SE538386C2 - Hydrodynamisk retarderanordning, förfarande för dess använding jämte fordon - Google Patents

Description

HYDRODYNAMISK RETARDERANORDNING, FÖRFARANDE FÖR DESS ANVÄNDING JÄMTE FORDON Uppfinningens område Föreliggande uppfinning avser en hydrodynamisk retarderanordning för ett fordon innefattande åtminstone en skovelförsedd stator för att tillsammans med åtminstone en skovelförsedd rötor bilda ett skovelsystem med ett arbetsutrymme för upptagning av ett vatteninnehållande arbetsmedium, och en till arbetsutrymmet ansluten retarderkrets för att reglera tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet. Uppfinningen avser även ett förfarande för drift av en hydrodynamisk retarderanordning jämte ett fordon utrustat med en hydrodynamisk retarderanordning.

Bakgrund till uppfinningen För att öka köreffektiviteten och säkerheten samt för att minska slitaget på hjulbromsarna är det känt att utrusta främst tyngre fordon med retarderanordningar. En retarderanordning är en hydrodynamisk tillsatsbroms, som bromsar bilens drivlina med hjälp av motstånd utövat av ett skovelsystem, vilket driver en vätskemängd i ett arbetsutrymme. Av retarderanordningen upptagen bromsande energi övergår i drift i värmeenergi i vätskan, vilken i sin tur kyls av ett kylsystem i fordonet.

Bromsmomentet styrs genom styrning av ett tryck som råder i arbetsutrymmet mellan skovelbladen tillhörande dels retarderanordningens stator, dels dess rötor. Då retarderanordningen inte används är arbetsutrymmet i princip trycklöst. Emellertid skapas en viss släpförlust i retarderanordningen eftersom den fortfarande roterar med drivlinan. Ur bränslebesparingssynpunkt är det betydelsefullt att hålla denna släpförlust så liten som möjligt.

En metod att undvika släpförlusten är att mekaniskt koppla bort retarderanordningen från drivlinan när den inte används. Detta låter sig göra med hjälp av en koppling, till exempel en synkroniseringskoppling eller en lamellkoppling. När retarderanordningen sedan ska inkopplas för att användas för bromsning krävs det att retarderanordningens rötor snabbt accelereras och synkroniseras mot drivlinans varvtal. Detta måste ske under loppet av delar av en sekund och det uppkomna accelerationsmomentet måste minimeras för att inte okomfortabla ryck i fordonet ska genereras.

I en retarderanordning, som använder olja som arbetsmedium, är detta fullt möjligt tack vare ett lågt accelerationsmotstånd, vilket åstadkoms genom att skovelsystemet fylls med luft istället för olja under denna accelerationsfas.

I ändamål att minimera antalet komponenter och system i fordonet är det fördelaktigt om bilens ordinarie kylvätska, vilken typiskt innehåller en blandning av vatten och glykol, kan utnyttjas som arbetsmedium. En retarderanordning tillämpande denna princip benämns vattenretarder.

Vid en vattenretarder är det ett dock problematiskt att luftsätta skovelsystemet under accelerationen på grund av att luft, som kommer i kontakt med kylvätskan, till en del kan medfölja denna och ge skadlig inverkan på andra komponenter i fordonet, som kylvätskan kommer i kontakt med. Av denna anledning drivs därför vattenretarders delvis vattenfyllda även när de är urkopplade, vilket medför relativt höga accelerationsmoment.

Av denna anledning krävs mer komplicerade kopplingskomponenter och trots detta kan okomfortabla ryck i viss utsträckning ändå uppstå i fordonet vid inkoppling.

Som exempel på teknikens bakgrund kan nämnas US2287130, US20060909971, WO2010034493, US2007102251 och DE10054078.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en hydrodynamisk retarderanordning enligt ovan jämte ett förfarande, vid vilka problemen med bakgrundstekniken adresseras och åtminstone lindras. Detta uppnås vid en anordning enligt uppfinningen genom att retarderkretsen innefattar ventilorgan för avstängning av tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet, att i retarderkretsen, en undertrycksalstrare är ansluten, vilken är inrättad att sänka trycket i arbetsutrymmet till eller under ångbildningstrycket för arbetsmedlet så att därigenom arbetsutrymmet evakueras från vätskeformigt arbetsmedium.

Genom att inför inkopplingen till drivlinan och den tillhörande accelerationsfasen väsentligen momentant sänka trycket i retarderanordningen kommer befintligt vatten i retarderanordningen att snabbt övergå till ångform och evakueras. Härigenom uppnås att retarderanordningens accelerationsmoment vid inkoppling mycket snabbt sänks för att bli i nivå med motsvarande accelerationsmoment för en oljeretarderanordning. Härvid avses att tiden för att utföra trycksänkningen för evakuering av retarderanordningen bör vara kortare än 0,5 sek för att retarderanordningen ska kunna utnyttjas utan väsentlig tidsutdräkt. Mer föredraget understiger tiden för trycksänkningen för evakuering 0,3 sek och mest föredraget understiger tiden för trycksänkning för evakuering 0,2 sek. Ångbildning uppnås genom att i det tillslutna arbetsutrymmet, definierat av statorn och rotorn, trycket i det närmaste momentant sänks till ångbildningstrycket eller till ett tryck understigande ångbildningstrycket. Härigenom evakueras snabbt, i det närmaste momentant, och effektivt skovelutrymmet på vätskeformigt vatten respektive kylvätska och möjliggörs mekanisk in-/urkopplingsbarhet av retarderanordningen med bibehållen komfort och med användning av en kopplingsenhet innefattande okomplicerade kopplingskomponenter. Detta är en stor fördel eftersom retarderanordningen blir in- och urkopplingsbar utan att det riskeras att luft kommer i kontakt med kylvätskan och ger skadlig inverkan på andra komponenter i fordonet, som kylvätskan kommer i kontakt med.

Undertrycksalstraren kan vara ansluten till retarderkretsen såväl nedströms som uppströms arbetsutrymmet samt även direkt mot arbetsutrymmet.

Det föredras att en reglerventil är anordnad i reglerkretsen nedströms arbetsutrymmet för att tillhandahålla möjlighet att styra av retarderanordningen utövat bromsmoment. Föredraget är då en envägsventil anordnad i retarderkretsen i samband med reglerventilen för att tillförsäkra säkerhet mot backströmning. Denna envägsventil kan vara separat från eller vara integrerad i reglerventilen.

Vid vissa utföringsformer är undertrycksalstraren ansluten till retarderkretsen via en inloppsledning och till nämnda kylvattenkrets via en utloppsledning. Endera av eller var och en av inloppsledningen och utloppsledningen kan därvid behöva vara bestyckad (-e) med en envägsventil.

Det föredras att undertrycksalstraren är någon från en grupp inkluderande: en kolv-cylinderpump, en med undertryck förladdningsbar undertrycksbehållare, en rotationspump. Dessa enheter kan inrättas att verka med eftersträvad snabbhet, varvid särskilt insättning av en förladdningsbar undertrycksbehållare, som ständigt är i beredskap och direkt omkopplingsbar genom en ventil medför en hög grad av snabbhet på ett okomplicerat sätt. Vid användning av en förladdningsbar undertrycksbehållare som undertrycksalstrare behöver inte inloppsledningen vara bestyckad med en envägsventil. Någon utloppsledning behöver inte heller vara inrättad.

Ett uppfinningsenligt förfarande för drift av en hydrodynamisk retarderanordning enligt ovan utmärks av att tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet avstängs, och att trycket i arbetsutrymmet sänks till eller under ångbildningstrycket för arbetsmedlet och att därigenom arbetsutrymmet evakueras från vätskeformigt arbetsmedium. Med andra ord isoleras således arbetsutrymmet och utsätts det för nämnda undertryck, vilket på ett överraskande sätt snabbt, i det närmaste momentant, kan bringas att resultera i den önskade evakueringen av arbetsutrymmet från vätska.

Härvid regleras företrädesvis en ström av arbetsmedium till arbetsutrymmet genom en i reglerkretsen anordnad reglerventil, varvid föredraget strömning av arbetsmedium från reglerventilen till arbetsutrymmet förhindras genom en i reglerkretsen i samband med reglerventilen anordnad envägsventil.

Enligt uppfinningen avses även ett fordon, vilket innefattar en retarderanordning enligt ovan.

Beskrivning av ritningar Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 schematiskt visar ett nyttofordon utrustat med en retarderanordning enligt uppfinningen, Fig 2 visar en principskiss över en uppfinningsenlig retarderanordning, Fig 3 och 4 visar i förenklad form två driftstillstånd för en retarderanordning enligt uppfinningen, och Fig 5 visar schematiskt en sekvens av ett förfarande enligt uppfinningen i form av ett enkelt blockschema.

Beskrivning av utföringsexempel Det i fig 1 visade nyttofordonet 1 är av det slag som innefattar en motor 2, en drivlina 3 samt en in- och urkopplingsbar retarderanordning 4.

Den principiella uppbyggnaden av en retarderanordning 4 framgår av fig 2, varvid en kopplingsenhet 5 är anordnad för in- och urkoppling av retarderanordningen 4 till fordonets drivlina 3. Retarderanordningen 4 uppvisar en stator 7 och en rötor 8, vilken är roterbar kring en axel R.

Tillsammans bildar statorn 7 och rotorn 8 ett skovelsystem med ett arbetsutrymme 6, i vilket mer eller mindre mängd av vätska avses slungas runt för att fungera som arbetsmedium i driften av retarderanordningen, varvid av retarderanordningen upptagen energi övergår i värme. Denna värme kyls bort genom fordonets ordinarie kylsystem, vilket inkluderar en kylvattenkrets 9, en vattenpump 10, en frontkylare 11, ett expansionskärl 21 och en termostat 12.

En i kylvattenkretsen 9 insatt riktningsventil 13 är inrättad att leda kylvätska som arbetsmedium till skovelsystemets arbetsutrymme 6 respektive att avstänga tillflödet till arbetsutrymmet 6. Från riktningsventilen 13 leder en retarderkrets 14 till ett område i arbetsutrymmet 6 där i drift ett lägre tryck råder och där kylvätska är tillförbart som arbetsmedium. Retarderkretsen 14 är vidare, för utlopp av arbetsmedium från arbetsutrymmet, tillkopplad till ett perifert område av arbetsutrymmet 6, i vilket ett högre tryck kan förväntas under drift, och där utströmning av arbetsmedlet kan ske.

Nedströms arbetsutrymmet 6 passerar retarderkretsen en reglerventil 15, med vars hjälp trycket i arbetsutrymmet och som resultat därav mängden arbetsmedium i arbetsutrymmet är inställbart.

Vidare är nedströms reglerventilen 15 anordnad en envägsventil 16, vilken tillåter en ström av arbetsmedium från arbetsutrymmet 6 men förhindrar strömning i motsatt rikting.

Nedströms arbetsutrymmet i retarderkretsen 14 och uppströms reglerventilen 15 är tillkopplad en undertryckskrets, vilken inkluderar en undertrycksalstrare 19, här visad i form av en kolvcylinderenhet 19.

I den mån undertrycksalstraren 19 är av en typ, som arbetar med flera slag, kan en envägsventil vid behov inrättas i dess inloppsledning respektive i dess utloppsledning (ej visat på figuren).

I fig 3 illustreras ett driftfall, vilket karakteriseras som normal bromsning, och varvid allt tillgängligt kylvatten/kylvätska tillåts gå in som arbetsmedium genom riktningsventilen 13 in i retarderanordningens arbetsutrymme 6. Så som antyds i fig 3 är i detta driftsfall en vätskemängd 22 aktiv inom skovelsystemet, och denna vätskemängd kommer under driften att bibringas en roterande rörelse enligt pilarna inuti arbetsutrymmet 6.

Vid denna drift är det möjligt att reglera bromsmomentet genom ändring av trycket i arbetsutrymmet och därmed vätskemängden genom justering av reglerventilen 15.

Härigenom kommer således mängden vätska som påverkas inom skovelsystemet att förändras, medförande att ett inre utrymme 30, blir större eller mindre.

Sammantaget kan sägas att vid detta driftsfall maximal bromsverkan av retarderanordningen kan erhållas.

I fig 4 illustreras det driftsfall då det är aktuellt att mekaniskt in- eller urkoppla retarderanordningen från fordonets drivlina. Så som beskrivs ovan kräver detta låga släpmoment för retarderanordningen för att okomfortabla ryck ska kunna undvikas.

Enligt uppfinningen åstadkoms sådana låga släpmoment genom att dels retarderkretsen 14 är avstängd från kylvattenkretsen, dels att det ombesörjs att arbetsutrymmet 6 väsentligen momentant sätts under ett sådant undertryck, att vattenånga bildas för snabb evakuering av vatten från arbetsutrymmet 6.

I övrigt förstås funktionssättet av driftsfallet enligt fig 4 genom den tidigare beskrivningen i samband med figur 2.

En sekvens av ett förfarande enligt uppfinningen illustreras schematiskt genom blockschemat i fig 5.

Position 24 avser sekvensens start.

Position 25 avser normal drift av ett fordon utan att retarderanordningen utnyttjas, varvid retarderanordningens arbetsutrymme är isolerat från kylvattenkretsen genom riktningsventilens 13 inställning.

Position 26 avser väsentligen momentant försättande av arbetsutrymmet under ett undertryck av sådan magnitud att ångbildning sker och därmed, likaledes väsentligen momentant, evakuering av vätskeformigt arbetsmedium.

Position 27 avser inkoppling av retarderanordningen till fordonets drivlina.

Position 28 avser omställning av riktningsventilen och reglerventilen för önskad bromsverkan.

Position 29 avser sekvensens avslutning.

Sekvensstegen kan vara delvis i annan ordning än enligt ovan.

Genom uppfinningen uppnås betydande fördelar. En fördel är att genom uppfinningen endast ett enda system med vätska som ska kylas är behövligt för fordonet. Ett fordon utrustat med en retarderanordning enligt uppfinningen blir bl. a därför lättare och mindre kostsamt att tillverka och innebär dessutom en miljöförbättring visavi den kända tekniken. Genom att dessutom retarderanordningen problemfritt kan urkopplas från fordonets drivlina förbättras körekonomin för fordonet. Släpförlusterna från en medroterande retarder skulle annars vara betydande.

Som alternativ till den undertrycksalstrare, som visas på ritningarna kan andra slag av "suganordningar" utnyttjas, så som en snabbt verkande pumpanordning. Ett föredraget alternativ är att tillhandahålla ett kärl, som kan vara förladdat med ett undertryck, vilket kärl vid behov tillkopplas retarderkretsen.

Det har visat sig att ett önskat undertryck är i området av 0,5 bar under atmosfärstrycket eftersom ångbildningstrycket vid normal arbetstemperatur uppgår till ungefärligen detta värde. Påläggning av större undertryck utesluts dock inte eftersom det kan vara behövligt vid lägre temperaturer på grund av ångbildningstryckets temperaturberoende.

En retarderanordning enligt uppfinningen kan omfatta en skovelförsedd stator för att tillsammans med en skovelförsedd rötor bilda skovelsystemet med sitt arbetsutrymme. Enligt uppfinningen kan retarderanordningen även innefatta fler än en skovelförsedd stator samverkande med motsvarande fler än en skovelförsedd rötor för bildande av skovelsystemet med sitt arbetsutrymme.

Claims (14)

1. Hydrodynamisk retarderanordning (4) för in- och urkoppling till en drivlina (3) till ett fordon (1), varvid retarderanordningen innefattar: - åtminstone en skovelförsedd stator (7) för att tillsammans med åtminstone en skovelförsedd rötor (8) bilda ett skovelsystem med ett arbetsutrymme (6) för upptagning av ett vatteninnehållande arbetsmedium, - en till arbetsutrymmet (6) ansluten retarderkrets (14) för att reglera tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet (6), varvid retarderkretsen (14) är inrättad att anslutas till fordonets ordinarie kylvattenkrets (9), och - en kopplingsenhet för in- och urkoppling av nämnda retarderanordning (4) till/från nämnda drivlina (3), kännetecknad av - att retarderkretsen (14) innefattar ventilorgan (13) för avstängning av tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet (6), och - att i retarderkretsen (14) en undertrycksalstrare (19) är ansluten, vilken är inrättad att sänka trycket i arbetsutrymmet (6) till eller under ångbildningstrycket för arbetsmedlet så att därigenom arbetsutrymmet evakueras från vätskeformigt arbetsmedium.

2. Retarderanordning enligt krav 1, kännetecknad av att en reglerventil (15) är anordnad i reglerkretsen nedströms arbetsutrymmet.

3. Retarderanordning enligt krav 2, kännetecknad av att en envägsventil (16) är anordnad i reglerkretsen i samband med reglerventilen (15).

4. Retarderanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att undertrycksalstraren (19) är ansluten till retarderkretsen (14) nedströms eller uppströms arbetsutrymmet (6) eller direkt till arbetsutrymmet (6).

5. Retarderanordning enligt krav 4, kännetecknad av att undertrycksalstraren (19) är ansluten till retarderkretsen (14) med en inloppsledning och till kylvattenkretsen (9) med en utloppsledning.

6. Retarderanordning enligt krav 5, kännetecknad av att inloppsledningen och/eller utloppsledningen från undertrycksalstraren (19) är bestyckad (bestyckade) med en envägsventil.

7. Retarderanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att undertrycksalstraren (19) är någon från en grupp inkluderande: en kolv-cylinderpump, en med undertryck förladdningsbar undertrycksbehållare, en rotationspump.

8. Förfarande för drift av en hydrodynamisk retarderanordning (4) för in- och urkoppling till en drivlina (3) till ett fordon (1), varvid retarderanordningen innefattar: - en skovelförsedd stator (7) för att tillsammans med en skovelförsedd rötor (8) bilda ett skovelsystem med ett arbetsutrymme (6) för upptagning av ett vatteninnehållande arbetsmedium, - en till arbetsutrymmet (6) ansluten retarderkrets (14) för att reglera tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet (6), varvid retarderkretsen (14) är inrättad att anslutas till fordonets ordinarie kylvattenkrets (9), och - en kopplingsenhet för in- och urkoppling av nämnda retarderanordning (4) till/från nämnda drivlina (3), kännetecknat av - att tillflöde av arbetsmedium till arbetsutrymmet (6) avstängs, och - att trycket i arbetsutrymmet (6) sänks till eller under ångbildningstrycket för arbetsmedlet och att därigenom arbetsutrymmet evakueras från vätskeformigt arbetsmedium.

9. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att en ström av arbetsmedium till arbetsutrymmet regleras genom en i reglerkretsen nedströms arbetsutrymmet anordnad reglerventil (15) .

10. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av att strömning av arbetsmedium från reglerventilen (15) till arbetsutrymmet förhindras genom en i reglerkretsen i samband med reglerventilen (15) anordnad envägsventil (16).

11. Förfarande enligt något av kraven 8-10, kännetecknat av att trycket i arbetsutrymmet (6) sänks genom en anslutning av en undertrycksalstrare (19) till retarderkretsen (14).

12. Förfarande enligt krav 11, kännetecknat av att trycket i arbetsutrymmet (6) sänks genom en anslutning av någon från en grupp inkluderande: en kolv-cylinderpump, en med undertryck förladdningsbar undertrycksbehållare, en rotationspump.

13. Förfarande enligt något av kraven 8-12, kännetecknat av att då trycket i arbetsutrymmet (6) sänkts till eller under ångbildningstrycket för arbetsmedlet och arbetsutrymmet evakuerats från vätskeformigt arbetsmedium retarderanordningen in- respektive urkopplas till nämnda drivlina (3).

14. Fordon innefattande en retarderanordning enligt något av kraven 1 - 7.