DE3835071C2 - Motorbremsanlage - Google Patents
MotorbremsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Motorbremsanlage zum Erzeugen einer drehzahlabhängi
gen Bremsleistung mit einer Pumpe, die in Betriebsverbindung mit einer Kurbelwel
le eines Motors antreibbar ist, zum Aufnehmen der von diesem erzeugten Energie,
einem Druckumschaltventil zum Umschalten zwischen Bremsbetrieb und Freilauf
betrieb, und einem Ventilgehäuse mit einer Öleintrittsöffnung, die in Verbindung mit
einem Ölauslaß der Pumpe steht, einem Hauptventil zum Regeln der Bremsleistung
der Motorbremsanlage, sowie einer Ölauslaßöffnung.
Eine Radbremse, wie sie beispielsweise als Bremssystem mit Bremskraftverstärker
in der GB 252 111 dargestellt ist, die ein geringes Wärmeabstrahlungsvermögen im
Vergleich zu der beim Bremsen entstehenden Wärme hat, wenn das Fahrzeug über
eine lange Gefällestrecke führt, neigt zur Überhitzung, wenn sie langzeitig ver
wendet wird, so daß in diesem Fall eine Motorbremsung erwünscht ist.
Zur Motorbremsung wird im allgemeinen eine abgasseitige Motorbremsanlage ver
wendet, bei der die Querschnittsfläche der Auslaßöffnung der Brennkraftmaschine
durch Öffnen oder Schließen eines Klappenventils gesteuert wird, das in der Abgas
leitung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, um die Auslaßöffnung abzusperren
und den Abgasdruck im Zylinder zu erhöhen, wodurch die Wirkung der Motorbrem
sung verstärkt wird.
Die auslaßseitig wirkende Bremsanlage jedoch bringt die Schwierigkeit bei der An
wendung auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit sich, die darin zu sehen ist,
daß sie nicht eine ausreichende Bremsung der Brennkraftmaschine bewirken kann.
Als eine Einrichtung zur Erhöhung der Brennkraftmaschinenabgabeleistung wird ei
ne Aufladeeinrichtung mit einem Zwischenkühler verwendet, um die Brennkraftma
schinenabgabeleistung zu steigern, während der Zylinderinhalt der Brennkraftma
schine möglichst gering bleibt. Wenn man hierbei eine auslaßseitig wirkende Motor
bremsanlage verwendet, die die Brennkraftmaschinenabgabeleistung dadurch steu
ert, daß die Auslaßöffnung der Brennkraftmaschine verengt wird, kann die Brenn
kraftmaschinenabgabeleistung selbst dann nicht in gewünschtem Maße gesenkt
werden, wenn die Auslaßöffnung der Brennkraftmaschine sehr klein gemacht wird.
Daneben zeigen die ungeprüften veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteran
meldungen 60-26244 und 62-105862, die beide auf die Anmelderin der vorliegenden
Erfindung zurückgehen, beide jeweils eine Motorbremsanlage, welche eine Öl
pumpe verwendet, die speziell für die Motorbremsung gesondert von der Brenn
kraftmaschinen-Schmierölpumpe vorgesehen ist. Die Motorbremsanlage der JP 60-26244 U
weist ein Absperrventil zum Öffnen und Schließen der Ölzufuhrleitung auf,
welches an der Auslaßöffnung der Ölpumpe vorgesehen ist. Dieses Absperrventil
arbeitet abgestimmt mit einer Abgasdruckaufnahmeeinrichtung, um die Brennkraft
maschinenabgabeleistung zu steuern.
Hierbei ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß die Größe der Änderung des Mo
torbremsmoments bei der Änderung der Brennkraftmaschinendrehzahl nicht kon
stant ist, da das Absperrventil nicht die Ölzufuhr in der Ölzufuhrleitung regulieren
kann, d. h., das Absperrventil hat keine Ölzufuhrsteuerfunktion.
Ferner ist eine Schwierigkeit darin zu sehen, daß die Einrichtung zum betriebs
mäßigen Verbinden des Absperrventils mit der Abgasdruckaufnahmeeinrichtung
kompliziert ist.
Die gattungsbildende Motorbremsanlage der JP 62-105 862 U zeigt eine Flüssigkeits
pumpe, welche von einem Motor angetrieben wird, und speziell dafür vorgesehen ist,
Motorenergie aufzunehmen. Ein Ventil ist dann geöffnet, wenn kein Bremseffekt ge
wünscht wird, so daß der Auslaßkanal der Pumpe direkt mit dem Pumpeneinlaß ver
bunden ist und somit die Pumpe nicht mit einer Last beaufschlagt wird, was ein
Bremsmoment zur Folge hätte.
Andererseits, wenn das Ventil geschlossen ist, wird die Flüssigkeit vom Auslaßkanal
in ein Ventilgehäuse geleitet und zwingt ein Ventilstellglied direkt gegen die Kraft einer
Feder, so daß ein Ende des Ventilstellgliedes von einer Position weggedrückt wird, in
der es eine Öffnung verschließt, um somit einen Durchfluß in einen Kreislauf zu er
möglichen.
Eine Steigerung des Flüssigkeitsdruckes in dem Auslaßkanal bewirkt eine weitere
Bewegung des Ventilstellgliedes nach rechts, was zur Folge hat, daß die effektive
Größe der Öffnung eher noch vergrößert als verringert wird. Wird jedoch die Öffnung
vergrößert, durch die die Flüssigkeit aus der Druckeinstellrichtung wieder abfließen
kann, verringert sich automatisch auch der Druck in dem Auslaßkanal der Pumpe,
wodurch wiederum die Bremsleistung der Pumpe abnimmt. Dies jedoch führt zum
umgekehrten als dem erwünschten Erfolg. Daneben ist eine derartige Druckeinstell
richtung zu groß, um in das Innere einer Brennkraftmaschineneinheit eingebaut wer
den zu können.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Motorbremsanlage der
eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine effektive Bremsleistung abhängig
von der Drehbewegung der Kurbelwelle ermöglicht wird, wobei eine kompakte Bau
weise den Einbau der Motorbremsanlage in das Innere der Brennkraftmaschinenein
heit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Motorbremsanlage der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß durch das Hauptventil der Öldurchfluß im
Bremsbetrieb selbständig umgekehrt proportional zum Bremsdruck steuerbar ist,
ein rückseitig am Hauptventil anliegender Rückstelldruck durch eine Druckeinstel
leinrichtung regelbar ist, und durch ein Überdruckventil ein maximal zulässiger
Pumpendruck einstellbar ist, wobei Überdruckventil und Druckeinstelleinrichtung
ebenfalls im Ventilgehäuse vorgesehen sind.
Durch die neuartige Gestaltung der Motorbremsanlage, insbesondere der Druckein
stelleinrichtung, derart, daß ein Druckanstieg im Ölauslaßkanal der Ölpumpe zu einer
Reduzierung der Größe der Öffnung führt, durch die die Flüssigkeit vom Ölauslaßka
nal strömen muß, erhöht sich der Druckanstieg im Auslaßkanal weiter. Somit vergrö
ßert sich die energieabsorbierende Funktion der Ölpumpe in zunehmendem Maße im
Gegensatz zu der gattungsbildenen Motorbremsanlage.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Einzelheiten und in Verbindung mit
schematischen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Motorbremsanlage nach der Erfindung,
wobei Teile weggebrochen sind,
Fig. 2 eine Gesamtansicht der Motorbremsanlage in betriebslosem Zu
stand, wobei Teile im Schnitt dargestellt sind,
Fig. 3 eine Gesamtansicht der Motorbremsanlage im Betriebszustand, wo
bei Teile im Schnitt dargestellt sind, und
Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen
der Drehzahl der Kurbelwelle und der Energieabsorption
(Pferdestärke) der Ölpumpe.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug
nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist mit 1 eine Riemenscheibe, mit 2 eine Zahn
radpumpe, mit 3 ein Steuerventil und mit 4 ein Umschaltventil bezeichnet. Die
Riemenscheibe 1 steht in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle der Brennkraftma
schine und der Antriebswelle der Zahnradpumpe 2 über einen V-förmigen Riemen
trieb oder einen Zahntrieb. Die Zahnradpumpe 2 ist hinsichtlich ihres Radialspiels,
ihres Seitenspiels, des Axialdurchmessers und der Lagersteifigkeit derart ausge
legt, daß sie Leistung bzw. Energie des Motors aufnehmen kann. Es wird keine
Pumpe lediglich für die Ölzufuhr verwendet. Die Zahnradpumpe 2 ist derart ausge
legt, daß das Brennkraftmaschinen-Schmieröl in Verbindung mit der Zahnradpum
pe 2 und der Brennkraftmaschinen-Schmierölpumpe gefördert wird. Das Steuer
ventil 3 weist ein Ventilgehäuse 5 und ein Hauptventil 15 auf. Im Ventilgehäuse 5
ist eine Öleintrittsöffnung, im folgenden als Ölöffnung 6 bezeichnet, vorgesehen,
die in Verbindung mit der Auslaßöffnung der Zahnradpumpe 2 steht. Angrenzend
an die Ölöffnung 6 ist eine Ölkammer 7 vorgesehen, der einen größeren Durch
messer hat und sich in eine Richtung senkrecht zu dem Durchmesser über eine
Länge hinweg erstreckt, die größer als ein Drittel des Durchmessers der Ölöffnung
6 ist. Ebenfalls angrenzend und konzentrisch zu der Ölkammer 7 ist eine Ventil
körperführungsöffnung 8 vorgesehen, die einen größeren Durchmesser als die
Ölöffnung 6 hat und die in die Endfläche bzw. Stirnfläche des Ventilgehäuses 5
mündet. Ferner ist in Verbindung mit der Ölkammer 7 eine Ölaustrittsöffnung, im
folgenden als Ölauslaß 9 bezeichnet, vorgesehen, der denselben Durchmesser
wie die Ölöffnung 6 hat und in der Stirnfläche des Ventilgehäuses 5 mündet. An
der Verbindungskante von Ölöffnung 6 und Ölkammer 7 ist ein Ventilgehäusesitz
10 vorgesehen, der eine schmale, kegelstumpfförmige Dichtfläche hat. Das Haupt
ventil 15 weist einen kegelstumpfförmigen Ventilkopf 12 auf, der ein Ventilkörper
sitz 11 in Anlage gegen den Ventilgehäusesitz 10 hat, um das Schmieröl abzu
sperren. Ein zylindrischer Ventilzylinder 13 bzw. Ventilschieber 13 ist angrenzend
an den Ventilkopf 12 derart vorgesehen, daß er gleitbeweglich in die Ventilfüh
rungsöffnung 8 paßt. Eine durchmesserkleine Öffnung 14 geht mittig durch den
Ventilkopf 12. Das Hauptventil 15 paßt in die Ventilführungsöffnung 8. In das offe
ne Ende der Ventilführungsöffnung 8 ist ein Steuerstopfen 16 eingeschraubt. In
der Mitte der Führungsöffnung 8 ist eine Steueröffnung 17 vorgesehen, die durch
den Steuerstopfen 16 geht. Die Steueröffnung 17 ist mit einem manuell oder elek
trisch betätigbaren Umschaltventil 4 verbunden, das in zwei Stellungen gebracht
werden kann: Vollständig geschlossene Stellung und vollständig offene Stellung,
wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. In der Ventilführungsöffnung 8 ist eine
Druckeinstelleinrichtung zum Einstellen des Rückstelldrucks des Hauptventils 15 in
der Führungsöffnung 8 vorgesehen. Die Druckeinstelleinrichtung weist einen Druc
keinstellschlitz 18 auf, der sich in Richtung der Rückseite des Hauptventils 15 zu
der Ventilführungsöffnung 8 öffnet, und eine Druckeinstellkammer 19 wird angren
zend zu und konzentrisch mit dem Schlitz 18 gebildet, die einen größeren Durch
messer als der Schlitz hat und an der Stirnfläche des Ventilgehäuses 5 mündet.
An der Verbindungskante des Druckeinstellschlitzes 18 und der Druckeinstell
kammer 19 ist ein Druckeinstellventilsitz 20 ausgebildet, und ein konischer Ventil
körper 21 zum Öffnen und Schließen des Druckeinstellventilsitzes 20 ist in der
Druckeinstellkammer 19 vorgesehen, so daß der konische Ventilkörper 21 immer
durch eine Feder 22 angedrückt wird, die entgegen der Ventilöffnungskraft durch
den konischen Steuerkörper 21 von dem Druckeinstellschlitz 18 wirkt. Die An
drückkraft der Feder 22 wird mittels eines Andrückeinstellstopfens 24 eingestellt,
der in ein offenes Ende der Druckeinstellkammer 19 eingeschraubt ist. Die Druck
einstellkammer 19 ist mit einer Druckentlastungsöffnung 25 versehen, die an der
Stirnfläche des Ventilgehäuses 5 mündet. Das Ventilgehäuse 5 ist mit einer Druck
regeleinrichtung (Überdruckventil) zum Regeln des Maximaldruckes der Zahn
radpumpe 2 versehen. Die Druckregeleinrichtung weist eine Druckregelöffnung 28
auf, welche in die Ölöffnung 6 mündet, und eine Druckregelkammer 29, die an
grenzend an und konzentrisch zu der Druckregelöffnung 28 vorgesehen ist, welche
einen größeren Durchmesser als die Öffnung 28 hat. An einer Verbindungskante
der Druckregelkammer 29 und der Öffnung 28 ist ein Druckregelventilsitz 30 aus
gebildet. Im Inneren der Druckregelkammer 29 sind ein kegelstumpfförmiger
Druckregelventilkörper 31 und eine Schraubenfeder 32 vorgesehen, die derart
ausgelegt ist, daß sie den Ventilkörper 31 mit einer Druckkraft beaufschlagt, um
hierdurch den Maximaldruck der Zahnradpumpe 2 zu steuern.
Das Schmieröl, welches beim Hochdrücken des Ventilkörpers 31 ausströmt, wird
von einer Druckregelauslaßöffnung 33 abgegeben.
Nachstehend werden die Arbeitsweise und die Wirkungsweise der Motorbrem
sanlage nach der Erfindung näher erläutert.
Wenn die Brennkraftmaschine arbeitet, läuft die Zahnradpumpe 2 mit einer Drehzahl
entsprechend der Brennkraftmaschinendrehzahl. Wenn keine Motorbremsung ge
fordert wird, ist das Umschaltventil 4 derart geschaltet, daß die Steueröffnung 17
des Steuerstopfens 16 vollständig offen ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das von
der Zahnradpumpe 2 abgegebene Schmieröl öffnet das Hauptventil 15, so daß sich
ein Abfluß von der Kammer 7 ergibt, und es geht über einen Ölauslaß in die Ölwan
ne. Das durch die Öffnung 14 des Hauptventils 15 gehende Schmieröl wird auch in
die Ölwanne über die Steueröffnung 17 geleitet. In diesem Zustand arbeitet weder
die Druckeinstelleinrichtung noch die Steuereinrichtung. Wenn eine Motorbremsung
gewünscht wird, wird das Umschaltventil 4 so umgeschaltet, daß die Steueröffnung
17 des Steuerstopfens 16 vollständig geschlossen ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Das von der Zahnradpumpe 2 abgegebene Öl öffnet das Hauptventil 15, das Öl tritt
aus dem Ölauslaß 9 aus und wird in die Ventilführungsöffnung 8 über die Verbin
dungsöffnung 14 geleitet, um den Abgabedruck der Zahnradpumpe 2 an die Rück
seite des Hauptventils 15 anzulegen. Somit nimmt das Hauptventil 15 sowohl eine
Axialkraft von dem Ventilgehäusesitz 10 als auch eine Axialkraft in Gegenrichtung
auf, welche auf die Querschnittsfläche des Hauptventils 15 wirkt, und es wird ent
sprechend dem Gleichgewicht beider Kräfte geöffnet. Wenn die Brenn
kraftmaschinendrehzahl ansteigt und zunehmend eine Motorbremsung erforderlich
wird, steigt die Drehzahl der Zahnradpumpe 2 an, wodurch der Abgabedruck an
steigt. Da in diesem Fall die Querschnittsfläche des Hauptventils 15 größer als der
Durchmesser des Ventilgehäusesitzes 10 ist, nimmt das Hauptventil 15 ferner eine
Kraft auf, die in Ventilschließrichtung wirkt, wobei diese Kraft der Querschnittsflä
chendifferenz entspricht. Hierdurch wird eine Abnahme des Öffnungsgrades des
Ventils bewirkt und in entsprechender Weise nimmt der Abgabedruck der Zahn
radpumpe 2 zu. Bei Wiederholung dieser Vorgänge erhält die Kurbelwelle ein steil
ansteigendes Bremsmoment. Wenn der Druck in der Ventilführungsöffnung 8 in
dem Maße an steigt, daß ein Bremsmoment erzeugt wird, das größer als bei dem
vorangehend angegebenen Ventil ist, wird das konische Ventil 21 in der Druckregu
liereinrichtung geöffnet, um den Druck in der Ventilöffnung 8 und dem Ölauslaß 9
abzuleiten und das Öl in die Ölwanne zu leiten. Ferner wird der Maximaldruck der
Zahnradpumpe 2 durch das Öffnungsdrucksteuerventil in der Drucksteuereinrich
tung durch die Abgabe des Drucks am Auslaß 33 geregelt.
Bei der Erfindung ist die Zahnradpumpe für die Energieabsorption betriebsmäßig mit
der Kurbelwelle verbunden, so daß die von der Zahnradpumpe aufgenommene
Energie direkt auf die Kurbelwelle einwirkt und sich ein minimaler Bremsverlust er
gibt.
Da ferner das Hauptventil derart ausgelegt ist, daß, wenn von der Brennkraftma
schine ein großes Bremsmoment gefordert ist, der Ventilhub vermindert wird, um die
Energieaufnahme der Zahnradpumpe zu steigern, erhält man ein stabiles,
nicht-pulsierendes Bremsmoment. Aus dem Diagramm nach Fig. 4, in dem die
Drehzahl (Drehzahl pro Minute) der Kurbelwelle auf der Abszisse und die Energie
absorption (PS = 0,746 kW) der Zahnradpumpe auf der Ordinate aufgetragen ist, ist
zu ersehen, daß, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle größer als 500 Upm (500 1/min)
ist, steigt die Energieabsorption der Zahnradpumpe stabil etwa proportional
zur Drehzahl der Kurbelwelle an. Somit erhält man nach der Erfindung eine äußerst
wirkungsvolle Motorbremsanlage, mit welcher eine stabile Bremsung bei einer ho
hen Bremswirkung erreicht wird.
Claims (5)
1. Motorbremsanlage zum Erzeugen einer drehzahlabhängigen Bremsleistung mit
durch das Hauptventil (15) der Öldurchfluß im Bremsbetrieb selbständig umge kehrt proportional zum Bremsdruck steuerbar ist,
ein rückseitig am Hauptventil (15) anliegender Rückstelldruck durch eine Druck einstelleinrichtung (18-24) regelbar ist, und
durch ein Überdruckventil (28-33) ein maximal zulässiger Pumpendruck einstell bar ist, wobei Überdruckventil und Druckeinstelleinrichtung ebenfalls im Ventil gehäuse (5) vorgesehen sind.
- - einer Pumpe, die in Betriebsverbindung mit einer Kurbelwelle eines Mo tors antreibbar ist zum Aufnehmen der von diesem erzeugten Energie, einem Druckumschaltventil zum Umschalten zwischen Bremsbetrieb und Freilaufbetrieb, und
- - einem Ventilgehäuse mit einer Öleintrittsöffnung, die in Verbindung mit ei nem Ölauslaß der Pumpe steht, einem Hauptventil zum Regeln der Bremsleistung der Motorbremsanlage, sowie einer Ölauslaßöffnung,
durch das Hauptventil (15) der Öldurchfluß im Bremsbetrieb selbständig umge kehrt proportional zum Bremsdruck steuerbar ist,
ein rückseitig am Hauptventil (15) anliegender Rückstelldruck durch eine Druck einstelleinrichtung (18-24) regelbar ist, und
durch ein Überdruckventil (28-33) ein maximal zulässiger Pumpendruck einstell bar ist, wobei Überdruckventil und Druckeinstelleinrichtung ebenfalls im Ventil gehäuse (5) vorgesehen sind.
2. Motorbremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt
ventil (15) derart ausgelegt ist, daß die Querschnittsfläche des Ventilschiebers
(13) geringfügig größer als die Querschnittsfläche des Ventilkörpersitzes (11) ist.
3. Motorbremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventilgehäuse (5) eine Ventilkörperführungsöffnung (8) hat, die in Verbindung mit
der Öleintrittsöffnung (6) steht und in der das Hauptventil (15) gleitbeweglich zum
Öffnen oder Schließen der Öleintrittsöffnung (6) angeordnet ist.
4. Motorbremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil
körperführungsöffnung (8) einen größeren Durchmesser als die Öleintrittsöffnung
(6) hat und in eine Seitenfläche des Ventilgehäuses (5) mündet.
5. Motorbremsanlage nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Druckeinstelleinrichtung umfaßt:
- - einen Druckeinstellschlitz (18), der sich in Richtung der Rückseite des Hauptventils (15) zur Ventilkörperführungsöffnung (8) öffnet,
- - eine daran anschließende Druckeinstellkammer (19), die an einer Stirnflä che des Ventilgehäuses (5) mündet,
- - einen konischen Ventilkörper (21), der mittels einer Feder (22) gegen den Druckeinstellschlitz (18) gedrückt wird, sowie
- - einen Andrückeinstellstopfen (24) zum Einstellen der Federkraft.
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