ES2337943T3 - Servomotor de asistencia neumatica del frenado. - Google Patents
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Abstract
Servomotor de asistencia neumática de un circuito de frenado en particular para vehículo automóvil, que comprende una cámara (4) de depresión y una cámara (6) de trabajo separadas por una membrana (8) estanca y flexible solidaria a un pistón axial, un cilindro principal de freno (16) que genera una presión hidráulica en el circuito de frenado por medio de pistones unidos al pistón del servomotor por un vástago de empuje y por un dispositivo de reacción, un casquillo (44) guiado en deslizamiento axial dentro del pistón (10) del servomotor y asociado con dicho pistón a una válvula (24) de tres vías soportada por un vástago (20) de mando unida a un pedal de freno, siendo el casquillo (44) independiente del pistón (10) del servomotor en un primer recorrido de dicho pistón a partir de una posición de reposo y siendo arrastrado a continuación por este pistón durante una frenada, arrastrando el vástago (20) de mando a un distribuidor (22) de émbolo guiado en deslizamiento axial dentro del pistón del servomotor y que comprende un asiento posterior que se apoya sobre una compuerta (40) de la válvula de tres vías para aislar la cámara de trabajo de la atmósfera circundante, comprendiendo el dispositivo de reacción un disco (62) de reacción de caucho o de elastómero montado entre el vástago (60) de empuje unido a los pistones del cilindro principal de freno y un palpador (64) montado dentro del pistón del servomotor entre el disco (62) de reacción y el distribuidor (22) de émbolo para transmitir al pedal de freno una reacción elástica correspondiente al esfuerzo de frenado, caracterizado porque el casquillo (44) constituye un medio (26) de avance rápido del pistón (10), el cual actúa sobre la válvula (24) de tres vías para que un pequeño movimiento hacia delante del vástago (20) de mando a partir de la posición de reposo ponga a la cámara (6) posterior en comunicación con la atmósfera circundante, provocando un desplazamiento hacia delante del pistón (10).
Description
Servomotor de asistencia neumática del
frenado.
El presente invento se refiere a un servomotor
de asistencia neumática de un circuito de frenado, en concreto para
vehículo automóvil.
Un circuito de frenado de vehículo automóvil
comprende un pedal de freno que actúa sobre un cilindro principal
de freno para transmitir una presión hidráulica a los frenos de las
ruedas, siendo en general el esfuerzo ejercido por el conductor
asistido por un servomotor de depresión neumática.
Un servomotor de un tipo corriente comprende una
cámara de depresión y una cámara de trabajo contenidas dentro de
una envuelta rígida y separadas por una membrana estanca y flexible,
solidaria a un pistón que se puede mover axialmente dentro de la
envuelta. La cámara de depresión está unida de forma permanente a
una fuente de depresión mientras que la cámara de trabajo está
unida por una válvula de tres vías a la cámara de depresión o a la
atmósfera circundante.
El cilindro principal de freno del circuito de
frenado está en general fijado a la envuelta del servomotor y
comprende pistones de presurización del líquido de frenos. El pistón
del servomotor es desplazado por la membrana con una fuerza que
depende de la diferencia de presión entre las cámaras y que se suma
a la fuerza aplicada por un vástago de mando unido al pedal de
freno.
La válvula de tres vías comprende una compuerta
soportada por el vástago de mando y que interacciona con el pistón
del servomotor. En reposo, dicha compuerta pone en comunicación las
dos cámaras del servomotor. Después de un pequeño recorrido del
vástago de mando, la compuerta cierra esta comunicación, a
continuación, al seguir el avance del vástago de mando, une la
cámara de trabajo con la atmósfera circundante para permitir que
aumente la presión y para ayudar al desplazamiento del vástago de
mando.
Una primera parte del desplazamiento del vástago
de mando sirve para desplazar los pistones del cilindro principal
de freno para cerrar las compuertas de comunicación con un depósito
de líquido de frenos o con sistemas anti-patinaje
(ASR), de control de trayectoria (ESP) o de mantenimiento del
vehículo parado en una pendiente (Hill Holder). Estos sistemas son
alimentados con líquido de frenos por un canal grande conformado en
el cilindro principal de freno en posición de reposo, de manera que
el recorrido "muerto" de los pistones del cilindro principal
de freno que permite cerrar este canal puede constituir una fracción
no despreciable del recorrido total del pedal, y disminuye la
eficacia del circuito de frenado.
Para mejorar esta eficacia, un medio conocido
consiste en realizar un avance rápido en un recorrido predeterminado
del pistón del servomotor a partir de un pequeño desplazamiento del
pedal para cerrar las compuertas del cilindro principal de freno,
lo cual permite reducir el recorrido muerto del pedal y guardar un
recorrido útil mayor para actuar sobre el circuito hidráulico.
Además del medio de avance rápido, el servomotor
comprende en general un sistema de reacción hidráulica que permite
transmitir al pedal de freno una reacción correspondiente a la
presión en el circuito de freno. La unión entre el pistón del
servomotor y el cilindro principal de freno comprende un pistón de
pequeño diámetro que recibe por un lado la presión del circuito
hidráulico y que transmite por el otro lado una fuerza
correspondiente a un palpador situado en el extremo de un
distribuidor de émbolo soportado por el vástago de mando. De esta
manera, en caso de frenado brusco o violento, el conductor siente en
el pedal una reacción que corresponde al esfuerzo de frenado.
Sin embargo, este sistema conocido es
relativamente complejo y tiene un coste relativamente elevado.
Los documentos WO 2004/026653 y FR 2782044
describen servomotores de asistencia a la frenada con medios de
sobre asistencia accionados por una velocidad importante ejercida
sobre el pedal del freno.
En concreto el presente invento tiene por
objetivo evitar estos inconvenientes de forma simple, eficaz y
económica.
Para ello el invento proporciona un servomotor
de asistencia neumática de un circuito de frenado de acuerdo con la
reivindicación 1.
Una ventaja esencial del servomotor de acuerdo
con el invento es que el dispositivo de reacción que transmite una
fuerza de reacción al pedal está constituido por un medio simple,
fiable y barato que permite realizar un servomotor económico que se
beneficia al mismo tiempo de funciones avanzadas.
De acuerdo con una realización preferente del
invento, el disco de reacción y el palpador son circulares y el
extremo del palpador en contacto con el disco de reacción tiene una
superficie reducida en comparación con la del disco de
reacción.
La superficie del disco de reacción puede ser al
menos cuatro veces mayor que la del citado extremo del palpador.
De acuerdo con otra característica del invento,
el palpador se encuentra radialmente en el interior del casquillo y
axialmente al nivel del extremo frontal de éste.
También de acuerdo con otra característica del
invento, se forma en reposo un juego axial reducido entre el
extremo posterior del casquillo y la compuerta de la válvula de tres
vías.
Dicho juego axial muy reducido es por ejemplo
del orden de 0,2 milímetros.
Un juego axial reducido pero mayor que el juego
existente entre el extremo posterior del casquillo y la compuerta,
se forma en reposo entre el palpador y el disco de reacción y es por
ejemplo del orden de 0,3 milímetros.
El invento se comprenderá mejor y otras
características y ventajas del mismo se pondrán de manifiesto con
mayor claridad después de la lectura de la descripción que sigue,
hecha a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en
los cuales:
- la figura 1 es una vista en sección de un
servomotor conocido;
- la figura 2 es una vista en sección del pistón
del servomotor de acuerdo con el invento;
- las figuras 3 a 6 representan esquemáticamente
diferentes etapas del funcionamiento de este servomotor.
Por convención, lo que está a la derecha en los
dibujos es la parte posterior y lo que está a la izquierda es la
parte frontal.
El servomotor 1 representado en la figura 1
comprende una envuelta 2 rígida que delimita un recinto cerrado en
el cual una cámara 4 frontal y una cámara 6 posterior están
separadas de forma estanca por una membrana 8 flexible situada
transversalmente y cuya parte central está unida por medio de un
faldón 9 a un pistón 10 axial montado deslizante de forma estanca
dentro de una abertura 12 posterior de la envuelta 2. El pistón 10
actúa por medio de un vástago 14 de empuje sobre los pistones de un
cilindro principal de freno 16 para presurizar un circuito de
frenado que alimenta a los frenos que actúan sobre las ruedas del
vehículo. Un resorte 18 de recuperación está asociado al pistón 10
para empujarle hacia atrás de forma permanente.
Un pedal 21 de freno actúa por medio de un
vástago 20 de mando sobre un distribuidor 22 de émbolo guiado dentro
de un canal axial del pistón 10. El distribuidor 22 de émbolo
constituye un elemento de una válvula 24 de tres vías que pondrá en
comunicación las dos cámaras 4, 6 o que unirá la cámara 6 posterior
con la atmósfera circundante. Se mantiene constantemente una
depresión en la cámara 4 frontal que está unida a una fuente de
depresión.
El servomotor 1 comprende un medio 26 de avance
rápido del pistón 10, el cual actúa sobre la válvula 24 de tres
vías para que un pequeño movimiento hacia delante del vástago 20 de
mando a partir de la posición de reposo ponga a la cámara 6
posterior en comunicación con la atmósfera circundante, provocando
un desplazamiento hacia delante del pistón 10. Al final de un
recorrido predeterminado esta comunicación se vuelve a cerrar y el
cilindro principal de freno está desde entonces operativo sin
recorrido muerto.
El vástago 14 de empuje situado entre el pistón
10 y los pistones del cilindro principal de freno 16 contiene un
dispositivo de reacción hidráulico que comprende un pistón 32 con
resortes de ajuste, que recibe por un lado la presión del circuito
hidráulico de frenado y que transmite por el otro lado una fuerza a
un palpador montado en la parte frontal del distribuidor 22 de
émbolo.
En el caso de grandes esfuerzos de frenado, la
presión hidráulica del circuito de frenado modificada por la acción
de los resortes de ajuste ejerce una fuerza sobre el pistón 32
transmitida por el distribuidor 22 de émbolo y el vástago 20 de
mando al pedal de freno, permitiendo al conductor sentir el esfuerzo
de frenado.
La figura 2 representa de forma detallada un
pistón 10 de servomotor de acuerdo con el invento, en el cual una
compuerta 40 anular de la válvula de tres vías es empujada por un
resorte 42 posterior contra un reborde anular del pistón 10. Un
casquillo 44 deslizante en dirección axial rodea a la parte frontal
del distribuidor 22 de émbolo y puede apoyarse mediante un resorte
46 sobre la cara frontal de la compuerta 40 para cerrar el canal 48
de comunicación entre las cámaras 4, 6. El distribuidor 22 de émbolo
comprende en su cara posterior un asiento circular de apoyo sobre
la compuerta 40 para cerrar la comunicación entre la cámara 6
posterior y la atmósfera circundante.
El funcionamiento del medio de avance rápido del
pistón está representado de forma detallada en las figuras 3 a 6.
En reposo (figura 3) existe un juego G mínimo, preferentemente
cercano a 0,2 milímetros, entre el casquillo 44 y la compuerta 40 y
este juego establece una comunicación entre las cámaras 4, 6. El
asiento posterior del distribuidor 22 está apoyado sobre la
compuerta 40. Un pequeño desplazamiento hacia delante del vástago
de mando una distancia igual al juego G como se representa en la
figura 4 desplaza el distribuidor 22, el pistón 10 avanza una
distancia G y la compuerta 40 queda apoyada sobre el asiento
posterior del casquillo 44, cerrando la comunicación entre las
cámaras.
En el instante posterior, cuando el vástago 20
de mando ha sido desplazado hacia delante una pequeña distancia A
suplementaria como se representa en la figura 5, el asiento
posterior del distribuidor 22 se separa de la compuerta 40 y la
presión aumenta dentro de la cámara 6 posterior, de manera que el
pistón 10 se desplaza hacia delante por la diferencia de presión
entre las cámaras 4, 6. En un primer recorrido ST predeterminado
del pistón 10, el casquillo 44 se suelta de éste y permanece en su
sitio manteniendo cerrada la comunicación entre las cámaras. Más
allá de este recorrido, el pistón 10 arrastra al casquillo 44
mediante una pestaña 50 o llave de bloqueo unida al pistón y que
queda apoyada sobre el extremo de una ventana 52 axial del
casquillo. La compuerta 40 avanza también y queda apoyada sobre el
distribuidor 22 cerrando la entrada de aire a la cámara 6
posterior.
El pistón 10 ha recorrido así un recorrido ST
predeterminado para cerrar las compuertas del cilindro principal de
freno a partir de un pequeño desplazamiento G+A del pedal, lo cual
permite reservar la mayor parte del recorrido del pedal para la
parte útil del frenado.
El pistón 10 comprende en su extremo frontal una
cámara circular que aloja a un disco 62 de reacción de material
elastómero (figura 2). Un extremo posterior ensanchado de un vástago
60 de empuje unido a los pistones del cilindro principal de freno
16 está apoyado sobre toda la superficie de dicho disco. Esta cámara
desemboca en su parte posterior en otra cámara del pistón 10 que
tiene un diámetro sensiblemente menor, dentro de la cual desliza un
palpador 64 situado en el extremo frontal del émbolo 22. Un juego J0
ligeramente superior al juego G se forma en reposo entre el
palpador 64 y el disco de reacción y es por ejemplo del orden de 0,3
milímetros.
El palpador 64 se encuentra radialmente en el
interior del casquillo 44 y axialmente en la parte frontal de éste
y el disco de reacción y el palpador son circulares, lo cual permite
una buena compacidad de esta estructura.
El funcionamiento es el siguiente: durante
frenadas brutales, el avance del pistón 10 está limitado por el
canal de entrada de aire a la cámara 6 posterior, o cuando el
servomotor está en saturación con una cámara 6 posterior a la
presión atmosférica, el juego J0 se anula y el vástago de mando
recorre el recorrido VT relativo (figura 4) comprimiendo el disco
62 de reacción, después el esfuerzo es ejercido directamente por el
reborde 66 del émbolo 22 que se apoya sobre el pistón 10 neumático,
sumándose este esfuerzo a la asistencia proporcionada por el
servomotor.
El disco 62 sufre una compresión bajo el efecto
de la fuerza de reacción ejercida por el vástago 60 y se apoya
sobre el palpador 64 con una cierta presión que representa la
presión del circuito de frenado. La fuerza transmitida por el
palpador al pedal de freno por medio del distribuidor 22 de émbolo y
del vástago de mando permite al conductor sentir el esfuerzo de
frenado. Preferentemente, la fuerza de reacción que se ejerce sobre
el palpador es al menos cuatro veces inferior a la que se ejerce
sobre el cilindro principal de freno.
Al reducirse el recorrido muerto del vástago de
mando al juego G mínimo gracias al medio de avance rápido del
pistón neumático, el uso de un disco de reacción de elastómero es
particularmente interesante puesto que los juegos VT y J0 también
se reducen. Por otro lado, esta combinación permite disminuir la
sensación desagradable que se podría tener cuando el servomotor de
asistencia llega a saturación y el juego VT se anula.
Claims (8)
1. Servomotor de asistencia neumática de un
circuito de frenado en particular para vehículo automóvil, que
comprende una cámara (4) de depresión y una cámara (6) de trabajo
separadas por una membrana (8) estanca y flexible solidaria a un
pistón axial, un cilindro principal de freno (16) que genera una
presión hidráulica en el circuito de frenado por medio de pistones
unidos al pistón del servomotor por un vástago de empuje y por un
dispositivo de reacción, un casquillo (44) guiado en deslizamiento
axial dentro del pistón (10) del servomotor y asociado con dicho
pistón a una válvula (24) de tres vías soportada por un vástago (20)
de mando unida a un pedal de freno, siendo el casquillo (44)
independiente del pistón (10) del servomotor en un primer recorrido
de dicho pistón a partir de una posición de reposo y siendo
arrastrado a continuación por este pistón durante una frenada,
arrastrando el vástago (20) de mando a un distribuidor (22) de
émbolo guiado en deslizamiento axial dentro del pistón del
servomotor y que comprende un asiento posterior que se apoya sobre
una compuerta (40) de la válvula de tres vías para aislar la cámara
de trabajo de la atmósfera circundante, comprendiendo el
dispositivo de reacción un disco (62) de reacción de caucho o de
elastómero montado entre el vástago (60) de empuje unido a los
pistones del cilindro principal de freno y un palpador (64) montado
dentro del pistón del servomotor entre el disco (62) de reacción y
el distribuidor (22) de émbolo para transmitir al pedal de freno
una reacción elástica correspondiente al esfuerzo de frenado,
caracterizado porque el casquillo (44) constituye un medio
(26) de avance rápido del pistón (10), el cual actúa sobre la
válvula (24) de tres vías para que un pequeño movimiento hacia
delante del vástago (20) de mando a partir de la posición de reposo
ponga a la cámara (6) posterior en comunicación con la atmósfera
circundante, provocando un desplazamiento hacia delante del pistón
(10).
2. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque el disco (62)
de reacción y el palpador (64) son circulares y el extremo del
palpador (64) en contacto con el disco de reacción tiene una
superficie reducida en comparación con la del disco (62) de
reacción.
3. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con la reivindicación 2, caracterizado porque la superficie
del disco de reacción es al menos cuatro veces superior a la del
citado extremo del palpador.
4. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
el palpador se encuentra radialmente en el interior del casquillo
(44) y axialmente al nivel del extremo frontal de éste.
5. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque
en reposo se forma un juego (G) axial reducido entre el extremo
posterior del casquillo (44) y la compuerta (40) de la válvula de
tres vías.
6. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con la reivindicación 5, caracterizado porque el juego (G)
axial reducido es del orden de 0,2 milímetros.
7. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque en reposo
se forma un juego (J0) axial reducido pero mayor que el juego (G)
entre el extremo posterior del casquillo (44) y la compuerta (40)
de la válvula de tres vías entre el palpador (64) y el disco (62) de
reacción.
8. Servomotor neumático de asistencia de acuerdo
con la reivindicación 7, caracterizado porque el juego (J0)
axial entre el palpador (64) y el disco de reacción es del orden de
0,3 milímetros.
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