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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem
Brennraum, aus dem mittels mindestens eines Auslassventils Abgas
abführbar ist, umfassend eine Motorbremseinrichtung mit einer
hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit, die in einen das Auslassventil
mit einer Nockenwelle verbindenden Verbindungsmechanismus integriert
ist und die das Auslassventil bei betätigter Motorbremseinrichtung
in einer zwischengeöffneten Stellung hält.
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Derartige
Brennkraftmaschinen sind beispielsweise in der
EP 0 736 672 B1 und
EP 1 526 257 A2 beschrieben.
Bei den Motorbremseinrichtungen dieser Brennkraftmaschinen handelt
es sich jeweils um eine Mischform aus einer Motorstaubremse und einer
Dekompressionsbremse, die insbesondere auch als EVB (= Exhaust Valve
Brake) bezeichnet wird. Die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit
ist bei der Variante gemäß der
EP 0 736 672 B1 in einen Kipphebel
des Verbindungsmechanismus und bei der Variante gemäß der
EP 1 526 257 A2 einseitig
in eine zwei Auslassventile zugleich betätigende Ventilbrücke
des Verbindungsmechanismus eingebaut. Die Speisung der hydraulischen
Ventil-Zusatzsteuereinheit mit Öl erfolgt mittels des ohnehin
vorhandenen Ölkreises der jeweiligen Brennkraftmaschi ne. Bei
beiden Varianten sind zum Ausgleich des Spiels des Auslassventils
gesonderte Einstellschrauben vorgesehen, anhand derer bei der Motormontage und
danach in regelmäßigen Serviceabständen
die Ventilspieleinstellung vorgenommen wird. Dies ist aufwändig.
Falls das Ventilspiel vom Montage- oder Servicepersonal versehentlich
zu klein eingestellt wird, kommt es zu einem Klappergeräusch
des Auslassventils und es besteht die Gefahr einer Beschädigung
am Ventiltrieb. Falls das Ventilspiel versehentlich zu groß eingestellt
wird, öffnet das Auslassventil nicht ausreichend, so dass
ein vollständiger Gasaustausch nicht gewährleistet
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Brennkraftmaschine
der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die mit möglichst
geringem Montage- und Service-Aufwand einen sicheren und zuverlässigen
Betrieb ermöglicht.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird eine Brennkraftmaschine entsprechend
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
umfasst auch einen hydraulischen Ventilspielausgleichsmechanismus
für das Auslassventil, wobei der hydraulische Ventilspielausgleichsmechanismus
zur Ölspeisung an einen Hauptölkreis angeschlossen
ist, und die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit zur Ölspeisung
an einen zusätzlich zu dem Hauptölkreis vorgesehenen
Zusatzölkreis angeschlossen ist.
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Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine hat also sowohl
die für die Motorbremskraftwirkung günstige Ventil-Zusatzsteuereinheit
als auch einen Ausgleichsmechanismus, der die Ventilspieleinstellung
insbesondere automatisch durchführt. Eine zeit- und kostenaufwändige
sowie fehleranfällige regelmäßige Einstellung
von Hand erübrigt sich. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
bietet also verglichen mit bisherigen mit einer Motorbremseinrichtung ausgestatteten
Brennkraftmaschinen eine Zusatzfunktionalität, die den
Betrieb sicherer und effizienter gestaltet.
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Der
parallele Betrieb der Ventil-Zusatzsteuereinheit und des Ventilspielausgleichsmechanismus,
die beide hydraulisch funktionieren, wird insbesondere auch durch
die wechselseitige Entkopplung der Ölspeisung ermöglicht.
Der Ventilspielausgleichsmechanismus deckt seinen Ölbedarf über
den bei der Brennkraftmaschine insbesondere ohnehin vorhandenen
Hauptölkreis, in dem während des Betriebs vorzugsweise
ein im Wesentlichen konstanter Öldruck herrscht. Dagegen
ist für den Betrieb der Ventil-Zusatzsteuereinheit und
damit der Motorbremseinrichtung ein gesonderter Zusatzölkreis
vorgesehen, der insbesondere weitestgehend unabhängig von
dem Hauptölkreis arbeitet. Alternativ können der Hauptölkreis
und der Zusatzölkreis auch an eine zentrale Ölpumpe
zur Druckerzeugung angeschlossen sein.
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Der
Zusatzölkreis, insbesondere dessen Öldruck, lässt
sich ohne weiteres und vor allem auch ohne, die durch den Hauptölkreis
gespeisten Bereiche und Komponenten der Brennkraftmaschine störend
zu beeinflussen, gezielt und gesondert an die Funktionsweise und
den Betriebszustand der Motorbremseinrichtung anpassen. So ist beispielsweise eine
Aktivierung und Deaktivierung der Motorbremseinrichtung möglich,
indem die Ventil-Zusatzsteuereinheit dementsprechend mittels des
Zusatzölkreises, vorzugsweise zentral, zu- bzw. abgeschaltet wird.
Die Ventil-Zusatzsteuereinheit der Motorbremseinrichtung wird vorzugsweise
nur dann aktiviert, wenn dies tatsächlich gewünscht
wird, also wenn die Motorbremse vom Fahrer betätigt worden
ist. Während des normal befeuerten Motorbetriebs ist die Ventil-Zusatzsteuereinheit
der Motorbremseinrichtung dagegen deaktiviert, wo durch eine in dieser
Betriebssituation unerwünschte Bremswirkung zuverlässig
unterbunden wird. Auch dies bietet einen verglichen mit dem Stand
der Technik sichereren und effizienteren Betrieb sowohl während
einer Motorbremsphase als auch während einer normalen Motorbetriebsphase.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen
Ansprüche.
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Günstig
ist eine Variante, bei der ein Öldruck des Zusatzölkreises
vorzugsweise zentral steuer- oder regelbar ist. Damit lassen sich
sowohl der Einsatz der Motorbremswirkung als auch deren Stärke sehr
genau einstellen und insbesondere auch je nach Betriebssituation
verändern. Außerdem kann die Ventil-Zusatzsteuereinheit
so besonders einfach zu- oder abgeschaltet werden. Zur Beeinflussung
des Öldrucks bzw. des Öldruckniveaus kann der
Zusatzölkreis mit geeigneten Komponenten, wie z. B. Druckminderventilen
oder Druckerhöhungsmitteln in Form einer Zusatzölpumpe,
ausgestattet sein.
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Weiterhin
kann der Zusatzölkreis insbesondere mittels eines beispielsweise
als Anschlag ausgeführten und insbesondere ohnehin vorhandenen Gegenhalters
an die Ventil-Zusatzsteuereinheit angeschlossen sein. Dies ist sehr
platzsparend. Für die Speisung der Ventil-Zusatzsteuereinheit
mit dem Öl des Zusatzölkreises ist dann zumindest
im ventilnahen Bereich praktisch kein zusätzlicher Platz
erforderlich.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Variante umfasst der Gegenhalter einen Ölzuleitungskanal
mit einem Rückschlagventil, das insbesondere während einer
Motorbremsphase einen dann unerwünschten Ölrückfluss
in den Zu satzölkreis verhindert und die Ventil-Zusatzsteuereinheit
blockt, so dass das Auslassventil in einer leicht geöffneten
(= zwischengeöffneten) Stellung gehalten wird. Die Integration
des Rückschlagventils in den Gegenhalter ist platzsparend.
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Vorzugsweise
hat der Gegenhalter weiterhin als Anschlagelement einen ersten Kolben
einer in den Gegenhalter integrierten ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit.
Dadurch wird ein Spiel zwischen dem Gegenhalter und dem daran anstoßenden
Teil des Verbindungsmechanismus automatisch ausgeglichen. Der Spielausgleich
ist erforderlich, da aufgrund des Ventilspielausgleichsmechanismus
die Lage des an den Gegenhalter anstoßenden Teils des Verbindungsmechanismus
undefiniert ist. Die erste hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit
enthält außerdem vorzugsweise eine Rückstellstellfeder,
die im normal befeuerten Motorbetrieb, bei dem im Zusatzölkreis
insbesondere ein niedriger Öldruck eingestellt ist, eine
Rückstellung des ersten Kolbens bewirkt. Bei Rückstellung
des ersten Kolbens kann das verdrängte Öl durch
insbesondere eine dem Zusatzölkreis zugehörige
Durchgangsbohrung des Gegenhalters ablaufen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Ventil-Zusatzsteuereinheit
als eine rückschlagventilfreie zweite hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit
mit einem zweiten Kolben und insbesondere mit einer Nachstellfeder
ausgeführt.
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Günstig
ist weiterhin eine Variante, bei der die Ventil-Zusatzsteuereinheit
mittels einer dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit an den
Ventilspielausgleichsmechanismus angeschlossen ist. Diese dritte
hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit koppelt die Ventil-Zusatzsteuereinheit
und den Ventilspielausgleichsmechanismus in günstiger Weise
miteinander. Die dritte hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit erfüllt
dabei mehrere Funktionen. So dient sie zum einen als Umschaltelement
zwischen dem Motorbremsbetrieb und dem normal befeuerten Motorbetrieb.
Außerdem nimmt sie Öl auf, das aus der ersten
hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit beim Ausgleich des Spiels
zwischen dem Gegenhalter und dem daran anstoßenden Teils
des Verbindungsmechanismus verdrängt wird. Insofern ist
es gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung
vorgesehen, dass ein vorderer Ölaufnahmeraum der dritten
hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit ein Aufnahmevolumen hat, das
mindestens so groß ist wie dasjenige eines Öldruckraums
der ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist ein dritter Kolben der
dritten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit in einer Seitenwand eine
erste Absteueröffnung auf. Bei einer bestimmten Stellung
des dritten Kolbens gibt diese erste Absteueröffnung einen
mit dem Ventilspielausgleichsmechanismus verbundenen Ölkanal
frei, so dass Öl aus dem Ventilspielausgleichsmechanismus
und/oder aus der Ventil-Zusatzsteuereinheit abfließen kann.
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Bevorzugt
ist es weiterhin, wenn der Ventilspielausgleichsmechanismus als
vierte hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit einem vierten Kolben ausgeführt
ist, der in einer Seitenwand eine zweite Absteueröffnung
aufweist. Bei einer bestimmten Stellung des vierten Kolbens gibt
diese zweite Absteueröffnung einen mit der Ventil-Zusatzsteuereinheit
verbundenen Ölkanal frei, so dass Öl aus der Ventil-Zusatzsteuereinheit
in den Ölaufnahmeraum der vierten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit
fließen und von dort abfließen kann.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt eine ausschnittsweise
Querschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine 1 mit einer Motorbremseinrichtung 2 und
mit einem automatischen Ausgleichsmechanismus für sowohl
das Ventilspiels als auch das Anschlagspiel der Motorbremseinrichtung 2.
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Die
Brennkraftmaschine 1 hat mehrere in der Figur nicht gezeigte
Zylinder, die jeweils einen Brennraum aufnehmen. Jedem dieser Brennräume
ist mittels mindestens eines Einlassventils Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
zuführbar. Darüber hinaus hat bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel jeder Brennraum zwei Auslassventile 3 und 4,
mittels derer Abgas in einen Abgaskanal abführbar ist.
Die Auslassventile 3 und 4 sind mittels einer
gemeinsamen Ventilbrücke 5 mechanisch ansteuer-
und betätigbar. Die Ventilbrücke 5 ist
Teil eines Verbindungsmechanismus, der die Auslassventile 3 und 4 mit
einer in der Figur nicht mit dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 verbindet.
Der Verbindungsmechanismus umfasst außerdem einen ebenfalls
in der Figur nicht mit dargestellten drehbar gelagerten Kipphebel.
Der Kipphebel wirkt über einen teilweise dargestellten
Kontaktbolzen 6 auf die Ventilbrücke 5. Hierzu
ist der Kontaktbolzen 6 an seinem freien Ende mit einer
kugelgelenkig angelenkten Stützkalotte 7 versehen.
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Im
Innern des Kontaktbolzens 6 und der Stützkalotte 7 verläuft
ein Ölzufuhrkanal 8 eines insbesondere zur Schmierung,
aber auch zur hydraulischen Steuerung vorgesehenen Hauptölkreises
der Brennkraftmaschine 1. Das in diesem Ölzufuhrkanal 8 geführte Öl
hat während des Betriebs im Wesentlichen stets den gleichen
konstanten Öldruck pKonstant.
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Daneben
verfügt die Brennkraftmaschine 1 über
einen Zusatzölkreis, der im Wesentlichen unabhängig
von dem Hauptölkreis ausgeführt ist. Der Zusatzölkreis
ist mittels eines Ölzufuhrkanals 9 in einen Gegenhalter 10 geführt.
Der Gegenhalter 10 umfasst eine erste Kolben-Zylinder-Einheit 11 mit
einem runden Anschlagkolben 12 und mit einer Rückstellstellfeder 13,
deren Federkraft den Anschlagkolben 12 in seine eingefahrene
Stellung, d. h. in Richtung des Ölzufuhrkanals 9 zurück
drangt. In der in der Figur gezeigten ausgefahrenen Stellung des
Anschlagkolbens 12 ist zwischen seiner hinteren Begrenzungsfläche 14 und
dem Ölzufuhrkanal 9 ein Öldruckraum 15 gebildet.
Ein Rückschlagventil 16 (= Rücklaufsperrventil)
mit einer Kugel und einem Kugelsitz trennt den Öldruckraum 15 von
dem Ölzufuhrkanal 9. Der ansonsten massiv und
mit einer doppelt gestuften Außenkontur ausgebildete Anschlagkolben 12 hat
eine zentrale Durchgangsbohrung 17, die durchgehend von
der hinteren Begrenzungsfläche 14 bis zu einer
vorderen Begrenzungsfläche 18 verläuft
und die als Ölkanal dient. Die vordere Begrenzungsfläche 18 bildet
einen in der Position variablen Anschlag für die Ventilbrücke 5.
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Die
Motorbremseinrichtung 2 der Brennkraftmaschine 1 ist
vom EVB-Typ. Sie umfasst neben einem in der Figur nicht näher
gezeigten Drosselelement im Abgaskanal sowie einer ebenfalls nicht
näher gezeigten zentralen Steuer-/Regeleinheit auch für
jeden Zylinder eine hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 19,
die als zweite Kolben-Zylinder-Einheit in die Ventilbrücke 5 eingebaut
ist. Das zweite Auslassventil 4 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel
dagegen nicht mit einer derartigen Steuereinheit versehen. Nur das
Auslassventil 3 trägt zum Betrieb der Motorbremseinrichtung 2 bei.
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Die
Auslassventile 3 und 4 sind mit einem Schaft 20 bzw. 21 im
Zylinderkopf axial beweglich gelagert und durch eine Schließfeder 22 bzw. 23 mit
einer bestimmten Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagt.
Die Schließkraft der Schließfeder 22 ist mit
FFed bezeichnet.
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Die
dem Auslassventil 3 zugeordnete Motorbremseinrichtung 2 enthält,
wie vorstehend bereits ausgeführt, die hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 19,
deren runder Steuerkolben 24 in einer in der Ventilbrücke 5 vorgesehenen
Zylinderbohrung 25 axial beweglich geführt ist.
Der im Längsquerschnitt H-förmige Steuerkolben 24 stützt
sich am oberen Ende des Schafts 20 des Auslassventils 3 ab.
Die insbesondere rückschlagventilfreie Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 umfasst
außerdem eine Nachstellfeder 26, die auf einer
von dem Schaft 20 abgewandten Seite des Steuerkolbens 24 in
einem Steuerdruckraum 27 angeordnet ist und den Steuerkolben 24 gegen
den Schaft 20 drückt. Die mit FNFed bezeichnete Federkraft
der Nachstellfeder 26 wirkt damit auch gegen die Schließkraft
FFed der Schließfeder 22.
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In
den Steuerdruckraum 27 mündet an einer vom Steuerkolben 24 abgewandten
Seite ein Ölkanal 28, mittels dessen Öl
in den Steuerdruckraum 27 gelangen und auch aus dem Steuerdruckraum 27 wieder
entweichen kann. Der Ölkanal 28 verläuft
von dem Steuerdruckraum 27 zu einem Bereich einer Oberfläche
der Ventilbrücke 5, der bei betätigter
Motorbremseinrichtung 2 während eines Teils einer Bremszyklusperiode
an der vorderen Begrenzungsfläche 18 des Anschlagkolbens 12 anliegt.
Diese Betriebssituation mit am Anschlagkolben 12 anliegender
Ventilbrücke 5 ist in der Figur dargestellt.
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An
der vorderen Begrenzungsfläche 18 mündet
die Durchgangsbohrung 17 des Anschlagkolbens 12 in
eine Austrittsöffnung, die bei an der Ventilbrücke 5 anliegendem
Anschlagkolben 12 konzentrisch zu einer Austrittsöffnung
des Ölkanals 28 angeordnet ist. In dieser Konstellation
kann Öl des Zusatzölkreises über den Ölzufuhrkanal 9,
den Öldruckraum 15, die Durchgangsbohrung 17,
den Ölkanal 28 in den Steuerdruckraum 27 der
hydraulischen Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 gelangen. Die
Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 ist also mittels der im Gegenhalter 10 eingebauten
ersten Kolben-Zylinder-Einheit 11 temporär an
den Zusatzölkreis angeschlossen. Solange die vordere Begrenzungsfläche 18 des
Anschlagkolbens 12 an der Ventilbrücke 5 anliegt,
besteht eine hydraulische Verbindung zwischen dem Zusatzölkreis
und der Ventil-Zusatzsteuereinheit 19.
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Ein Öldruck
pSteuer bzw. ein Öldruckniveau des
Zusatzölkreises lässt sich mittels nicht dargestellter Öldruckvariationsmittel
verändern. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Druckminderventil
oder um eine Ölpumpe handeln. Auf diese Weise ist es möglich,
den Öldruck pSteuer innerhalb des
Zusatzölkreises sehr fein einzustellen, was insbesondere über
eine Steuerung oder Regelung erfolgt. Diese Aufgabe wird wiederum
durch die in der Figur nicht mit dargestellte zentrale Steuer-/Regeleinheit
der Motorbremseinrichtung 2 wahrgenommen. Je nach dem in
dem Zusatzölkreis eingestellten Öldruck pSteuer wird die hydraulische Ventil-Zusatzeinheit 19 ein- oder
ausgeschaltet oder in ihrer im Folgenden noch näher erläuterten
Wirkung auf die Verschiebeposition des Auslassventils 3 gesteuert
oder geregelt. Damit lässt sich die Bremskraftwirkung der
Motorbremseinrichtung 2 sehr fein justieren.
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Die
Ventil-Zusatzsteuereinheit 19, insbesondere deren Steuerdruckraum 27,
ist hydraulisch an eine einen runden und im Längsquerschnitt
U- förmigen Kolben 29, eine Rückstellfeder 30 sowie
einen vorderen und einen hinteren Ölaufnahmeraum 31 bzw. 32 aufweisende
dritte Kolben-Zylinder-Einheit 33 und an eine einen runden
und im Längsquerschnitt ebenfalls U-förmigen Kolben 34,
eine Nachstellfeder 35, einen Ölaufnahmeraum 36 aufweisende
vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 angeschlossen. Dazu ist
ein Ölkanal 38 vorgesehen, der den Steuerdruckraum 27,
den vorderen Ölaufnahmeraum 31 und – bei
einer bestimmten Stellung des Kolbens 34 – den Ölaufnahmeraum 36 miteinander
verbindet. Der Ölkanal 38 ist durch eine erste
innerhalb der Ventilbrücke 5 quer, d. h. senkrecht
zu den Längsachsen der Schäfte 20 und 21,
verlaufende Querbohrung gebildet. Diese Querbohrung ist mit einem
Verschluss 39 versehen.
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Die
dritte Kolben-Zylinder-Einheit 33 ist ein Umschaltelement,
dessen Kolbenstellungen je nachdem, ob der Benutzer der Brennkraftmaschine 1 den normal
befeuerten Motorbetrieb oder den Motorbremsbetrieb vorgibt, unterschiedlich
sind. Außerdem dient sein vorderer Ölaufnahmeraum 31 zur
Aufnahme des in dem Öldruckraum 15 befindlichen Öls, wenn
dieses Öl bei einer Rückwärtsbewegung
des Anschlagkolbens 12 verdrängt wird. Das maximale Aufnahmevolumen
des vorderen Ölaufnahmeraums 31 ist deshalb mindestens
so groß wie das des Öldruckraums 15.
Weiterhin dient der dritte Kolben-Zylinder-Einheit 33 auch
zur Ölableitung. Sein hinterer Ölaufnahmeraum 32 ist
deshalb mit einer Ölaustrittsöffnung 40 versehen.
Zusätzlich weist eine Seitenwand des Kolbens 29 eine
Absteueröffnung 41 auf. Bei einer bestimmten Stellung
des Kolbens 29, nämlich genau der in der Figur
gezeigten Stellung, verbindet diese Absteueröffnung 41 den
hinteren Ölaufnahmeraum 32 mit einem weiteren
quer innerhalb der Ventilbrücke 5 verlaufenden Ölkanal 42.
Letzterer ist wiederum als Querbohrung ausgeführt, die
mittels eines weiteren Verschlusses 43 gegenüber
einem Ölaustritt abgedichtet ist.
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Die
vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 bildet einen hydraulischen
Ventilspielausgleichsmechanismus, der das Spiel der Auslassventile 3 und 4 automatisch
ausgleicht. Die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 ist an
den Hauptölkreis angeschlossen. Hierzu hat der mit der
Stützkalotte 7 des Kontaktbolzens 6 aufgrund
der Federkraftwirkung der Nachstellfeder 35 in permanentem
Kontakt stehende Kolben 34 in seinem Kolbenboden einen
zentralen Ölzufuhrkanal 44, der konzentrisch zu
dem Ölzufuhrkanal 8 des Kontaktbolzens 6 angeordnet
ist. An einem dem Ölaufnahmeraum 36 zugewandten
Ende des Ölzufuhrkanals 44 ist ein Rückschlagventil 45 (=
Rücklaufsperrventil) vorgesehen, dessen Kugel bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel mittels einer zusätzlichen
Rückschlagventilfeder in den Kugelsitz gedrückt
wird. Der Ölaufnahmeraum 36 ist an einer vom Kolben 34 abgewandten
Seite zur Ölabsteuerung an den Ölkanal 42 angeschlossen.
Außerdem weist auch eine Seitenwand des Kolbens 34 eine
Absteueröffnung 46 auf, die bei einer bestimmten
Stellung des Kolbens 34 den Ölaufnahmeraum 36 mit
dem Ölkanal 38 verbindet.
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Im
Folgenden werden die Wirkungsweisen und besondere Vorteile der Motorbremseinrichtung 2 sowie
des Ventilspielausgleichsmechanismus näher beschrieben.
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Zunächst
wird der Motorbremsbetrieb erläutert. Bei Betätigung
der Motorbremseinrichtung 2 wird das Drosselelement im
Abgaskanal in Drosselstellung gebracht, wodurch sich Abgas im Abgaskanal
zwischen der Auslassventilöffnung des Zylinders und dem
Drosselelement staut. Dieser Staudruck im Abgaskanal kann eine Zwischenöffnung
des Auslassventils 3 bewirken, welche insbesondere am Ende
des ersten Motortaktes (= Ansaugtakt) jedes Vier-Takt-Zyklus der
Brennkraftmaschine 1 eintritt. Aufgrund der im Brennraum
des Zylinders und im Abgaskanal herrschenden Druckverhältnisse
resultiert eine pneumatische Kraft Fpn,
die der Schließkraft FFed der Schließfeder 22 entgegenwirkt
und unter bestimmten Umständen das angesprochene Zwischenöffnen
des Auslassventils 3 verursacht.
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Während
des Ansaugtakts befindet sich der Kipphebel der Auslassventile 3 und 4 auf
dem Nockengrundkreis der Nockenwelle. Dadurch ist der Kolben 34 der
vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 an seinem oberen Totpunkt.
Die Absteueröffnung 46 ist verschlossen. Diese
Betriebssituation ist in der Figur gezeigt.
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Beaufschlagt
man nun aufgrund der Betätigung der Motorbremse alle Zylinder
des Motorzylinderblocks der Brennkraftmaschine 1 zentral
mit dem Öl des Zusatzölkreises, indem ein entsprechend
hoher Öldruck pSteuer eingestellt
wird, wird der Anschlagkolben 12 jeder ersten Kolben-Zylinder-Einheit 11 auf die
zugehörige Ventilbrücke 5 gedrückt.
Der Steuerdruckraum 27 der Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 (= zweite
Kolben-Zylinder-Einheit) befüllt sich ebenso mit dem Öl
des Zusatzölkreises wie der vordere Ölaufnahmeraum 31 der
dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33. Deren Kolben 29 bewegt
sich deshalb in seinen unteren Totpunkt, wodurch die Absteueröffnung 41 geöffnet
wird. Diese Betriebssituation ist in der Figur gezeigt
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In
diesem Betriebszustand wird die aufgrund der Druckverhältnisse
im Abgaskanal hervorgerufene pneumatische Kraft Fpn durch
eine hydraulische Kraft FHyd unterstützt,
die sich aufgrund der Beaufschlagung des Steuerdruckraums 27 mit
dem Öl des Zusatzölkreises einstellt. Darüber
hinaus unterstützt die Federkraft FNFed der
Nachstellfeder 26 das Zwischenöffnen. Ist die
Summe der Federkraft FNFed, der pneumatischen
Kraft Fpn und der hydraulischen Kraft FHyd größer als die Schließkraft
FFed der Schließfeder 22,
erfolgt die Zwischenöffnung des Auslassventils 3.
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Über
die Stärke der hydraulischen Kraft FHyd kann
also regulierend in diesen Prozess eingegriffen werden. Je nach
dem im Zusatzölkreis eingestellten Öldruck pSteuer öffnet sich das Auslassventil 3 mehr oder
weniger weit oder – bei sehr niedrigem Öldruck pSteuer im Zusatzölkreis – überhaupt
nicht.
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Bei
einer Zwischenöffnung des Auslassventils 3, folgt
der Steuerkolben 24 aufgrund der Federkraft der Nachstellfeder 26 der Öffnungsbewegung des
Auslassventils 3, wodurch sich zugleich das Volumen des
Steuerdruckraums 27 vergrößert. Es fließt Öl
aus dem Zusatzölkreis in den Steuerdruckraum 27 nach,
wodurch die Kraftwirkung der Nachstellfeder 26 unterstützt
wird. Da das Öl aufgrund des Rückschlagventils 16 nicht
aus dem Steuerdruckraum 27 zurück in den Ölzufuhrkanal 9 des
Zusatzölkreises fließen und aufgrund der geschlossenen
Absteueröffnung 46 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 auch nicht
anderweitig abfließen kann, wird der Steuerkolben 24 gegen
die Schließkraft FFed der Schließfeder 22 in
Position und somit auch das mechanisch mit dem Steuerkolben 24 gekoppelte
Auslassventil 3 in der zwischengeöffneten Stellung
gehalten. Der Steuerkolben 24 ist also in der Ventilbrücke 5 hydraulisch geblockt,
wenn das Auslassventil 3 nach der anfangs des zweiten Taktes
erfolgten Zwischenöffnung im weiteren Verlauf des zweiten
und dritten Taktes wieder zum Schließen neigt. Das Auslassventil 3 bleibt damit
während des zweiten Taktes (= Kompressionstakt) und des
folgenden dritten Taktes (= Expansionstakt) in der zwischengeöffneten
Stellung, wodurch sich die gewünschte Motorbremswirkung
einstellt.
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Wenn
am Ende des dritten Taktes der Kipphebel die Ventilbrücke 5 aufgrund
der Nockenwellensteuerung wieder belastet, um das Auslassventil 3 in die
während des vierten Taktes vorgesehene vollständig
geöffnete Stellung zu bringen, wird der Kolben 34 der
vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 nach unten in Richtung
seines unteren Totpunkts gedrückt, so dass sich die Absteueröffnung 46 öffnet.
Dann kann das im Steuerdruckraum 27 befindliche Öl über den Ölkanal 38,
die Absteueröffnung 46, den Ölaufnahmeraum 36,
den Ölkanal 42, die ohnehin bereits geöffnete
Absteueröffnung 41 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33,
den hinteren Ölaufnahmeraum 32 und die Ölaustrittsöffnung 40 abfließen.
Zugleich bewegt sich die Ventilbrücke 5 aufgrund
der Belastung durch den Kipphebel von dem Anschlagkolben 12 weg,
so dass der Kontakt abreißt und sich auch der Ölkanal 28 öffnet.
Das in dem Steuerdruckraum 27 befindliche Öl kann
also auch durch den Ölkanal 28 in den Bereich
des Zylinderdeckels ausströmen. Damit wird die hydraulische
Blockung des Steuerkolbens 24 aufgehoben. Der Ölabfluss
aus dem Steuerdruckraum 27 wird auch dadurch unterstützt,
dass der Steuerkolben 24 bei sich wieder schließendem Auslassventil 3 in
Richtung seiner eingefahrenen Grundstellung (= oberer Totpunkt)
zurückgedrückt wird.
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Beim
Kipphebel-Rückhub wird nach dem erneuten Kontaktschluss
zwischen der Ventilbrücke 5 und dem Anschlagkolben 12 außerdem
auch der Anschlagkolben 12 in seinen oberen Totpunkt zurückgedrängt.
Das bis dahin im Öldruckraum 15 befindliche Öl
kann in dem vorderen Ölaufnahmeraum 31 der dritten
Kolben-Zylinder-Einheit 33 aufgenommen werden. Das Aufnahmevolumen
des vorderen Ölaufnahmeraums 31 der dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33 muss
zur Aufnahme des aus dem Öldruckraums 15 abfließenden Öls
ausreichend groß dimensioniert werden, damit sich das aus
dem Öldruckraum 15 abfließende Öl
nicht aufstaut und zu ei ner unerwünschten Bewegung des
Steuerkolbens 24 führt. Das Aufnahmevolumen des
vorderen Ölaufnahmeraums 31 darf aber ein maximales
Aufnahmevolumen nicht überschreiten, damit der Kolben 29 der
dritten Kolben-Zylinder-Einheit 33 sicher in seinen unteren
Totpunkt gelangt. Andernfalls ist bei einer nachfolgenden Bewegung
des Steuerkolbens 24 zum Zwischenöffnen des Auslassventils 3 der
Steuerdruckraum 27 wegen des noch möglichen Resthubs
des Kolbens 29 elastisch, wodurch das Auslassventil nicht
in der zwischengeöffneten Stellung gehalten werden kann. Am
Ende des vierten Taktes (= Ausschubtakt) liegt die Ventilbrücke 5 jedenfalls
wieder am Anschlagkolben 12 an und der Kipphebel hat wieder
den Nockengrundkreis erreicht. Ein neuer Bremszyklus kann beginnen.
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Der
Anschlagkolben 12 ist vorteilhafterweise (hydraulisch)
nachführbar, so dass ein Anschlagspiel zwischen dem Gegenhalter 10 und
der Ventilbrücke 5 automatisch ausgeglichen wird.
Dies ist auch deshalb günstig, da die genaue Lage der Ventilbrücke 5 aufgrund
des durch die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 bewirkten
Ventilspielausgleichs nicht exakt definiert ist. Aufgrund der automatischen
Nachführung des Anschlagkolbens 12 wird dessen
Lage der jeweils aktuellen Lage der Ventilbrücke 5 angepasst, so
dass kein Spalt zwischen dem Gegenhalter 10 und der Ventilbrücke 5 bleibt
und die Versorgung der Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 mit
dem Öl des Zusatzölkreises sicher gestellt ist.
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Der
Kolben 34 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37,
der primär für den Ventilspielausgleich bestimmt
ist, erfüllt bei der Brennkraftmaschine 1 weitere
Funktionen. Er ist auch ein Steuerelement für den (EVB-)Motorbremszyklus
und ein Durchflusselement für das abgesteuerte Öl.
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Weiterhin
ist die in der Ventilbrücke 5 vorgesehene Bohrungskonfiguration
besonders günstig. Sie ermöglicht insbesondere
eine Verwendung des Öls sowohl für die funktionelle
Bewegung, z. B. um das Auslassventil 3 in die zwischengeöffnete
Stellung zu bringen und dort zu halten, als auch zur hydraulischen
Steuerung der verschiedenen mechanisch bewegten Komponenten. So
ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn die Längsachsen
des Schafts 20, des Steuerkolbens 24, des Steuerdruckraums 27,
des Anschlagkolbens 12 und des Öldruckraums 15 sowie
die Mittenachsen des Ölkanals 28 und der Durchgangsbohrung 17 miteinander
fluchten.
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Im
Folgenden wird der normal befeuerte Motorbetrieb erläutert.
Dabei ist die Motorbremseinrichtung 2 deaktiviert bzw.
ausgeschaltet. Hierzu bleibt zum einen das Drosselelement im Abgaskanal
in geöffneter Stellung und zum anderen wird der Öldruck pSteuer im Zusatzölkreis – ggf.
auch bis auf Null – reduziert. Die Anschlagkolben 12,
der Steuerkolben 24 und der Kolben 29 sind dann
am jeweiligen oberen Totpunkt. Der Anschlagkolben 12 wird
in diesem Betriebszustand ohne nennenswerten Öldruck pSteuer aufgrund der Kraftwirkung der Rückstellfeder 13 in seine
komplett eingefahrene Stellung gebracht. In diesem Zustand schlägt
der Anschlagkolben 12 nie an der Ventilbrücke 5 an.
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Befindet
sich der Kipphebel auf dem Nockengrundkreis der Nockenwelle ist
auch der Kolben 34 der vierten Kolben-Zylinder-Einheit 37 an
seinem oberen Totpunkt. Die Absteueröffnung 41 ist
verschlossen. Damit kann Öl des Hauptölkreises
mittels der Ölzufuhrkanäle 8 und 44 in
den Ölaufnahmeraum 36 strömen, von wo
aus es nicht mehr entweichen kann, solange die Absteueröffnung 41 geschlossen bleibt.
Von dem unter dem konstanten Öldruck pKonstant stehenden Öl
des Hauptölkreises strömt eine so große
Menge in den Ölaufnahmeraum 36, dass das aktuelle
Ventilspiel aufgrund der hydraulisch und durch die Nachstellfeder 35 bedingten
Nachführung des Kolbens 34 ausgeglichen ist. Dies
erfolgt ebenfalls automatisch. Hierbei kommt es auf nur sehr geringe Ölmengen
an. Deshalb wird bei dem Rückschlagventil 45 die
Kugel mittels einer gesonderten Feder in dem Kugelsitz gehalten.
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Die
vorstehend im Zusammenhang mit dem Motorbremsbetrieb beschriebene
Wirkung der durch den Öldruck pSteuer des
Zusatzölkreises bewirkten hydraulischen Kraft FHyd auf die Zwischenöffnung des Auslassventils 3 kann
mit Vorteil sowohl zur Motorbremsung als auch zur Sicherstellung
eines ungestörten normal befeuerten Motorbetriebs verwendet werden.
So kann es insbesondere im Zusammenhang mit den zur Reduzierung
der Abgasemission veranlassten Maßnahmen dazu kommen, dass
sich auch während des normal befeuerten Motorbetriebs im
Abgaskanal ein hoher Staudruck ausbildet, so dass das Auslassventil 3 zu
einer Zwischenöffnung tendiert. Dies ist während
des normal befeuerten Motorbetriebs unerwünscht und wird
bei der mit der Motorbremseinrichtung 2 ausgestatteten
Brennkraftmaschine 1 dadurch unterdrückt, dass
der Öldruck pSteuer im Zusatzölkreis
während des normal befeuerten Motorbetriebs stark reduziert
oder sogar komplett abgeschaltet wird. Damit sinkt auch die hydraulische
Kraft FHyd. Sie liefert dann keinen nennenswerten
gegen die Schließkraft FFed wirkenden
Beitrag. Die Federkraft FNFed und die pneumatische
Kraft Fpn reichen alleine aber nicht aus,
um eine geblockte Zwischenöffnung des Auslassventils 3 zu
bewirken. Aufgrund des eingestellten niedrigen Öldrucks
pSteuer im Zusatzölkreis wird die
hydraulische Ventil-Zusatzsteuereinheit 19 während
des normal befeuerten Motorbetriebs abgeschaltet bzw. deaktiviert.
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Aufgrund
des Zusatzölkreises mit dem gezielt einstellbaren Öldruck
pSteuer lässt sich also sowohl
während des Motorbremsbetriebs eine fein justierbare Bremskraftwirkung
erreichen als auch während des normal befeuerten Motorbetriebs
eine dann unerwünschte Motorbremswirkung sicher unterdrücken.
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Bei
der Brennkraftmaschine 1 entfällt während
der Motormontage und auch während des späteren
Betriebs jegliche Einstellung des Ventilspiels und auch des Anschlagspiels
(= EVB-Spiels) zwischen dem Gegenhalter 10 und der Ventilbrücke 5. Der
Ausgleich beider Spiele erfolgt aufgrund der diesbezüglich
besonders günstigen Ausgestaltung der Motorbremseinrichtung 2 und
des Ventilspielausgleichsmechanismus (= vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37)
automatisch. Insbesondere erfolgt auch ein automatischer Ausgleich
der thermischen Ausdehnung der Auslassventile 3 und 4.
Da keine Spiele überbrückt werden müssen,
können die theoretisch vorgegebenen Steuerzeitpunkte exakter
eingehalten werden. Dies wirkt sich günstig auf die Abgaswerte aus.
Außerdem reduziert der Ausgleich des Ventil-Spiels und
des EVB-Spiels die Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine 1.
Es ergeben sich akustische Vorteile.
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Grundsätzlich
können die beschriebenen Ausgleichsmechanismen auch bei
den Einlassventilen eingesetzt werden. Die bei der Brennkraftmaschine 1 verwendeten
Komponenten sind keine Sonderbauteile. So kann z. B. die Ventilbrücke 5 in
ihrer Grundbauform auch bei anderen Brennkraftmaschinen verwendet
werden, die nicht mit einer Motorbremseinrichtung ausgestattet sind.
Die Ventilbrücke enthält dann nur die vierte Kolben-Zylinder-Einheit 37 mit
einem Kolben 34 ohne eine Absteueröffnung 46. Die
anderen drei Kolben-Zylinder-Einheiten 11, 19 und 33 sind
dagegen überflüssig. Sie entfallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0736672
B1 [0002, 0002]
- - EP 1526257 A2 [0002, 0002]