一种发动机制动装置.pdf

一种发动机制动装置，将凸轮滚轮在滚轮轴上从第一轴向位置移动到第二轴向位置，使其从与常规点火凸轮的连接切换到与发动机制动凸轮的连接，消除常规点火的气门运动，与此同时，气门运动丢失机构将气门制动器在点火时开双气门的连接切换到开单气门的连接，将制动凸轮的运动传递给一个气门。本发明的发动机制动装置所得到的是与点火凸轮毫无关系的专用制动凸轮产生的高功率制动，这种专用制动凸轮可以只包括制动排气凸轮，也可以同时有制动排气凸轮和制动进气凸轮，所有的发动机制动运作均为非液压式的机械式承载，没有液压承载的失效模式。本发明的制动控制简明，结构简单紧凑，制动性能优异，而且开单气门制动具有载荷低、耐久可靠等优点。

权利要求书
1.  一种发动机制动装置，所述的发动机包括气门致动器，所述的气门致动器包括凸轮、凸轮滚轮、滚轮轴、摇臂、摇臂轴和阀桥，所述的摇臂设置在所述的摇臂轴上，所述的凸轮包括常规点火凸轮和发动机制动凸轮，所述的常规点火凸轮的升程和发动机制动凸轮的升程之间存在差异，常规点火凸轮的相位和发动机制动凸轮的相位之间存在差异，所述的滚轮轴设置在摇臂的一端，所述的凸轮滚轮设置在滚轮轴上，滚轮轴的长度大于凸轮滚轮的轴向长度，凸轮滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，所述的阀桥的两端分别连接有一个第一气门和一个第二气门，其特征在于：所述的发动机制动装置包括一个凸轮滚轮轴向驱动机构和一个阀桥驱动机构，所述的阀桥驱动机构中包括有一个气门运动丢失机构，摇臂与所述的第一气门之间设置有一个单气门驱动机构。

2.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的气门运动丢失机构中包括一个液压式的活塞机构。

3.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的气门运动丢失机构是自动气门间隙调节机构。

4.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的气门运动丢失机构包括一个机械式的连杆机构。

5.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：气门运动丢失机构与所述的摇臂集成。

6.  如权利要求5所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的摇臂包括一个用来驱动单气门的全摇臂和一个用来驱动双气门的半摇臂，凸轮滚轮和滚轮轴设置在所述的全摇臂的一端，全摇臂的另一端与所述的第一气门相连，所述的半摇臂的一端和全摇臂一起转动式地安置在同一根摇臂轴上，半摇臂的另一端通过阀桥与第一气门和第二气门相连，半摇臂通过所述的气门运动丢失机构与全摇臂连接。

7.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：气门致动器中包括有一个防飞脱机构，所述的防飞脱机构中包括弹性元件。

8.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的气门致动器为排气门致动器，所述的第一气门和一个第二气门均为排气门，所述的凸轮为排气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮。

9.  如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的气门致动器包括排气门致动器和进气门致动器，所述的第一气门和一个第二气门包括排气门和进气门，所述的凸轮包括排气凸轮和进气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮，所述的进气凸轮包括常规点火用进气凸轮和发动机制动用进气凸轮。

10.  一种发动机制动装置的制动方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）利用凸轮滚轮轴向驱动机构将凸轮滚轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，
2）凸轮滚轮脱离所述的常规点火凸轮，切换到与发动机制动凸轮相连，丢失常规点火凸轮的运动及相应的气门运动，
3）与此同时，利用气门运动丢失机构切断摇臂与阀桥的运动传递，利用摇臂直接驱动第一气门，
4）利用凸轮滚轮和摇臂将发动机制动凸轮的运动传递给第一气门，产生发动机制动运作。

说明书一种发动机制动装置
技术领域:
本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机制动领域，特别是一种发动机制动装置。
背景技术:
已有技术中，发动机制动技术广为人知，只需将产生动力的发动机暂时转换为吸收能量的空压机。转换过程中切断燃油，在发动机活塞压缩冲程接近结束时打开气门，允许被压缩气体（制动时为空气）被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀冲程返回到发动机活塞，而是通过发动机的排气及散热系统散发掉。最终的结果是有效的发动机制动，减缓车辆的速度。
发动机制动装置的一个先例是由康明斯(Cummins)提供的美国专利号3220392披露，该专利的发明利用液压传递，将喷油凸轮或邻近排气凸轮的运动传递给发动机的气门，在发动机常规气门运动的基础上，增加压缩释放制动的气门运动。该发明在发动机四冲程的每一个周期内，只产生一次压缩释放制动。
美国专利US 4,572,114(1986)披露了在四冲程发动机上实现两冲程发动机制动的装置和方法。这样，每两个冲程或者发动机的曲轴每旋转一次，就产生一次发动机制动。理论上来说，在发动机四冲程的每一个周期内产生两次压缩释放的两冲程制动，其制动功率将是传统的四冲程制动功率的两倍。但由于该发明采用两套液压驱动系统，其机构非常复杂，没有得到实际应用。
美国专利US 5,537,976(1996)披露了另一种两冲程发动机制动的装置和方法，采用了凸轮驱动、液压连接、高速电磁阀和电子控制的手段，实现气门运动。由于每一个周期内，电磁阀都需要开启至少一次，对电磁阀的可靠性和耐久性有特别高的要求。加上液压驱动的其它问题，如气门落座速度的控制、发动机的冷启动等等，该发明也没有得到实际应用。
美国专利US 6,293,248 (2001)年披露了又一种两冲程发动机制动的装置和方法。为了在四冲程发动机上实现两冲程发动机制动，除了需要四个凸轮之外，还必须采用四根摇臂：两根排气摇臂（其中一根制动用）和两根进气摇臂（其中一根制动用），结构与控制都很复杂，而且采用的也是液压式打开发动机的气门。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种发动机制动装置，所述的这种发动机制动装置要解决现有技术中发动机制动结构复杂、控制繁琐、制动载荷大、液压驱动开启气门的可靠性与耐久性差和应用有限的技术问题。同时也要解决液压承载的高油压、高泄漏和高变形等技术问题。
本发明是一种发动机制动装置，所述的发动机包括气门致动器，所述的气门致动器包括凸轮、凸轮滚轮、滚轮轴、摇臂、摇臂轴和阀桥，所述的摇臂设置在所述的摇臂轴上，所述的凸轮包括常规点火凸轮和发动机制动凸轮，所述的常规点火凸轮的升程和发动机制动凸轮的升程之间存在差异，常规点火凸轮的相位和发动机制动凸轮的相位之间存在差异，所述的滚轮轴设置在摇臂的一端，所述的凸轮滚轮设置在滚轮轴上，滚轮轴的长度大于凸轮滚轮的轴向长度，凸轮滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，所述的阀桥的两端分别连接有一个第一气门和一个第二气门，其特征在于：所述的发动机制动装置包括一个凸轮滚轮轴向驱动机构和一个阀桥驱动机构，所述的阀桥驱动机构中包括有一个气门运动丢失机构，摇臂与所述的第一气门之间设置有一个单气门驱动机构。
进一步的，所述的气门运动丢失机构中包括一个液压式的活塞机构。
进一步的，所述的气门运动丢失机构是自动气门间隙调节机构。
进一步的，所述的气门运动丢失机构包括一个机械式的连杆机构。
进一步的，气门运动丢失机构与所述的摇臂集成。
进一步的，所述的摇臂包括一个用来驱动单气门的全摇臂和一个用来驱动双气门的半摇臂，凸轮滚轮和滚轮轴设置在所述的全摇臂的一端，全摇臂的另一端与所述的第一气门相连，所述的半摇臂的一端和全摇臂一起转动式地安置在同一根摇臂轴上，半摇臂的另一端通过阀桥与第一气门和第二气门相连，半摇臂通过所述的气门运动丢失机构与全摇臂连接。
进一步的，气门致动器中包括有一个防飞脱机构，所述的防飞脱机构中包括弹性元件。
进一步的，所述的气门致动器为排气门致动器，所述的第一气门和一个第二气门均为排气门，所述的凸轮为排气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮。
进一步的，所述的气门致动器包括排气门致动器和进气门致动器，所述的第一气门和一个第二气门包括排气门和进气门，所述的凸轮包括排气凸轮和进气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮，所述的进气凸轮包括常规点火用进气凸轮和发动机制动用进气凸轮。
本发明还提供了一种采用上述的发动机制动装置的制动方法，其包括以下步骤：
1，利用凸轮滚轮轴向驱动机构将凸轮滚轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，
2，凸轮滚轮脱离所述的常规点火凸轮，切换到与发动机制动凸轮相连，丢失常规点火凸轮的运动及相应的气门运动，
3，与此同时，利用气门运动丢失机构切断摇臂与阀桥的运动传递，利用摇臂直接驱动第一气门，
4，利用凸轮滚轮和摇臂将发动机制动凸轮的运动传递给第一气门，产生发动机制动运作。
本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明通过移动滚轮在滚轮轴上的轴向位置实现发动机点火与发动机制动之间的转换，同时，点火运作时开双气门的连接转换为制动运作时开单气门的连接，具有结构简单紧凑、制造组装容易、制动载荷小、可靠耐久和应用广泛等优点。由于制动凸轮与常规点火凸轮相互独立，制动性能可以得到优化。本发明采用固链式（机械连接）传递载荷，消除了传统的发动机制动器采用液压式承载产生的高油压、高变形和高泄漏以及液压千斤顶等缺陷或失效模式。
附图说明：
图1是本发明一种发动机制动装置的实施例1的示意图。
图2是本发明一种发动机制动装置的实施例1中的液流控制阀的示意图。
图3是本发明一种发动机制动装置的实施例1中的凸轮滚轮轴向驱动机构将凸轮滚轮置于第一轴向位置时的示意图。
图4是本发明一种发动机制动装置的实施例1中的凸轮滚轮轴向驱动机构将凸轮滚轮置于第二轴向位置时的示意图。
图5是本发明一种发动机制动装置的实施例2的示意图。
具体实施方式：
实施例1：
图1是本发明的发动机制动装置的实施例1的示意图（侧视图）。气门致动器200（这里的说明同时适用于进气门致动器和排气门致动器）包括凸轮（常规点火凸轮230和发动机制动凸轮2302），凸轮滚轮235和滚轮轴231。凸轮滚轮235除了可以在滚轮轴231上转动之外，还可以沿滚轮轴231作轴向移动（图3和图4），常规点火凸轮的凸台220和发动机制动凸轮的凸台232和233具有不同的升程和相位（制动凸台可以有不同数量、形状和大小）。但这两个凸轮位于同一根凸轮轴225上、相互毗邻且有大致相同的内基圆。气门致动器200还包括转动式安置在摇臂轴205上的摇臂210和置于两个气门301和302之上的阀桥400。摇臂轴205内至少有一条供油通道211。摇臂210通过阀隙调节机构（调节螺钉1102）、象足1142和阀桥内的制动连杆116作用于单个发动机气门301（第一个气门或内气门）。气门301和302由气门弹簧311和312偏置在发动机缸体500的阀座320上，阻止气体在发动机汽缸和气道600之间流动。阀隙调节机构的阀隙调节螺钉1102由锁紧螺母1052固紧在摇臂210上。摇臂210还带有阀桥驱动机构，这里的阀桥驱动机构是一种气门运动丢失机构250，包括活塞160和液流控制阀75（阀的细节请看图2）。这里的气门运动丢失机构250也是一种自动气门间隙调节机构，活塞160滑动式地安置在活塞孔190内，通过液流控制阀75，与摇臂210之间形成高度为234的液柱连接，液柱的高度234根据凸轮和气门之间的间隙自动调节。
集成在摇臂210内的液流控制阀75（请看图2的局部截面图）包括单向球阀165，由弹簧177偏置向上。单向球阀165上面受一个漏斗型的活塞58的驱动，活塞58由弹簧256偏置向下。当流体通道218中提供带有压力的流体（如发动机的润滑机油）时，油压克服弹簧256的作用力，将活塞58向上移。与此同时，油压克服弹簧177的作用力，将单向球阀165向下移，向液压通道216供油，并将单向球阀165的下方（包括液压通道216和与其相连通的所有液压通道和液压腔，如图1中的活塞孔190）形成液压锁止。
摇臂210还带有凸轮滚轮轴向驱动机构100。图3和图4分别是本发明的发动机制动装置的实施例1中的凸轮滚轮轴向驱动机构100在凸轮滚轮235处于第一轴向位置和第二轴向位置时的示意图（俯视局部剖面图）。摇臂210（这里显示的摇臂210也可以是推杆式发动机的凸轮从动件）靠近凸轮的一端设置有一个缺口，缺口内设置有一根滚轮轴231，滚轮轴231上转动式地设置有一个凸轮滚轮235，凸轮滚轮235除了可以在滚轮轴231上转动之外，还可以沿滚轮轴231作轴向移动，滚轮轴231在缺口内的长度大于滚轮235的轴向长度，滚轮235在滚轮轴231上具有一个第一轴向位置（图3）和一个第二轴向位置（图4）。摇臂210内的凸轮滚轮轴向驱动机构100（滚轮轴向驱动机构也可以安置在摇臂210之外）通过一个滚轮拨叉236将凸轮滚轮235在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换。
滚轮拨叉236的一端包括两个相互间隔的叉脚，两个叉脚中各自设置有孔或者槽238和239，滚轮轴231穿过两个叉脚中的孔或者槽238和239，滚轮235位于两个叉脚之间，滚轮拨叉236的另一端237与滚轮轴向驱动机构100连接（连接的方式可以多样）。这里的滚轮轴向驱动机构100包括一个活塞弹簧机构（也可以是其它机构），活塞164在活塞孔260内做轴向滑动，活塞孔260的轴向与滚轮轴231的轴向平行，活塞孔260的一端设置有流体通道214，活塞孔的另一端设置有一个弹簧156。活塞164靠近弹簧156的一侧（图中左侧）受到弹簧156的作用力，活塞164靠近流体通道214的一侧（图中右侧）受到流体（如发动机的机油）的作用力，两个作用力方向相反，使得活塞164在活塞孔260内左右移动。活塞164与滚轮拨叉236的一端237相连（这里的连接方式是滚轮拨叉236的连接端237位于活塞164的环槽126内，发动机排气门驱动构件210内有连接端237的导向槽270）。活塞164的运动通过滚轮拨叉136传递给滚轮235，使滚轮235在滚轮轴231上的第一轴向位置（图3）和第二轴向位置（图4）之间移动。当滚轮235处于第一轴向位置时，它与凸轮轴225上的常规点火凸轮230连接（图3）；当滚轮235处于第二轴向位置时，它与凸轮轴225上的制动凸轮2302连接（图4）。设计时最好使常规点火凸轮230和制动凸轮2302有大致相同的内基圆，且让凸轮滚轮235与凸轮230或2302之间有分开的趋势。当然，活塞164在安置弹簧156的一侧（左侧）也可以设计为封闭型的液压腔，形成与右边类似的液压驱动，其液压源，比如说，来自液压油道216。当活塞164的一边处于液压驱动时，另一边处于卸油（无油压）状态。
本实施例的操作过程如下。弹簧156或者油压将活塞164偏置在活塞孔260的底面靠近流体通道214的一侧（右侧，此时处于卸油状态），活塞164通过滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第一轴向位置（图3中的右侧），滚轮235与常规排气凸轮230连接，并通过滚轮轴231、摇臂210、阀桥驱动机构（气门运动丢失机构）250和阀桥400，将常规排气凸轮230的运动同时传递给发动机的两个气门301和302（图1），产生发动机点火时的常规气门运动。由于开单气门的象足1142处的摇臂比小于开双气门的象足114处的摇臂比，摇臂的运动将通过象足114传给阀桥400和两个气门301和302，象足1142将悬空而不起作用。
当需要将发动机的常规点火运作转换为发动机的制动运作时，打开发动机的制动控制机构，向凸轮滚轮轴向驱动机构100提供驱动力。流体，如发动机机油通过流体通道214输入活塞孔260（图3和图4），油压克服弹簧256的作用力，将活塞164移到活塞孔260的开口靠近弹簧256的一侧（左侧，此时处于卸油状态），活塞164带动滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第二轴向位置（图4中的左侧），滚轮235脱离与常规点火凸轮230的连接而与制动凸轮2302连接，常规点火凸轮230的运动被丢失。
与此同时，通向液流控制阀75的流体通道218卸油，活塞58受弹簧256的作用向下移动（见图2），将单向球阀165推离阀座，使得液压油道216和与其相通的活塞孔190卸油，活塞160上方的液柱变成了空隙234（见图1），使得制动凸轮（凸台232和233）的运动在象足114处丢失，无法通过阀桥400传递给气门301和302。但是，制动凸轮2302的运动通过象足1142处的连接和阀桥400内的制动连杆116，传递给发动机的两个气门中的第一个气门（内气门）301，产生发动机制动用的气门运动。
归纳起来，本发明的发动机制动装置通过滚轮轴向驱动机构100将凸轮滚轮235从与常规点火凸轮230相连切换到与发动机制动凸轮2302相连，常规点火凸轮230的运动被丢失。与此同时，气门运动丢失机构250将气门致动器200从开双门的连接切换到开单气门的连接，发动机制动凸轮2302的运动通过摇臂210只传给所述的两个气门中的第一个气门301。
置于活塞孔190内的卡环176（或其它止位机构）限制活塞160的行程并防止其从活塞孔190中脱落（有利于搬运与装配）。为了防止由于气门运动丢失机构产生的空隙234而导致运动部件的飞脱，这里增加了防飞脱的弹簧或弹性元件117、118和198。这些弹性元件的形状、种类和安置方式与位置都可以变化，其目的是保证装置中的运动部件，如阀桥400，不产生飞脱。空隙234的高度由制动凸轮上的制动凸台的高度决定，其用途是吸收（丢失）制动凸轮的运动，使其不会通过阀桥传递给气门。
实施例2：
图5是本发明的发动机制动装置的实施例2的示意图。本实施例将上述实施例1的摇臂变成了一个开单气门301的全摇臂210和一个开双气门301和302的半摇臂212，气门运动丢失机构250变成了连接全摇臂210和半摇臂212的连杆机构。全摇臂210与实施例1相似，在靠近凸轮230和2302的一端安置有凸轮滚轮235和滚轮轴231，全摇臂210的另一端通过制动气门间隙调节机构、象足1142和制动连杆116与第一个气门301相连。半摇臂212的一端和全摇臂210一起转动式地安置在同一根摇臂轴205上，安置方式之一是将全摇臂210置于中间，半摇臂212成叉子型跨过全摇臂210，置于全摇臂210的两侧。注意半摇臂212与凸轮230或2302不相连。半摇臂212的另一端通过气门间隙调节螺钉110、象足114和阀桥400与两个气门301和302相连，调节螺钉110由锁紧螺母105固紧在半摇臂212上面。半摇臂212还通过气门运动丢失机构250与全摇臂210相连接。气门运动丢失机构250包括两根连杆184和186，它们通过中间销钉125连接。连杆184的另一端（左端）由左销钉122与全摇臂210连接。连杆186的另一端（右端）由右销钉128与半摇臂212连接。连杆186的右端延伸段安置有回位弹簧198，回位弹簧198的另一端安置在半摇臂212上面。
在发动机的常规点火运作期间，回位弹簧198将连杆机构250在中间销钉125处偏置向下，压靠在启动活塞162上面（此时启动活塞162不受油压）。与此同时，图3所示的凸轮滚轮轴向驱动机构100中的弹簧156或者油压将活塞164偏置在活塞孔260的底面靠近流体通道214的一侧（右侧，此时处于卸油状态），活塞164通过滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第一轴向位置（图3中的右侧），滚轮235与常规排气凸轮230连接，并通过滚轮轴231,全摇臂210，气门运动丢失机构或连杆机构250，半摇臂212和阀桥400，将常规排气凸轮230的运动同时传递给发动机的两个气门301和302（图5），产生发动机点火时的常规气门运动。
当需要将发动机的常规点火运作转换为发动机的制动运作时，打开发动机的制动控制机构，向凸轮滚轮轴向驱动机构100提供驱动力。流体，如发动机机油通过流体通道214输入活塞孔260，油压克服弹簧256的作用力，将活塞164移到活塞孔260的开口靠近弹簧256的一侧（左侧，此时处于卸油状态），活塞164带动滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第二轴向位置（图4中的左侧），滚轮235脱离与常规点火凸轮230的连接而与制动凸轮2302连接，常规点火凸轮230的运动被丢失。与此同时，制动控制机构向图5中的启动活塞162供油，启动活塞162克服弹簧198的作用力，将连杆机构250在中间销钉125处向上推，使得半摇臂212反时针转动，象足114脱离阀桥400，失去开双气门的连接，制动凸轮（凸台232和233）的运动被丢失，无法通过阀桥400传递给两个气门301和302。但是，制动凸轮2302的运动通过滚轮轴231、全摇臂210的象足1142和阀桥内的制动连杆116形成的开单气门的连接，传递给发动机的两个气门中的第一个气门（内气门）301，产生发动机制动用的气门运动。
上述说明包含了不同的具体实施方式，这不应该被视为对本发明范围的限制，而是作为代表本发明的一些具体例证，许多其他演变都有可能从中产生。举例来说，这里显示的发动机制动装置或方法，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/推管式发动机；不但可以用来驱动排气门，也可用来驱动进气门。
此外，这里显示的凸轮滚轮轴向驱动机构，不但可以是活塞和弹簧机构，也可以是其它的机构，如液压、气动、电磁、机械等机构及上述机构的组合；不但可以集成在气门致动器（如摇臂）内，也可以位于气门致动器之外（如固定在发动机上或发动机的其它运动部件上）。
还有，这里的气门运动丢失机构、制动油路的设计和液流控制阀的结构与排列等等，都可以不同。
因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由所附属的权力要求及其法律相当的权力来决定。