DE3010219A1 - Motorbremssystem und bremsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Motorbremssystem und ein Bremsverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Bremssystem, welches durch die Kombination der Kompressionsverminderungs-Motorbremse und eines Turboladers gekennzeichnet ist, der eine Abgasturbine mit einer unterteilten Ladereintrittsspirale umfaßt und einen Luftkompressor, wodurch sich eine verbesserte Motorleistung und eine verbesserte Motorbremsung ergeben.

Ein Turbolader in turbogeladenen Motoren ist normalerweise während des Bremsvorganges nicht erforderlich, da der Motor nicht mit Treibstoff versorgt wird. Daher werden sowohl das Volumen als auch die Temperatur der Auspuffgase vermindert. Dies führt zu zwei nachteiligen Wirkungen: (1) Die Betriebstemperatur des Motors fällt unter den gewünschten Punkt, da das Kühlsystem mehr Wärme abführt, als erzeugt wird; und (2) eine Verminderung des erzeugten Auspuffgasvolumens (wegen des Fehlens der Verbrennung) und die Verminderung des Gasvolumens (aufgrund des Temperaturabfalls des Gases) bewirken eine Verminderung der Drehzahl des Turboladers. Diese nachteiligen Wirkungen treten dann auf, wenn die Motorbremsung erforderlich ist, z.B. auf langen Gefällestrecken. Wenn das untere Ende des Gefälles erreicht ist, wird die Motortemperatur beträchtlich vermindert worden sein und der Turbolader verlangsamt. Unter diesen Bedingungen ist es schwierig, den Motor rasch zu beschleunigen, wie es erforderlich sein kann, um eine steile Steigung zu bewältigen, die gewöhnlich einem Gefälle folgt.

Diese nachteiligen Auswirkungen werden allgemein dadurch überwunden, daß ein Bremssystem vorgesehen wird, welches den Turbolader, der eine Abgasturbine umfaßt, mit einer Kompressionsverminderungs-Motorbremse kombiniert, wobei der Turbolader ein Zusatz zum Bremssystem ist und der Bremsbe-

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trieb eine Beigabe des verbesserten Betriebes des Turboladers ist. Bei dem Bremssystem wird der Turbolader derart gesteuert, daß die Luftströmung in den Motor hinein während des Bremsvorganges dadurch auf ein Maximum gebracht wird, daß das gesamte Abgas durch einen Abschnitt der Turbine umgelenkt wird, so daß die Kompressionsarbeit des Motors erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Motorbremssystem mit verbesserter Motorleistung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, der Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen aufweist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination einer Kompressionsverminderungs-Motorbremse, die beim Öffnen wenigstens eines Auslaßventils des Verbrennungsmotors nahe des Endes des Kompressionshubes des Motorzylinders, dem das Auslaßventil zugeordnet ist, wirksam ist, und einem Turbolader mit einer Abgasturbine mit geteilter Ladereintrittsspirale und einem Luftkompressor, der komprimierte Luft an die Motoreinlaß-Sammelleitung liefert, wobei der Turbolader ein Umlenkventil aufweist, welches wirkungsmäßig an einer Seite mit der Auslaß-Sammelleitung und an seinem entgegengesetzten Ende mit der geteilten Ladereintrittsspirale verbunden ist, um mit vorbestimmter Bremswirkung die Strömung des Auspuffgases aus der Auslaß-Sammelleitung nur an einen der Abschnitte der geteilten Ladereintrittsspirale zu lenken, und zwar anstatt beiden, wie es bei einem geringeren Maß als der vorbestimmten Bremswirkung auftritt.

Durch Umlenken der Abgasströmung durch einen Abschnitt der Turbine wird der Gasdruck in der Auslaß-Sammelleitung erhöht. Diese Wirkung erhöht nicht nur die vom Motor entwickelte Verzögerungsleistung sondern auch die Temperatur der Luft im Motor. Die erhöhte Temperatur der Luft bewirkt ihrerseits eine Erhöhung der Energie des Abgases, das überdies den

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Wirkungsgrad und daher auch die Rotationsgeschwindigkeit der Turbine erhöht. Die Kombination einer Motor-Kompressionsverminderungsbremse mit einem Turbolader mit unterteilter Ladereintrittsspirale erzeugt ein synergistisches Ergebnis, welches die verfügbare, von der Kompressionsverminderungsbremse erzeugte Verzögerungsleistung erhöht. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Kombination für den normalen Betrieb der Erfindung ergibt sich aus dem Bremsbetrieb. Während des Bremsvorganges wird ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeuges in Wärme umgewandelt, die durch das Motorkühlsystem abgeleitet wird, so daß der Motor auf oder nahe der normalen Betriebstemperatur gehalten wird.

In herkömmlichen Systemen wirken Kompressionsverminderungsbremsen (z.B. US-PS 3 220 392) normalerweise nur als Bremsen. In herkömmlichen Systemen wirken Turbolader mit einer unterteilten Ladereintrittsspirale und Umlenkmechanismen (vgl. die US-Patentschriften 4 008 572; 3 559 397; 3 137 477.; 3 313 518 oder 3 975 911) normalerweise derart, daß die Mengenströmung an Luft erhöht wird, um die Motorleistung während der Zufuhr von Treibstoff zu erhöhen. Bisher war es unbekannt, daß durch Verwendung einer Kompressionsverminderung sbr ems e synergistische Auswirkungen erzielt werden konnten, um den Betrieb eines turbogeladenen Motors zu verbessern und einen turbogeladenen Motor mit einer unterteilten Ladereintrittsspirale und Umlenkmechanismen zu verwenden, um den Betrieb der Kompressionsverminderungsbremse zu verbessern.

Die Erfindung betrifft also ein Motorbremssystem und ein Verfahren zur Erzeugung einer verbesserten Motorbremsung und eines verbesserten Motorbetriebs als Folge eines Bremsvorganges. Die Erfindung betrifft einen turbogeladenen Ver-

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brennungsmotor, der mit einer Kompressionsverminderungsmotorbremse ausgestattet ist, bei dem der Turbolader eine Zwillingseingang-Turbine aufweist. Zusätzlich ist ein Umlenkventil vorgesehen, welches derart ausgebildet ist, daß die gesamte Strömung der Abgase in einen Abschnitt der Turbine hineingelenkt wird. Die erfindungsgemäße Kombination erhöht die von dem Motor erzeugte Verzögerungsleistung dadurch, daß die Mengenströmung der Luft durch den Motor erhöht und die Auslaß-Sammelleitungstemperatur und der Auslaß-Sammelleitungsdruck vergrößert werden. Die verbesserte Leistung nach der Bremsung ergibt sich aus den höheren Turbolader-Drehzahlen und der erhöhten Motortemperatur, die im Motor während des Bremsvorganges erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung eines Motors mit einer Kompressionsverminderungs-Bremse, einem Abgas-Umlenker und einem Turbolader mit Zwillingseingang oder einer Turbine mit geteilter Ladereintrittsspirale;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung des Kompressionsverminderungs-Motorverzögerers;

Fig. 2A ein Schaltbild des elektrischen Steuersystems für den erfindungsgemäßen verbesserten Motorverzögerer ;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Turboladers mit einem Zwillingseingang oder einer Turbine mit geteilter Ladereintrittsspirale, die bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann;

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Fig. 4 eine Draufsicht eines Schmetterlings-Umlenkventils, das bei der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 ein P-V-Diagramm der Druck-Volumen-Verhältnisse, die in einem Motorzylinder während eines vollständigen Zyklus beim Betrieb nach dem Stand der Technik unter Verwendung einer Kompressionsverminderungs-Bremse auftreten;

Fig. 7 ein P-V-Diagramm der Druck-Volumen-Verhältnisse, die in einem Motorzylinder während eines vollständigen Zyklus gemäß der Erfindung auftreten; und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Verzögerungs-Leistung eines Motors, der allein eine Kompressionsverminderungs-Motorbremse benutzt, sowie die vergrößerte Verzögerungsleistung, die erfindungsgemäß entwickelt wird.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Motor bezeichnet. Der Motor 10 kann mit Funkenzündung oder Kompressionszündung arbeiten und eine beliebige Anzahl von Zylindern haben. Die Erfindung wird jedoch mit Bezug auf einen typischen Sechszylinder-Kompressionszündungsmotor beschrieben, der mit einem Einlaß-Sammelrohr 12 und einem geteilten Auslaß-Sammelrohr versehen ist, welches ein vorderes Auslaß-Sammelrohr und ein hinteres Auslaß-Sammelrohr 16 umfaßt. Die Auslaß-Leitungen 18 und 20 führen jeweils von dem vorderen und hinte-

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ren Auslaß-Sammelrohr zu einem Abgas-Umlenkventil 22. Das Abgas-Umlenkventil 22 ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt und wird nachstehend im einzelnen erläutert. Eine geteilte Abgasleitung 24 verbindet den Auslaß des Umlenkventils 22 und den Einlaß einer Zwillingseingangs-Turbine oder einer Turbine mit geteilter Ladereintrittsspirale 25, die zusammen mit einem Kompressor 28, einen zusammengehörigen Turbolader 30 bildet. Der Turbolader 30 ist in der Fig. 3 dargestellt und wird nachstehend im einzelnen beschrieben. Nach dem Durchtritt durch die Turbine 26 treten die Abgase in das Motorauspuffsystem 32 ein.

Luft wird in den Motor 20 durch den üblichen Motorluft-Reiniger 34, die Kompressoreinlaß-Leitung 36, den Kompressor 28 und die Einlaß-Sammelrohrleitung 28 eingeführt, welche den Auslaß des Luftkompressors 28 mit dem Einlaß-Sammelrohr 12 verbindet. Wie in der Fig. 1 schematisch und im einzelnen in der Fig. 3 gezeigt, wird der Kompressor von der Turbine 26 angetrieben, so daß ein typischer zusammengehöriger Turbolader 30 vorliegt.

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, weist der Motor 10 ein Gehäuse 40 auf, welches das übliche, schematisch in der Fig. 2 dargestellte, Kompressionsverminderungs-Bremssystem enthält, öl 42 aus einem Sumpf 44, der beispielsweise aus dem Motor-Kurbelgehäuse bestehen kann, wird durch eine Leitung 46 durch eine Niederdruckpumpe 48 in den Einlaß 50 eines Magnetventils 52 gepumpt, welches im Gehäuse 40 angebracht ist. Das Niederdrucköl 42 wird von dem Magnetventil 52 über eine Leitung 56 an einen Steuerzylinder 54 geleitet, der ebenfalls in dem Gehäuse 40 angebracht ist. Ein Steuerventil 58 ist zur hin und her gehenden Bewegung innerhalb des Steuerzylinders eingepaßt und durch eine Druckfeder 60 in eine geschlossene Stellung gedrückt. Das Steuerventil 58 enthält einen Einlaßdurchgang 62, der durch ein Kugel-

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Sperrventil 64 geschlossen ist, welches durch eine Druckfeder 66 in die geschlossene Stellung vorgespannt ist, sowie einen Auslaßdurchgang 68. Wenn sich das Steuerventil in der offenen Stellung befindet (wie in der Fig. 2 gezeigt), ist der Auslaßdurchgang 68 mit dem Steuerzylinder-Auslaßdurchgang 70 ausgerichtet, welcher mit dem Einlaß eines Hilfszylinders 72 in Verbindung steht, der ebenfalls im Gehäuse 40 gebildet ist. Es ist erkennbar, daß das Niederdrucköl 42, welches durch das Magnetventil 52 hindurchtritt, in den Steuerventilzylinder 54 eintritt und das Steuerventil 58 in die offene Stellung anhebt. Danach öffnet sich das Kugel-Sperrventil 64 entgegen der Vorspannung der Feder 66 und Öl strömt in den Hilfszylinder 72. Von dem Auslaß 74 des Hilfszylinders 72 strömt das Öl 42 durch eine Leitung 76 in den Hauptzylinder 78, der im Gehäuse 40 geformt ist.

Ein Hilfskolben 80 ist zur Hin- und Herbewegung innerhalb des Hilfszylinders 72 eingepaßt. Der Hilfskolben 80 ist in Aufwärtsrichtung (wie in der Fig. 2 gezeigt) gegen einen einstellbaren Anschlag 82 durch eine Druckfeder 84 vorgespannt, die innerhalb des Hilfskolbens 80 angebracht ist und gegen eine in dem Hilfszylinder 72 sitzende Stütze 86 wirkt. Das untere Ende des Hilfskolbens 80 wirkt gegen eine Auslaßventilkappe 88, die auf dem Schaft des Auslaßventils 90 aufgepaßt ist, das seinerseits in dem Motor 10 sitzt. Eine Auslaßventilfeder 92, spannt normalerweise das Auslaßventil 90 in die geschlossene Stellung vor, wie in der Fig. 2 gezeigt. Normalerweise wird der einstellbare Anschlag 82 derart eingestellt, daß er ein gewünschtes Spiel zwischen dem Hilfskolben 80 und der Auslaßventilkappe 88 herbeiführt, wenn das Auslaßventil geschlossen ist, der Hilfskolben am einstellbaren Anschlag 82 sitzt und der Motor kalt ist. Das vorbestimmte Spiel wird zur Aufnahme der Ex-

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pansion der Teile vorgesehen, einschließlich des Auslaßventilhubes wenn der Motor heiß ist ohne Öffnung des Auslaßventiles 90, und zur Steuerung der Zeitfolge der Auslaßventilöffnung .

Ein Hauptkolben 94 ist zur hin- und hergehenden Bewegung innerhalb des Hauptzylinders 78 eingepaßt und in Aufwärtsrichtung (wie in der Fig. 2 gezeigt) durch eine leichte Blattfeder 96 vorgespannt. Das untere Ende des Hauptkolbens 94 berührt einen Einstellschraubenmechanismus 98 eines Kipphebels 100, der durch eine von der Motornockenwelle (nicht gezeigt) getriebene Stößelstange 102 gesteuert ist.

Wenn das Magnetventil 52 offen ist, hebt das Öl 42 das Steuerventil 58 an und füllt dann den Hilfszylinder 72 und den Hauptzylinder 78. Eine Rückströmung von öl aus dem Hilfszylinder 72 und dem Hauptzylinder 78 wird durch die Wirkung des Kugel-Sperrventils 64 verhindert. Wenn jedoch einmal das System mit öl gefüllt ist, treibt eine Aufwärtsbewegung der Stößelstange 102 den Hauptkolben 94 aufwärts und der hydraulische Druck treibt seinerseits den Hilfskolben 80 nach unten, so daß das Auslaßventil 90 geöffnet wird. Die Ventil-Zeiteinstellung ist derart gewählt, daß das Auslaßventil 90 nahe des Endes des Kompressionshubes des Zylinders geöffnet wird, dem das Auslaßventil 90 zugeordnet ist. Die beim Komprimieren der Luft während des Kompressionshubes vom Motorkolben geleistete Arbeit wird auf diese Weise an das Auspuffsystem des Motors abgegeben, und während des Expansionshubes des Motors nicht wieder gewonnen. Bei einigen Motoren kann es passend sein, den Hauptkolben mittels der Injektor-Stößelstange zu betätigen, die dem Zylinder zugeordnet ist, mit welchem der Hilfskolben in Verbindung steht, während es bei anderen Motoren bevor-

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zugt sein kann, eine Stößelstange zu verwenden, die mit einem Einlaß- oder Auslaßventil für einen anderen Zylinder verbunden ist. In allen Fällen wird das Ergebnis gleich sein, da das Auslaßventil nahe des Endes des Kompressionshubes geöffnet wird.

Wenn die Kompressionsverminderungs-Bremse deaktiviert werden soll, wird das Magnetventil 52 geschlossen, wodurch das öl 42 in dem Steuerventilzylinder 54 durch die Leitung 56, das Magnetventil 52 und die Rückkehrleitung 54 zum Sumpf 44 hindurchtritt. Wenn das Steuerventil 58 nach unten fällt, gesehen in der Fig. 2, wird ein Teil des Öls im Hilfszylinder 72 und Hauptzylinder 78 durch das Steuerventil 58 abgelassen und durch Leitungseinrichtungen (nicht gezeigt) in den Sumpf 44 zurückgeführt.

Das elektrische Steuersystem für die Erfindung ist in der Fig. 2A schematisch dargestellt, auf die im folgenden Bezug genommen wird. Die Fahrzeugbatterie 106 ist an einem Anschluß mit Masse 108 verbunden. Die andere Batterieklemme ist in Reihe mit einer Sicherung 110, einem Armaturenbrettschalter 112, einem Kupplungsschalter 114 und einem Kraftstoffpumpenschalter 116 geschaltet, sowie vorzugsweise über eine Diode 118 zurück an Masse 108 gelegt. Ein Mehrfachstellungs-Äuswahlschalter 120 ist ebenfalls in Reihe mit den Schaltern 112, 114 und 116 geschaltet. Zur Herbeiführung verschiedener Größen der Bremsleistung durch den Motorverzögerer und das Auspuff-Ümlenksystem, kann es wünschenswert sein, den Auswahlschalter 120 zu nutzen, der, wie in der Fig. 2A gezeigt ist, drei Positionen aufweist. In der Position 1 (wie in der Fig. 2A dargestellt) aktiviert der Auswahlschalter 120 die vorderen Motorbrems-Magnete 122, die beispielsweise die Magnetventile 52 steuern, welche der Hälfte der Zylinder des Motors (also drei bei dem in der Fig. 1 gezeigten Sechszylindermotor) zugeordnet sind.

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In der Position 2, aktiviert der Auswahlschalter 120 die vorderen Motormagnete 122 und die hinteren Motormagnete 124, so daß die Magnetventile 52 gesteuert werden, die allen Zylindern des Motors zugeordnet sind, wodurch eine erhöhte Motorbremsung erzielt wird. In der Position 3, aktiviert der Auswahlschalter 120 nicht nur alle Magnetventile 52, sondern überdies das Umlenkventil 22 durch den Magnet 126, so daß eine maximale MotorbremsIeistung erzielt wird, wie im einzelnen nachstehend beschrieben. Es kann auch vorteilhaft sein, daß zusätzliche Stellungen des Auswahlschalters 120 vorgesehen werden, so daß die Motorbremse, falls gewünscht, an einen oder mehrere Motorzylinder angelegt werden kann. Natürlich kann der Auswahlschalter 120 auch weggelassen werden, wenn zu jedem Zeitpunkt eine maximale Motorbremsung erforderlich ist, d.h. an allen Motorzylindern und zusätzlich die Bremsung mittels des Umlenkventils 22. Die Schalter 112, 114 und 116 sind zur Vervollständigung des Steuersystems vorgesehen; sie ermöglichen den sicheren Betrieb des Systems. Der Schalter 112 ist eine manuelle Steuerung zur Deaktivierung des gesamten Systems. Der Schalter 114 ist ein automatischer Schalter, der zur Deaktivierung des Systems angeschlossen ist, wenn die Kupplung ausgerückt ist, um ein Abwürgen des Motors zu verhindern. Der Schalter 116 ist ein zweiter automatischer Schalter, der mit dem Treibstoffsystem verbunden ist, um die Treibstoffzufuhr zum Motor zu unterbinden, wenn die Motorbremse in Betrieb ist.

Die Fig. 3 zeigt einen typischen Turbolader 30, der mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann. Der Turbolader 30 umfaßt eine Zwillingseingangs-Turbine und einen Kompressor 28, die zusammen koaxial auf einer Welle 128 montiert sind, welche drehbar in Lagern 130 in einem stationären

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Gehäuse 132 gelagert ist. Die Turbine 26, die hier als Radialströmungsturbine dargestellt ist, umfaßt eine geteilte Ladereintrittsspirale 134 mit zwei Reihen von Düsen 136, 138, die auf die Flügel eines an der Welle 128 befestigten Flügelrades 140 ausgerichtet sind. Gas, welches in der geteilten Ladereintrittsspirale 134 strömt, wird beim Durchtritt durch die Düsen 136, 138 beschleunigt und überträgt seine kinetische Energie auf das Flügelrad 140. Die Geschwindigkeit des Flügelrades 140 ist eine Funktion des Gasvolumens, das durch die Ladereintrittspirale 140 strömt, die die Strömungsgeschwindigkeit durch die Düsen 136, 138 bestimmt. Es ist bekannt, daß bei verhältnismäßig geringen GasStrömungsgeschwindigkeiten der Wirkungsgrad der Turbine abnimmt und daß ein größerer Wirkungsgrad bei niedrigen Gasströmungsgeschwindigkeiten dann erzielbar ist, wenn das gesamte Gas in einen Teil der Ladereintrittsspirale 134 hineingerichtet ist.

Das Turbinenrad 140 der Turbine 26 ist mit dem Treibrad 142 des Kompressors 28 verbunden, der hier als Zentrifugalkompressor dargestellt ist. Die Rotation des Treibrades: 142 zieht Luft durch die Eintrittsöffnung 144 und fördert die Luft mit erhöhtem Druck durch die Kompressor-Laderspirale 146 zur der Einlaß-Sammelleitung 38. Es ist zwar ein Radialströmungs-Turbolader dargestellt und beschrieben, doch können verschiedene Arten von Turboladern mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Turbine von derjenigen Art ist, bei der das gesamte, als Antriebsfluid verwendete Auspuffgas, falls gewünscht, an einen Teil des Turbinenrades geliefert werden kann.

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Die Pig. 4 und 5 zeigen die typische Form eines Umlenkventils 22, welches zur Umlenkung der Strömung des Auspuffgases aus den Leitungen 18 und 20 zu einem Teil der Leitung 24 und von dort zu nur einem Abschnitt der Ladereintrittsspirale 134 der Turbine 26 ausgebildet ist. Wie dargestellt, umfaßt das Umlenkventil 22 ein Paar von verhältnismäßig dicken Platten 148, 150, die ein Gehäuse bilden, welches zum Einsetzen zwischen die Leitungen 18, 20 und die geteilte Leitung 24 ausgebildet ist. Die Platten 148, 150 sind mit Bolzenlöchern 152 versehen, um die Platten an Flansche an den Leitungen 18, 20 und 24 zu befestigen. In jeder der Platten 148, 150 ist eine öffnung 154 geformt. Ein Schmetterlings-Ventil 156 ist innerhalb der öffnung 154 auf Zapfenwellen 158, 160 montiert, die derart gelagert sind, daß sie bezüglich der Platten 148, 150 aus einer geschlossenen Stellung, in der sie im wesentlichen parallel zu den Platten stehen, in eine offene Stellung drehbar sind, die im wesentlichen senkrecht zu den Platten liegt. Ein zweites Schmetterlings-Ventil 162 ist innerhalb der öffnung 154 auf einer Welle 164 montiert, die derartgelagert ist, daß sie bezüglich der Platten 148, 150 aus einer geschlossenen Stellung, die im wesentlichen senkrecht zu den Platten steht, in eine geöffnete Stellung drehbar ist, in der die Ebene des Schmetterlings-Ventils 162 in einem spitzen Winkel zur Ebene der Platten 148, 150 steht. Wenn dabei das Schmetterlings-Ventil 156 in der offenen Stellung steht, und das Schmetterlings-Ventil 162 in seiner geschlossenen Position, dann tritt die Gasströmung von den Leitungen 18, 20 in beide Abschnitte der unterteilten Leitung 24 ein und damit auch in beide Abschnitte der unterteilten Ladereintrittsspirale 134 der Turbine 26. Wenn jedoch das Schmetterlings-Ventil 156 in der geschlossenen Stellung steht und das Schmetterlings-Ventil 162 in seiner geöffneten Stellung, dann wird die Gasströmung von den Leitungen 18 und

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20 in einen Teil der unterteilten Leitung 24 umgelenkt und somit auch in einen Abschnitt der unterteilten Ladereintrittsspirale 134 der Turbine 26. Die Position der Schmetterlings-Ventile 156 und 162 braucht lediglich zwischen einer voll geöffneten und einer voll geschlossenen Position umgesteuert werden. Die Ventile können daher ohne weiteres durch einen Elektromagnet 126 (Fig. 2A) über geeignete Verbindungsgestänge-Systeme (nicht gezeigt) betätigt werden, wie dem Fachmann ohne weiteres einleuchten wird. Da diese Betätigungsmechanismen keinen Teil der Erfindung darstellen, brauchen sie hier nicht im einzelnen erläutert werden. Vorstehend wurde eine spezielle Form eines Umlenkventils dargestellt und erläutert, doch ergibt sich ohne weiteres, daß verschiedene Arten von Umlenkventilen oder Umlenkmechanismen bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden können, vorausgesetzt lediglich, daß die Vorrichtung in der Lage ist, das gesamte Motorabgas in eine einzige Leitung umzulenken, die nur zu einem Abschnitt der Turbine hin gerichtet ist, so daß der Turbinen-Wirkungsgrad und die Geschwindigkeit bei geringen Abgasströmungsgeschwindigkeiten erhöht werden können.

Die Fig. 6 ist ein Druck-Volumen-Diagramm für einen Mack Kompressions-Zündungsmotor, der mit einer Kompressionsverminderungs-Motorbremse ausgestattet ist, die von der Firma Jacobs Manufacturing Co. hergestellt wird. Der Teil des Diagramms von den Punkten 1 bis 2 bezeichnet den Kompressionshub des Motors, der am unteren Totpunkt (BDC) beginnt. Bevor der Kolben den oberen Totpunkt (TDC) erreicht, wird das Auslaßventil 90 durch die Motorbremse geöffnet und der Zylinderdruck beginnt abzufallen. Am Punkt 2a endet der Kompressionshub und der Kolben kehrt seine Bewegungsrichtung um, so daß er den "Leistungs"-Hub beginnen würde, wenn der Motor mit Treibstoff versorgt wäre. Der Punkt 3 stellt das Ende des

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"Leistungs"-Hubes am unteren Totpunkt dar. Das Diagramm vom Punkt 3 bis zum Punkt 4 bezeichnet den Ausstoßhub, während das Diagramm vom Punkt 4 bis zum Punkt 1 den Ansaughub darstellt. Während des Kompressions- und Ausstoßhubes wird von dem Motor dadurch Arbeit verrichtet, daß die Luft innerhalb des Zylinders komprimiert wird; während des "Leistungs"- und Ansaughubes gibt der Motor die gespeicherte Energie an das Motorkühlsystem und an das Auspuff system ab. Die Fläche innerhalb der Diagrammkurve ist daher proportinal zur Verzögerungsleistung, die von dem Motor unter Verwendung der herkömmlichen Jacobs-Motorbremse entwickelt wird.

Die Fig. 8 (Kurve A) ist eine graphische Darstellung, in welcher die Veränderung der Verzögerungs-Leistung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl dargestellt 1st, und zwar für einen Mack 676-Kompressionszündungsmotor, der mit einer Jacobs-Motorbremse der schematisch in der Fig. 2 gezeigten Art ausgestattet ist.

Erfindungsgemäß wird nun ein Umlenkventil der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Art in die Auslaß-Sammelleitung eines Mack 676-Motors eingefügt, der mit einem Turbolader und einer Jacobs-Motorbremse ausgestattet ist. Die bemerkenswerte Verbesserung der Motorbremsleistung sowie der Motorbetriebsleistung ist hinsichtlich der Bremsleistung in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Die Fig. 7 ist ein Druck-Volumen-Diagramm ähnlich der Fig. 6, sie zeigt jedoch die Auswirkung des zusätzlichen Umlenkventils. Es ist zu bemerken, daß ein beträchtlich höherer Maximaldruck im Kompressionshub erzielt wird, während die "Leistungs"-Hubkurve verhältnismäßig unverändert bleibt, so daß die Fläche zwischen den Kurven, die proportional zur Ver-

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zögerungsleistung ist, vergrößert wird. In ähnlicher Weise wird der Maximaldruck (sowie der mittlere wirksame Druck) während des Ausstoßhubes erhöht, so daß die Fläche zwischen den Ausstoß- und Einsaughubkurven und die hierdurch gegebene Verzögerungsleistung ebenfalls vergrößert ist.

Die Kurve B der Fig. 8 ist eine Darstellung der Verzögerungsleistung, die von dem erfindungsgemäßen Gerät entwickelt wird. Es ist erkennbar, daß bei allen Motordrehzahlen innerhalb des nutzbaren Betriebsbereiches des Motors die von dem erfindungsgemäß arbeitenden Motor entwickelte Bremsleistung größer ist, als diejenige, die bei einem Motor entsteht, der nur mit der herkömmlichen Jacobs-Bremse betrieben wird. Bei den höheren Motordrehzahlen, die normalerweise beim Gebrauch der Motorbremse auftreten, ist überdies die Verbesserung der Bremsleistung am stärksten gefördert.

Es wird angenommen, daß die Verbesserung der Bremsleistung auf der synergistisehen Reaktion der Jacobs-Motorbremse und des mit der geteilten Ladereintrittsspirale versehenen Turboladers und des ümlenkventils beruht. Wenn eine Motorbremsung beispielsweise auf einem langen Gefälle erforderlich ist, arbeitet der Motor nahe des oberen Grenzwertes seines Betriebsdrehzahlbereichs, doch wird der Motor nicht mit Treibstoff versorgt. Dadurch werden sowohl das Volumen als auch die Temperatur der Auspuffgase reduziert. Dies erzeugt zwei früher beschriebene nachteilige Wirkungen. Diese nachteiligen Wirkungen werden dadurch berücksichtigt, daß das ganze verfügbare Auspuffgas durch einen Abschnitt der Turbine gelenkt wird, so daß die Turbinen-Düsengeschwindigkeit erhöht wird, wodurch sich eine Erhöhung der Kompressordrehzahl ergibt. Bei erhöhter Kompressordrehzahl kann eine größere Luftmasse in den Motoreinlaß gefördert werden, so daß die vom Motor verrichtete Kompressionsarbeit erhöht wird, wie durch die Kurve 1'-2' der Fig. 7 gezeigt wird, und zwar im

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Vergleich mit der Kurve 1-2 der Fig. 6. Überdies besteht die Wirkung des Umlenkventils darin, eine Einschnürung in der AuspuffSammelleitung zu schaffen, die zu einem erhöhten Widerstand während des Ausstoßhubes führt. Die letztgenannte Wirkung zeigt ein Vergleich der Kurve 3'-4' der Fig. 7 mit der Kurve 3-4 der Fig. 6. Die vom Motor während des Kompressions- und Ausstoßhubes verrichtete erhöhte Arbeit führt zu einer erhöhten Temperatur der Auspuffgase, so daß auch das Volumen des Auspuffgases größer wird. Wie vorstehend bereits angemerkt, erhöht ein Anwachsen des Auspuffgasvolumens die Drehzahl der Turbine und diese erhöht weiter die Luftmenge, die über den Kompressor in den Motor eingespeist wird. Somit ist verständlich, daß die neuartige Kombination der Kompressionsverminderungs-Bremse und des Turboladers mit seinem Umlenkventil einen synergistischen Effekt erzielt, bei dem die Kompressionsverminderungs-Bremse in verbesserter Weise und überdies als Auspuffbremse arbeitet.

überdies wird nicht nur die Bremsleistung verbessert, sondern auch die Betriebsleistung des Motors wird verbessert. Wie bereits erwähnt, tritt häufig der Fall auf, daß einer Steigung unmittelbar ein langes Gefälle folgt, bei dem eine Motorbremsung erforderlich ist. Am unteren Ende des Gefälles hatte sich dabei bisher die Motortemperatur beträchtlich vermindert und der Turbolader wurde verlangsamt. Unter diesen Bedingungen ist es, wie bereits erwähnt, schwierig, den Motor wieder rasch zu beschleunigen. Bei der erfindungsgemäßen Kombination wird nicht nur die Motortemperatur höher sein (wegen der größeren verrichteten Arbeit an der gesteigerten Strömungsmenge der Luft während des Motorbremsbetriebs), sondern auch die Turbolader-Drehzahl wird durch die kombinierten Auswirkungen des Umlenkventils und der vergrößerten Strömungsmenge aufrechterhalten. Der Turbolader wird also näher

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an einer Drehzahl arbeiten, wie sie für die rasche Beschleunigung des Motors erforderlich ist. Ein zusätzlicher Leistungsvorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß beim Beginn der Treibstoffversorgung des Motors die höhere Temperatur und die höhere Strömungsmenge der Luft die vollständige Verbrennung fördern, so daß eine Auspuffrauch-Emission und der damit einhergehende Leistungsverlust vermieden werden. Die Aufrechterhaltung der Motortemperatur und der Strömungsmenge der Luft neigt überdies zur Verhinderung einer Verkohlung beim Betrieb im Motorbrems-Modus.

Obwohl die Kombination der vorliegenden Erfindung die Funktion der Erhöhung des Auspuff-Sammelleitungsdrucks umfaßt, und daher in dieser Hinsicht ähnlich einer Auspuff bremse ist, vermeidet sie aber den prinzipiellen Nachteil einer Auspuffbremse, d.h. das Problem des Ventil-Schwimmens. Gewöhnlich wird der Auspuff-Sammelleitungsdruck durch das Erfordernis begrenzt, daß er die Kraft der Auspuffventilfeder nicht überschreiten darf. Die Verwendung der Motorbremse stellt jedoch sicher, daß der Druck an der Verbrennungsseite des Auslaßventils während des Ansaugzyklus erheblich größer ist als derjenige, der bei alleiniger Verwendung einer Auspuffbremse auftritt. Durch diesen größeren Druck arbeitet die Kompressionsverminderungsbremse mit einem höheren Auspuff-Sammelleitungsdruck, ohne daß das Problem des Ventil-Schwimmens auftritt. Die Beseitigung des Ventil-Schwimmens führt dazu, daß ein höherer Auspuff-Sainmelleitungsdruck aufrechterhalten wird, so daß sich eine zusätzliche Verzögerungsleistung ergibt.

Ein weiterer, durch die erfindungsgemäße Kombination erwachsender Vorteil bezieht sich auf die zuverlässige Arbeits-

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weise des Turboladers. Die Wirkung des höheren Einlaß-Sammelleitungsdrucks besteht darin, daß das Druckdifferential am Turbolader vom Kompressor zur Turbine vermindert wird. Das bedeutet, daß der Seitenschub auf die Turbolader-Lager vermindert wird, so daß die Zuverlässigkeit des Turboladers vergrößert wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination im Vergleich zu einer Motorbremse und einer Auspuffbremse, die zur Erzeugung der gleichen Verzögerungsleistung ausgebildet sind, besteht in der Verminderung des Turbinengehäusedruckes, wodurch die Lebensdauer der Turbine und ihre Verlässlichkeit erhöht werden. Die Auspuffbremse erhöht notwendigerweise den Auspuff-Sammelleitungsdruck, während die erfindungsgemäße Kombination den Einlaß-Sammelleitungsdruck erhöht und dabei nur einen verhältnismäßig geringen Anstieg des Auspuff-Sammelleitungsdruckes herbeiführt. Die Tatsache, daß erfindungsgemäß die gleiche Verzögerungsleistung mit einem geringeren Anstieg des Auspuff-Sammelleitungsdrucks erzielt wird, bedeutet, daß die Belastung des Turbinengehäuses geringer ist und dadurch die Lebensdauer der Turbine erhöht wird.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   otorbremssystem mit verbesserter Motorleistung für einen Verbrennungsmotor mit Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen, gekennzeichnet durch eine Kompressionsverminderungs-Motorbremse, die beim öffnen wenigstens eines Auslaßventils des Verbrennungsmotors nahe des Endes des Kompressionshubes des Motorzylinders, dem das Auslaßventil zugeordnet ist, arbeitet, und durch einen Turbolader (30), der eine Abgasturbine (26) umfaßt, die eine unterteilte Ladereintrittsspirale hat, sowie einen Luftkompressor (28), der komprimierte Luft an die Motor-Einlaß-Sammelleitung (12) liefert, wobei der Turbolader ein Umlenkventil (22) aufweist, das wirkungsmäßig an seiner einen Seite mit der Auslaß-Sammelleitung (14,16) und an seinem entgegengesetzten Ende mit der unterteilten Ladereintrittsspirale verbunden ist, um mit vorbe-

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   ORIGINAL INSPECTED

   stimmter Bremswirkung eine Strömung des Auspuffgases von der Auslaß-Sammelleitung zu nur einem der Abschnitte der unterteilten Ladereintrittsspirale zu lenken, anstelle von beiden, wie es bei einem geringeren Wert als der vorbestimmten Bremswirkung erfolgt.
2. 2. Motorbremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgasturbine eine Radialströmungs-Turbine umfaßt.
3. 3. Motorbremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das ümlenkventil ein magnetbetätigtes Schmetterlingsventil (156) ist.
4. 4. Verfahren zur Bremsung mit verbesserter Motorleistung eines durch einen Verbrennungsmotor getriebenen Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet , daß das Fahrzeug mit einem turbogeladenen Motor ausgerüstet wird, der einen Turbolader aufweist, welcher mit einer unterteilten Ladereintrittsspirale ausgestattet ist, sowie mit einer Kompressionsverminderungs-Motorbremse, daß die Auspuffgase bei Betätigung der Kompressionsverminderungs-Motorbremse in einem vorbestimmten Maß von der Motor-Auslaß-Sammelleitung zu einem Abschnitt der unterteilten Ladereintrittsspirale gelenkt werden, um die Rotationsgeschwindigkeit des Turboladers über diejenige hinaus anzuheben, die er annehmen würde, wenn die Auspuffgase an beide Abschnitte der unterteilten Ladereintrittsspirale gelenkt würden, daß als Funktion der erhöhten Rotationsgeschwindigkeit des Turboladers die Mengenströmungsrate der Luft durch den Turbolader erhöht wird, wodurch sich eine Hemmung der Strömungsmenge der Auspuffgase von der Auslaß-Sammelleitung ergibt, daß die erhöhte Mengenströmung der Luft kontinuierlich komprimiert wird, und

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   daß die Brems- und Motorleistung verbessert werden, und zwar beim Freigeben der erhöhten Menge komprimierter Luft an die Auslaß-Sammelleitung nahe des Endes des Motor-Kompressionshubes.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß bei Deaktivierung der Kompressionsverminderungs-Motorbremse die Mengenströmung der Auspuffgase durch beide Abschnitte der unterteilten Ladereintrittsspirale gelenkt wird.

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