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einem Auslassventil pro Zylinder, mit einer Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Auslassventilschliessbewegung während des Motorbremsbetriebes.
Motorbremsen mit einer Drosseleinrichtung im Auspuffsystem sind bekannt und stellen eine Dauerbremse dar, wobei die Drosseleinrichtung üblicherweise durch eine Auspuffstauklappe gebildet wird. Allerdings haben Motorbremsen, die ausschliesslich auf der Drosselwirkung von Auspuffstauklappen beruhen, den Nachteil einer relativ geringen Motorbremsleistung.
Weiters sind Motorbremsen bekannt, die eine Einrichtung aufweisen, die das Auslassventil beim Verdichtungstakt einen kleinen Spalt offenhalten. Das Auslassventil wird dabei nach dem Auspufftakt ein weiteres mal geöffnet. Dadurch wird erreicht, dass die Luft nicht verdichtet wird, sondern durch den Spalt des Auslassventiles, der als Drossel wirkt, in den Auspuff gelangt. Die Energie wird dabei am Drosselspalt in Wärme umgewandelt und gelangt zum Teil in den Auspuff, und zum anderen Teil in das Kühlwasser der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine kann dadurch auch bei längerer Talfahrt nicht unterkühlt werden. Die Bremsleistung solcher Systeme ist etwa doppelt so gross wie die von konventionellen Auspuffstaubremsen. Motorbremsen dieser Art wurden von den Firmen MACK TRUCKS INC. und JACOBS MANUFACTURING COMPANY verwirklicht.
MACK hat dies in der Zeitschrift Automotive Industrie"vom 15.2. 1971 auf den Seiten 49 bis 52 veröffentlicht, sowie im SAE PAPER 710557 beschrieben. Hier handelt es sich um ein Ventil auf der Kipphebelachse, welches den Öldruck in zwei Ölbohrungen der Kipphebelachse derart steuert, dass ein hydraulisches Element im Kipphebel bei normalem Betrieb ständig einen kleinen Hub ausführt, und über eine Rücknahme im Nockengrundkreis gleitet, wobei dieses Element beim Bremsen hydraulisch steif wird und auch während der Berührung zwischen dem Element und dem Grundkreis der Nocke das Auslassventil offen gehalten wird.
Die Motorbremse von JACOBS wurde im SAE PAPER 387A beschrieben. Bei dieser Aus- führung drückt ein hydraulisches Element direkt auf das Auslassventil. Die Regelung und die
Elemente werden in einem recht aufwendigen Gehäuse auf den Zylinderkopf aufgesetzt.
Der Nachteil dieser bekannten, auf das Auslassventil einwirkenden Motorbremssystemen ist, dass die Kraftaufbringelemente relativ gross dimensioniert werden müssen, um das Auslass- ventil entgegen der Ventilfederkraft zu öffnen. Um solche hohen Kräfte aufbringen zu kön- nen, sind meist umfangreiche konstruktive Massnahmen erforderlich.
Aus der EP 0 736 672 A2 ist ein Verfahren zur Motorbremsung der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Auslassventil während Zwischenöffnungsbewegungen blockiert und ein
Schliessen verhindert wird. Die Zwischenöffnungsbewegungen werden durch einen Druckan-
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Dabei wird ausgenützt, dass es bei Brennkraftmaschinen mit einer zuschaltbaren Drosseleinrichtung im Auspuff zu hochfrequenten Druckpulsationen in der Auspuffleitung stromaufwärts der Drosseleinrichtung im Motorbremsbetrieb kommt. Bei aktivierter Drosseleinrichtung steigt der Abgasdruck im Bereich des unteren Totpunktes nach dem Ansaugtakt so stark an, dass das Auslassventil durch die Druckwelle eines benachbarten Zylinders aufgedrückt wird.
Diese Druckpulsationen bewirken ein schnelles Öffnen und Schliessen des Auslassventiles und verursachen ein charakteristisches Geräusch bei Auspuffbremsen. Das Flattern des Auslassventiles wirkt sich ausserdem nachteilig auf die Lebensdauer des Auslassventilsitzes aus. Die Drosseleinrichtung im Auspuffsystem ist ein wesentlicher Bestandteil dieser Motorbremse.
Aus der DE 34 28 627 Al ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Abgas-Motorbremse bekannt, bei der im Bremsbetrieb durch eine Begrenzungseinrichtung der Hub der Auslassventile auf ein das Schliessen der Auslassventile verhinderndes Mass begrenzt wird. Durch den entstehenden Drosselspalt wird das Gas während des Kompressions- und Expansionshubes gedrosselt und die Motorbremsleistung in Kombination mit einer konventionellen Motor-Auspuffbremse mit einer Abgasstauklappe verbessert. Die Begrenzungseinrichtung besteht dabei im wesentlichen aus einem mit Drucköl beaufschlagbaren Hydraulikkolben, welcher achsgleich mit dem Auslassventil angeordnet ist und auf die Rückseite des Auslassventilhebels einwirkt.
Die durch die Begrenzungseinrichtung aufgebrachte Kraft muss dabei aber grösser sein als die Federkraft der Auslassventilfeder, um das Auslassventil entsprechend abzubremsen und einen vordefinierten Spalt offen zu halten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, Nachteile von bekannten Motorbremssystemen und-verfahren zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine hohe Motorbremsleistung zu erzielen.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass die Begrenzungseinrichtung einen quer zur Bewegungsrichtung des Auslassventiles in einem Gehäuse zwischen einer Sperrstellung und einer Ruhestellung verschiebbaren Begrenzungsteil aufweist, welcher in der Sperrstellung, vorzugsweise über einen Zwischenteil, in Richtung des Öffnungshubes auf den Ventilschaft des Auslassventiles einwirkt. Da der Begrenzungsteil quer zur Bewegungsrichtung des Aus- lassventiles verschiebbar ist, kann dieser mit äusserst geringem Kraftaufwand bewegt und das vollständige Schliessen des Auslassventiles auf sehr einfache Weise verhindert werden. Die Auslassventilschliesskraft wirkt nur in Scherrichtung auf den Begrenzungsteil ein, welcher direkt am Auslassventilschaft oder an einem Tassenstössel oder an einer Ventilbrücke für meh- rere Ventile angreifen kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Begrenzungsteil ein in einem Zylinder des Gehäuses verschiebbarer Zapfen ist. Die Angriffsfläche des Begrenzungsteiles ist dabei vorteilhafter
Weise flach ausgebildet, um die Beanspruchung und den Verschleiss des Begrenzungsteiles so gering wie möglich zu halten. Die Gegenfläche an der Stirnfläche des Ventilschaftes, dem
Tassenstössel oder an der Ventilbrücke ist mit möglichst grossem Krümmungsradius ausge-
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bildet, um eine Berührung mit der Kante des Begrenzungsteiles zu verhindern und die Reibung zu minimieren.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass in Richtung der Ruheposition auf den Begrenzungsteil eine Rückstellfeder einwirkt. Der Begrenzungsteil wird somit bei deaktivierter Motorbremse wieder in seine Ruheposition geschoben.
In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Begrenzungseinrichtung einen Betätigungskolben aufweist, welcher axial in Richtung der Sperrstellung auf den Begrenzungsteil einwirkt, wobei der Betätigungskolben auf den Begrenzungsteil über ein elastisches Element, vorzugsweise eine Schrauben- oder eine Gasfeder, einwirkt. Das elastische Element stellt sicher, dass die seitlich auf den Auslassventilschaft bzw. auf den Zwischenteil wirkenden Kräfte zufolge der Begrenzungseinrichtung limitiert sind, und einen vorbestimmten zulässigen Wert nicht überschreiten. Die Begrenzungseinrichtung kann dadurch zu jedem Zeitpunkt im Kurbelwinkelbereich aktiviert werden.
Erfolgt die Aktivierung bei geschlossenem Auslassventil, so wird die Bewegung des Begrenzungsteiles durch den Auslassventilschaft, den Tassenstössel oder durch die Ventilbrücke vorerst begrenzt. Bei Öffnung des Auslassventiles während des normalen Auslasshubes wird der restliche Weg für den Begrenzungsteil freigegeben, wodurch dieser durch das elastische Element in seine der Sperrstellung entsprechende Endlage gedrückt wird. In dieser Position wird die Hubbewegung des Auslassventiles behindert, sodass ein Spalt entsprechend einem Resthub von etwa 0, 1 bis
1 mm, vorzugsweise 0, 3 bis 0, 6 mm zwischen dem Auslassventil und dem Ventilsitz verbleibt.
Der Betätigungskolben kann mechanisch oder elektrisch betätigt werden. Die Vorzüge der Erfindung hinsichtlich Einfachheit kommen aber besonders zum Tragen, wenn der Betäti- gungskolben hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, wobei vorzugsweise alle Begren- zungseinrichtungen gleichzeitig, vorzugsweise über ein zentrales, elektrisch betätigtes hy- draulisches oder pneumatisches Schaltventil, aktivierbar sind. Da Nutzfahrzeuge, bei welchen die erfindungsgemässe Begrenzungseinrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kön- nen, zumeist pneumatische oder hydraulische Hilfsenergien zur Verfügung stehen, sind keine zusätzlichen Energiesysteme erforderlich.
Die geringen Betätigungskräfte für den Begren- zungsteil gestatten es sogar, den Betriebsdruck des Motorschmieröles als Betätigungsmittel einzusetzen, wobei in besonders einfachen Ausführungen durch ein einziges Schaltventil die
Motorbremse für alle Zylinder betätigt werden kann.
Die verfügbare Bremsenergie hängt wesentlich von der Grösse des durch die Begrenzungsein- richtung erzeugten Spaltes zwischen Auslassventil und Ventilsitz ab. Ist dieser Spalt zu gross, so wird die Kompressionsarbeit reduziert. Ist der Spalt zu klein, kann der Kompressions- spitzendruck nicht ausreichend abgebaut werden, sodass der Kolben während des Expansions- hubes wieder Arbeit an der Kurbelwelle leistet. Wird bei einer Brennkranmaschine mit zwei
Auslassventilen pro Zylindern jeweils nur eines der beiden Auslassventile durch die Begren- zungseinrichtung im Bremsbetrieb blockiert, so wirken sich Montagetoleranzen weniger auf die erreichbare Bremsleistung aus.
Bei Ausführungen mit auf mehrere Auslassventile wirken-
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den Ventilbrücken wirkt der Begrenzungsteil jeweils auf ein Ende der Ventilbrücke ein, sodass bei aktivierter Begrenzungseinrichtung das diesem Brückenende zugeordnete Auslassventil einen Spalt offen gehalten wird. Das oder die anderen Auslassventile schliessen dabei ganz normal, während die Ventilbrücke eine geringe Schiefstellung von beispielsweise einem Grad erfährt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. l eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine der erfindungsgemässen Begrenzungseinrichtung, Fig. 2 die Begrenzungseinrichtung in deaktiviertem Zustand, Fig. 3 die Begrenzungseinrichtung bei Beginn des Motorbremsbetriebes, Fig. 4 die Begrenzungseinrichtung in voll aktiviertem Zustand während des Motorbremsbetriebes, Fig. 5 die Begrenzungseinrichtung in einer Draufsicht, Fig. 6 die Begrenzungseinrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 ein Auslassventilhub-Kurbelwinkel-Diagramm während des Motorbremsbetriebes und Fig. 8 ein Diagramm, in welchem die Bremsleistung in Abhängigkeit des Resthubes des Auslassventiles aufgetragen ist.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt durch den Zylinderblock 1 und den Zylinderkopf 2. Im Zylinder 3 ist ein hin- und hergehender Kolben 4 angeordnet. In den Brennraum 5 münden im Zylinderkopf 2 verlaufende Auslasskanäle 6a und 6b, wobei die Auslassöffnungen 7a, 7b durch Auslassventile 8a, 8b verschlossen werden. Die Auslassventile 8a und 8b werden durch Ventilfedem 9a und 9b in ihrer Schliessposition gehalten.
Auf die Ventilschäfte lOa, lOb der Auslassventile 8a, 8b wirkt über eine Ventilbrücke 11 ein Kipphebel 12 ein, welcher um eine Achse 13 drehbar gelagert ist. Der Kipphebel 12 wird durch eine Nockenwelle 14 betätigt.
Im Bereich der Ventilbrücke 11 ist am Zylinderkopf 2 eine Begrenzungseinrichtung 15 über Schrauben 16 befestigt. Die Begrenzungseinrichtung weist ein Gehäuse 17 auf, in welchem ein als Zapfen ausgebildeter Begrenzungsteil 18 entlang einer Achse 19 der Begrenzungseinrichtung 15 quer zur Bewegungsrichtung des Auslassventiles 8a verschiebbar gelagert ist. Die Achse 19 steht dabei etwa im rechten Winkel zur Ventilachse 8a'des Auslassventiles 8a. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Begrenzungsteil 18 über die Ventilbrücke 11 auf das Auslassventil 8a ein, wobei der Begrenzungsteil 18 an einem Ende lla der Ventilbrücke angreift. Im Bereich der Angriffsfläche 18a ist der Begrenzungsteil 18 flach ausgebildet, um die Beanspruchung und den Verschleiss des Begrenzungsteiles 18 so gering wie möglich zu halten.
Die Gegenfläche 1 lb der Ventilbrücke 11 weist einen möglichst grossen Krümmungs- radius auf, um eine Berührung mit der Kante des Begrenzungsteiles 18 zu verhindern. Ge- nauso ist es denkbar, die Gegenfläche llb mit einer abgeschrägten Anlauffläche l Ic auszu- führen. Der Begrenzungsteil wird durch eine Rückstellfeder 20 bei deaktivierter Motorbremse in seiner in Fig. 2 dargestellten Ruheposition Lo gehalten. Die Betätigung des Begrenzungs- teiles 18 erfolgt über einen Betätigungskolben 21, welcher über ein elastisches Element 22 auf den Begrenzungsteil 18 einwirkt. Der Betätigungskolben 21 ist in einem zylindrischen
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Aufnahmeteil 23 verschiebbar gelagert.
Die Betätigungseinrichtung 15 weist einen Arbeitsraum 24 auf, in welchen über einen Anschluss 25 eine nicht weiter dargestellte Hydraulikoder Pneumatikleitung einmündet, die als Sammelleitung ("Common Rail") für alle Zylinder ausgebildet sein kann.
Bei Deaktivierung der Motorbremse wird der Arbeitsraum 24 über ein nicht weiter dargestelltes zentrales Schaltventil mit einer hydraulischen oder pneumatischen Druckquelle verbunden, wodurch sich der Betätigungskolben 21 in die in Fig. 3 dargestellte Position bewegt. Wenn die Aktivierung der Motorbremse ausserhalb des Auspufftaktes erfolgt, befinden sich die Auslassventile 8a und 8b in ihrer Schliessposition und die Ventilbrücke 11 in ihrer obersten Stellung. In dieser Stellung ist die Bewegung des Begrenzungsteiles 18 durch die Ventilbrücke 11 behindert, sodass durch die Verschiebung des Betätigungskolbens 21 zunächst nur das elastische Element 22 vorgespannt wird. Mit L, ist die vorgespannte Lage des Betätigungsteiles 18 bezeichnet.
Das elastische Element 22, beispielsweise eine Schraubenfeder, ist so dimensioniert, dass in diesem Zustand nur geringe Kräfte auf die Ventilbrücke 11 einwirken und ein Langzeitverschleiss der Ventilführungen 8a"und 8b"der Auslassventile 8a und 8b ausgeschlossen werden kann.
Bei einem Betätigungsdruck von 3 bar beispielsweise kann der Betätigungskolben 21 auf das elastische Element 22 eine Kraft von etwa 55 N ausüben. Die Federkennlinie des elastischen Elementes 22 kann dabei so bemessen sein, dass durch den Begrenzungsteil 18 auf die Ventilbrücke 11 nicht mehr als 49 N wirken.
Werden dann die Auslassventile 8a und 8b während des normalen Auspufftaktes geöffnet und die Ventilbrücke 11 über den Kipphebel 12 nach unten gedrückt, so kann der Begrenzungsteil
18 durch das vorgespannte elastische Element 22 in seine in Fig. 4 dargestellte Sperrstellung Lz bewegt werden. Zum Vergleich ist in Fig. 4 strichliert die Ruhestellung Lo eingezeichnet.
Befindet sich der Begrenzungsteil 18 in der Sperrstellung L2, so kommt es am Ende des Aus- pufftaktes zu einer Blockierung der Auslassventilschliessbewegung durch den Begrenzungsteil
18, wobei die flach ausgebildete Angriffsfläche 18a des Begrenzungsteiles 18 im Bereich des einen Endes l1a der Ventilbrücke 11 an einer abgerundeten Gegenfläche llb der Ventil- brücke 11 aufliegt. Dadurch bleibt das Auslassventil 8a einen Resthub h geöffnet, welcher
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kann. Der Resthub kann an die jeweiligen Erfordernisse angepasst und im Hinblick auf maximale Motorbremsleistung hin optimiert werden. Bei den genannten kleinen Resthüben h ist die auftretende Geschwindigkeit des Auslassventiles 8a bereits klein genug, um eine Beschädigung des Begrenzungsteiles 18 bei Auftreffen der Ventilbrücke 11 am Begrenzungsteil 18 auszuschliessen.
Um den Einfluss von Fertigungstoleranzen auf die Streubreite der Motorbremsleistung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn nur eines von zwei Auslassventilen 8a, 8b während des Motorbremsbetriebes offengehalten wird, während das andere Auslassventil 8b nor-
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mal schliesst. Dieses gewünschte Verhalten wird erreicht, wenn der Begrenzungsteil 18 in der beschriebenen Weise an einem Ende 1 la der Ventilbrücke 11 angreift. Durch diese einseitige Belastung kommt es zu einer geringen Schiefstellung der Ventilbrücke 11 um einen Winkel a von beispielsweise 1 , welcher ausreicht, um einerseits das eine Auslassventil 8a einen Resthub h offen zu halten und andererseits das andere Auslassventil 8b sicher zu schliessen. Die Ventilbrücke 11 wird vorteilhafterweise ohne eigene axiale Führung ausgeführt.
Bei Ausführungen mit geführter Ventilbrücke 18 muss ein ausreichendes Spiel zur Ermöglichung der Schiefstellung vorgesehen sein.
Um eine zuverlässige und auch bei längerem Betrieb hohe Motorbremsleistung zu gewährleisten, ist das Gehäuse 17 der Begrenzungseinrichtung 15 möglichst starr, beispielsweise über vier Schrauben 16, mit dem Zylinderkopf 2 verbunden, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in welchem der Auslassventilhub H über dem Kurbelwinkel KW während des Motorbremsbetriebes aufgetragen ist. Im Diagramm ist jeweils mit OT der obere Totpunkt und mit UT der untere Totpunkt des Kolbens 4 bezeichnet. Weiters sind im Diagramm der Ansaugtakt S, der Kompressionstakt K, der Expansionstakt E und der Ausschubtakt A eingetragen. Das eine Auslassventil 8a bleibt auch ausserhalb des Ausschubtaktes A einen Resthub h geöffnet, während das andere Auslassventil 8b ausserhalb des Ausschubtaktes A geschlossen wird, wie strichliert eingezeichnet ist. Dadurch wird das Gas im Zylinder 3 im Motorbremsbetrieb nicht vollständig komprimiert, sondern durch den Spalt des Auslassventiles 8a in den Auslasskanal 6a und das Auspuffsystem gedrückt. Es erfolgt somit eine Drosselung am Auslassventilspalt.
Die Energie wird dabei am Drosselspalt in Wärme umgewandelt und gelangt zum Teil in den Auspuff, zum anderen Teil in das Kühlwasser der Brennkraftmaschine.
In Fig. 8 ist der Einfluss der Grösse des Resthubes h auf die Motorbremsleistung P MB darge- stellt. Deutlich ist zu ersehen, dass die Motorbremsleistung PMB wesentlich vom Resthub h abhängt und im Ausführungsbeispiel bei einem Resthub von 0, 3 bis 0, 5 mm maximal wird.
Dieser relativ enge Bereich zeigt, dass schon geringe Änderungen des Resthubes grosse Auswirkungen auf die erzielbare Motorbremsleistung PMg, beispielsweise infolge von Ferti- gungstoleranzen, haben können. Werden während des Motorbremsbetriebes mehrere Auslass- ventile offengehalten, so kann es zu einer Subsummierung von sich auf die Motorbremslei- stung Pub nachteilig auswirkenden Toleranzen kommen, während gleichzeitig der Resthubbe- reich, in welchem optimale Motorbremsleistung P MB auftritt, enger wird. In Fig. 8 ist zu Ver- gleichszwecken auch die Bremsleistung Po einer konventionellen Auspuffstaubremse einge- zeichnet.
Deutlich lässt sich erkennen, dass sich durch den Resthub h während des Motor- bremsbetriebes wesentlich höhere Bremsleistungen P MB realisieren lassen, als mit konven- tionellen Auspuffstauklappen.
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Selbstverständlich kann die erfindungsgemässe Begrenzungseinrichtung auch in Kombination mit herkömmlichen Abgasstauklappen im Auspuffsystem verwendet werden, wodurch sich besonders hohe Motorbremsleistungen erzielen lassen.
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one exhaust valve per cylinder, with a limiting device to limit the exhaust valve closing movement during engine braking.
Engine brakes with a throttle device in the exhaust system are known and represent a continuous brake, the throttle device usually being formed by an exhaust damper. However, engine brakes, which are based exclusively on the throttling effect of exhaust dampers, have the disadvantage of a relatively low engine braking power.
Furthermore, engine brakes are known which have a device which keeps the exhaust valve a small gap open during the compression stroke. The exhaust valve is opened again after the exhaust cycle. This ensures that the air is not compressed, but gets into the exhaust through the gap of the exhaust valve, which acts as a throttle. The energy is converted into heat at the throttle gap and partly reaches the exhaust and partly the cooling water of the internal combustion engine. As a result, the internal combustion engine cannot be supercooled even when descending for a long time. The braking power of such systems is approximately twice that of conventional exhaust dust brakes. Motor brakes of this type were manufactured by MACK TRUCKS INC. and JACOBS MANUFACTURING COMPANY.
MACK published this in the magazine "Automotive Industrie" from February 15th, 1971 on pages 49 to 52, as well as in SAE PAPER 710557. This is a valve on the rocker arm axle, which controls the oil pressure in two oil holes of the rocker arm axle in such a way that a hydraulic element in the rocker arm constantly performs a small stroke during normal operation and slides over a return in the cam base circle, this element becoming hydraulically stiff when braking and the exhaust valve is also kept open during contact between the element and the base circle of the cam.
The engine brake from JACOBS was described in SAE PAPER 387A. In this version, a hydraulic element presses directly on the outlet valve. The scheme and the
Elements are placed on the cylinder head in a rather complex housing.
The disadvantage of these known engine brake systems acting on the exhaust valve is that the force application elements have to be dimensioned relatively large in order to open the exhaust valve against the valve spring force. In order to be able to apply such high forces, extensive constructive measures are usually necessary.
From EP 0 736 672 A2 a method for engine braking of the type mentioned at the outset is known, in which the exhaust valve blocks and turns on during intermediate opening movements
Closure is prevented. The intermediate opening movements are
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This takes advantage of the fact that in internal combustion engines with a throttle device that can be activated in the exhaust, high-frequency pressure pulsations occur in the exhaust line upstream of the throttle device in engine braking mode. When the throttle device is activated, the exhaust gas pressure rises so much in the area of bottom dead center after the intake stroke that the exhaust valve is pressed open by the pressure wave of an adjacent cylinder.
These pressure pulsations cause the exhaust valve to open and close quickly and create a characteristic noise when the exhaust brakes are activated. The flutter of the exhaust valve also has an adverse effect on the life of the exhaust valve seat. The throttle device in the exhaust system is an essential part of this engine brake.
From DE 34 28 627 A1 a four-stroke internal combustion engine for driving a motor vehicle with an exhaust gas engine brake is known, in which the stroke of the exhaust valves is limited to a dimension preventing the exhaust valves from closing by a limiting device in braking operation. The throttle gap created throttles the gas during the compression and expansion stroke and improves engine braking performance in combination with a conventional engine exhaust brake with an exhaust gas damper. The limiting device essentially consists of a hydraulic piston that can be pressurized with oil, which is arranged coaxially with the exhaust valve and acts on the rear of the exhaust valve lever.
However, the force applied by the limiting device must be greater than the spring force of the exhaust valve spring in order to brake the exhaust valve accordingly and to keep a predefined gap open.
It is the object of the invention to avoid disadvantages of known engine braking systems and methods and to achieve a high engine braking power in the simplest possible way.
According to the invention, this is achieved in that the limiting device has a limiting part which can be displaced transversely to the direction of movement of the exhaust valve in a housing between a blocking position and an inoperative position and which acts in the blocking position, preferably via an intermediate part, in the direction of the opening stroke on the valve stem of the exhaust valve. Since the limiting part can be displaced transversely to the direction of movement of the exhaust valve, it can be moved with extremely little effort and the complete closure of the exhaust valve can be prevented in a very simple manner. The outlet valve closing force only acts in the shear direction on the limiting part, which can act directly on the outlet valve stem or on a bucket tappet or on a valve bridge for several valves.
It is preferably provided that the limiting part is a pin that can be displaced in a cylinder of the housing. The contact surface of the boundary part is more advantageous
Formed flat in order to keep the stress and wear of the limiting part as low as possible. The counter surface on the end face of the valve stem, the
Cup tappet or on the valve bridge is designed with the largest possible radius of curvature
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forms to prevent contact with the edge of the limiting part and to minimize friction.
It is advantageously provided that a restoring spring acts on the limiting part in the direction of the rest position. The limiting part is thus pushed back into its rest position when the motor brake is deactivated.
In a particularly advantageous variant of the invention it is provided that the limiting device has an actuating piston which acts axially in the direction of the blocking position on the limiting part, the actuating piston acting on the limiting part via an elastic element, preferably a helical or gas spring. The elastic element ensures that the forces acting laterally on the exhaust valve stem or on the intermediate part are limited due to the limiting device and do not exceed a predetermined permissible value. The limiting device can thus be activated at any time in the crank angle range.
If activation takes place with the outlet valve closed, the movement of the limiting part is initially limited by the outlet valve stem, the bucket tappet or by the valve bridge. When the exhaust valve is opened during the normal exhaust stroke, the remaining path for the limiting part is released, whereby this is pressed into its end position corresponding to the blocking position by the elastic element. In this position, the stroke movement of the exhaust valve is impeded, so that a gap corresponding to a residual stroke of approximately 0.1 to
1 mm, preferably 0.3 to 0.6 mm, remains between the outlet valve and the valve seat.
The actuating piston can be actuated mechanically or electrically. However, the advantages of the invention in terms of simplicity are particularly evident when the actuating piston is actuated hydraulically or pneumatically, with preferably all limiting devices being activatable simultaneously, preferably via a central, electrically actuated hydraulic or pneumatic switching valve. Since commercial vehicles, in which the limiting device according to the invention can be used particularly advantageously, mostly pneumatic or hydraulic auxiliary energies are available, no additional energy systems are required.
The low actuating forces for the limiting part even allow the operating pressure of the engine lubricating oil to be used as the actuating means, the particularly simple designs using a single switching valve
Engine brake for all cylinders can be operated.
The available braking energy depends largely on the size of the gap between the exhaust valve and valve seat created by the limiting device. If this gap is too large, the compression work is reduced. If the gap is too small, the compression peak pressure cannot be reduced sufficiently, so that the piston again works on the crankshaft during the expansion stroke. Is used in a kiln crane with two
Exhaust valves per cylinder only one of the two exhaust valves blocked by the limiting device in braking mode, so installation tolerances have less effect on the achievable braking performance.
In versions with several exhaust valves
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the valve bridges, the limiting part acts on one end of the valve bridge, so that when the limiting device is activated, the outlet valve assigned to this bridge end is kept a gap open. The one or the other outlet valves close normally, while the valve bridge experiences a slight misalignment of, for example, one degree.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows a schematic representation of a cylinder of an internal combustion engine of the limiting device according to the invention, FIG. 2 shows the limiting device in the deactivated state, FIG. 3 shows the limiting device when the engine braking operation begins, FIG. 4 shows the limiting device in the fully activated state during the engine braking operation, FIG. 5 shows the limiting device in a plan view, FIG. 6 shows the limiting device in a section along the line VI-VI in FIG. 5, FIG. 7 shows an exhaust valve lift / crank angle diagram during engine braking operation and FIG. 8 shows a diagram in which the braking power in Dependence of the remaining stroke of the exhaust valve is applied.
1 shows an internal combustion engine in longitudinal section through the cylinder block 1 and the cylinder head 2. In the cylinder 3, a reciprocating piston 4 is arranged. Exhaust passages 6a and 6b, which run into the cylinder head 2, open into the combustion chamber 5, the exhaust openings 7a, 7b being closed by exhaust valves 8a, 8b. The outlet valves 8a and 8b are held in their closed position by valve springs 9a and 9b.
The valve stems 10a, 10b of the outlet valves 8a, 8b are acted upon via a valve bridge 11 by a rocker arm 12 which is rotatably supported about an axis 13. The rocker arm 12 is actuated by a camshaft 14.
In the area of the valve bridge 11, a limiting device 15 is fastened to the cylinder head 2 by means of screws 16. The limiting device has a housing 17, in which a limiting part 18 designed as a pin is slidably mounted along an axis 19 of the limiting device 15 transversely to the direction of movement of the outlet valve 8a. The axis 19 is approximately at right angles to the valve axis 8a ′ of the exhaust valve 8a. In the exemplary embodiment shown, the limiting part 18 acts on the outlet valve 8a via the valve bridge 11, the limiting part 18 engaging at one end 11a of the valve bridge. In the area of the engagement surface 18a, the delimitation part 18 is designed to be flat in order to keep the stress and wear of the delimitation part 18 as low as possible.
The counter surface 1 lb of the valve bridge 11 has the largest possible radius of curvature in order to prevent contact with the edge of the limiting part 18. It is also conceivable to design the counter surface 11b with a beveled contact surface 11c. The limiting part is held in its rest position Lo shown in FIG. 2 by a return spring 20 when the motor brake is deactivated. The actuation of the limiting part 18 takes place via an actuating piston 21, which acts on the limiting part 18 via an elastic element 22. The actuating piston 21 is in a cylindrical
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Receiving part 23 slidably mounted.
The actuating device 15 has a working space 24, into which a hydraulic or pneumatic line (not shown further) opens via a connection 25, which can be designed as a common line for all cylinders.
When the engine brake is deactivated, the working space 24 is connected to a hydraulic or pneumatic pressure source via a central switching valve (not shown further), as a result of which the actuating piston 21 moves into the position shown in FIG. 3. If the engine brake is activated outside the exhaust stroke, the exhaust valves 8a and 8b are in their closed position and the valve bridge 11 in its uppermost position. In this position, the movement of the limiting part 18 is impeded by the valve bridge 11, so that initially only the elastic element 22 is preloaded by the displacement of the actuating piston 21. L, the prestressed position of the actuating part 18 is designated.
The elastic element 22, for example a helical spring, is dimensioned such that only slight forces act on the valve bridge 11 in this state and long-term wear of the valve guides 8a "and 8b" of the outlet valves 8a and 8b can be excluded.
At an operating pressure of 3 bar, for example, the operating piston 21 can exert a force of approximately 55 N on the elastic element 22. The spring characteristic of the elastic element 22 can be dimensioned such that no more than 49 N act on the valve bridge 11 through the limiting part 18.
If the exhaust valves 8a and 8b are then opened during the normal exhaust stroke and the valve bridge 11 is pressed downward via the rocker arm 12, the limiting part can
18 can be moved by the prestressed elastic element 22 into its locking position Lz shown in FIG. 4. For comparison, the rest position Lo is shown in broken lines in FIG. 4.
If the limiting part 18 is in the blocking position L2, then at the end of the exhaust stroke the exhaust valve closing movement is blocked by the limiting part
18, wherein the flat-shaped engagement surface 18a of the limiting part 18 rests in the region of one end 11a of the valve bridge 11 on a rounded counter surface 11b of the valve bridge 11. As a result, the outlet valve 8a remains open for a remaining stroke h, which
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can. The remaining stroke can be adapted to the respective requirements and optimized with regard to maximum engine braking power. In the case of the small remaining strokes h mentioned, the speed of the outlet valve 8a is already low enough to prevent damage to the limiting part 18 when the valve bridge 11 strikes the limiting part 18.
In order to keep the influence of manufacturing tolerances on the spread of engine braking power as small as possible, it is advantageous if only one of two exhaust valves 8a, 8b is kept open during engine braking while the other exhaust valve 8b is normal.
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times closes. This desired behavior is achieved when the limiting part 18 acts on the end 11a of the valve bridge 11 in the manner described. This one-sided loading leads to a slight skewing of the valve bridge 11 by an angle a of, for example, 1, which is sufficient to on the one hand keep the one exhaust valve 8a a residual stroke h open and on the other hand to securely close the other exhaust valve 8b. The valve bridge 11 is advantageously carried out without its own axial guide.
In versions with guided valve bridge 18, sufficient play must be provided to enable the misalignment.
In order to ensure reliable engine braking performance, which is high even during prolonged operation, the housing 17 of the limiting device 15 is connected to the cylinder head 2 as rigidly as possible, for example via four screws 16, as shown in FIGS. 5 and 6.
FIG. 7 shows a diagram in which the exhaust valve lift H is plotted against the crank angle KW during engine braking operation. In the diagram, top dead center and bottom dead center of piston 4 are denoted by OT. Furthermore, the intake stroke S, the compression stroke K, the expansion stroke E and the extension stroke A are entered in the diagram. One outlet valve 8a also remains open for a remaining stroke h outside the extension stroke A, while the other outlet valve 8b is closed outside the extension stroke A, as shown in broken lines. As a result, the gas in the cylinder 3 is not fully compressed in engine braking operation, but rather is pushed through the gap of the exhaust valve 8a into the exhaust port 6a and the exhaust system. Throttling occurs at the outlet valve gap.
The energy is converted into heat at the throttle gap and partly reaches the exhaust and partly the cooling water of the internal combustion engine.
8 shows the influence of the size of the remaining stroke h on the engine braking power P MB. It can clearly be seen that the engine braking power PMB essentially depends on the remaining stroke h and, in the exemplary embodiment, becomes maximum with a remaining stroke of 0.3 to 0.5 mm.
This relatively narrow range shows that even small changes in the residual stroke can have a major impact on the achievable engine braking power PMg, for example as a result of manufacturing tolerances. If several exhaust valves are kept open during engine braking, tolerances that adversely affect the engine braking performance Pub can be added up, while at the same time the remaining stroke range in which optimum engine braking performance P MB occurs becomes narrower. For comparison purposes, FIG. 8 also shows the braking power Po of a conventional exhaust dust brake.
It can be clearly seen that the remaining stroke h during engine brake operation enables significantly higher braking powers P MB to be achieved than with conventional exhaust damper valves.
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Of course, the limiting device according to the invention can also be used in combination with conventional exhaust gas flaps in the exhaust system, as a result of which particularly high engine braking powers can be achieved.