DE19821130A1 - Brennkraftmaschine mit einer Motorstaubremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, die mit einer Motorstaubremse ausgestattet ist, bei der im Auspufftrakt eine Stauklappe angeordnet ist, um die Strömung von Abgas aus der Brennkraftmaschine zu unterbinden.

Bei herkömmlichen Motorstaubremsen ist im Auspufftrakt des Motors eine Klappe angeord­ net, die für den Bremsbetrieb umgeschaltet wird, so daß sie den Auspufftrakt möglichst dicht abschließt. Gleichzeitig wird die Einspritzpumpe auf Nullförderung umgestellt. Der Motor wird dabei vom schiebenden Fahrzeug angetrieben, und der Druck steigt im Auspuff strom­ aufwärts der Stauklappe durch die Pumpwirkung des Motors so lange an, bis Auslaßventile aufgedrückt werden und Abgas in einen anderen Zylinder zurückgeschickt wird. Ab diesem Zeitpunkt wird einlaßseitig keine Luft mehr angesaugt, sondern es wird nur mehr Gas zwi­ schen der Auspuffleitung und den einzelnen Zylindern hin und her gepumpt. Durch die starke Drosselwirkung an den aufgedrückten Ventilen wird eine erhebliche Energiemenge von me­ chanischer Arbeit in Wärme umgesetzt. Die entstehende Wärme wird fast vollständig über das Kühlwasser abgeführt. Das Bremsmoment, das mit einer solchen Staubremse erzielbar ist, hängt unter sonst gleichen Umständen sehr stark von der Vorspannung der Ventilfedern der Auslaßventile ab. Je stärker diese Vorspannung ist, um so größer wird der Druck, der im Bremsbetrieb erzielt wird, und um so mehr Arbeit kann in Wärme umgesetzt werden. Ande­ rerseits steigt auf diese Weise auch die Temperatur in der Brennkraftmaschine an. Begrenzend für die Auslegung der Motorbremse ist zur Zeit die höchstzulässige Temperatur an den Düsenkuppen der Einspritzdüsen. Die Einspritzdüsen werden naturgemäß im Bremsbetrieb nicht durch den durchfließenden Kraftstoff gekühlt, so daß die Düsenkuppen im wesentlichen die Brennraumwandtemperatur annehmen.

Da die Nutzfahrzeugmotoren durch technische Weiterentwicklung immer leistungsfähiger werden, ist es möglich, den Hubraum für solche Fahrzeuge im Vergleich zu früheren Motoren zu verringern. Um jedoch die gleiche Bremsleistung abführen zu können, ist es erforderlich, bei der Motorbremse zusätzliche Maßnahmen zu setzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bremsleistung einer Motorstaubremse der ein­ gangs beschriebenen Art zu erhöhen, ohne die Lebensdauer des Motors und insbesondere der Einspritzdüse zu beeinträchtigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Umgehungsleitung vorgesehen ist, die den stromaufwärts der Stauklappe angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes mit dem stromabwärts der Stauklappe angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes verbindet, und daß die Umgehungsleitung einen vorbestimmten Drosselquerschnitt aufweist.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß aus den oben beschriebenen Gründen die Wärmemenge, die durch das Kühlwasser während des Bremsbe­ triebs abgeführt werden kann, durch die maximale Temperatur der Einspritzdüsenkuppen be­ grenzt ist. Da bei vollständig geschlossener Stauklappe keinerlei Gasaustausch mit der Um­ gebung stattfindet, entspricht diese abgeführte Wärmemenge auch der Bremsleistung. Wenn man nun einen begrenzten Enthalpiestrom durch die Brennkraftmaschine zuläßt, indem ein Gasaustausch ermöglicht wird, kann zusätzlich zu der durch das Kühlwasser abgeführten Wärmemenge eine Wärmemenge abgeführt werden, die der Differenz des Enthalpiestroms des aus dem Auspuff austretenden Gases und des Enthalpiestroms der einlaßseitig einströmenden Gase entspricht. Durch die Kühlwirkung des angesaugten Frischgases können bei der erfin­ dungsgemäßen Brennkraftmaschine die Ventilfedern der Auslaßventile eine größere Vor­ spannung aufweisen, ohne die Düsenkuppen thermisch überzubeanspruchen.

Vorzugsweise ist in der Umgehungsleitung ein Ventil angeordnet. Über eine Steuerungsein­ richtung kann dieses Ventil gesteuert werden. Als besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Druck vor der Stauklappe auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, schon bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Motorbremsleistung zu erzielen, ohne bei höheren Drehzahlen in einen unzulässigen Bereich zu kommen. Darüber hinaus kann ein Verschleiß, der die Wirksamkeit der Motorbremse während der Motorlebens­ dauer beeinträchtigt, vermieden werden.

In einer äußerst vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Steuerung des Ventils im Auspufftrakt stromaufwärts der Stauklappe bzw. stromaufwärts des Ventils ein Druckaufnehmer angeordnet ist, und daß eine Sperrluftleitung im Bereich des Druckaufnehmers in den Auspufftrakt oder in eine Druckzuleitung zum Druckaufnehmer so einmündet, daß der Druckaufnehmer von Sperrluft angeblasen wird. Die auf den Druckauf­ nehmer gerichtete Sperrluft verhindert nachhaltig ein Verschmutzen des Druckaufnehmers durch den im Auspuffgas enthaltenen Ruß. Dadurch kann die Standzeit und Zuverlässigkeit der Motorbremse wesentlich erhöht werden.

Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Sperrluftleitung stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers von der Ansauglei­ tung ausgeht. Nach dem Turbolader und dem Ladeluftkühler steht im gesamten Lastbereich des Motors kühle und reine Luft zur Verfügung, die einen höheren Druck aufweist als in der Zuleitung zum Druckaufnehmer des Ventils in der Umgehungsleitung herrscht. Eine geringe Menge dieser Luft wird somit als Sperrluft im Bereich des Druckaufnehmers bzw. in die Druckzuleitung zum Druckaufnehmer eingeblasen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Sperrluftleitung eine Drossel und/oder ein Rück­ schlagventil angeordnet ist. Die Sperrluftmenge wird durch die Drossel bestimmt. Wenn die Abgasklappe geschlossen wird, so erhöht sich der Druck in der Druckzuleitung zum Druck­ aufnehmer. Ein Rückströmen von Abgas in die Sperrluftleitung und damit in die Saugleitung des Motors wird durch das Rückschlagventil verhindert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß der Druckaufnehmer und die Mündung der Sperrluftleitung in der Umgehungsleitung angeordnet sind. Alternativ dazu kann der Druckaufnehmer aber auch in der Sperrluftleitung selbst angeordnet sein. Die Mündung der Sperrleitung ist vorzugsweise im Auspufftrakt stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, daß im Bereich der Mündung ein geringerer Druck herrscht als im Bereich der Saugleitung.

In einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Ventil als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine automatische Regelung des Auspuffgegendrücks erreicht.

In einer alternativen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß in der Stauklappe mindestens eine Einrichtung zum gedrosselten Durchtritt von Abgas ausgebil­ det ist. Diese Ausführungsvariante ist sehr einfach aufgebaut, da keine zusätzliche Leitung benötigt wird und kann als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgebildet sein. Es ist sinnvollerweise nicht möglich, eine Stauklappe so auszubilden, daß diese an ihrem Rand eine definierte Undichtheit aufweist. Es würde an einer solchen Stelle zu einem Verschleiß kom­ men, der zu einer nicht vorhersehbaren Änderung des Bremsverhaltens im Laufe der Lebens­ dauer des Motors führen würde. Eine solche Undichtheit würde auch bei niedrigeren Dreh­ zahlen eine zu geringe Bremswirkung ergeben.

In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Schaltbild der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit einem federbelasteten Ventil in einer Bypassleitung,

Fig. 3 und Fig. 4 Ausführungsvarianten mit federbelasteten Ventilen in der Stauklappe,

Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsvarianten der Erfindung.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen verse­ hen.

In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, die über eine Ansauglei­ tung 2 und einen Auspufftrakt 3 verfügt. In dem Auspufftrakt 3 ist eine Stauklappe 4 angeord­ net. Stromaufwärts der Stauklappe 4 zweigt eine Umgehungsleitung 5 ab, in der ein Ventil 6 angeordnet ist. Stromabwärts der Stauklappe 4 mündet die Umgehungsleitung 5 wieder in die Auspuffleitung ein. Das Ventil 6 wird von einer Steuerungseinrichtung 7 gesteuert, die mit nicht dargestellten Sensoren für den Druck stromaufwärts der Stauklappe 4, der Motortempe­ ratur oder ähnlichen Parametern in Verbindung steht.

In der Ausführungsvariante der Fig. 2 ist in der Umgehungsleitung 5 ein Druckbegrenzungs­ ventil 6a angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 6a wird durch eine Feder 8 im geschlosse­ nen Zustand gehalten. Erst wenn der Druck stromaufwärts des Druckbegrenzungsventils 6a einen vorbestimmten Wert überschreitet, öffnet das Druckbegrenzungsventil 6a, um Gas durch die Umgehungsleitung 5 strömen zu lassen. Durch diese Lösung wird in einfacher Weise erreicht, daß auch bei niederen Drehzahlen eine ausreichende Bremsleistung zur Ver­ fügung gestellt werden kann.

In der Fig. 3 ist ein Druckbegrenzungsventil 6b mit einer Feder 8b, das in seinem Aufbau ähnlich dem der Ausführungsvariante von Fig. 2 ist, direkt in der Drosselklappe 4b angeord­ net. Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Aufbau erreichbar, da keine Umgehungslei­ tung notwendig ist.

Die Ausführungsvariante der Fig. 4 entspricht im wesentlichen der von Fig. 3, mit dem Unter­ schied, daß das Druckbegrenzungsventil 6c, das in der Stauklappe 4c angeordnet ist, durch eine Blattfeder 8c in die geschlossene Stellung vorgespannt wird.

In den Fig. 5 und 6 ist jeweils eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt, die eine Ansaugleitung 2 und einen Auspufftrakt 3 aufweist. Im Auspufftrakt 3 ist eine Stauklappe 4 angeordnet, stromaufwärts welcher eine Umgehungsleitung 5 abzweigt. Der Durchfluß in der Umgehungsleitung 5 kann über ein Ventil 6 gesteuert werden. Die Umgehungsleitung 5 mün­ det stromabwärts der Stauklappe 4 wieder in den Auspufftrakt 3 ein. Das Ventil 6 wird von einer Steuerungseinrichtung 7 gesteuert, die mit einem Druckaufnehmer 10 stromaufwärts des Ventils 6 bzw. stromaufwärts der Stauklappe 4 in Verbindung steht. Dabei ist das Funk­ tionsprinzip des Druckaufnehmers 10 - mechanisch oder elektrisch - unerheblich.

Zwischen der Ansaugleitung 2 und der Umgehungsleitung 5 ist eine Sperrluftleitung 11 vor­ gesehen, welche im Bereich des Druckaufnehmers 10 in die Umgehungsleitung 5 (Fig. 5) bzw. in eine Zuleitung zum Druckaufnehmer 10 einmündet. Wie in der Fig. 6 dargestellt ist, kann alternativ zur in Fig. 5 gezeigten Ausführung der Druckaufnehmer 10 auch in der Sperrluftleitung 11 angeordnet sein. In beiden Ausführungen wird der Sensorteil des Druck­ aufnehmers von reinem Sperrgas umspült und ein Verschmutzen verhindert.

In der Sperrluftleitung 11 ist eine Drossel 12 und ein Rückschlagventil 13 angeordnet. Die Sperrluftmenge wird dabei durch die Drossel 12 bestimmt. Das Rückschlagventil 13 verhin­ dert, daß beim Schließen der Abgasklappe 4 Abgas in die Sperrluftleitung 11 und damit in die Ansaugleitung 2 des Motors zurückströmt.

Stromaufwärts der Umgehungsleitung 5 ist im Auspuffstrang 3 der Turbinenteil 17 einer Abgasturbine 15 angeordnet. Die Sperrluftleitung 11 geht dabei stromabwärts des Verdich­ ters 16 der Abgasturbine 15 sowie des Ladeluftkühlers 18 von der Ansaugleitung 2 aus.

Dadurch, daß die Sperrluft durch die Sperrluftleitung 11 in den Auspuffstrang 3 strömt, wird nicht nur ein Eindringen von Rußpartikeln in die Zuleitung zum Druckaufnehmer 10 und ein Verschmutzen des Druckaufnehmers verhindert, sondern auch eine Kühlung des Druckauf­ nehmers 10 bewirkt. Dies ermöglicht eine bedeutend höhere Standzeit der Motorbremse und verringert notwendige Wartungsarbeiten.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Steigerung der Bremsleistung einer Brennkraft­ maschine, ohne die Düsenkuppen der Einspritzdüsen stärker thermisch zu belasten. Dies wird dadurch erreicht, daß ein nennenswerter Enthalpiestrom durch heiße Gase aus dem Aus­ puffsystem abgeführt werden kann.

Claims (12)

1. Brennkraftmaschine, die mit einer Motorstaubremse ausgestattet ist, bei der im Aus­ pufftrakt (3) eine Stauklappe (4) angeordnet ist, um die Strömung von Abgas aus der Brennkraftmaschine zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet daß eine Umgehungs­ leitung (5) vorgesehen ist, die den stromaufwärts der Stauklappe (4) angeordneten Ab­ schnitt des Auspufftraktes (3) mit dem stromabwärts der Stauklappe (4) angeordneten Abschnitt des Auspufftraktes (3) verbindet, und daß die Umgehungsleitung (5) einen vorbestimmten Drosselquerschnitt aufweist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umge­ hungsleitung ein Ventil (6) vorgesehen ist, das den Drosselquerschnitt steuert.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs­ einrichtung (7) vorgesehen ist, um die Öffnung des Ventils (6) in Abhängigkeit von Pa­ rametern, wie etwa des Drucks im Auspufftrakt (3) stromaufwärts der Stauklappe (4), der Motortemperatur u. dgl. zu steuern.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ventils (6) im Auspufftrakt (3) stromaufwärts der Stauklappe (4) bzw. stromaufwärts des Ventils (6) ein Druckaufnehmer (10) angeordnet ist, und daß eine Sperrluftlei­ tung (11) im Bereich des Druckaufnehmers (10) in den Auspufftrakt (3) oder in eine Druckzuleitung zum Druckaufnehmer (10) so einmündet, daß der Druckaufnehmer (10) von Sperrluft angeblasen wird.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 mit einem Abgasturbolader (15), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sperrluftleitung (11) stromabwärts des Verdichters (16) des Ab­ gasturboladers (15) von der Ansaugleitung (2) ausgeht.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sperrluftleitung (11) eine Drossel (12) und/oder ein Rückschlagventil (13) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (10) und die Mündung (14) der Sperrluftleitung (11) in der Umge­ hungsleitung (5) angeordnet sind.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (10) in der Sperrluftleitung (11) angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8 mit einem Abgasturbolader (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (14) der Sperrluftleitung (11) stromab­ wärts der Turbine (17) des Abgasturboladers (15) angeordnet ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (6) als federbelastetes Druckbegrenzungsventil (6a) ausgebildet ist.

11. Brennkraftmaschine, die mit einer Motorstaubremse ausgestattet ist, bei der im Aus­ pufftrakt (3) eine Stauklappe (4) angeordnet ist, um die Strömung von Abgas aus der Brennkraftmaschine zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stau­ klappe (4) mindestens eine Einrichtung zum gedrosselten Durchtritt von Abgas ausge­ bildet ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum gedrosselten Durchtritt von Abgas als federbelastetes Druckbegrenzungsventil (6c) ausgebildet ist.