CN101368517B - 一种发动机制动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现发动机制动的装置及方法，该装置包括发动机排气门，气门弹簧，排气凸轮，以及可变液压挺柱机构，其中排气凸轮为双凸轮结构，由外凸轮和内凸轮组成，可变液压挺柱机构位于排气门与排气凸轮之间，可实现内外凸轮之间的切换，使得发动机排气门在正常工作阶段由外凸轮控制，在制动阶段由内凸轮控制，根据设计的内凸轮型线，控制排气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，以达到发动机制动效果。本发明具有结构简单，易于控制，可靠性高等特点，能够实现发动机，特别是柴油发动机的快速制动。

Description

一种发动机制动装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实现发动机制动的装置及方法，特别涉及的是一种实现柴油机发动机制动的装置及方法，属于汽车发动机制动领域。

背景技术

现代汽车的功率越来越大，载重质量越来越重，车速越来越高，车辆内部的摩擦损失也越来越小，这就意味着车辆自身的减速能力降低，仅仅依靠汽车自身的主制动系统已经很难满足车辆高速重载条件下的制动需求。为了保证车辆安全性能，有必要增加辅助制动机构。

电涡流缓速器即为其中一种，但是电涡流缓速器通过电磁力使汽车减速，线圈中会通过大量的电流，线圈有可能烧毁，使缓速器失效。此外，电涡流需要大量的线圈才能够达到电磁产生阻力作用的目的，所以电涡流缓速器的体积大，质量大，并增加了传动系统的质量，使大量的小型车不能与电涡流缓速器匹配，这就需要发动机辅助制动装置。

发动机制动作为一种辅助制动装置所需的体积小，质量轻、结构紧凑、响应时间短、造价低，制动功率大且控制灵活，但发动机制动器结构中，部分液压介质在液压管路中作往复运动，液压介质得不到更新，每一循环只补充被泄漏掉的液压介质，在制动器的装置和使用过程中难免存在气泡，这就有可能使建立的液压压力达不到预先设计的数值，使制动器的动作失效。

发动机制动是车辆制动的一种辅助制动，用以减少主制动器的磨损，提高使用寿命，特别是重型货车和大客车。当这些重型商用车在又长又陡的山坡向下行驶时，或是频繁的“起动-停车”时，发动机制动装置会提供减速动力，防止汽车失控，确保行车的安全性。与缓速器相比，发动机制动所需的体积小，质量轻、结构紧凑、响应时间短、造价低、制动功率大且控制灵活，适合长时间使用，不会存在电涡流缓速器中存在的温升问题。

发明内容

本发明的目的在于利用双凸轮机构，结合可变液压挺柱机构来实现柴油发动机制动，在发动机制动过程中双凸轮和可变液压挺住机构结合，在一个发动机工作周期内实现排气门多次开启、关闭，同时通过ECU程序控制喷油器停止喷油，使发动机的活塞一直做负功，以达到辅助制动的目的。

原理在于将柴油机排气凸轮设计成双凸轮，外凸轮在正常发动机工作状态下工作，内凸轮通过凸轮型线的重新设计，实现在发动机制动状态下的排气门三次开启和三次关闭，使得活塞始终处于作负功状态，实现发动机制动效果。ECU程序控制发动机在正常工作状态和发动机制动状态下切换以及喷油器的停止喷油。

详细来说，该发动机制动装置，排气凸轮采用双凸轮结构，双凸轮中的内外凸轮错位，结合INA(依纳)可变液压挺柱机构，使发动机的排气门在发动机的一个工作周期内实现三次开启和三次关闭，即压缩冲程末期的开启\膨胀冲程末期和排气冲程末期开启，在压缩冲程前期、膨胀冲程前期和排气冲程前期排气门关闭，以实现发动机制动。归纳也即：采用双凸轮机构和INA(依纳)可变液压挺柱结构；外凸轮控制发动机正常工作时排气门关闭和开启，内凸轮控制发动机制动时排气门的关闭和开启；内、外凸轮之间的切换通过INA(依纳)液压挺柱机构实现。

具体技术方案如下：

本发明实现发动机制动的装置，包括发动机排气门，气门弹簧，排气凸轮，以及凸轮切换装置，其中排气凸轮为双凸轮结构，由外凸轮和内凸轮组成，凸轮切换装置位于排气门与排气凸轮之间，可实现内外凸轮之间的切换，使得发动机排气门在正常工作阶段和制动阶段分别由不同的凸轮控制。

凸轮切换装置优选一可变液压挺柱机构，包括内腔，外腔，位于内腔中的销孔和可在内外腔间运动并插入销孔的定位销。

优选将外凸轮设为正常工作阶段控制发动机排气门的凸轮，将内凸轮设为制动阶段控制发动机排气门的凸轮，根据要求适当设计内凸轮的型线，控制排气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，以达到发动机制动效果。

一种实现发动机制动的装置，包括发动机排气门，气门弹簧，排气凸轮，以及可变液压挺柱机构，该可变液压挺柱机构包括内腔，外腔，位于内腔中的销孔和可在内外腔间运动并插入销孔的定位销，其中排气凸轮为双凸轮结构，由外凸轮和内凸轮组成，可变液压挺柱机构位于排气门与排气凸轮之间，可实现内外凸轮之间的切换，当不需要发动机制动时，通过液压系统，给定位销施加压力，使其插入销孔与内腔结合，此时外凸轮通过外腔控制排气门的开启和关闭，发动机处于正常工作状态，当需要发动机制动时，液压油路压力为零，通过回位弹簧使定位销离开销孔与内腔分离回到外腔，此时内凸轮通过内腔控制排气门的开启和关闭，根据要求适当设计内凸轮的型线，控制排气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，以达到发动机制动效果。

一种利用上述的装置对发动机进行制动的方法，包括以下步骤：

(1)在进气冲程中，进气门正常开启，气体从进气门进入气缸；

(2)在压缩冲程中，前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行，末期，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(3)在膨胀冲程中，前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向下运行，在气缸内形成一定的真空度，此行程中缸内负压使得活塞持续做负功，末期，排气门再次开启一个很小的时刻，排气管内气体通过排气门回到气缸内，使缸内气压迅速接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(4)在排气冲程中，前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行，排气冲程末期，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(5)再次进入进气冲程，并不断重复上述过程，持续做负功。

该方法还包括通过ECU程序控制发动机在不同工作模式下的切换以及在发动机制动过程中，通过ECU程序，控制喷油器停止喷油。

通过上述方法可以使发动机的排气门在发动机的一个工作周期内实现三次开启和三次关闭，即压缩冲程末期的开启、膨胀冲程末期和排气冲程末期开启，在压缩冲程前期、膨胀冲程前期和排气冲程前期排气门关闭，以实现发动机制动。

本发明提供的实现发动机制动的装置及方法具有结构简单，易于控制，可靠性高等特点，能够实现发动机，特别是柴油发动机的快速制动，具有良好的市场前景。其技术效果如下：排气门使用双凸轮结构，外凸轮控制发动机正常工作时气门的开启和关闭，内凸轮控制发动机在发动机制动状态下的气门开启和关闭，通过设计内凸轮型线，可以实现排气门在一个工作周期内多次开启和关闭，同时结合ECU控制喷油器停止喷油，使得活塞始终处于作负功状态，消耗能量，辅助车辆制动。

本发明应用优点显著，归纳如下：只需将排气凸轮设计为双凸轮机构；内凸轮的型线控制发动机制动时排气门的关闭和开启；控制简单，在发动机制动时只需切换至内凸轮工作，同时通过ECU控制喷油器停止喷油；利用可变液压挺住机构来实现正常工作模式和发动机制动的切换，发动机制动时，结合ECU程序控制喷油器停止喷油，让活塞一直做负功来实现发动机制动。控制策略简单，发动机平均制动功率较其他同类产品高50％以上。

附图说明

附图1是发动机制动时气门运动情况

附图2是双凸轮结构图

附图3是制动装置的结构示意图

附图4是发动机制动时排气门和进气门的升程曲线示意图

附图5是可变液压挺柱机构示意图

I、进气冲程  II、压缩冲程前期  III、压缩冲程末期  IV、膨胀冲程前期  V、膨胀冲程末期  VI、排气冲程前期  VII、排气冲程末期  VIII、排气冲程末期

1外凸轮  2内凸轮  3可变液压挺柱机构  4气门弹簧  5排气门  6销孔  7定位销  8内腔9外腔

具体实施方式

下面根据附图2、3和5对本发明的制动装置进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

本发明所述的一种实现发动机制动的装置，包括发动机排气门5，气门弹簧4，排气凸轮，以及可变液压挺柱机构3，该可变液压挺柱机构3包括内腔8，外腔9，位于内腔中的销孔6和可在内外腔间运动并插入销孔的定位销7，其中排气凸轮为双凸轮结构，由外凸轮1和内凸轮2组成，可变液压挺柱机构3位于排气门与排气凸轮之间，可实现内外凸轮之间的切换，当不需要发动机制动时，通过液压系统，给定位销施加压力，使其插入销孔与内腔结合，此时外凸轮通过外腔控制排气门的开启和关闭，发动机处于正常工作状态，当需要发动机制动时，液压油路压力为零，通过回位弹簧使定位销离开销孔与内腔分离回到外腔，此时内凸轮通过内腔控制排气门的开启和关闭，根据要求适当设计内凸轮的型线，控制气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，以达到发动机制动效果。

下面根据附图1和4对利用本发明的制动装置进行制动的方法进行详细描述，包括以下步骤：

(1)在进气冲程I中，进气门正常开启，气体从进气门进入气缸，进气冲程末期，排气门会在内凸轮作用下开启；

(2)在压缩冲程的前期II中，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行，在压缩冲程的末期III中，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(3)在膨胀冲程的前期IV中，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向下运行，在气缸内形成一定的真空度，此行程中缸内负压使得活塞持续做负功，在膨胀冲程的末期V中，排气门再次开启一个很小的时刻，排气管内气体通过排气门回到气缸内，使缸内气压迅速接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(4)在排气冲程的前期VI中，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行，在排气冲程末期VII中，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(5)再次进入进气冲程，并不断重复上述过程，持续做负功。

本发明通过设计柴油发动机的排气双凸轮机构，内凸轮控制发动机排气门在一个工作周期内开启三次(压缩冲程末期、膨胀冲程末期和排气冲程末期排气门打开)，实现发动机制动。

本系统另外的实施例，可以由外凸轮1，内凸轮2，INA(依纳)可变液压挺柱机构3，排气门4组成，通过液压切换机构实现正常工况以及发动机之间切换，当内凸轮驱动气门时实现发动机制动。该柴油发动机制动装置，包括INA(依纳)可变液压挺柱机构、双凸轮等，其特征在于：排气凸轮为双凸轮结构；可用于实现发动机正常进排气和发动机制动；发动机正常进排气和发动机制动之间的切换通过可变液压挺柱机构，在内外凸轮之间切换即可。具体步骤可以如下：

1、发动机制动过程：

进气冲程：进气门正常开启，气体从进气门进入气缸。进气冲程末期，排气门会在内凸轮型线作用下开启，但并无实际意义；

压缩冲程：前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行。压缩冲程末期，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

膨胀冲程：前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向下运行。在气缸内形成一定的真空度，此行程中缸内负压使得活塞持续做负功。膨胀冲程末期，排气门再次开启一个很小的时刻，排气管内气体通过排气门回到气缸内，使缸内气压迅速接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

排气冲程：前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行。排气冲程末期，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

发动机在此进入到进气冲程，并不断重复上述过程，持续做负功。

2、凸轮为双凸轮结构，外凸轮是发动机正常工作模式下的凸轮，内凸轮是实现发动机制动的凸轮，可以根据要求适当设计内凸轮的型线，控制气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，以达到发动机制动效果。

3、当不需要发动机制动时，通过液压系统，给定位销施加压力，使其与内腔结合，此时外凸轮控制排气门的开启和关闭，发动机处于正常工作状态。

4、当需要发动机制动时，液压油路压力为零，通过回位弹簧使定位销与内腔分离。此时内凸轮通过内腔控制气门运动，这样发动机的排气门在发动机的一个工作周期内就会实现两次开启和两次关闭，从而实现发动机制动。

5、当发动机要再次回到正常工作模式时，只需将液压系统的油压降为0，让外凸轮来控制气门运动即可。

6、通过ECU程序，控制发动机在不同工作模式下的切换。

发动机制动过程中，通过ECU程序，控制喷油器停止喷油。

Claims (4)

1.一种发动机制动装置，包括发动机排气门(5)，气门弹簧(4)，排气凸轮，电控单元ECU，以及可变液压挺柱机构(3)，该可变液压挺柱机构(3)包括内腔(8)，外腔(9)，位于内腔中的销孔(6)和可在内外腔间运动并插入销孔的定位销(7)，其特征在于，排气凸轮为双凸轮结构，其由外凸轮(1)和内凸轮(2)组成，可变液压挺柱机构(3)位于排气门与排气凸轮之间，可实现内外凸轮之间的切换，当不需要发动机制动时，通过液压系统，给定位销施加压力，使其插入销孔与内腔结合，此时外凸轮通过外腔控制排气门的开启和关闭，发动机处于正常工作状态，当需要发动机制动时，液压油路压力为零，通过回位弹簧使定位销离开销孔与内腔分离回到外腔，此时内凸轮通过内腔控制排气门的开启和关闭，根据要求适当设计内凸轮的型线，控制排气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，ECU程序控制发动机在正常工作状态和发动机制动状态下切换以及喷油器的停止喷油，以达到发动机制动效果。

2.一种利用发动机制动装置对发动机进行制动的方法，其特征在于，该发动机制动装置，包括发动机排气门(5)，气门弹簧(4)，排气凸轮，以及凸轮切换装置，其特征在于，排气凸轮为双凸轮结构，其由外凸轮(1)和内凸轮(2)组成，凸轮切换装置位于排气门与排气凸轮之间，可实现内外凸轮之间的切换，使得发动机排气门在正常工作阶段和制动阶段分别由不同的凸轮控制，该凸轮切换装置为一可变液压挺柱机构(3)，包括内腔(8)，外腔(9)，位于内腔中的销孔(6)和可在内外腔间运动并插入销孔的定位销(7)，该外凸轮是正常工作阶段控制发动机排气门的凸轮，该内凸轮是制动阶段控制发动机排气门的凸轮，根据要求适当设计内凸轮的型线，控制排气门在压缩冲程末期和膨胀冲程中开启，以达到发动机制动效果，包括以下步骤：

(1)在进气冲程中，进气门正常开启，气体从进气门进入气缸；

(2)在压缩冲程中，前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行，末期，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(3)在膨胀冲程中，前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向下运行，在气缸内形成一定的真空度，此行程中缸内负压使得活塞持续做负功，末期，排气门再次开启一个很小的时刻，排气管内气体通过排气门回到气缸内，使缸内气压迅速接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(4)在排气冲程中，前期，排气门和进气门同时处于关闭状态，活塞在飞轮的带动下向上运行，排气冲程末期，活塞到达上止点时，排气门开启一个很小的时刻，压缩空气迅速被排出，使缸内气压接近大气压力，然后排气门迅速关闭；

(5)再次进入进气冲程，并不断重复上述过程，持续做负功。

3.一种如权利要求2所述的对发动机进行制动的方法，还包括通过ECU程序控制发动机在不同工作模式下的切换。

4.一种如权利要求2所述的对发动机进行制动的方法，还包括发动机制动过程中，通过ECU程序，控制喷油器停止喷油。

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