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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Motorbremsen
von Kraftfahrzeugen, die einen Verbrennungsmotor mit wenigstens
einem Zylinder, wenigstens einem Auslassventil an dem Zylinder und
einem Kipphebel zur Betätigung
des Auslassventils aufweisen, wobei der Kipphebel an einer hohlen
Kipphebelwelle angeordnet und durch Nocken an einer Nockenwellen
betätigbar
ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Steuerventil zum Steuern des Öldrucks
in der Kipphebelwelle und Mittel auf, die auf eine Erhöhung des Öldrucks
in der Kipphebelwelle reagieren und die in den Kipphebel zum Aufnehmen
eines Spiels zwischen dem Kipphebel und dem Auslassventil in dem
Fall eines erhöhten Öldrucks
integriert sind, in welchem Fall wenigstens einer der Nocken das Öffnen des
Auslassventils mit einer Motorbremswirkung verursacht.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Motorbremsen der oben
angegebenen Art.
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HINTERGRUND
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Nutzfahrzeuge,
wie beispielsweise Lastwagen und Busse, sind normalerweise mit einer
Motorbremsfunktion ausgestattet, um die Radbremsen im Fahrzeug während des
Bremsens zu schonen. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt,
eine Motorbremswirkung bei einem Verbrennungsmotor durch Anordnung
eines Drosselorgans, beispielsweise in der Form eines Ventils im
Abgassystem des Motors, vorzusehen. Auf diese Weise kann ein Teil
der Arbeit während
des Auslasshubs des Zylinders verwendet werden, um die Bremswirkung
zu verstärken.
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Eine
andere Art einer Motorbremse ist eine sogenannte Kompressionsbremse,
die die Funktion eines oder mehrerer Auslassventile des Motors hat, die
so gesteuert werden, dass sie Luft, die während des Kompressionshubs
des Motors im Verbrennungsraum komprimiert worden ist, teilweise
in das Abgassystem ausströmen
kann. Dies bedeutet, dass ein Teil der während des Kompressionshubs
geleisteten Kompressionsarbeit während
des Expansionshubs des Motors nicht genutzt wird und zur Erzielung einer
Bremswirkung an der Kurbelwelle verwendet wird.
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Bei
einer bekannten Art einer Kompressionsbremse werden die Auslassventile
so gesteuert, dass die Nockenwelle des Motors ein Profil besitzt,
das mit wenigstens einem Extranocken ausgebildet ist, um ein Öffnen der
Auslassventile mit dem Ziel der Erzeugung einer Bremswirkung zu
erhalten. Des Weiteren sind die Ventile mit einem kleinen Spiel
ausgebildet, dessen Größe (zusammen
mit den Abmessungen des Extranockens) so gewählt ist, dass der Extranocken
während
des normalen Motorbetriebs nicht auf die Ventile einwirkt. Zu diesem
Zweck besitzt der Extranocken eine Hubhöhe, die im Vergleich zu dem normalen
Auslassnocken sehr klein ist. Damit der Extranocken während des
Motorbremsens arbeiten kann, d.h. sich die Auslassventile während des
Motorbremsens öffnen
können,
ist der jeweilige Kipphebel mit einer Einrichtung in der Gestalt
eines verschiebbaren Kolbens ausgebildet, der durch Öl beeinflusst
wird, um zu einer Ausgefahrenen Stellung bewegt zu werden. Dies
bewirkt, dass das Ventilspiel eliminiert wird und die Hubhöhe des Extranockens dann
ausreicht, die Auslassventile zu öffnen.
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Abgesehen
von der Verwendung einer Motorbremsvorrichtung zum Bremsen des Fahrzeugs als
solches, d.h. als Ergänzung zu
den Radbremsen des Motors besteht auch der Wunsch zur Verwendung
einer Kompressionsbremse beim Schalten der Gänge im Getriebe des Fahrzeugs.
Es kann hier angegeben werden, dass Nutzfahrzeuge, wie Lastwagen
und Busse, immer häufiger
mit automatischen oder halbautomatischen Getrieben ausgestattet
sind. Solche Getriebe können
mit herkömmlichen
handgeschalteten Getrieben mit der Ausnahme verglichen werden, dass
das Schalten der Gänge
mittels eines Steuerorgans statt manuell durch den Fahrer durchgeführt wird.
Die beigefügte 1 zeigt
die Hauptphasen in Verbindung mit dem Hochschalten (d.h. in einen
höheren
Gang) eines solchen Getriebes. 1 zeigt
einen Vergleich zwischen dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl
bezogen auf die Zeit bei einem gegebenen Motortyp.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, zeigt die Phase "a" einen normalen Betriebszustand, bevor
ein Schaltvorgang initiiert wird. Die Phase "b" zeigt
die Wegnahme des Motordrehmoments, sobald entschieden worden ist,
dass ein Hochschalten stattfinden soll. Die Phase "c" zeigt das Auskuppeln der Klauenkupplung,
um das Getriebe vom Motor abzukuppeln. Die Phase "d" zeigt die Freigabe der Motordrehzahl,
um die Motordrehzahl an das zu wählende Übersetzungsverhältnis anzupassen.
Sobald die Motordrehzahl ausreichend herabgesetzt ist, kann der neue
Gang eingelegt werden. Die Phase "e" zeigt den
Eingriff der neuen Klauenkupplung. Die Phase "f" zeigt
die erneute Einwirkung des Drehmoments, und die Phase "g" zeigt einen normalen Betriebszustand, nachdem
der Schaltvorgang stattgefunden hat.
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Um
den Verlust von Antriebsleistung des Motors während des Hochschaltens herabzusetzen,
ist es vorteilhaft, wenn die Motordrehzahl an das neue Übersetzungsverhältnis sobald
wie möglich
angepasst werden kann. Aus dem Dokument SE-C-502 154 ist es bekannt,
eine Abgasbremse selektiv während
des Hochschaltens einzusetzen, wenn bestimmte Betriebsparameter
erreicht sind, um eine schnelle Abnahme der Motordrehzahl während des Schaltvorgangs
zu erreichen. Auf diese Weise wird angeblich der Verschleiss des
Abgasbremssystems herabgesetzt, da die Einsetzung der Abgasbremse nur
während
eines kleinen Teils der Gesamtheit des Hochschaltens stattfindet.
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Ein
Hilfsbremssystem für
Nutzfahrzeuge ist aus der US-A-5
193 497 bekannt, die einen Verbrennungsmotor zeigt, der mit einer
Einrichtung zum Absorbieren des Ventilspiels in der Ventileinrichtung
des Motors ausgestattet ist. Die Absorption wird mittels eines aktiv
einstellbaren, hydraulisch angetriebenen Absorptionsmittels durchgeführt, das
zwischen zwei Stellungen, einer zurückgezogenen Stellung und einer
ausgefahrenen Stellung, einstellbar ist, wobei das Absorptionsmittel
am Arbeitsende der Kipphebel angeordnet ist, deren Ventilspiel zu
absorbieren ist. In einer Weise, die in diesem Dokument im Detail
beschrieben wird, wird das vorhandene Druckölsystem des Motors verwendet,
um die Funktion der Einrichtung zu garantieren.
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Das
Hilfsbremssystem, das in der oben angegebenen US-A-5 193 497 beschrieben
ist, hat sich erheblichen kommerziellen Erfolgs erfreut. Infolge der
verhältnismäßig langen
Zeit, die notwendig ist, dass das Absorptionsmittel seine ausgefahrene
Stellung erreicht, ist das System gemäß der US-A-5 193 497 jedoch
nicht zur Herabsetzung der Motordrehzahl beim Hochschalten geeignet.
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Aus
der schwedischen Patentanmeldung 9804439-9 ist eine Anordnung zum
Motorbremsen bei einem Verbrennungsmotor vorbekannt. Diese Anordnung
dient zum Motorbremsen durch Herabsetzen der Motordrehzahl beim
Schalten und besitzt zu diesem Zweck eine spezielle Einrichtung,
die auf ein Signal reagiert, das als eine Reaktion für eine Notwendigkeit,
einen Schaltvorgang zu erreichen, und zur Erzielung einer Absorption
eines Ventilspiels in einem Kipphebel erzeugt wird.
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In
Verbindung mit Motorbremsvorrichtungen, die beim Schalten der Gänge verwendet
werden, wird eine Druckregelungsventileinrichtung zum Zuführen von
unter Druck stehendem Öl
zu einer Einrichtung zum Absorbieren des Ventilspiels im Hebelarm
verwendet. Eine vorbekannte Steuerventileinrichtung besitzt einen
verschiebbaren Ventilkörper, auf
den eingewirkt werden kann, um in einer ersten Stellung, die einer
Funktion der Herabsetzung des Drucks entspricht, und in einer zweiten
Stellung, die keiner Funktion einer Herabsetzung des Drucks entspricht,
angeordnet zu werden. Das Öl
wird dem Kipphebel über
einen Kanal, der mit einem Auslass in der Gestalt einer sehr engen
Bohrung ausgestattet ist, durch die hindurch das Öl strömen kann,
und in dieser Weise zugeführt,
um auf den Ventilkörper
einzuwirken, um, in Abhängigkeit
vom Betrieb, in irgendeiner von vorbestimmten Stellungen angeordnet zu
werden. Zu diesem Zweck ist das Steuerventil auch mit einem einstellbaren
Magnetventil ausgestattet, das zur Abführung von Öl dient, das durch die enge
Bohrung hindurch zugeführt
worden ist.
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Obwohl
diese vorbekannte Einrichtung prinzipiell zufriedenstellend arbeitet,
ist sie mit einigen Nachteilen verbunden. Der anzugebende Hauptnachteil
besteht darin, dass sie eine kleine und sorgfältig definierte Bohrung für den Transport
des Öls aufweist,
was eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Verstopfungen und Toleranzen
bewirkt. Des Weiteren bewirkt dieses vorbekannte Ventil ein verhältnismäßig langsames
Einkuppeln und Auskuppeln, was insbesondere in Verbindung mit dem
Schalten bemerkenswert ist. Des Weiteren ist die Gestaltung gegenüber äußeren Störungen empfindlich,
beispielsweise in der Form von Temperaturänderungen, und Verunreinigungen,
wie beispielsweise Schmutzpartikel oder Beläge.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung
zum Motorbremsen zu schaffen, die insbesondere zur Verwendung für ein schnelles
Herabsetzen der Drehzahl eines Motors während des Schaltens geeignet
ist.
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Dieser
Zweck wird erfindungsgemäß mittels der
Vorrichtung des beigefügten
Anspruch 1, weiter ins Detail gehend mittels einer Vorrichtung der
eingangs angegebenen Gattung, erreicht, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass das Steuerventil einen einstellbaren Ventilkörper und
einen Kanal zwischen dem Ventilkörper
und der Kipphebelwelle aufweist, der mit einem steuerbaren Auslass
versehen ist, wobei der Ventilkörper
dazu bestimmt ist, in einer ersten Stellung mit einer druckreduzierenden
Wirkung und in einer zweiten Stellung ohne druckreduzierende Wirkung
angeordnet werden kann.
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Es
ist ein weiterer Zweck der Erfindung, ein Verfahren zum schnellen
Herabsetzen der Drehzahl eines Motors während des Schaltens zu erreichen.
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Dieser
Zweck wird erfindungsgemäß mittels des
Verfahrens des beigefügten
Anspruchs 12, weiter ins Detail gehend mittels eines Verfahrens
der eingangs angegebenen Gattung, erreicht, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass es das Steuern eines Steuerventils umfasst, das einen
steuerbaren Ventilkörper und
einen Kanal zwischen dem Ventilkörper
und der Kipphebelwelle aufweist, der mit einem steuerbaren Auslass
versehen ist, wobei das Steuern das Anordnen des Ventilkörpers in
einer ersten Stellung mit einer druckreduzierenden Wirkung und in
einer zweiten Stellung ohne druckreduzierende Wirkung umfasst.
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Mittels
der Erfindung werden bestimmte Vorteile erreicht. Als am meisten
bedeutend kann angegeben werden, dass die Erfindung ein sehr schnelles Bremsen
eines Motors in Verbindung mit einem Schaltvorgang gestattet. Die
Erfindung stellt auch eine sehr robuste Gestaltung mit einer zuverlässigen Funktion
zur Verfügung.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind aus den beigefügten abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein Beispiel einer
bevorzugten Ausführungsform
und die beigefügten
Figuren detaillierter erläutert,
in denen zeigen:
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1 eine
grafische Darstellung der hauptsächlichen
Phasen des Hochschaltens eines Getriebes;
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2 schematisch
eine Einrichtung zur Absorption eines Ventilspiels;
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3 schematisch
die Funktion der vorliegenden Erfindung während des normalen Motorbetriebs
eines Verbrennungsmotors; und
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4 schematisch
die Funktion der vorliegenden Erfindung beim Bremsen des Motors
während
das Schaltens.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Wie
zuvor angegeben zeigt 1 die hauptsächlichen Phasen des Hochschaltens
(d.h. in einen höheren
Gang) bei der Art von Getrieben, die einen Gang wechseln, während eine
Leistungsübertragung stattfindet,
wie es gängige
Praxis bei Nutzfahrzeugen ist. 1 zeigt
einen Vergleich zwischen dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl
bezogen auf die Zeit. Die Phase "a" zeigt einen normalen
Betriebszustand, bevor ein Schaltvorgang initiiert wird. Da die Phase "a" vor dem Hochschalten liegt, steigt
die Motordrehzahl während
dieser Phase normalerweise an. Die Phase "b" zeigt
den Wegfall des Drehmoments, sobald entschieden worden ist, dass
ein Hochschalten stattfinden soll. Ein Wegfall des Drehmoments macht
eine gegenseitige Anpassung der Drehzahl der Ausgangswelle des Motors
und der Eingangswelle des Getriebes erforderlich und kann in einer
Reihe von Arten in Abhängigkeit
von den Betriebszuständen
des Fahrzeugs, in dem sich das Getriebe befindet, bewerkstelligt
werden. Die Phase "c" zeigt das Auskuppeln
einer Klauenkupplung (nicht dargestellt), um die Getriebewelle vom
Motor abzukuppeln. In dieser Phase wird die Kraftstoffzuführung zum
Motor eingeschränkt,
um zu verhindern, dass die Motordrehzahl ansteigt. Die Phase "d" zeigt die Absenkung der Motordrehzahl,
um die Motordrehzahl an das zu wählende Übersetzungsverhältnis anzupassen.
Es ist hauptsächlich
die Zeitspanne bis zur Erreichung der gewünschten Motordrehzahl, die
entscheidet, wie schnell ein Hochschalten stattfinden kann. Sobald
die Motordrehzahl ausreichend abgesenkt worden ist, kann ein neuer
Gang eingelegt werden. Daher zeigt die Phase "e" das
Einkuppeln der neuen Klauenkupplung. Die Phase "f" zeigt
die erneute Einwirkung des Drehmoments, und "g" zeigt schließlich einen
normalen Betriebszustand, nachdem der Schaltvorgang stattgefunden
hat.
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Erfindungsgemäß wird eine
Absenkung der Motordrehzahl während
der Phase "d" (s. 1) durch
Verwendung einer speziellen Steuerventileinrichtung erreicht, die
weiter unten im Detail beschrieben wird. Auf diese Weise wird ein
schnelles Schalten ermöglicht.
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Die
Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Getrieben
bestimmt, die nicht synchronisiert sind. Des Weiteren ist die Erfindung zur
Verwendung in Verbindung mit einem Ventilmechanismus bestimmt, wie
aus 2 ersichtlich ist. Dieser Ventilmechanismus ist
eine modifizierte Version des Ventilspielabsorptionsmechanismus,
der in der US-A 5 193 497 dargestellt ist, deren Inhalt als Bezugnahme
dieser Anmeldung hinzugefügt
wird. 2 zeigt daher einen Ventilmechanismus für einen Verbrennungsmotor.
Der Mechanismus 1 besitzt eine Nockenwelle 2,
die über
eine zylindrische Rolle 3 eine Drehbewegung an einen Kipphebel 4 überträgt. Der
Kipphebel 4 ist an einer hohlen Kipphebelwelle angeordnet,
die an einem nicht dargestellten Zylinderkopf in einer geeigneten
Weise anzuordnen ist, beispielsweise über Schrauben. Die Nockenwelle 2 erhält die Drehbewegung
in einer herkömmlichen Weise über ein
Getriebe von der Nockenwelle des Motors (nicht dargestellt).
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Die
Bewegung, die von der Nockenwelle 2 an den Kipphebel 4 übertragen
wird, wird hauptsächlich
durch einen ersten Nocken 2a gesteuert, der durch einen
Auslassnocken zum Öffnen
des Auslassventils zu einem geeigneten Zeitpunkt gebildet ist. Des
Weiteren ist die Nockenwelle 2 mit wenigstens einem, gemäß der Ausführungsform
zwei, Extranocken 2b, 2c gestaltet, von denen
ein erster Extranocken 2b durch einen Ladenocken gebildet
ist, dessen Zweck bei Aktivierung der Motorbremsfunktion im Öffnen des
Auslassventils am Ende des Einlasshubs des Motors und darin besteht,
das Auslassventil bei Beginn des Kompressionshubs offen zu halten.
Der zweite Extranocken 2c ist durch einen Dekompressionsnocken
gebildet, der an der Nockenwelle 2 so angeordnet ist, dass er
das Auslassventil am Ende des Kompressionshub öffnen. Die Hubhöhe der Extranocken 2b, 2c ist
gegenüber
der Hubhöhe
des ersten regulären
Nockens 2a sehr klein.
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Prinzipiell
kann die Nockenwelle so angeordnet sein, dass sie sich in beiden
Richtungen dreht. Die beiden Extranocken 2b, 2c sind
entsprechend der gewählten
Drehrichtung gestaltet und bemessen.
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Das
Verstellen des Kipphebels 4 wird über ein Mittel 6 und
ein halbkugelförmiges
Steuerorgan 7 an ein Joch 8 übertragen, das entlang einer
Führungsstange
S am Zylinderkopf auf und ab bewegbar ist. Bei der dargestellten
Ausführungsform
bewirkt das Joch 8 auf zwei Ventilrohren 9. Jedes
Ventilrohr ist in herkömmlicher
Weise von einer Ventilfeder 10 umgeben. Abgesehen von diesen
beiden Ventilfedern 10 gibt es eine Feder 11,
die unterhalb des Jochs 8 angeordnet ist. Der Zweck dieser
Feder besteht darin, das Joch in einer solchen Stellung zu halten,
dass das Spiel, das stets bei einem Ventilmechanismus dieser Art
auftritt, zwischen den jeweiligen Ventilrohren 9 und der
Unterseite des Jochs 8 auftritt.
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Erfindungsgemäß wird der
oben beschriebene Ventilmechanismus mit unter Druck stehendem Öl versorgt,
das dem Hohlraum in der Kipphebelwelle 5 mittels einer
besonderen Steuerventileinrichtung zugeführt wird, die weiter unten
unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben
wird. Diese Steuerventileinrichtung dient dazu, Öl unter einem geeigneten Druck
der Kipphebelwelle 5 unter dem Einfluss der Steuerung eines
Steuersystems (nicht dargestellt) zuzuführen, das seinerseits beispielsweise
eine Motorsteuereinheit und eine Getriebesteuereinheit umfassen
kann. Die Steuerung mittels des Steuersystems dient dann dazu, die
Aktivierung der Steuerventileinrichtung zu aktivieren, wenn ein
Schaltvorgang stattfindet. Bei einer solchen Initiierung eines Schaltvorgangs
wird Öl
unter Druck in die Kipphebelwelle 5 entlang eines Kanals 13 in
den jeweiligen Kipphebel 4 eingeführt. Das Öl beeinflusst dann das Mittel 6, das
am Ende des Kipphebels oberhalb der Ventilrohre 9 angeordnet
ist. Das Mittel 6 besitzt vorzugsweise die Gestalt eines
Kolbens, der in zwei Stellungen arbeitet und zwischen diesen Stellungen
bewegbar ist, die eine zurückgezogene
Stellung und eine ausgefahrene Stellung sind. Während normaler Arbeitzustände wird Öl der Kipphebelwelle 5 mit
etwa 1 bar. zugeführt.
Während
dieser Druckzustände
wird der Kolben 14 mittels der Feder 11, die auf
das Joch 8 wirkt, in der zurückgezogenen Stellung gehalten.
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Wenn
eine zusätzliche
Bremswirkung benötigt
wird, liefert das oben angegebene Steuersystem eine Instruktion
an die Steuerventileinrichtung, um Öl der Kipphebelwelle 5 unter
einem höheren
Druck, beispielsweise mit 2 bar, zuzuführen. Auf diese Weise wird
eine Bremswirkung mittels des Kolbens 14 erreicht, der
seine ausgefahrene Stellung einnimmt, bei der das Ventilspiel nicht
absorbiert wird.
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In 3 ist
schematisch eine Steuerventileinrichtung 15 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Diese Steuerventileinrichtung wird zum Zuführen von Öl zu der
Kipphebelwelle 5 verwendet, die in 3 schematisch
angegeben ist. Diese Steuerventileinrichtung 15 wirkt mit
einem Drosselventil 16 zusammen, das in Verbindung mit
dem oben genannten Kolben 14 im Kipphebel angeordnet ist.
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3 zeigt
die Erfindung in einem Zustand, der während des normalen Motorbetriebs
bei einem Verbrennungsmotor auftritt, d.h. wenn es keinen Schaltvorgang
gibt und somit kein Motorbremsen notwendig ist. Die Steuerventileinrichtung 15 weist einen
Einlass 17 zum Zuführen
von unter Druck stehendem Öl
mit einem bestimmten Einlassdruck p1 auf,
der in geeigneter Weise etwa 1 bar misst. Öl wird dann von einer nicht
dargestellten Ölpumpe
aus und zum Einlass 17 in der mittels eines Pfeils in 3 angegebenen
Richtung zugeführt. Über den
Einlass 17 wird das Öl
einem Druckregulierungsventil mit einem Ventilkörper 18 zugeführt, der
vorzugsweise als Zylinder mit einem schlanken Abschnitt 19 gestaltet
ist, dessen Durchmesser kleiner als der des übrigen Teils des Ventilkörpers 18 ist.
Das Ventil ist in einem Halter 20 verschiebbar, der eine
innere rohrförmige
Aussparung mit einem Innendurchmesser aufweist, der etwas größer als
der Außendurchmesser
des Ventilkörpers 18 ist.
Das Öl
wird dann veranlasst, in Richtung zu dem schlanken Querschnitt 19 zu
strömen,
wobei sich das Ventil in einer Gleichgewichtsstellung befindet,
die teilweise durch den Druck des Öls, das in diesem Abschnitt 19 strömt, jedoch
auch durch die von einem Spiralfederelement 21 ausgeübte Kraft
bestimmt ist, die auf den Ventilkörper 18 in einer vorbestimmten
Richtung (in 3 nach links) wirkt. Des Weiteren
wird auf den Ventilkörper 18 eingewirkt,
diese Gleichgewichtsstellung einzunehmen, und zwar durch den Druck
des sich in einer Kammer 22 befindenden Öls, der
auf den Ventilkörper 18 in
der verglichen mit der Kraft des Spiralfederelements 21 entgegengesetzten
Richtung und dem Druck des Öls
einwirkt, das am Einlass 17 einströmt.
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In
der oben angegebenen Gleichgewichtsstellung befindet sich der Ventilkörper 18 in
einer Stellung, bei der der Abschnitt 19 zusammen mit dem Halter 20 einen
verhältnismäßig engen
Schlitz bildet, durch den hindurch Öl strömen kann, jedoch mit einem
reduzierten Druck. Diese Ölströmung mit
reduziertem Druck strömt
durch einen Kanal 23 in Richtung zu dem oben angegebenen
Drosselventil 16, das mit einer Kugel 24 ausgebildet
ist, die über
ein zweites Federelement 25 federbelastet ist. Mittels des
Federelements 25 wird normalerweise auf die Kugel 24 in
einer Richtung von einem Kugelsitz 26 weg eingewirkt. Auf
diese Weise bildet die Kugel 24 mit ihrem Kugelsitz 26 eine
steuerbare Öffnung
für Öl. Bei dem
in 3 dargestellten Zustand – wobei der Öldruck im
Kanal 23 verhältnismäßig niedrig
ist – drückt das
Federelement 25 die Kugel 24 in einer Richtung
von dem Kugelsitz 26 weg, wodurch eine Verbindung über das
Drosselventil 16 zum Kolben 14 hin offen gehalten
ist. Detaillierter ausgedrückt
wird dann Öl
unter einem verhältnismäßig niedrigen Druck
zu einem Raum 27 oberhalb des Kolbens 14 strömen gelassen.
In diesem Zustand, der dem normalen Betrieb des betroffenen Fahrzeugs
entspricht, gibt es keine Absorption des Ventilspiels, d.h. es gibt ein
Ventil, und daher ist keine Motorbremswirkung erreicht.
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Die
Steuerventileinrichtung 15 gemäß der Erfindung weist weiter
ein besonderes Solenoidventil 28 auf, das so angeordnet
ist, dass es eine Verbindung zwischen dem Kanal 23 und
einer Kammer 22 entweder öffnen oder schließen kann.
Das Solenoidventil 28 kann auch eine Verbindung zwischen
der Kammer 22 und einem Auslass 29 zur Abführung von Öl öffnen oder
blockieren.
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Unter
Bezugnahme auf 2 (die das Steuerventil 15 nicht
zeigt) und 3 kann beachtet werden, dass
der Kanal 23 Öl
zu der Kipphebelwelle 5 führt. Des Weiteren ist das Drosselventil 16 im
Hebelarm 4 angeordnet, was in 2 nicht
zu sehen ist, jedoch im Detail in 3 und 4 dargestellt
ist.
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In 3 ist
das Solenoidventil 28 in einem Zustand dargestellt, der
dem normalen Motorbetrieb entspricht, d.h. ohne dass irgendeine
Motorbremswirkung erreicht wird. Das Solenoidventil 28 weist
ein Ventilelement 30 auf, das als das Ende einer verschiebbaren
Ventilstange 31 gestaltet ist. Das Ventilelement 30 kann
in zwei Stellungen angeordnet werden, sodass es in einer Abdichtungsstellung
entweder an einem oberen Ventilsitz 32 oder einem unteren Ventilsitz 33 anliegt.
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In
der in 3 dargestellten Stellung befindet sich das Ventilelement 30 in
einer oberen Stellung als Folge des Einflusses eines Federelements 34,
das in dem Solenoidventil 28 enthalten ist. In dieser Stellung
ist das Solenoidventil 28 daher ohne Strom, und liegt das
Ventilelement 30 in einer Abdichtungsstellung an dem oberen
Ventilsitz 32 an. Wie oben erläutert bewirkt dies, dass eine
Verbindung zwischen dem Kanal 23 und der Kammer 22 besteht.
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Das
Solenoidventil 28 ist elektrisch an das oben angegebene
Steuersystem angeschlossen und mittels desselben steuerbar. Weiter
ins Detail gehend gibt das Steuersystem ein Signal für die Aktivierung des
Solenoidventils 28 ab, wenn ein Schaltvorgang zu initiieren
ist. Dies bewirkt dann, dass die Ventilstange 31 mittels
eines Elektromagnets 35 in dem Solenoidventil 28 zu
einer ausgefahrenen Stellung heraus gedrückt wird (und so die Kraft
des Federelements 34 überwindet).
In dieser aktivierten Stellung liegt das Ventilelement 30 nicht
länger
an dem oberen Ventilsitz 32 an, sondern ist es stattdessen
in eine Berührungsstellung
mit dem unteren Ventilsitz 33 bewegt.
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Der
aktivierte Zustand der Steuerventileinrichtung 15 gemäß der Erfindung
ist in 4 dargestellt. Wie aus dieser Figur zu ersehen
ist, wird dann die Verbindung zwischen dem Kanal 23 und
der Kammer 22 geschlossen. Es kann gesagt werden, dass
auf diese Weise der steuerbare Auslass 36, der durch eine
Verbindung zwischen dem Kanal 23 und der Kammer 22 jetzt
mittels des Solenoidventils 28, gebildet ist, in einer
Stellung angeordnet worden ist, die den Kanal 23 vollständig abdichtet,
d.h. ohne irgendeine Nebenströmung
durch den Auslass 36 hindurch. Gleichzeitig ist eine Verbindung
zwischen der Kammer 22 und einem Auslass 29 geöffnet, so
dass Öl
abgeführt
wird, das sich zuvor in der Kammer 22 befunden hat. Dies
bewirkt seinerseits, dass der Ventilkörper 18 als Folge
der Federkraft, die an dem Ventilkörper 18 über das
Federelement 21 wirkt, etwas verschoben wird (in 3 und 4 nach
links). Dies bewirkt, dass der Kanal 23 für die Zuführung von unter
Druck stehendem Öl über den
Einlass 17 und den Ventilkörper 18 vollständig geöffnet wird.
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Da
der Kanal 23 jetzt vollständig geöffnet ist und es keine Reduzierung
des Drucks des Öls
gibt, ist eine Strömung
des Öls
mit einem verhältnismäßig hohen
Druck, der in geeigneter Weise in der Größenordnung von 2–4 bar liegt,
durch den Kanal 23 und zu den Drosselventilen 16 in
diesem aktivierten Zustand erreicht. Der Öldruck wird dann zusammen mit
den anderen Bauteilen in einer solchen Weise eingestellt, dass der Öldruck die
Kraft des zweiten Federelements 25 überwindet und die Kugel 24 mit
ihrem Kugelsitz 26 in Berührung bringt. Zu diesem Zweck
ist die Kugel mit einem kolbenartigen Element 37 verbunden,
gegen das der Öldruck
arbeitet.
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Wenn
die Kugel 24 mit dem Kugelsitz 26 in Berührung steht,
wird das Öl,
das sich in dem Raum 27 oberhalb des Kolbens 14 befindet,
eingefangen. Der hohe Druck, der auch herrscht, beeinflusst den Kolben 14 zur
Einnahme seiner ausgefahrenen Stellung, was bedeutet, dass das Ventilspiel
in Verbindung mit der Bewegung der Auslassventile im Wesentlichen
eliminiert ist, d.h. das Ventilspiel ist dann absorbiert. Unter
Bezugnahme auf das oben beschriebene bedeutet dies, dass jetzt eine
Motorbremsfunktion erreicht ist.
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Wenn
gewünscht
wird, das Ventilspiel zu absorbieren, d.h. wenn eine weitere Bremswirkung
in Verbindung mit einem Schaltvorgang gewünscht wird, liefert das Steuersystem über Signale
Instruktionen an das Solenoidventil 28, um die Ventilstange 31 in
ihre ausgefahrene Stellung zu verbringen. Dies bewirkt eine Bewegung
des Kolbens 14 in seine ausgefahrene Stellung. In seiner
ausgefahrenen Stellung verwendet der Kolben 14 das Ventilspiel
in einer solchen Weise, dass der reguläre Nocken 2a und die Extranocken 2b, 2c,
die an der Nockenwelle 2 ausgebildet sind, auf den Kipphebel
wirken. Dies bedeutet, dass die entsprechenden Auslassventile bewegt
werden können,
um ein Motorbremsen zu bewirken.
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Die
Erfindung ist vorzugsweise in einer solchen Weise ausgebildet, dass
die Querschnittfläche, von
der gesagt werden kann, dass sie durch den oben angegebenen Kanal 23 (der
beispielsweise durch ein Bohrloch gebildet ist, d.h. eine rohrförmige Nut)
gebildet ist, in einer vorbestimmten Weise in einem Verhältnis zu
der Querschnittfläche
steht, von der gesagt werden kann, dass sie durch das oben angegebene
steuerbare Ventil 36 gebildet ist, steht. Weiter ins Detail
gehend liegt entsprechend der bevorzugten Ausführungsform das Verhältnis zwischen der
Querschnittfläche
des Kanals 23 und der Querschnittfläche des steuerbaren Auslasses 36 hauptsächlich im
Bereich von 1–5.
Dies bedeutet somit, dass diese beiden Querschnittflächen von
im Wesentlichen gleicher Größenordnung
sind. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 kann
von der Querschnittfläche
des steuerbaren Auslasses 36 gesagt werden, dass sie der
Fläche
der Öffnung
in den unteren Einlass des Solenoidventils 28 entspricht
(d.h. hauptsächlich
in Verbindung mit dem unteren Ventilsitz). In Folge der Gestaltung
des Kanals und des steuerbaren Auslasses wird ein sehr geringer
Abfall des Drucks erreicht sowie auch eine sehr kurze Füllzeit (beim
Einfüllen
von Öl)
an dem steuerbaren Auslass.
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Für eine normale
Anwendung, bei der das Ventil gemäß der Erfindung in Verbindung
mit einem Verbrennungsmotor für
ein Lastfahrzeug verwendet wird, bei dem das Hubvolumen eines Verbrennungszylinders
in der Größenordnung
von 2 Liter liegt, liegt der Durchmesser dieses Kanals 23 vorzugsweise
in der Größenordnung
von 5–15
mm, wobei der Durchmesser dieses steuerbaren Auslasses vorzugsweise in
der Größenordnung
von 2–10
mm liegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Gestaltung mit
diesen Abmessungen beschränkt,
sondern kann so verändert
werden, dass eine Einstellung auf verschiedene Anwendungen durchgeführt werden
kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Abmessungen dieses steuerbaren Auslasses 36 in
einer solchen Weise gewählt,
dass im Wesentlichen keine Zeitverzögerung während der Unterdrucksetzung
und der Druckentlastung in dem steuerbaren Auslass 36 im
Vergleich zu einer entsprechenden Unterdrucksetzung und Druckentlastung
in dem Kanal 23 erreicht wird. Somit ist mittels der Erfindung eine
sehr schnelle Unterdrucksetzung und Druckentlastung erreicht, was
einem schnellen Einfluss auf den Kolben 14 entspricht.
Dies gestattet seinerseits ein sehr schnelles Motorbremsen und in
entsprechender Weise ein sehr schnelles Schalten.
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Die
Erfindung gestattet eine insbesondere vorteilhafte Funktion dadurch,
dass sie einen sehr schnellen Übergang
zwischen dem Motorbremsen und dem Motorbetrieb (und umgekehrt) in
Folge der großen
Strömungsfläche für das Öl in dem
Kanal 23 gestattet. Des Weiteren stellt das Solenoidventil 28 eine
einfache und robuste Einrichtung dar, die eine schnelle Einstellung
und eine zuverlässige
Funktion gestattet.
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Somit
kann die Schlussfolgerung getroffen werden, dass gemäß der Erfindung
Mittel zur Steuerung des Öldrucks
in der Kipphebelwelle 5 und somit auch in dem Raum 27 in
Verbindung mit den Kolben 14 vorgesehen sind. Diese Mittel
umfassen die oben beschriebene Steuerventileinrichtung 15 und
das Drosselventil 16, wobei die Steuerventileinrichtung 15 ihrerseits
das steuerbare Solenoidventil 28 umfasst, mittels dessen
die Motorbremswirkung in Kraft und außer Kraft gesetzt werden kann.
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Des
Weiteren umfasst der Kolben 14 eine Ventileinrichtung 38,
die ihrerseits eine Kugel 39 umfasst, auf die, um sie mit
einem Kugelsitz 40 in Berührung zu bringen, mittels eines
Federelements 41 eingewirkt wird. Des Weiteren ist der
Boden des Kolbens 14 mit einem Abführungsloch 42 gestaltet. Wenn
der Druck des Öls
in dem Raum 27 einen vorbestimmten Wert übersteigt,
wird die Kugel 39 an dem Kugelsitz 40 außer Berührung gedrückt, wobei dann
gestattet ist, dass Öl
durch das Abführungsloch 42 hindurch
ausströmen.
Auf diese Weise ist eine Druckbegrenzungswirkung für die Ventileinrichtung 38 erreicht.
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Während des
normalen Betriebs des Fahrzeugs instruiert das Steuersystem, wenn
das Steuersystem erkennt, dass ein Hochschalten notwendig ist und
dass die Anwendung der Motorbremse zur Durchführung des Schaltvorgangs notwendig
ist, das Solenoidventil 28 zur Einnahme der Stellung, die
in 4 dargestellt ist. Zur Anzeige, dass ein Schaltvorgang
stattfinden soll, kann eine Anzahl verschiedener Signale, beispielsweise
Signale, die die Drehzahl des Motors und sein Drehmoment, die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs und die gegenwärtigen Stellungen
der Pedale des Fahrzeugs betreffen, (separat oder in Kombination)
verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Durchführung mit diesen
Signalen allein beschränkt,
sondern kann auch mit anderen Signalen verwendet werden, die eine
Anzeige liefern, dass ein Schaltvorgang notwendig ist und dass ein
Bremsen des Motors stattfinden soll. Sobald die Motordrehzahl mit
dem Übersetzungsverhältnis, das
eingelegt werden soll, synchronisiert ist, wird das Solenoidventil 28 durch
das Steuersystem instruiert, die Ausgangsstellung, die in 3 dargestellt
ist, wieder einzunehmen. Dies entspricht dem Solenoidventil 28,
wenn es nicht mit Strom versorgt ist. Diese erneute Anordnung bewirkt, dass
die Verbindung zwischen dem Kanal 23 und der Kammer 22 ausgebildet
wird, in Verbindung mit der der Ventilkörper 18 in der oben
beschriebenen Stellung angeordnet wird, bei der er eine Druckreduzierungswirkung
verursacht. Dies bedeutet seinerseits, dass der Kolben 14 im
Kipphebel wieder ein Ventilspiel aufweist, was bedeutet, dass ein
Motorbremsen nicht länger
erreicht wird. Auf diese Weise endet das Motorbremsen, und kann
das Drehmoment ohne unnötige
Verzögerung
wieder zur Einwirkung gebracht werden, was bedeutet, dass die Leistungsunterbrechung
sehr kurz ist.
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Nachdem
ein Motorbremsen durchgeführt worden
ist, wird das Ventilelement 30 zurückgestellt. Dies bedeutet,
dass der Ventilkörper 18 zu
der Stellung zurück
bewegt wird, die eine Druckreduzierung liefert. Des Weiteren wird Öl unter hohem
Druck vom Raum 27 aus durch das Drosselventil 16 hindurch abgeführt. Für diesen
Zweck wird das oben angegebene Federelement 25 verwendet,
um die Kugel 24 des Drosselventils 16 an ihrem
Sitz 26 außer
Berührung
zu bringen. Ferner wird in dem Drosselventil 16 ein weiteres
unteres Federelement 43 verwendet, um auf die Kugel 24 in
der Richtung zum Sitz 26 hin einzuwirken. Auf diese Weise
kann das Drosselventil 16 in Abhängigkeit von der Größe des Öldrucks
in der korrekten Stellung angeordnet werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche verändert werden. Beispielsweise
kann die Erfindung bei unterschiedlichen Arten von Fahrzeugen, beispielsweise
Lastfahrzeugen und Personenwagen, verwendet werden. Des Weiteren
kann die oben beschriebene Bremswirkung prinzipiell sowohl bei einem
Schaltvorgang als auch in anderen Situationen dann verwendet werden,
wenn ein Motorbremsen erwünscht
ist. Auch kann das unter Druck stehende Öl, das von der Steuerventileinrichtung 15 aus
zugeführt wird,
dem Raum 27 am Kipphebel 4 in anderer Weise als über einen
Kanal in der Kipphebelwelle 5, beispielsweise über besondere
separate Ölleitungen, zugeführt werden.