderkopf 4 aufgesetzt. Im Zylinderkopf 4  sind das Auslassventil 5 und der Auslasskanal  6 untergebracht. Der Auslasskanal 6 führt  zum Gehäuse 7, in welchem die Drehklappe 8  gelagert ist. Die Drehklappe 8 kann mittels  Hebel 9 von aussen betätigt werden. Statt der  gezeigten Drehklappe kann auch jedes andere,  dienliche Sperrorgan     verwendet    werden, zum  Beispiel ein. Drehschieber oder ein Flach  schieber. Das Auslassventil 5 wird durch die  Feder 10 auf seinen Sitz gepresst und über  den Kipphebel 11, die Stossstange 12 und den  Stössel 13 vom Nocken 14 betätigt. Der Ein  lasskanal ist mit 15 bezeichnet.

   Ausser dem  Auslasskanal 6 weist der Zylinderkopf 4 auch  den Zusatzkanal 16 auf, der durch das Ventil  17 gegen den     Zylinderraum    2 geschlossen  wird und vor der     Klappe    8     in    den     Auslass-          kanal    6 mündet.

   Das Ventil 17 wird durch  die Feder 18     auf        seinen    Sitz gepresst     und          kann    über den im     Zylinderkopf    4 gelagerten  Hebel 19     und    Gestänge     20    durch den Hebel 9  betätigt werden,     iStatt    des Kegelventils 17 mit  der     Rückzugfeder    18 kann auch ein Flach  sitzventil oder     ein    Hahn mit     zylindrischem     oder     konischem        Kücken,

      ein     Kugelventil    oder       ein    nach aussen     öffnendes    federbelastetes     Ab-          blasventil    verwendet werden. Zweckmässig ge  staltet man das     Abblasorgan    so, dass sein  maximaler     Durchströmquerschnitt        0,005        Vem2     bis     0,0'2        Vem2    beträgt, wobei V das vom Ar  beitskolben bei grösster Motordrehzahl sekund  lich verdrängte Volumen bedeutet.

   Für  10 Lt./sec vom Arbeitskolben bei :Höchst  drehzahl verdrängtes Volumen     beträgt    der      maximale Durchströmquersehnitt 0,5 bis  2 em2.  



  Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie  folgt:  Bei Stellung A des Hebels 9 und der ent  sprechenden strichpunktiert gezeichneten Stel  lung der Klappe 8 ist die Bremse ganz     aus-          gesehaltet.    Diese Hebel- und Klappenstellung  entspricht dem Motorbetrieb. Durch     Ver-          schwenken    des Hebels 9 von A nach B wird  unter gleichzeitiger Ausschaltung der Brenn  stoffzufuhr die Auspuffleitung abgeschlossen.  Beim Auspufftakt ist das Auslassventil 5 ge  öffnet, und der Kolben 1 stösst die Luft in die  Auspuffleitung 6, wo sie komprimiert wird.  Der dabei entstehende Staudruck wirkt sich  als Bremskraft auf den Kolben 1 aus.

   Bei  weiterer Versehwenkung des Hebels 9 von  der Stellung B in die Stellung C bleibt der  Auspuff weiterhin abgeschlossen, da sich die  Kappe 8 im Gehäuse 7 lediglich um einen  entsprechenden Betrag im Uhrzeigersinn ver  dreht, Gleichzeitig wird aber das Ventil 17  entgegen der Kraft der Feder 18 über Ge  stänge 20 und Hebel 19 angehoben, so dass  auch während des Verdichtungs- und Expan  sionstaktes Luft vom Zylinder 2 über den  Zusatzkanal 16 in den Auslasskanal 6 ausge  stossen wird. Bei der Stellung D des Hebels 8  ist das Ventil 17 für maximale Bremswirkung  eingestellt.  



  Im vorliegenden Falle eines Mehrzylinder  motors wird in der Auslassleitung ein für alle  Zylinder gemeinsames Absperrorgan vorge  sehen. Jeder Zylinder erhält dabei ein     Abblas-          ventil,    welche gemeinsam von Hebeln oder  einer Drehwelle betätigt werden.  



  Das Abblasventil 17 kann, wie gezeigt, im  Zylinderkopf 4 angeordnet werden oder, zum  Beispiel bei     Benzinmotoren,    seitlich in der  obern Zylinderpartie.  



  Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung  ist zwischen dem Abblasventil 17 und demn  Sperrorgan 8 das durch die Feder 22 belastete  Rückschlagventil 23 eingebaut. Dieses Rück  schlagventil öffnet in Abblasrichtung, und  sein Einbau bezweckt eine Erhöhung der  Bremswirkung. Seine Aufgabe besteht darin,    einen Luftverlust aus dem auf den Staudruck  der Staubremse aufgefüllten     Auslasskanal    6  zu verhindern. Obwohl der Eröffnungsquer  schnitt des Abblasventils 17 nur klein ist,  könnte ohne das Rückschlagventil 23 während  des Ansaugtaktes Luft aus dem     Auslasskanal     in den Zylinder entweichen, der Staudruck im       Auslasskanal    6 würde also     etwas    sinken und  der Motor würde etwas weniger Luft an  saugen.

   Auch am Ende des Expansionstaktes,  das heisst vom Moment an, wo der Zylinder  druck unter den Druck im Auslasskanal 6  expandiert, würde Luft aus dem Auslasskänal  6 in den Zylinder 2 einströmen und die Ex  pansion im Zylinder verzögern, was einer Ver  kleinerung der Bremsdiagrammfläche gleich  käme. Zur Erzielung einer maximalen Brems  wirkung ist also der Einbau des in Fig. 4 ge  zeigten Rückschlagventils 23 zu empfehlen.  Bei Mehrzylindermotoren wäre an jedem     Ab-          blasventil    ein Rückschlagventil vorzusehen.  



  An Stelle des in den Fig. 3 und 4 gezeig  ten besonderen Abblasorgans 17 kann auch  das Auslassventil 5 gebraucht werden, indem  dieses für den Bremsvorgang nach Abschluss  des Einlassventils wenig geöffnet und mit die  sem kleinen Hub so lange offen     gelbalten    wird,  bis der Druck im Zylinder beim Expansions  takt etwa den Staudruck im Auslasskanal 6  erreicht hat. Beim Vorhandensein von meh  reren Auslassventilen in jedem Zylinder kön=  neu alle diese. Ventile in der beschriebenen  Weise betätigt werden.

   Für den für maxi  male     Bremswirkung    erforderlichen     öffnüngs-          querschnitt    von 0,!5 bis 2     em2    pro 100, Lt./sec  vom Arbeitskolben verdrängten Volumen ist  der erforderliche Ventilhub nur sehr klein,  zum Beispiel für einen Motor von 110 mm  Bohrung     und    dem üblichen Ventildurchmesser  nur 3/1o bis     5,/1o    mm.  



  Die obere Kurve von     Fig.    5 zeigt den  Druckverlauf im Arbeitszylinder während der  vier 'Takte. Die untere Kurvenreihe zeigt die  Erhebungskurve E des     Einlassventils    und die  Erhebungskurve A des     Auslassventils    sowie  die     Zusatzerhebungskurve    Z des     Auslassven-          tils.    Wie aus     Fig.    5 ersichtlich ist, erfolgt die  Zusatzerhebung des     Auslassventils    5; anschlie-      ssend an den Einlasstakt und dauert bis zu  dem Moment, in dem während des Expan  sionstaktes der Zylinderdruck etwa den  Druck im Auslasskanal 6 erreicht hat.

   Bei  Abschluss des Auslassventils 5 in diesem  Punkte wird ein Rückströmen von Luft aus  dem Auslasskanal 6 in den Zylinder 2 ver  hütet. Während des Einlasstaktes ist das Aus  lassventil 5 geschlossen, so dass auch dann  keine Luft aus dem Auslasskanal in den Zy  linder strömen kann. Bei diesem Ausfüh  rungsbeispiel übernimmt also das Auslassventil  5 nicht nur die Funktion des Abblasventils 17,  sondern auch des in Fig.4 gezeigten Rück  schlagventils 23.  



  Für die zu diesem Zwecke angestrebte Be  tätigung des Auslassventils 5 bestehen viele  Möglichkeiten. Bei einer davon (Fig. 6 und 7)  sind die Steuernocken 30, 31 der Maschine  verbreitert und der Auslassnocken 30 erhält  auf der einen Hälfte eine     zusätzliche,    ko  axiale Rollfläche 32, die einige Zehntelmilli  meter über dem Grundkreis liegt. Die konische  Auflauffläche 34 vermittelt den Übergang vom  Grundkreis auf den Rollkreis des     Abblas-          nockens    32. Die Form des Einlassnockens 31  wird nicht beeinflusst.  



  Zum Einschalten der Abblasbremse wird  die Steuerwelle 33 nach Abschluss der Abgas  leitung 6 zur Steigerung der Bremswirkung  in ihrer Längsachse verschoben. so dass neben  dem normalen Auslassnocken 30 auch der Zu  satznocken 32 auf das Auslassventil 5 ein  wirkt und dieses für die Abblasbremsung  periodisch um einen kleinen Betrag öffnet,  wie dies in Fig. 5 unten schematisch gezeigt  ist. Vorteilhaft wird vom Motorbremshebel 0  zuerst das Absperrorgan 8 im Auslasskanal 6       sukzessive    geschlossen und anschliessend zur  weiteren Steigerung der Motorbremswirkung  über eine nicht dargestellte Gestängeverbin  dung die Nockenwelle 33 in Abblasstellung  verschoben.  



  Beim Einrücken der Abblasbremse kann  es vorkommen, dass mindestens in einem der  Arbeitszylinder der Verdichtungstakt im  Gange ist. Es ist daher möglich, dass ein Aus  lassventil im Extremfalle gegen den vollen    Verdichtungsdruck von 40 bis 50 at angehoben  werden muss. Dies würde aber zu einer Über  lastung der Ventilbetätigungsorgane führen.  Zur Schonung dieser Teile ist es daher vor  teilhaft, dass in den     Betätigungsmechanismus     für das Auslassventil ein vorgespanntes Fe  derorgan eingefügt wird, wobei die Vorspan  nung dieses Organs mindestens so gross ist  wie die maximale, im Motorbetrieb     Lund    nach  vollzogener Einrückung im Bremsbetrieb auf  tretende Betätigungskraft.  



  Fig.8 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit  einer solchen Einrückerleichterung. In der  Bohrung 40 des von der Nockenwelle betä  tigten Stössels 41 sind die beiden Spannschei  ben 42 (Bellville-Federscheiben) vorgesehen.  An Stelle der Spannscheiben 42     könnte    aber  auch eine Schraubenfeder Verwendung fin  den. Natürlich könnte das federnde Organ  auch an einer andern Stelle des     Ventilbetäti-          gungsmechanismus    angebracht werden, zum  Beispiel an der Stossstange, am     Kipphebel     oder am     Kipphebel-Lagersupport.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Motorbremse an 4=Takt-Brennkraftmaschi- nen, insbesondere für Fahrzeugbetrieb, da durch gekennzeichnet, da.ss im Auslasskanal ein Absperrorgan vorgesehen ist, durch welches während des' Ausstosstaktes zur Erreichung von Bremsarbeit der Auslasskanal abschliess bar ist, und dass Mittel vorgesehen sind,

   durch welche während des Verdichtungs- und Ex pansionstaktes zur Erzielung einer weiteren zusätzlichen Bremsarbeit Lüft aus dem Ar beitszylinder abgeblasen werden kann. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Motorbremse nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der weiteren zusätzlichen Bremsarbeit ein Abblas- organ in einem Zusatzkanal zwischen dem Zy linder und dem Teil des Auslasskanals vor dem Absperrorgan vorhanden ist, um während des Verdichtungs- und Expansionstaktes Luft aus dem Zylinder in den erwähnten Teil des Auslasskanals auszustossen. 2.

   Motorbremse nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsgestänge mit dem Absperrorgan und dem Abblasorgan derart verbunden ist, dass zuerst das Absperrorgan im Auslasskanal sukzessive geschlossen und bei Bedarf höherer Bremsleistung das Abblasorgan bis zu einem bestimmten Maximalbetrag geöffnet werden kann. 3. Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Abblasorgan im Zylin derkopf der Maschine angeordnet ist. 4. Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Abblasorgan in der obern Zylinderpartie angeordnet ist. 5.

   Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass als Abblasor gan ein mit Rückzugfeder versehenes Kegelventil vorge sehen ist. 6. Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass als Abblasorgan ein mit Rückzugfeder versehenes Flachsitzventil vor gesehen ist. 7. Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass als Abblasorgan ein Hahn mit kegeligem Kücken vorgesehen ist. B.

   Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass als Abblasorgan ein Hahn mit zylindrischem Kücken vorgesehen ist. 9. Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der maximale Durchström- querschnitt des Abblasorgans 0,00,5 Vcm2 bis 0,02 Vcm2 beträgt, wobei V das vom Arbeits kolben bei grösster Motordrehzahl sekundlich verdrängte Volumen in Litern bedeutet. 10.

   Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen Abgasleitung und Abblasorgan ein Rückschlagventil eingebaut ist, welches in Abblasrichtung öffnet und bei einsetzender Rückströmung schliesst, damit ein Rückströmen von Luft aus der Abgaslei tung in den Zylinder verhütet wird. 11.

   Motorbremse nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Abblasorgan mindestens ein Auspuffventil benutzt wird, indem dieses für den Bremsvorgang nach Ab schluss des Einlassventils nur um einen Bruch teil seines Hubweges angehoben und so lange offen gehalten wird, bis der Druck im Zylin der beim Expansionstakt mindestens angenä hert den Staudruck im Auslasskanal erreicht hat. 12.

   Motorbremse nach Patentanspruch und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuernocken der Maschine verbrei tert sind, wobei der Alslassnocken mit einem Zusatznocken, dessen Höhe ein Bruchteil der Höhe des Auslassnockens ausmacht, versehen ist, und dass beim Einschalten der Bremse nach Abschluss der Abgasleitung zur Stei gerung der Bremswirkung die Steuerwelle in ihrer Längsachse verschoben wird,

   so dass neben dem normalen Auslassnocken auch der Zusatznocken auf das Auslassventil einwirkt und dieses für die Abblasbremsimg periodisch öffnet. 13.

   Motorbremse nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 11 und 12, dadurch ge kennzeichnet, dass in den Betätigungsmecha nismus für das Auslassventil ein vorgespann tes Federorgan eingefügt ist, wobei die Vor spannung dieses Organs mindestens so gross ist wie die maximale, im Motorbetrieb und nach vollzogener Einrückung im Brems betrieb auftretende Betätigungskraft.