DE102014215004B4 - Brennkraftmaschine mit Bypasskanal zur Verstärkung des Unterdrucks in einem Bremskraftverstärker - Google Patents

Brennkraftmaschine mit Bypasskanal zur Verstärkung des Unterdrucks in einem Bremskraftverstärker Download PDF

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Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (12) umfassenda) einen Luft-Ansaugkanal (20), über den ein Motorluftstrom von einem Luftfilter (22) über eine Drosselklappe (26) und ein Saugrohr (30) dem Zylinder (12) zuführbar ist,b) einen vom Luftfilter (22) an der Drosselklappe (26) vorbeiführenden ersten Bypasskanal (32) für den Betrieb einer Saugstrahlpumpe (34) zur Unterdruckverstärkung für einen Bremskraftverstärker (36) undeinen an der Drosselklappe (26) vorbeiführenden, mindestens zweiten Bypasskanal (42), wobeic) ein Schaltelement (70) zur Drosselung und/oder Abschaltung des zweitenBypasskanals (42) vorgesehen ist,dadurch gekennzeichnet,dass ein separates Steuer- oder Regelorgan für den ersten Bypasskanal (32) und für den zweiten Bypasskanal (42) vorgesehen ist,als Schaltelement (70) ein 2/3-Wegeventil vorgesehen ist, das einen zwischen Luftfilter (22) und Schaltelement (70) führenden Verbindungskanal (68) wahlweise mit dem ersten Bypasskanal (32) oder mit dem zweiten Bypasskanal (42) koppelt oderals Schaltelement (70) ein 3/3-Wegeventil vorgesehen ist, das einen zwischen Luftfilter (22) und Schaltelement (70) führenden Verbindungskanal (68) mit dem ersten Bypasskanal (32), und/oder mit dem zweiten Bypasskanal (42) koppelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nämlich eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder umfassend
    1. a) einen Luft-Ansaugkanal, über den ein Motorluftstrom von einem Luftfilter über eine Drosselklappe und ein Saugrohr dem Zylinder zuführbar ist,
    2. b) einen ersten vom Luftfilter an der Drosselklappe vorbeiführenden Bypasskanal für den Betrieb einer Saugstrahlpumpe zur Unterdruckverstärkung für einen Bremskraftverstärker und
    3. c) mindestens einen zweiten, an der Drosselklappe vorbeiführenden Bypasskanal, wobei
    4. d) ein Schaltelement zur Drosselung und/oder Abschaltung des zweiten Bypasskanals vorgesehen ist.
  • Aus DE 196 22 378 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem über eine Drosselklappe führenden Luftansaugkanal und einem ersten schaltbaren Bypasskanal bekannt.
  • Aus DE 41 06 774 A1 ist eine blockiergeschützte Bremsanlage mit einem Bremskraftverstärker für ein mit einer Brennkraftmaschine betriebenes Kraftfahrzeug bekannt, bei welcher der Bremskraftverstärker mit einem Unterdruck erzeugenden Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden ist.
  • Aus DE 10 2012 202 405 A1 ist ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Bypasskanal für eine schaltbare Saugstrahlpumpe bekannt, wobei die Gehäuseentlüftung der Brennkraftmaschine aktiv mittels Saugstrahlpumpe unterstützt wird.
  • Aus DE 195 03 568 A1 und DE 10 2005 031 744 ist es bekannt, Brennkraftmaschinen mit einem ersten Bypasskanal für eine Saugstrahlpumpe auszubilden und die Saugstrahlpumpe zu- und abschaltbar auszubilden. Bei Abschaltung der Saugstrahlpumpe kann der Bremskraftverstärker bedarfsweise mit Unterdruck aus dem Saugrohr der Brennkraftmaschine unterstützt.
  • Aus US 2013 / 0 340 732 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass auch bei geringen Drehzahlen bedarfsweise ein hoher Unterdruck zur Unterstützung des Bremskraftverstärkers zur Verfügung steht.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder umfasst:
    1. a) einen Luft-Ansaugkanal, über den ein Motorluftstrom von einem Luftfilter über eine Drosselklappe und ein Saugrohr dem Zylinder zuführbar ist,
    2. b) einen von Luftfilter an der Drosselklappe vorbeiführenden ersten Bypasskanal für den Betrieb einer Saugstrahlpumpe zur Unterdruckverstärkung für einen Bremskraftverstärker und
    3. c) einen an der Drosselklappe vorbeiführenden mindestens zweiten Bypasskanal, wobei ferner
    4. d) ein Schaltelement zur Drosselung und/oder Abschaltung des zweiten Bypasskanals vorgesehen ist,

    wobei ein separates Steuer- oder Regelorgan für den ersten Bypasskanal und für den zweiten Bypasskanal vorgesehen ist,
    wobei als Schaltelement ein 2/3-Wegeventil vorgesehen ist, das einen zwischen Luftfilter und Schaltelement führenden Verbindungskanal wahlweise mit dem ersten Bypasskanal oder mit dem zweiten Bypasskanal koppelt oder
    wobei als Schaltelement ein 3/3-Wegeventil vorgesehen ist, das einen zwischen Luftfilter und Schaltelement führenden Verbindungskanal mit dem ersten Bypasskanal, und/oder mit dem zweiten Bypasskanal koppelt.
  • Wenn ein separates Steuer- oder Regelorgan für den ersten Bypasskanal und für den zweiten Bypasskanal vorgesehen sind, kann der zweite Bypasskanal auch bedarfsweise nur in seiner Funktionsweise unabhängig von dem ersten Bypasskanal gedrosselt werden, um die Kurbelgehäusedurchlüftung teilweise aufrecht zu erhalten.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den zweiten Bypasskanal zu schließen oder zumindest zu drosseln, um die Wirkung des ersten Bypasskanals zum Betrieb einer Saugstrahlpumpe zu erhöhen. Ein solches Schaltelement kann zu relativ geringen Kosten und mit relativ geringem konstruktiven Aufwand bei Brennkraftmaschinen installiert oder nachgerüstet werden. Darüber hinaus hat eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine den Vorteil, dass sie im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen eine kleine Dimensionierung einer Saugstrahlpumpe ermöglicht und ggf. auf weitere Mittel zur Unterdruckunterstützung eines Bremskraftverstärkers verzichtet werden kann. Daraus resultiert ein geringer Energieaufwand bzw. ein geringer Kraftstoffverbrauch. Ferner kann die Saugstrahlpumpe nur bedarfsweise und ggf. auch mit eingeschränkter Wirkung betrieben werden.
  • Wenn das Schaltelement ein 2/3-Wegeventil ist, das einen zwischen Luftfilter und Schaltelement führenden Verbindungskanal wahlweise mit dem ersten Bypasskanal oder mit dem zweiten Bypasskanal koppelt, ergibt sich ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau, der nicht nur mit geringen Herstellungskosten, sondern auch mit einer hohen Lebensdauer und einem geringen Ausfallrisiko verbunden ist. Ein solches 2/3-Wegeventil ist insbesondere für solche Brennkraftmaschinen geeignet, die nur in einem kleinen Drehzahlbereich, insbesondere bei Leerlaufdrehzahl, eine Aktivierung der Saugstrahlpumpe erfordern und ansonsten eine kontinuierliche Aktivierung des Spülluftkanals ermöglichen.
  • Wenn das Schaltelement ein 3/3-Wegeventil ist, das einen zwischen Luftfilter und Schaltelement führenden Verbindungskanal mit dem ersten Bypasskanal und/oder mit dem zweiten Bypasskanal koppelt, kann auf einfache und kostengünstige Weise auch ein Mischbetrieb realisiert werden, d.h. eine Betriebsart, bei welcher sowohl der erste Bypasskanal als auch der zweite Bypasskanal geöffnet sind.
  • In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist der zweite Bypasskanal ein vom Luftfilter zu einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine führender Spülluftkanal, insbesondere für eine sogenannte Kurbelgehäusedurchlüftung, welche auch positive crankcase ventilation (PCV) genannt wird. In diesem Fall kann der zweite Bypasskanal ohne Weiteres gedrosselt oder vollständig deaktiviert werden, um die in dem ersten Bypasskanal angeordnete Saugstrahlpumpe aktivieren bzw. deren Leistung durch Abschaltung des zweiten Bypasskanals erhöhen zu können.
  • In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist in dem Luft-Ansaugkanal ein Abgasturbolader und/oder ein Ladeluftkühler angeordnet. Derartige Elemente sind in jüngerer Zeit zunehmend in Brennkraftmaschinen mit relativ kleinem Hubraum (insbesondere weniger als 1.500 cm3) vorgesehen, bei welchem eine verbesserte Unterdruckunterstützung mittels einer Saugstrahlpumpe besonders wertvoll ist, da der Saugrohrunterdruck sowie der bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen mit Saugstrahlpumpen erzeugte Unterdruck oft nicht ausreicht, um den Bremskraftverstärker mit ausreichendem Unterdruck zu versorgen.
  • Eine zusätzliche Versorgung des Bremskraftverstärkers mit Unterdruck kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine über einen vom Saugrohr zum Bremskraftverstärker führenden Fluidkanal erfolgen. Ein solcher Fluidkanal wird vorzugsweise als primäre Unterdruckversorgung für den Bremskraftverstärker verwendet und die erfindungsgemäße Gestaltung für eine weitere (sekundäre) oder alternative Unterdruckunterstützung eingesetzt.
  • Als ein besonders einfaches und kostengünstig verfügbares Schaltelement kann bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ein nur auf den zweiten Bypasskanal wirkender Ein-/Aus-Schalter oder ein Drosselorgan vorgesehen sein, wobei ein Ein-/Aus-Schalter mit geringeren Kosten verbunden ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn das Schaltelement elektrisch oder pneumatisch gesteuert ist, wobei eine pneumatische Betätigung des Schaltelements aus Kostengründen bevorzugt ist. Eine elektrische Betätigung des Schaltelements eröffnet dagegen größere Möglichkeiten der Steuerung und/oder Regelung und ist insoweit zu bevorzugen, wenn ein Mischbetrieb oder ein Drosselbetrieb, d.h. eine teilweise Reduzierung der Funktion des ersten Bypasskanals und/oder des zweiten Bypasskanals vorgesehen sein soll.
  • Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
  • Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Zylinder 12 in einem Zylinderkurbelgehäuse 14, einen Zylinderkopf 16 und eine Zylinderkopfhaube 18.
  • Über einen Luft-Ansaugkanal 20 wird Luft in bekannter Art und Weise von einem Luftfilter 22, über einen Abgasturbolader 24, eine Drosselklappe 26, und einen Ladeluftkühler 28 zu einem Saugrohr 30 geleitet. Von dem Saugrohr 30 wird die Luft in bekannter Art und Weise bedarfsweise dem Zylinder 12 zugeführt.
  • Über einen ersten Bypasskanal 32 wird ein Luftstrom vom Luftfilter 22 an der Drosselklappe 26 vorbeigeführt, um eine Saugstrahlpumpe 34 zu betreiben. Diese Saugstrahlpumpe 34 ist über einen Verbindungskanal 38 und ein darin angeordnetes Rückschlagventil 40 funktional mit einem Bremskraftverstärker 36 verbunden und dient zur Unterdruckverstärkung des Bremskraftverstärkers 36. Der erste Bypasskanal 32 mündet im Saugrohr 30.
  • Über einen zweiten Bypasskanal 42, der als Spülluftkanal 44 dient, wird Luft von dem Luftfilter 22 an der Drosselklappe 26 vorbei durch das Zylinderkurbelgehäuse 14 geleitet, um in bekannter Art und Weise unter zusätzlichem Einsatz eines funktional an das Zylinderkurbelgehäuse 14 angeschlossenen Ölabscheiders 46 Wasser und Kraftstoff aus dem Öl auszutragen. Dieses Verfahren wird auch als positive crankcase ventilation (PCV) bezeichnet. Funktional zwischen dem Ölabscheider 46 und dem Saugrohr 30 angeordnet sind ein Druckregelventil 48 und ein Rückschlagventil 50. Um die Luftmenge durch den zweiten Bypasskanal 42 zu begrenzen, ist eine Verengung 72 (Drossel) vorgesehen. Ein Rückschlagventil 74 stellt ferner sicher, dass Luft nur in eine gewünschte Richtung durch das Zylinderkurbelgehäuse 14 strömt.
  • Der Bremskraftverstärker 36 ist in der gezeigten Ausführungsform über einen Fluidkanal 52 und ebenfalls mit dem Saugrohr 30 verbunden. Dies ermöglicht es, dem Bremskraftverstärker 36 über einen im Saugrohr 30 vorhandenen Unterdruck auch dann zu unterstützen, wenn die Saugstrahlpumpe 34 nicht aktiv ist. Über ein Rückschlagventil 54 wird sichergestellt, dass ein etwaiger Überdruck im Bremskraftverstärker 36 gegenüber dem Saugrohr 30 nicht auf das Saugrohr 30 übertragen wird. Über Druckmessgeräte 56, 58 wird der aktuelle Druck im Saugrohr 30 und im Bremskraftverstärker 36 gemessen. Die gemessenen Werte sowie die Stellung der Drosselklappe 26 werden über Signalleitungen 60, 62, 64 an das Motorsteuergerät 66 übermittelt.
  • Wie in 1 erkennbar, sind die erste Bypassleitung 32 und die zweite Bypassleitung 42 in der gezeigten Ausführungsform nur über einen einzigen Verbindungskanal 68 mit dem Luftfilter 22 verbunden. Dieser Verbindungskanal 68 führt zu einem Schaltelement 70, das in der gezeigten Ausführungsform ein 3/2-Wegeventil ist. In der gezeigten Stellung verbindet das Schaltelement 70 den Verbindungskanal 68 mit dem zweiten Bypasskanal 42 und sperrt den ersten Bypasskanal 32. Wird das Schaltelement 70 (durch Verschiebung nach rechts) in seine zweite Schaltstellung gebracht, verbindet es den Verbindungskanal 68 mit dem ersten Bypasskanal 32 und sperrt den zweiten Bypasskanal 42. Luft strömt gemäß der gezeigten Ausführungsform daher immer nur durch den ersten Bypasskanal 32 (Saugstrahlpumpe aktiv) oder durch den zweiten Bypasskanal 42 (PCV aktiv).
  • In der gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10 der zweite Bypasskanal 42 geöffnet ist und der Bremskraftverstärker 36 ausreichende Unterdruckunterstützung über das Saugrohr 30 erhält. Erreicht der Unterdruck im Bremskraftverstärker 36 einen gewissen Schwellwert (z.B. 500 mbar), werden mit Hilfe des Schaltelements 70 der zweite Bypasskanal 42 geschlossen und gleichzeitig der erste Bypasskanal 32 geöffnet, um mit Hilfe der Saugstrahlpumpe 34 und durch zusätzliche Sperrung des zweiten Bypasskanals 44 eine ausreichende Unterdruckverstärkung im Bremskraftverstärker 36 zu erzielen.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
  • Diesbezüglich wird insbesondere auf die Möglichkeiten verwiesen,
    • - anstelle des in Verbindung mit 1 beschriebenen Schaltelements 70 ein 3/3-Wegeventil einzusetzen, das in einer weiteren Schaltstellung auch die gleichzeitige Öffnung des ersten Bypasskanals 32 und des zweiten Bypasskanals 42 ermöglicht,
    • - anstelle des in Verbindung mit 1 beschriebenen Schaltelements 70 eine Drosselmöglichkeit oder einen einfachen Ein-/Aus-Schalter nur für den zweiten Bypasskanal 42 vorzusehen,
    • - anstelle des in Verbindung mit 1 beschriebenen Schaltelements 70 separate Drosselmöglichkeiten oder Ein-/Aus-Schalter für den ersten Bypasskanal 32 und für den zweiten Bypasskanal 42 vorzusehen,
    • - auf Abgasturbolader 24 und/oder Ladeluftkühler 28 zu verzichten und/oder
    • - auf den in Verbindung mit 1 beschriebenen Fluidkanal 52 zu verzichten und einen Unterdruck im Bremskraftverstärker 36 ausschließlich über die Saugstrahlpumpe 34 und (optional auch mit weiteren, anderen geeigneten Mitteln) zu erzielen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Brennkraftmaschine
    12
    Zylinder
    14
    Zylinderkurbelgehäuse
    16
    Zylinderkopf
    18
    Zylinderkopfhaube
    20
    Luft-Ansaugkanal
    22
    Luftfilter
    24
    Abgasturbolader
    26
    Drosselklappe
    28
    Ladeluftkühler
    30
    Saugrohr
    32
    erster Bypasskanal
    34
    Saugstrahlpumpe
    36
    Bremskraftverstärker
    38
    Verbindungskanal
    40
    Rückschlagventil
    42
    zweiter Bypasskanal
    44
    Spülluftkanal
    46
    Ölabscheider
    48
    Druckregelventil
    50
    Rückschlagventil
    52
    Fluidkanal
    54
    Rückschlagventil
    56
    Druckmessgerät
    58
    Druckmessgerät
    60
    Signalleitung
    62
    Signalleitung
    64
    Signalleitung
    66
    Motorsteuergerät
    68
    Verbindungskanal
    70
    Schaltelement
    72
    Verengung
    74
    Rückschlagventil

Claims (6)

  1. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (12) umfassend a) einen Luft-Ansaugkanal (20), über den ein Motorluftstrom von einem Luftfilter (22) über eine Drosselklappe (26) und ein Saugrohr (30) dem Zylinder (12) zuführbar ist, b) einen vom Luftfilter (22) an der Drosselklappe (26) vorbeiführenden ersten Bypasskanal (32) für den Betrieb einer Saugstrahlpumpe (34) zur Unterdruckverstärkung für einen Bremskraftverstärker (36) und einen an der Drosselklappe (26) vorbeiführenden, mindestens zweiten Bypasskanal (42), wobei c) ein Schaltelement (70) zur Drosselung und/oder Abschaltung des zweiten Bypasskanals (42) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Steuer- oder Regelorgan für den ersten Bypasskanal (32) und für den zweiten Bypasskanal (42) vorgesehen ist, als Schaltelement (70) ein 2/3-Wegeventil vorgesehen ist, das einen zwischen Luftfilter (22) und Schaltelement (70) führenden Verbindungskanal (68) wahlweise mit dem ersten Bypasskanal (32) oder mit dem zweiten Bypasskanal (42) koppelt oder als Schaltelement (70) ein 3/3-Wegeventil vorgesehen ist, das einen zwischen Luftfilter (22) und Schaltelement (70) führenden Verbindungskanal (68) mit dem ersten Bypasskanal (32), und/oder mit dem zweiten Bypasskanal (42) koppelt.
  2. Brennkraftmaschine nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bypasskanal (42) ein vom Luftfilter (22) zu einem Zylinderkurbelgehäuse (14) der Brennkraftmaschine (10) führender Spülluftkanal (44) ist.
  3. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luft-Ansaugkanal (20) ein Abgasturbolader (24) und/oder ein Ladeluftkühler (28) angeordnet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Saugrohr (30) zum Bremskraftverstärker (36) führender Fluidkanal (52) vorgesehen ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelement (70) ein nur auf den zweiten Bypasskanal (42) wirkender Ein-/Aus-Schalter oder ein Drosselorgan vorgesehen ist.
  6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (70) elektrisch oder pneumatisch gesteuert ist.
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