DE10113498B4

DE10113498B4 - Bremskraftverstärker

Info

Publication number: DE10113498B4
Application number: DE10113498A
Authority: DE
Inventors: Toshio Takayama; Kunihiro Matsunaga; Takuya Obata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: DE10113498A1; JP4529105B2; JP2001278035A; US20010025565A1; US6425312B2

Abstract

Bremskraftverstärker, mit:
– einem Gehäuse (1);
– einem Hauptkolben (5, 6), der den Innenraum des Gehäuses (1) in eine Kammer mit konstantem Druck (7, 8) und eine Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) unterteilt;
– einem Ventilgehäuse (11), das von dem Hauptkolben (5, 6) getragen wird;
– einem Plunger (18), der im Ventilgehäuse (11) vorgesehen ist und axial verschiebbar ist;
– einer eingangsseitigen Stange (16), die das Bremspedal mit dem Plunger (18) verbindet, derart, dass eine Betätigung des Bremspedals auf den Plunger (18) übertragen wird und seine axiale Verschiebung hervorruft;
– einem Ventilmechanismus (15), der in dem Ventilgehäuse (11) vorgesehen ist, um die Zufuhr eines Arbeitsfluids zur Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) in Antwort auf die axiale Verschiebung des Plungers (18) zu steuern, derart, dass durch die zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) und der Kammer mit konstantem Druck (7, 8) erzeugte Druckdifferenz...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Bremskraftverstärker und insbesondere einen gesteuerten Bremskraftverstärker, der durch elektromagnetische Betätigung eines Saugluftventils oder eines Unterdruckventils die Bremskraft erhöhen oder verringern kann.
Aus JP 07-503214-A (1995) ist ein Bremskraftverstärker bekannt, in dem ein Ventilgehäuse einen Solenoidmechanismus mit einem Element enthält, das bewegt wird, indem dem Elektromagneten des Solenoidmechanismus Strom zugeführt wird, wobei die Bewegung des beweglichen Elements unabhängig von der Ventilbetätigung durch Verschiebung der mit dem Bremspedal verbundenen eingangsseitigen Stange einen Ventilmechanismus öffnet, der ein Saugluftventil oder ein Unterdruckventil sein kann.
Außerdem wurde gefordert, daß die Bremskraftabgabe eines Bremskraftverstärkers, dessen Ventilmechanismus durch Verschiebung der mit dem Bremspedal verbundenen eingangsseitigen Stange betätigt wird, in einem weiten Bereich regelbar ist, wenn der Bremskraftverstärker mit dem obenerwähnten Solenoidmechanismus durch Aktivierung dieses Solenoidmechanismus betrieben wird.
Bei dem obenerwähnten herkömmlichen Bremskraftverstärker dient der Solenoidmechanismus jedoch lediglich dazu, den Ventilmechanismus bis zu einem Grad zu öffnen, der von der Größe des dem Elektromagneten zugeführten Stroms bestimmt wird, wobei zwischen der Stärke des dem Solenoidmechanismus zugeführten Stroms und der Größe der Bremskraftabgabe des Bremskraftverstärkers keine Korrelation (oder Proportionalität) besteht.
Eine Behelfsmaßnahme zur Erzielung des gewünschten Wertes der Bremskraft eines Bremskraftverstärkers besteht in einer geregelten Betätigung seines Solenoidmechanismus anhand eines Rückführungssignals, das die von dem Bremskraftverstärker abgegebene Bremskraft angibt, wie etwa das Ausgangssignal eines Hauptzylinder-Drucksensors, der zur Erfassung des Drucks der vom Hauptzylinder abgegebenen Bremsflüssigkeit vorgesehen ist.
Da jedoch ein zusätzlicher Sensor erforderlich ist, der wie der Hauptzylinder-Drucksensor zur Ausgabe eines Signals dient, das die vom Bremskraftverstärker abgegebene Bremskraft angibt, wird das gesamte System teurer.
In der DE 197 48 657 A1 ist ein pneumatischer Bremskraftverstärker gezeigt, bei dem die im Rahmen einer elektromagnetischen Betätigung erzeugte Servokraft von der Stromstärke abhängig ist, mit der der elektromagnetische Aktuator angesteuert wird.
In der DE 196 17 277 A1 ist ein pneumatischer Bremskraftverstärker gezeigt, dessen Anker andauernd mit Unterdruck beaufschlagt ist, um eine genügend große Rückstellkraft auf den Anker zu erzeugen, wenn der Stromzufluss zu dem betätigenden Elektromagneten unterbrochen ist.
Die DE 197 35 035 A1 zeigt einen Unterduckbremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge, bei dem das Ventil zentral in den Bremskraftverstärker integriert ist, um ein externes Ventil zu vermeiden.
In der DE 100 20 805 A1 ist ein Bremskraftverstärker gezeigt, bei dem die Ausgangskraft durch elektromagnetisches Betätigen eines Umgebungsventils oder eines Vakuumventils automatisch zu vergrößern oder zu verringern ist.
Die DE 42 38 333 A1 zeigt einen Unterdruckbremskraftverstärker, bei dem die von einem Elektromagneten aufzubringende Fremdbetätigungskraft möglichst gering gehalten werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremskraftverstärker mit einem einfachen Aufbau zu schaffen, der die obenerwähnten Nachteile des herkömmlichen Bremskraftverstärkers nicht besitzt, während der Betätigung seines Solenoidmechanismus die Bremskraft in einem weiten Bereich genau dosieren kann und ein automatisches Bremsen verbessert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Bremskraftverstärker nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker ist der Innenraum des Gehäuses durch einen Hauptkolben in eine Kammer mit konstantem Druck und in eine Kammer mit veränderlichem Druck unterteilt, wobei in einem von dem Hauptkolben getragenen Ventilgehäuse ein Ventilmechanismus vorgesehen ist, der die Zufuhr des Arbeitsfluids zur Kammer mit veränderlichem Druck durch Verschiebung eines Plungers, der mit einer mit dem Bremspedal zusammenwirkenden eingangsseitigen Stange verbunden ist, steuert, derart, daß die Schubkraft, die durch die Druckdifferenz zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck und der Kammer mit konstantem Druck infolge der Betätigung des Ventilmechanismus auf den Hauptkolben ausgeübt wird, als Verstärkerausgangskraft (Schub-Ausgangskraft) abgegeben wird.
Der Bremskraftverstärker enthält ferner eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit einem beweglichen Element, das den Ventilmechanismus unabhängig von der Betätigung der eingangsseitigen Stange betätigt, und eine Kraftbewirkungseinrichtung zur Aufbringung einer Gegenkraft, die der Druckdifferenz zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck und der Kammer mit konstantem Druck entspricht, wobei die Kraftbewirkungseinrichtung die Gegenkraft auf das bewegliche Element in der Weise ausübt, daß die Steigerungsrate der Verstärkerausgangskraft mit der Steigerungsrate der auf das bewegliche Element ausgeübten Gegenkraft übereinstimmt.
Bei dem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker mit der obenerwähnten elektromagnetischen Betätigungseinrichtung übt die obenerwähnte Kraftbewirkungseinrichtung die Gegenkraft auf das bewegliche Element gleichzeitig mit der Verstärkerausgangskraft oder mit einer Verzögerung nach der Verstärkerausgangskraft aus.
In den beiden obengenannten Aspekten der Erfindung, in denen die der Druckdifferenz zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck und der Kammer mit konstantem Druck entsprechende Gegenkraft auf das bewegliche Element ausgeübt wird, ist die Verstärkerausgangskraft zur Größe des elektrischen Stroms, der der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zugeführt wird, proportional. Da die Gegenkraft ferner in der Weise auf das bewegliche Element ausgeübt wird, daß die Steigerungsrate der Verstärkerausgangskraft mit der Steigerungsrate der auf das bewegliche Element ausgeübten Gegenkraft übereinstimmt oder die Gegenkraft gleichzeitig mit der Verstärkerausgangskraft oder nach der Erzeugung dieser Verstärkerausgangskraft erzeugt wird, wird die erzeugte Verstärkerausgangskraft durch die Gegenkraft nicht aufgehoben.
Erfindungsgemäß ist die Kraftbewirkungseinrichtung mit wenigstens einem Durchlaß zur Herstellung der Verbindung zwischen einer an einem Ende des beweglichen Elements ausgebildeten Druckkammer und der Kammer mit veränderlichem Druck vorgesehen. Der wenigstens eine Durchlaß weist einen begrenzten Strömungsquerschnitt auf, so daß die in die Druckkammer strömende Luft begrenzt wird.
Vorzugsweise ist der Gesamtströmungsquerschnitt des Durchlasses auf 0,5 bis 10 mm² ausgelegt.
Durch die Begrenzung des Strömungsquerschnitts des Durchlasses, wie oben geschildert, wird die Zeit, in der die Gegenkraft auf das bewegliche Element ausgeübt wird, geeignet eingestellt, wodurch eine bessere Reaktion des automatischen Bremsens erzielt werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
1 eine Schnittansicht (als vergrößerter Ausschnitt der Ansicht von 2), die einen Bremskraftverstärker in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Schnittansicht (als vergrößerter Ausschnitt der Ansicht von 3), die einen Bremskraftverstärker in derselben Ausführungsform zeigt;
3 eine Schnittansicht, die den Bremskraftverstärker in derselben Ausführungsform zeigt; und
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie X-X in 1.
Der in den 1 bis 4 gezeigte Bremskraftverstärker ist ein Tandem-Bremskraftverstärker mit einem Gehäuse 1, das durch eine Mittelschale 2 in eine vordere Kammer und eine hintere Kammer unterteilt ist. Diese zwei Kammern sind durch Hauptkolben 5, 6 mit Membranen 3, 4 wiederum in Kammern mit konstantem Druck 7, 8 und in Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 unterteilt. Die Hauptkolben 5, 6 tragen ein Ventilgehäuse 11, das einen tassenförmigen Abschnitt 11a mit einem größeren Durchmesser und einen mit diesem verbundenen zylindrischen Abschnitt 11b mit einem kleineren Durchmesser aufweist. Das Ventilgehäuse 11 ist so angeordnet, daß sein tassenförmiger Abschnitt 11a unter Abdichtung durch die Mittelschale 2 gleitet, während sein zylindrischer Abschnitt 11a unter Abdichtung durch einen an der rückwärtigen Seite des Gehäuses 1 vorgesehenen zylindrischen Stützabschnitt 1a gleitet und sich von diesem zur rückwärtigen Seite hin erstreckt.
Das Ventilgehäuse 11 ist mit einem Durchlaß für konstanten Druck (Unterdruckdurchlaß) 12 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen den beiden Kammern mit konstantem Druck 7 und 8 und zwischen den Kammern mit konstantem Druck 7, 8 und dem Innenraum des zylindrischen Abschnitts 11b des Ventilgehäuses 11 herstellt. Das Ventilgehäuse 11 ist außerdem mit einem Lufteinlaß 13 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen den beiden Kammern mit veränderlichem Druck 9 und 10 und zwischen den zwei Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 und dem Innenraum des zylindrischen Abschnitts 11b des Ventilgehäuses 11 herstellt. Der Unterdruck, z. B. der Unterdruck vom Motor, überträgt sich auf die Kammer mit konstantem Druck 7, die in den Figuren auf der linken Seite (der vorderen Seite) gezeigt ist.
Der Unterdruck überträgt sich außerdem über den Unterdruckdurchlaß 12 auf die Kammer mit konstantem Druck 8, die in den Figuren auf der rechten Seite (der rückwärtigen Seite) gezeigt ist. Zum anderen wird vom zylindrischen Abschnitt 11b des Ventilgehäuses 11 über eine geräuschdämpfende Filtereinheit 14 Luft angesaugt. Durch die Betätigung des Ventilmechanismus 15 (wie weiter unten beschrieben wird) wird von beiden Kammern mit veränderlichem Druck 9 und 10 über den Lufteinlaß 13 Luft angesaugt.
Der Ventilmechanismus 15 ist mit einer mit einem (nicht gezeigten) Bremspedal zusammenwirkenden eingangsseitigen Stange 16 verbunden und umfaßt: einen in einer in dem Ventilgehäuse 11 angeordneten Hohlführung 17 gleitenden Plunger 18 (wie weiter unten beschrieben wird); einen an der rückwärtigen Stirnseite des Plungers 18 ausgebildeten ringförmigen Saugluftventilsitz 19; ein über ein Dichtungselement 20 in das Ventilgehäuse 11 eingesetztes zylindrisches Ventilsitzelement 21, das in diesem gleiten kann; einen an der rückwärtigen Stirnseite des Ventilsitzelements 21 ausgebildeten ringförmigen Unterdruckventilsitz 22, wobei ein Tellerventil 26, dessen proximaler Endabschnitt mittels eines Ringelements 23 und eines Anpreßelements 24 an dem zylindrischen Abschnitt 11b des Ventilgehäuses 11 befestigt ist und gewöhnlich mittels einer Ventilfeder 25, die an einem Ende von der eingangsseitigen Stange 16 gehalten wird, vorbelastet ist, so daß er auf dem Saugluftventilsitz 19 und dem Unterdruckventilsitz 22 aufliegt. Der Saugluftventilsitz 19 und der auf diesem aufliegende ringförmige Innenabschnitt, der am distalen Ende des Tellerventils 26 ausgebildet ist, bilden ein Saugluftventil 27. Der Unterdruckventilsitz 22 und der auf diesem aufliegende ringförmige Außenabschnitt, der am distalen Ende des Tellerventils 26 ausgebildet ist, bilden ein Unterdruckventil 28. Auf die zwei Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 überträgt sich wahlweise, je nachdem, ob das Saugluftventil 27 oder das Unterdruckventil 28 geöffnet ist, der atmosphärische Druck oder der Unterdruck. Jedoch ist zwischen dem Anpreßelement 24 und der eingangsseitigen Stange 16 eine Rückstellfeder 29 angeordnet (siehe 2). Im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers wird der Plunger 18 durch die Vorbelastungskraft der Rückstellfeder 29 und der Ventilfeder 25 gezwungen, den Saugluftventilsitz 19 gegen das Tellerventil 26 zu drücken.
In dem tassenförmigen Abschnitt 11a des Ventilgehäuses 11 ist ein Solenoidmechanismus (eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung) 30 angeordnet. Der Solenoidmechanismus 30 umfaßt im wesentlichen: einen Elektromagneten 31; ein Gehäuse 32, das dem Elektromagneten 31 aufnimmt; und ein im Gehäuse 32 gleitend angeordnetes ringförmiges bewegliches Element (ein Magnetanker) 34 mit einem im Gehäuse 32 eingelassenen Dichtungselement 33 (siehe 1). Das Gehäuse 32 umfaßt: einen doppelten zylinderförmigen Hauptkörperabschnitt 35, der den Elektromagneten 31 aufnimmt; einen zylindrischen Fortsatz 36, der sich vom rückwärtigen Ende des Hauptkörperabschnitts 35 nach hinten erstreckt; und einen Trennabschnitt 37, der den Hauptkörperabschnitts 35 von dem zylindrischen Fortsatz 36 trennt. Während der zylindrische Fortsatz 36 des Gehäuses 32 über ein Dichtungselement 38 in die Innenfläche des Ventilgehäuse 11 eingesetzt ist und ein auf der äußeren Umfangsfläche des Hauptkörperabschnitts 35 ausgebildeter Flanschabschnitt 39 auf einem auf der Innenfläche des tassenförmigen Abschnitts 11a des Ventilgehäuses 11 ausgebildeten Absatz 40 aufliegt, ist das Gehäuse 32 durch die Vorbelastungskraft einer Rückstellfeder 41, die in der auf der vorderen Seite vorgesehenen Kammer mit konstantem Druck 7 angeordnet ist, in seiner Bewegung gegen das Ventilgehäuse 11 eingeschränkt. An einem zylindrischen Abschnitt 5a des an der vorderen Seite vorgesehenen Hauptkolbens 5 ist ein Innenflansch 5b vorgesehen (siehe 1), der zwischen dem Flanschabschnitt 39 und dem Absatz 40 liegt. Somit bewegen sich das Ventilgehäuse 11 und das Gehäuse 32 gemeinsam in axialer Richtung. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen "W" einen Draht, der dem Elektromagneten 31 Strom zuführt. Der Draht "W" verläuft gewöhnlich über einen (nicht gezeigten) Verbinder, der an der vorderen Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist, außerhalb des Bremskraftverstärkers.
Die Hohlführung 17 ist innerhalb des Hauptkörpers 35 des Gehäuses 32 vorgesehen. Die Hohlführung 17 weist einen breiten Stirnabschnitt 42, der mit einem Absatz 35a des Hauptkörpers 35 in Eingriff ist, und einen Achsabschnitt 43 mit einem kleinen Durchmesser auf, der sich von dem breiten Stirnabschnitt 42 durch den Trennabschnitt 37 des Gehäuses 32 nach hinten erstreckt (siehe 2). Der Plunger 18 ist in den Achsabschnitt 43 mit kleinem Durchmesser eingesetzt und kann in diesem gleiten. Eine sich in radialer Richtung erstreckende Arretierfeder 44 ist durch den Lufteinlaß 13 in das Ventilgehäuse 11 eingesetzt, wobei der distale Endabschnitt der Arretierfeder 44 mit dem Plunger 18 verbunden ist. Der proximale Endabschnitt der Arretierfeder 44 ist so beschaffen, daß er gegen eine an einem zylindrischen Stützabschnitt 1a des Gehäuses 1 angebrachte Anschlagplatte 45 stößt (siehe 1). Die maximale Rückstellposition des Plungers 18 entspricht der Position, in der die Arre tierfeder 44 gegen die Anschlagplatte 45 stößt. Die Arretierfeder 44 ist außerdem durch eine Öffnung (ein Langloch) 21a geführt. Das Ventilsitzelement 21 kann sich relativ zum Plunger 18 in dem Maße verschieben, wie die Arretierfeder 44 in der Öffnung 21a verschiebbar ist.
Eine Reaktionsscheibe 46 und ein proximaler Stirnabschnitt 47a einer ausgangsseitigen Stange 47 mit einem großen Durchmesser sind auf der Stirnseite des Absatzes 35a des Hauptkörpers 35 des Gehäuses 32 angeordnet. Der distale Endabschnitt der ausgangsseitigen Stange 47 ist nach vorn durch die vordere Seite des Gehäuses 1 verlängert und hermetisch abgeschlossen. Der distale Endabschnitt der ausgangsseitigen Stange 47 ist mit einem (nicht gezeigten) Kolben des Hauptzylinders verbunden und gemeinsam mit diesem verschiebbar. Ferner wird durch einen an der vorderen Seite des Ventilgehäuses 11 durch ein durch die Rückstellfeder 41 an gepreßtes Rückhalteteil 48 verhindert, daß sich der proximale Stirnabschnitt 47a der ausgangsseitigen Stange 47 mit einem großen Durchmesser und die Reaktionsscheibe 46 aus dem Gehäuse 32 lösen. Auf der Stirnseite des breiten Endabschnitts 42 der Hohlführung 17 ist ein Einschnitt 42a ausgebildet. In dem Einschnitt 42a ist eine Druckauffangplatte 49 angeordnet. Die Tiefe des Einschnitts 42a ist etwas größer als die Dicke der Druckauffangplatte 49 ausgeführt. Wenn sich der Bremskraftverstärker in seinem Ruhezustand befindet, ist die Stirnseite des Plungers 18 von der Schulter des Einschnitts 42a geringfügig nach vorn versetzt. Zwischen der Druckauffangplatte 49 und der Reaktionsscheibe 46 ist in diesem Zustand ein kleiner Spalt "S" ausgebildet.
Es sind Stifte 50 vorgesehen, die mit einem Ende in dem beweglichen Element 34 des Solenoidmechanismus 30 eingesetzt und befestigt sind und mit dem anderen Ende in Durchgangsbohrungen 51, die im Trennabschnitt 37 des Gehäuses 32 ausgebildet sind, eingeführt sind. Das Ventilsitzelement 21 mit dem Unterdruckventilsitz 22 an seinem rückwärtigen Ende wird durch eine an einem Ende des Plungers 18 befestigten Feder 52 nach vorn gedrückt. Die Stirnseite des Ventilsitzelements 21 befindet sich normalerweise im Anschlag gegen den Trennabschnitt 37 im Gehäuse 32. Die Durchgangsbohrungen 51 des Trennabschnitts 37 im Gehäuse 32 sind in Ausrichtung mit der Stirnseite des Ventilsitzelements 21 ausgebildet. Das andere Ende der in die Durchgangsbohrungen 51 eingeführten Stifte 50 sind dem Ventilsitzelement 21 zugewandt, wobei ein kleiner Spalt dazwischen besteht. Ferner wird das bewegliche Element 34 des Solenoidmechanismus 30 durch Erregung des Elektromagneten 31 zurückbewegt, wodurch die mit dem beweglichen Element 34 verbundenen Stifte 50 das Ventilsitzelement 21 gegen die Zwangskraft der Feder 52 und der Ventilfeder 25 zurückschieben. Folglich wird das Tellerventil 26 von dem Saugluftventilsitz 19, der auf der rückwärtigen Seite des Plungers 18 ausgebildet ist, gelöst. Somit öffnet sich das Saugluftventil 27 unabhängig von der Verschiebung des Plungers 16, also unabhängig von der Verschiebung der eingangsseitigen Stange 16.
Ein am Innenumfang des beweglichen Elements 34 gehaltenes Dichtungselement 53 sorgt für die Abdichtung zwischen dem beweglichen Element 34 und der Hohlführung 17. Der Außenumfang des beweglichen Elements 34 wird durch das Dichtungselement 33 gegen das Gehäuse 32 abgedichtet. Somit ist an beiden Enden des beweglichen Elements 34 eine Druckkammer 54 bzw. 55 ausgebildet. Die an der vorderen Seite des beweglichen Elements 34 ausgebildete Druckkammer 54 kommuniziert mit der an der vorderen Seite vorgesehenen Kammer mit konstantem Druck 7 durch einen in dem Gehäuse 32 ausgebildeten Durchlaß 56. Die auf der vorderen Seite des beweglichen Elements 34 ausgebildete Druckkammer 55 kommuniziert mit den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 durch einen in dem Trennabschnitt 37 des Gehäuses 37 ausgebildeten Durchlaß 57.
Nun wird die Arbeitsweise des Bremskraftverstärkers mit dem obenerwähnten Aufbau erläutert.
Der Bremskraftverstärker ist mittels mehrerer, auf der Vorderseite des Gehäuses 1 vorgesehener Schraubenbolzen 58 (siehe 3) in einem (nicht gezeigten) Fahrzeug eingebaut, wobei in diesem Zustand ein (nicht gezeigtes) Bremspedal mit der eingangsseitigen Stange 16 verbunden ist. Ferner ist ein (nicht gezeigter) Hauptzylinder mittels auf der Rückseite des Gehäuses 1 vorgesehener Schraubenbolzen 59 an dem Bremskraftverstärker angebracht. Die ausgangsseitigen Stange 47 ist in dieser Ausführung mit einem Kolben des Hauptzylinders verbunden.
In dem im Ausgangszustand befindlichen Bremskraftverstärker, wie er in den Figuren (1 bis 3) gezeigt ist, sind die Kammern mit konstantem Druck 7, 8 und die Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 jeweils mit dem gegebenen Druck (Unterdruck) beaufschlagt, wobei das Saugluftventil 27 und das Unterdruckventil 28 ge schlossen sind. Wenn in diesem Zustand das Bremspedal gedrückt wird, um auf die eingangsseitigen Stange 16 eine Kraft auszuüben, bewegt sich der Plunger 18 nach vom und trennt den an seiner rückwärtigen Seite ausgebildeten Saugluftventilsitz 19 vom Tellerventil 26, wodurch das Saugluftventil 27 geöffnet wird. Im Ergebnis strömt durch den Lufteinlaß 13 Luft in die Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10, wodurch eine Druckdifferenz zwischen diesen Kammern und den Kammern mit konstantem Druck 7, 8 erzeugt wird. Folglich bewegen sich die Hauptkolben 5, 6 nach vorn, um einen Schubkraft zu erzeugen, die durch das Ventilgehäuse 11 auf die ausgangsseitigen Stange 47 übertragen wird und die Bremstätigkeit auslöst. In diesem Anfangszustand des Bremsens, in dem der Spalt "S" zwischen der Druckauffangplatte 49 und der Reaktionsscheibe 46 geschlossen wird, tritt ein sogenannter "jump-in" ein, wobei sich die Verstärkerausgangskraft unabhängig von der Eingangskraft erhöht und eine geeignete Anfangsbremskraft erzeugt.
Wenn der "jump-in" endet, wird ein Teil der Ausgangs Gegenkraft durch die Reaktionsscheibe 46, die Druckauffangplatte 49 und den Plunger 18 von der ausgangsseitigen Stange 47 auf die eingangsseitige Stange 16 zurück übertragen. Im Gleichgewicht der durch die Vorwärtsbewegung des Ventilgehäuses 11 erzeugten Ausgangsgegenkraft (von der ausgangsseitigen Stange 47) mit der auf das Bremspedal ausgeübten Kraft ist das Saugluftventil 27 geschlossen, weshalb die Verstärkerausgangskraft aufrechterhalten wird. Wenn ferner von diesem Zustand ausgehend die vom Bremspedal ausgehende Kraft erhöht bzw. verringert wird und ein Ungleichgewicht zwischen dieser Kraft und der auf der Druckdifferenz basierenden Gegenkraft hervorgerufen wird, wird das Saugluftventil 27 bzw. das Unterdruckventil 28 wieder geöffnet, so daß die Gegenkraft infolge der Druckdifferenz gleich der auf das Bremspedal ausgeübten Kraft wird, wodurch die zwischen den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 und den Kammern mit konstantem Druck 7, 8 bewirkte Druckdifferenz ausgeglichen wird. Demgemäß wird die auf das Bremspedal ausgeübte Kraft dann, wenn der Elektromagnet 31 nicht erregt wird, in einem vorgegebenen Verstärkungsverhältnis multipliziert, was dazu führt, daß der Bremskraftverstärker als normaler Bremskraftverstärker arbeitet.
Im automatischen Bremsmodus, in dem der Elektromagnet 31 durch den diesem zugeführten elektrischen Strom erregt wird, wirkt die elektromagnetische Kraft auf das bewegliche Element 34 ein und verschiebt dieses zur rückwärtigen Seite. Gleichzeitig wird infolge des Durchlasses 56 der Druck in der an einem Ende des beweglichen Elements 34 ausgebildeten Druckkammer 54 gleich dem Druck in der Kammer mit konstantem Druck 7, während infolge des Durchlasses 57, der um die Stifte 50 gebildeten Spalte und des Lufteinlasses 13 der Druck in der am anderen Ende des beweglichen Elements 34 ausgebildeten Druckkammer 55 gleich dem Druck in der Kammer mit veränderlichem Druck 10 wird. Wenn der dem Elektromagneten 31 zugeführte Strom ansteigt, übersteigt die auf das bewegliche Element 34 einwirkende elektromagnetische Kraft die Gesamtfederkraft der Feder 52 und der Ventilfeder 25, weshalb das bewegliche Element 34 zur rückwärtigen Seite hin verschoben wird, wobei die an ihm angebrachten Stifte 50 das Ventilsitzelement 21 zur rückwärtigen Seite bin verschieben. Dies führt dazu, daß das Tellerventil 26 von dem auf der rückwärtigen Seite des Plungers 18 ausgebildeten Saugluftventilsitz 19 gelöst wird, um das Saugluftventil 27 zu öffnen, wodurch von den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 Luft angesaugt wird und eine Druckdifferenz zwischen diesen Kammern und den Kammern mit konstantem Druck 7, 8 erzeugt wird. Folglich bewegen sich die Hauptkolben 5, 6 nach vorn und rufen eine Schubkraft hervor, die durch das Ventilgehäuse 11 auf die ausgangsseitigen Stange 47 übertragen wird, wodurch die Bremstätigkeit ausgelöst wird.
Wenn von den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 Luft angesaugt wird, wird auch von der am anderen Ende des beweglichen Elements 34 vorgesehene Druckkammer 55 über den Durchlaß 57 und die Spalte um die Stifte 50 in den Durchgangsbohrungen 51 Luft angesaugt. Die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 55 und der auf Unterdruck gehaltenen Druckkammer 54 erzeugt eine Kraft, die auf das bewegliche Element 34 einwirkt. Diese durch die Druckdifferenz hervorgerufene Kraft wirkt als Gegenkraft in der Richtung, in der das bewegliche Element 34 zur vorderen Seite (d. h. in jener Richtung, die zur Richtung, in der die elektromagnetische Kraft auf das bewegliche Element 34 einwirkt, entgegengesetzt ist) zurückgeschoben wird. Im Ergebnis wird das bewegliche Element 34 durch die durch die Druckdifferenz hervorgerufene Kraft zur vorderen Seite zurückgeschoben, obwohl dem Elektromagneten 31 ein konstanter elektrischer Strom zugeführt wird, also eine konstante elektromagnetische Kraft auf das bewegliche Element 34 einwirkt. In dem Moment, in dem die auf das bewegliche Element 34 einwirkende elektromagnetische Kraft gleich der durch die Druckdifferenz hervorgerufenen Kraft wird (d. h. mit dieser im Gleichgewicht ist), endet die Schubbewegung des beweglichen Elements 34 in Vorwärtsrichtung, wobei das Saugluftventil 27 geschlossen wird und die Verstärkerausgangskraft aufrechterhalten wird. Somit bilden die beiden an den Enden des beweglichen Elements 34 ausgebildeten Druckkammern 54, 55 eine Kraftbewegungseinrichtung, die auf das bewegliche Element 34 eine Gegenkraft ausübt, die zur Druckdifferenz zwischen den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 und den Kammern mit konstantem Druck 7, 8 proportional ist.
Von diesem Zustand ausgehend wird dann, wenn der dem Elektromagneten 31 zugeführte Strom erhöht oder verringert wird, um ein Ungleichgewicht zwischen der elektromagnetischen Kraft und der durch die Druckdifferenz hervorgerufenen Kraft, wobei beide Kräfte auf das bewegliche Element 34 einwirken, dieses Element 34 wieder verschoben, bis sich die durch die Druckdifferenz hervorgerufenen Kraft und die elektromagnetische Kraft gegenseitig aufheben, was dazu führt, daß das Saugluftventil 27 bzw. das Unterdruckventil 28 geöffnet wird, wodurch der Druck in den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 in Entsprechung der Größe des dem Elektromagneten 31 zugeführten Stroms geregelt wird.
Da sich die Verstärkerausgangskraft proportional zur Größe des dem Elektromagneten 31 elektrischen zugeführten Stroms ändert, kann somit durch Verändern dieses Stroms in einem weiten Bereich die Verstärkerausgangskraft ebenfalls in einem weiten Bereich geregelt werden. Somit muß kein Sensor wie etwa der Hauptzylinder-Drucksensor vorgesehen werden, der bei herkömmlichen Techniken erforderlich ist, um die Verstärkerausgangskraft auf die Sollpegel zu einzuregeln. Deshalb kann der Aufbau des Bremskraftverstärkers vereinfacht werden und der Bremskraftverstärker kostengünstiger hergestellt werden.
Bei dem geregelten Bremskraftverstärker, dessen Arbeitsweise oben beschrieben wurde, erhöht sich die auf das bewegliche Element 34 einwirkende Kraft infolge der Druckdifferenz, also die Gegenkraft, bevor die entsprechende Verstärkerausgangskraft erzeugt wird, da von der am anderen Ende des beweglichen Elements 34 ausgebildeten Druckkammer 55 Luft angesaugt wird, bevor von den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 Luft angesaugt wird. Im Ergebnis wird verhindert, daß das Saugluftventil 27 vollständig öffnet, wodurch sich die Ansaugung der entsprechenden Luftmenge von den Kammern mit veränderlichem Druck 9, 10 und somit die Erzeugung der entsprechenden Verstärkerausgangskraft verzögert. Die Verzögerung äußert sich wiederum in einer schwächeren Reaktion des automatischen Bremsens. Um dies zu verhindern, ist bei dem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker der Gesamtquerschnitt der in dem Trennabschnitt 37 des Gehäuses 32 vorgesehenen Durchlässe 57 und der Spalte um die Stifte 50 in den Durchgangsbohrungen 51 (siehe 4) klein gehalten, so daß die Verstärkerausgangskraft mit der gleichen Rate wie die auf das bewegliche Element 34 einwirkende Gegenkraft ansteigt oder gleichzeitig mit der Verstärkerausgangskraft oder nach der Erzeugung dieser Verstärkerausgangskraft eine entsprechende Gegenkraft erzeugt wird. Dadurch bleibt das Saugluftventil 27 solange weit geöffnet, bis als Reaktion auf den dem Elektromagneten 31 zugeführten elektrischen Strom eine ausreichende Verstärkerausgangskraft erzeugt ist, wodurch sich die Bremsreaktion verbessert. Vorzugsweise beträgt der Gesamtströmungsquerschnitt der Durchlässe 57 etwa 0,5 bis 10 mm².
Dadurch, daß der Bremskraftverstärker dieser Erfindung so aufgebaut ist, daß die Verstärkerausgangskraft mit derselben Rate wie die auf das bewegliche Element 34 einwirkende Gegenkraft ansteigt oder gleichzeitig mit der Verstärkerausgangskraft oder nach der Erzeugung dieser Verstärkerausgangskraft eine entsprechende Gegenkraft erzeugt wird, verbessert sich die Bremsreaktion im automatischen Bremsmodus und erhöht sich die Zuverlässigkeit des Bremskraftverstärkers.
Ferner dienen in der obigen Ausführungsform die in dem Trennabschnitt 37 des Gehäuses 32 ausgebildeten Durchlässe 57 und die Spalte um die Stifte 50 in den Durchgangsbohrungen 51 zur Ansaugung von Luft in die Druckkammer 55. Jedoch könnten selbstverständlich auch lediglich ein in dem Trennabschnitt 37 des Gehäuses 32 ausgebildeter Durchlaß 57 oder lediglich die Spalte um die Stifte 50 in den Durchgangsbohrungen 51 zur Ansaugung in die Druckkammer 55 verwendet werden.
Die Erfindung kann ebenso auf einen sogenannten Einzel-Bremskraftverstärker mit einer einzigen Gruppe aus einer Kammer mit veränderlichem Druck und einer Kammer mit konstantem Druck angewandt werden.

Claims

Bremskraftverstärker, mit: – einem Gehäuse (1); – einem Hauptkolben (5, 6), der den Innenraum des Gehäuses (1) in eine Kammer mit konstantem Druck (7, 8) und eine Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) unterteilt; – einem Ventilgehäuse (11), das von dem Hauptkolben (5, 6) getragen wird; – einem Plunger (18), der im Ventilgehäuse (11) vorgesehen ist und axial verschiebbar ist; – einer eingangsseitigen Stange (16), die das Bremspedal mit dem Plunger (18) verbindet, derart, dass eine Betätigung des Bremspedals auf den Plunger (18) übertragen wird und seine axiale Verschiebung hervorruft; – einem Ventilmechanismus (15), der in dem Ventilgehäuse (11) vorgesehen ist, um die Zufuhr eines Arbeitsfluids zur Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) in Antwort auf die axiale Verschiebung des Plungers (18) zu steuern, derart, dass durch die zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) und der Kammer mit konstantem Druck (7, 8) erzeugte Druckdifferenz infolge der Betätigung des Ventilmechanismus (15) eine Schub-Ausgangskraft erzeugt wird; – einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung (30) mit einem beweglichen Element (34), um den Ventilmechanismus (15) unabhängig von der Betätigung der eingangsseitigen Stange (16) zu betätigen, wobei das bewegliche Element (34) in dem Ventilgehäuse (11) vorgesehen ist und darin gleiten kann; und – einer Kraftbewirkungseinrichtung, die eine Gegenkraft auf das bewegliche Element (34) ausübt, die der Druckdifferenz zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) und der Kammer mit konstantem Druck (7, 8) entspricht, wobei die Kraftbewirkungseinrichtung mit an beiden Enden des beweglichen Elements (34) ausgebildeten Druckkammern (54, 55) und mit wenigstens einem Lufteinlass (13) versehen ist, über den die Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) mit Umgebungsluft verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftbewirkungseinrichtung mit wenigstens einem Durchlass (57) versehen ist, der die Druckkammer (55) mit der Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) verbindet, wobei der Durchlass (57) einen begrenzten Strömungsquerschnitt aufweist, um die Zufuhr des Arbeitsfluids zur Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) derart zu begrenzen, damit die Kraftbewirkungseinrichtung die Gegenkraft auf das bewegliche Element (34) in der Weise ausübt, dass die Steigerungsrate der Schub-Ausgangskraft mit der Steigerungsrate der Gegenkraft übereinstimmt, oder die Gegenkraft gleichzeitig mit der Schub-Ausgangskraft oder nach der Erzeugung dieser Schub-Ausgangskraft erzeugt wird.
Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilmechanismus (15) ein Arbeitsfluidventil (27), das im geöffneten Zustand der Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) ermöglicht, mit einer Arbeitsfluidquelle zu kommunizieren, und ein Unterdruckventil (28), das im geöffneten Zustand die Kommunikation zwischen der Kammer mit veränderlichem Druck (9, 10) und der Kammer mit konstantem Druck (7, 8) ermöglicht, umfasst, der Plunger (18) einen Abschnitt aufweist, der einen Ventilsitz für das Arbeitsfluidventil (27) bildet, und das bewegliche Element (34) mit einem Ventilsitzelement (21) des Unterdruckventils (28) in Eingriff ist, derart, dass das bewegliche Element (34), wenn es betätigt wird, das Ventilsitzelement (21) in diejenige Richtung verschiebt, in der das Unterdruckventil (28) geschlossen wird.
Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtströmungsquerschnitt des Durchlasses (57) auf 0,5 bis 10 mm² ausgelegt ist.