DE3835071C2 - Motorbremsanlage - Google Patents

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

• - 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,

dadurch gekennzeichnet, daß
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.