DE102010043381A1

DE102010043381A1 - Aktives Bremskraftverstärkersystem

Info

Publication number: DE102010043381A1
Application number: DE201010043381
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Lothar Scheibel
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Bremskraftverstärkersystem für ein Kraftfahrzeug eines Typs, der über einen Verbrennungsmotor ohne herkömmliches Drosselklappenventil in einem Ansaugkrümmer zur Leistungssteuerung des Motors verfügt. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein drosselklappenloser Verbrennungsmotor des oben beschriebenen Typs durch Einbeziehung eines Ventils modifiziert, das den Strömungskanal der Ansaugluft zum Verbrennungsmotor periodisch schließen oder versperren kann, um einen Ansaugkrümmerunterdruck zu erzeugen und eine zum Betrieb des Bremskraftverstärkers benötigte Druckdifferenz zu liefern. Das System beinhaltet einen Druckmessgeber, der das VentiMotorbremskraftverstärkerunterdrucks erreicht wird.

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbremssystem und insbesondere einen unterdruckbetätigten Bremskraftverstärker in Anwendungen für Verbrennungsmotoren mit drosselklappenlosen Ansaugkrümmern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Seit vielen Jahrzehnten werden herkömmliche Kraftfahrzeuge mit unterdruckverstärkten Radbremssystemen ausgerüstet. Vor Verwendung von Servobremsen wirkte die vom Fahrer aufgebrachte Bremspedalkraft direkt auf einen Bremszylinderkolben, der die Bremstrommelzylinder oder Scheibenbremszangen mit Hydraulikdruck beaufschlagte. Vor vielen Jahrzehnten wurde ein System zur Erzeugung zusätzlicher Bremskraft für hydraulische Bremsen entwickelt, die dem Bediener trotz reduzierter Pedalkraft eine hohe Bremsleistung ermöglichte. Die heute bei weitem gebräuchlichsten Systeme arbeiten mit Unterdruckverstärkung. Herkömmliche Verbrennungsmotoren erzeugen einen niedrigen Druck (relativ zum Atmosphärendruck) im Verbrennungsluft-Ansaugkrümmer, da der vom Motor angesaugte Luftstrom durch eine Drosselklappe im Luftansaugsystem beschränkt wird. Die Drosselklappe ist bei älteren Motorkonstruktionen in der Regel Bestandteil eines Vergasers oder bei moderneren Motoren mit Einspritzsystemen ein sogenannter Drosselkörper. Die Position der Drosselklappe ist ein primärer Faktor bei der Steuerung der Motorleistung. Die Pumpwirkung der Motorzylinder saugt Luft über die Drosselklappe, wodurch im Ansaugkrümmer ein Unterdruckzustand entsteht. Mit anderen Worten wird ein Druck unter dem atmosphärischen Druck erzeugt. Eine große Membran in der Verstärkereinheit ist mechanisch mit dem Hauptzylinderkolben der Bremse verbunden. Der Luftunterdruck wirkt auf beide Seiten der Membran. Wird das Bremspedal vom Fahrer niedergetreten, so wird Atmosphärenluft in den Verstärkerhohlraum auf einer Seite der Membran eingelassen. Dies erzeugt eine Druckdifferenz über die Membran, die proportional zur Betätigungskraft des Bremspedals eine Nettobetätigungskraft auf den Hauptzylinderkolben ergibt.
Das herkömmliche unterdruckunterstützte Servobremssystem hat bisher hervorragende Leistung erbracht. In neueren Konstruktionen von Verbrennungsmotoren ist kein Drosselventil mehr im Ansaugkrümmer des Verbrennungsluft-Ansaugsystems vorhanden. Bei diesen Motoren wird die Leistung durch andere Mittel gesteuert, zum Beispiel durch eine Zylinderkopfventilsteuerung oder durch Veränderung der von einem Kraftstoffeinspritzsystem erzeugten Ladung. Da bei diesen Konstruktionen ein Drosselventil fehlt, ist auch kein zur Bremskraftverstärkung geeigneter Ansaugkrümmerunterdruck vorhanden. Dementsprechend bieten diese Motorkonstruktionen keine praktische Unterdruckquelle für eine Verstärkereinheit, die zur Krafterzeugung für das Bremssystem verwendet werden kann.
Verschiedene Lösungen wurden in Betracht gezogen, die sich der Servobremsleistung zur Verwendung in Motoren mit sogenannten drosselklappenlosen Ansaugkrümmern annehmen. Ein Ansatz ist die Verwendung einer externen Unterdruckpumpe, die über einen Riemen von einer Riemenscheibe auf der Motorkurbelwelle oder durch einen Elektromotor mit Energieversorgung über die Stromschiene des Fahrzeugs angetrieben wird. Derartige Systeme erfordern zusätzliche Komponenten, welche die Kosten und Komplexität des Fahrzeugs erhöhen.
Die vorliegende Erfindung versucht die Nachteile der bestehenden Technik zu beheben, indem sie die Verwendung eines modifizierten Unterdruckverstärkungssystems in einem Verbrennungsmotor mit drosselklappenlosem Ansaugkrümmer ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Bremskraftverstärkersystem geboten, das über eine Ventilanordnung im Ansaugkrümmer verfügt, die die in das Luftansaugsystem strömende Verbrennungsluft vollständig oder teilweise versperren kann, um einen Ansaugkrümmerunterdruck für einen Bremskraftverstärker zu erzeugen. Wenn ein ausreichender Unterdruck entwickelt ist, öffnet das Ventil den normalen Verbrennungsluftansaugkanal zum normalen Betrieb des Motors. Das Ventilsystem wird bedarfsabhängig angesteuert, um den gewünschten Bremskraftverstärkerunterdruck aufrechtzuerhalten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
veranschaulicht ein Unterdruckbremskraftverstärkersystem entsprechend dem Stand der Technik.
veranschaulicht ein aktives Bremskraftverstärkersystem entsprechend dieser Erfindung und zeigt den Verstärker im Unterdruckhaltemodus.
ist ein aktives Bremskraftverstärkersystem entsprechend dieser Erfindung und zeigt den Verstärker in einem Evakuierungsmodus.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
veranschaulicht ein Bremskraftverstärkersystem entsprechend dem Stand der Technik, das allgemein durch Referenznummer 10 gekennzeichnet ist. Das Bremskraftverstärkersystem enthält eine Unterdruckverstärkereinheit 12 herkömmlicher Bauweise. Unterdruckverstärkereinheit 12 wird verbunden mit Betätigungsbremspedal 14 und Hauptzylinder 16 entsprechend allgemein bekannter herkömmlicher Bauweise dargestellt. Unterdruckverstärkereinheit 12 übt eine Betätigungskraft auf einen inneren Kolben (nicht gezeigt) in Hauptzylinder 16 aus, um Hydraulikdruck zur Betätigung der Radbremse zu erzeugen. Durch eine Druckdifferenz über eine innere Membran (nicht gezeigt) in Unterdruckverstärkereinheit 12 wird eine zusätzliche Betätigungskraft erzeugt. Die Druckdifferenz über die Bremskraftverstärkermembran erzeugt eine Nettokraft zur Unterstützung der Bremsbetätigung.
Unterdruckverstärkereinheit 12 ist mit Ansaugkrümmer 18 des Fahrzeugs über Unterdruckschlauch 20 (der auch jede beliebige Leitung, Rohr oder Durchfluss zwecks Luftströmung sein kann) verbunden. Ansaugkrümmer 18 wird in den Abbildungen schematisch zur Bereitstellung einer Strömungsleitung für Verbrennungsluft oder ein Luft-Brennstoff-Gemisch dargestellt und verbunden mit Zylinderkopf 19 gezeigt. Die Verbrennungsluft fließt durch einen Luftfilter 24 und andere Komponenten des Luftansaugsystems 27 vor dem Luftansaugkrümmer 18. Entsprechend der herkömmlichen Verbrennungsmotortechnik fließt die Luft oder das Luft-Brennstoff-Gemisch in Verbrennungskammer 22 über Tellerventile oder andere Arten von Motorventilen (nicht gezeigt). Auf ähnliche Weise dienen Ventile der Öffnung eines Strömungskanals von Verbrennungskammer 22 über Zylinderkopf 19 zu einem Abgaskrümmer. Der Verbrennungsmotor 26 wird schematisch unter Einbezug eines Hubkolbens 28, einer Kurbelwelle 30 und einer Pleuelstange 32 dargestellt. Details von Verbrennungsmotor 26, Ansaugkrümmer 18 und dem Abgaskrümmer sind hier weggelassen, da sie von herkömmlicher, allgemein bekannter Bauart sind und ihre besonderen Merkmale nicht speziell an die vorliegende Erfindung angepasst sind.
Im Bremskraftverstärkersystem 10 entsprechend dem Stand der Technik ist Unterdruckschlauch 22 mit einem Unterdruckanschluss 36 zwischen Zylinderkopf 19 des Motors und einem Drosselklappenventil 34 verbunden. Ventil 34 regelt den Massendurchsatz der Luft oder des Luft-Kraftstoff-Gemischs zum Motor. In Verbrennungsmotoren mit sogenannter Einlasskanal- oder Ansaugkrümmereinspritzung wird Kraftstoff der Verbrennungsluft zugeführt, nachdem sie Drosselklappenventil 34 passiert hat. Bei älteren Bauformen war Drosselklappenventil 34 Teil eines Vergasers und Kraftstoff wurde dem Gemisch an einem Lufttrichter zugeführt, der sich neben der Position von Ventil 34 befand.
Während des Betriebs von Verbrennungsmotor 26 wird in Ansaugkrümmer 18 ein Unterdruck erzeugt, indem der Luftstrom durch Ventil 34 eingeschränkt und über die Auf- und Abbewegung der Kolben 28 in Verbrennungsmotor 26 gesaugt wird. Auf diese Weise werden Unterdrücke von ca. 0,7 bar in Ansaugkrümmer 18 erreicht (im Leerlauf).
Wie zuvor erwähnt, arbeitet ein Bremskraftverstärkersystem 10 des Stands der Technik zwar zufriedenstellend, jedoch benötigt es das Vorhandensein eines Drosselklappenventils 34 zur Aufrechterhaltung des Ansaugkrümmerunterdrucks zur Versorgung der Unterdruckverstärkereinheit 12.
Das aktive Bremskraftverstärkersystem 38 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in und dargestellt. Viele Komponenten des aktiven Bremskraftverstärkersystems 38 sind identisch mit denen, die zuvor im Zusammenhang mit dem Bremskraftverstärkersystem 10 beschrieben wurden, und werden durch gleiche Referenznummern gekennzeichnet. Wie dargestellt, enthält das aktive Bremskraftverstärkersystem 38 eine Unterdruckverstärkereinheit 12, ein Bremspedal 14, einen Hauptzylinder 16, ein Luftansaugsystem 27 und einen Unterdruckschlauch 20. Außerdem wird das System mit einem Verbrennungsmotor 26 verwendet, welcher über eine Verbrennungskammer 22, einen Ansaugkrümmer 18, einen Kolben 28, eine Kurbelwelle 30 und eine Pleuelstange 32 verfügt.
Das in und dargestellte System unterscheidet sich von dem in gezeigten teilweise durch das Fehlen von Drosselklappenventil 34. Die in und gezeigte Motorbauweise ermöglicht die Steuerung der Motorleistung mit anderen Mitteln. Das aktive Bremskraftverstärkersystem 38 beinhaltet einen Aktuator 40, der die Position von Ansaugkrümmerventil 42 steuert. Ventil 42 wird zwischen zwei Endpositionen beweglich gezeigt. zeigt das Ventil 42 in einem Verstärkerunterdruckhaltemodus, in dem es die Strömung der Ansaugluft durch Ansaugkrümmer 18 zu Motor 26 nicht versperrt. Dieser Betriebszustand entspricht einem Zustand, in dem ausreichend Unterdruck in Unterdruckverstärkereinheit 12 vorhanden ist. Wenn der Bremskraftverstärkerunterdruck abnimmt (d. h. Druck erhöht sich in Richtung Umgebungsdruck), zeigt ein Unterdruckmesswertgeber 44, der sich innerhalb Unterdruckverstärkereinheit 12 oder innerhalb Unterdruckschlauch 20 befinden kann, an, dass der Unterdruck erhöht werden muss (d. h. ein niedrigerer Druck wird benötigt). Ein Signal von Messwertgeber 44 wird an Regler 46 gesandt, der die Betätigung von Ventil 42 durch Steuersignale an Aktuator 40 steuert. Wenn sich Ventil 42 in der in gezeigten Position befindet, blockiert es den Luftstromkanal zwischen Ansaugkrümmer 18 und Verstärker 12. Dies verhindert, dass Luft mit höherem Druck Bremskraftverstärker 12 füllt, wodurch das gewünschte Vakuum aufrechterhalten wird.
In einem Zustand, in dem Unterdruck für Verstärker 12 benötigt wird, wie durch ein Signal von Druckmessgeber 44 mittels Anzeige eines Luftdrucks über einem vorbestimmten Wert (Hochdruckgrenzwert) angezeigt wird, bewegt Aktuator 40 Ansaugkrümmerventil 42 in eine Position, die den Kanal der Verbrennungsluft durch das Luftansaugsystem, wie in gezeigt, teilweise oder vollständig schließt. In diesem Fall senkt die Pumpwirkung des Motors den Ansaugkrümmerdruck durch Entleeren von Ansaugkrümmer 18, Unterdruckschlauch 20 und Unterdruckverstärkereinheit 12. und zeigen Ventilkammer 48 verbunden mit Unterdruckschlauch 20. Alternativ könnte Schlauch 20 jedoch auch direkt mit einer Ansaugkrümmeröffnung nach Ventil 48 verbunden werden. Wenn ein gewünschter Unterdruckpegel (d. h. niedriger Druck) erreicht ist, was durch ein Signal von Druckmessgeber 44 mittels Anzeige eines Luftdrucks unter einem vorbestimmten Wert (Niederdruckgrenzwert) angezeigt wird, kann das System wieder zur „Unterdruckhalte”-Konfiguration gemäß Darstellung in zurückkehren.
Aufgrund der starken Pumpwirkung eines typischen Verbrennungsmotors kann eine ausreichende Druckentleerung in einer extrem kurzen Zeit erfolgen, z. B. in weniger als einer Sekunde und vorzugsweise in weniger als 400 ms. Ansaugkrümmerventil 42 kann also periodisch nach Bedarf kurzzeitig betätigt werden, um den gewünschten Verstärkungsunterdruck zu liefern. Es lassen sich auch andere Betriebsansätze verwenden, so z. B. die Betätigung von Ventil 42 zum teilweisen Versperren des Luftstromkanals durch das Luftansaugsystem 27 nach Bedarf, um den gewünschten niedrigen Druck in der Verstärkereinheit 12 zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass Ventil 42 anhand der Regelung des Unterdrucks für Verstärker 12 betätigt und nicht anhand einer Fahrereingabe zur Leistungssteuerung des Motors gesteuert wird.
Obwohl die obige Beschreibung die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wird anerkannt, dass die Erfindung empfänglich für Modifikation, Variation und Änderung ist, ohne von dem eigentlichen Umfang und der sinngemäßen Bedeutung der begleitenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Bremskraftverstärkersystem für ein Kraftfahrzeug eines Typs, der über einen Verbrennungsmotor mit einem drosselklappenlosen Ansaugkrümmer, ein Luftansaugsystem und einen unterdruckbetätigten Bremskraftverstärker verfügt, welcher Folgendes beinhaltet: einen Unterdruckmesswertgeber zur Messung des Drucks im Bremskraftverstärker und zur Erzeugung eines Unterdrucksignals, einen Schlauch, der den Bremskraftverstärker mit dem Ansaugkrümmer verbindet, ein Ventil, das zwischen einer ersten Position, die den Luftstrom durch das Luftansaugsystem mindestens teilweise blockiert und dadurch Unterdruck im Ansaugkrümmer erzeugt, und einer zweiten Position, in der das Ventil den Luftstromkanal durch das Luftansaugsystem nicht versperrt, beweglich ist, einen Aktuator zur Steuerung der Position des Ventils aufgrund der Drucksignale, um den gewünschten Unterdruck im Bremskraftverstärker aufrechterhalten zu können, und einen Regler zum Empfang des Unterdrucksignals und zur Ausgabe eines Ansteuersignals für den Aktuator.
Bremskraftverstärkersystem nach Anspruch 1, in welchem das Ventil weiterhin einen Strömungskanal zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Bremskraftverstärker schließt, wenn sich das Ventil in der zweiten Position befindet, und somit den Unterdruck im Bremskraftverstärker aufrechterhält.
Bremskraftverstärkersystem nach Anspruch 1, in dem das Ventil in der ersten Position den Luftstrom durch das Luftansaugsystem vollkommen versperrt.
Bremskraftverstärkersystem nach Anspruch 1, in dem das Ventil in der ersten Position den Luftstrom durch das Luftansaugsystem teilweise versperrt.
Bremskraftverstärkersystem nach Anspruch 1, in dem der Regler den Aktuator ansteuert, um das Ventil in die erste Position zu bewegen, wenn der Luftdruck im Bremskraftverstärker über einem ersten vorbestimmten Wert liegt, und das Ventil in die zweite Position bewegt, wenn der Luftdruck im Bremskraftverstärker unter einem zweiten vorbestimmten Wert liegt.
Bremskraftverstärkersystem nach Anspruch 1, in dem der Regler das Ventil so betätigt, dass es sich für eine Dauer von weniger als einer Sekunde in die erste Position bewegt.
Bremskraftverstärkersystem nach Anspruch 1, in dem der Regler das Ventil so betätigt, dass es sich für eine Dauer von weniger als 400 ms in die erste Position bewegt.
Verfahren zur Betätigung eines Bremskraftverstärkersystems für ein Kraftfahrzeug eines Typs, der über einen Verbrennungsmotor mit einem drosselklappenlosen Ansaugkrümmer, ein Luftansaugsystem und einen unterdruckbetätigten Bremskraftverstärker verfügt, welches Folgendes beinhaltet: Bereitstellung eines Unterdruckmesswertgebers zur Messung des Drucks im Bremskraftverstärker und zur Erzeugung eines Unterdrucksignals, Bereitstellung eines Schlauchs, der den Bremskraftverstärker mit dem Ansaugkrümmer verbindet, Bereitstellung eines Ventils, das sich zwischen einer ersten Position, die den Luftstrom durch das Luftansaugsystem mindestens teilweise blockiert und dadurch Unterdruck im Ansaugkrümmer erzeugt, und einer zweiten Position, in der das Ventil den Luftstromkanal durch das Luftansaugsystem nicht versperrt, bewegt, Bereitstellung eines Aktuators zur Steuerung des Ventils aufgrund der Drucksignale, um den gewünschten Unterdruck im Bremskraftverstärker aufrechterhalten zu können, und Empfang des Unterdrucksignals und Bereitstellung eines Ansteuersignals für den Aktuator, wodurch das Ventil zur Bewegung in die erste Position veranlasst wird, wenn der Luftdruck im Bremskraftverstärker über einem ersten vorbestimmten Wert liegt, und das Ventil zur Bewegung in die zweite Position veranlasst wird, wenn der Luftdruck im Bremskraftverstärker unter einem zweiten vorbestimmten Wert liegt.
Verfahren zur Betätigung eines Bremskraftverstärkersystems nach Anspruch 8, in welchem das Ventil weiterhin einen Strömungskanal zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Bremskraftverstärker schließt, wenn sich das Ventil in der zweiten Position befindet, und somit den Unterdruck im Bremskraftverstärker aufrechterhält.
Verfahren zur Betätigung eines Bremskraftverstärkersystems nach Anspruch 8, in dem das Ventil in der ersten Position den Luftstrom durch das Luftansaugsystem vollkommen versperrt.
Verfahren zur Betätigung eines Bremskraftverstärkersystems nach Anspruch 8, in dem das Ventil in der ersten Position den Luftstrom durch das Luftansaugsystem teilweise versperrt.
Verfahren zur Betätigung eines Bremskraftverstärkersystems nach Anspruch 8, bei dem außerdem das Ventil für eine Dauer von weniger als einer Sekunde in der ersten Position beibehalten wird.
Verfahren zur Betätigung eines Bremskraftverstärkersystems nach Anspruch 11, bei dem außerdem das Ventil für eine Dauer von weniger als 400 ms in der ersten Position beibehalten wird.