DE9412763U1

DE9412763U1 - Motorbremsvorrichtung für einen Nutzfahrzeugmotor

Info

Publication number: DE9412763U1
Application number: DE9412763U
Authority: DE
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2004-08-09
Also published as: US5730102A; WO1996005415A1; DE19580857D2; BR9506308A

Description

Bezeichnung: Motorbremsvorrichtung für einen Nutzfahr-

zeugmotor

Beschreibung:
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Durch den steigenden Aufladegrad bei Abgasturbolader-Motoren sinkt die auf die Nutzleistung bezogene Bremsleistung bei Nutzfahrzeugen. Die heute ausgeführten Systeme reichen oft nicht mehr aus, um die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen. Zusatzsysteme, wie Retarder- oder Telmarbremse verursachen erhebliche Kosten. Die durch den Einsatz einer Abgasklappe mögliche Bremsleistung ist begrenzt.

Um hier eine weitere Erhöhung der Motorbremsleistung zu schaffen, ist erfindungsgemäß eine Motorbremsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eine Dieselmotor vorgesehen, mit einem ansteuerbaren Absperrorgan in der Abgasleitung und mit jeweils einem auf wenigstens ein Auslaßventil eines Zylinders wirkenden Betätigungsmittel, das mit einer elektro-magnetisch arbeitenden Stelleinrichtung in Wirkverbindung steht. Hierdurch ist es möglich, bei Motorbremsbetrieb zusätzlich zum Einfluß der Abgasklappe das Auslaßventil wenigstens einmal in der Kompressionsphase des Motors zusätzlich zu den üblichen Öffnungszeiten des Auslaßventiles zu betätigen. Diese zusätzliche öffnung erfolgt mindestens kurz vor Beendigung der Kompressionsphase, so daß der komprimierte Zylinderinhalt in die durch die Abgasklappe abgesperrte Abgasleitung ausgeschoben und nach dem Schließen des Abgasventils und dem Überschreiten des oberen Totpunktes nicht mehr rückwirkend auf den Kolben zur Verfügung steht. Zusätzlich kann dann das Aulaßventil über die elektro-magnetische Stelleinrichtung zu Beginn des Kompressionshubes kurz geöffnet werden, so daß infolge des Überdruckes der durch die Abgasklappe abgesperrten Abgasleitung Gas in den Zylinder einströmt,

so daß hier zusätzliche Kompressionsarbeit zu leisten ist, die als Bremsleistung am Fahrzeug wirksam wird. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremsvorrichtung gegenüber herkömmlichen, rein mechanisch angesteuerten Bremsvorrichtungen dieser Art besteht darin, daß bei Einsatz einer entsprechenden Steuereinrichtung eine "individuelle Ansteuerung" möglich ist. So ist es beispielsweise möglich, eine abgestufte Bremsleistung über diese Abgasbremse dadurch zu bewirken, daß beim Einleiten des Bremsvorganges nicht auf alle Zylinder eingewirkt wird, sondern daß nur einer oder nur ein Teil der Zylinder zunächst angesteuert wird. Über eine derartige, vorzugsweise elektronische Ansteuerung der einzelnen elektro-magnetisch arbeitenden

!5 Stelleinheiten läßt sich ein drehzahloptimales öffnen und Schließen der Auslaßventile während des Kompressionshubes im Bremsbetrieb erwirken.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremsvorrichtung besteht in einer Reduzierung der Bauteile, wobei die elektro-magnetisch arbeitende Stelleinrichtung im Zylinderkopf des Motors, beispielsweise seitlich neben oder oberhalb der Ventile angeordnet werden kann.

in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektro-magnetische Stelleinrichtung durch einen Stellblock gebildet wird, in dem ein mit dem Betätigungsmittel in Wirkverbindung stehender Anker geführt ist, der mit zwei gegeneinander wirkenden Federelementen verbunden ist, dem wenigstens eine Magnetspule als öffner und wenigstens eine Magnetspule als Federvorspanner zugeordnet ist. Die Bereitstellung der notwendigen Kräfte derfolgt hier durch eine Vorspannung der Feder in der Endlage des Ankers durch Aktivierung des Vorspannmagneten. Zum Öffnen wird der Vorspannmagnet abgeschaltet, so daß der Anker zum gegenüberliegenden Öffnungsmagneten schwingt und von diesem übernommen

wird. Die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Öffnungsmagneten wird durch die andere Feder sowie durch die Charakteristik des Stromverlaufs des Öffnungsmagneten bestimmt, durch den der Anker während der kurzen Öffnungsphase des Auslaßventils gehalten wird. Das Schließen des Ventils erfolgt durch Abschalten des Öffnungsmagneten und gleichzeitiges Aktivieren des Vorspannmagneten. Durch eine zusätzliche Spule mit einem zusätzlichen Anker ist es möglich, die Vorspannung der einen Feder vor dem öffnen des Ventils zu erhöhen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist durch &sfgr;}&idiagr;&bgr; Kombination der Unteransprüche 2, 3 und 4 angegeben.

Dieses System erlaubt es, die Stelleinrichtung durch Anschwingen des Ankers in der Systemeigenfrequenz zu aktivieren, danach den Anker über die Vorspannspule unter gleichzeitiger Vorspannung der Feder zu halten und durch den zusätzlichen Magneten den Stellblock insgesamt anzuheben und hierbei den Kontakt des Betätigungsmittels mit dem Stößel des Auslaßventils zu bewirken. Der Vorteil dieser Kombination besteht darin, daß in ausgeschaltetem Zustand das Auslaßventil im normalen Arbeitsspiel frei arbeiten kann und in seiner Funktion nicht durch eine Berührung mit dem Betätigungsmittel der Bremsvorrichtung in seiner Stellung beeinträchtigt ist. Durch eine falsche Einstellung des Arbeitsspiels des Betätigungsmittels der Bremsvorrichtung wäre hier eine Einwirkung auf das Auslaßventil möglich, die gerade in der Kompressions- und Arbeitsphase des betreffenden Zylinders zu einer Motorminderleistung führen würde.

Das Betätigungsmittel selbst ist erfindungsgemäß entsprechend dem Unteranspruch 5 und/oder 6 ausgeführt. 35

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf

eines Motors,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Anordnung gem. Fig. I₁

Fig. 3 eine erste Ausführungsform des Stellmittels im Schnitt,

Fig. 4 eine andere Anordnung des elektromagnetischen Stellmittels in bezug auf das Betätigungsmittel,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des elektro-magnetischen Stellmittels.

Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt durch den Zylinderkopf eines Dieselmotors zeigt den Einlaßkanal 1, das zugehörige Einlaßventil 2, das -Auslaßventil 3 sowie den Ansatz des Auslaßkanals 4, der zusammen mit den Auslaßkanälen der anderen Zylinder in die Abgasleitung einmündet, in der als ansteuerbares Absperrorgan eine Abgasklappe angeordnet ist. Das Einlaßventil 2 sowie das Auslaßventil 3 werden im Normalbetrieb über die Kipphebel 5 und 6 betätigt.

Dem Auslaßventil 3 ist ein Betätigungsmittel 7 in Form eines zweiarmigen Kipphebels zugeordnet, dessen kurzer Arm 8 dem zu betätigenden Auslaßventil 3 zugeordnet 3Q ist und dessen langer Arm 9 mit einer elektro-magnetischen Stelleinrichtung 10 in Wirkverbindung steht.

Die Aufsicht gem. Fig. 2 zeigt die Anordnung für einen Vier-Ventil-Motor mit zwei Einlaßventilen 2 sowie zwei g₅ Auslaßventilen 3.1 und 3.2. Aus der Aufsicht ist ersichtlich, daß das Betätigungsmittel 7 nur auf das Auslaßventil 3.1 wirkt, wobei der kurze Arm 8 gabelförmig ausge-

führt ist und das freie Ende des zugehörigen Armes des Kipphebels 6 umgreift. Damit kann das Auslaßventil 3.1 unabhängig vom normalen Arbeitsrhythmus während der Kompressionsphase über die Stelleinrichtung 10 betätigt werden.

In Fig. 3 ist in einem Schnitt eine erste Ausführungsform für die elektro-magnetisch arbeitende Stelleinrichtung dargestellt. Diese weist einen Stößel 11 auf, der mit einem Anker 12 verbunden ist und dessen freies Ende 13 am Ende des langen Armes 9 des Betätigungsmittels anliegt. Das Betätigungsmittel ist in diesen Bereichen überlicherweise mit einer Stellschraube 14 versehen (Fig. 1), über die das Arbeitsspiel genau eingestellt werden kann. Ober eine hier nicht näher dargestellte, auf das Betätigungsmittel 7 einwirkende Rückholfeder bleibt das Betätigungsmittel 7 in Anlage mit dem Stößel

Der Anker 12 steht mit zwei gegeneinander wirkenden Federn 15 und 16 in Verbindung, durch die er in einer vorgegebenen Mittellage gehalten wird. Dem Anker 12 ist ferner auf der Seite der Feder 15 eine als Öffner dienende Magnetspule 17 und auf der Seite der Feder eine als Halte- und Vorspannspule dienende Magnetspule zugeordnet. Zur Erhöhung der Vorspannung ist dem die Federn 15 und 16 sowie die Magnetspulen 17 und 18 haltenden Stellblock 19 ein Vorspannanker 20 zugeordnet, der von einer Zusatzspule 21 aktiviert werden kann.

^Di^e Bereitstellung der notwendigen Kräfte erfolgt zunächst durch eine Vorspannung der Feder 16 durch Aktivierung des Magneten 18 und durch Aktivierung des Magneten Zum öffnen des Auslaßventils 3 über das Betätigungsmittel· 7 wird der Magnet 18 abgeschaltet und der gegenüberliegende Magnet 17 zugeschaltet, so daß der Anker 12 in seine Endposition an der Magnetspule 17 zur Anlage kommt und hierbei das Auslaßventil 3 geöffnet wird. Durch die Feder 15 wird die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers

auf dem Magneten 17 verzögert.

Das Schließen des Auslaßventiles 3 erfolgt durch Abschalten des Magneten 17 und Aktivieren des Magneten 18 sowie Stromlossetzen des Magneten 21.

Die Ansteuerung der einzelnen Magneten erfolgt über eine elektronische Steuerung drehzahlabhängig, die über entsprechende Geber ein öffnen des Auslaßventils IQ nur zu vorgebbaren Zeitpunkten während der Kompressionsphase, vorzugsweise zu Beginn und am Ende der Kompressionsphase, zuläßt.

Während die Anordnung gemäß Fig. 1 die elektro-magnetische ■]_5 Stelleinrichtung in einer Ausbildung zeigt, bei der der Stößel 11 als Drückstößel arbeitet, ist die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform so ausgelegt, daß die mit dem Anker 12 verbundene Stößelstange als Zugstange wirkt. Im übrigen ist jedoch Aufbau und Funktion entspre-2Q chend der Anordnung gem. Fig. 3 ausgeführt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Zuordnung der einzelnen Magnetspulen und der funktionelle Ablauf in bezug auf den Anker 12 umgekehrt angeordnet ist bzw. die Anordnung so getroffen ist, daß der Stößel 11 durch den Vorspannanker 20 und die öffnung 22 in der Abdeckplatte 23 des Stellblocks 19 hindurchgeführt ist.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ist im wesentlichen aufgebaut wir die Ausführungsform gem. Fig. 3,

_o_ so daß hier für gleiche Bau- und Funktionselemente

auch gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind. Die zusätzliche Vorspannspule 21 sowie der zugehörige Vorspannanker 20 sind bei dieser Ausführungsform nicht verwirklicht, können jedoch in gleicher Weise verwirklicht

_o_ werden. Die Ausführungsform gem. Fig. 5 unterscheidet

sich von der Ausführungsform gem. Fig. 3 dadurch, daß eine Basisplatte 24 vorgesehen ist, in der eine Stellspule 26 angeordnet ist. Da das als Kipphebel ausgebildete

Betätigungsmittel 7 über eine eigene Rückstellfeder verfügt, liegt der lange Arm 9 am freien Ende 13 des Stößels 11 immer an. Der Luftspalt 27 zwischen der Basisplatte 24 und dem zugekehrten Ende des Stellblocks 19 ist hierbei so bemessen, daß im stromlosen Zustand der kurze Arm 8 des Betätigungsraittels 7 mit dem Auslaßventil nicht in Kontakt steht, so daß hierdurch das freie Ventilspiel während des Normalbetriebs nicht beeinträchtigt wird. Soll der Motor mit Motorbremse gefahren werden, wird der Magnet 2 6 aktiviert, so daß der Stellblock 19 insgesamt angehoben wird und damit das Betätigungsmittel 7 in Kontakt mit dem Auslaßventil 3 kommt ohne dieses jedoch zu öffnen. Wird nun über die elektronische Regeleinrichtung die Stelleinrichtung 10 aktiviert, so daß der Anker in der vorbeschriebenen Weise schwingt, kann nun über der Betätigungsmittel 7 das Auslaßventil 3 in den vorgegebenen Takt gegen Ende aber auch schon zu Beginn der Kompressionsphase des zugehörigen Zylinders öffnen.

Claims

Schutzansprüche:

1. Motorbremsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem ansteuerbaren Absperrorgan in der Abgasleitung un,d mit jeweils einem auf wenigstens ein Auslaßventil (3) eines Zylinders wirkende Betätigungsmittel (7), das mit einer elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht.
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2. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektro-magnetische Stelleinrichtung (10) als Stellblock (19) ausgebildet ist, in dem ein mit dem Betätigungsmittel (7) in Wirkverbindung stehender Anker (12) geführt ist, der mit zwei gegeneinander wirkenden Federelementen (15, 16) verbunden ist, dem wenigstens eine Magnetspule (17) als Öffner und wenigstens eine Magnetspule (18) als Federvorspanner zugeordnet ist.

3. Motorbremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (10) mit einem Stellmittel (26) versehen ist, durch das bei Einleitung des Bremsvorganges das Betätigungsmittel (7) in Kontakt mit dem Stößel (11) des zu betätigenden Auslaßventiles (3) gebracht wird.

4. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellmittel durch eine Magnetspule (26) gebildet wird, die den Stellblock (19) als Ganzes in Öffnungsrichtung bewegt.

5. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel (7) durch einen zweiarmigen Kipphebel gebildet wird, dessen einer langer Arm (9) mit der Stelleinrichtung (10) und dessen anderer kurzer Arm (8) dem zu betätigenden Auslaßventil (3) zugeordnet ist.

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6. Motorbremsvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze Arm (8) gabelförmig ausgebildet ist und das Ende des Auslaßkipphebels (6) umgreift.