DE4338115C2 - Motorbremsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorbremsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Die­ selmotor, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Dekompressionsventile haben die Aufgabe, eine Rückfe­ derung zu vermeiden, die entsteht, wenn der Kolben ei­ nes Verbrennungsmotores beim Verdichtungsvorgang das im Brennraum des Motors befindliche Gas komprimiert. Federt der Kolben hierbei zurück, so treten nicht un­ erhebliche Energieverluste auf, welche die Motorbrems­ leistung mindern.

Eine derartige Vorrichtung ist in der EP-OS 0 193 142 beschrieben. Hierbei ist neben dem üblichen Auslaßven­ til des Motors ein zusätzliches Dekompressionsventil vorhanden. Dieses Dekompressionsventil ist jedoch nicht getaktet, sondern wird durch den Abgasgegendruck bei geschlossener Abgas-/Motorbremsklappe betätigt.

Ein weiterer Nachteil sind die enormen Kräfte, denen die Feder, welche das Ventil in Schließstellung halten muß, ausgesetzt ist. Da die Feder gegen den Zünddruck von z. B. 120 bar halten muß, ist sie entsprechend auf­ wendig und somit teuer ausgeführt.

Eine weitere Ausführung eines Doppelventiles ist in der DE-OS 35 46 423 beschrieben. Dieses Doppelventil soll die Funktion eines Ein- und Auslaßventiles für Verbrennungskraftmaschinen in einem einzigen Ventil vereinen. Die Betätigung des Ventiles erfolgt hierbei über die Nockenwelle des Motors. Der Einsatz dieses Ventiles als Dekompressionsventil ist in der DE-OS 35 46 423 nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motor­ bremsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorzusehen, welche die Motorbremsleistung erhöht, wo­ bei gegebenenfalls noch zusätzlich Preßluft für andere Zwecke erzeugt werden kann und im Bedarfsfalle auch noch eine Abgasrückführung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Durch die Ausbildung des Dekompressionsventiles als Doppelventil und das Vorsehen eines Steuergliedes, welches das Hilfsventil betätigt, kann das Hilfsventil unabhängig vom Hauptventil oder einer anderen Steue­ rungseinrichtung zur Ventilbetätigung, beispielsweise einer Nockenwelle, angesteuert werden.

Eines der wesentlichen Merkmale des Hilfsventiles ist, daß bei seinem öffnen der in dem Zylinder herrschende hohe Druck abgeleitet werden kann, wodurch sich nach­ folgend entsprechend das Hauptventil mit wesentlich geringeren Kräften öffnen läßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel eines Doppelventiles, wo­ bei das Hilfsventil als Tellerventil ausgeführt ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel eines Doppelventiles, wo­ bei das Hilfsventil als Nadelventil aus­ geführt ist, und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausfüh­ rungsbeispiel eines Doppelventiles.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Motorbremsvorrichtung mit einem Doppelventil 1, welches im wesentlichen ein Hauptventil 2 und ein Hilfsventil 3 aufweist, die so angeordnet sind, daß das Hilfsventil 3 im Hauptventil 2 in Längsrichtung verschiebbar ist.

Direkt über dem Hilfsventil 3 ist ein Steuerglied, das hier als Elektromagnet 4 ausgeführt ist, so ange­ ordnet, daß ein an dem Elektromagneten 4 angebrachter Betätigungsstift oder Betätigungsnocken 5 das Hilfs­ ventil 3 gegen die Federkraft einer ersten Ventilfeder 6 öffnen kann. Die erste Ventilfeder 6 hält das Hilfs­ ventil 3 in einer geschlossenen Position.

Eine zweite Ventilfeder 7 hält das Hauptventil 2 in einer geschlossenen Position. Die zweite Ventilfeder 7 liegt an einem Bund 8 (Kolben), der fest mit dem Hauptventil 2 verbunden ist, an. Der Bund 8 des Haupt­ ventiles 2 ist in einem hinter dem Doppelventil 1 lie­ genden Druckraum 9 geführt und teilt den Druckraum 9 in einen oberen und einen unteren Bereich, die gegen­ einander durch den Bund 8 abgedichtet sind. Der Druck­ raum 9 ist im allgemeinen zylinderförmig ausgeführt.

Von dem Druckraum 9 aus führt eine Nebenleitung 10 zu einer Auslaßleitung 11, die wiederum bei geöffnetem Hauptventil 2 direkt mit dem Brennraum 12 des Ver­ brennungsmotores verbunden ist.

Nachfolgend soll die Funktionsweise des Dekompres­ sionsventiles beschrieben werden. Beim Verdichten im Brennraum 12 ist das Auslaßventil geschlossen. Im Be­ reich des oberen Totpunktes des Kolbens wird nun das Hilfsventil 3 von dem Elektromagneten 4 gegen die Fe­ derkraft der ersten Ventilfeder 6 geöffnet. Das durch den Verdichtungsvorgang mit Druck beaufschlagte Gas aus dem Brennraum 12 kann somit durch das Hilfsventil 3 hindurch in den Druckraum 9 strömen, so daß in dem Brennraum 12 und in dem Druckraum 9 der Innendruck gleich groß ist. Aufgrund des relativ hohen Druckes im Druckraum 9, der auch auf den Bund 8 am Hauptventil 2 wirkt, wird das Hauptventil 2 auf Grund seiner geringeren Fläche im Brennraum 12 auch gegen die Federkraft der zweiten Ventilfeder 7 geöffnet, so daß das Gas von dem Brennraum 12 aus aufgrund des Druckgefälles direkt in die Auslaßleitung 11 strömt. Zum Öffnen des Hauptven­ tiles 2 muß also vom Elektromagneten 4 lediglich eine Kraft aufgebracht werden, die wenigstens so groß wie die Federkraft der ersten Ventilfeder 6 und die Kraft ist, welche sich durch das Produkt aus Fläche und Druck am Hilfsventil 3 einstellt.

Das in dem Druckraum 9 befindliche Gas, d. h. die Preß­ luft, kann entweder über eine Abzweigleitung 13 (ge­ strichelt dargestellt) zum Antrieb von pneumatischen Verbrauchern verwendet werden oder, was normalerweise der Fall ist, wieder durch das Hilfsventil 3 entwei­ chen wenn sich das Hauptventil 2 schließt und somit das Volumen des oberen Bereiches des Druckraumes 9 ge­ ringer wird. Es kann jedoch zusätzlich oder anstelle dieser Rückführung durch das Hilfsventil 3 alternativ vorgesehen sein, daß das im Druckraum 9 vorhandene Gas, das unter einem Druck von bis zu 120 bar stehen kann, auch über die Abzweigleitung 13 abgeführt oder wiederum nach erfolgter Dekompression über das Dekom­ pressionsventil zurück in den Brennraum 12 und von dort aus gegebenenfalls über das noch offene Hauptven­ til 2 abgeführt werden. Auf diese Weise werden auch Schmutzpartikel aus dem Druckraum 9 abgeführt. Durch die Nebenleitung 10 kann beim öffnen des Auslaßventiles das im unteren Bereich des Druckraumes 9 vorhande­ ne Gas entweichen, so daß sich kein Luftpolster bilden kann, auf dem der Bund 8 aufliegt und durch das ein vollständiges öffnen des Hauptventiles 2 verhindert wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Doppelven­ tiles liegt in einer einfachen Abgasrückführung. Ab­ gasrückführungen in den Brennraum sind bekannt. Hierzu wird eine entsprechende Menge Abgas aus dem Abgasrohr bzw. Auspuff abgezweigt und in den Brennraum gedrückt.

Durch die vorliegende Erfindung, d. h. durch das erfin­ dungsgemäße Doppelventil 1, kann nunmehr am Ende des Arbeitstaktes kurz vor Öffnung des Auslaßventiles das Hilfsventil 3 geöffnet werden, wodurch das verbrauchte Gas in den Druckraum 9 eingeschoben wird. Während des nachfolgenden Ansaugtaktes wird dann dieses in dem Druckraum 9 zwischengespeicherte Gas der Verbrennungs­ luft zugegeben, so daß man auf diese Art und Weise ein saubereres Abgas erhält.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Der grundsätzliche Aufbau stimmt hierbei mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiel überein, allerdings ist das Hilfsventil 3 als Nadelventil ausgeführt. Dies hat zur Folge, daß sich der Betätigungsstift oder der Betätigungsnocken 5 des Steuergliedes 4 bei geschlossener Stellung des Nadel­ ventiles in seiner unteren Position befindet, also die erste Ventilfeder 6 zusammendrückt.

Drückt der Betätigungsnocken 5 nicht auf das Nadelven­ til, so wird dieses von der ersten Ventilfeder 6 nach oben, d. h. in Richtung auf das Steuerglied 4, in seine geöffnete Position gedrückt.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 das Hilfsventil 3 durch eine entsprechende Aktivierung des Steuergliedes 4 in eine geöffnete Stellung ge­ bracht wird, ist die Betätigung nach dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 2 umgekehrt. Dies bedeutet, das Steuerglied 4 hält das Nadelventil stets in einer ge­ schlossenen Position. Soll das Nadelventil geöffnet werden, so wird das Steuerglied "deaktiviert" und es öffnet sich aufgrund der Vorspannung der Feder 6 und des im Kolbenraum vorhandenen Druckes.

Die Anordnung der einzelnen Teile entspricht der An­ ordnung in Fig. 1, so daß die jeweiligen Teile durch die bereits bei der Beschreibung von Fig. 1 eingeführ­ ten Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein drittes Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch hier das Hilfsventil 3 ebenso wie das Haupt­ ventil 2 als Tellerventil ausgeführt. Auf eine Druck­ hilfe für das Hauptventil 2, die, wie in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläutert, dazu führt, daß we­ sentlich geringere Stellkräfte zum Öffnen des Haupt­ ventils 2 und des Hilfsventils 3 notwendig sind, wird hier verzichtet. Das aus dem Brennraum 12 strömende Gas wird nach dem Öffnen des Hilfsventiles 3 gegen die Federkraft der ersten Ventilfeder 6 durch eine im Hauptventil 2 verlaufende Verbindungsleitung 14 in die nicht dargestellte Auslaßleitung gedrückt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3, das eine vereinfachte Ausbildung darstellt, wird zwar eine Mit­ wirkung zum Öffnen des Hauptventiles aufgrund des im Kolbenraum herrschenden hohen Druckes verzichtet, aber auch bei dieser vereinfachten Ausgestaltung läßt sich das Hauptventil 2 leichter öffnen. Dadurch nämlich, daß mit dem Öffnen des Hilfsventiles 3 der hohe Druck abgebaut wird, läßt sich nachfolgend das Hauptventil gegen einen entsprechend niedrigeren Druck leichter öffnen.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Doppelventiles läßt sich auch als normales Auslaßven­ til für einen Verbrennungsmotor und nicht nur, wie grundsätzlich vorgesehen, als Dekompressionsventil verwenden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zwar nicht der Systemdruck, also der im Brennraum vorherrschende Druck kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens, dazu verwendet, von der Rückseite des Doppel­ ventiles aus zusätzlich einen Druck auf das Dekom­ pressionsventil in Richtung auf den Brennraum aus zu­ üben, um das Öffnen des Ventiles zu erleichtern, aber durch Öffnen des Hilfsventiles können die im Verdich­ tungstakt auftretenden Druckspitzen im Brennraum abge­ baut werden und hierdurch das "Knallen", das sonst bei der schlagartigen Expansion des im Brennraum befind­ lichen Gases beim Öffnen des Auslaßventiles auftritt, verhindert werden.

Aus fertigungstechnischen Gründen (einfaches und exak­ tes Herstellen der Ventilsitze und -führungen) ist das Hilfsventil 3 bei allen beschriebenen Ausführungsbei­ spielen vorteilhafterweise immer koaxial im Hauptven­ til 2 angeordnet, obwohl auch eine außermittige Anord­ nung denkbar wäre.

Ein Vorteil aller drei beschriebenen Ausführungsbei­ spiele ist das Vorsehen eines wesentlich größeren Ab­ strömungsquerschnittes. Bei herkömmlichen Ventilen steht als Abströmungsquerschnitt nur der durch das Öffnen des Ventiles am Ventilsitz entstehende Quer­ schnitt zur Verfügung, während bei dem beschriebenen Doppelventil bei gleichen äußeren Abmessungen noch zu­ sätzlich der Strömungsquerschnitt vorhanden ist, den das Hilfsventil beim Öffnen freigibt.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Doppelventiles sind ein positiver Einfluß auf den Verbrennungsvorgang im Brennraum sowie die Möglichkeit einer Konstant­ drosseltaktung sehr nahe am oberen Totpunkt des Kol­ bens. Bei dieser Taktung wird kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens das Hilfsventil vom Elek­ tromagneten geöffnet, so daß hierbei Druckspitzen ab­ gebaut werden und die Kraft des Elektromagneten dann ausreicht, das Hauptventil vollends zu öffnen, da nun gegen eine geringere Widerstandskraft, die aus dem Druck im Brennraum beim Komprimieren des dort vorhan­ denen Gases resultiert, das Ventil vom Elektromagneten geöffnet wird. Diese Konstantdrosseltaktung trägt so­ mit zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauches des Verbrennungsmotors bei.

Wird das erfindungsgemäße Doppelventil von einer Rege­ lungseinrichtung gesteuert, so kann es auch beim Ab­ schalten einzelner Zylinder zur Reduzierung des Kraft­ stoffverbrauchs des gesamten Verbrennungsmotors zum Abblasen der in den Zylindern befindlichen Luft in das Abgassystem oder in benachbarte Zylinder verwendet werden, so daß für diesen Verwendungszweck keine zu­ sätzlichen Ventile vorgesehen werden müssen.

Mit dem erfindungsgemäßen Doppelventil läßt sich die Motorbremsleistung deutlich erhöhen. Dies ist insbe­ sondere auf die Taktung durch das Hilfsventil zurück­ zuführen, da der Kompressionstakt zur Bremsleistung herangezogen werden kann.

Claims (11)

1. Motorbremsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbeson­ dere für einen Dieselmotor, mit einem Dekompressionsventil, durch das in geöffneter Stellung im Bremsbetrieb zeitweise aus einem Arbeitszylinderraum (12) Druckluft bzw. Gas unter Druck in eine Auslaßleitung (11) abziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekompressionsventil als Doppelventil (1) ausgebildet ist, welches aus einem Hilfsventil (3) und aus einem Hauptventil (2) besteht, wobei das Hilfsventil (3) durch ein Steuerglied (4) aktivierbar ist und dadurch in geöffneter Stellung eine Druckab­ leitung (9, 13, 14) herstellt, und wobei das Hauptventil (2) im ge­ öffneten Zustand die Verbindung zu der Auslaßleitung (11) her­ stellt.

2. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Hauptventil (2) ein abgedichteter Kolben fixiert ist, wobei zwischen dem Hilfsventil (3) und dem Kolben ein Druckraum (9) gebildet ist und der Kolben nach dem Öffnen des Hilfsventils (3) aktiviert ist (Fig. 1, 2).

3. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (3) koaxial zu dem Hauptventil (2) in dessen Inneren angeordnet ist.

4. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckableitung (13) in den hinter dem Hauptventil (2) liegenden Druckraum (9) erfolgt und daß ein Bund (8) des Hauptventiles (2) als Kolben zur Unterstützung der Öffnungsbewegung in Längsrichtung des Doppelventiles verschiebbar ist.

5. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenleitung (10) in den Druckraum (9) hinter dem Dekom­ pressionsventil mündet.

6. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (9) über die Nebenleitung (10) mit der Auslaß­ leitung (11) verbunden ist.

7. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (9) mit einer Abzweigleitung (13) versehen ist, die zu Verbrauchern führt.

8. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (3) und das Hauptventil (2) jeweils durch ei­ ne Feder (6, 7) in Schließstellung gehalten sind.

9. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (3) als Tellerventil ausgebildet ist, wobei ein Betätigungsstift oder Betätigungsnocken (5) eines Elektroma­ gneten (4) als Schaltglied das Tellerventil in eine Offenstellung verschiebt.

10. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (3) als Nadelventil ausgebildet ist, das durch einen Betätigungsstift oder Betätigungsnocken (5) in Schließstellung gehalten ist.

11. Verwendung der Motorbremsvorrichtung zur Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, indem das Hilfsventil (3) im Normalbetrieb gegen Ende eines Arbeitstaktes durch das Steuer­ glied (4) in Offenstellung bringbar ist.