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DE102006005336A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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DE102006005336A1
DE102006005336A1 DE102006005336A DE102006005336A DE102006005336A1 DE 102006005336 A1 DE102006005336 A1 DE 102006005336A1 DE 102006005336 A DE102006005336 A DE 102006005336A DE 102006005336 A DE102006005336 A DE 102006005336A DE 102006005336 A1 DE102006005336 A1 DE 102006005336A1
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DE
Germany
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internal combustion
exhaust
valve
stroke
combustion engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102006005336A
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English (en)
Inventor
Stephan Dipl.Ing. Krätschmer (FH)
Wolfram Dipl.Ing. Schmid
Siegfried Dipl.Ing. Sumser
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Priority to EP07711397A priority patent/EP1982062A1/de
Priority to JP2008553651A priority patent/JP2009526160A/ja
Priority to PCT/EP2007/000722 priority patent/WO2007090532A1/de
Priority to CNA2007800048121A priority patent/CN101379278A/zh
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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine, die wechselweise in der befeuerten Viertakt-Antriebsbetriebsweise und im Zweitakt-Motorbremsbetrieb zu betreiben ist, ist eine Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für die Verstellung der Hubkurven sowohl des Einlassventils (5) als auch des Auslassventils (7) vorgesehen. Beim Übergang von der Antriebsbetriebsweise zum Motorbremsbetrieb beaufschlagt die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) das Auslassventil (7) in der Weise, dass dieses während des gesamten Motorbremsbetriebs sowohl im Expansionstakt als auch im Kompressionstakt in einer permanent geöffneten Stellung steht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, die wechselweise in der befeuerten Viertakt-Antriebsweise und im Zweitakt-Motorbremsbetrieb zu betreiben ist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein Zweitakt-Motorbremsverfahren wird in der DE 10 2004 006 681 A1 beschrieben, gemäß dem im Motorbremsbetrieb während des Expansionstaktes der Zylinder kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes das Einlassventil geöffnet wird, woraufhin Verbrennungsluft über den Ansaugtrakt in den Zylinder einströmen kann, und nach dem Überschreiten des Totpunktes wieder geschlossen wird. Im direkt darauf folgenden Kompressionstakt wird kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes das Auslassventil geöffnet, woraufhin die komprimierte Verbrennungsluft aus dem Zylinder über das geöffnete Auslassventil in den Abgasstrang abströmt. Kurz nach Überschreiten des oberen Totpunktes wird das Auslassventil wieder geschlossen, der Zyklus beginnt dann von neuem.
  • Die Brennkraftmaschine aus der DE 10 2004 006 681 A1 ist mit einem Abgasturbolader versehen, der einen Verdichter im Ansaugtrakt und eine Abgasturbine im Abgasstrang umfasst. Die Abgasturbine ist mit variabler Turbinengeometrie ausgestattet, die eine veränderliche Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes erlaubt. In einer den freien Durchtritt in der Turbine reduzierenden Stauposition stellt sich ein erhöhter Abgasgegendruck im Leitungsabschnitt zwischen den Zylinderauslässen und der Abgasturbine ein, wodurch die Kolben in den Zylindern erhöhte Ausschubarbeit leisten müssen. Hierdurch kann die Motorbremsleistung erheblich gesteigert werden.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der mit geringem konstruktivem Aufwand hohe Bremsleistungen realisiert werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Bei der neuartigen Brennkraftmaschine, die im befeuerten Betrieb im Viertakt und im Motorbremsbetrieb im Zweitakt gefahren wird, ist eine Hubkurvenverstelleinrichtung für die Verstellung der Hubkurven sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils vorgesehen. In einer vorteilhaften Ausführung wird in einer gemeinsamen Stellbewegung die Hubkurve sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils zur Überführung zwischen der Viertakt-Antriebsbetriebsweise und dem Zweitakt-Motorbremsbetrieb verstellt. Gemäß einer alternativen Ausführung ist es allerdings auch möglich, in der Hubkurvenverstelleinrichtung separate Stelleinheiten vorzusehen, die jeweils das Einlassventil bzw. das Auslassventil beaufschlagen.
  • Des weiteren ist vorgesehen, dass durch eine entsprechende Beaufschlagung über die Hubkurvenverstelleinrichtung das Auslassventil in der Weise beeinflusst wird, das dieses während des gesamten Motorbremsbetriebes, also sowohl im Expansionstakt als auch im Kompressionstakt, in einer permanent geöffneten Stellung steht. Im Zweitakt-Motorbremsbetrieb wird während des Expansionstaktes der Zylinder das Einlassventil vor dem Erreichen des unteren Totpunktes geöffnet, so dass die Verbrennungsluft aus dem Ansaugtakt in den Brennraum in den Zylindern einströmen kann. Nach dem Überschreiten des unteren Totpunktes wird das Einlassventil geschlossen und in der nachfolgenden Hubbewegung des Kolbens in Richtung oberer Totpunkt wird der Brennrauminhalt komprimiert. Mit zunehmender Kompression wird über das permanent geöffnete Auslassventil die Verbrennungsluft aus dem Brennraum in den Abgasstrang abgeblasen. Der Stellaufwand wird hierdurch erheblich reduziert. Besonders vorteilhaft ist, das keine Stellbewegung des Auslassventils gegen die sehr hohen Zylinderinnendrücke ausgeführt werden muss, wodurch im Vergleich zu Ausführungen aus dem Stand der Technik eine erhebliche Energieeinsparung erreicht wird. Außerdem kann die Stelleinheit in der Hubkurvenverstelleinrichtung entsprechend kleiner dimensioniert werden.
  • Die Brennkraftmaschine kommt grundsätzlich ohne zusätzliches Bremsventil aus. Die Abblasung erfolgt ausschließlich über das geöffnete Auslassventil, das im Zweitakt-Motorbremsbetrieb zusätzlich die Funktion eines Bremsventiles ausführt. Da die Bewegung des Auslassventils minimiert ist, genügen geringe Stellkräfte für die Beaufschlagung des Auslassventils beim Übergang von der befeuerten Antriebsbetriebsweise in den Motorbremsbetrieb und umgekehrt. Während des Motorbremsbetriebes werden keine oder nur geringe Stellkräfte für die Bewegung des Auslassventils benötigt. Die Bewegung des Einlassventils ist ebenfalls mit nur geringen Stellkräften möglich, da die Öffnung des Einlassventils kurz vor dem unteren Totpunkt in einer Phase ohne Brennraum-Überdruck erfolgt.
  • Die Hubkurve des Auslassventils bleibt während der Durchführung des Motorbremsbetriebes in einer ersten vorteilhaften Ausführung völlig konstant, das Auslassventil wird in einer konstanten Öffnungsposition ohne Änderung der Hubkurve gehalten. In dieser Variante sind keine Stellkräfte während des Motorbremsbetriebes für das Auslassventil erforderlich.
  • In einer zweiten, vorteilhaften Variante wird das Auslassventil zwar während des gesamten Motorbremsbetriebes in Öffnungsstellung gehalten, es wird jedoch die Hubkurve zwischen einer minimalen und einer maximalen Öffnungsposition variiert. Zur Minimierung des Stellaufwandes liegt die Hubänderung des Auslassventiles zweckmäßig innerhalb enger Grenzen. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass während der Expansionsphase bei geöffnetem Einlassventil eine höhere Füllung des Brennraumes möglich ist und während des Kompressionstaktes ein höherer Brennrauminnendruck aufgebaut werden kann.
  • Zweckmäßig kann über die Hubkurvenverstelleinrichtung während des Wechsels von der Viertakt-Antriebsbetriebsweise zum Zweitakt-Motorbremsbetrieb und umgekehrt ein stetiger Übergang in den Hubkurven sowohl des Einlassventils als auch des Auslassventils eingestellt werden. Mit dem stetigen Übergang werden zum einen Sprünge in den Hubkurven vermieden, zum andern stellen die Übergangsbereiche in der Hubkurvenverstelleinrichtung zusätzliche Einstellmöglichkeiten für die Beeinflussung der Hubkurven dar.
  • Die Hubkurvenverstelleinrichtung umfasst gemäß einer zweckmäßigen Ausführung eine verstellbare, auf die Ventile wirkende Nockenwelle, wobei pro Ventil jeweils Nocken für die Nockenkurven der Antriebsbetriebsweise und des Motorbremsbetriebs vorgesehen sind. Diese Nocken für jedes Ventil besitzen demzufolge zwei Abschnitte, die jeweils der angetriebenen Betriebsweise und dem Bremsbetrieb zugeordnet sind. Die Abschnitte weisen zweckmäßig einen stetigen Übergang auf. Des weiteren kann es vorteilhaft sein, die Nocken für die Einlassventile und die Nocken für die Auslassventile auf einer gemeinsamen Nockenwelle anzuordnen, so dass mit nur einer, auf die Nockenwelle wirkenden Stellbewegung der Übergang zwischen angetriebener Betriebsweise und Motorbremsbetrieb vollzogen wird. Diese Stellbewegung kann im Falle einer Nockenwelle als reine Axialbewegung ausgeführt sein.
  • Gemäß einer alternativen Ausführung können die Nocken für die Einlassventile und die Nocken für die Auslassventile auch auf unterschiedlichen Nockenwellen angeordnet sein. Auch in dieser Konfiguration können beide Nocken von einem gemeinsamen Stellglied beaufschlagt werden, welches die Nockenwellen zur Überführung zwischen angetriebener Betriebsweise und Motorbremsbetrieb axial verstellt.
  • Die Beeinflussung der Ventil-Hubkurven über eine Nockenwelle stellt eine vorteilhafte mechanische Ausführung dar. Alternativ können aber auch weitere Hubkurvenverstelleinrichtungen zum Einsatz kommen, beispielsweise hydraulische oder elektromagnetische Stelleinrichtungen.
  • Die Brennkraftmaschine wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit einem Abgasturbolader versehen, der einen Verdichter im Ansaugtrakt und eine Abgasturbine im Abgasstrang umfasst. Die Abgasturbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes versehen sein, wobei der Turbineneintrittsquerschnitt zwischen einer maximal geöffneten Öffnungsposition und einer reduzierten Stauposition verstellt wird. Zur Steigerung der Motorbremsleistung wird die Turbinengeometrie in die Stauposition überführt, wodurch im Abgasstrang zwischen Zylinderauslass und Abgasturbine ein erhöhter Abgasgegendruck erzeugt wird, der der Ausschubarbeit der Kolben in den Zylindern entgegenwirkt. Die Positionierung der variablen Turbinengeometrie stellt eine zusätzliche Einflussgröße für die Regulierung der Motorbremsleistung dar.
  • Darüber hinaus kann ein die Abgasturbine überbrückender Bypass vorgesehen sein, in den ein einstellbares Bypassventil integriert ist. Bei geöffnetem Bypassventil wird der Abgasgegendruck unter Umgehung der Abgasturbine abgebaut. Die Einstellung des Bypassventils stellt einen weiteren Freiheitsgrad für die Regulierung der Motorbremsleistung dar, außerdem wird hiermit ein Überlastschutz in der Abgasturbine realisiert.
    •
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, mit einem der Zylinder der Brennkraftmaschine in vergrößerter Ansicht einschließlich der zugeordneten Einlass- und Auslassventile und einer die Hubkurve der Ventile beeinflussenden Nockenwelle,
  • 2 eine Phasendiagramm mit den Einlass-Öffnet und Einlass-Schließt-Zeitpunkten für das Einlassventil während der Durchführung des Zweitakt-Motorbremsverfahrens einschließlich einer schematischen Darstellung des Verlaufs der Hubkurve des Auslassventils,
  • 3 ein Diagramm mit den Hubkurven des Einlass- und Auslassventils als Funktion des Kurbelwinkels, jeweils dargestellt für die befeuerte Antriebsbetriebsweise (gestrichelte Linie) und den Zweitakt-Motorbremsbetrieb (durchgezogene Linie).
  • Von der in 1 schematisch dargestellten Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Dieselmotor oder ein Ottomotor, ist vergrößert einer der Zylinder 1 dargestellt, dessen Brennraum 9 über ein Einlassventil 5 mit dem Einlasskanal 4 und über ein Auslassventil 7 mit dem Abgaskrümmer 6 verbunden ist. Der Einlasskanal 4 ist Bestandteil des Ansaugtraktes 20 der Brennkraftmaschine, der Abgaskrümmer 6 ist mit der Abgasleitung 16 verbunden. Über den Einlasskanal 4 wird bei geöffnetem Einlassventil 5 Verbrennungsluft in den Brennraum des Zylinders 1 eingeführt, über den Abgaskrümmer 6 wird bei geöffnetem Auslassventil 7 das im Brennraum befindliche Restgas abgeleitet. Die Steuerung der Ventile 5 und 7 erfolgt über eine Nockenwelle 23, auf der Nocken 24 und 25 angeordnet sind. Der Nocken 24 ist dem Einlassventil 5, der Nocken 25 dem Auslassventil 7 zugeordnet. Die Nockenkontur wird mittels geeigneter Übertragungsglieder auf die Ventile 5, 7 übertragen und bestimmt die Hubkurve der Ventile. Beim Umlauf um die Nockenwellenlängsachse wird die Kontur jedes Nockens abgetastet und übertragen.
  • Um unterschiedliche Hubkurven für das Einlassventil 5 und das Auslassventil 7 für die befeuerte Antriebsbetriebsweise und den Motorbremsbetrieb realisieren zu können, ist jeder der Nocken 24 und 25 zweiteilig aufgebaut, wobei ein Nockenabschnitt jedes Nockens 24 bzw. 25 der befeuerten Antriebsbetriebsweise und der benachbarte Nockenabschnitt auf jedem Nocken dem Motorbremsbetrieb zugeordnet ist. Die Nockenabschnitte liegen axial unmittelbar benachbart zueinander und sind über einen stetigen Übergang miteinander verbunden. Die Überführung zwischen den benachbarten Nockenabschnitten erfolgt durch eine Axialverstellung der Nockenwelle 23, was mittels eines Aktuators 22 bewerkstelligt wird.
  • Die Brennkraftmaschine 2 ist außerdem mit einem Abgasturbolader 2 versehen, der eine Abgasturbine 3 in der Abgasleitung 16 und einen Verdichter 11 im Ansaugtrakt 20 umfasst. Das Turbinenrad in der Abgasturbine 10 und das Verdichterrad in dem Verdichter 11 sind über eine Welle 12 drehfest gekoppelt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird dem Verdichter 11 über den Verdichtereintritt 19 Verbrennungsluft aus der Umgebung zugeführt, die vom Verdichterrad auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Diese verdichtete Luft tritt über den Verdichteraustritt 21 aus dem Verdichter 11 aus und wird über die Ansaugtraktleitung 20 in den Einlasskanal 4 – gegebenenfalls nach dem Durchströmen eines Ladeluftkühlers – geleitet. Auf der Abgasseite strömt das Gas, welches aus dem Brennraum 9 abgeführt wurde, über die Abgasleitung 16 und den Turbineneintritt 17 in die Abgasturbine 10, in welcher das Turbinenrad angetrieben wird. Das entspannte Gas wird über den Turbinenaustritt 18 aus der Turbine abgeleitet.
  • Die Abgasturbine 10 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 13 ausgestattet, über die der wirksame Turbineneintrittsquerschnitt zum Turbinenrad zwischen einer minimalen Stauposition und einer maximalen Öffnungsposition zu verstellen ist. Die variable Turbinengeometrie ist vorteilhaft als in den Turbineneintrittskanal einschiebbares Bremsgitter ausgeführt. Alternativ kommt auch ein Leitgitter mit verstellbaren Leitschaufeln in Betracht. Weitere mögliche konstruktive Ausführungen sind asymmetrische Turbinen mit einer kleineren und einer größeren Abgasflut zur zweiflutigen Anströmung des Turbinenrades, wobei die Gaszuführung in jede Abgasflut separat und steuerbar erfolgt und der Turbineneintrittsquerschnitt zumindest einer der beiden Abgasfluten zum Turbinenrad mittels variabler Turbinengeometrie einzustellen ist.
  • Um die Turbinengröße optimal auf die einzusetzende Brennkraftmaschine anzupassen und hohe Motorbremsleistungen bei relativ niedrigen thermischen Belastungen zu ermöglichen, wird zur Dimensionierung des Abgasturboladers ein Turbobremsfaktor TBF definiert, der gemäß der Beziehung TBF = AT,h·DT/VH aus dem freien Strömungsquerschnitt AT,h im Abgasweg zur Turbine bei maximaler Bremsleistung, dem Eintrittsdurchmesser DT des Turbinenrades und dem Hubvolumen VH der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Für kleine Abgasturbolader, beispielsweise Abgasturbolader in Personenkraftwagen, liegt der Turbobremsfaktor TBF bei einem Wert kleiner als 0.002 (2 ‰), wobei der Wert gegebenenfalls kleiner als 0.5 ‰ sein kann. Für größere Motoren, insbesondere für schwere Nutzfahrzeuge, liegt der Turbobremsfaktor in einem Größenbereich kleiner als 0.0075 (7.5 ‰), bevorzugt in einem Bereich kleiner als 0.005 (5 ‰).
  • Die Abgasturbine 10 wird von einem Bypass 26 überbrückt, der stromauf der Abgasturbine 10 von der Abgasleitung 16 abzweigt und stromab der Abgasturbine wieder in die Abgasleitung einmündet. Im Bypass 26 befindet sich ein einstellbares Bypassventil, das stufenlos zwischen einer Sperrposition und einer Öffnungsposition über einen Aktuator 14 zu verstellen ist.
  • Die Stellglieder und Aktuatoren in der Brennkraftmaschine bzw. den der Brennkraftmaschine zugeordneten Aggregaten werden über Stellsignale einer Regel- und Steuereinheit 15 als Funktion diverser Zustands- und Betriebsgrößen gesteuert. Diese Zustands- und Betriebsgrößen umfassen unter anderem als Motorparameter die Motordrehzahl n, den Ladedruck pL im Einlasskanal 4 und den Turbineneintrittsdruck pE am Turbineneintritt 17. Weitere Einflussgrößen sind die vom Fahrer erzeugte Bremsleistungsanforderung PBr, die der mechanischen Radbremse PBr,R sowie gegebenenfalls der Handbremse PBr,H zugeführt wird. Auch die Fahrgeschwindigkeit v und gegebenenfalls ein Gefahrensignal GS, welches eine Gefahrensituation bezeichnet, sind den Betriebszustand kennzeichnende Größen, die in der Regel- und Steuereinheit 15 verarbeitet werden. Weiterhin kann in einem Block S eine Sicherheitsüberprüfung der Ladungswechselventile durchgeführt werden, wobei im Fehlerfall ein Fehlersignal F zur Anzeige gebracht wird.
  • Die befeuerte Antriebsbetriebsweise wird im Viertakt durchgeführt, wohingegen der Motorbremsbetrieb im Zweitaktverfahren erfolgt. Im Motorbremsbetrieb wird im Expansionstakt des Zylinders 1 das Einlassventil 5 vor Erreichen des unteren Totpunktes geöffnet, woraufhin die Verbrennungsluft aus dem Ansaugtrakt 20 über den Einlasskanal 4 in den Brennraum 9 einströmen kann. Nach dem Überschreiten des unteren Totpunktes wird das Einlassventil 5 wieder geschlossen, in dem sich unmittelbar anschließenden Kompressionstakt wird die Verbrennungsluft komprimiert und über das in Öffnungsstellung befindliche Auslassventil 7 über den Abgaskrümmer 6 in die Abgasleitung 16 abgeleitet.
  • In dem Phasendiagramm nach 2 sind die Hubkurven für das Einlassventil 5 und das Auslassventil 7 über einen Kurbelwinkelbereich von 360° dargestellt. Die Hubkurve des Einlassventils ist mit EV, die Hubkurve des Auslassventils mit AV bezeichnet. Die Pfeilrichtung D kennzeichnet die Umdrehungsrichtung. Das Phasendiagramm stellt den Zweitakt-Motorbremsbetrieb dar, gemäß dem während des Expansionstaktes des Zylinders das Einlassventil kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes UT zum Einlass-Öffnet-Zeitpunkt EÖ geöffnet wird. Aufgrund des in dieser Phase geringen Brennraumdrucks kann das Einlassventil ohne Gegenkraft geöffnet werden, außerdem strömt die unter Ladedruck stehende Verbrennungsluft aufgrund des Druckgefälles in den Brennraum ein. Nach dem Überschreiten des unteren Totpunkts UT wird das Einlassventil zum Einlass-Schließ-Zeitpunkt ES wieder geschlossen. Die Zeitpunkt EÖ und ES liegen beispielhaft in einem Kurbelwinkelbereich von 30° vor bzw. nach dem unteren Totpunkt UT.
  • Der Kurbelwinkelbereich zwischen oberem Totpunkt OT und unterem Totpunkt UT kennzeichnet den Expansionstakt, der sich daran anschließende Kurbelwinkelbereich zwischen unterem Totpunkt UT und oberem Totpunkt OT stellt den Kompressionstakt dar. Nachdem die Einlassventile geschlossen sind, werden die Gase im Brennraum im Kompressionstakt komprimiert. Die Abströmung erfolgt über das geöffnete Auslassventil, das zweckmäßig während des gesamten Motorbremsbetriebes, also während des Kompressionstaktes und während des Expansionstaktes, in einer konstanten Öffnungsposition mit einem Hub ΔhAV = konstant steht. Da die Position des Auslassventils während des gesamten Motorbremsbetriebes sich nicht ändert, ist auch kein Stellaufwand für die Verstellung des Auslassventils erforderlich. Gegenüber Ausführungen, bei denen das Auslassventil kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes OT gegen den hohen Brennrauminnendruck geöffnet werden muss, stellt dies eine Vereinfachung und eine Energieeinsparung dar. Die durch das geöffnete Auslassventil entstehenden Druckverluste während des Expansionstaktes und des Kompressionstaktes können durch einen kleinen Hub des Auslassventils in vertretbaren Grenzen gehalten werden.
  • In dem Diagramm gemäß 3 sind die Ventilerhebungskurven Δh als Funktion des Kurbelwinkels KW eingetragen. Dargestellt sind die Erhebungskurven EV für das Einlassventil und AV für das Auslassventil, jeweils eingetragen für die befeuerte Antriebsbetriebsweise im Viertakt (gestrichelte Linien) und für den Zweitakt-Motorbremsbetrieb (durchgezogene Linie für das Einlassventil EV sowie mit durchgezogenen Linien eingegrenztes Hubband für das Auslassventil AV).
  • In der Viertakt-Antriebsbetriebsweise wird das Auslassventil kurz vor dem unteren Totpunkt UT geöffnet, wobei die Öffnungsstellung bis etwa zum Erreichen des oberen Totpunktes OT beibehalten wird. Das Einlassventil wird mit einer geringen Überschneidung zum Auslassventil im Bereich des oberen Totpunktes geöffnet, wobei die Öffnungsphase bis zum nachfolgenden unteren Totpunkt UT anhält.
  • Im Zweitakt-Motorbremsbetrieb, der in 3 mit durchgezogenem Strich dargestellt ist, befindet sich das Auslassventil gemäß der Erhebungskurve AV permanent in geöffnetem Zustand. Eingetragen ist in 3 ein Bandbereich für die Erhebungskurve AV des Auslassventiles, wobei die Öffnungsstellung des Auslassventiles sich zweckmäßig innerhalb dieser eingetragenen Bandbreite bewegt. Es ist möglich, das Auslassventil entweder während des gesamten Motorbremsverfahrens auf einem konstanten, unveränderlichen Wert zu halten, oder die Hubkurve des Auslassventiles innerhalb der gezeigten Bandbreite, die sich auf niedrigem Öffnungsniveau bewegt, zu variieren.
  • Das Einlassventil wird gemäß der eingetragenen Hubkurve EV kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes geöffnet und kurz nach Überschreiten des unteren Totpunktes UT wieder geschlossen. Der maximale Öffnungshub der Einlassventil-Hubkurve liegt erheblich unterhalb des maximalen Hubs des Einlassventils in der befeuerten Antriebsbetriebsweise. Gleiches gilt für das Auslassventil, das im Motorbremsbetrieb einen nochmals geringeren Öffnungshub aufweist als das Einlassventil.

Claims (13)

  1. Brennkraftmaschine, wechselweise zu betreiben in der befeuerten Viertakt-Antriebsbetriebsweise und im Zweitakt-Motorbremsbetrieb, bei dem Verbrennungsluft durch Steuerung von Ladungswechselventilen (5, 7) den Zylindern (1) zugeführt, in den Zylindern (1) verdichtet und anschließend in den Abgasstrang (16) abgeblasen wird, wobei im Expansionstakt der Zylinder (1) vor dem Erreichen des unteren Totpunktes (UT) das Einlassventil (5) geöffnet und nach dem Überschreiten des unteren Totpunktes (UT) wieder geschlossen und das in den Abgasstrang (16) öffnende Auslassventil (7) in Öffnungsstellung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für die Verstellung der Hubkurven (EV, AV) sowohl des Einlassventils (5) als auch des Auslassventils (7) vorgesehen ist und dass die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) beim Übergang von der befeuerten Antriebsbetriebsweise zum Motorbremsbetrieb das Auslassventil (7) in der Weise beaufschlagt, dass das Auslassventil (7) während des gesamten Motorbremsbetriebs sowohl im Expansionstakt als auch im Kompressionstakt in einer permanent geöffneten Stellung steht.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wechsel zwischen Viertakt- Antriebsbetriebsweise und Zweitakt-Motorbremsbetrieb die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) einen stetigen Übergang in den Hubkurven (EV, AV) des Einlass- und Auslassventils (5, 7) ermöglicht.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurvenverstelleinrichtung eine verstellbare, auf die Ventile wirkende Nockenwelle (23) umfasst, wobei auf der Nockenwelle (23) jeweils Nocken (24, 25) für das Einlass- und das Auslassventil (5, 7) mit unterschiedlichen Nockenkurven für die Viertakt-Antriebsbetriebsweise und für den Zweitakt-Motorbremsbetrieb angeordnet sind.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (23) axial verstellbar ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer gemeinsamen Stellbewegung der Hubkurvenverstelleinrichtung (23) die Hubkurven (EV, AV) sowohl des Einlassventils (5) als auch des Auslassventils (7) zwischen der Viertakt-Antriebsbetriebsweise und dem Zweitakt-Motorbremsbetrieb zwischen der Viertakt-Antriebsbetriebsweise und dem Zweitakt-Motorbremsbetrieb verstellbar sind.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (7) von der Hubkurvenverstelleinrichtung (23) im Motorbremsbetrieb in einer konstant bleibenden Öffnungsstellung gehalten ist.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für den Motorbremsbetrieb zur Konstantoffenhaltung der Ventilstellung einen Zylinder ohne Nocken als Nockenwelle besitzt.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurvenverstelleinrichtung (23) für den Motorbremsbetrieb zur kontinuierlichen Ventilhubverstellung einen Konus ohne Nocken als Nockenwelle besitzt, der axial verschieblich gestaltet ist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasturbolader (2) mit einem Verdichter (11) im Ansaugtrakt (20) und einer Abgasturbine (10) im Abgasstrang (16) vorgesehen ist.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (10) mit variabler Turbinengeometrie (13) zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnitts versehen ist, wobei die variable Turbinengeometrie (13) im Motorbremsbetrieb in eine den Turbineneintrittsquerschnitt reduzierende Stauposition zu verstellen ist.
  11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (16) ein die Abgasturbine (10) überbrückender Bypass (26) mit einstellbarem Bypassventil (27) angeordnet ist, wobei die geforderte Motorbremsleistung im Motorbremsbetrieb über die Einstellung des Bypassventils (27) zu regulieren ist.
  12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Turbinengeometrie (13) als Bremsgitter ausgeführt ist, das in den Turbineneintrittskanal einschiebbar ist.
  13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (2) in der Weise dimensioniert wird, dass ein auf den Motorbremsbetrieb bei maximaler Bremsleistung bezogener Turbobremsfaktor (TBF) des Abgasturboladers, der gemäß der Beziehung TBF = AT·DT/VH aus den Parametern AT freier Strömungsquerschnitt im Abgasweg zur Abgasturbine (10) bei maximaler Bremsleistung DT Turbineneintrittsdurchmesser in der Abgasturbine VH Hubvolumen der Brennkraftmaschine ermittelt wird, einen Wert kleiner als 0.005 (5 ‰) einnimmt: TBF < 0.005.
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