DE102014222941A1

DE102014222941A1 - Vacuum booster

Info

Publication number: DE102014222941A1
Application number: DE102014222941.3A
Authority: DE
Inventors: Jon Edward Caine
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-05-21
Also published as: GB2520283B; CN204250012U; GB2520283A; GB201320090D0

Abstract

Eine Fahrzeugkraftmaschine mit einem Lufteinlass, der einen Krümmerunterdruck P2 erzeugt, einer Drossel 3 und einer Umgebungsluftzufuhr 4. Anstelle einer Unterdruckpumpe wird ein passives Unterdruckverstärkungssystem zur Versorgung des Unterdruckbehälters 6 bereitgestellt. In diesem System wird eine Pumpe 10 durch die Druckdifferenz zwischen dem Krümmerunterdruck 2 und dem Umgebungsdruck betrieben, um einen höheren Unterdruck im Behälter 6 zu erzeugen. Zu diesem Zweck hat der Verstärker eine große und eine kleine Kammer 12, 14 mit einer gemeinsamen Kolbenanordnung 13, 15. Die kleinere Kammer 14 speist/leert den Behälter 6 über eine Anordnung von Rückschlagventilen 32, 34, und der Kolben bewegt sich, gesteuert durch eine Ventilanordnung 20, möglicherweise mit zusätzlicher elektronischer Steuerung, hin und her.A vehicle engine having an air intake that generates a manifold vacuum P2, a throttle 3, and an ambient air supply 4. Instead of a vacuum pump, a passive vacuum boosting system is provided for supplying the vacuum reservoir 6. In this system, a pump 10 is operated by the pressure difference between the manifold vacuum 2 and the ambient pressure to produce a higher negative pressure in the container 6. For this purpose, the booster has a large and a small chamber 12, 14 with a common piston assembly 13, 15. The smaller chamber 14 feeds / empties the container 6 via an array of check valves 32, 34, and the piston moves, controlled by a valve assembly 20, possibly with additional electronic control, back and forth.

Description

Bei einer modernen Downsizing-Kraftmaschine ist der vom Krümmer der Kraftmaschine verfügbare Unterdruck stärker begrenzt, als dies in der Vergangenheit der Fall war. Infolgedessen sind modernere Kraftmaschinen mit Unterdruckpumpen ausgestattet, die ausreichend Unterdruck für das Bremssystem bereitstellen. Siehe etwa die Anmeldung US 2012/138005 A1 des Anmelders. Der Einbau der Unterdruckpumpe führt zu Verlusten aufgrund der Reibung beim Antreiben der Pumpe. Ein Verzicht auf den Einsatz von Unterdruckpumpen ist wünschenswert, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.In a modern downsizing engine, the negative pressure available from the manifold of the engine is more limited than in the past. As a result, more modern engines are equipped with vacuum pumps that provide sufficient vacuum for the brake system. See about the application US 2012/138005 A1 of the applicant. The installation of the vacuum pump leads to losses due to the friction when driving the pump. Dispensing with the use of vacuum pumps is desirable to improve fuel economy.

Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und umfasst in den Ausführungsformen die Verwendung einer passiven Pumpe, beispielsweise einer Umschaltpumpe, die durch den Krümmerunterdruck oder möglicherweise Überdruck betrieben wird, um einen im Vergleich zur Krümmerzufuhr erhöhten Bremsunterdruck zu erzeugen.The invention is defined in claim 1 and includes in the embodiments the use of a passive pump, such as a switching pump, operated by manifold vacuum or possibly overpressure to produce increased brake vacuum compared to manifold supply.

Die Pumpe kann aus zwei miteinander verbundenen Kolben-/Zylindereinheiten mit unterschiedlicher Fläche bestehen, um einen verstärkenden Effekt zu erzeugen, wobei die eine Seite oder der Zylinder mit dem Krümmer und die andere Seite mit dem Bremsunterdruckbehälter verbunden ist. Der Betrieb des Systems wird durch eine Reihe von Rückschlagventilen und eine Umschaltventil-Konfiguration geregelt. Elektronische Steuerung kann überlagert werden, um die rein mechanische Steuerung des Systems aufzuheben, um bestimmte Umstände mit zu berücksichtigen, wie beispielsweise das Fahren in großer Höhe oder unter anderen ungewöhnlichen Bedingungen.The pump may consist of two interconnected piston / cylinder units of different area to produce a reinforcing effect, with one side or cylinder connected to the manifold and the other side to the brake vacuum reservoir. Operation of the system is controlled by a series of check valves and a change-over valve configuration. Electronic control can be superimposed to override the purely mechanical control of the system to take into account certain circumstances, such as driving at high altitude or under other unusual conditions.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden jetzt beispielhaft Ausführungsformen derselben beschrieben, mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, wobei die Figur einen die Erfindung darstellenden Pneumatikkreis für eine Kraftmaschine zeigt.For a better understanding of the invention, embodiments thereof will now be described by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which the figure shows a pneumatic circuit for an engine embodying the invention.

Bezug nehmend auf das Diagramm, ist das gezeigte Pneumatiksystem in der Darstellung zwischen dem Lufteinlass oder dem Krümmerunterdruck 2 einer Kraftmaschine und dem Bremsunterdruckbehälter 6 verbunden. Die Drücke in diesen Kammern sind P2 bzw. P3. Die Hauptkomponente ist eine Pumpe 10 mit zwei Kammern unterschiedlicher Größe (d. h. Querschnitte), und zwar einer großen Eingangskammer oder einem großen Zylinder 12 und einer kleinen Ausgangskammer 14. Im Inneren dieser Kammern befindet sich ein Doppelkolben mit einem großen Kolben 13, der in der großen Kammer gleitet, und einem kleinen Kolben 15 in der kleinen Kammer. Die beiden Kolben sind an den beiden Enden einer Verbindungsstange oder eines Verbindungsstabs 19 befestigt. Zwischen den Kolben ist eine variable mittlere Kammer 16 mit dem großen Durchmesser an einem Ende und dem kleinen Durchmesser am anderen Ende definiert. Die Kolbenanordnung ist im Diagramm durch eine Rückstellfeder 18 nach rechts vorgespannt, d. h., dass die kleine Kammer 14 minimiert wird.Referring to the diagram, the pneumatic system shown is in the representation between the air intake or the manifold vacuum 2 an engine and the brake vacuum reservoir 6 connected. The pressures in these chambers are P2 and P3, respectively. The main component is a pump 10 with two chambers of different sizes (ie cross-sections), namely a large inlet chamber or a large cylinder 12 and a small exit chamber 14 , Inside these chambers is a double piston with a large piston 13 , which slides in the big chamber, and a small piston 15 in the small chamber. The two pistons are at the two ends of a connecting rod or a connecting rod 19 attached. Between the pistons is a variable middle chamber 16 defined with the large diameter at one end and the small diameter at the other end. The piston assembly is in the diagram by a return spring 18 biased to the right, ie, that the small chamber 14 is minimized.

Der Einlass der Pumpe, d. h. die große Kammer 12, wird von der Krümmerseite über eine noch zu beschreibende Ventilanordnung 20 versorgt. Der Auslass ist über ein Rückschlagventil 32 mit dem Bremsunterdruckbehälter 6 verbunden. Saubere Umgebungsluft 4, die über einen Filter bei Druck P1 ankommt, kann über ein Umgebungsrückschlagventil 34 mit der kleinen Kammer 14 der Pumpe verbunden werden, wie noch erklärt wird.The inlet of the pump, ie the big chamber 12 , Is from the manifold side via a valve assembly to be described 20 provided. The outlet is via a check valve 32 with the brake vacuum reservoir 6 connected. Clean ambient air 4 , which arrives via a filter at pressure P1, can via an environmental check valve 34 with the small chamber 14 be connected to the pump, as will be explained.

Ein Aktivierungsventil 22 auf der Einlassseite der Pumpe steuert, ob die große Kammer 12 verbunden oder getrennt ist. Das Aktivierungsventil 22 wird durch eine Feder 22a in die geschlossene Stellung vorgespannt und wird geöffnet, wenn der Krümmerunterdruck um einen vorbestimmten Betrag größer ist als der Bremsunterdruck und die Feder überwindet.An activation valve 22 on the inlet side of the pump controls whether the big chamber 12 connected or disconnected. The activation valve 22 is by a spring 22a biased to the closed position and is opened when the manifold negative pressure by a predetermined amount is greater than the brake vacuum and the spring overcomes.

Auf der Einlassseite des Aktivierungsventils befindet sich ein Umschaltventil 24, das in der einen Stellung mit dem Krümmer 2 und in der anderen mit der Umgebungsluft 4 verbunden ist. Das Umschaltventil wird bewegt durch eine Steuerstange oder ein mechanisches Gestänge 26, auf das der große Kolben 13 wirkt, wie noch erklärt wird. Umgebungsdruck (P1) ist ebenfalls permanent mit der mittleren Kammer 16 der Pumpe und, über ein Rückschlagventil 34 andersherum von Ventil 32, mit der kleinen Kammer 14 verbunden. Der Krümmer ist über ein Rückschlagventil 30 mit dem Unterdruckbehälter 6 verbunden, wodurch gestattet wird, dass Luft vom Behälter in den Krümmer strömen kann, aber nicht andersherum.On the inlet side of the activation valve is a changeover valve 24 in one position with the manifold 2 and in the other with the ambient air 4 connected is. The switching valve is moved by a control rod or a mechanical linkage 26 to which the big piston 13 acts, as will be explained. Ambient pressure (P1) is also permanent with the middle chamber 16 the pump and, via a check valve 34 vice versa of valve 32 , with the small chamber 14 connected. The manifold is via a check valve 30 with the vacuum tank 6 which allows air to flow from the container into the manifold, but not the other way round.

Der Betrieb des Unterdruckverstärkungssystems ist wie folgt:

– Wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist: Das gesamte System ist bei Umgebungsdruck, und die Pumpe steht still; die Rückstellfeder 18 drückt den Kolben in die kleine Kammer 14, und das System ist in Ruhestellung.
– Wenn die Kraftmaschine gestartet wird: Die Kraftmaschine zieht einen Krümmerunterdruck in den Einlass 2. Das Krümmer-Rückschlagventil 30 öffnet sich und zieht Bremsunterdruck in den Bremsunterdruckbehälter 6. Dies wird fortgesetzt, solange P3 > P2 ist. Das Aktivierungsventil 22 wird geschlossen gehalten, während P3>P2 ist, sodass der Einlass zum großen Kolben 13 vom Umschaltventil 24 getrennt bleibt. Dadurch wird die Pumpe in ihrer Leerlaufstellung gehalten. Wenn der Bremsbehälter 6 evakuiert wird, um den Druck im Lufteinlasskrümmer 2 anzugleichen (P3 <= P2): Das Aktivierungsventil 22 öffnet sich und verbindet das Umschaltventil 24 mit der großen Kammer 12; Anfänglich bewegt sich die Steuerstange 26, auf die der große Kolben 13 wirkt, selbst durch die Rückstellfeder 18 nach rechts und wird dahingehend eingestellt, den Krümmerdruck P2 zur großen Kammer 12, wie gezeigt, umzuleiten. Der Zyklus beginnt: Die große Kammer 12 wird durch den Krümmerunterdruck P2 evakuiert, sodass der Umgebungsdruck in der mittleren Kammer 16 auf den Kolben eine Kraft nach links ausübt. Dadurch wird der kleine Kolben 15 gezogen, wodurch die zugehörige Kammer 14 ausgedehnt wird. Sobald der Druck in der kleinen Kammer 14 kleiner als der Bremsunterdruck P3 ist, öffnet sich das Ausgangsrückschlagventil 32, und die Luft wird aus dem Bremsunterdruckbehälter 6 gezogen.

The operation of the vacuum boosting system is as follows:

- When the engine is off: The entire system is at ambient pressure and the pump stops; the return spring 18 pushes the piston into the small chamber 14 and the system is at rest.
When the engine is started: The engine draws a manifold vacuum into the inlet 2 , The manifold check valve 30 opens and pulls brake vacuum into the brake vacuum reservoir 6 , This will continue as long as P3> P2. The activation valve 22 is kept closed while P3> P2, so that the inlet to the large piston 13 from the switching valve 24 remains disconnected. This will hold the pump in its idle position. When the brake tank 6 is evacuated to the pressure in the air intake manifold 2 to match (P3 <= P2): the activation valve 22 opens and connects the switching valve 24 with the big chamber 12 ; Initially, the control rod moves 26 to which the big piston 13 acts, even by the return spring 18 to the right and is set to that effect, the manifold pressure P2 to the large chamber 12 as shown, redirect. The cycle begins: the big chamber 12 is evacuated by the manifold vacuum P2, so that the ambient pressure in the middle chamber 16 on the piston exerts a force to the left. This will make the little piston 15 pulled, causing the associated chamber 14 is extended. Once the pressure in the small chamber 14 is smaller than the brake negative pressure P3, opens the output check valve 32 , and the air gets out of the brake vacuum reservoir 6 drawn.

Der Kolben bewegt sich zum linken Ende der großen Kammer 12, bis er an das linke Ende 28a des mechanischen Gestänges oder der Steuerstange 26 stößt. Das mechanische Gestänge bewegt das Umschaltventil 24 auf die andere Seite (ein mittig gewichteter Federmechanismus sorgt dafür, dass dieses auf der einen oder der anderen Seite bleibt).The piston moves to the left end of the large chamber 12 until he reaches the left end 28a the mechanical linkage or the control rod 26 encounters. The mechanical linkage moves the switching valve 24 on the other side (a center-weighted spring mechanism keeps it on one side or the other).

Das Umschaltventil 24 leitet jetzt Umgebungsdruck P1 in die große Kammer 12 um. Der Kolben 13 hat jetzt den gleichen Druck P1 auf beiden Seiten (Kammern 12 und 16) und entwickelt keine Kraft. Die Rückstellfeder drückt jetzt daher den Kolben zurück in die kleine Kammer 14.The changeover valve 24 now directs ambient pressure P1 into the large chamber 12 around. The piston 13 now has the same pressure P1 on both sides (chambers 12 and 16 ) and develops no force. The return spring now now pushes the piston back into the small chamber 14 ,

Die Luft in der kleinen Kammer 14 wird mit Druck beaufschlagt, sodass sich das Ausgangsrückschlagventil 32 schließt und sich das Umgebungsrückschlagventil 34 öffnet, woraufhin die Luft in der Kammer 14 herausgedrückt wird.The air in the small chamber 14 is pressurized, so that the output check valve 32 closes and the environmental check valve 34 opens, whereupon the air in the chamber 14 is pushed out.

Wenn der kleine Kolben 15 das Ende der kleinen Kammer 14 erreicht, stößt der große Kolben 13 gegen das andere Ende 28b des mechanischen Gestänges oder der Steuerstange 26, und das Umschaltventil 24 wird zurückgesetzt.If the little piston 15 the end of the small chamber 14 reached, hits the big piston 13 against the other end 28b the mechanical linkage or the control rod 26 , and the switching valve 24 will be reset.

Der Zyklus wiederholt sich, bis ein stabiler Druck erreicht ist, d. h. grob gesagt das Verhältnis der Unterdrücke unter P1 gleich dem Verhältnis der Kolbenflächen ist. Der stabile Druck ist tatsächlich eine Funktion des Umgebungsdrucks (P1), des Krümmerdrucks (P2), des Bremsunterdrucks (P3), der Federkraft der Rückstellfeder 18 und der relativen Größe des großen und des kleinen Kolbens 13 und 15 (mit einer geringfügigen Korrektur für den Verbindungsstab 19).The cycle is repeated until a stable pressure is reached, ie roughly the ratio of the negative pressures below P1 is equal to the ratio of the piston surfaces. The stable pressure is actually a function of the ambient pressure (P1), the manifold pressure (P2), the brake vacuum (P3), the spring force of the return spring 18 and the relative size of the large and small pistons 13 and 15 (with a slight correction for the tie rod 19 ).

Die Auswahl der relativen Kolbengrößen hängt von der zulässigen Durchflussmenge hinter der Drossel 3 und der erforderlichen Höhe des Bremsunterdrucks ab. Ein Faktor von 2–4, vorzugsweise um 3, würde für die meisten Zwecke geeignet erscheinen. The selection of relative piston sizes depends on the allowable flow rate downstream of the throttle 3 and the required amount of brake vacuum. A factor of 2-4, preferably around 3, would seem suitable for most purposes.

Für die Steuerstange 26 sind eine Reihe unterschiedlicher Konstruktionen möglich, beispielsweise das für Dampfkraftmaschinen bewährte Steuerungsprinzip.For the control rod 26 a number of different constructions are possible, for example, the proven for steam engines control principle.

Eine weitere Verbesserung würde in der Einbeziehung eines Druckventils bestehen, das das System ausschaltet, sobald ein Sollbremsunterdruck erreicht ist, um zu verhindern, dass das System beim Fahren in großer Höhe wirkungslos weiterpumpt. A further improvement would be to include a pressure valve that shuts down the system once a desired brake vacuum is reached to prevent the system from pumping inefficiently when driving at high altitude.

Unter der Voraussetzung, dass ein Krümmerunterdruck besteht, kann der Bremsunterdruckbehälter durch das offenbarte Verfahren und die offenbarte Vorrichtung auf eine deutlich größere Höhe evakuiert werden als durch den normalen Krümmerunterdruck allein.Assuming there is a manifold vacuum, the brake vacuum reservoir may be evacuated to a significantly greater altitude by the disclosed method and apparatus than by the normal manifold vacuum alone.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2012/138005 A1 [0001]

Claims

A vacuum system for a vehicle having an engine, the engine including an air intake for providing manifold vacuum, a throttle ( 3 ) and an ambient air supply ( 4 ), comprising: - a vacuum vessel ( 6 ); and - a pump ( 10 ) caused by the pressure difference between the manifold vacuum ( 2 ) and the ambient air supply is operated to a higher negative pressure in the vacuum tank ( 6 ) to create.

Vacuum system according to claim 1, wherein the pump ( 1 ) a booster pump with two chambers, a larger chamber ( 12 ) and a smaller chamber ( 14 ), as well as a common piston arrangement ( 13 . 15 ), which is arranged to create a higher negative pressure in the smaller chamber by applying the manifold negative pressure to the larger chamber.

Vacuum system according to claim 2, wherein the common piston arrangement consists of two pistons ( 13 . 15 ) passing through a connecting rod ( 19 ) are connected to each other, said rod from a middle chamber ( 16 ) is surrounded by ambient pressure.

Vacuum system according to claim 2 or 3, wherein the larger chamber ( 12 ) via a switching arrangement ( 20 ) with the manifold vacuum ( 2 ) or the ambient air supply ( 4 ) can be connected.

Vacuum system according to claim 4, wherein the switching arrangement ( 20 ) an activation valve ( 22 ) which connects the input connection to the larger chamber ( 12 ) opens when the negative pressure in the tank ( 6 ) is not smaller than the manifold vacuum by a predetermined amount ( 2 ).

Vacuum system according to claim 5, wherein the switching arrangement ( 20 ) further comprises a switching valve ( 24 ), which is arranged to the entrance to the larger chamber ( 12 ) between the manifold vacuum and the ambient air supply according to the position of the piston assembly ( 13 . 15 ) switch over contains.

Vacuum system according to claim 2 or any claim dependent thereon, wherein the ratio of the chamber cross-sections in the range 2-4, preferably by 3, is located.

Vacuum system according to one of the preceding claims, the check valves ( 30 . 32 . 34 ) between the vacuum container ( 6 ) and the manifold, the vacuum vessel ( 6 ) and the pump ( 10 ) as well as the pump and the ambient air supply.

A vehicle braking system including a vacuum system according to any one of the preceding claims.

A method for intensifying the negative pressure in the container of a vacuum system for an engine, wherein a generated by the engine partial negative pressure or pressure is used to drive a pump that draws more air from the container.

Vacuum system or method substantially as described herein with reference to the accompanying drawings.