DE10105721A1 - Abgasimpulsgeladenes Motordruckbremsverfahren mit doppeltem Hub - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Kompressions- bzw. Motorbremsen wird vorgesehen, und zwar zur Anwendung bei einem Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Brennkammern, die gemeinsam eine Auslaßsammelleitung verwenden, wie beispielsweise für einen 6-Zylinder-Motor. Das Verfahren weist die Schritte auf, jedes Auslaßventil in eine offene Position zu einem ersten Zeitpunkt zu bewegen, und zwar entsprechend ungefähr dem Beginn des Leistungsteils des Zyklusses der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist, und die Bewegung von jedem Auslaßventil in die offene Position zu einem zweiten Zeitpunkt entsprechend ungefähr dem Ende des Einlaßteils des Zyklusses der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Mo­ torbremsverfahren und insbesondere auf ein Verfahren zur Motordruckbremsung.

Technischer Hintergrund

Motorbremsen oder Verzögerer bzw. Retarder werden verwen­ det, um den Radbremsen bei der Verlangsamung von schweren Fahrzeugen zu helfen und diese zu unterstützen, wie bei­ spielsweise bei Traktoranhängern. Motorbremsen sind wün­ schenswert, da sie dabei helfen, zu erleichtern, daß die Radbremse überhitzt. Als die Fahrzeugkonstruktion und -technologie vorangeschritten ist, sind die Lieferkapazi­ täten von Traktoranhängern gestiegen, während gleichzei­ tig der Rollwiderstand und der Windwiderstand abgenommen haben. Somit gibt es eine Notwendigkeit für verbesserte Motorbremssysteme bei heutigen Schwerfahrzeugen.

Bekannte Motordruckbremsen wandeln einen Verbrennungsmo­ tor von einer Leistungserzeugungseinheit in einen Lei­ stung verbrauchenden Luftkompressor um.

Das US-Patent 3,220,392, ausgegeben an Cummins am 30. No­ vember 1965 offenbart ein Motorbremssystem, bei dem ein Auslaßventil, das in einem Zylinder gelegen ist, geöffnet wird, wenn der Kolben im Zylinder sich der oberen Tot­ punktposition (TDC = top dead center = oberer Totpunkt) im Kompressions- bzw. Verdichtungshub nähert. Eine Betä­ tigungsvorrichtung weist einen Hauptkolben auf, der von einer Nocke und einer Druckstange angetrieben wird, die wiederum einen Hilfskolben antreibt, um das Auslaßventil während des Motorbremsens zu öffnen. Die Bremse, die von der Vorrichtung von Cummins unterstützt bzw. begleitet werden kann, ist eingeschränkt, und zwar weil die Zeit­ steuerung und Dauer des Öffnens des Auslaßventils von der Geometrie der Nocke vorgegeben wird, die den Hauptkolben antreibt, und daher können diese Parameter nicht unabhän­ gig gesteuert werden.

Bei einer Anstrengung, die Bremsleistung zu maximieren, sind Motorbremssysteme entwickelt worden, die sowohl den Kompressions- bzw. Verdichtungshub verwenden, als auch das, was normalerweise der Auslaßhub des Motors bei einem 4-Takt-Leistungsbetrieb wäre, um zwei Drucklöseereignisse pro Motorzyklus zu erzeugen. Solche Systeme werden im allgemeinen als Zwei-Zyklus-Retarder oder Zwei-Zyklus- Motorbremsen bezeichnet und werden beispielsweise offen­ bart im US-Patent 4,592,319, ausgegeben an Meistrick am 3. Juni 1986, und im US-Patent 4,664,070, ausgegeben an Meistrick und andere am 12. Mai 1987. Das '070-Patent von Meistrick und anderen offenbart auch einen elektronisch gesteuerten, hydromechanischen Überkopf bzw. Zylinderkopf, der die Auslaß- und Einlaßventile betätigt und statt des üblichen Kipphebelmechanismus zum Ventilbetrieb einge­ setzt wird.

Ein Verfahren zur Zwei-Takt-Motorbremsung unter Verwen­ dung eines (Drossel-)Klappenventils in einem Auslaßrohr oder einer Auslaßsammelleitung in Kombination mit der Öffnung eines Auslaßventils sowohl zu Beginn als auch am Ende des Kompressionshubes wird offenbart im US-Patent 4,981,119, ausgegeben an Neitz u. a. am 1. Januar 1991.

Bei einer weiteren Anstrengung, die Bremsleistung zu ma­ ximieren, sind Systeme entwickelt worden, die die Auslaß­ ventile von jedem Zylinder während des Bremsens zumindest für einen Teil des Abwärtshubes des assoziierten Kolbens öffnen.

In dieser Weise wird der Druck, der aus einem ersten Zy­ linder in die Auslaßsammelleitung abgelassen wird, ver­ wendet, um den Druck eines zweiten Zylinders zu laden bzw. nachzuladen. Danach wird der Druck in dem zweiten Zylinder weiter während des Aufwärtshubes des assoziier­ ten Kolbens gesteigert, so daß die Verzögerungskräfte in ähnlicher Weise vergrößert werden. Dieser Betriebszustand wird "Rückfüllung" genannt, und Systeme, die dieses Be­ triebsverfahren einsetzen, sind in dem '319-Patent von Meistrick und im US-Patent 4,741,307 offenbart, das an Meneely am 3. Mai 1988 ausgegeben wurde.

Das US-Patent 5,526,784, ausgegeben an Hakkenberg und an­ dere am 18. Juni 1996 und der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zu eigen, offenbart ein System und ein Verfah­ ren zur Kompressions- bzw. Motorbremsung eines Mehrzylin­ dermotors, das eine simultane Öffnung von allen Auslaß­ ventilen des Motors verwendet. Das System und Verfahren von Hakkenberg und anderen im '784-Patent, wenn es bei einem Mehrzylindermotor eingesetzt wird, wie beispiels­ weise bei einem 6-Zylinder-Motor, sieht höhere Zylinder­ drücke in den Zylindern noch in früheren Stufen eines Kompressionshubes vor, wenn die Auslaßventile geöffnet werden, wodurch gestattet wird, daß der Zylinderdruck sich aufbaut und die Bremsfunktion verbessert bzw. stei­ gert.

Das US-Patent 5,724,939, ausgegeben an Faletti und andere am 10. März 1998 und der Anmelderin der vorliegenden Er­ findung zu eigen, offenbart 2-Takt- und 4-Takt-Verfahren zur Kompressions- bzw. Motorbremsung für einen Verbren­ nungsmotor. Gemäß des bei Faletti und anderen im '939- Patent offenbarten Verfahrens, werden Auslaßventile in den Zylindern geöffnet, wobei die assoziierten Kolben na­ he dem oberen Totpunkt sind, und es werden im wesentli­ chen Simultanauslaßventile in Zylindern geöffnet, in de­ nen die assoziierten Kolben nominell über dem unteren Totpunkt (BDC = bottom dead center = unterer Totpunkt) liegen. Dies bietet eine vorteilhafte Bremsleistungsstei­ gerung aufgrund der Rückfüllung der Zylinder, in denen die assoziierten Kolben nominell über dem unteren Tot­ punkt hinaus sind.

Offenbarung der Erfindung

Die Anmelderin hat entdeckt, daß ein wünschenswertes Ver­ fahren zur Rückfüllung eines Motorbremssystems die Öff­ nung von jedem Auslaßventil in jedem Zylinder zu einem ersten Zeitpunkt ist, und zwar ungefähr zum Beginn des Leistungshubes, und zu einem zweiten Zeitpunkt ungefähr am Ende des Einlaßhubes. Dieses Verfahren bietet zusätz­ liche Bremsleistung, was aus der Rückfüllung von jedem Zylinder resultiert, und Simulationen zeigen an, daß eine Steigerung der Bremsleistung von ungefähr 20% von dem Verfahren der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der Abbremsung ohne Rückfüllung vorgesehen wird.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Kompressions- bzw. Motorbremsung zur Anwen­ dung bei einem Verbrennungsmotor vorgesehen, der eine Vielzahl von Brennkammern hat. Jede Brennkammer arbeitet in einem Zyklus, der Einlaß-, Kompressions- bzw. Verdich­ tungs-, Leistungs- und Auslaßhübe aufweist, und jede Brennkammer ist in Flußverbindung mit einem Auslaßventil, das zwischen einer offenen Position und einer geschlosse­ nen Position bewegbar ist, um selektiv jede Brennkammer in Flußverbindung mit einer gemeinsamen Auslaßsammellei­ tung zu setzen. Das Verfahren weist die Schritte auf, je­ des Auslaßventil in die offene Position bei einem ersten Zeitpunkt entsprechend ungefähr dem Beginn des Leistungs­ teils des Zyklus der Brennkammer zu bewegen, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist, und das Auslaßventil in die offene Position zu einem zweiten Zeitpunkt entspre­ chend ungefähr dem Ende des Einlaßteils des Zyklus der Brennkammer zu bewegen, die mit dem Auslaßventil assozi­ iert ist.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung weist jeder Teil des Zyklus des Verbrennungsmotors 180 Grad Kurbelwellenwinkeldrehung auf, und der Schritt der Bewegung von jedem Auslaßventil in die offene Position zum ersten Zeitpunkt weist einen Schritt des Offenhaltens des Auslaßventils ungefähr vom Beginn des Leistungsteils des Zyklus der Brennkammer auf, die mit dem Auslaßven­ til assoziiert ist, und zwar bis zu einem Kurbelwinkel von ungefähr 80 Grad nach dem Beginn des Leistungsteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist.

Gemäß noch eines weiteren Aspektes der vorliegenden Er­ findung weist der Schritt der Bewegung von jedem Auslaß­ ventil in die offene Position zum zweiten Zeitpunkt einen Schritt des Offenhaltens des Auslaßventils auf, und zwar von einem Kurbelwinkel von ungefähr 120 Grad nach dem Be­ ginn des Einlaßteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist, und zwar bis zu ei­ nem Kurbelwinkel von ungefähr 30 Grad nach dem Beginn des Kompressions- bzw. Verdichtungsteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist.

Andere Merkmale und Vorteile wohnen dem beanspruchten und offenbarten Verfahren inne oder werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Auslaßventilbetäti­ gungssystems, das das Verfahren der vorliegen­ den Erfindung ausführen kann;

Fig. 2 ist eine diagrammartige Teilschnittansicht des Ventilbetätigungssystems der Fig. 1, die die Auslaßventile in einer geschlossen Position zeigt;

Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 2, die die Auslaßventile in einer offenen Position zeigt;

Fig. 4 ist eine übertriebene, vergrößerte Detailan­ sicht, die von 4-4 in Fig. 3 umgeben wird;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines Auslaßventilbetäti­ gungssystems zur Anwendung bei einem 6- Zylinder-Motor, das das Verfahren der vorlie­ genden Erfindung ausführen kann;

Fig. 6 ist eine Tabelle, die den Zeitpunkt der Auslaß­ ventilöffnung für jeden Zylinder des Systems der Fig. 5 während des Bremsbetriebszustandes gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 7 ist eine Kurvendarstellung, die Simulationser­ gebnisse abbildet, die den Bremsbetriebszustand gemäß der vorliegenden Erfindung veranschau­ licht und den Brennkammerdruck, die Brennkam­ mertemperatur, die Ventilereignisse und den Auslaßanschlußdruck als eine Funktion des Kur­ belwinkels zeigt. Eine Brennstoff- bzw. Brenn­ stoffversorgungskurvendarstellung wird von der durchgezogenen Linie angezeigt, eine Auslaß­ rückfüllung wird von dem unterbrochenen Linien­ symbol angezeigt, und die Grundlinie wird von dem Symbol mit gestrichelter Linie abgezeigt.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben, die eine Vorrichtung zeigen, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausführen kann, das ein Auslaßventilbetätigungssystem 10A aufweist, das mit einem Zylinder 11A eines 6-Zylinder-4-Takt- Verbrennungsmotors 12 assoziiert ist. Zur Verdeutlichung ist nur das Ventilbetätigungssystem 10A in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, das mit dem Zylinder 11A assoziiert ist, da die Komponenten und ihr Betrieb identisch mit jenen der Ventilbetätigungssysteme 10B, 100, 10D, 10B und 10F sind, die jeweils mit den Zylindern 11B, 11C, 11D, 11E und 11F assoziiert sind. Der Motor 12 hat einen Zylinder­ kopf 14 und eines oder mehrere Motorauslaßventil(e) 16, das (die) mit jedem Zylinder assoziiert ist (sind) und hin und her beweglich innerhalb des Zylinderkopfes 14 an­ geordnet sind. Die Auslaßventile 16 sind in den Fig. 2 und 3 nur teilweise gezeigt und sind bewegbar zwischen einer ersten oder geschlossenen Position, wie in Fig. 2 gezeigt, und einer zweiten oder offenen Position, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Ventile 16 sind zu der ersten Posi­ tion hin durch irgendwelche geeigneten Mittel vorge­ spannt, wie beispielsweise durch Schraubendruckfedern 18. Jedes Ventil 16 bringt einen assoziierten Motorzylinder 11A, 11B, 11C, 11D, 11E oder 11F wenn es offen ist in Strömungsmittelverbindung mit einer gemeinsamen Auslaß­ sammelleitung 13 über einen Auslaßanschluß 15.

Ein Betätigungsvorrichtungskopf 20 besitzt eine sich axial dort hindurch erstreckende Bohrung 22 von variie­ renden Durchmessern. Zusätzlich hat der Betätigungsvor­ richtungskopf 20 einen Druckleitungs- bzw. Schienendurch­ laß (rail passage) 24A darin, der selektiv in Strömungs­ mittelverbindung entweder mit einer Niederdruckströmungs­ mittelquelle 26 oder einer Hochdruckströmungsmittelquelle 28 gesetzt werden kann, die beide in Fig. 1 gezeigt sind. Der Druck des Strömungsmittels von der Hochdruck­ strömungsmittelquelle 26 ist größer als 1.500 psi und insbesondere vorzugsweise größer als 3.000 psi. Der Druck des Strömungsmittels von der Niederdruckströmungsmittel­ quelle ist vorzugsweise geringer als 400 psi und insbe­ sondere vorzugsweise weniger als 200 psi.

Ein zylindrischer Körper 30 (Fig. 2) ist dichtend inner­ halb der Bohrung 22 durch eine Vielzahl von O-Ringen (32) eingepaßt und hat eine sich axial erstreckende Bohrung 36.

Ein Brückenglied 46 ist innerhalb einer Ausnehmung (48) im Betätigungsvorrichtungskopf 20 benachbart zum Körper 30 angeordnet. Die Brücke 46 hat eine Bohrung 50 von vor­ bestimmter Länge, die koaxial mit der Bohrung 36 im Kör­ per 30 ausgerichtet ist.

Ein Stößel 54 weist eine Stößeloberfläche 58 auf und weist einen Endteil 60 auf, der innerhalb der Bohrung 50 der Brücke 46 befestigt bzw. gesichert ist. Ein zweites Ende 62 des Stößels 54 ist gleitend innerhalb der Bohrung 36 des Körpers 30 angeordnet. Das zweite Ende 62 des Stö­ ssels 54 hat eine Kegelstumpfform 64, die von der Stöße­ loberfläche 58 in einem vorbestimmten Winkel divergiert bzw. abweicht, der genauer in Fig. 4 zu sehen ist. Der Stössel 54 kann integral mit der Brücke 46 ausgeformt sein oder getrennt mit ihr verbunden sein, wie beispiels­ weise durch Preßpassung. Der Stößel 54 ist betriebsmäßig mit den Ventilen 16 assoziiert und ist bewegbar zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. Die Be­ wegung des Stössels 54 zur zweiten Position hin bewegt die Ventile 16 in die offene Position. Es sei bemerkt, daß der Stössel 54 verwendet werden kann, um direkt die Auslaßventile 16 ohne Verwendung einer Brücke 46 zu betä­ tigen. In dieser Weise würde der Stößel 54 integral mit den Auslaßventilen 16 ausgeformt sein oder getrennt be­ nachbart zu diesen positioniert sein, so daß die Ventile 16 in Eingriff kommen, wenn der Stößel 54 in die zweite Position bewegt wird.

Mittel 68 zur Übermittlung des Niederdruckströmungsmit­ tels in die Drücke 46 sind vorgesehen. Die Verbindungs­ mittel 68 weisen ein Paar von Zumeßöffnungen 69 auf, die innerhalb der Brücke 46 angeordnet sind, und ein Paar von Verbindungsdurchlässen 70, die sich durch die Zumeßöff­ nungen 69 und die Brücke 46 und in den Stößel 54 erstrec­ ken. Eine Längsbohrung 74 erstreckt sich durch einen Teil des Stößels 54 und ist in Strömungsmittelverbindung mit den Verbindungsdurchlässen 70 innerhalb der Brücke 46. Eine Zumeßöffnung 80 erstreckt sich nach außen von der Längsbohrung 74. Eine Querbohrung 84 erstreckt sich durch den Körper 30 an einem unteren Ende 90. Die Querbohrung 84 ist mit einem unteren ringförmigen Hohlraum 94 verbun­ den, der zwischen dem Körper 30 und dem Betätigungsvor­ richtungskopf 20 definiert ist. Der untere ringförmige Hohlraum 94 ist in Verbindung mit der Niederdruckströ­ mungsmittelquelle 26 durch einen Durchlaß 96A im Betäti­ gungsvorrichtungskopf 20. Wie genauer unten besprochen, hat die Querbohrung 84 eine vorbestimmte Position relativ zur Zumeßöffnung 80, so daß die Zumeßöffnung 80 in Strö­ mungsmittelverbindung mit der Niederdruckströmungsmittel­ quelle 26 ist, und zwar durch den Durchlaß 96A, wenn der Stößel 54 beginnt, sich von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen.

Ein Paar von hydraulischen Stoß- bzw. Schlageinstellvor­ richtungen 100, 102 ist innerhalb eines Paares von großen Bohrungen 106 bzw. 107 in der Brücke 46 durch irgendwel­ che geeigneten Mittel befestigt, wie beispielsweise durch ein Paar von Halteringen 108, 1 : 10. Die Schlageinstellvor­ richtungen 100, 102 sind in Strömungsmittelverbindung mit den Zumeßöffnungen 69, und die Verbindungsdurchlässe 70 sind benachbart zu den Auslaßventilen 16. Es sei jedoch bemerkt, daß die Schlageinstellvorrichtungen 100, 102 die Zumeßöffnungen 69 haben können oder nicht, und zwar ab­ hängig von der verwendeten inneren Konstruktion.

Ein Stöpsel bzw. Stecker 120 ist mit dem Betätigungsvor­ richtungskopf 20 verbunden und ist dichtend in die Boh­ rung 50 an einem oberen Ende 124 des Körpers 30 in ir­ gendeiner geeigneten Weise eingepaßt, wie beispielsweise durch Verschraubung oder Preßpassung und/oder durch Hal­ teplatten 125, die an den Betätigungsvorrichtungskopf 20 durch Bolzen 127 gesichert sind. Ein Hohlraum 130, der einen Teil der Bohrung 50 bildet, ist zwischen dem Stec­ ker 120 und der Stößeloberfläche 58 definiert. Es sei be­ merkt, daß obwohl ein Stecker 120 als in die Bohrung 50 hineingepaßt gezeigt ist, um den Stößelhohlraum 130 zu definieren, der Zylinderkopf 14 dichtend gegen die Boh­ rung 50 gepaßt sein kann. Daher würde der Stößelhohlraum 130 zwischen dem Zylinderkopf 14 und der Stößeloberfläche 58 definiert sein.

Erste Mittel 140 zur selektiven Verbindung bzw. Leitung von Strömungsmittel von der Hochdruckströmungsmittelquel­ le 28 in den Stößelhohlraum 130 ist vorgesehen, um den Stößel 54 zur zweiten Position hin zu drücken. Die ersten Verbindungsmittel 140 weisen Mittel 144 auf, die einen primären Flußpfad 148 zwischen der Hochdruckströmungsmit­ telquelle 28 und dem Stößelhohlraum 130 definieren, und zwar während der Anfangsbewegung zur zweiten Position hin. Die Mittel 144 definieren weiter einen sekundären Flußpfad 152 zwischen der Hochdruckströmungsmittelquelle 28 und dem Stößelhohlraum 130 während der Endbewegung zur zweiten Position hin.

Ein Steuerventil, vorzugsweise ein Kolbenventil 156A, leitet Strömungsmittel durch den Hochdruckschienendurch­ laß 24A und in die primären und sekundären Flußpfade 148, 152. Das Kolbenventil 156A ist zu einer ersten Position P1 durch ein Paar von Schraubendruckfedern (nicht ge­ zeigt) vorgespannt, und wird gegen die Kraft der (nicht gezeigten) Federn in eine zweite Position P2 durch eine Betätigungsvorrichtung 158A bewegt. Die Betätigungsvor­ richtung 158A kann von irgendeiner geeigneten Bauart sein; jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel die Betä­ tigungsvorrichtung 158A ein piezoelektrischer Motor. Der piezoelektrische Motor 158A wird durch eine Steuereinheit 159 angetrieben, die ein herkömmliches An/Aus-Spannungs­ muster hat.

Der primäre Flußpfad 148 der ersten Verbindungsmittel 140 weist eine ringförmige Kammer 160 auf, die zwischen dem Körper 30 und dem Betätigungsvorrichtungskopf 20 defi­ niert ist. Ein Hauptanschluß 164 ist innerhalb des Kör­ pers 30 in Strömungsmittelverbindung mit der ringförmigen Kammer 160 definiert und hat einen vorbestimmten Durch­ messer. Ein ringförmiger Hohlraum 168 ist zwischen dem Stößel 54 und dem Körper 30 definiert und hat eine vorbe­ stimmte Länge und eine vorbestimmte Position relativ zum Hauptanschluß 164. Der ringförmige Hohlraum 168 ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Hauptanschluß 164 wäh­ rend eines Teils der Bewegung des Stößels 54 zwischen den ersten und zweiten Positionen. Ein Durchlaßweg 170 ist innerhalb des Stößels 154 angeordnet und überquert teil­ weise den ringförmigen Hohlraum 168 zur Strömungsmittel­ verbindung damit.

Ein erstes Rückschlagventil 174 sitzt innerhalb einer Bohrung 176 im Stößel 154 und hat eine Zumeßöffnung 178 darin in Strömungsmittelverbindung mit dem Durchlaßweg 170. Das erste Rückschlagventil 174 hat eine offene Posi­ tion und eine geschlossene Position, und die Zumeßöffnung 178 hat einen vorbestimmten Durchmesser.

Ein Stop bzw. Anschlag 180 sitzt innerhalb einer anderen Bohrung 182 in dem Stößel 54 und ist um eine vorbestimmte Distanz vom ersten Rückschlagventil 174 angeordnet. Der Anschlag 180 hat eine sich axial erstreckende Bohrung 184 zur strömungsmittelmäßigen Verbindung der Zumeßöffnung 178 mit dem Stößelhohlraum 130 und hat einen zurückge­ nommenen Außendurchmesser. Eine Rückstellfeder 183 ist innerhalb des ersten Rückschlagventils zwischen dem Ven­ til 174 und dem Anschlag 180 angeordnet.

Der zweite Flußpfad 152 der ersten Verbindungsmittel 140 weist einen begrenzten Anschluß 190 auf, der einen klei­ neren Durchmesser als den Durchmesser des Hauptanschlus­ ses 164 hat. Der eingeschränkte Anschluß 190 verbindet strömungsmittelmäßig die ringförmige Kammer 160 mit dem ringförmigen Hohlraum 168 während eines Teils der Bewe­ gung des Stößels 54 zwischen den ersten und zweiten Posi­ tionen. Zweite Mittel 200 zur selektiven Leitung von Strömungsmittel, das aus dem Stößelhohlraum 130 zur Nie­ derdruckströmungsmittelquelle 26 ansprechend auf die Schraubenfedern 18 ausgestoßen wird, sind vorgesehen, um den Stößel 54 zur ersten Position hin zu drücken. Die zweiten Verbindungsmittel 200 weisen Mittel 204 auf, die einen primären Flußpfad 208 zwischen dem Stößelhohlraum 130 und der Niederdruckströmungsmittelquelle 26 während der Anfangsbewegung von der zweiten Position zur ersten Position hin definieren. Die Mittel 144 definieren weiter einen sekundären Flußpfad 210 zwischen dem Stößelhohlraum 130 und der Niederdruckströmungsmittelquelle 26 während der Endbewegung von der zweiten Position zur ersten Posi­ tion hin. Das Kolbenventil 156A leitet selektiv Strö­ mungsmittel durch den primären und sekundären Flußpfad 208, 210 und in die Niederdruckströmungsmittelquelle 26 durch den Schienendurchlaß 24A.

Der primäre Flußpfad 208 der zweiten Verbindungsmittel 200 weist ein zweites Rückschlagventil 214 auf, das in­ nerhalb einer Bohrung 216 im Körper 30 sitzt, wobei sich ein Teil des zweiten Rückschlagventils 214 in die ring­ förmige Kammer 160 erstreckt. Das zweite Rückschlagventil 214 hat eine offene und eine geschlossene Position. Eine kleine (nicht gezeigte) kegelförmige Rückstellfeder ist innerhalb des zweiten Rückschlagventils 214 angeordnet. Ein Auslaßdurchlaß 218 ist innerhalb des Körpers 30 zwi­ schen dem zweiten Rückschlagventil 214 und dem Stößel 54 definiert. Der Auslaßdurchlaß 218 sieht eine Strömungs­ mittelverbindung zwischen dem Stößelhohlraum 130 und der ringförmigen Kammer 160 vor, wenn das zweite Rückschlag­ ventil 214 in der offenen Position ist, und zwar während eines Teils der Bewegung des Stößels 54 zwischen der zweiten und der ersten Position.

Der sekundäre Flußpfad 210 der zweiten Verbindungsmittel 200 ordnet die Zumeßöffnung 178 in Strömungsmittelverbin­ dung mit der Niederdruckquelle 26 an, und zwar während eines Teils der Bewegung des Stößels 54 zwischen den zweiten und ersten Positionen.

Erste Hydraulikmittel 230 sind vorgesehen, um die Ge­ schwindigkeit des Stößels 54 zu verringern, wenn sich die Ventile 16 der offenen Position nähern. Die ersten Hy­ draulikmittel 230 begrenzen die Strömungsmittelleitung zu dem ringförmigen Hohlraum 168 von der Hochdruckströmungs­ mittelquelle 28 durch den Hauptanschluß 164 während eines Teils der Bewegung des Stößels 54 zwischen den ersten und zweiten Positionen und blockiert die Strömungsmittelver­ bindung bzw. Strömungsmittelleitung zum ringförmigen Hohlraum 168 von der Hochdruckströmungsmittelquelle 28 durch den Hauptanschluß 164 während eines getrennten Teils der Bewegung des Stößels 54 zwischen den ersten und zweiten Positionen. Zweite Hydraulikmittel 240 sind vor­ gesehen, um die Geschwindigkeit des Stößels 54 zu verrin­ gern, wenn sich die Ventile 16 der geschlossenen Position nähern. Die zweiten Hydraulikmittel 240 weisen ein kegel­ stumpfförmiges, zweites Ende 62 des Stößels 54 auf, um die Strömungsmittelverbindung zu der Niederdruckströmungsmit­ telquelle 26 vom Stößelhohlraum 168 durch den Auslaß­ durchlaß 218 zu begrenzen, und um die Strömungsmittelver­ bindung zu der Niederdruckströmungsmittelquelle 26 vom Stößelhohlraum 168 durch den Auslaßdurchlaß 218 zu bloc­ kieren.

Industrielle Anwendbarkeit

Zum verbesserten Verständnis beginnt die folgende Abfolge damit, daß der Stößel 54 in der ersten Position ist, und daher ist das Ventil in der geschlossenen (oder aufge­ setzten) Position. Mit Bezug auf Fig. 1 wird zum Beginn der Ventilöffnungssequenz eine Spannung von der Steuer­ einheit 159 an dem piezoelektrischen Motor 158A angelegt, die wiederum das Kolbenventil 156A in bekannter Weise aus der ersten Position P1 in die zweite Position P2 treibt. Die Bewegung des Kolbenventils 156A aus der ersten Posi­ tion P1 in die zweite Position P2 schließt die Verbindung zwischen der Niederdruckströmungsmittelquelle 26 und dem Stößelhohlraum 130 ab und öffnet die Verbindung zwischen der Hochdruckströmungsmittelquelle 28 und dem Stößelhohl­ raum 130.

Insbesondere mit Bezug auf Fig. 2 wird während des An­ fangsteils der Bewegung des Stößels 54 aus der ersten Po­ sition in die zweite Position Hochdruckströmungsmittel von der Hochdruckströmungsmittelquelle 28 zum Stößelhohl­ raum 130 durch den primären Flußpfad 148 geleitet. Das Hochdruckströmungsmittel hebt das erste Rückschlagventil 174 vom Sitz ab, was gestattet, daß der Hauptteil des Hochdruckströmungsmittels schnell in den Stößelhohlraum 130 eintritt, und zwar um das erste Rückschlagventil 174 herum durch den zurückgenommenen Außendurchmesser des An­ schlags 180.

Wenn sich der Stößelhohlraum 130 mit Hochdruckströmungs­ mittel füllt, bewegt sich der Stößel 54 schnell nach un­ ten, was die Ventile 16 gegen die Kraft der Federn 18 öffnet. Wenn sich der Stößel 54 nach unten bewegt, verän­ dert sich die Position des ringförmigen Hohlraums 168 mit Bezug auf den Hauptanschluß 164 konstant. Die Abwärtsbe­ wegung des ringförmigen Hohlraums 168 gestattet eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem ringförmigen Hohl­ raum 168 und dem eingeschränkten Anschluß 190, wodurch gestattet wird, daß Hochdruckströmungsmittel in den Stö­ ßelhohlraum 130 sowohl durch die primären als auch die sekundären Flußpfade 148, 152 eintritt.

Wie in Fig. 3 zu sehen, ist die Strömungsmittelverbin­ dung wenn der ringförmige Hohlraum 168 sich über den Hauptanschluß 164 im Endteil der Stößelbewegung bewegt, beschränkt und schließlich durch den äußeren Umfang des Stößels 54 blockiert, so daß die gesamte Strömungsmittel­ verbindung zwischen der Hochdruckströmungsmittelquelle 28 und dem Stößelhohlraum 130 durch den eingeschränkten An­ schluß 190 läuft. Da der Durchmesser des eingeschränkten Anschlusses 190 kleiner ist als vom Hauptanschluß 174, wird die Abwärtsbewegung des Stößels 54 verlangsamt, wo­ durch die Geschwindigkeit des Ventils 16 verringert wird, wenn es eine vollständig offene Position erreicht.

Wenn der ringförmige Hohlraum 168 sich über den einge­ schränkten Anschluß 190 bewegt, wird die Strömungsmittel­ verbindung eingeschränkt und schließlich vom Außenumfang des Stößels 54 blockiert, was gestattet, daß der Stößel 54 das Ventil 16 auf seiner maximalen Hubposition hält. Wenn ein Leck innerhalb des Systems auftritt, wird sich der Stößel 54 nach oben bewegen und geringfügig den ein­ geschränkten Anschluß 190 erneut öffnen und daher den Stößelhohlraum 130 erneut laden, was bewirkt, daß sich der Stößel 54 zurück nach unten bewegt. Die offene Posi­ tion des Ventils 16 ist dann um die maximale Hubposition durch kleine Bewegungen des Stößels 54 stabilisiert, der den eingeschränkten Anschluß 190 öffnet und schließt. Während dieser Zeit stellt die Rückstellfeder 183 am er­ sten Rückschlagventil 174 das Ventil 174 zu seinem Sitz zurück. Es sei bemerkt, daß der eingeschränkte Anschluß 190 nicht notwendig sein kann, und zwar abhängig von den speziellen Konstruktionen, die ein schnelles Stoppen des Stößels 54 beim maximalen Hub erreichen würden, wie bei­ spielsweise unter Verwendung eines Stößels 54 mit einem größeren Durchmesser oder höheren Kräften auf den Federn 18.

Wiederum mit Bezug auf Fig. 1 wird eine Spannung von der Steuereinheit zum Beginn der Ventilverschlußsequenz vom piezoelektrischen Motor 158 entfernt, was wiederum ge­ stattet, daß das Kolbenventil 156A in bekannter Weise von der zweiten Position P2 zur ersten Position P1 zurück­ kehrt. Die Bewegung des Kolbenventils 156A aus der zwei­ ten Position P2 in die erste Position P1 schließt die Verbindung zwischen der Hochdruckströmungsmittelquelle 28 und dem Stößelhohlraum 130 ab und öffnet die Verbindung zwischen der Niederdrucktströmungsmittelquelle 26 und dem Stößelhohlraum 130. An diesem Punkt wird die potentielle Energie der Federn 18 in kinetische Energie in dem sich nach oben bewegenden Auslaßventil 16 umgewandelt.

Mit Bezug auf Fig. 3 hebt das Hochdruckströmungsmittel innerhalb des Stößelhohlraums 130 das zweite Rückschlag­ ventil 214 vom Sitz ab, da das Niederdruckströmungsmittel nun innerhalb der ringförmigen Kammer 160 ist. Das Abhe­ ben des zweiten Rückschlagventils 214 vom Sitz gestattet, daß der Hauptteil des Strömungsmittels innerhalb des Stö­ ßelhohlraums 130 schnell zu der Niederdruckströmungsmit­ telquelle 26 durch den primären Flußpfad 208 zurückkehrt. Ein Teil des Hochdruckströmungsmittels innerhalb des Stö­ ßelhohlraums 130 wird zu der Niederdruckströmungsmittel­ quelle 26 durch den sekundären Flußpfad zurückgeleitet, wenn die Zumeßöffnung 178 strömungsmittelmäßig mit der ringförmigen Kammer 160 während der Endbewegung des Stö­ ßels 54 von der zweiten Position zur ersten Position eine Verbindung herstellt.

Wenn das zweite Ende 62 des Stößels 54 mit der Kegel­ stumpfform 64 sich über den Auslaßdurchlaß 218 bewegt, wird die Strömungsmittelverbindung zu der Niederdruck­ strömungsmittelquelle 26 allmählich eingeschränkt und schließlich blockiert, was die Geschwindigkeit des Ven­ tils 16 verringert, wenn es seine geschlossene oder auf­ gesetzte Position erreicht. Sobald der Auslaßdurchlaß 218 vollständig abgeblockt ist, ist die Strömungsmittelver­ bindung vom Stößelhohlraum 130 zur Niederdruckströmungs­ mittelquelle 26 nur durch die Zumeßöffnung 178, wie in Fig. 2 zu sehen. Die Strömungsmittelverbindung tritt nur durch die Zumeßöffnung 178 auf, da das erste Rückschlag­ ventil 174 aufgesetzt ist, was im wesentlichen keine zu­ sätzliche Strömungsmittelverbindung bzw. Strömungsmittel­ leitung um das erste Rückschlagventil 174 herum gestat­ tet. Daher wird die letztendliche Aufsetzgeschwindigkeit feiner durch die Größe des kleinen Durchmessers der Zu­ meßöffnung 178 gesteuert.

Wenn zusätzlich das Kolbenventil 156A in der Position P1 ist und mit der Niederdruckströmungsmittelquelle 26 ver­ bunden ist, wird Strömungsmittel zu den hydraulischen Einstellvorrichtungen 100, 102 durch die Zumeßöffnungen 69 geleitet. Die Zumeßöffnungen 69 stehen in Verbindung mit den Durchlässen 70, um den maximalen Druck zu steu­ ern, der für die Stoßeinstellvorrichtungen 100, 102 zu­ lässig ist. Wenn sich jedoch das Kolbenventil in die Po­ sition P2 bewegt, wird der Stößel 54 nach unten bewegt, und die Zumeßöffnung 80 bewegt sich über die Querbohrung 84, was die Strömungsmittelleitung von der Niederdruck­ strömungsmittelquelle 26 zu den Einstellvorrichtungen 100, 102 begrenzt und schließlich blockiert.

Mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 wird der Motor in einen Bremsbetriebszustand umgeschaltet, wenn ein Bremsvorgang erwünscht ist, wobei darin die normalen Einlaß- und Aus­ laßventilereignisse vorzugsweise ausgeschaltet sind, oder wobei sie alternativ auftreten können (d. h. wenn ein noc­ kenbetätigter Ventilöffnungsmechanismus für die normalen Einlaß- und Auslaßventilereignisse verwendet wird) und wobei jedes Auslaßventil 16 um ungefähr 2 mm zu einem er­ sten Zeitpunkt geöffnet wird, wenn der Zylinder 11A, 11B, 11C, 11D, 11E oder 11F, der mit dem Auslaßventil 16 asso­ ziiert ist, zum Beginn des Leistungshubes des Betriebszy­ klusses (d. h. wenn der nicht gezeigte) assoziierte Kol­ ben auf dem oberen Totpunkt ist, wie in den Fig. 6 und 7 angezeigt, und zwar für den Zylinder 1 mit einem Kurbel­ winkel von 0 Grad) und wird vorzugsweise für ungefähr 80 Grad Kurbelwinkel offen gehalten.

Als eine Folge ist der Auslaßanschlußdruck in der Auslaß­ sammelleitung 13 angehoben, und zwar aufgrund des Druck­ impulses 242 (Fig. 7) der verursacht wird durch das Öff­ nen von jedem Auslaßventil 16 zum Beginn des Leistungs­ teils des Betriebszyklus.

Zusätzlich wird jedes Auslaßventil 16 um ungefähr 2 mm zu einem zweiten Zeitpunkt geöffnet, wenn der Zylinder 11A, 11B, 11C, 11D, 11E oder 11F, der mit dem Auslaßventil 16 assoziiert ist, am Ende des Einlaßteils des Betriebszy­ klus ist (d. h. wenn der (nicht gezeigte) assoziierte Kolben bei ungefähr 60 Grad vor dem unteren Totpunkt ist, wie in den Fig. 6 und 7 angezeigt, und zwar für den Zylinder 1 mit einem Kurbelwinkel von 480 Grad) und wird wiederum vorzugsweise für ungefähr 80 Grad Kurbelwinkel offen gehalten.

Die Zeitsteuerung und Dauer des Öffnens von jedem Auslaß­ ventil wird vorgegeben durch die Steuereinheit 159, die ein Signal an jeden piezoelektrischen Motor 158A, 158B, 158C, 158D, 158E oder 158F sendet (der mit dem jeweiligen entsprechenden Zylinder 11A bis 11F assoziiert ist). Je­ der piezoelektrische Motor 158A-E wiederum treibt das entsprechende Kolbenventil 156A, 156B, 156C, 156D, 156E oder 156F von der ersten Position P1 zur zweiten Position P2, um wiederum das entsprechende Ventilbetätigungssystem 10A, 10B, 10C, 10D, 10E oder 10F zu betreiben, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 besprochen.

Wie in Fig. 6 zu sehen, fallen während des Bremsbe­ triebszustandes gemäß des Verfahrens der vorliegenden Er­ findung die ersten und zweiten Öffnungsereignisse mit einander zusammen, und zwar wie folgt: Das erste Öff­ nungsereignis des Zylinders 1 fällt zusammen mit dem zweiten Öffnungsereignis des Zylinders 3; das erste Öff­ nungsereignis des Zylinders 5 fällt zusammen mit dem zweiten Öffnungsereignis des Zylinders 6; das erste Öff­ nungsereignis des Zylinders 3 fällt zusammen mit dem zweiten Öffnungsereignis des Zylinders 2; das erste Öff­ nungsereignis des Zylinders 6 fällt zusammen mit dem zweiten Öffnungsereignis des Zylinders 4; das erste Öff­ nungsereignis des Zylinders 2 fällt zusammen mit dem zweiten Öffnungsereignis des Zylinders 1; und das erste Öffnungsereignis des Zylinders 4 fällt zusammen mit dem zweiten Öffnungsereignis des Zylinders 5. Somit wird für jedes der vorangegangenen Paare von Zylindern der Druck in dem Zylinder, der das zweite Öffnungsereignis erfährt, als eine Folge des Druckimpulses 242 steigen, der von dem Zylinder geliefert wird, der das erste Öffnungsereignis erfährt.

Zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsbei­ spiele der Erfindung werden dem Fachmann im Hinblick auf die vorangegangene Beschreibung offensichtlich sein. Ent­ sprechend soll diese Beschreibung nur veranschaulichend sein und ist zum Zwecke der Lehre des Fachmanns über die beste Art der Ausführung der Erfindung vorgesehen. Die Details der Struktur können wesentlich verändert werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, und die aus­ schließliche Anwendung von allen Modifikationen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, ist ge­ schützt. Beispielsweise wurde die vorangegangene Be­ schreibung in erster Linie auf eine Vorrichtung gerich­ tet, die ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausführen kann, und zwar unter Verwendung eines elektro­ nisch gesteuerten hydraulischen Ventilbetätigungssystems. Wie jedoch der Fachmann erkennen wird, kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mit irgendeiner geeigne­ ten Vorrichtung ausgeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Kompressions- bzw. Motorbremsen eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor eine Viel­ zahl von Brennkammern hat, wobei jede Brennkammer in einem Zyklus arbeitet, der Einlaß-, Kompressions- bzw. Verdichtungs-, Leistungs- und Auslaßteile auf­ weist, wobei jede Brennkammer in Flußverbindung mit einem Auslaßventil ist, das bewegbar ist zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Posi­ tion zum selektiven Anordnen von jeder Brennkammer in Flußverbindung mit einer gemeinsamen Auslaßsam­ melleitung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bewegung von jedem Auslaßventil in die offene Posi­ tion zu einem ersten Zeitpunkt entsprechend ungefähr dem Beginn des Leistungsteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist; und
Bewegung von jedem Auslaßventil in die offene Posi­ tion zu einem zweiten Zeitpunkt entsprechend unge­ fähr dem Ende des Einlaßteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Teil des Zy­ klusses des Verbrennungsmotors 180 Grad Kurbelwin­ keldrehung aufweist, und wobei der Schritt der Bewe­ gung von jedem Auslaßventil in die offene Position zu einem ersten Zeitpunkt einen Schritt des Offen­ haltens des Auslaßventils von ungefähr dem Beginn des Leistungsteiles des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist, zu einem Kurbelwinkel von ungefähr 80 Grad nach dem Beginn des Leistungsteils des Zyklus der Brennkammer aufweist, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt der Be­ wegung von jedem Auslaßventil in die offene Position zu einem zweiten Zeitpunkt einen Schritt des Offen­ haltens des Auslaßventils aufweist, und zwar von ei­ nem Kurbelwinkel von ungefähr 120 Grad nach dem Be­ ginn des Einlaßteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist, bis zu ei­ nem Kurbelwinkel von ungefähr 30 Grad nach dem Be­ ginn des Kompressions- bzw. Verdichtungsteils des Zyklusses der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Teil des Zy­ klus des Verbrennungsmotors 180 Grad Kurbelwin­ keldrehung aufweist, und wobei der Schritt der Bewe­ gung von jedem Auslaßventil zur offenen Position beim zweiten Zeitpunkt einen Schritt des Offenhal­ tens des Auslaßventils aufweist, und zwar von einem Kurbelwinkel von ungefähr 120 Grad nach dem Beginn des Einlaßteiles des Zyklusder Brennkammer, die mit dem Auslaßventil assoziiert ist, bis zu einem Kurbelwinkel von ungefähr 30 Grad nach dem Beginn des Kompressions- bzw. Verdichtungsteils des Zyklus der Brennkammer, die mit dem Auslaßventil asso­ ziiert ist.