CH625016A5

CH625016A5 -

Info

Publication number: CH625016A5
Application number: CH1340877A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Fuhrmann
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1981-08-31
Also published as: TR19589A; US4174687A; ATA775977A; SE7714700L; JPS5381812A; DE2658927A1; GB1552888A; IT1088580B; RO74841A; SE426969B; DD132987A1; FR2375447A1; AT382209B

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung an einer Vier-takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für Fahrzeuge, welche zur Steuerung wenigstens jedes Auslassventils einen von einer Nockenwelle betätigbaren, hydraulisch arbeitenden Antriebszylinder und einen über wenigstens eine Steuerleitung mit diesem verbundenen, das Auslassventil betätigenden Arbeitszylinder aufweist.

Es ist heute allgemein üblich, den Antriebsmotor von Fahrzeugen, insbesondere von Lastkraftwagen, auf Gefällestrecken dadurch zum Bremsen mit heranzuziehen, dass man eine Drosselklappe in die Auspuffleitung einbaut. Wird diese durch das Bremspedal geschlossen, so schieben die Zylinder die Verbrennungsgase gegen den Staudruck aus, der sich vor der Drosselklappe aufbaut.

Derartige Anordnungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, wobei besonders zu erwähnen ist, dass sich in der Auspuffleitung Gasschwingungen bilden, die jeweils nicht in Bewegung befindliche Auslassventile zum Flattern veranlassen. Hierdurch wird die Lebensdauer derselben erheblich herabgesetzt.

Aus diesem Grund wurde bereits vorgeschlagen, mechanisch gesteuerte Auslassventile von Brennkraftmaschinen selbst als Drosselorgane zu verwenden, indem diese während des Bremsvorganges nur noch um einen Bruchteil ihres normalen Hubes geöffnet werden. Die Steuerung ist jedoch relativ kompliziert und teuer, weshalb sie sich auch bis heute nicht durchsetzen konnte.

Zudem hat man auch bereits erkannt, dass es bei Verwendung der Auslassventile als Drosselorgane, um eine echte Bremswirkung zu erzielen, zweckmässig wäre, die Ventileröffnungszeit während des Bremsvorganges gegenüber der normalen ErÖffnungszeit vorzuverlegen, damit die in den Zylindern komprimierte Luft möglichst wenig expandiert wird und der Motor dadurch keine Energie zurückgewinnt, durch die ein Bremseffekt praktisch zunichte gemacht würde.

Der Idealfall in dieser Beziehung würde erreicht werden, wenn die Auslassventile während des Bremsvorganges bereits geöffnet wären, sobald die Expansion in den Zylindern beginnt. Dies ist jedoch praktisch nicht möglich, denn die Kolben geben in ihrer oberen Totpunktstellung nicht genug Raum frei, um die Ventile zu öffnen. So könnte also nur ein Kompromiss angestrebt werden, indem man die Ventileröffnungszeit durch Anwendung von Vornocken so weit wie möglich vorverlegt und in den Kolben oder Zylinderköpfen Taschen anbringt, damit die Ventile eintauchen können. Ein nach diesen Erkenntnissen ausgeführter Motor ist bis jetzt jedoch nicht bekannt.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, wie eingangs bereits erwähnt, auf Brennkraftmaschinen, bei denen wenigstens die Auslassventile hydraulisch gesteuert werden, indem jeder Nocken einer Nockenwelle auf einen Kolben eines Antriebszylinders wirkt, durch den das Druckmittel über wenigstens eine Steuerleitung in einen Arbeitszylinder verdrängt wird, dessen Kolben wiederum auf den Ventilstössel drückt und dieses öffnet. Eine derartige Steuerung ist beispielsweise durch die DE-AS 1 264 857 bereits bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, für eine Brennkraftmaschine dieser Art eine Bremseinrichtung zu schaffen, mit der in einfacher und jicherer Weise während des Bremsvorganges sowohl eine Vorverlegung der Ventiieröffnungszeit für die Auslassventile als auch eine Verringerung des Ventilhubes dersel-

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ben möglich ist, so dass ein wirkungsvolles Bremsen erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Arbeitszylinder als mit jeweils zwei unterschiedlich grosse Durchmesser aufweisende Kolben versehene Stufenzylinder ausgebildet sind, und dass allen Steuerleitungen gemeinsam ein bei Umschalten auf Motor-Bremsbetrieb betätigbares Schaltglied zugeordnet ist, durch welches die Arbeitszylinder mit jeweils einem anderen, den Arbeitszyklus vorverlegenden Antriebszylinder verbindbar und gleichzeitig jeweils nur die den grösseren Durchmesser aufweisenden Kolben der Arbeitszylinder zum Verringern des Öffnungshubes der Auslassventile mit Druckmittel beaufschlagbar sind.

Die Lösung ist einfach, sicher und billig, denn es wird im wesentlichen nur eine Abänderung der ohnehin notwendigen Arbeitszylinder und ein zusätzliches Schaltglied erforderlich.

Im einzelnen wird nach Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen, die Kolben der Arbeitszylinder als lose in den Zylindern geführte Kolben auszubilden, wobei jeweils der den kleineren Durchmesser aufweisende Kolben unmittelbar an der Stösselstirnfläche des zugehörigen Auslassventiles anliegt und der dahinter bzw. darüber liegende grössere Kolben, der kleinere Kolben und der Ventilstössel auf einer gemeinsamen Längsachse liegen.

Jeder Arbeitszylinder wird nunmehr über zwei Steuerleitungen derart mit dem Schaltglied verbunden, dass bei Motorbetrieb während der Beaufschlagung durch einen Antriebszylinder der grössere Kolben des Arbeitszylinders durch das Druckmittel in seine unwirksame Lage und der kleinere Kolben in die das zugehörige Auslassventil voll öffnende Lage verschiebbar sind, und dass nach Umschalten des Schaltgliedes auf Motor-Bremsbetrieb nur der grössere Kolben in umgekehrter Bewegungsrichtung beaufschlagt wird und so über den kleineren Kolben das Auslassventil um einen Teilhub öffnet. Dabei steht dieser Teilhub des Auslassventils bei Beaufschlagung des grösseren Kolbens in einem Verhältnis zu seinem maximalen Öffnungshub, das gleich dem Verhältnis der Beaufschlagungsfläche des kleineren Kolbens zu der des grösseren Kolbens ist.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Schaltglied als Schieber oder Ventil auszubilden, der bzw. das für jeden Antriebszylinder eine Zweistellungsumschaltung aufweist. Umgeschaltet wird das Schaltglied zweckmässigerweise automatisch durch Betätigen des Fahrzeug-Bremspedals.

Sofern, wie es bei Viertaktmotoren üblich ist, die die Antriebszylinder betätigende Nockenwelle während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle nur eine Umdrehung ausführt, wird ferner vorgeschlagen, dass durch Umschalten des Schaltgliedes auf Motor-Bremsbetrieb die Arbeitszylinder mit Antriebszylindern verbindbar sind, welche je nach ihrem Zündabstand zwischen 45° und 90°, vorzugsweise 75° Nockenwinkel früher als die bei Motorbetrieb zugehörigen Antriebszylinder von den Nocken betätigt werden, damit die Auslassventile nicht mit den Kolben kollidieren.

Ein bestimmter Nockenwinkel lässt sich natürlich hier nicht festlegen, weil dieser jeweils abhängig von der Zylinderzahl des Motors bzw. der Zündfolge ist.

Zweckmässigerweise wird man unter Einhaltung der vorbeschriebenen Erkenntnis beispielsweise bei einem Sechszylin-der-Motor den Antriebszylinder wählen, der bei Motorbetrieb vorher sein zugehöriges Auslassventil öffnet, was einer Vorverlegung der Ventileröffnungszeit bei Bremsbetrieb um 60 0 Nockenwinkel entspricht. Bei einem Achtzylinder-Motor wird man eine Versetzung um einen oder zwei Antriebszylinder wählen, wodurch sich eine Vorverlegung um 45° bzw. 90° Nockenwinkel ergibt. Bei einem Zehnzylinder-Motor entspricht eine Vorverlegung um zwei Antriebszylinder eine Verschiebung von 72° Nockenwinkel und bei einem Zwölfzylinder-Motor schliesslich wird man eine Versetzung um zwei oder drei Antriebszylinder wählen, wodurch sich eine Vorverlegung der Auslassventileröffnungszeit um 60° bzw. um 90° Nockenwinkel ergibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels entnommen werden. Es zeigen:

*- Fig. 1 den groben Druckverlauf in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen graphischen Vergleich verschiedener Auslass-Ventileröffnungen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäs-sen Bremseinrichtung.

In Fig. 1 sind auf der Ordinate eines Diagrammes der Druck P in einem Zylinder der Brennkraftmaschine und auf der Abszisse die Grad Kurbelwinkel °Kw aufgetragen. Vom Punkt

1 bis Punkt 2 erfolgt in bekannter Weise die Kompression, von

2 bis Punkt 3 die Expansion, danach erfolgt der Ausschub der Abgase und der Ansaugvorgang, was jedoch hier nicht interessiert.

Aus Fig. 2 ist in ähnlicher Darstellung auf der Ordinate die Hubhöhe hA eines Auslassventils in Abhängigkeit von den auf der Abszisse aufgetragenen Grad Nockenwelle °Nw gezeigt. Betrachtet man die Figuren 1 und 2 zusammen, so geht aus der in Fig. 2 stark ausgezogene Kurve 4 hervor, dass das Auslassventil im Punkt 5, also nach nahezu beendeter Expansion im Zylinder, zu öffnen beginnt. An der Höhe der Kurve 4 erkennt man, dass das Ventil zum Ausschieben der Abgase voll geöffnet wird. Die strichliert dargestellte Kurve 6 zeigt den Idealfall, wie ein Auslassventil beim Bremsvorgang geöffnet werden sollte. Abgesehen davon, dass das Ventil nur zum Teil öffnet, liegt der Beginn der Ventileröffnung etwa gleich mit dem Beginn der Kompression im Zylinder, während das Ende der Eröffnung etwa mit der Beendigung der Expansion zusammenfällt. Auf diese Weise könnte der Motor keine Energie zurückgewinnen, der Bremseffekt wäre also am grössten. Wie jedoch eingangs bereits erwähnt, ist eine solche Steuerung praktisch nicht möglich. Nach der Erfindung liegt die Ventileröffnungszeit daher etwa in der Mitte der beiden beschriebenen Kurven 4 und 6 und ist durch die strichpunktierte Kurve 7 angedeutet, was eine Vorverlegung des Punktes 5 um etwa 75° Nw bzw. 150° Kw bedeutet.

In Fig. 3 sind auf einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen, nur zum Teil angedeuteten Nockenwelle 8 drei Nocken 9, 9a, 9b zur Steuerung von drei Auslassventilen 10, 10a, 10b der nicht dargestellten Zylinder angeordnet. Jedem Nocken 9, 9a, 9b ist ein hydraulischer Antriebszylinder 11, IIa, IIb mit einem Kolben 12,12a, 12b zugeordnet, von denen Steuerleitungen 13,13a, 13b zu je einem als Zweistufenzylinder ausgebildeten Arbeitszylinder 14,14a, 14b führen. Zwischen allen Steuerleitungen 13,13a, 13b ist ein diesen gemeinsam zugeordneter drei 3/2-Wegeventile beinhaltender Schaltschieber 15 vorgesehen, der im Beispiel durch einen vom Bremspedal des Fahrzeuges betätigbaren Steuerzylinder 16 umschaltbar ist.

In jedem Arbeitszylinder 14,14a, 14b ist ein Kolben 17, 17a, 17b mit einem grösseren Durchmesser und ein Kolben 18,18a, 18b mit einem kleineren Durchmesser lose angeordnet und die Steuerleitungen 13,13a, 13b münden in einen Raum zwischen diesen beiden Kolben. Die nach aussen geführten Enden der Kolben 18, 18a, 18b liegen im drucklosen Zustand lose an den Stirnflächen der Ventilstössel 19,19a, 19b der Auslassventile 10,10a, 10b an, die mittels Federn 20, 20a, 20b in ihrer Schliesstellung gehalten werden.

Schliesslich führen von der Ausgangsseite des Schaltschiebers 15 drei weitere Steuerleitungen 21,21a, 21b derart in die

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Arbeitszylinder 14,14a, 14b, dass sie nur die grösseren Kolben 17,17a, 17b mit Druckmittel beaufschlagen können, u.z. von der anderen Seite wie die Steuerleitungen 13,13a, 13b. Ausserdem ist durch sie die Zugehörigkeit der Arbeitszylinder 14,14a, 14b zu den Antriebszylindern 11, IIa, IIb vertauschbar.

Bei normalem Motorbetrieb befindet sich der Schaltschieber 15 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung, in der er die Antriebszylinder 12,12a, 12b über die Steuerleitungen 13,13a, 13b mit den jeweiligen Arbeitszylindern 14,14a, 14b verbindet. Der Nocken 9 wirkt gerade auf den Kolben 12 des Antriebszylinders 11 ein, und beaufschlagt den Arbeitszylinder 14 derart mit Druckmittel, dass der Kolben 17 nach oben in seine unwirksame Lage und der Kolben 18 nach unten in seine wirksame Lage gedrückt wird, in der es das Auslassventil 10 voll öffnet. Die Nocken 9a, 9b hingegen befinden sich in unwirksamer Lage, folglich werden durch die Federn 20a, 20b die Auslassventile 10a, 10b in ihrer Schliesslage und die Kolben 18a, 18b sowie 17a, 17b in ihrer unwirksamen Stellung gehalten.

Soll mit dem Motor gebremst werden, so verschiebt der Steuerzylinder 16 den Schaltschieber 15 in Fig. 3 nach links, s Dies hat zur Folge, dass der Antriebszylinder 11 über die Steuerleitung 21 mit dem Arbeitszylinder 14a und die Zylinder 1 la, IIb mit den Zylindern 14b, 14 verbunden werden. Es erfolgt also ein Vertauschen der Zylinder, wodurch die gewünschte Vorverlegung der ErÖffnungszeiten für die Aus-io lassventile 10,10a, 10b erreicht wird. Weiter wirken die so vertauschten Antriebszylinder 11, IIa, IIb durch die Steuerleitungen 21,21a, 21b nur noch auf die Kolben 17a, 17b, 17 mit grossem Durchmesser, wodurch diese bei Beaufschlagung mit der gleichen Menge Druckmittel um einen wesentlich is geringeren Weg verschoben werden. Da sie gleichzeitig die Kolben 18a, 18b, 18 mit kleinem Durchmesser nach unten drücken, werden die Auslassventile 10a, 10b, 10 nur um einen Teil ihres maximalen Hubes geöffnet.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

625 016 PATENTANSPRÜCHE

1. Bremseinrichtung an einer Vertikal-Hubkolbenbrenn-kraftm aschine, insbesondere für Fahrzeuge, welche zur Steuerung wenigstens jedes Auslassventils einen von einer Nockenwelle betätigbaren, hydraulisch arbeitenden Antriebszylinder und einen über wenigstens eine Steuerleitung mit diesem verbundenen, das Auslassventil betätigenden Arbeitszylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (14,14a, 14b) als mit jeweils zwei unterschiedlich grosse Durchmesser aufweisende Kolben (17,17a, 17b; 18,18a, 18b) versehene Stufenzylinder ausgebildet sind, und dass allen Steuerleitungen (13,13a, 13b; 21, 21a, 21b) gemeinsam ein bei Umschalten auf Motor-Bremsbetrieb betätigbares Schaltglied (15) zugeordnet ist, durch welches die Arbeitszylinder (14,14a, 14b) mit jeweils einem anderen, den Arbeitszyklus vorverlegenden Antriebszylinder (11, IIa, IIb) verbindbar und gleichzeitig jeweils nur die den grösseren Durchmesser aufweisenden Kolben (17,17a, 17b) der Arbeitszylinder (14, 14a, 14b) zum Verringern des Öffnungshubes der Auslassventile (10,10a, 10b) mit Druckmittel beaufschlagbar sind.

2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (17,17a, 17b; 18,18a, 18b) jedes Arbeitszylinders (14,14a, 14b) als lose im Zylinder geführte Kolben ausgebildet sind.

3. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den kleineren Durchmesser aufweisende Kolben (18,18a, 18b) jedes Arbeitszylinders (14,14a, 14b) unmittelbar an der Stösselstirnfläche des zugehörigen Auslassventils (10,10a, 10b) anliegt, und dass der darüber oder dahinter liegende grössere Kolben (17,17a, 17b), der kleinere Kolben (18,18a, 18b) und der Ventilstössel (19,19a, 19b) auf einer gemeinsamen Längsachse liegen.

4. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arbeitszylinder (14,14a, 14b) über zwei Steuerleitungen (13,13a, 13b; 21,21a, 21b) derart mit dem Schaltglied (15) verbunden ist, dass bei Motorbetrieb während der Beaufschlagung durch einen Antriebszylinder (11, IIa, IIb) der grössere Kolben (17,17a, 17b) des Arbeitszylinders (14,14a, 14b) durch das Druckmittel in seine unwirksame Lage und der kleinere Kolben (18,18a, 18b) in die das zugehörige Auslassventil (10,10a, 10b) voll öffnende Lage verschiebbar sind, und dass nach Umschalten des Schaltgliedes (15) auf Motor-Bremsbetrieb nur der grössere Kolben (17,17a, 17b) in umgekehrter Bewegungsrichtung beaufschlagt wird und so über den kleineren Kolben (18,18 a, 18b) das Auslassventil (10,10a, 10b) um einen Teilhub öffnet.

5. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beaufschlagung nur des grösseren Kolbens (17,17a, 17b) eines Arbeitszylinders (14,14a, 14b) mit Druckmittel der Teilhub des Auslassventils (10,10a, 10b) in einem Verhältnis zu seinem maximalen Öffnungshub steht, das gleich dem Verhältnis der Beaufschlagungsfläche des kleineren Kolbens (18,18a, 18b) zu der des grösseren Kolbens (17,17a, 17b) ist.

6. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (15) als Schieber oder Ventil ausgebildet ist, und für jeden Antriebszylinder (11, IIa, IIb) eine Zweistellungsumschaltung aufweist.

7. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (15) mit einem Stellglied bzw. Steuerzylinder (16) umschaltbar ist.

8. Bremseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei die die Antriebszylinder betätigende Nockenwelle während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle eine Umdrehung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass durch Umschalten des Schaltgliedes (15) auf Motor-Bremsbetrieb die Arbeitszylinder (14,14a, 14b) mit Antriebszylindern (11, IIa, IIb) verbindbar sind, welche zwischen 45° und 90°, vorzugsweise 75° Nokkenwinkel früher als die bei Motorbetrieb zugehörigen Antriebszylinder (11, IIa, IIb) von den Nocken (9, 9a, 9b) betätigt werden.