EP0608521B1 - Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges - Google Patents

Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges Download PDF

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EP0608521B1
EP0608521B1 EP19930119699 EP93119699A EP0608521B1 EP 0608521 B1 EP0608521 B1 EP 0608521B1 EP 19930119699 EP19930119699 EP 19930119699 EP 93119699 A EP93119699 A EP 93119699A EP 0608521 B1 EP0608521 B1 EP 0608521B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
injection
engine
exhaust valve
engine brake
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19930119699
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0608521A1 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Priesner
Franz Dipl.-Ing. Rammer
Harald Dr. Schlögl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Truck and Bus Osterreich AG
Original Assignee
Steyr Nutzfahrzeuge AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steyr Nutzfahrzeuge AG filed Critical Steyr Nutzfahrzeuge AG
Publication of EP0608521A1 publication Critical patent/EP0608521A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0608521B1 publication Critical patent/EP0608521B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F01L13/065—Compression release engine retarders of the "Jacobs Manufacturing" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • 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 an engine brake in a 4-stroke internal combustion engine of a commercial vehicle with features according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the engine brake known from DE 39 04 497 C1.
  • This has a hydraulic device which, during the compression stroke, only keeps the exhaust valve of the internal combustion engine a small gap in the area of the ignition TDC.
  • the engine's own injection pump is used as the transmitter device.
  • a controllable switching element is installed in each injection pressure line leading to an injection valve, from which a control pressure line leads to the actuating device of the exhaust valve of the engine cylinder to which the injection valve also belongs.
  • each control pressure line coming from a switching element provided in an injection pressure line is connected to the actuating device of the exhaust valve of that cylinder is, which is offset by at least one firing interval within the given firing sequence, thus the exhaust valve in the area of bottom dead center before compression is opened during the subsequent compression cycle, approximately until the ignition TDC during the braking operation while largely using an injection pump-side delivery stroke by the delivered fuel kept open and then closed. Closing is accomplished via the camshaft contour of the injection pump, which is specially designed for this purpose.
  • this engine brake obviously requires fewer components than the solution according to DE 39 04 497 C1 discussed at the beginning. In contrast, all those lines and control elements are no longer necessary which are necessary there to keep an exhaust valve open and closed. This inevitably also significantly reduces the cost of the engine brake means.
  • 1 and 2 show the conditions for the engine brake of 4-cylinder 4-stroke internal combustion engines, which in connection with associated injection pumps EP also apply to the engine brakes of 5- and 6-cylinder 4-stroke internal combustion engines.
  • 3 shows an engine brake for a 6-cylinder 4-stroke internal combustion engine with ratios modified compared to FIGS. 1 and 2, which in conjunction with the associated injection pump EP also for more than 6-cylinder 4-stroke - Internal combustion engines apply.
  • the cylinders of the internal combustion engine are indicated in sequence with Z1, Z2, Z3, Z4 and in FIG. 3 with Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6.
  • the exhaust valves belonging to each cylinder Z1 - Z n are attracted by A and numerically identical index, thus by A1, A2, A3, A4 (Fig. 1 and 2) or A1, A2, A3, A4, A5, A6 (Fig. 3).
  • the injection valves belonging to cylinders Z1 - Z n are tightened with E and numerically identical index, hence with E1, E2, E3, E4 (Fig. 1 and 2) or E1, E2, E3, E4, E5, E6 (Fig. 3).
  • the injection pump EP assigned to the respective internal combustion engine can always be designed as a row pump - as shown - or another type.
  • the delivery elements of the injection pump EP which are controlled by a camshaft (not shown) and are pump pistons in the illustrated case, are shown in FIGS. 1 and 2 with K1, K2, K3, K4 and in FIG. 3 with K1, K2, K3, K4, K5, Designated K6.
  • the associated pump cylinders are designated P1, P2, P3, P4 (FIGS. 1 and 2) or P1, P2, P3, P4, P5, P6 (FIG. 3).
  • each pump cylinder P1 - P n is via an injection pressure line, designated L1, L2, L3, L4 (FIGS. 1 and 2) or L1, L2, L3, L4, L5, L6 (FIG. 3), with the associated injection valve E1 - E n in connection.
  • a controllable changeover element U1, U2, U3 is in each injection pressure line L1 - L n leading to an injection valve E1 - E n , U4 (Fig. 1 and 2) or U1, U2, U3, U4, U5, U6 (Fig.
  • each of the control pressure lines S1 - S n is connected to the actuating device 2 of the exhaust valve A1 - A n of that cylinder Z1 - Z n connected, which is offset by an ignition distance within the given firing order.
  • the associated injection pump EP is designed in such a way that its delivery elements K1 - K n with their control grooves and edges 5, 6 can be set in such a position (see FIGS.
  • each of the control pressure lines S1-S coming from a switching element U1-U n given in the injection pressure line L1-L n n connected to the actuating device 2 of the exhaust valve A1 - A n of that cylinder Z1 - Z n which is offset by at least two ignition intervals within the given ignition sequence.
  • the associated injection pump EP is designed for this purpose in such a way that its delivery elements K1-K n with their control grooves and edges 5, 6 can be set into such a position (see FIGS. 4 and 5, the uppermost representation for braking operation) that during braking operation with the most extensive use of an injection pump-side delivery stroke by the delivered fuel, the respectively actuated exhaust valve A1 - A n is opened before, but close to, the bottom dead center during the subsequent compression stroke, is kept open until the TDC, and then closed again during the subsequent compression stroke.
  • the fuel delivery of the injection pump EP combined with a corresponding pressure build-up, is sufficient to open the respective outlet valve A1 -A n by a small gap, that is to say a smaller amount than during a normal charge change.
  • the switching element U1 - U n could be installed in any injection pressure line L1 - L n at any point, but after a pressure valve 3, which - in order to also enable pressure relief of the control pressure line S1 - S n in braking operation after the end of an injection pump-side delivery stroke - one not obey the tight design in the backflow direction. This case is shown as an example in FIG. 1.
  • the switching element U1-U n can be installed in the respective injection pressure line L1-L n upstream of a pressure valve 4, which can then be of any type because the pressure relief of the control pressure line S1-S n in braking operation after the end of an injection pump-side delivery stroke via the associated one Switching element U1 - U n into the pump cylinder P1 - P n is possible. This case is shown as an example in FIGS. 2 and 3.
  • the pressure valve 3 or 4 and the associated switchover element U1-U n are preferably arranged in each injection pressure line L1-L n as close as possible to the respective pump outlet.
  • FIGS. 4 and 5 There are various possibilities for the delivery organ design of the injection pumps EP and their adjustment on the control side, two of which are shown in FIGS. 4 and 5. Basically, there are those control grooves and edges 5, 6 on each of the delivery elements K1 - K n of the injection pump EP which, during normal operation of the engine, deliver the zero delivery (see FIG. 5 the second illustration from above), the idling injection (see 4 and 5, the third representation from the top) up to full-load injection (see FIGS.
  • All of the embodiments of the hydromechanical actuating device 2 shown in FIGS. 6 to 9 have in common that they have a pressure cylinder 8 with pressure chamber 9, which is connected to the associated control pressure line S1-S n and adjoins a pressure piston 10, which is used for an opening of the associated exhaust valve A1 - A n against the force of a return pressure spring 11 can be displaced between two end positions by the fuel introduced into the pressure chamber 9.
  • the end position of the pressure piston 10 which determines the brake operating opening position of the exhaust valve A1-A n can be predetermined by a mechanical stop 12 (see FIGS. 7 and 8), for example inside the pressure cylinder, or by the return pressure spring 11 (see FIGS. 6 and 9) his.
  • the pressure piston 10 can act directly - as can be seen from FIGS. 6 and 7 - either on the rear end of the exhaust valve stem or an associated rocker arm, tappet or a bumper.
  • the pressure piston 10 of each actuating device 2 can also act indirectly - see FIG. 8 - via a mechanical transmission element 13 either on the rear end of the exhaust valve stem or on an associated rocker arm, tappet or a bumper.
  • the transmission member 13 for outlet valve opening can be moved, rotated or pivoted into the operative position by means of fuel introduced into the pressure chamber 9 via the pressure piston 10, and for outlet valve closure after the pressure chamber 9 has been relieved of pressure by the return pressure spring 11 can be moved back into an inactive detent position and the transmission member 13 is preferably arranged such that the pressure piston 10, when the transmission member 13 is in the operative position, is not acted upon by the forces acting on the associated outlet valve A1-A n , in particular gas forces.
  • a closure of the opened exhaust valve A1 - A n takes place after pressure relief of the pressure chamber 9 and return of the pressure piston 10 by the return pressure spring 11 in its initial position and the associated increase in volume of the pressure chamber 15 and then possible return of the servo piston 19 by the return pressure spring 20 in its initial position.
  • the engine brake can be implemented with comparatively few components and is therefore inexpensive.
  • the engine-specific injection pump which also functions as a hydraulic transmitter for braking operation, it also includes the switching elements U1-U n and the control pressure lines S1-S n and the hydromechanical actuating devices 2.
  • the motor brake according to the invention is also particularly suitable for retrofitting or retrofitting existing internal combustion engines.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung geht aus von der aus der DE 39 04 497 C1 bekannten Motorbremse. Diese weist eine hydraulische Vorrichtung auf, die beim Verdichtungstakt nur im Bereich des Zünd-OT das Auslaßventil der Brennkraftmaschine einen kleinen Spalt offen halt. Als Gebereinrichtung kommt dabei die motoreigene Einspritzpumpe zur Anwendung. Hierzu ist in jede zu einem Einspritzventil führende Einspritzdruckleitung ein steuerbares Umschaltorgan eingebaut, von dem eine Steuerdruckleitung zur Betätigungseinrichtung des Auslaßventils jenes Motorzylinders führt, dem auch das Einspritzventil zugehörig ist. Mit dieser bekannten Lösung ist jedoch nur ein Öffnen des Auslaßventils zum gewünschten Zeitpunkt nahe Zünd-OT zu erzielen. Für das Offenhalten und das Schließen des Auslaßventiles sind zusätzliche Vorrichtungsteile und Steuerorgane notwendig, nämlich je Auslaßventil eine vom Druck des Motorzylinders beaufschlagte, von diesem abgehende Druckleitung, ein an diese angeschlossenes Steuerventil, eine zwischen diesem und der Steuerdruckleitung gegebene Verbindungsleitung sowie eine Druckabsteuerleitung zwischen Steuerventil und einspritzventilseitiger Abfluß-/Leckleitung. Ersichtlicherweise ist somit auch unter Nutzung der motoreigenen Einspritzpumpe als Gebereinrichtung der kosten- und bauteilmäßige Aufwand für die Bremsbetriebssteuerung eines Auslaßventiles enorm hoch. Zudem ist, weil die Auslaßventile im Verdichtungstakt erst nahe beim Zünd-OT geöffnet werden, wegen der zu diesem Zeitpunkt extrem hohen Öffnungskräfte und der dafür notwendigen Drücke im Hydrauliksystem ein erheblicher Aufwand für die Hochdruckabdichtung sowie der hydraulischen und mechanischen Stabilität des Systems notwendig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Motorbremse der eingangs genannten Art unter Beibehaltung der motoreigenen Einspritzpumpe als Geberorgan für das bremsbetriebsmäßige Öffnen der Auslaßventile dahingehend zu verbessern, daß für das Öffnen, Offenhalten und Schließen der Auslaßventile ein erheblich geringerer Bau- und Kostenaufwand notwendig und auch eine Verbesserung der Bremswirkung erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Förderorgane der Einspritzpumpe EP mit ihren Steuernuten und -kanten in eine solche Position einstellbar sind und jede von einem in einer Einspritzdruckleitung gegebenen Umschaltorgan abgehende Steuerdruckleitung mit der Betätigungseinrichtung des Auslaßventils jenes Zylinders verbunden ist, der innerhalb der gegebenen Zündfolge um wenigstens einen Zündabstand versetzt ist, somit während des Bremsbetriebes unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes durch den geförderten Kraftstoff das angesteuerte Auslaßventil im Bereich des unteren Totpunktes vor Verdichtung geöffnet, während des anschließenden Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und dann geschlossen wird. Das Schließen wird über die Nockenwellenkontur der Einspritzpumpe bewerkstelligt, welche zu diesem Zweck speziell ausgelegt ist.
  • Diese Motorbremse kommt aufgrund des erfindungsgemäßen Anschlußprinzipes für die Steuerdruckleitungen ersichtlicherweise mit erheblich weniger Bauteilen aus als die Lösung gemäß der eingangs diskutierten DE 39 04 497 C1. Es sind demgegenüber nämlich all jene Leitungen und Steuerorgane nicht mehr notwendig, die dort für das Offenhalten und Schließen eines Auslaßventiles notwendig sind. Dies reduziert zwangsläufig auch in erheblichem Maße den Kostenaufwand für die Mittel der Motorbremse.
  • Dadurch, daß die Auslaßventile im Bremsbetrieb praktisch während des gesamten Verdichtungstaktes um ein gewisses, jedoch kleineres als normales Maß offen gehalten werden, sind die Hydraulikdrücke im Vergleich zum System gemäß der DE 39 04 497 C1 auf einen Bruchteil dessen reduziert, was den Kosten- und Bauteilaufwand der ohnehin schon weniger notwendigen Teile der Bremseinrichtung noch stark verringert, ohne Nachteile in der Bremswirkung in Kauf nehmen zu müssen. Die Gesamtbremswirkung ist bei jenen Brennkraftmaschinen, bei denen die Öffnung der Auslaßventile bereits während des Saughubes, aber nahe dessen Ende erfolgt, wegen des hierdurch bedingten kurzzeitigen Rückströmens von Abgas aus dem Auspuffstrang etwas geringer, was aber als immer noch brauchbarer Kompromiß aus Sicht des Gesamtergebnisses in Kauf genommen werden kann.
  • Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Motorbremse in Verbindung mit einer 4-zylindrigen Brennkraftmaschine,
    Fig. 2
    eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorbremse in Verbindung mit einer 4-zylindrigen Brennkraftmaschine,
    Fig. 3
    eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorbremse in Verbindung mit einer 6-zylindrigen Brennkraftmaschine,
    Fig. 4
    die Regelstellungen eines Pumpenkolbens einer der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1, 2, 3 zugehörigen Einspritzpumpe in Bezug auf die pumpenzylinderseitig zugehörige Kraftstoffzuführbohrung, von oben nach unten gesehen für Bremsbetrieb, Nullförderung, Leerlauf und Last- bis Vollastbetrieb,
    Fig. 5
    die Regelstellung eines Pumpenkolbens einer anderen, der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1, 2, 3 zugehörigen Einspritzpumpe mit anderer Anordnung der pumpenzylinderseitigen Kraftstoffzuführbohrung, von oben nach unten gesehen für Bremsbetrieb, Nullförderung, Leerlauf und Last- bis Vollastbetrieb,
    Fig. 6 bis 9
    je eine Ausführungsform für eine hydromechanische Betätigungseinrichtung und deren Zuordnung zu einem im Bremsbetrieb zu öffnenden Auslaßventil.
  • In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit gleichem Bezugszeichen angezogen. Die Fig. 1 und 2 zeigen die Verhältnisse für die Motorbremse von 4-zylindrigen 4-Takt-Brennkraftmaschinen auf, die in Verbindung mit zugehörigen Einspritzpumpen EP auch für die Motorbremsen von 5- und 6-zylindrigen 4-Takt-Brennkraftmaschinen gelten. Die Darstellung gemäß Fig. 3 dagegen zeigt eine Motorbremse für eine eine 6-zylindrige 4-Takt-Brennkraftmaschine mit gegenüber Fig. 1 und 2 abgewandelten Verhältnissen auf, die in Verbindung mit der zugehörigen Einspritzpumpe EP auch für mehr als 6-zylindrige 4-Takt-Brennkraftmaschinen gelten.
  • In den Fig. 1 und 2 sind die Zylinder der Brennkraftmaschine der Reihe nach mit Z1, Z2, Z3, Z4 und in Fig. 3 mit Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 angegeben. Die jedem Zylinder Z1 - Zn zugehörigen Auslaßventile sind mit A und nummernmäßig gleichem Index angezogen, somit mit A1, A2, A3, A4 (Fig. 1 und 2) bzw. A1, A2, A3, A4, A5, A6 (Fig. 3) bezeichnet. Die den Zylindern Z1 - Zn zugehörigen Einspritzventile sind mit E und nummernmäßig gleichem Index angezogen, mithin mit E1, E2, E3, E4 (Fig. 1 und 2) bzw. E1, E2, E3, E4, E5, E6 (Fig. 3) bezeichnet. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Brennkraftmaschinen gehorchen der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2, die Brennkraftmaschine gemäß Fig. 3 gehorcht der Zündfolge 1 - 6 - 5 - 3 - 4 - 2. Die der jeweiligen Brennkraftmaschine zugeordnete Einspritzpumpe EP kann grundsätzlich als Reihenpumpe - wie dargestellt - oder eine andere Bauart ausgeführt sein. Die von einer nicht dargestellten Nockenwelle aus gesteuerten Förderorgane der Einspritzpumpe EP - im dargestellten Fall Pumpenkolben - sind in den Fig. 1 und 2 mit K1, K2, K3, K4 und in Fig. 3 mit K1, K2, K3, K4, K5, K6 bezeichnet. Die zugehörigen Pumpenzylinder sind mit P1, P2, P3, P4 (Fig. 1 und 2) bzw. P1, P2, P3, P4, P5, P6 (Fig. 3) bezeichnet. Der Ausgang jedes Pumpenzylinders P1 - Pn steht über eine mit L1, L2, L3, L4 (Fig. 1 und 2) bzw. L1, L2, L3, L4, L5, L6 (Fig. 3) bezeichnete Einspritzdruckleitung mit dem zugehörigen Einspritzventil E1 - En in Verbindung. Da die motoreigene Einspritzpumpe EP nicht nur zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, sondern auch zur Steuerung der Auslaßventile A1 - An für Bremsbetrieb dient, ist in jede zu einem Einspritzventil E1 - En führende Einspritzdruckleitung L1 - Ln ein steuerbares Umschaltorgan U1, U2, U3, U4 (Fig. 1 und 2) bzw. U1, U2, U3, U4, U5, U6 (Fig. 3) eingebaut, mit dem - nach entsprechender Umschaltung durch Signale von einer Steuereinrichtung 1 her - der pumpenseitig geförderte Kraftstoff als Druckmittel im Bremsbetrieb in eine zu einer Betätigungseinrichtung 2 eines Auslaßventiles A1 - An führende Steuerdruckleitung S1, S2, S3, S4 (Fig. 1 und 2) bzw. S1, S2, S3, S4, S5, S6 (Fig. 3) einleitbar ist.
  • Bei der Ausführungsform, der die Motorbremsen gemäß Fig. 1 und 2 gehorchen und die 4-, 5- oder 6zylindrigen Brennkraftmaschinen zugeordnet ist, ist jede der Steuerdruckleitungen S1 - Sn mit der Betätigungseinrichtung 2 des Auslaßventils A1 - An jenes Zylinders Z1 - Zn verbunden, der innerhalb der gegebenen Zündfolge um einen Zündabstand versetzt ist. Bei der der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 und 2 zugrunde liegenden Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 bedeutet dies, daß im Bremsbetrieb durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K1 über die Steuerdruckleitung S1 das Auslaßventil A3 des Zylinders Z3, durch die Förderung des Pumpenkolbens K2 über die Steuerdruckleitung S2 das Auslaßventil A1 des Zylinders Z1, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K3 über die Steuerdruckleitung S3 das Auslaßventil A4 des Zylinders Z4 und durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K4 über die Steuerdruckleitung S4 das Auslaßventil A2 des Zylinders Z2 geöffnet wird. Die zugehörige Einspritzpumpe EP ist dahingehend gestaltet, daß ihre Förderorgane K1 - Kn mit ihren Steuernuten und - kanten 5, 6 in eine solche Position einstellbar sind (siehe Fig. 4 und 5 die jeweils oberste Darstellung für Bremsbetrieb), daß während des Bremsbetriebes unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes durch den geförderten Kraftstoff das jeweils angesteuerte Auslaßventil A1 - An im Bereich des unteren Totpunktes vor Verdichtung geöffnet, während des anschließenden Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und dann wieder geschlossen wird.
  • Bei der zweiten Ausführungsform dagegen, der die Motorbremse gemäß Fig. 3 gehorcht und die 6- oder mehr als 6-zylindrigen Brennkraftmaschinen zugeordnet ist, ist jede von einem in der Einspritzdruckleitung L1 - Ln gegebenen Umschaltorgan U1 - Un abgehende Steuerdruckleitung S1 - Sn mit der Betätigungseinrichtung 2 des Auslaßventiles A1 - An jenes Zylinders Z1 - Zn verbunden, der innerhalb der gegebenen Zündfolge um wenigstens zwei Zündabstände versetzt ist. Bezogen auf Fig. 3 und die Zündfolge 1-6-5-3-4-2 der dort dargestellten 6-zylindrigen Brennkraftmaschine bedeutet dies, daß im Bremsbetrieb durch Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K1 über die Steuerdruckleitung S1 das Auslaßventil A5 des Zylinders Z5, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K2 über die Steuerdruckleitung S2 das Auslaßventil A6 des Zylinders Z6, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K3 über die Steuerdruckleitung S 3 das Auslaßventil A2 des Zylinders Z2, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K4 über die Steuerdruckleitung S4 das Auslaßventil A1 des Zylinders Z1, durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K5 über die Steuerdruckleitung S5 das Auslaßventil A4 des Zylinders Z4 und durch die Kraftstofförderung des Pumpenkolbens K6 über die Steuerdruckleitung S6 das Auslaßventil A3 des Zylinders Z3 geöffnet wird. Die zugehörige Einspritzpumpe EP ist hierfür so ausgebildet, daß deren Förderorgane K1 - Kn mit ihren Steuernuten und -kanten 5,6 in eine solche Position einstellbar sind (siehe Fig. 4 und 5 die jeweils oberste Darstellung für Bremsbetrieb), daß während des Bremsbetriebes unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes durch den geförderten Kraftstoff das jeweils angesteuerte Auslaßventil A1 - An schon während des Saugtaktes vor, jedoch nahe des unteren Totpunktes geöffnet, während des anschließenden Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und dann wieder geschlossen wird.
  • In allen Fällen genügt die Kraftstofförderung der Einspritzpumpe EP verbunden mit entsprechendem Druckaufbau, um das jeweilige Auslaßventil A1 -An um einen kleinen Spalt, also ein kleineres Maß als beim normalen Ladungswechsel zu öffnen.
  • Im Vergleich mit der Kraftstofförderung der Einspritzpumpe EP während des normalen Motorbetriebes, bei der eine Einspritzung über ein an der jeweiligen Einspritzdruckleitung L1 - Ln angeschlossenes Einspritzventil E1 - En in den zugehörigen Brennraum des zugehörigen Zylinders Z1 - Zn am Ende des jeweiligen Verdichtungstaktes im Bereich des oberen Totpunktes erfolgt, wird durch die Kraftstofförderung der Einspritzpumpe EP während des Bremsbetriebes
    • bei einem 4-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 180° KW vor OT,
    • bei einem 5-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 144° KW vor OT,
    • bei einem 6-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin 120° KW vor OT, oder um zwei Zündabstände, mithin 240° KW vor OT, und
    • bei einem mehr als 6-zylindrigen Motor eine um einen entsprechend geringeren Kurbelwinkel
    versetzte Öffnung des über das umgeschaltete Umschaltorgan U1 - Un und die anschließende Steuerdruckleitung S1 - Sn angesteuerten Auslaßventiles A1 - An bewirkt.
  • Nachstehend ist auf Einzelheiten der erfindungsgemäßen Lösung näher eingegangen.
  • Grundsätzlich könnte das Umschaltorgan U1 - Un in jeder Einspritzdruckleitung L1 - Ln an beliebiger Stelle, aber nach einem Druckventil 3 eingebaut sein, das - um auch eine Druckentlastung der Steuerdruckleitung S1 - Sn im Bremsbetrieb nach Beendigung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes zu ermöglichen - einer in Rückströmrichtung nicht dichten Bauart gehorcht. Dieser Fall ist beispielhaft in Fig. 1 dargestellt. Alternativ hierzu kann das Umschaltorgan U1 - Un in der jeweiligen Einspritzdruckleitung L1 - Ln vor einem Druckventil 4 eingebaut sein, das dann beliebiger Bauart sein kann, weil die Druckentlastung der Steuerdruckleitung S1 - Sn im Bremsbetrieb nach Beendigung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes über das zugehörige Umschaltorgan U1 - Un in den Pumpenzylinder P1 - Pn hinein möglich ist. Dieser Fall ist in den Fig. 2 und 3 beispielhaft dargestellt.
  • Vorzugsweise sind das Druckventil 3 bzw. 4 und das zugehörige Umschaltorgan U1 - Un in jeder Einspritzdruckleitung L1 - Ln möglichst nahe am jeweiligen Pumpenausgang angeordnet. Außerdem ist es möglich, bei einer Neukonstruktion der Einspritzpumpe EP die Druckventile 3 bzw. 4 und Umschaltorgane U1 - Un als integrale Bestandteile derselben auszuführen.
  • Für die Förderorgan-Gestaltung der Einspritzpumpen EP und deren regelungsseitige Verstellung gibt es verschiedene Möglichkeiten, wovon zwei in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind. Grundsätzlich sind dabei jene Steuernuten und -kanten 5, 6 an jedem der Förderorgane K1 - Kn der Einspritzpumpe EP, die im normalen Betrieb des Motors die Nullförderung (siehe Fig. 5 die jeweils zweite Darstellung von oben), die Leerlauf-Einspritzung (siehe Fig. 4 und 5 die jeweils dritte Darstellung von oben) bis hin zur Vollast-Einspritzung (siehe Fig. 4 und 5 die jeweils unterste Darstellung) in Verbindung mit der jeweils in einen Pumpenzylinder P1 - Pn einmündenden Kraftstoff-Zuströmbohrung 7 steuern, während des Bremsbetriebes durch entsprechende Verstellung der Förderorgane K1 - Kn außer Wirkverbindung mit der jeweiligen Kraftstoff-Zuströmbohrung 7 gebracht, wodurch der volle Förderhub der Förderorgane für die Auslaßventilöffnung ausnützbar ist (siehe Fig. 4 und 5 die jeweils oberste Darstellung). Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 schließt sich die Bremsbetriebsstellung der Förderorgange K1 - Kn jeweils an die Vollast-Regelstellung an, was eine verhältnismäßig aufwendige Regel- und Steuereinrichtung erfordert. Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 dagegen erfordert eine relativ einfache Regel- und Steuereinrichtung, denn die Bremsbetriebseinstellung der Förderorgane K1 - Kn liegt jeweils vor der Nullförder-Stellung, so daß sich hier eine einfache, im Plus-Minus-Verfahren zwischen Bremsbetriebsstellung und Vollaststellung durchführbare Ein- bzw. Verstellung der Förderorgane K1 - Kn durchführen läßt. Letzteres ist gut aus der Bildfolge in Fig. 5 von oben nach unten erkennbar. Unabhängig von der Anordnung der Kraftstoff-Zuströmbohrung 7 erfolgt gesteuert durch die Nockenwelle beim Aufwärtshub eines in Bremsbetriebsstellung befindlichen Pumpenkolbens K1 - Kn nach Schließen der Kraftstoff-Zuströmbohrung 7 durch die Pumpenkolbenmantelfläche der für das Öffnen des zugehörigen Auslaßventiles A1 - An maßgebliche Druckaufbau. Das Schließen des betreffenden Auslaßventiles A1 - An erfolgt aber nicht wie im Einspritzbetrieb durch Absteuerung, sondern durch nockenwellenseitig gesteuerte Druckentlastung bei der Abwärtsbewegung des betreffenden Pumpenkolbens K1 - Kn.
  • Auch für die Ausführung der hydromechanischen Betätigungseinrichtungen 2 und deren Zuordnung zum jeweiligen Auslaßventil A1 - An für Bremsbetriebsbetätigung gibt es verschiedene Möglichkeiten, auf einige derselben anhand der Fig. 6 bis 9 nachfolgend näher eingegangen ist.
  • Allen in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Ausführungsformen der hydromechanischen Betätigungseinrichtung 2 ist gemeinsam, daß diese einen Druckzylinder 8 mit Druckraum 9 aufweist, der an die jeweils zugehörige Steuerdruckleitung S1 - Sn angeschlossen ist und an einen Druckkolben 10 angrenzt, der für eine Öffnung des zugehörigen Auslaßventiles A1 - An entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder 11 durch den in den Druckraum 9 eingeleiteten Kraftstoff zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist. Dabei kann die die Bremsbetriebsöffnungsstellung des Auslaßventiles A1 - An bestimmende Endstellung des Druckkolbens 10 durch einen, zum Beispiel druckzylinderinternen, mechanischen Anschlag 12 (siehe Fig. 7 und 8) oder durch die Rückstelldruckfeder 11 (siehe Fig. 6 und 9) vorgegeben sein. Der Druckkolben 10 kann dabei direkt - wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich - entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirken.
  • Alternativ hierzu kann der Druckkolben 10 jeder Betätigungseinrichtung 2 aber auch indirekt - siehe Fig. 8 - über ein mechanisches Übertragungsorgan 13 entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirken. Dabei ist das Übertragungsorgan 13 für Auslaßventilöffnung durch in den Druckraum 9 eingeleiteten Kraftstoff über den Druckkolben 10 in Wirkposition verschiebbar, verdrehbar oder verschwenkbar und für Auslaßventilschließung nach Druckentlastung des Druckraumes 9 durch die Rückstelldruckfeder 11 wieder in eine unwirksame Rastposition zurück bewegbar.Dabei sind der Druckkolben 10 und das Übertragungsorgan 13 vorzugsweise so angeordnet, daß der Druckkolben 10 bei in Wirkposition befindlichem Übertragungsorgan 13 nicht von den am zugehörigen Auslaßventil A1 - An wirkenden Kräften, insbesondere Gaskräften, beaufschlagt ist. Außerdem ist durch entsprechende Gestaltung des Übertragungsorganes 13 auch eine vom Kraftstoffdruck und dessen drehzahl- und toleranzbedingten Schwankungen weitgehend unabhängige Auslaßventilöffnung herbeiführbar. Darüber hinaus sind auch Lösungen möglich, bei denen der Druckkolben 10 jeder Betätigungseinrichtung 2 indirekt über hydromechanische Übertragungsorgane entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt. Ein solcher Fall ist in Fig. 9 dargestellt. Dabei ist im Druckzylinder 8 hinter dem Druckkolben 10 ein zweiter, die Rückstelldruckfeder 11 aufnehmender sowie über eine Druckmittelspeiseeinrichtung 14 mit Drucköl bestimmten Druckes gefüllter Servodruckraum 15 gegeben, von dem eine Steuerdruckleitung 16 zum Druckraum 17 eines Servodruckzylinders 18 führt, in dem ein Servokolben 19 entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder 20 für Öffnung des Auslaßventils A1 - An hydraulisch bis zu einer durch einen Anschlag 21 vorgegebenen Endstellung verschiebbar ist. Eine Schließung des geöffneten Auslaßventiles A1 - An erfolgt nach Druckentlastung des Druckraumes 9 und Rückstellung des Druckkolbens 10 durch die Rückstelldruckfeder 11 in dessen Ausgangsposition und die damit einhergehende Volumenvergrößerung des Druckraumes 15 sowie dann mögliche Rückführung des Servokolbens 19 durch die Rückstelldruckfeder 20 in dessen Ausgangsposition.
  • Die Motorbremse ist - wie die Darstellungen zeigen - mit vergleichsweise wenigen Bauteilen und damit kostengünstig realisierbar. Sie umfaßt außer der auch als hydraulischer Geber für Bremsbetrieb fungierenden motoreigenen Einspritzpumpe die Umschaltorgane U1 - Un sowie die Steuerdruckleitungen S1 - Sn und die hydromechanischen Betätigungseinrichtungen 2.
  • Mit besonderem Vorteil eignet sich die erfindungsgemäße Motorbremse auch gut für eine Nach- oder Umrüstung gegebener Brennkraftmaschinen.

Claims (15)

  1. Motorbremse bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges, bei der während des Bremsbetriebes die motoreigene Einspritzpumpe als hydraulischer Geber für hydromechanische Betätigungseinrichtungen wirkt, über die während der Verdichtungstakte die Auslaßventile der Brennkraftmaschine um ein kleineres Maß als normal zeitlich befristet offen gehalten werden, wobei in jede zu einem Einspritzventil führende Einspritzdruckleitung ein steuerbares Umschaltorgan eingebaut ist, mit dem der pumpenseitig geförderte Brennstoff als Druckmittel für Bremsbetrieb in eine zur zugehörigen Auslaßventil-Betätigungseinrichtung führende Steuerdruckleitung einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderorgane (K1 - Kn) der Einspritzpumpe (EP) mit ihren Steuernuten und -kanten (5, 6) in eine solche Position einstellbar sind und jede von einem in einer Einspritzdruckleitung (L1 - Ln) gegebenen Umschaltorgan (U1 - Un) abgehende Steuerdruckleitung (S1 - Sn) mit der Betätigungseinrichtung (2) des Auslaßventils (A1 - An) jenes Zylinders (Z1 - Zn) verbunden ist, der innerhalb der gegebenen Zündfolge um wenigstens einen Zündabstand versetzt ist, somit während des Bremsbetriebes unter weitestgehender Nutzung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes durch den geförderten Kraftstoff das angesteuerte Auslaßventil (A1 - An) im Bereich des unteren Totpunktes vor Verdichtung geöffnet, während des anschließenden Verdichtungstaktes etwa bis zum Zünd-OT offen gehalten und anschließend geschlossen wird.
  2. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kraftstofförderung der Einspritzpumpe (EP)
    a) während des normalen Motorbetriebes eine Einspritzung in den Brennraum am Ende des Verdichtungstaktes im Bereich des Zünd-OT über ein an einer Einspritzdruckleitung (L1 - Ln) angeschlossenes Einspritzventil (E1 - En), dagegen
    b) während des Bremsbetriebes
    - bei einem 4-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 180° KW vor OT,
    - bei einem 5-zylindrigen Motor eine um einen Zündabstand, mithin ca. 144° KW vor OT,
    - bei einem 6-zylindrigen Motor entweder eine um einen Zündabstand, mithin ca. 120° KW vor OT, oder um zwei Zündabstände, mithin ca. 240° KW vor OT, und
    - bei mehr als 6-zylindrigen Motoren eine um einen entsprechend geringeren Kurbelwinkel
    versetzte Öffnung des über das in Bremsbetriebsstellung umgeschaltete Umschaltorgan (U1 - Un) angesteuerten Auslaßventiles (A1 - An) bewirkt wird.
  3. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Umschaltorgan (U1 - Un) in der Einspritzdruckleitung (L1 - Ln) an beliebiger Stelle, aber nach einem Druckventil (3) eingebaut sein kann, welches Druckventil (3) - um auch eine Druckentlastung der Steuerdruckleitung (L1 - Ln) im Bremsbetrieb nach Beendigung eines einspritzpumpenseitigen Förderhubes zu ermöglichen - einer in Rückströmrichtung nicht dichten Bauart gehorcht.
  4. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Umschaltorgan (U1 - Un) in der jeweiligen Einspritzdruckleitung (L1 - Ln) vor einem Druckventil (4) beliebiger Bauart eingebaut ist.
  5. Motorbremse nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (3, 4) und das Umschaltorgan (U1 - Un) in jeder Einspritzdruckleitung (L1 - Ln) möglichst nahe am jeweiligen Pumpenausgang angeordnet ist.
  6. Motorbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckventile (3, 4) und Umschaltorgane (U1 - Un) als integrale Bestandteile der Einspritzpumpe (EP) ausgeführt sind.
  7. Motorbremse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jene Steuernuten und -kanten (5, 6) an den Förderorganen (K1 - Kn) der Einspritzpumpe (EP), die im normalen Betrieb des Motors die Nullförderung, die Leerlauf-Einspritzung und die Last- bis Vollast-Einspritzung in Verbindung mit Kraftstoff-Zuströmbohrungen (7) steuern, während des Bremsbetriebes durch entsprechende Verstellung der Förderorgane (K1 - Kn) außer Wirkverbindung mit den Kraftstoff-Zuströmbohrungen (7) gebracht sind, somit der volle Förderhub der Förderorgane (K1 - Kn) für ein Öffnen und Offenhalten der Auslaßventile (A1 - An) ausnützbar ist.
  8. Motorbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede hydromechanische Betätigungseinrichtung (2) einen Druckzylinder (8) mit Druckraum (9) aufweist, der an die zugehörige Steuerdruckleitung (S1 - Sn) angeschlossen ist und an einen Druckkolben (10) angrenzt, der für eine Öffnung des zugehörigen Auslaßventils (A1 - An) entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder (11) durch in den Druckraum (9) eingeleiteten Kraftstoff zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist.
  9. Motorbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bremsbetriebsöffnungsstellung des Auslaßventiles (A1 - An) bestimmende Endstellung des Druckkolbens (10) durch einen, insbesondere druckzylinderinternen, mechanischen Anschlag (12) vorgegeben ist.
  10. Motorbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bremsbetriebsöffnungsstellung des Auslaßventiles (A1 - An) bestimmende Endstellung des Druckkolbens (10) durch die Rückstelldruckfeder (11) vorgegeben ist.
  11. Motorbremse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (10) jeder Betätigungseinrichtung (2) direkt entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt.
  12. Motorbremse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (10) jeder Betätigungseinrichtung (2) indirekt über ein mechanisches Übertragungsorgan (13) entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt.
  13. Motorbremse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsorgan (13) für eine Öffnung des Auslaßventiles (A1 - An) durch den Druckkolben (10) in Wirkposition verschiebbar, verdrehbar oder verschwenkbar und für Auslaßventil-Schließung nach Druckentlastung des Druckraumes (9) durch die Rückstelldruckfeder (11) in eine unwirksame Rastposition zurückbewegbar ist, wobei bei in Wirkposition befindlichem Übertragungsorgan (13) der Druckkolben (10) nicht von den am Auslaßventil (A1 - An) wirkenden Kräften, insbesondere Gaskräften, beaufschlagt ist und durch entsprechende Gestaltung des Übertragungsorganes (13) auch eine vom Kraftstoffdruck und dessen drehzahl- sowie toleranzbedingten Schwankungen weitestgehend unabhängige Öffnung des Auslaßventiles (A1 - An) herbeiführbar ist.
  14. Motorbremse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (10) jeder Betätigungseinrichtung (2) indirekt über hydromechanische Übertragungsorgane entweder auf das rückwärtige Ende des Auslaßventilschaftes oder einen zugehörigen Kipphebel, Stößel bzw. eine Stoßstange wirkt.
  15. Motorbremse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckzylinder (8) hinter dem Druckkolben (10) ein zweiter, die Rückstelldruckfeder (11) aufnehmender sowie über eine Druckmittelspeiseeinrichtung (14) mit Drucköl bestimmten Druckes gefüllter Servodruckraum (15) gegeben ist, von dem eine Steuerdruckleitung (16) zum Druckraum (17) eines Servodruckzylinders (18) führt, in dem ein Servokolben (19) entgegen der Kraft einer Rückstelldruckfeder (20) für Öffnung des Auslaßventils (A1 - An) hydraulisch bis zu einer durch einen Anschlag (21) vorgegebenen Endstellung verschiebbar ist.
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