DE4334006C2 - Vorrichtung zur Erhöhung der Motorbremsleistung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1.

Aus der DE 39 22 884 A1 ist es bekannt, ein Auslaßventil während des Motorbremsbetriebes dadurch zu öffnen, daß im Auslaßventilstößel ein Hydraulikkolben vorgesehen ist, welcher von einer externen Druckquelle beaufschlagt wird und das Auslaßventil unter Zwischen­ schaltung einer Stößelstange anhebt. Der Auslaßventilstößel ruht während der Öffnung im Bremsbetrieb auf einem Grundkreis des Aus­ laßnockens. Eine Vorrichtung dieser Art bedarf einer komplizierten und störanfälligen Druckquelle, welche hier als eine mehrzylin­ drige Kolbenpumpe ausgebildet ist, welche von einer Nockenwelle angetrieben wird.

Durch die DE 41 02 537 A1 ist einer ein Auslaßventilstößel bekannt, bei dem eine externe Druckquelle über eine Bohrung in der Stößelführung und weiteren Bohrungen im Stößel- Außenteil und in dem darin axial beweglichen Innenteil mit einem Druck­ raum unterhalb dieses Innenteils verbunden ist. Das Innenteil wird durch die externe Druckquelle angehoben, bis es durch einen Anschlag im Stößel-Außenteil in seiner Bewegung gestoppt wird, und dient der partiellen Öffnung des Auslaßventils im Bremsbetrieb. Die Bohrungen dienen ausschließlich der Ölzufuhr, eine Steuerfunktion wird durch diese nicht ausgeübt.

Ausgehend von der durch die DE 39 22 884 A1 bekannten Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die komplizierte Kolbenpumpe zu vermeiden und die Vorrichtung so weiterzubilden, daß die Brems­ leistung, ohne hohen baulichen Aufwand betreiben zu müssen, ge­ steigert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentan­ spruches 1.

Dadurch, daß die Öffnung des Auslaßventils durch die Steuerbohrung im Auslaßventilstößel selbst gesteuert wird, ist nur ein minimaler baulicher Aufwand erforderlich. Die externe Druckquelle wird nicht für die Steuerung benötigt, sondern dient allein der Bereitstel­ lung des Druckes. Die Bremsleistung wird dadurch gesteigert, daß das Auslaßventil auch im Ansaugtakt geöffnet ist, wodurch Abgas erhöhten Druckes aus dem Auspuffrohr zurückströmt und im darauf­ folgenden Verdichtungstakt von einem erhöhten Druck ausgegangen wird.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung kann Anspruch 2 entnommen werden.

Durch ein Rückschlagventil wird die Rückwirkung erhöhten Druckes aus dem Druckraum unterhalb des Hydraulikkolbens auf die externe Druckquelle verhindert. Man kommt also mit einer Druckquelle aus, die nur ca. 100 bar statt 400 bar erzeugt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruches 3 aus.

Dadurch, daß der Druckraum unter dem Hydraulikkolben des Auslaß­ ventilstößels über die Ringnut im Einlaßventilstößel entlüftet ist, bleibt das Auslaßventil während des Ansaugtaktes geschlossen, wo­ durch eine Minderung der Bremsleistung in dieser Phase entfällt, der Luftdurchsatz durch den Motor erhöht wird und somit die Tem­ peratur im Abgasstrang reduziert werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Anspruch 4 zu entnehmen.

Durch die zusätzliche Entlüftung des Druckraumes des Hydraulik­ kolbens des Auslaßventilstößels durch den Steuerkolben wird eine Minderung der Bremsleistung dadurch vermieden, daß das Auslaßven­ til sowohl im Arbeitstakt als auch im Ansaugtakt geschlossen bleibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen darge­ stellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Auslaßventilstößel mit Hydraulikkolben

Fig. 2 einen? Auslaßventilstößel mit Hydraulikkolben und einem Rückschlagventil vor der Steuerbohrung

Fig. 3 einen Ventilhubverlauf der Vorrichtung nach Fig. 1

Fig. 4 einen Ventilhubverlauf der Vorrichtung nach Fig. 2 mit kleinerem Querschnitt der Drossel

Fig. 5 einen Einlaßventilstößel mit Ringnut zur Absteuerung

Fig. 6 einen Querschnitt VI-VI durch Ein- und Auslaßventil­ stößel gemäß Fig. 5

Fig. 7 einen Ventilhubverlauf der Vorrichtung nach den Fig. 5 und 6

Fig. 8 einen Auslaßventilstößel mit Steuerkolben zur Ab­ steuerung

Fig. 9 einen Ventilhubverlauf der Vorrichtung nach Fig. 8 mit optimaler Bremsleistung.

Fig. 1 zeigt die einfachste erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung zur Erhöhung der Motorbremsleistung. Ein Auslaßnocken 1 betätigt einen Auslaßventilstößel 2, der seine Bewegung über eine Stößelstange 3 und einen Kipphebel 4 auf ein Auslaßventil 5 überträgt. Erfindungsgemäß ist im Auslaßventilstößel 2 ein Hy­ draulikkolben 6 in axialer Richtung beweglich angeordnet. Ein Druckraum 7 unter dem Hydraulikkolben 6 ist über eine Leitung 8a und eine Steuerbohrung 8, eine erste Ringnut 8b, eine Bohrung 9 und eine Drossel 10 mit einer nicht dargestellten externen Druck­ quelle verbunden. Der Hydraulikkolben 6 wird nur dann mit Druck beaufschlagt, wenn der Auslaßventilstößel 2 auf einem Grundkreis 11 ruht und die in die erste Ringnut 8b mündende Steuerbohrung 8 in Deckung mit der in einer Stößelführung 12 angeordneten Bohrung 9 ist. Der Hydraulikkolben 6 wird angehoben, bis er gegen einen Anschlag 13 anläuft. Unter Zwischenschaltung der Stößelstange 3 und des Kipphebels 4 wird das Auslaßventil 5 teilweise geöffnet. Um die Öffnung des Auslaßventils 5 zu verzögern, ist der Bohrung 9 eine Drossel 10 vorgeschaltet, damit der Druckanstieg im Druckraum 7 verzögert wird.

Wenn der Auslaßventilstößel 2 anschließend durch den Auslaßnocken 1 angehoben wird, kommt die Steuerbohrung 8 über die erste Ringnut 8b mit einer Absteuerbohrung 14 in Deckung und der Hydraulikkolben 6 fällt in seine Ausgangslage zurück. Die weitere Öffnung des Auslaßventils 5 erfolgt dann nur noch durch den Auslaßnocken 1 und den Auslaßven­ tilstößel 2.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung gemäß Fig. 1, bei der zwischen der Bohrung 9 und der Drossel 10 ein federbelastetes Rückschlagventil 15 vorgesehen ist, welches dann schließt, wenn die Kraft auf den Hydraulikkolben 6 derart ansteigt, daß der daraus resultierende Hydraulikdruck unter dem Hydraulikkolben 6 den Druck der externen Durckquelle überschreitet. Der Vorteil einer derartigen Ausführung ist darin zu sehen, daß die Druckquelle nur einen Druck von ca. 100 bar liefern muß, wohingegen sie bei der Ausführung nach Fig. 1 einen Druck von ca. 400 bar liefern muß.

Um die Öffnung des Auslaßventils 5 (Fig. 1) weiter zu verzögern, wird der Querschnitt der Drossel 10 weiter verkleinert.

Ein Ventilhubverlauf des Auslaßventils als Funktion des Kurbel­ winkels der Vorrichtung nach Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt.

Im Arbeitstakt zwischen 360° und 540° Kurbelwinkel ist das Aus­ laßventil durch den Hydraulikkolben 6 leicht geöffnet. Bei An­ hebung des Auslaßventilstößels 2 wird die Kurve 16 durchfahren, bis die Absteuerbohrung 14 erreicht wird. Bis die weitere Anhe­ bung ausschließlich durch den Auslaßventilstößel erfolgt, entsteht ein Sattel 17. Die weitere Bewegung erfolgt ausschließlich durch den Auslaßnocken bis ca. 720° Kurbelwinkel.

Nach dem Ausschiebetakt, also beim anschließenden Übergang zum Grundkreis 11 des Auslaßnockens 1, beginnt die Überdeckung von Bohrung 9 und der ersten Ringnut 8b, in welche die Steuerbohrung 8 mündet. Bedingt durch die Drossel 10 beginnt im Bereich 18 die allmähliche Öffnung des Auslaßventils 5, welches im Ansaug- und Verdichtungstakt geöffnet bleibt.

Durch die Öffnung des Auslaßventils 5 im Arbeitstakt bei Null­ förderung, sowie im An­ saugtakt wird die Bremsleistung zunächst gemindert, allerdings wird dies dadurch überkompensiert, daß durch die Öffnung des Auslaßventils im Verdichtungstakt zwischen 900 und 1080 Grad Kurbelwinkel (Fig. 3) die Zylinderladung durch den Drosselspalt am Auslaßventil ausgeschoben wird und somit im Arbeitstakt keine Expansionsarbeit leisten kann. Durch die Öffnung des Auslaßventils 5 im Arbeitstakt strömt Abgas aus dem Auspuffrohr zurück, wodurch im anschließenden Ausschiebetakt zwischen 540° und 720° Kurbel­ winkel zu Beginn der Ausschiebephase ein höherer Druck vorliegt und somit ein höherer Mitteldruck erreicht wird.

Wenn nach Fig. 2 der Querschnitt der Drossel 10 verkleinert wird, ergibt sich ein Ventilhubverlauf des Auslaßventils entsprechend Fig. 4. Dieser Verlauf stimmt zunächst bis 720° Kurbelwinkel mit dem Verlauf nach Fig. 3 überein. Wenn nun der Auslaßventilstößel wieder in den Grundkreis übergeht, kommen die Bohrung 9 und die erste Ringnut 8b wieder in Deckung (Fig. 1). Da der Querschnitt der Drossel nach Fig. 2 verkleinert ist, öffnet das Auslaßventil 5 im Bereich 19 nur schleppend. Dies führt zu einem erhöhten Luft­ durchsatz und somit zu einer erhöhten Bremsleistung gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 1.

Eine weitere Erhöhung der Bremsleistung wird mit einer Weiterbil­ dung der Vorrichtung nach Fig. 5 erzielt. Ein Auslaßventilstößel 2 entsprechend den Fig. 1 oder 2 wird mit einem Einlaßventil­ stößel 20 kombiniert. Die Bohrung 9 des Auslaßventilstößels 2 wird über eine zweite Bohrung 21 (Fig. 6) mit dem Einlaßventilstößel 20 nach Fig. 5 verbunden. Dieser weist eine zweite Ringnut 22 auf. Wird der Einlaßventilstößel 20 durch einen Einlaßnocken 23a angehoben, so wird eine Verbindung der Bohrung 9 (Fig. 6) über die zweite Bohrung 21 und die zweite Ringnut 22 mit einer zweiten Absteuerbohrung 23 hergestellt. Durch den Winkelversatz zwischen dem Auslaßnocken 1 und dem Einlaßnocken 23a wird die Verbindung des Hydraulikkolbens 6 (Fig. 2) über die Bohrung 9, die zweite Boh­ rung 21 und die zweite Ringnut 22 zur zweiten Absteuerbohrung 23 (Fig. 6) hergestellt. Dadurch entfällt die Öffnung des Auslaß­ ventils (5) in der Ansaugphase.

Fig. 6 zeigt im Querschnitt VI-VI gemäß Fig. 5 die Verbindung des Auslaßventilstößels 2 mit dem Einlaßventilstößels 20. Wenn sich der Auslaßventilstößel 2 nach Fig. 1 auf dem Grundkreis 11 des Auslaßnockens 1 befindet, kann der Hydraulikkolben 6 entlastet werden, indem der Einlaßven­ tilstößel 20 durch den Einlaßnocken 23a nach Fig. 5 soweit ange­ hoben ist, bis die zweite Bohrung 21 über die zweite Ringnut 22 und die zweite Absteuerbohrung 23 zur Deckung kommen. Der Weg der Druckflüssigkeit über die zweite Absteuerbohrung 23 ist dann frei und der Hydraulikkolben 6 des Auslaßventilstößels 2 geht in seine Ausgangsstellung zurück, wodurch das Auslaßventil schließt.

Fig. 7 zeigt den Ventilhubverlauf, wie er sich mit der Vorrich­ tung nach den Fig. 5 und 6 ergibt. Im Kurbelwinkelbereich zwischen 720° und 900° bleibt das Auslaßventil 5 im wesentlichen geschlossen, so daß der Luftdurchsatz erhöht wird und eine Minde­ rung der Bremsleistung im Ansaugtakt vermieden wird.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung zur Optimierung der Motor­ bremsleistung ist in Fig. 8 dargestellt. Die Bohrung 9 in der Stößelführung 12 des Auslaßventilstößels 2 ist über eine Ver­ bindungsleitung 24 mit einem Steuerkolben 25 verbunden. Der Steuerkolben 25 wird vom Auslaßnocken 1 betätigt. Da der Steuer­ kolben 25 um ca. 90° gegen den Auslaßventilstößel 2 versetzt ist kann die Steuerbohrung 8 über die erste Ringnut 8b (Fig. 1) und über die Bohrung 9, die Verbindungsleitung 24 und eine dritte Ringnut 26 im Steuerkolben 25 entlüftet werden. Die Folge ist, daß das Auslaßventil schließt, wenn der Auslaßventilstößel 2 auf dem Grundkreis 11 des Auslaßnockens 1 ruht, der Steuerkolben 25 jedoch durch den Auslaßnocken 1 soweit verschoben wird, daß der Weg des Hydrauliköls von der Verbindungsleitung 24 über die dritte Ringnut 26 im Steuerkolben 25 zur dritten Absteuerbohrung 27 frei ist.

Die Bohrung 9 in der Auslaßventilstößel-Führung 12 nach Fig. 8 ist ferner wie aus Fig. 6 ersichtlich mittels der zweiten Bohrung 21 mit dem Einlaßventilstößel 20 nach Fig. 5 verbunden. Dieser weist eine zweite Ringnut 22 auf. Wird der Einlaßventilstößel 20 durch einen Einlaßnocken 23a angehoben, so wird eine Verbindung der Bohrung 9 (Fig. 6) über die zweite Bohrung 21 und die zweite Ringnut 22 mit einer zweiten Absteuerbohrung 23 hergestellt. Durch den Winkel­ versatz zwischen Auslaßnocken 1 und dem Einlaßnocken 23a wird die Verbindung des Hydraulikkolbens 6 (Fig. 2) über die Bohrung 9, die zweite Bohrung 21, die zweite Ringnut 22 zur zweiten Ab­ steuerbohrung 23 (Fig. 6) hergestellt. Dadurch entfällt die Öffnung des Auslaßventils (5) in der Ansaugphase.

Der Ventilhubverlauf für die Vorrichtung nach Fig. 8 ist in Fig. 9 dargestellt. Das Auslaßventil bleibt im Arbeits- und An­ saugtakt geschlossen. Das Auslaßventil wird nur noch im Aus­ schiebe- und Verdichtungstakt geöffnet. Dadurch ergibt sich ein Maximum an Bremsleistung.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erhöhung der Motorbremsleistung einer Brennkraftmaschine, bei der ein Auslaßnocken (1) einen Auslaßventilstößel (2) betätigt und in den Auslaßventil­ stößel (2) ein Hydraulikkolben (6) eingebaut ist, welcher seine Bewegung auf eine Stößelstange (3) eines Auslaßventils (5) überträgt, und ein Druckraum (7) unter dem Hydraulikkolben (6) mit einer externen Druckquelle verbindbar ist, sowie in einem Auspuffrohr der Brennkraftmaschine eine Drosselklappe vorgesehen ist, wobei wei­ terhin der Auslaßventilstößel (2) eine Steuerbohrung (8) aufweist, welche über eine Leitung (8a) mit dem Druckraum (7) des Hydraulikkolbens (6) verbunden ist, die Steuerbohrung (8) - während der Auslaßventilstößel (2) auf einem Grundkreis (11) des Auslaßnockens (1) ruht - über eine Ringnut (8b) mit einer Bohrung (9) in einer Stößel­ führung (12) kommuniziert, die Bohrung (9) über eine Drossel (10) mit der externen Druckquelle verbunden ist, der Hydraulikkolben (6) einen Anschlag (13) zur Hubbe­ grenzung besitzt, die Stößelführung (12) eine Absteuerbohrung (14) aufweist, welche die Steuerbohrung (8) über die Ringnut (8b) bei einem bestimmten Hub des Aus­ laßventilstößels (2) mit der Umgebung verbindet, wobei die Steuerbohrung (8) bei Auflage des Auslaßventilstößels (2) auf dem Grundkreis (11) des Auslaßnockens (1) über die Bohrung (9) mit der externen Druckquelle, oder bei Anhebung des Aus­ laßventilstößels (2) durch den Auslaßnocken (1) über die Ringnut (8b) mit der Ab­ steuerbohrung (14), oder mit keiner von beiden verbunden ist (Fig. 1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Drossel (10) und der Bohrung (9) ein federbe­ lastetes Rückschlagventil (15) vorgesehen ist, wodurch ein Rückfluß von Hydrauliköl in Richtung der externen Druck­ quelle verhindert wird (Fig. 2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Auslaßventilstößel (2) führende Bohrung (9) in der Stößelsführung (12) mit einer zu einem Einlaßventilstößel (20) führenden zweiten Bohrung (21) verbunden ist, und die zweite Bohrung (21) mittels einer zweiten Ringnut (22) im Einlaßventilstößel (20) mit einer der zweiten Bohrung (21) diametral gegenüberliegenden zweiten Absteuerbohrung (23) verbindbar ist, wodurch die zweite Ringnut (22) dann mit der zweiten Absteuerbohrung (23) verbun­ den ist, wenn der Auslaßventilstößel (2) auf dem Grundkreis (11) des Auslaßnockens (1) ruht und der Einlaßventilstößel (20) durch einen Einlaßnocken 23a angehoben ist (Fig. 5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Auslaßventilstößel (2) führende Bohrung (9) in der Stößelführung (12) zusätzlich über eine Verbindungsleitung (24) mit einem vom Auslaßnocken (1) betätigbaren Steuerkolben (25) verbunden ist, wodurch die Verbindungsleitung (24) dann über eine dritte Ringnut (26) im Steuerkolben (25) mit einer dritten Absteuerbohrung (27) verbunden ist, wenn sich der Auslaßventilstößel (2) auf dem Grundkreis (11) des Auslaßnockens (1) befindet, und daß die Achse des Steuerkolbens (25) um einen Winkel von ca. 90° gegenüber der Achse des Auslaßventilstößels (2) ver­ setzt ist (Fig. 8).