DE10005011A1 - Kraftfahrzeug mit Bremskraftunterstützung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches durch einen mittels eines Laders (2) aufgeladenen Verbrennungsmotor (1) angetrieben ist. Der Lader (2) ist durch einen Verbrennungsluftkanal (3) mit dem Verbrennungsmotor (1) verbunden, wobei der Verbrennungsluftkanal (3) mittels einer Drosselklappe (4) zur steuerbaren Frischluftzufuhr für den Verbrennungsmotor (2) motorseits der Drosselklappe (4) in einen Niederdruckabschnitt (5) und laderseits der Drosselklappe (4) in einen Hochdruckabschnitt (6) unterteilt ist. Es ist ein pneumatischer Bremskraftverstärker (7) vorgesehen, der ein Gehäuse (8) umfaßt, dessen Innenraum (9) durch eine Membran (10) in eine Unterdruckkammer (11) und in eine Arbeitskammer (12) unterteilt ist. Die Unterdruckkammer (11) ist mit dem Niederdruckabschnitt (5) druckleitend verbunden und die Arbeitskammer (12) ist mit dem Hochdruckabschnitt (6) druckleitend verbindbar gestaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Kraftfahrzeugen dieser Art sind in bekannter Weise pneumatische Bremskraftver­ stärker verbreitet im Einsatz, bei denen der Innenraum eines Bremskraftverstärkerge­ häuses durch eine Membran in eine Unterdruckkammer und eine Arbeitskammer auf­ geteilt ist. Im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers sind dabei beide Kammern mit dem vom Verbrennungsluftkanal des Motors im gedrosselten Betrieb zur Verfügung gestellten Unterdruck beaufschlagt, wodurch die Membran im Gleichgewicht der Druckkräfte steht. Bei Betätigung des Bremspedals wird neben der Ansteuerung des Hauptbremszylinders auch die Arbeitskammer über eine geeignete Ventilanordnung zunehmend mit aus der Atmosphäre entnommenen Druck beaufschlagt, in dessen Fol­ ge, abhängig von der Bremspedalstellung, eine Druckdifferenz an der Membran anliegt. Die so kraftbeaufschlagte Membran wirkt dann ihrerseits die Fußkraft unterstützend auf den Hauptbremszylinder. Die unterstützende Kraft des Bremskraftverstärkers ist durch die zur Verfügung stehende Druckdifferenz zwischen dem Unterdruck im Verbren­ nungsluftkanal und dem atmosphärischen Druck begrenzt.

Zur Erzeugung ausreichender Bremskraftunterstützung steht nicht immer eine hinrei­ chende Druckdifferenz zur Verfügung. Beispielsweise werden moderne Verbrennungs­ motoren mit Lader, insbesondere aufgeladene Otto-Motoren, während der Warmlauf­ phase zur Erfüllung weltweit immer strenger werdender Abgasemissionsvorschriften gewollt thermodynamisch ungünstig betrieben, um einen in der Abgasführung angeord­ neten Katalysator frühzeitig auf Betriebstemperatur zu bringen und damit zu aktivieren. Dazu wird der Verbrennungsmotor mit einem sehr fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder mit weit nach spät verlagertem Verbrennungsschwerpunkt betrieben und dem dadurch nicht vollständig verbrannten Abgas über ein Sekundär-Luftsystem Frischluft zugeführt. Dadurch wird einerseits eine verstärkte Nachverbrennung im Ka­ talysator mit einer damit einhergehenden schnellen Aufheizung desselben ermöglicht, andererseits läuft der Motor mit schlechtem Wirkungsgrad, so daß nur eine geringe Drosselung erforderlich ist. Diese geringe Drosselung erzeugt aber nur einen geringen Unterdruck im Verbrennungsluftkanal und damit eine nur eingeschränkte Wirkung des Bremskraftverstärkers.

Zur Erzeugung einer hinreichend großen Druckdifferenz an der Membran des Brems­ kraftverstäkers sind aus dem Dieselmotorenbau für PKW Unterdruckpumpen und aus dem Nutzfahrzeugbau Überdrucksysteme bekannt, die jedoch aufwendig und teuer, ggf. auch schwer und platzraubend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug so wei­ terzubilden, daß die Membran des Bremskraftverstärkers über einen erweiterten Be­ triebsbereich zuverlässig mit einer hinreichenden Druckdifferenz beaufschlagbar ist.

Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den durch einen bereits vorhandenen Lader mit Überdruck beaufschlagten Hochdruckabschnitt des Verbrennungsluftkanals mit der Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers verbindbar zu gestalten. Dadurch steht ein erhöhtes Druckgefälle über einen erweiterten Betriebsbereich für den Bremskraftver­ stärker zur Verfügung. Der Zusatzaufwand beschränkt sich auf die Bereitstellung einer geeigneten Druckleitung sowie geringfügige Modifikationen am Bremskraftverstärker. Die zusätzlichen Fertigungskosten sowie der Entwicklungsaufwand für entsprechend modifizierte Bremskraftverstärker sind gering. Bereits im Einsatz befindliche Kraftfahr­ zeuge können ggf. nachgerüstet werden.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung verfügt der Lader über eine geeignete Einrichtung zur Begrenzung des Ladedruckes. Dadurch kann der Lader so ausgelegt sein, daß schon im unteren Last- und Drehzahlbereich ein ausgeprägter Druck und da­ mit neben der Unterstützung der Katalysatoraufheizung eine entsprechend hohe Wirksamkeit des Bremskraftverstärkers erzeugt wird, ohne im Vollastbereich den Ver­ brennungsmotor durch zu hohen Ladedruck zu schädigen.

Vorteilhaft sind in den Druckleitung zwischen dem Niederdruckabschnitt und der Un­ terdruckkammer bzw. zwischen dem Hochdruckabschnitt und der Arbeitskammer Rückschlagventile vorgesehen, um ein einmal aufgebautes Druckgefälle bei ver­ ändertem Druckniveau im Verbrennungsluftkanal nicht zu verlieren.

Bremskraftverstärker bekannter Bauart sind für eine limitierte Druckdifferenz an der Membran ausgelegt, die typischerweise maximal etwa 0,8 bar beträgt. Da bei aufge­ ladenen Motoren an der Drosselklappe ein höheres Druckgefälle als diese auftreten kann, besteht beim Einsatz eines üblichen Bremskraftverstärkers in einem erfindungs­ gemäß weitergebildeten Kraftfahrzeug die Gefahr der Überlastung. Deshalb ist die An­ ordnung eines Druckbegrenzungsventiles oder eines Differenzdruckventiles zwischen dem Hochdruckabschnitt und der Arbeitskammer vorteilhaft. Auf diese Weise können Bremskraftverstärker üblicher Konstruktion ohne größere Modifikationen eingesetzt werden.

Um den Betrieb des Verbrennungsmotors durch den beim Bremsen erforderlichen, aus dem Verbrennungsluftkanal entnommenen Luftmassenstrom nicht negativ zu beeinflus­ sen, kann die Anordnung eines Druckspeichers zwischen dem Hochdruckabschnitt und der Arbeitskammer sinnvoll sein. Die Anordnung eines Druckspeichers stellt auch eine Druckreserve für Bremsvorgänge bei abgestelltem Motor bereit. Ein solcher Druckspei­ cher ist dann vorteilhaft mittels eines Rückschlagventiles mit atmosphärischem Druck beaufschlagbar, so daß bei verbrauchtem Druckvorrat mindestens atmosphärischer Druck für den Betrieb des Bremskraftverstärkers zur Verfügung steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bremskraftunterstützung in schemati­ scher Darstellung,

Fig. 2 eine Variante des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 mit einem Differenz­ druckventil,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Steuervorrichtung eines der­ artigen pneumatischen Bremskraftverstärkers.

Die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles in Fig. 1 zeigt einen Ver­ brennungsmotor 1, dessen Zylinder 29 über einen Verbrennungsluftkanal 3 mit Ver­ brennungsluft versorgt werden. Zur Erhöhung des Füllgrades der Zylinder 29 ist im Ver­ brennungsluftkanal 3 ein Lader 2 vorgesehen, der als Turbolader, Kolbenkompressor, Roots-Gebläse oder dergleichen ausgebildet sein kann. Zwischen den Zylindern 29 und dem Lader 2 ist eine Drosselklappe 4 zur Leistungssteuerung des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen, die den Verbrennungsluftkanal 3 motorseits der Drosselklappe 4 in einen Niederdruckabschnitt 5 und laderseits in einen Hochdruckabschnitt 6 aufteilt. Im Be­ reich des Laders 2 sind Mittel 17 zur Ladedruckbegrenzung vorgesehen, die im ge­ zeigten Ausführungsbeispiel als Bypassleitung 27 um den Verdichter 37 des Laders 2 mit einer darin angeordneten Umluftklappe 28 ausgebildet sind, bei Verwendung eines Turboladers jedoch auch als turbinenseitiges Überdruckventil oder durch eine geeigne­ te Schaufelradverstellung ausgebildet sein können.

Desweiteren ist ein Bremskraftverstärker 7 vorgesehen, der ein luftdruckdichtes Ge­ häuse 8 umfaßt, dessen Innenraum 9 durch eine Membran 10 in eine Unterdruckkam­ mer 11 und eine Arbeitskammer 12 aufgeteilt ist. Die Unterdruckkammer 11 ist über eine Saugleitung 18 mit dem Niederdruckabschnitt 5 verbunden, wobei in der Sauglei­ tung 18 ein Rückschlagventil 13 derart angeordnet ist, daß Luft aus der Unterdruck­ kammer 11 in den Niederdruckabschnitt 5 strömen kann, nicht jedoch in die entgegen­ gesetzte Richtung. Die Arbeitskammer 12 ist mit dem Hochdruckabschnitt 6 verbindbar gestaltet, indem zwischen beiden eine Druckleitung 19, ein Druckspeicher 16 und eine Speicherleitung 21 vorgesehen sind. In der Druckleitung 19 ist ein Rückschlagventil 14 derart angeordnet, daß Druckluft aus dem Hochdruckabschnitt 6 über den Druck­ speicher 16 in die Arbeitskammer 12 strömen kann, nicht jedoch in die entgegenge­ setzte Richtung. Der Druckspeicher 16 ist über ein Rückschlagventil 22 mit der Umge­ bungsluft derart verbunden, daß bei Überdruck im Druckspeicher 16 das Rückschlag­ ventil 22 geschlossen ist und bei aufgebrauchtem Druckvorrat Luft aus der Atmosphäre in den Druckspeicher 16 strömen kann. Zwischen dem Hochdruckabschnitt 6 und der Arbeitskammer 12 ist ein Druckbegrenzungsventil 39 angeordnet, welches zwischen dem Rückschlagventil 14 und dem Druckspeicher 16 in der Druckleitung 19 vorgese­ hen ist. Das Druckbegrenzungsventil 39 kann auch in der Speicherleitung 21 vorgese­ hen oder integraler Bestandteil des Bremskraftverstärkers 7 sein. Bei Verwendung han­ delsüblicher Bremskraftverstärker 7 ist das Druckbegrenzungsventil 39 typischerweise so ausgelegt, daß es den Absolutdruck in der Druckleitung 19 arbeitskammerseits auf etwa 0,3 bar über dem atmosphärischen Umgebungsdruck begrenzt.

Durch das Gehäuse 8 des Bremskraftverstärkers 7 ist eine längsbewegliche Kolben­ stange 32 gegen eine Luftdruckdifferenz zwischen dem Innenraum 9 und der Atmo­ sphäre abgedichtet hindurchgeführt und mit der Membran 10 kraftübertragend verbun­ den. Im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers 7 sind die Arbeitskammer 12 und die Unterdruckkammer 11 mit dem aus dem Niederdruckabschnitt 5 entnommenen Unter­ druck beaufschlagt. Das Ende 23 der Kolbenstange 32 ist mit einem nicht dargestellten Bremspedal verbunden, welches bei Betätigung in Richtung des Doppelpfeiles 25 die Kolbenstange 32 in seine Längsrichtung bewegt. Am gegenüber liegenden Ende 24 der Kolbenstange 32 ist ein nicht dargestellter Hauptbremszylinder vorgesehen, der über die Fußkraft am Bremspedal mittels der Kolbenstange 32 in Richtung des Doppelpfeiles 26 betätigbar ist. Eine der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Ventilanordnung im wesentlichen vorbekannter Bauart im Bremskraftverstärker 7 beaufschlagt die Ar­ beitskammer 12 abhängig von der Stellung der Kolbenstange 32 mit aus dem Hoch­ druckabschnitt 6 entnommenen Überdruck. Die dadurch an der Membran 10 entste­ hende Druckdifferenz wirkt dadurch auf die Kolbenstange 32 und damit auf den Haupt­ bremszylinder fußkraftunterstützend.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Variante ist an Stelle des Druckbegrenzungsventiles (39) (Fig. 1) ein Differenzdruckventil (15) in der Druckleitung (19) angeordnet und über eine Diffe­ renzdruckleitung (20) mit der Saugleitung (18) verbunden. Die Verbindungsstelle der Differenzdruckleitung (20) mit der Saugleitung (18) liegt zwischen dem Rückschlagventil (13) und der Unterdruckkammer (11), so daß am Differenzdruckventil (15) der Druck der Unterdruckkammer (11) als Steuerdruck anliegt. Das Differenzdruckventil (15) selbst ist zwischen dem Rückschlagventil (14) und dem Druckspeicher vorgesehen. Durch diese Anordnung ist die Druckdifferenz an der Membran (10) unabhängig von einem einzelnen Absolutdruck im Niederdruckabschnitt (5) oder im Hochdruckabschnitt (6) begrenzbar, wobei der Differenzdruck an der Membran 10 typischerweise auf 0,8 bar mit einer Toleranz von etwa +/-0,2 bar eingestellt ist. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt die Fig. 2 mit der Fig. 1 überein.

In Fig. 3 sind Details eines erfindungsgemäß modifizierten handelsüblichen Bremskraft­ verstärkers 7 aus Fig. 1 in einer Längsschnittzeichnung dargestellt. Die Kolbenstange 32 ist an ihrem einen Ende 23 mit dem Bremspedal verbunden und in Richtung des Doppelpfeiles 25 beweglich. Der Innenraum 9 des Gehäuses 8 ist durch eine Membran 10 in eine Unterdruckkammer 11 und eine Arbeitskammer 12 unterteilt. Die Kolben­ stange 32 umfaßt einen Zylinder 33 und ist durch eine Seitenwand des Gehäuses 8 längsverschieblich hindurchgeführt. Da in der Arbeitskammer 12 im Vergleich zur um­ gebenden Atmosphäre sowohl Unterdruck als auch Überdruck herrschen kann, ist die bei bekannten Bremskraftverstärkern eingesetzte einseitig wirkende Dichtung 35 gegen eine doppelseitig wirkende Dichtung 36 ersetzt, welche die Kolbenstange 32 an der Oberfläche 34 des Zylinders 33 gegenüber dem Gehäuse 8 abdichtet. Zur Beaufschla­ gung der Arbeitskammer 12 mit Überdruck aus dem Hochdruckabschnitt 6 (Fig. 1) ist am Zylinder 31 im Bereich des Endes 33 ein Druckanschlußkragen 30 vorgesehen, wel­ cher über einen Leitungsstutzen 31 mit der Druckleitung 19 verbunden ist.

Claims (11)

1. Kraftfahrzeug mit einem mittels eines Laders (2) aufgeladenen Verbrennungsmo­ tor (1), wobei der Lader (2) durch einen Verbrennungsluftkanal (3) mit dem Ver­ brennungsmotor (1) verbunden ist, welcher mittels einer Drosselklappe (4) zur steuerbaren Frischluftzufuhr für den Verbrennungsmotor (2) motorseits der Dros­ selklappe (4) in einen Niederdruckabschnitt (5) und laderseits der Drosselklappe (4) in einen Hochdruckabschnitt (6) unterteilt ist, und mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker (7), der ein Gehäuse (8) umfaßt, dessen Innenraum (9) durch eine Membran (10) in eine Unterdruckkammer (11) und eine Arbeitskammer (12) unterteilt ist, wobei die Membran (10) mit einer längsverschieblichen, das Gehäu­ se (8) durchragenden Kolbenstange (32) verbunden ist, und wobei die Unterdruck­ kammer (11) mit dem Niederdruckabschnitt (5) druckleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (12) mit dem Hochdruckab­ schnitt (6) druckleitend verbindbar ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochdruckabschnitt (6) und der Ar­ beitskammer (12) Mittel (15, 39) zur Druckbegrenzung angeordnet sind.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbegrenzung ein Druckbegrenzungsventil (39) vorgesehen ist.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbegrenzung ein mit Druck aus der Unter­ druckkammer (11) beaufschlagtes Differenzdruckventil (15) vorgesehen ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochdruckabschnitt (6) und der Ar­ beitskammer (12) ein Druckspeicher (16) vorgesehen ist.

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (16) über ein Rückschlagventil (23) mit atmosphärischem Druck beaufschlagbar ist.

7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (14) zwischen dem Hochdruck­ abschnitt (6) und dem Druckspeicher (16) angeordnet ist.

8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4 in Kombination mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (14) zwischen dem Hoch­ druckabschnitt (6) und den Mitteln (15, 39) zur Druckbegrenzung angeordnet ist.

9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Niederdruckabschnitt (5) und der Unterdruckkammer (11) ein Rückschlagventil (13) vorgesehen ist.

10. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (17) zur Begrenzung des durch den Lader (2) erzeugten Ladedruckes vorgesehen sind.

11. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (32) auf der Arbeitskammerseite der Membran durch eine doppelseitige Gleitdichtung (36) gegenüber dem Gehäu­ se (8) abgedichtet ist.