EP0379720A1 - Verfahren zur Steigerung der Motorbremsleistung bei Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur Steigerung der Motorbremsleistung bei Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0379720A1
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    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/04—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation using engine as brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the engine braking power according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the invention is to increase the final compression pressure, ie to make the work to be done for the compression larger.
  • the graph shows the crank angle degrees (° KW) on the abscissa and the respective valve strokes of the intake and exhaust valves on the ordinate.
  • the respective inlet valve E opens between top dead center (TDC) and bottom dead center (UT) of the piston (that is, over 180 ° crank angle).
  • the pressure in the cylinder is slightly below the ambient pressure.
  • the outlet valve A opens, which has the consequence that the cylinder quickly fills with air from the exhaust manifold, since at this moment the pressure difference between the exhaust manifold and the cylinder prevails.
  • This pressure difference is large enough to ensure an intensive pressure increase in the cylinder even with a smaller stroke and a short opening time of the exhaust valve (from UT to approx. 80 ° crank angle to UT).
  • the pressure in the exhaust manifold is maintained by a brake flap. It is necessary to drill holes in the brake flap, otherwise the pressure in the exhaust manifold will increase excessively. By equalizing the pressure with the cylinder when opening the exhaust valve in the UT, the pressure in the manifold drops slightly. However, the "pressure reservoir" exhaust manifold is refilled at the end of the following compression stroke when the compressed air flows from the cylinder into the manifold.
  • the final compression pressure here is much higher than with known processes (Jacobs-Bremse) because the air is already at a higher pressure at the beginning of the compression cycle than could be achieved with a charge change restricted to the intake of air. Accordingly, the work to be done for compaction is also considerably larger.
  • the work recovery from the air remaining in the cylinder, which is still under pressure, is to be reduced to a minimum.
  • the pressure in the exhaust manifold should be maintained where possible.
  • the outlet valve A is closed at the same time or with a certain overlap (in the diagram, the outlet valve A is open approx. 30 ° before TDC to 30 ° crank angle after TDC) and the inlet valve E is opened. This largely prevents backflow from the exhaust manifold into the intake duct, while the cylinder can be emptied unhindered.
  • the cylinder pressure drops rapidly to ambient pressure; after a short time the outflow process takes in fresh air, which starts the cycle again.
  • a braking power of about 300 kW can be achieved at an average exhaust gas back pressure of 3.3 bar (absolute).

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steigerung der Motorbremsleistung bei Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wobei im Bremsbetrieb im ersten und dritten Takt Luft über das Einlaßventil angesaugt und im zweiten und vierten Takt die Luft verdichtet wird und durch das teilweise geöffnete Auslaßventil gegen eine in der Abgasleitung vorliegende Drosselklappe ausgeschoben wird. Um den Kompressionsenddruck zu erhöhen, d. h. die für die Verdichtung aufzubringende Arbeit größer zu machen, wird vorgeschlagen, daß jeweils am Anfang und am Ende des Verdichtungstaktes ein kurzzeitiges Öffnen des Auslaßventils erfolgt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steigerung der Motorbremsleistung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist bekannt, für die Motorbremsung eine Drosselklappe in der Abgasleitung vorzusehen. Eine derartige Auspuffbremse arbeitet als gegen die geschlossene Abgasleitung arbeitende Luftpumpe. Auch ist es bekannt, bei Bremsbetrieb die Gas­wechselventile im Zweiertakt zu steuern, d. h., daß die im ersten und dritten Takt angesaugte Luft im zweiten und vierten Takt durch den Kolben verdichtet wird. Dadurch ergibt sich eine höhere Bremswirkung als bei der Verdichtung auf nur einem Kolbenhub.
  • Dabei ist es ebenfalls bekannt, das Auslaßventil beim Verdichtungstakt einen kleinen Spalt offen zu halten. Die Öffnung des Auslaßventils kann aber auch erst in oder kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens erfolgen. Der Kompressionsenddruck ist hierbei von besonderer Bedeutung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Kompressionsenddruck zu erhöhen, d. h. die für die Verdichtung aufzubringende Arbeit größer zu machen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Durch das kurzzeitige Öffnen des Auslaßventils nach UT (am Ende des jeweiligen Ansaugvorgangs) strömt vorverdichtete Luft aus dem Auslaßkrümmer in den Zylinder. Somit wird beim jeweiligen Verdichtungstakt bereits eine vorverdichtete Luftmenge zur Verdichtung gebracht, wozu ein einer größeren Bremsarbeit entsprechender höherer Arbeitsbedarf des Motors erforderlich ist.
  • Durch die Zeichnung, die ein Schaubild der Öffnungszeiten der Gaswechselventile im Bremsbetrieb (Zweitaktbetrieb) zeigt, soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Beim Schaubild sind auf der Abszisse die Kurbelwinkelgrade (° KW) und auf der Ordinate die jeweiligen Ventilhübe des Einlaß- bzw. Auslaßventils dargestellt.
  • Das jeweilige Einlaßventil E öffnet jeweils zwischen oberen Totpunkt (OT) und unterem Totpunkt (UT) des Kolbens (also über 180° Kurbelwinkel).
  • Am Ende des Saughubs (erster Takt) liegt der Druck im Zylinder geringfügig unter dem Umgebungsdruck. Sofort nach dem Schließen des Einlaßventils E im UT öffnet das Auslaßventil A, wäs zur Folge hat, daß sich der Zylinder rasch mit Luft aus dem Auslaßkrümmer füllt, da in diesem Moment die Druckdifferenz zwischen Auslaßkrümmer und Zylinder herrscht. Diese Druckdifferenz ist groß genug, um auch bei kleinerem Hub und kurzer Öffnungszeit des Auslaßventils (von UT bis ca. 80 ° Kurbelwinkel nach UT), einen intensiven Druckanstieg im Zylinder zu gewährleisten.
  • Der Druck im Auslaßkrümmer wird durch eine Bremsklappe aufrechterhalten. Es ist notwendig, die Bremsklappe mit Bohrungen zu versehen, da der Druck im Auslaßkrümmer sonst übermäßig anstiege. Durch den Druckausgleich mit dem Zylinder beim Öffnen des Auslaßventils im UT sinkt der Druck im Krümmer geringfügig. Das "Druckreservoir" Auslaßkrümmer wird am Ende des nun folgenden Verdichtungstaktes jedoch wieder aufgefüllt, wenn die verdichtete Luft aus dem Zylinder in den Krümmer strömt. Der Verdichtungsenddruck ist hier viel höher als bei bekannten Verfahren (Jacobs-Bremse), weil die Luft schon zu Beginn des Verdichtungstaktes unter höherem Druck steht als mit einem auf das Ansaugen der Luft beschränkten Ladungswechsel erreicht werden könnte. Dementsprechend ist auch die für die Verdichtung aufzubringende Arbeit beträchtlich größer.
  • Im folgenden Ansaugtakt (dritter Takt) soll der Arbeitsrückge­winn aus der im Zylinder verbliebenen Luft, die noch unter Druck steht, auf ein Mindestmaß reduziert werden. Außerdem ist der Druck im Auslaßkrümmer nach Möglichkeit aufrechtzuer­halten. Zu diesem Zweck werden gleichzeitig oder mit einer gewissen Überschneidung das Auslaßventil A geschlossen (im Schaubild ist das Auslaßventil A ca. 30 ° vor OT bis 30 ° Kurbelwinkel nach OT geöffnet) und das Einlaßventil E geöffnet. So wird weitgehend vermieden, daß es zu einem Rückströmen aus dem Auslaßkrümmer in den Ansaugkanal kommt, wohingehen der Zylinder ungehindert geleert werden kann. Der Zylinderdruck fällt rasch auf Umgebungsdruck ab; nach kurzer Zeit geht der Ausströmvorgang in Ansaugen von Frischluft über, womit der Kreislauf von neuem beginnt.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren (es wurden Versuche bei einer Motordrehzahl von 2200 U/min und einem Bremsklappen­bohrungsquerschnitt von 4 cm gefahren) läßt sich bei einem mittleren Abgasgegendruck von 3,3 bar (absolut) eine Bremsleistung von etwa 300 kW erzielen.
  • Es wäre auch denkbar, das hier beschriebene Verfahren unter Beibehaltung des Viertaktbetriebes anzuwenden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steigerung der Motorbremsleistung bei Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wobei im Bremsbetrieb im ersten und dritten Takt Luft über das Einlaßventil angesaugt und im zweiten und vierten Takt die Luft verdichtet wird und durch das teilweise geöffnete Auslaßventil gegen eine in der Abgasleitung vorliegende Drosselklappe ausgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils am Anfang und am Ende des Verdichtungstaktes ein kurzzeitiges Öffnen des Auslaßventils erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil am Anfang des Verdichtungstaktes vom unteren Totpunkt (UT) bis ca. 80 ° Kurbelwinkel (KW) nach UT und am Ende der Verdichtungstaktes ca. 30 ° vor dem oberen Totpunkt (OT) bis 30 KW nach OT geöffnet ist.
EP89123776A 1989-01-12 1989-12-22 Verfahren zur Steigerung der Motorbremsleistung bei Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0379720B1 (de)

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