DE3026529C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorbremse gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die DE-OS 28 32 542 ist es bekannt, zwischen Stößelstange und Ventilstößel einen Kolben einzuschalten, wobei der Kolben und der Ventilstößel eine bauliche Einheit bilden. Der Ventil­ stößel, der den Zylinder für den Kolben bildet, weist eine Ringnut und eine Bohrung auf, die den Raum unterhalb des Kolbens mit einem steuerbaren Ventil verbinden. Solange das Ventil mittels eines federbelasteten Stiftes geöffnet ist, kann die unter dem Kolben befindliche Flüssigkeit über die Bohrung abfließen, so daß sich kein Druck ausbilden kann. Der Stößel kann sich relativ zum Kolben bewegen, bis er durch einen im Stößel vorgesehenen Anschlag mitgenommen wird und über die Stößelstange und einen Kipphebel das Auslaßventil öffnet. Soll nun auf Bremsbetrieb umgeschaltet werden, so wird ein mit dem federbelasteten Stift verbundener Pneumatikkolben mit Druckluft beaufschlagt und zieht den Stift entgegen der Federkraft zurück, so daß das Ventil schließt. Der Raum unterhalb des Kolbens ist abgeschlossen, so daß der Stößel und der Kolben als eine formschlüssig miteinander verbundene Einheit aufgefaßt werden können, wenn man von einer minimalen Kompressibilität der Flüssigkeit absieht. Die Nockenwelle weist neben dem Nocken für die normale Steuerung des Auslaß­ ventils eine zusätzliche Rampe auf, die am oberen Totpunkt des Brennkraftkolbens das Auslaßventil kurzzeitig zum Ablaß der verdichteten Luft öffnet. Wesentlicher Nachteil einer solchen Einrichtung ist die veränderte Nockenwelle, die neben dem Nocken noch die Rampe aufweist. Es ist also nicht möglich, Nockenwellen des gleichen Motortyps zu verwenden, wenn er einmal ohne Bremse und ein anderes Mal mit Bremse gebaut werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Viertakt-Brennkraftmaschinen eine Motorbremse zu realisieren, bei der die für die Ventil­ steuerung vorgesehene Nockenwelle unverändert beibehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Motorbremse nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung wird also innerhalb des Ventiltriebes ein - im Bremsbetrieb rhythmisch betätigbares - Teleskopteil vorgesehen, das die wirksame Länge insbesondere des Ventilstößels während seiner Betätigung im Sinne einer Öffnungsbewegung des Auslaßventils verändert. Dabei erfolgt diese Beeinflussung des Gestänges selbst rhythmisch im Brems­ betrieb jeweils kurzzeitig zu dem Zeitpunkt, in welchem der Kolben im Arbeitszylinder nahe am oberen Zündumkehrpunkt ist, so daß selbst ein geringfügiges Anheben des Ventils einen zum Auslassen des komprimierten Gases ausreichenden Spalt ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unter­ ansprüchen 2 bis 5 entnommen werden.

Die konstruktiven Einzelheiten zur Durchführung dieser Maß­ nahmen, weitere Vorteile der Erfindung sowie eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung einer kompakten Einheit zur Realisierung der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Ventiltrieb mit einem Teleskopteil gemäß der Erfindung zur Erläuterung des Grundprinzipes der Auslaß-Ventilsteuerung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Ventilbetätigung bei einem Vier­ taktmotor mit Anwendung des Funktionsprinzipes nach der Erfindung,

Fig. 3 schematisch die Anwendung der Erfindung mit Steuerung über Hydraulikkolben bei einem Sechszylinder-Vier­ taktmotor,

Fig. 4 den konstruktiven Aufbau einer Steuer-Antriebshydrau­ lik zur Realisierung der Motorbremse nach der Erfin­ dung und

Fig. 5 eine Antriebsvariante für die die hydraulischen Teleskop­ teile steuernden Hydraulikkolben getrennt von der Nockenwelle.

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Ausführungsform einen Auslaßventiltrieb bestehend aus einem von einer Nockenwelle 1 angetriebenen Ventilstößel 9, dessen Bewegung über einen Kolben 10 a, eine Stößelstange 11, einen Kipphebel 11 a auf das Ventil 12 mit Ventilteller 12a übertragen wird. Der Kontakt des Ventilstößels 9 auf dem Nocken 1 wird durch die Druckfeder 19, die das Ventil 12 zu schließen versucht, erzwungen.

Gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung ist zwischen dem Ventilstößel 9 und der Stößelstange 11 ein Kolben 10 a einge­ setzt, der als Teleskopteil 10 wirkt, d. h. welches die Gesamtlänge zwischen Unterseite von Ventilstößel 9 und oberer Pfanne an der Stößelstange 11 steuerbar so verlängert, daß das Ventil 12 kurzzeitig geöffnet wird. Zu diesem Zweck steht - wie in Verbindung mit den folgenden Figuren noch im einzelnen erläutert wird - der Kolbenraum des Teleskopteils über Boh­ rungen in dem Kurbelgehäuse 25 und über eine Hochdruckleitung 7, welche mit einer Hochdruckverschraubung 8 fest mit dem Kurbelgehäuse 25 verbunden ist, mit einem Hydraulikkolben 4 (Fig. 3) in Verbindung. In der Fig. 1 ist dabei die Hoch­ druckleitung 7 nur durch einen Pfeil angedeutet. Anordnung, Aufbau und Steuerung der Hydraulikkolben 4 (Fig. 3) werden in Verbindung mit den folgenden Figuren erläutert.

Aus der Fig. 1 ist dabei zunächst zu ersehen, daß durch Zuführung von Drucköl, dessen Druck auf die Fläche des Kolbens 10 a wirkend eine größere Kraft ausübt als die Reaktionskraft der Druckfeder 19 beträgt und der auf den Ventilteller 12 a wirkende Gasdruck, das Ventil auch dann geöffnet, d. h. der Ventilteller 12 a von dem Ventilsitz 12 b im Motorgehäuse abgehoben werden kann, wenn der Ventilstößel 9 nicht auf den Nocken der Nockenwelle 1 aufläuft, sondern zu jedem frei wählbaren Zeitpunkt, das ist für die Zwecke der Motorbremsung wenn der Kolben im Arbeitszylinder, der über das Auslaßventil geöffnet werden soll, den Bereich des oberen Totpunktes beim Zündtakt erreicht.

Im normalen Auslaßbetrieb ist die Leitung 7 entlüftet, so daß sich im Ventilstößel 9 kein Druck ausbilden kann, der die Stößelstange 11 gegen die Kraft der Druckfeder 19 anheben kann. Die Kraft der Druckfeder 19 ist dabei so abgestimmt, daß der normale Motoröldruck nicht in der Lage ist, das Auslaß­ ventil über das Teleskopteil 10 zu öffnen.

Die Fig. 2 zeigt in einem Zeitdiagramm den Ablauf der Ventil­ wege unter Anwendung des Vorschlages nach der Erfindung. In dem Diagramm ist in der Abszisse der Zeitablauf wiedergegeben, während die Ordinate die Ventilwege in den einzelnen Takt­ zeiten wiedergibt. Hierbei ist mit A jeweils der Weg des Auslaßventils und mit E das Einlaßventil bezeichnet, während K die Wegkurve eines Arbeitskolbens in dem entsprechenden Arbeitszylinder kennzeichnet.

Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß während des Kompressions­ taktes über das Teleskopteil 10 (vergleiche Fig. 1) das Auslaßventil kurzzeitig geöffnet wird, und zwar, wenn der Kolben K sich im Bereich des oberen Totpunktes befindet, zu welchem im Motorbetrieb gezündet wird, um einen Hub wesentlich geringer als der normale Öffnungshub des Auslaßventils ist. (Vergleiche die Darstellung des Weges des Auslaßventils während des normalen Ausschubtaktes).

Gemäß Fig. 2 erfolgt der maximale Bremshub des Auslaßventiles vor dem Zündtotpunkt des Arbeitskolbens K. Der Bremshub kann jedoch auch so gelegt werden, daß dessen Maximum im oder nach dem Zündtotpunkt erreicht wird mit dem Ziel, für den jewei­ ligen Motortyp optimale Bremswirkung zu ermöglichen.

Mit der gestrichelt eingezeichneten Kurve A′ wird der durch Leckverluste gegebene Zeitquerschnittsverlust wiedergegeben, der, wie ersichtlich, allenfalls eine Verringerung aber keine zeitliche Verschiebung des Öffnungsweges des Auslaßventiles zur Folge haben kann.

In den Figuren ist noch die Größe b angegeben, die den klein­ sten Abstand zwischen Kolbenoberseite und geschlossenen Ventilen kennzeichnet, während mit a der kleinste Abstand zwischen Kolben und gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung zur Bremsung geöffnetem Auslaßventil gekennzeichnet ist.

Die Buchstaben Es bzw. Eo und As bzw. Ao in Verbindung mit den Ventilbezeichnungen E bzw. A geben jeweils den Zeitpunkt des Schließens bzw. Öffnens der einzelnen Ventile an.

Mit UT sind die Umkehrpunkte des Kolbens im unteren Bereich und mit OT im oberen Bereich bezeichnet.

Die Fig. 3 zeigt schematisch Aufbau und Wirkungsweise einer Steuerung für einen Sechszylinderreihenmotor, bei welchem der Vorschlag nach der Erfindung mit Hilfe einer nockenbetätigten Hydrauliksteuerung realisiert werden soll. Hierbei ist schema­ tisch ein Motor M angedeutet, dessen sechs Zylinder über einen Nockenwellenantrieb N gesteuert werden. Entsprechend dem Vorschlag nach der Erfindung sollen dabei die sechs Auslaß­ ventile über Anschlußleitungen I, II, III, IV, V und VI zu einem Zeitpunkt, wie vorstehend anhand der Fig. 2 über einen Teleskopteil 10 (Fig. 1) in den Auslaßventiltrieben gesteuert werden. Zu diesem Zweck sind insgesamt sechs Arbeitskolben 4 vorgesehen, welche über Steuerventile 14 (Fig. 4) an der normalen Öldruckversorgung des Motors liegen. Die Regelung diese Steuerventile wird in Verbindung mit der Fig. 4 er­ läutert werden.

Die einzelnen Hydraulikkolben 4 sind sternförmig um einen Nocken 3 angeordnet und führen über eine Hochdruckleitung zu den jeweiligen Anschlüssen 8 (vergleiche Fig. 1) der Teles­ kopteile 10 in den Auslaß-Ventiltrieben. Dabei sind die Hydraulikkolben 4 in der Reihenfolge der Zündfolge des Motors sternförmig angeordnet, wobei im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel eine Zündfolge I-V-III-VI-II-IV angenommen ist.

Der Nocken 3 ist in einer Stellung gezeichnet, in welcher Druck an die Hochdruckleitung 7 für den Arbeitszylinder I gegeben wird, und zwar, wie ohne weiteres ersichtlich dann und nur dann, wenn das Steuerventil 14 (Fig. 4) geschlossen ist.

Wie schon vorstehend erwähnt, läuft der Nocken 3 mit der Geschwindigkeit der üblichen Nockenelle 1 um, so daß nach­ einander Hochdruck über die entsprechenden Hochdruckleitungen 7 an die einzelnen Auslaßventiltriebe gegeben wird.

Arbeitsweise und Zusammenwirken der einzelnen Teile wird im folgenden in Verbindung mit der Fig. 4, die eine bevorzugte Realisierungsmöglichkeit einer Steuer- und Hochdruckhydraulik­ antriebseinheit für eine Motorbremse nach der Erfindung zeigt, erläutert. Dabei sind auch in dieser Figur, um die Übersicht­ lichkeit zu erleichtern, Konstruktionsteile, die nicht un­ mittelbar für die Erläuterung notwendig sind, weggelassen. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird hierbei die Motorbremse, wie noch erläutert wird, pneumatisch gesteuert und hydraulisch betätigt. Die gesamte Steuer- und Hydraulikpumpeneinheit ist in einem kompakten Aggregat angeordnet, das unmittelbar direkt von der Nockenwelle, wie noch erläutert wird, angetrieben ist.

In dieser Figur ist die Nockenwelle - gemäß Darstellung in Fig. 1 - in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Die Nocken­ welle besitzt eine Verlängerung 2 mit einem zusätzlichen Nocken 3 - vergleiche auch Fig. 3 - zum Antrieb der Hydraulik­ kolben 4 im Hochdrucksteuergehäuse 5. Die Hochdruckverschraubung 6 stellt eine drucksichere Verbindung zu den Hochdruckleitungen 7 - vergleiche Fig. 1 und Fig. 3 - her.

Die Steuer-Hochdruckhydraulikantriebseinheit besitzt im linken Teil ein Steuerteil, das den Übergang von normalen Motorbetrieb auf Motorbremsbetrieb und umgekehrt steuert.

In der Darstellung ist dieses Teil im Bremsbetrieb B. Bei Normalbetrieb befindet sich dieses Steuerteil zusammen mit der mit 23 bezeichneten Druckplatte in der gestrichelten Lage N, wie im einzelnen noch erläutert wird.

Bei normalem Motorbetrieb
wird eine Kugel 13 eines Steuerventils 14 durch einen Druck­ schieber 15 von einer Feder 16 offen gehalten. Hierdurch befindet sich im gesamten Hochdruckteil der Einheit der von eine Ölpumpe 17 aufgebrachte und vom Regulierventil 18 auf ein festgelegtes Niveau eingestellte normale Motoröl - Betriebs­ druck. Dieser Öldruck sorgt außer für eine gute Füllung des gesamten Hochdruckteiles mit Schmieröl auch für eine gute Schmierung aller Elemente im Hochdruckteil und über die Leitung 7 auch des Ventilstößels. Über das Teleskopteil 10 ergibt der Motoröldruck auch Spielfreiheit des Ventiltriebes selbst, wodurch das Geräusch im Ventiltrieb selbst reduziert wird. Die Kraft der Druckfeder 19 - vergleiche Fig. 1 - ist dabei so abgestimmt, daß der normale Öldruck nicht in der Lage ist, das Auslaßventil über das Teleskopteil 10 zu öffnen.
Zum Übergang in den Motorbremsbetrieb
wird über die Verschraubung 20 im Steuerteil der Steuer-Hydrau­ likpumpeneinheit dem Zylinder 21 Druckluft zugeführt. Gleich­ zeitig wird die nicht dargestellte Einspritzpumpe für die Arbeitszylinder auf Nullförderung gestellt.

Der auf dem Kolben 22 des Zylinders 21 wirkende Luftdruck bewegt die Druckplatte 23 nach links, so daß der Druckschieber 15 die Kugel 13 im Steuerventil 14 zur öldichten Anlage an das Gehäuseteil 24 bringt.

Das in dem Hydraulikkolben 4 und in den anschließenden Lei­ tungen befindliche Öl kann nunmehr nicht mehr, außer über Passungsspalt-Leckverluste entweichen und betätigt bei einem Hub des Nockens 3 - vergleiche auch Fig. 3 - über den Hydrau­ likkolben 4 den Kolben 10 a im Teleskopteil 10 zu einem durch den Nocken 3 genau festgelegten Zeitpunkt und dadurch das Auslaßventil 12, und zwar, vergleiche Fig. 2, im Bereich des oberen Zündumkehrpunktes des Arbeitskolbens, wodurch die in dem entsprechenden Zylinder verdichtete Luft abgeblasen wird. Hierdurch wird, unterstützt durch die Motorreibleistung, die gewünschte hohe Bremswirkung erzielt.

Der Hub des Nockens 3 - vergleiche Fig. 1, 3 und 4 - ist so bemessen, daß Leckverluste, die insbesondere durch den größeren Passungsspalt zwischen Ventilstößel 9 und Kurbelgehäuse 25 entstehen können, ausgeglichen werden.

Nach Beendigung des Hubes eines Hydraulikkolbens 4 werden die Leckverluste durch Öffnen der Kugel 13 vom Motoröldruck wieder ausgeglichen, so daß vor dem nächsten Hub das gesamte Hochdruck­ teil wieder ölgefüllt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird innerhalb des Hydraulikkolbens 4 eine zusätzliche Druckfeder 27 angeordnet, um die Abwärtsbewegung des Hydraulikkolbens 4 zu unterstützen, wenn, was bei besonders hochtourigen Motoren möglich sein kann, der normale Motoröldruck nicht allein zur Sicherstellung guter Ölfüllung ausreichen sollte.

Der Bremsbetrieb wird durch Entlüften des Zylinders 21 beendet, wobei die Feder 16 den normalen Betrieb wieder herstellt, indem die Kugel 13 abgehoben und damit das Steuerventil 14 dauerhaft geöffnet wird.

Das in diesem Aufbau austretende Lecköl wird über die Bohrung 28 in den Ölkreislauf zurückgeführt.

In die Darstellung nach Fig. 4 ist im Bereich des Antriebes der Nockenwelle gestrichelt ein Kreis X eingezeichnet. Die Fig. 5 zeigt eine Variante dieses Bereiches für den Antrieb des Steuernockens 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist nämlich angenommen, daß der Steuernocken 3 in Verlängerung der Nockenwelle 1 angeordnet ist und mit dieser eine durchgehende Welle bildet.

Bei der Variante nach der Fig. 5 erfolgt zum Ausgleich kleiner Mittelversetzungen der Antrieb des Nockens 3 ausgehend von der Nockenwelle 1 über eine Kreuzscheibe 30. Dabei wird die Druckölverbindung durch das Rohr 31 sichergestellt.

Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde die vorliegende Erfindung anhand von Einzelteilen teilweise schematisch erläutert, wobei das Zusammenwirken in der Figur im einzelnen dargestellt ist. Aufbau der Verbindungsleitungen und räumliche Zuordnung der einzelnen Teile ergeben sich aber aus den vorstehenden Aus­ führungen unmittelbar, wobei die Öldruckleitungen zwischen der Steuer-Antriebshydraulikeinheit (Fig. 4) und den einzelnen Auslaßventilgestängen über die einzelnen Hydraulikkolben an sich in verschiedener Weise ausgeführt sein können. Mit Rücksicht auf den zu übertragenden Druck empfiehlt es sich aber, gemäß einer anderen erfinderischen Ausgestaltung die Leitungen in Form einfacher Bohrungen im Motorblock auszu­ führen.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Insbesondere kann die Steuerung der Motorbremse selbst außer über Druckluft auch elektromagnetisch oder mechanisch erfolgen. Außerdem ist es möglich, die gesamte Steuer-Hochdruckeinheit nicht in Verlängerung der Nockenwelle 1 anzuordnen, sondern getrennt, wobei auch in diesem Fall der Antrieb synchron mit der Nockenwelle beispielsweise von dieser oder auch über irgendeinen anderen mit halber Motordrehzahl laufenden Antrieb erfolgt. Die räumliche Anordnung kann dabei den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden.

Auch die Betätigung des Steuerventils 14 oder auch der Öldruckzufuhr zu den einzelnen Auslaß-Ventiltrieben kann in anderer Weise, z. B. über ein Magnetventil usw., erfolgen. Wesentlich für die Realisierung der Erfindung ist, daß aus einem Drucksystem die wirksame Länge eines Ventiltriebes steuerbar kurzzeitig so verändert wird, daß das gewünschte Öffnen des Auslaßventils erfolgt. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß dies auch über einen elektromagnetischen Verteiler zur Steuerung entsprechender Magnetventile oder dergleichen erfolgen kann. Das gewählte Ausführungsbeispiel zeigt lediglich eine einfache, kompakte und sichere Realisierung einer zur Durchführung des Erfindungsgedankens notwendigen Einheit.

Claims (5)

1. Motorbremse mit jeweils im Bereich der Verdichtungs-/Zünd­ umkehrpunkte der Arbeitskolben einer Verbrennungskraft­ maschine kurzzeitig aufsteuerbaren Auslaßventilen, wobei innerhalb des Ventilgestänges eines Ventils zur Verände­ rung der wirksamen Länge dieses Gestänges im Sinne einer Öffnungsbewegung des Auslaßventils ein steuerbares, als Kolben ausgebildetes Teleskopteil (10) vorgesehen ist, welches im Ventilstößel (9) angeordnet und hydraulisch betätigbar ist, und der Nockentrieb zur rhythmischen Betätigung des Teleskopteiles während des Bremsbetriebes vom Motor mit halber Motordrehzahl angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Anzahl der Arbeitszylinder der Verbrennungskraftmaschine eine gleiche Anzahl federbelasteter, den Teleskopteilen (10) jeweils zugeordneter Hydraulikkolben (4) in einer kompakten baulichen Einheit sternförmig um einen einzigen Nocken (3) angeordnet ist, wobei der Antrieb für den Nocken (3) entweder als Verlängerung der üblichen Nockenwelle (1) oder als eigenes Antriebsteil ausgebildet ist, und daß jedem Hydraulikkolben (4) für seine Entlüftung ein Steuerventil (13, 14) zugeordnet ist, welches im normalen Motorbetrieb offen und im Bremsbetrieb geschlossen gehalten wird.

2. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikkolben (4) mit ihren Steuerventilen (13, 14), ihrem Nockenantrieb sowie der Hochdruckhydraulik und der Steuerung der Ventile zur Entlüftung der Hydraulikkolben eine baulich kompakte Einheit bilden.

3. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (3) und damit der Hub jedes Hydraulikkolbens (4) so bemessen sind, daß der Hub des zu steuernden Auslaßventils (12) auch bei Leckverlusten im Hochdruck­ system ausreichend ist, das im Arbeitszylinder komprimierte Gas (Luft) austreten zu lassen, während sich der Arbeitskolben noch im Bereich des oberen Totpunktes befindet.

4. Motorbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung einer guten Ölfüllung auch während des Bremsbetriebes am bzw. im Hydraulikkolben (4) eine Druckfeder (27) angeordnet ist.

5. Motorbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölhochdruckleitung im Hochdrucksystem zwischen Steuer-Antriebshydraulikeinheit und den einzelnen Auslaß­ ventilgestängen und/oder innerhalb der einzelnen Aggregate zumindest teilweise in Form einfacher Bohrungen ausge­ bildet sind.