DE69210194T2

DE69210194T2 - Selbstbegrenzungs-Slavekolben

Info

Publication number: DE69210194T2
Application number: DE69210194T
Authority: DE
Inventors: Haoran Hu
Original assignee: Jacobs Brake Tech Corp
Current assignee: Jacobs Brake Tech Corp
Priority date: 1992-01-03
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2012-12-23
Also published as: MX9207668A; JPH0742520A; US5161501A; DE69210194D1; CA2085934A1; EP0549997B1; EP0549997A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft Dekompressions-Motorretarder, und insbesondere Nebenkolben in diesen Systemen, die einen Begrenzungsmechanismus haben, um ihre maximale Verstellung zu begrenzen.
Motorretarder des Dekompressionstyps sind bekannt. Im allgemeinen sind solche Retarder so konstruiert, daß einen Vebrennungsmotor zeitweise in einen Luftkompressor umzuwandlen können, um eine Verzögerungsleistung zu entwickeln, die ein wesentlicher Teil der Betriebsleistung sein kann, die von der Maschine während ihres Betriebs entwickelt wird.
Die Grundkonstruktion für ein Motorverzögerungssystem des hier betrachteten Typs is im U.S.-Patent 3,220,392 von Cummins offenbart. Bei dieser Konstruktion gelangtjwird ein Hydrauliksystem (das Öl vom zugehörigen Motor verwenden kann) zur Anwendung, wobei die Bewegung eines Hauptkolbens, der von einem geeigneten Schubrohr oder Schwenkarm betätigt wird, die Bewegung eines Nebenkolbens steuert. Der Nebenkolben öffnet das Auslaßventil eines Zylinders des Verbrennungsmotors nahe dem Ende des Kompressionshubs, so daß die bei der Kompression der Luft in diesem Zylinder geleistete Arbeit während der nachfolgenden Expansion bzw. des "Leistungs"-Hubs nicht rückgewonnen wird, sondern statt dessen durch den Auslaß und die Kühlsysteme des Motors verlorengeht.
Bei dieser Art Retarder ist es erwünscht, eine genaue Zeitsteuerung der Auslaß ventilöffnungen und eine Öffnungsrate und ein Öffnungsausmaß zu schaffen, die genau gesteuert sind. Hierzu ist es bei diesen Systemen von Vorteil, die Nebenkolben mit genauen Hydraulikimpulsen zu beaufschlagen, so daß sie die Auslaßventile schnell öffnen. Um die Nebenkolbenbewegung zu stoppen und eine übermäßige Öffnung der zugehörigen Auslaßventile zu verhindern, sind Rückstell- oder "Begrenzungs"-Mechanismen erforderlich, die den Hydraulikfluiddruck reduzieren, wenn entweder der Hydraulikfluiddruck ein bestimmtes Maximum erreicht oder die Nebenkolben das Ende ihres Sollhubs erreicht haben.
Das U.S.-Patent 4,742,806, das konzipiert ist, um den Hydraulikdruck zu reduzieren, wenn er ein bestimmtes Maximum erreicht, offenbart einen Dekompressions- Motorretarder, bestehend aus einem Nebenkolben mit einem Nebenkolbenzylinder, wobei der Zylinder mit einem Hydraulikkreis so verbunden ist, daß, wenn das Hydraulikfluid in den Zylinder am einen Ende des Nebenkolbens gedrückt wird, sich der Nebenkolben längs einer Längsachse des Zylinders bewegt, wobei der Nebenkolben eine erste Bohrung und eine zweite Bohrung hat, die darin angeordnet sind, die erste Bohrung Seitenwände hat, die im wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufen, und die erste Bohrung mit dem Hydraulikfluid im Zylinder am einen Ende des Nebenkolbens in Verbindung steht, und wobei der Dekompressions-Motorretarder weiterhin eine Vorrichtung zur Begrenzung des Hubs des Nebenkolbens längs der Längsachse des Zylinders hat, wobei die zweite Bohrung mit der ersten Bohrung über eine erste Öffnung in Verbindung steht, und welche Vorrichtung ein Ventilglied zur Hin- und Herbewegung relativ zum Nebenkolben im wesentlichen parallel zur Längsachse zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung hat.
Eine Nebenkolbenkonstruktion mit einem Rückstellmechanismus ist bekannt, die eine hohle Befestigungs-Einstellschraube verwendet, die einen hin- und herbeweglichen Kolben hat, der einen Stirnflächensitz über eine Bohrung in der Nebenkolben- Oberfläche bildet. Bei dieser Konstruktion wird der Hub des hin- und herbeweglichen Kolbens beim Kontakt mit einem Pressitz-Stift angehalten, der in einen Schlitz im Körper des Kolbens paßt. Dieses System ist jedoch in der Herstellung wegen der komplizierten Formen seiner verschiedenen Teile, der Notwendigkeit, es zu prüfen, um sicherzustellen, daß sich der Stift nicht löst u.s.w., relativ kostspielig. Die hohle Befestigungs-Einstellschraube stellt ebenfalls ein Problem dar, da sie brechen kann, wenn sie übermäßig festgezogen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dekompressions-Motorretarder mit einer verbesserten Nebenkolben-Begrenzungsvorrichtung zu schaffen. Eine mehr speziellere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Nebenkolben zu schaffen, die robuster sind, die leichter herzustellen sind, und die schnelle Begrenzungsraten haben.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden entsprechend den Prinzipien dadurch gelöst, daß ein Dekompressions-Motorretarder mit einer Vorrichtung zur Begrenzung des Hubs des Kolbens längs der Längsachse geschaffen wird. Das Ventilglied ist in der ersten Bohrung angeordnet, und die erste Öffnung wird in den Seitenwänden der ersten Bohrung so ausgebildet, daß das Ventilglied in der geschlossenen Stellung die erste Öffnung verschließt und im wesentlichen verhindert, daß Hydraulikfluid aus der ersten Bohrung in die zweite Bohrung strömt, und in der offenen Stellung das Ventilglied wenigstens teilweise die erste Öffnung öffnet, und es ermöglicht, daß das Hydraulikfluid aus der ersten Bohrung über die zweite Bohrung austritt; Einrichtungen sind vorgesehen, um das Ventilglied im wesentlichen in einer bestimmten Position relativ zum Zylinder längs der Längsachse zu halten, so daß das Ventilglied zunächst in der geschlossenen Position ist, und nach einer bestimmten Hubstrecke des Nebenkolbens in Abhängigkeit von dem Hydraulikfluiddruck in dem Zylinder in der offenen Position ist. Der Selbstbegrenzungs-Nebenkolben mit seiner hin- und herbeweglichen Ventilinnenseite ist in einem Läpp-Sitz mit den Nebenkolbenwänden verbunden. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung einer massiven Befestigungs-Einstellschraube und verringert die Gefahr eines Bruches dieses Bauteils. Die weitere Beseitigung des Stirnflächensitzes zwischen dem hin- und herbeweglichen Stift und dem Nebenkolben ermöglicht Nebenkolben, die enstprechend der vorliegenden Erfindung so konstruiert sind, so daß sie eine verbesserte Leistung haben und keine nahezu vollkommene Endflächenanpassung erfordern. Die vorliegende Erfindung ist auch gegenüber der älteren Konstruktion verbessert, da sie die Notwendigkeit für den Pressitz-Stift beseitigt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung, ihre Eigenschaften und ihre verschiedenen Vorteile ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und der beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines üblichen Nebenkolbensystems ist;
Fig. 2 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung längs der Linie 2-2 in Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Dekompressions- Motorretardersystems ist;
Fig. 4 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer beispielsweisen Ausführungsform des Selbstbegrenzungs-Nebenkolbens der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung längs der Linie 5-5 in Fig. 4 ist;
Fig. 6 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer beispielsweisen Ausführungsform des Selbstbegrenzungs-Nebenkolbens der vorliegenden Erfindung in der geschlossenen Stellung ist; und
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 6 ist, die den Selbstbegrenzungs- Nebenkolben der Fig. 6 geöffnet zeigt.

Detaillierte Beschreibung

Bei dem üblichen, in Fig. 1 und 2 gezeigten System, bewegt sich der Nebenkolben 10 im Nebenkolbenzylinder 32 längs der Längsachse 60 im Gehäuse 30 hin- und her. Die Anfangsposition des Nebenkolbens 10 wird durch die Einstellung der Schraube 70 bestimmt, die durch eine Mutter 40 gegen das Gehäuse 30 festgehalten wird. Die Gesamtarbeitsweise des allgemeinen Typs des Dekompressions-Motorretardersystems, das die vorliegende Erfindung verwendet, ist außerdem in Fig. 3 gezeigt. Im Betrieb wird ein Hochdruckimpuls, allgemein im Bereich von 2000 bis 4000 psi, durch die Drehung einer Motoreinspritz-Nockenscheibe 340 erzeugt, die auf einen Arm 335 drückt, um den Schwenkarm 325 über ein Teil 330 zu bewegen, das den Hauptkolben 320 entgegen dem Hydraulikfluid in einem Hochdruckkanal 302 eines Hydraulikkreises drückt. Dieser Impuls wird über den Hydraulikkreis zu einem Nebenkolbenzylinder 32 über eine Öffnung 34 übertragen. Die Kraft des Druckhydraulikfluids gegen die obere Endfläche 14 des Nebenkolbens 10 bewirkt, daß sich der Nebenkolben 10 längs der Längsachse 60 nach unten bewegt, so daß der Nebenkolben 10 ein Teil 350 nach unten drückt und das Auslaßventil 312 offenhält. Ein Kolben 20, der sich im hohlen Abschnitt einer Schraube 17 hin- und herbewegt, hat einen Schlitz 28, durch den ein Stift 22 eingeführt ist. Der Stift 22 sitzt mit Press-Sitz in der Schraube 70. Der Hub des Kolbens 20 wird durch die Lage des Stiftes 22 zwischen dem oberen Ende 24 und dem unteren Ende eines Schlitzes 28 bestimmt. Während des Abwärtshubs des Nebenkolbens 10 wird der Kolben 20 gegen die Öffnung 12 des Nebenkolbens 10 durch eine Feder 50 gehalten, um den Austritt von Hydraulikfluid zu blockieren, bis das obere Ende des Schlitzes 28 mit dem Stift 22 in Kontakt kommt, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Feder 50 hat eine ausreichende Stärke, um die flache untere Endfläche des Kolbens 20 gegen die flache obere Fläche 14 des Nebenkolbens 10 zu halten, so daß ein "Strinflächensitz" zwischen den beiden Endflächen gebildet wird.
Wenn das obere Ende 24 des Schlitzes 28 den Stift 22 kontaktiert, löst sich der Nebenkolben 10 vom Kolben 20. Dies ermöglicht es Hydraulikfluid, aus dem Nebenkolbenzylinder 32 durch die Öffnung 12 im Nebenkolben 10 und über einen Druckkanal 304 in einen Rückgewinnungsbereich 360 auszutreten, so daß der Abwärtshub des Nebenkolbens und die Strecke, um die das zugehörige Auslaßventil geöffnet wird, automatisch begrenzt werden. Wenn der Hauptkolben den Hochdruckimpuls nicht länger aufbringt, wird der Nebenkolben 10 von der Feder 352 über das Teil 350 in seine Ausgangsposition zurückgetrieben.
Obwohl das übliche Nebenkolbensystem mit dem Mechanismus zur Begrenzung der Verstellung des Nebenkolbens, wie es oben beschrieben wurde, denjenigen Systemen ohne solche Möglichkeiten überlegen ist, ist die Konstruktion verbesserbar. Z. B. ist der Vorgang des Einsetzen des Stiftes 22 in die Schraube 70 mit Press-Sitz schwer zuverlässig durchzuführen und erfordert eine "Rückschubprüfung", um zu prüfen, ob der Stift sicher ist. Ein weiterer Nachteil der üblichen Konstruktion ist ihre Zuverlässigkeit am Stirnflächensitz zwischen der Endfläche 14 des Nebenkolbens 10 und der unteren Endfläche des Kolbens 20, ein Lösungsversuch, der erfordert, daß beide Endflächen extrem flach sind.
Beim Begrenzungsmechanismus der Erfindung, wie er in den Fig. 4 - 7 gezeigt ist, bewegt sich der Nebenkolben 10 längs der Längsachse 180 im Nebenkolbenzylinder 114 hin- und her, der im Gehäuse aufgenommen ist. Im Nebenkolben 10 befinden sich Bohrungen 106 und 108, die über eine Öffnung 112 verbunden sind. Das Ventilglied 120, das gegen die untere Endfläche der Schraube 130 durch die Feder 140 festgehalten wird, bewegt sich in der Bohrung 108 längs der Längsachse 180 hin- und her. Das Ventilglied 120 bildet einen "Läpp-Sitz" längs der Wand 110 der Bohrung 108 mit dem Nebenkolben 110. Das Nebenkolbensystem hat auch einen Haltering 170, der dazu verwendet wird, das Ventilglied 120 und die Feder 140 während der Montage in der Bohrung 108 zu halten.
Die Anfangsposition der unteren Endfläche 116 des Nebenkolbens 100 bzgl. des Auslaßventils (nicht gezeigt), das vom Nebenkolben 100 betätigt wird, wird durch die Einstellung der Befestigungs-Einstellschraube 130 bestimmt und durch Festziehen der Mutter 200 festgelegt. Es ist zu beachten, daß das Hydraulikfluid im oberen Bereich 115 des Nebenkolbenzylinders 114 in die Bohrung 108 sowohl oberhalb des Ventilglieds 120 als auch unterhalb davon über den Schlitz 123 in der Schraube 130 und über die Öffnung 124 im Ventilglied 120 strömt.
Der Selbstbegrenzungs-Nebenkolben arbeitet wie folgt: am Beginn eines Zyklus, wenn die Quelle 220 Hydraulikfluid mit relativ niedrigem Druck zuführt, ist die Position der Elemente so, wie Fig. 6 zeigt. Der Nebenkolben 100 wird nach oben gegen den unteren Teil 132 der Schraube 130 durch die Feder 192 gedrückt, die gegen das Halteelement 190 wirkt. Eine Hochdruck-Hydraulikfluidimpuls wird von der veränderbaren Druckquelle 220 erzeugt. Typischerweise wird dieser Impuls so erzeugt, wie Fig. 3 zeigt. Der Impuls wird über den Kanal 150 in den oberen Bereich 115 des Nebenkolbenzylinders 114 übertragen, wo der resultierende Druck gegen die obere Endfläche 102 des Nebenkolbens 100 ihn nach unten drückt.
Bezugnehmend auf Fig. 7 verbleibt, wenn sich der Nebenkolben 100 nach unten bewegt, das Ventilglied 120 mit der unteren Endfläche 134 der Schraube 130 in Kontakt. Daher gibt die untere Kante 126 des Ventilglieds 120 möglicherweise die Öffnung 112 frei, die die Bohrung 108 mit Bohrungen 106 verbindet. Eine Umfangsnut 104 im Nebenkolben 100 und eine Öffnung 162 im Gehäuse 210 sind so angeordnet, daß sie gleichzeitig oder vor der Freigabe der Öffnung 112 durch das Ventilglied 120 fluchten. Somit kann, wie Fig. 7 zeigt, wenn der Nebenkolben 100 die Position im Nebenkolbenzylinder 114 erreicht hat, die die Öffnung 112 freigibt, Hochdruck-Hydraulikfluid aus der Bohrung über eine der Bohrungen 106 austreten, die mit dem Kanalweg 160 und der Umfangsnut 104. Der Kanalweg 160 ist mit einem Niederdruck-Hydraulikfluid-Rückgewinnungsbereich (ähnlich dem Rückgewinnungsbereich 360), der in Fig. 3 gezeigt ist, verbunden. Wenn der Druck auf die obere Fläche 102 des Nebenkolbens 100 verringert wird, drückt die Feder 192 den Nebenkolben 100 längs der Längsachse 180 schnell nach oben in seine Ausgangsposition im Zyklus.
Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Nebenkolbenanordnung überwindet die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit für den Stift 22, während zusätzlich eine bessere Läppsitz-Dichtung geschaffen wird. Weiterhin wurde die bekannte hohle Befestigungs-Einstellschraube 70 bei der vorliegenden Erfindung durch die massive Schraube 130 ersetzt.

Claims

1. Dekompressions-Motorretarder, bestehend aus einem Nebenkolben (102) in einem Nebenkolbenzylinder (114), wobei der Zylinder (114) mit einem Hydraulikkreis (150, 220) so verbunden ist, daß sich, wenn ein Hydraulikfluid an einem Ende des Nebenkolbens (102) in den Zylinder (114) gedrückt wird, der Nebenkolben (102) längs einer Längsachse (180) des Zylinders bewegt, wobei der Nebenkolben (102) darin angeordnet eine erste Bohrung (108) und eine zweite Bohrung (106) aufweist, die erste Bohrung (108) Seitenwände (110) hat, die im wesentlichen parallel zur Längsachse (180) verlaufen, und die erste Bohrung (108) mit dem Hydraulikfluid im Zylinder (114) an dem einen Ende des Nebenkolbens (102) in Verbindung steht, der Dekompressions-Motorretarder eine Vorrichtung zur Begrenzung des Laufs des Nebenkolbens (102) längs der Längsachse (180) des Zylinders (114) aufweist, und die zweite Bohrung (106) mit der ersten Bohrung (108) über eine erste Öffnung (112) in Verbindung steht, sowie ein Ventilglied (120) zur Hin- und Herbewegung relativ zum Nebenkolben (102) im wesentlichen parallel zur Längsachse (180) zwischen (a) einer geschlossenen und (b) einer offenen Position, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (120) in der ersten Bohrung (108) angeordnet ist, und die erste Öffnung (112) in den Seitenwänden der ersten Bohrung (108) so ausgebildet ist, daß in der geschlossenen Position das Ventilglied (120) die erste Öffnung (112) abdeckt und im wesentlichen verhindert, daß das Hydraulikfluid von der ersten Bohrung (108) in die zweite Bohrung (106) strömt, und in der zweiten Position das Ventilglied (120) wenigstens teilweise die erste Öffnung öffnet und es ermöglicht, daß das Hydraulikfluid aus der ersten Bohrung über die zweite Bohrung (106) austritt; und Einrichtungen (130, 140) vorgesehen sind, um das Ventilglied (120) im wesentlichen in einer vorbestimmten Position relativ zum Zylinder (114) längs der Längsachse (180) zu halten, so daß das Ventilglied (120) zunächst in der geschlossenen Position ist, und nach einer vorbestimmten Laufstrecke des Nebenkolbens (102) in Abhängigkeit vom Druck, mit dem das Hydraulikfluid in den Zylinder (114) gedrückt wird, in der offenen Position ist.

2. Retarder nach Anspruch 1, bei dem es die zweite Bohrung (106) des Nebenkolbens (102) dem Hydraulikfluid ermöglicht, aus dem Nebenkolben (102) über eine zweite Öffnung (105) auszutreten, die in einer äußeren Seitenwand des Nebenkolbens (102) ausgebildet ist.

3. Retarder nach Anspruch 1, bei dem die erste Bohrung (108) außerdem eine Ausnehmung aufweist, um einen Haltering (170) zu halten, der nahe den Seitenwänden (110) der ersten Bohrung (108) angeordnet ist.

4. Retarder nach Anspruch 1, bei dem der Zylinder (114) in einem Gehäuse (210) angeordnet ist, das einen ersten Kanal (150) aufweist, der mit dem Zylinder (114) mit dem einen Ende des Kolbens (102) in Verbindung steht, wobei der erste Kanal (150) zusätzlich mit einer Hydraulikfluidquelle (220) mit veränderbarem Druck in Verbindung steht.

5. Retarder nach Anspruch 1, wobei der Zylinder (114) in einem Gehäuse (210) angeordnet ist, und die Einrichtungen (130, 140) zum Halten des Ventilglieds (120) in der vorbestimmten Position längs der Längsachse (180) eine Einstellschraube (130) aufweisen, die nahe dem Nebenkolben (102) angeordnet ist.

6. Retarder nach Anspruch 5, bei dem die Einrichting (130, 140) zum Halten des Ventilglieds (120) in der vorbestimmten Position außerdem eine erste Feder (140) aufweist, die nahe dem Ventilglied (120) angeordnet ist, um das Ventilglied (120) im wesentlichen gegen die Einstellschraube (1 30) zu halten.

7. Retarder nach Anspruch 5, bei dem die Einstellschraube (130) im wesentlichen massiv ist.

8. Retarder nach Anspruch 5, bei dem sich der Nebenkolben (102) in einer ersten Position relativ zum Zylinder (114) längs der Längsachse (180) befindet, wenn das Ventilglied (120) in der geschlossenen Position und der Nebenkolben (102) in einer zweiten Position relativ zum Zylinder (114) längs der Längsachse (180) ist, wenn das Ventilglied (120) in der offenen Position ist, wobei die Einstellschraube (130) nahe dem Nebenkolben (102) so angeordnet ist, daß der erste Kolben durch die relative Lage der Einstellschraube (130) längs der Längsachse (180) bestimmt wird.

9. Retarder nach Anspruch 8, bei dem der Nebenkolben (102) längs der Längsachse (180) in Richtung auf die erste Position von einer zweiten Feder (192) gedrückt wird, wobei die zweite Feder (192) nahe dem Nebenkolben (102) angeordent und am Gehäuse (210) befestigt ist.

10. Retarder nach Anspruch 8, bei dem die Einstellschraube (130) im Gehäuse (210), und eine Mutter (200) auf der Schraube (130) nahe dem Gehäuse (210) angeordnet ist, wobei die Mutter (200) die Einstellschraube (130) so hält, daß die erste Position im wesentlichen fest ist.

11. Retarder nach Anspruch 8, bei dem ein zweiter Kanal (160) im Gehäuse (210) vorgesehen ist, wobei der zweite Kanal (160) mit dem Zylinder (114) über eine driyte Öffnung (162) in Verbindung steht, und bei dem das Hydraulikfluid, das aus der ersten Bohrung (108) über die zweite Bohrung (106) austritt, außerdem über die zweite Öffnung (104) und über die dritte Öffnung (162) in den zweiten Kanal (160) strömt, wenn das Ventilglied (120 in der offenen Position ist.