ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕРВОМОТОР Российский патент 1995 года по МПК B60T13/567 

Изобретение относится к пневматическим сервомоторам, а конкретно к таким, которые используются для обеспечения слежения за торможением автомобилей.

Классические сервомоторы такого типа имеют поршень, имеющий цилиндрическую заднюю часть и юбку, которая с помощью разворачивающейся мембраны образует переднюю камеру, постоянно связанную с источником разрежения, и заднюю камеру, связываемую либо с передней камерой, либо с атмосферой с помощью клапана; приводимого в действие штоком управления, упирающимся через плунжер в поверхности реактивного диска, жестко связанного с толкателем, причем клапан имеет запорный элемент, взаимодействующий активным участком с первым седлом клапана, образованным на поршне, а задняя камера, связанная с атмосферой через кольцевое пространство между первым и вторым седлами клапана, когда плунжер введен внутрь поршня.

Такие сервомоторы, даже если их работа удовлетворительна, имеют, тем не менее, некоторые недостатки. В процессе торможения канал, открытый для атмосферного воздуха к задней камере, уменьшен, что замедляет движение воздуха в направлении задней камеры и увеличивает время отклика сервомотора. Были предложены различные компромиссные решения для того, чтобы это время задержки было бы приемлемым для торможений, называемых нормальными, при которых требуется замедление автомобиля. Однако, это время задержки всегда много больше в процессе резкого торможения, когда требуется быстрое вмешательство системы слежения.

Поэтому настоящее изобретение имеет объектом сервомотор, время задержки которого было бы минимально возможным в процессе резкого торможения.

Для этого сервомотор по изобретению отличается тем, что плунжер имеет по меньшей мере один радиальный канал, причем каждый радиальный канал (в покое и при нормальном торможении) герметично закрыт участком поршня, а в процессе резкого торможения оказывается свободным от этого участка для обеспечения сообщения задней камеры с атмосферой, причем каждый радиальный канал и соответствующий участок поршня вносят свой вклад в образование второго закрытого элемента клапана, работающего выборочно в случае резкого торможения.

Другие цели (отличительные и преимущественные) будут выявлены в ходе следующего ниже описания варианта реализации настоящего изобретения, данного в качестве не ограничивающего примера, со ссылками на фиг. в приложении.

Чертеж представляет вид сбоку в продольном сечении, показывающий центральную часть пневматического сервомотора слежения за торможением, выполненного классическим образом на нижней половине рисунка, а в соответствии с изобретением - на верхней половине чертежа.

Нижняя половина чертежа показывает часть сервомотора слежения за торможением, предусмотренного для помещения его обычно между педалью торможения автомобиля и главным цилиндром управления гидравлическим контуром торможения этого автомобиля. Договорились называть передней часть сервомотора автомобиля, обращенную к главному цилиндру, а задней часть, обращенную к педали торможения.

Сервомотор имеет внешний кожух 10, обладающий симметрией вращения вокруг оси Х-Х'. Лишь задняя центральная часть этого кожуха 10 показана на чертеже.

Гибкая разворачивающаяся мембрана из эластомера 12, усиленная в центральной части металлическим опорным диском 14, называемая еще юбкой, образует внутри пространства, ограниченного кожухом 10, переднюю камеру 16 и заднюю камеру 18. Внешний периферийный край (не показан) мембраны 12 герметично закреплен на внешнем кожухе 10. Внутренний периферийный край этой же мембраны заканчивается закраиной, герметично входящей в кольцевую канавку, образованную на внешней периферийной поверхности около поршня слежения 20, расположенного по оси Х-Х' сервомотора. Этот полый поршень 20 продолжается назад в форме трубчатого участка 22, который герметично пересекает заднюю стенку кожуха 10. Герметичность такого пересечения обеспечивается армированным герметичным кольцевым уплотнением 24, которое крепится кольцом 26 в центральной цилиндрической части, продолжая назад заднюю стенку кожуха 10.

Пружина сжатия 28, вставленная между поршнем 20 и передней стенкой (не показана) внешнего кожуха 10, удерживает нормально поршень 20 и юбку 14 в заднем положении покоя, показанном на чертеже, в котором задняя камера 18 имеет свой минимальный объем, а передняя камера 16 - свой максимальный объем.

В своей центральной части, расположенной между задним цилиндрическим участком 22 и передним участком, в котором закреплены мембрана 12 и юбка 14, поршень 20 имеет сверление 30, в котором размещается при скольжении плунжер 32, также имеющий симметрию вращения вокруг оси Х-Х'. Передний конец штока управления 34 сервомотора, расположенный также по оси Х-Х', установлен шарнирно в глухом сверлении 33, выполненном сзади плунжера 32.

Задний конец (не показан) этого штока 34, который выступает вне трубчатого участка 22 поршня 20, управляется непосредственно педалью торможения автомобиля (не показана).

Кольцевое пространство 36, образованное между штоком управления 34 и цилиндрическим участком поршня 20, соединено с внешней атмосферой в задней части сервомотора, например через воздушный фильтр. В передней части это же кольцевое пространство может сообщаться с задней камерой 18 через радиальный канал 38, образованный в центральной части поршня, и каналы 39, выполненные между поплавком 32 и сверлением 30 поршня 20, если приведены в действие средства слежения, управляемые поплавком 32.

Классически, эти средства слежения имеют трехпозиционный клапан, имеющий кольцевой запорный элемент 40, установленный в цилиндрической части поршня, и два кольцевых седла клапана 20а и 32а, образованные на центральном участке поршня 20 и на поплавке 32.

Запорный элемент клапана (ЗЭК) 40 образован передним концом наименьшего диаметра гибкой муфты из эластомера, задний конец которой заканчивается закраиной, установленной герметично внутри цилиндрического участка 22 поршня 20. Эта закраина удерживается на месте металлической чашкой 42, на которую опирается пружина сжатия 44, стремящаяся переместить ЗЭК 40 вперед.

Кольцевое седло 32а образовано на поверхности переднего конца плунжера 32. Аналогично кольцевое седло клапана 20а образовано на поверхности переднего конца центрального участка поршня 20 вокруг седла 32 а. В зависимости от положения плунжера 32 внутри поршня 20 такое устройство позволяет клапану 40 постоянно и герметично опираться на одно, по меньшей мере, из седел 32а и 20а под воздействием пружины 44.

Второй канал 46 образован в центральной части поршня 20, приблизительно параллельно его оси Х-Х', для сообщения передней камеры 16 сервомотора с кольцевой камерой 48, образованной вокруг клапана 40, внутри цилиндрического участка 22 поршня 20. Когда плунжер занимает свое переднее положение покоя, показанное на чертеже, в котором клапан 40 герметично опирается на седло 22а плунжера 32 и отодвинут от седла 20а поршня 20, передняя камера 16 и задняя 18 сервомотора сообщаются таким образом между собой посредством канала 46, кольцевой камеры 48 и канала 38.

Также в соответствии с классической схемой, один, по меньшей мере упорный диск 50, установленный в центральной части поршня 20, ограничивает осевой ход плунжера 32 внутри последнего. Плунжер 32 нормально удерживается в заднем положении покоя, определяемом диском 50, посредством пружины сжатия 52, вставленной между чашкой 42 и шайбой 54, которая в свою очередь опирается в заплечик, образованный на штоке управления 34.

В центральной части поршень 24 имеет кольцевую переднюю поверхность 20, к центру которой примыкает сверление 30. Эта передняя кольцевая поверхность 20 поршня 20 воздействует на заднюю поверхность толкателя 56 через реактивный диск 58 из деформируемого материала, такого как эластомер. Более точно, толкатель 56 и реактивный диск 58 расположены по оси Х-Х' сервомотора на продолжении штока управления 34 и поплавка 32. Реактивный диск 58 накрыт колпаком 60, жестко связанным с толкателем 56 и центрирован по оси Х-Х' сервомотора, и взаимодействует с кольцевой канавкой, образованной на центральном участке поршня 20 вокруг его передней кольцевой поверхности 20.

Работа этого известного сервомотора является классической и может быть кратко описана следующим образом.

При установке сервомотора на автомобиле передняя камера 16 постоянно сообщается с источником вакуума.

В первое время усилие, прикладываемое к педали торможения водителем, имеет результатом выравнивание усилия предварительного натяжения пружины 52, уменьшенное на усилие предварительного натяжения пружины 44. В процессе последующего небольшого перемещения штока управления 34 и плунжера 32 клапан 40 под воздействием пружины 44 следует за седлом 32а плунжера 32 до момента, когда он воздет в контакт с седлом 20а поршня, передняя 16 и задняя 18 камеры сервомотора при этом изолируются друг от друга.

Во второй фазе действия тормоза плунжер 32 перемещается вперед на достаточное расстояние для того, чтобы клапан 40 был в герметичном контакте с седлом 20а поршня, и начинает удаляться от седла 32а поплавка. В этих условиях задняя камера 18 сервомотора изолируется от передней камеры 16 и сообщается с атмосферой.

Задняя камера 18, которая ранее сообщалась с передней камерой 16 и находилась под пониженным давлением, засасывает воздух при атмосферном давлении через радиальный канал 38, каналы 39, выполненные между плунжером 32 и сверлением 30 поршня 20, и канал малого сечения между клапаном 40 и седлом плунжера 32а. Отсюда видно, что имеет место значительное препятствие прохождению воздуха, обусловленное малостью проходного сечения клапанов 30а-40 и, следовательно, значительное время задержки, которое, хотя оно мало влияет в тормозах, где требуется лишь замедление автомобиля, может стать существенным препятствием при резком торможении.

Понятно, что крайне желательно реализовать сервомотор, в котором для хода штока управления 34, соответствующего резкому торможению, сечение, открытое для прохождения воздуха, было бы максимально большим с тем, чтобы время отклика было бы минимально возможным без увеличения мертвого хода сервомотора.

Эта цель достигается благодаря изобретению, пример варианта реализации которого представлен на верхней половине рисунка.

На верхней половине рисунка видно, что с этой целью поршень 20 и плунжер 32 были изменены. По изобретению плунжер 32 скользит герметично в сверлении 30 благодаря двум герметичным уплотнениям 62 и 64, расположенным, например, в задней части плунжера 32. На участке 65 центральной части поршня 20, где плунжер перемещается герметично, выполнены осевые каналы 66, обеспечивающие сообщение кольцевой камеры 48, образованной вокруг клапана 40, с кольцевым объемом 67, сформированным между канавкой 68 внутри сверления 30 и канавкой 69, образованной на периферии плунжера 32 напротив канавки 68. К этому кольцевому объему 67 примыкает радиальный канал 38 к задней камере 18. Радиальные каналы 70 выполнены в плунжере 32, примыкают с одной стороны к глухому сверлению 33 плунжера 32, а с другой стороны к внешней периферии плунжера 32 между двумя уплотнениями 62 и 64.

Работа сервомотора может быть легко понята из предыдущих пояснений. Первая фаза работы, в процессе которой передняя 16 и задняя 18 камеры изолированы друг от друга, идентична фазе, которая была описана ранее. Во второй фазе нормальной работы тормоза задняя камера 18 сервомотора сообщается с атмосферой радиальным каналом 38, кольцевым объектом 67, осевыми проходами 66 и проходом вентиля 32а-40. Отсюда вытекает некоторая неуравновешенность давлений на две поверхности юбки 14 поршня, порождая при этом силу слежения, передаваемую поршнем 20 толкателю 56. Более точно, эта сила слежения действует со стороны передней кольцевой поверхности 20 поршня 20 на реактивный диск 58. Он передает часть усилия слежения штоку 56 и использует другую часть этой силы для деформирования назад в пространство между сверлением 30 и плунжером 32. Эта деформация продолжается до того момента, когда деформированная часть реактивного диска 58 приходит в соприкосновение с передней поверхностью плунжера 32. В ходе этой фазы, которая соответствует тому, что называют бросок сервомотора, поршень 20 и плунжер 32 продвигаются вместе. В конце этой фазы начинает возникать реакция на плунжер 32 и толкатель 34, заставляя отступать плунжер 32 по отношению к поршню 20, что приводит к закрытию канала клапана 32а-40.

Видно, что в процессе нормального торможения сервомотор по изобретению ведет себя классическим образом.

С другой стороны, в фазе проведения резкого торможения внезапно возникшее усилие воздействует на шток управления 34. Отсюда возникает быстрое перемещение плунжера 32 в сверлении 30. Первая фаза изоляции передней и задней камер проходит классически. Затем открывается канал клапана 32а-40, обеспечивающий проникновение воздуха под атмосферным давлением в заднюю камеру 18 через каналы 66, кольцевой объем 67 и проход 38. Давление в задней камере растет, создавая усилие слежения на поршень 20. Однако вследствие внезапности действия в процессе роста давления в задней камере и с усилия слежения плунжера 32 продолжает продвигаться далее в поршне 20, чего не было в процессе нормального действия. Отсюда следует, что канал клапана 32а-40 становится более открытым, т.е. что он предоставляет большее проходное сечение для воздуха, чем при нормальном торможении, но которое еще слишком недостаточно.

В соответствии с изобретением второй канал открыт для воздуха при атмосферном давлении для поступления его в задней камере 18. Действительно, после проникновения плунжера 32 в поршень 20 на расстояние больше, чем при нормальном торможении, герметичное уплотнение 62, переносимое плунжером 32 и расположенное максимально впереди, выступает впереди участка 65 поршня 20. Герметичность радиального канала 70 по отношению к участку 65 больше не обеспечивается и канал 70 оказывается соединенным с кольцевым объемом 67, причем участок 65 поршня 20 и радиальный канал 70, играющий роль клапана с золотником. Т. е. в этой ситуации внезапного торможения воздух под атмосферным давлением поступает в заднюю камеру сервомотора через канал клапана 32а-40, каналы 66, кольцевой объем 67 и радиальный канал 38, а также через радиальные каналы 70 плунжера, кольцевой объем 67 и радиальный канал 38. Видно, что в случае экстренного торможения радиальный канал 38 и кольцевой объем 67 связаны с атмосферой двумя средствами каналами 66 и каналами 70. Очевидно, что отсюда вытекает больший приток воздуха к задней камере, откуда более быстрое нарастание силы слежения и уменьшение времени отклика, что и было целью поиска.

В ходе этой фазы внезапного торможения реактивный диск 58 также подвергался воздействию со стороны передней поверхности 20 поршня. Но в процессе своей деформации назад он очень быстро встречал переднюю поверхность плунжера, которая подавалась вперед достаточно для открытия радиальных проходов 70.

Следовательно, реакция толкателя 56 была очень быстро передана штоку управления 34. Когда водитель приложил максимальное усилие торможения или требуемое усилие, которое он чувствует касанием педали торможения, он удерживает постоянным усилие торможения или отпускает педаль, что передается штоку управления. Реактивный диск 58 стремится вновь занять положение равновесия для требуемого усилия. Передняя кольцевая поверхность 20а поршня 20 всегда обеспечивает одно и то же усилие, поскольку разность давлений на двух поверхностях юбки 14 не меняется, реактивный диск 58 будет иметь тенденцию к большему деформированию назад, отталкивая плунжер 32 от поршня 20. Каналы 70 вновь будут перекрыты и сервомотор вернется к нормальной работе.

Положения, относящиеся к покою плунжера 32 и поршня 20, определяются упором 50. Можно, следовательно, определить расстояние между осью каналов 70 и передним краем участка 65 поршня 20 в состоянии покоя для того, чтобы каналы 70 оставались перекрытыми участком 65 в процессе нормального торможения и были бы открыты в процессе внезапного торможения. Это расстояние будет изменяться в зависимости от характеристик, которые требуется обеспечить сервомотору, оборудованное таким образом.

Таким образом видно, что был реализован сервомотор с классическим функционированием для нормальных условий использования, в которых дополнительные каналы воздуха открыты в процессе внезапного торможения для уменьшения времени отклика сервомотора в этих экстремальных условиях.

Очевидно, что изобретение не ограничивается вариантом реализации, который был описан в качестве примера, а может допускать многочисленные изменения, которые может внести специалист. Так, например, дополнительные проходы для воздуха могут быть сформированы на другом участке плунжера и если скольжение плунжера в поршне может быть выполнено идеальным образом, применение герметичных уплотнений на плунжере с обеих сторон радиальных каналов может оказаться ненужным. С другой стороны изобретение может применяться также для сервомоторов в тандеме или к дополнительным камерам слежения. Можно также еще снизить время отклика сервомотора для внезапных торможений, связанных глухим сверлением 33 плунжера 32 с источником воздуха под давлением, превышающим атмосферное. Таким образом, для нормальных торможений при которых открыт лишь проход 32а-40 к задней камере, она запитывается воздухом при атмосферном давлении классическим образом. С другой стороны, для внезапных торможений каналы 70 также открыты, задняя камера также запитывается воздухом под давлением, превышающим атмосферное, что обеспечивает более быстрое наполнение этой камеры и соответствующее снижению времени задержки. В последнем случае можно предусмотреть обратный клапан, препятствующий прохождению воздуха из каналов 70 к каналу 32а-40.

Использование: в пневматических сервомоторах слежения заторможением. Сущность: сервомотор имеет кожух 10, внутри которого размещается поршень 20, образованный задним цилиндрическим участком 22, несущим юбку 14, которая с помощью разворачивающейся мембраны 12 образует переднюю камеру 16, постоянно связанную с источником разрежения, и заднюю камеру 18, селективно связанную с передней камерой 16 или с атмосферой с помощью клапана (20а, 32а, 40), приводимого в действие с помощью штока управления 34, который может упираться через плунжер 32 на одну из поверхностей реактивного диска 53, жестко связанного с толкателем (56), причем клапан (20а, 32а, 40) имеет запорный элемент 40, взаимодействующий с первым седлом клапана 32а, образованным на плунжере 32, и с вторым седлом клапана 20а, образованным на поршне 20. Плунжер 32 и поршень 20 несут второй запорный клапан (65, 70). 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕРВОМОТОР слежения за торможением, содержащий кожух, во внутренней полости которого расположен поршень, образованный задней цилиндрической частью, несущей юбку, которая с помощью разворачивающейся мембраны образует переднюю камеру, селективно связанную с передней камерой или атмосферой посредством клапана, приводимого в действие штоком управления, опирающегося через плунжер на одну из поверхностей реактивного диска, жестко связанного с толкателем, клапан, несущий запорный элемент, взаимодействующий с первым седлом клапана, образованным на поршне, и вторым седлом, образованным на плунжере, причем задняя камера связана с атмосферой через кольцевую полость, образованную между первым и вторым седлами клапана при расположении плунжера внутри поршня, отличающийся тем, что плунжер снабжен по меньшей мере одним радиальным каналом, герметично закрытым участком поршня в потоке и при нормальном торможении и открытым при резком торможении для сообщения задней камеры с атмосферой. 2. Сервомотор по п. 1, отличающийся тем, что каждый радиальный канал постоянно сообщен с атмосферой. 3. Сервомотор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на участке поршня выполнены осевые каналы. 4. Сервомотор по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что герметичное уплотнение расположено на внешней периферии плунжера перед и после радиальных каналов.