Motorbremse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorbremse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen. Zur Erhöhung der Bremsleistung wird das Auslaßventil (1) auch während des Verdichtungstaktes geringfügig angehoben, so daß durch die Drosselwirkung des Auslaßventils zusätzliche Bremsarbeit vom Kolben zu verrichten ist. Zur Anhebung des Auslaßventiles wird zwischen Nocken (2) und dem Auslaßventil (1) ein hydraulisches Gestänge (4) eingeschaltet. Erfindungsgemäß wird dieses Gestänge aktiviert, indem bei Bremsbetrieb während des Verdichtungstaktes ein Magnetventil (12) geschlossen wird, welches dem Gestänge parallel geschaltet ist. Die Ansteuerung des Magnetventils erfolgt über Sensoren (20,21) unter Zwischenschaltung eines Steuergerätes (19) wobei die Sensoren mit dem Schwungrad (23) zusammenarbeiten. Durch die Schließstellung des Magnetventils im Bremsbetrieb kann das Auslaßventil durch eine zweite Erhebung des Nockens auch im Verdichtungstakt angehoben werden. Durch diese Maßnahme wird Bremsarbeit nicht nur im Ausschiebetakt, sondern auch während der Verdichtungstaktes verrichtet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorbremse entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches.

[0002] Durch DE-OS 30 26 529 ist eine derartige Motorbremse bekannt, bei der zwischen einem Nocken und einer Stößelstange eines Auslaßventils einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine ein hydraulisches Gestänge vorgesehen ist. Das hydraulische Gestänge besteht aus einem Ventilstößel, der zugleich als Zylinder ausgebildet ist. Der Zylinder nimmt einen Kolben auf, welcher mit der Stößelstange zusammenwirkt. Der Zylinderraum zwischen Kolben und Zylinder steht mit einer Regeleinrichtung in Verbindung, welche als Kolbenpumpe ausgeführt ist und beispielsweise von einer Nockenwelle antreibbar ist. Der Weg des Kolbens im Zylinder ist so begrenzt, daß bei Auflage des Ventilstößels auf dem Grundkreis des Nocken durch Aufprägen eines Druckes von der Kolbenpumpe her das Auslaßventil gerade soweit öffnet, um im Motor-Bremsbetrieb während der Verdichtungsphase Luft abzublasen. Während der normalen Ausschiebephase ist der Zylinderraum drucklos und das Auslaßventil öffnet allein durch Auflaufen des Stößels auf den Nocken. Da der Zylinderraum beim Ausschieben drucklos ist wird die Kraft des Ventilstößels direkt durch Anschlag des Kolbens auf dem Grund des Zylinders auf die Stößelstange übertragen. Um Leckölverluste des hydraulischen Gestänges auszugleichen kann der Zylinder über ein Rückschlagventil mit einem Schmierölkreislauf verbunden werden.

[0003] Eine derartige Betätigung des Auslaßventils hat den Nachteil, daß die hierfür erforderliche Kolbenpumpe relativ kostspielig ist und einem Verschleiß unterliegt. Durch den komplizierten Aufbau ist die Einrichtung auch störanfällig.

[0004] Nach DE-OS 33 00 763 wird vorgeschlagen, den Zylinderraum des mit der Nockenwelle zusammenarbeitenden Kolbens über eine Leitung mit einem steuerbaren Ventil zu verbinden, so daß die Übertragung der Bewegung des Kolbens auf einen Ventilkolben beliebig unterbrochen werden kann. Zur Ergänzung von Leckölverlusten kann das hydraulische Gestänge wiederum über ein Rückschlagventil mit dem Schmierölkreislauf verbunden werden. Ein hydraulisches Gestänge dieser Art beansprucht ein größeres Bauvolumen, da die Zylinder und Kolben keine so kompakte Einheit bilden. Mangels dieser Einheit ist zwischen den Zylinderräumen eine wenn auch kurze Verbindungsleitung notwendig, welche zu einer größeren Trägheit Anlaß gibt.

[0005] Durch die Anmeldung P 39 39 934 wird vorgeschlagen, zwischen einer Nockenwelle und einem Auslaßventil ein hydraulisches Gestänge einzuschalten, wobei die Nockenwelle jeweils zwei Erhebungen aufweist. Eine erste Erhebung dient dabei in üblicher Weise dazu, daß Auslaßventil in der Ausschiebephase zu öffnen. Eine zweite Erhebung kann das Auslaßventil auch in der Verdichtungsphase anheben, um durch Drosselwirkung Bremsarbeit zu verrichten. Die Umschaltung von Normalbetrieb zu Bremsbetrieb erfolgt durch die Aktivierung eines Magnetventils, welches von einer Verbindungsleitung der Kolben des hydraulischen Gestänges abzweigt. Während des Zeitintervalls, in dem das Magnetventil geschlossen ist, kann die zweite Erhebung des Nockens seine Bewegung auf das Auslaßventil übertragen, so daß dieses auch während der Verdichtungsphase etwas angehoben werden kann und durch Ausschiebearbeit Bremsarbeit verrichtet wird. Leckölverluste werden über ein Rückschlagventil aus dem Schmierölkreislauf ergänzt. Dadurch, daß der vom Nocken betätigte Kolben und der Kolben des Auspuffventils getrennt sind und über eine längere Leitung untereinander verbunden sind, gestaltet sich diese Ventilbetätigung konstruktiv relativ aufwendig. Durch die lange Verbindungsleitung wird der Ventiltrieb träge, was seine Anwendung bei Motoren mit hoher Drehzahl einschränkt.

[0006] Ausgehend von einer Motorbremse gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufwendige und störanfällige Pumpe einzusparen und die Ansteuerung der Auslaßventile während des Bremsbetriebes durch eine zeitgemäße Elektronik flexibler zu gestalten.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

[0008] Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Motorbremse besteht gegenüber dem Stand der Technik vor allem darin, daß auf die dort notwendige, durch die Nockenwelle angetriebene Hydraulikpumpeneinheit zur Erzielung der Zusatzerhebung der Auslaßventile im Kompressionstakt verzichtet wird. Die hinsichtlich Erhebungscharakteristik und Öffnungszeiten etwa gleichartige Zusatzerhebung bei der erfindungsgemäßen Motorbremse wird durch eine geänderte Auslaßnockenform und eine elektronische Regelung mittels "schneller" Magnetventile, von denen je eines jedem Auslaßstößels zugeordnet ist, dargestellt.

[0009] Die erfindungsgemäße elektronische Regelung wird gegenüber derjenigen durch eine Hydraulikpumpeneinheit deshalb vorteilhaft eingesetzt, da schnelle Magnetventile wegen der weiten Verbreitung der Elektronik auch im Motorenbau inzwischen preisgünstig hergestellt werden und zuverlässig arbeiten. Zur Darstellung der Steuerstrom-Impulse können die für die serienmäßig geplante, vollelektronische Dieselregelung ohnehin notwendigen Steuergeräte und Leistungsstromverteiler entsprechend angepaßt werden, so daß hierfür keine nennenswerten Zusatzkosten entstehen. Gegenüber der Steuerung mittels Hydraulikpumpeneinheit sind als weitere Vorteile Vereinfachung durch geringere Anzahl bewegter Teile, die Möglichkeit auf außenliegende Hochdruckleitungen zu verzichten, und eine größere Flexibilität hinsichtlich Gestaltung der Auslaß-Steuerzeiten während der Zusatzerhebung, zu nennen.

[0010] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann dem Anspruch 2 entnommen werden.

[0011] Der hydraulische Ventilspielausgleich stellt sicher, daß auch bei Sitzeinschlag des Auslaßventiles oder Verschleiß des Ventilantriebes die exakten Auslaßventil-Steuerzeiten unverändert beibehalten werden, so daß die Funktion im Normal- oder Motor-Bremsbetrieb, unabhängig vom Verschleißzustand, gewährleistet ist. Durch das fehlende Ventilspiel erübrigen sich die üblichen Nockenrampen am Beginn und Ende des Nockenhubes zur Überwindung des Ventilspielbereiches. Hierdurch ist es möglich, die Winkel 2 und 6 entsprechend groß auszuführen, um für Entleeren und Füllen des Zylinderraumes 10 ausreichend Zeit zu haben.

[0012] Eine vorteilhafte Steuerung für die Magnetventile ist durch die Merkmale des Anspruches 3 gekennzeichnet.

[0013] Durch die Beaufschlagung der Magnetventile mittels eines elektronisch arbeitenden Steuergerätes wird eine flexible und trägheitsfreie Variation der Steuerzeiten des Auslaßventils erreicht.

[0014] Eine weitere vorteilhafte Ausbildung kann dem Unteranspruch 4 entnommen werden.

[0015] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Figur 1

einen Schnitt durch ein hydraulisches Gestänge mit parallel geschaltetem Magnetventil

Figur 2

einen Nocken mit einer zweiten Erhebung zur Betätigung eines Auslaßventils im Motor-Bremsbetrieb

Figur 3

ein Steuerdiagramm eines Ein- und Auslaßventils im Motor-Bremsbetrieb, wobei die Ventilwege als Funktion über dem Drehwinkel einer Kurbelwelle aufgetragen sind.

[0016] Zur regelbaren Betätigung eines Auslaßventils 1 ist nach Figur 1 zwischen einem Nocken 2 und einer Stößelstange 3 ein hydraulisches Gestänge 4 eingeschaltet. Dieses hydraulisches Gestänge 4 besteht aus dem Ventilstößel 5, der zugleich die Funktion eines Zylinders übernimmt und einem Kolben 6 der in axialer Richtung beweglich, aber durch erste und zweite Anschläge 7a und 7b in seiner Bewegung begrenzbar ist. Im Kolben 6 wiederum ist ein Ausgleichskolben 8 angeordnet, welcher die Bewegung des Kolbens 6 auf die Stößelstange 3 überträgt. Zwischen dem Kolben 6 und dem Ventilstößel 5 ist eine Druckfeder 9 eingeschaltet, welche den Kolben 6 in Ausgangslage hält. Der durch den Ventilstößel 5 und dem Kolben 6 eingeschlossene Zylinderraum 10 ist über eine kurzgehaltene Verbindungsleitung 11 mit einem Magnetventil 12 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 11 wiederum bei geöffnetem Magnetventil 12 mit einem Motor-Schmierölkreislauf 13 in Kommunikation steht.

[0017] Zum Ausgleich des unvermeidbaren Verschleißes kann im Ventiltrieb als hydraulisch wirkender Ventilspielausgleich der Ausgleichskolben 8 vorgesehen werden, der eine Bohrung 14 aufweist, welche es gestattet, einen Zylinderraum 15 zwischen Kolben 6 und Ausgleichskolben 8 mittels einer Ausgleichsleitung 16 mit dem Motor-Schmierölkreislauf 13 zu verbinden. Durch ein mit einer Feder 17 belastetes Ventil 18, welches als Kugel ausgebildet sein kann, wird die Bohrung 14 verschlossen, bzw. kann Öl über die Ausgleichsleitung 16 nachgesaugt werden.

[0018] Zur Ansteuerung des Auslaßventils 1 wird der Nocken 2 mit einer ersten und zweiten Erhebung 2a und 2b versehen, wobei die erste Erhebung 2a die normale Öffnung des Auslaßventils 1 während der Ausschiebephase bewerkstelligt und die zweite Erhebung 2b dem Öffnen des Auslaßventils 1 in der Verdichtungsphase bei Motor-Bremsbetrieb vorbehalten ist.

[0019] Die Ansteuerung des Magnetventils 12 übernimmt ein Steuergerät 19, welches elektronisch arbeitet und das seine zu verarbeitenden Signale von mindestens einem Geber erhält, der als Sensor 20 ausgebildet ist, und auf induktiver Basis arbeitet. Es können natürlich auch - wie in Figur 1 dargestellt - zwei Sensoren 20 und 21, oder mehrere vorgesehen werden, welche um einen bestimmten Winkel versetzt an der Peripherie eines mit Zahnkranz 22 versehenen Schwungrades 23 angeordnet sind. Anstelle des Schwungrades 23 kann auch ein Nockenwellenzahnrad vorgesehen werden. Die von den Sensoren 20 und 21 kommenden Spannungsimpulse werden im Steuergerät 19 derart aufbereitet, daß daraus die Stellung des Nockens 2 und dessen zweiter Erhebung 2b erkannt wird und die nachfolgend unter Figur 2 beschriebenen Winkelbereiche α 1 bis α 6 bestimmt werden. Die im Steuergerät 19 aufbereiteten Impulse werden einem Solenoid 24 des Magnetventils zugeführt.

[0020] Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschinse ist jedem Auslaßventil 1 ein schnelles Magnetventil 12 zugeordnet. Das Steuergerät 19 ist über die Geber 20 oder 21 in der Lage die Stellung aller Nocken zu bestimmen.

[0021] Zur Einleitung des Motor-Bremsbetriebes wird das Steuergerät 19 durch einen Schalter 25 aktiviert, wobei dieser Schalter 25 ein- oder zweistufig sein kann, so daß die Motorbremse abgestuft betätigbar ist. In erster Stufe wird lediglich eine hier nicht dargestellte Drossel in einem Auspuffrohr geschlossen, in zweiter Stufe bei höherem Bedarf an Bremsleistung wird auch das Magnetventil 12 angesteuert, um das Auslaßventil 1 auch während der Verdichtungsphase soweit zu öffnen, daß Ausschiebearbeit verrichtet wird um dadurch die Bremsleistung zu steigern. Die Reihenfolge der abgestuften Motorbremse kann natürlich in Anpassung an die gewünschte Bremsleistung auch umgekehrt sein.

[0022] Im weiteren soll auf die Wirkungsweise näher eingegangen werden.

[0023] Im Motorbetrieb ist das Magnetventil 12 permanent geöffnet, und damit die elektronische Regelung gänzlich inaktiv. Während der Ausschiebephase hebt die erste Erhebung 2a des Nockens 2 den Ventilstößel 5 an. Da das Magnetventil 12 geöffnet ist kann im Zylinderraum 10 kein Druck aufgebaut werden. Erst wenn der erste Anschlag 7a im Ventilstößel 5 auf den Kolben 6 trifft überträgt sich die Bewegung des Ventilstößels 5 auf den Kolben 6 und über den zweiten Anschlag 7b auf die Stößelstange 3, welche das Auslaßventil 1 öffnet. Bei weiterer Drehung des Nockens 2 schließt das Auslaßventil 1 wieder. Das Auflaufen des Ventilstößels 5 auf die zweite Erhebung 2b des Nockens 2 bleibt ohne Wirkung, da sich wegen des geöffneten Magnetventils 12 im Kolbenraum 10 kein Druck aufbauen kann und der Hub h des Stößels als Folge der zweiten Erhebung 2b gleich der freien Weglänge s zwischen dem ersten Anschlag 7a des Ventilstößels 5 und dem Kolben 6 ist. Das Auslaßventil 1 öffnet somit nur durch die erste Erhebung 2a zum Auslaßtakt.

[0024] Wenn auf Motor-Bremsbetrieb umgeschaltet werden soll betätigt man den Schalter 25 und aktiviert damit über das Steuergerät 19 das Magnetventil 12, welches während der Anhebung des Stößels 5 durch die zweite Erhebung 2b geschlossen ist, so daß die Bewegung des Ventilstößels 5 hydraulisch auf den Kolben 6 übertragen wird, der das Auslaßventil 1 unter Zwischenschaltung der Stößelstange 3 während der Verdichtungsphase geringfügig öffnet, so daß durch die Drosselwirkung des Auslaßventils 1 zusätzliche Bremsarbeit durch Vernichtung der Kompressionsarbeit zu verrichten ist. Im Bereich eines Winkels 5 (Figur 2) der zweiten Erhebung 2b öffnet das Magnetventil 12 wieder, so daß der hydraulische Schluß zwischen Ventilstößel 5 und Kolben 6 unterbrochen ist und das Auslaßventil 1 schließt, um erst wieder im Bereich 1 zu öffnen. Der Schalter 25 kann auch zweistufig ausgeführt sein, so daß in einer ersten Stufe nur die normale Auspuffbremse betätigt wird und in einer zweiten Stufe zusätzlich die hydropneumatische Bremse bzw. umgekehrt. Die Bremsleistung kann somit abgestuft werden.

[0025] Einen erfindungsgemäßen Nocken mit einer zweiten Erhebung zeigt die Figur 2. Der Nocken 2 wird in Sektoren mit den Winkeln α 1 bis α 6 eingeteilt. Ein Sektor mit Winkel α 1 dient mit seiner ersten Erhebung 2a der Ventilöffnung in der Ausschiebephase. Ein Sektor mit Winkel α 2 erfüllt die Aufgabe. Den Zylinderraum 10 aufzufüllen. Ein Sektor mit Winkeln α 3 gibt dem Magnetventil 12 (Figur 1) im Motor-Bremsbetrieb Zeit zum Schließen. Die zweite Erhebung 2b beginnt in einem Sektor mit Winkel α 4. Während des Winkels α 4 ist das Magnetventil 12 (Figur 1) geschlossen und das Auslaßventil 1 öffnet in der Verdichtungsphase, so daß zusätzlich zur Ausschiebephase Bremsarbeit verrichtet werden kann. Ein Sektor mit Winkel α 5 gibt dem Magnetventil Zeit zur Öffnung. Ein anschließender Sektor mit Winkel α 6 dient dem Ausschieben des Öls aus dem Zylinderraum 10.

[0026] In Figur 3 sind Kolben- und Ventilweg über dem Kurbelwinkel aufgetragen wiedergegeben. Die Ventilöffnungskurve des Auslaßventils ist mit A bezeichnet. Im normalen Motorbetrieb öffnet das Auslaßventil zwischen dem unteren Totpunkt-UT und einem Gaswechsel-GOT. Bei Betätigung der Auspuff-Motorbremse wird in dieser Phase Ausschiebearbeit gegen eine Drossel in der Auspuffleitung verrichtet.

[0027] Bei zusätzlicher Aktivierung des Magnetventils 12 (Figur 1) wird durch die zweite Erhebung 2b des Nockens 2 das Auslaßventil 1 außerdem zwischen dem unteren Totpunkt-UT und einem Zünd-ZOT geöffnet, so daß in dieser Phase durch die Drosselwirkung des nur wenig geöffneten Auslaßventils 1 weitere Ausschiebearbeit verrichtet und Kompressionsarbeit vernichtet wird, und die Bremsleistung zusätzlich zur Bremsleistung der bekannten Auspuffbremse erhöht wird.

Ansprüche

1. Motorbremse für luftverdichtende Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem zwischen einem Nocken und einem Auslaßventil angeordneten hydraulischen Gestänge, bei dem das hydraulische Gestänge über eine Verbindungsleitung mit einer externen Regeleinrichtung und einem Leckölausgleich von einem Motor-Schmierölkreislauf her in Verbindung steht und die Brennkraftmaschine über eine Drosselklappe im Auspuffrohr verfügt, welche bei Betätigung der Motorbremse die Auspuffleitung zusammen mit der Aktivierung der Regeleinrichtung teilweise versperrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung als ein schnelles Magnetventil (12) ausgebildet ist, daß dieses Magnetventil von mindestens einem Sensor (20) ansteuerbar ist, wobei die Signale dieses Sensors (20) unter Zwischenschaltung eines Steuergerätes (19) an ein Solenoid (24) des Magnetventils (12) weitergeleitet werden, derart, daß das Magnetventil (12) bei Betätigung der Motorbremse während eines bestimmten Intervalles beim Anheben eines Ventilstößels (5) durch eine zweite Erhebung (2b) des Nockens (2) in der Verdichtungsphase des Motors geschlossen ist , wobei sich das Intervall durch Verarbeitung der aus Nockenstellung und Nockenwellendrehzahl gebildeten Signale des Sensors (20) im Steuergerät (19) ergibt, und daß der Nocken (2) in mehrere Sektoren aufgeteilt ist, derart, daß ein Sektor mit Winkel α 2 dem Auffüllen eines Zylinderraumes (10) dient, daß ein Sektor mit Winkel α 3 das Schließen des Magnetventils (12) einleitet, daß ein Sektor mit Winkel α 4 die eigentliche Erhebung (2b) aufweist, während in einem Sektor mit Winkel α 5 das Magnetventil (12) wieder öffnet und daß in einem Sektor mit Winkel α 6 ein Zylinderraum (10) im Ventilstößel (5) entleert wird.

2. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Gestänge über einen hydraulisch wirkenden Ventilspielausgleich, gebildet aus einem Ausgleichskolben (8) verfügt, welcher koaxial im Kolben (6) des hydraulischen Gestänges (4) angeordnet ist, wobei der Ausgleichskolben (8) zwischen den Kolben (6) und der Stößelstange (3) eingeschoben ist, daß ein zwischen Kolben (6) und Ausgleichskolben (8) befindlicher Zylinderraum (15) über eine Bohrung (14) mit dem Motorschmiersystem verbindbar ist, und daß diese Bohrung (14) über ein federbelastetes Ventil (18) absperrbar ist.

3. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) an der Peripherie eines Zahnkranzes eines Schwungrades (23) oder einem Nockenwellenzahnrad gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Sensor (20) auf induktiv wirkender Basis aufgebaut ist und seine Spannungsimpulse einem Steuergerät (19) zur Aufarbeitung zugeführt werden, und daß das Steuergerät (19) die Magnetventile (12) beaufschlagt.

4. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein zweites Magnetventil vorgesehen ist, welches zur aufeinanderfolgenden Zuschaltung der Auspuffbremse vorgesehen ist.

Zeichnung