CN101769186A - 带有双油压控制阀的发动机制动装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有双油压控制阀的发动机制动装置(发动机缓速器)和改变发动机气阀运动的方法。该装置含有可以在阀桥内的非操作位置和操作位置之间滑动的制动活塞。当油压不高于第一油压时，制动活塞处于非操作位置，阀桥与气阀之间形成一间隙，将凸轮底部产生的运动越过；当油压不低于第二油压时，制动活塞移到操作位置，阀桥与气阀之间形成一链接，将凸轮的全部运动传递给气阀。本发明用于防止气阀系部件不跟随的支撑机构不需要特殊弹簧、不给制动活塞施载。本发明公开的方法还包括使用重置机构修改阀升曲线的步骤。本发明所述装置性能好，不增加发动机的高度和重量；其控制阀还具有结构紧凑、受力小、不泄漏和安装方向不受限制等优点。

Description

带有双油压控制阀的发动机制动装置和方法

技术领域

本发明涉及内燃机制动，特别涉及到带有双油压控制阀的发动机制动装置(发动机缓速器)和方法。

背景技术

用内燃机作为制动手段是人所共知的，只需将发动机暂时转换为压缩机。这种转换可以通过切断燃油，在发动机活塞压缩冲程结束时或接近结束时打开排气阀，允许被压缩气体(通常情况下是空气)被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀或“做功”冲程中返回到发动机活塞，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。

发动机制动对内燃机是很有必要的，特别是对压缩点火式发动机，也被称为柴油发动机。这种发动机在由向前移动车辆的惯性和质量使驱动轴旋转时，几乎不提供任何制动。由于车辆设计和技术的改进，车辆的牵引能力增加，而滚动和风力阻力有所减少。因此，柴油动力机车对制动的需求很高。虽然车辆的鼓盘式车轮刹车能够在很短的时间内吸收大量的能量，其重复使用，比如说，当车辆经过丘陵山地时，可能会导致刹车过热而失效。利用发动机制动，可以大大减少使用车轮刹车，最大限度地减少其磨损，消除刹车失效造成的事故隐患。

发动机制动有许多不同的类型。通常情况下，发动机制动运作是在正常的发动机阀动(气阀运动)过程中添加用于发动机制动的辅助发动机阀动。根据该辅助发动机阀动是如何产生的，发动机制动可以定义为：

1)I型发动机制动-辅助阀动是从邻近凸轮引进的，产生所谓的“皆可”(Jake)制动；

2)II型发动机制动-辅助阀动是通过改变现有凸轮曲线，产生运动丢失型发动机制动；

3)III型发动机制动-辅助阀动来自于专用凸轮，产生专用凸轮(摇臂)制动；

4)IV型发动机制动-辅助阀动由改变现有发动机阀动得到，通常产生泄气型发动机制动；及

5)V型发动机制动-辅助阀动使用专用气阀系，生成一个专用气阀(第五气门)发动机制动。

发动机制动也可以分为两大类，即压缩释放型发动机制动和泄气型发动机制动。

传统的压缩释放型发动机制动装置在发动机活塞压缩冲程结束时或接近结束时打开排气阀。该装置通常经过液压回路将机械输入传递到要打开的排气阀。液压回路上通常包括在主活塞孔内往复运动的主活塞，该往复运动来自于发动机的机械输入，比如说喷油器摇臂的摇动。主活塞的运动通过液压流体传递到液压回路上的副活塞，使其在副活塞孔内往复运动。副活塞直接或间接地作用在排气阀上，产生发动机制动运作的阀动。

压缩释放发动机制动器的一个先例是由康明斯(Cummins)提供的美国专利号3220392披露，于此纳入参考。根据该专利所制造的发动机制动系统在商业上很成功。不过，此类发动机制动系统为顶置在发动机上的附件。为了安装此类发动机制动器，在汽缸和阀盖之间要添加垫圈，因此，额外地增加发动机的高度、重量及成本。上述这些问题是由于将发动机制动系统当作发动机的一个附件，而不是发动机的一个组成部分或集成件所造成的。

随着压缩释放型发动机制动市场的发展与成熟，制动系统的设计有必要进行改进，以减少重量、体积和成本。此外，压缩释放发动机制动器也已经从售后市场附件转向原装设备。发动机制造商都比以前更愿意对其发动机做出设计修改，进而提高压缩释放型发动机制动的性能。

一个可能的解决方案是将制动系统的部件集成于发动机的现有部件内。而人们最喜欢的是将发动机制动系统集成在发动机的摇臂内。摇臂集成式制动系统可以在以下美国专利中找到：美国专利号3367312、3786792、3809033、5564385、6152104、6234143和6253730。摇臂集成式制动的缺点在于其复杂性和由于将发动机制动系统集成在摇臂内而带来的高转动惯量，使得气阀系的部件产生不跟随或碰撞等其它副作用，对发动机的正常点火运作造成不利影响。

阀桥是另一个可以将发动机制动系统集成于内的发动机部件。可将一个或更多的制动活塞置于阀桥内，形成带有液压链接的运动失落型可变气阀致动器。可变气阀致动器内部，比如说在凸轮和凸轮从动轮之间，含有一间隙。当流体，通常是机油，提供给该系统时，可变气阀致动器伸长，消除其内部的间隙。凸轮的整个运动便可通过流体形成的液压链接，全部传递到发动机的气阀。另一方面，如果系统内的流体被释放，可变气阀致动器则由于其内的间隙而缩短，一部分凸轮的运动就失去了(没有传递到发动机的气阀)。

美国专利第5829397号(以下简称’397专利)公开了一种将液压活塞置于阀桥内的系统，用来控制在可变气阀驱动机构与发动机气阀之间的运动失落量。该运动失落系统采用了一种高速高压电磁阀，可以很快地供油和排油，从而精确地控制运动失落量，实现连续的可变气阀驱动。既可用于发动机的正常(点火)运作，又可用于发动机的制动运作。不过，由于采用高速高压电磁阀，这种连续可变气阀驱动系统既昂贵又不可靠，至今仍未投入商业市场。

美国专利申请公开号20050211206公开了另一种集成于阀桥内的运动失落型系统。不过，该系统需要一个特殊“外”弹簧，置于发动机与摇臂之间，将摇臂偏置在液压活塞上，压向阀桥。使得在顶置凸轮和凸轮从动轮之间产生一间隙。该间隙比正常阀隙大得多，增加了气阀系部件之间不跟随或碰撞的趋势。所述特殊“外”弹簧必须满足两个相互冲突的要求。第一，弹簧的力量必须足够大，使得在运动失落系统关闭时，即使发动机在最高转速状态下，气阀系部件也不会有不跟随。第二，弹簧的力量必须足够小，使得在运动失落系统开通时，油压可以克服该弹簧力，将液压活塞乃至摇臂一并抬起来，消除凸轮和凸轮从动轮之间的间隙。由于作用在液压活塞上的弹簧力很大，使系统供油速度减慢，可能导致系统在高发动机转速时无法完全启动。因此，弹簧大小的选择必须作一个妥协。当发动机气阀系的转动惯量太大，尤其是对推杆式发动机而言，这种妥协往往不理想，甚至不可能。

上述阀桥运动失落型系统的另一个缺点在于其重置机构的密封件是由一弹簧向下偏置在密封位置。它可能导致两个问题。第一，密封件将在发动机制动运作(需要)和正常运作(不需要)时都受到冲击(重置)，含有90％以上不必要的循环周期。第二，密封件偏置在密封位置，使流体封死在活塞腔内，增加了在具有不跟随、浮阀、漏油太多等不正常情况下，发动机制动器假启动的可能性。

此外，上述阀桥运动失落型系统和其它集成式发动机制动系统需要一套比较复杂的双油压供油装置。其中较低的油压用于在发动机正常(点火)运作的润滑或液压式阀隙调节器(美国专利第2380051、3140698、4677723、4924821和5150672号公布了将液压活塞置于阀桥内调节阀隙的细节)。而较高的油压则用来驱动运动失落型系统。美国专利申请公开号20070175441采用双油路系统来满足双油压的要求，其实，工业界早已采用多油路供油方法，其缺点是费油或失压。

为发动机制动系统供油的流体控制阀通常是像美国专利第4251051号公开的三通电磁阀。这种阀基本上可以满足传统的顶置式发动机制动器的要求。但是，阀的尺寸偏大，尤其是用于集成式发动机制动系统。其次，采用螺纹安装对很多发动机不适用，因为电磁阀的接电端需要固定在某一个方向。另外，排油口在阀底，而出油口(高压)靠近电磁线圈，油有可能从阀体漏入位于阀上方的线圈体内。还有，阀球暴露于高油压的面积太大，使得对弹簧预紧力和电磁驱动力的要求过大。

美国专利第5477824号将传统的流体控制阀和高压单向截流阀综合于一体，试图减少整个发动机制动系统的大小和复杂性。但新的控制阀并没有得到任何商业用途。其原因是一个六缸的发动机制动器只需要一到两个传统的控制阀，但却需要六个新控制阀。由于流体控制阀是发动机制动器最昂贵又最不可靠的元件，使用得越少越好。另外，该控制阀承受制动时的高油压，而传统的控制阀只承受发动机油泵供给的低油压。还有，新的电磁控制阀阀底承受高油压，使得整个控制阀承受很大的向上推力。因此该阀需要很大的卡钳(固定)力。

从以上的描述明显可知，先前的发动机制动系统至少有下列一个弊端：

1)先前的制动系统具有太大的转动惯量，对发动机的正常运作不利；

2)先前的制动系统的气阀系部件具有更高的不跟随或碰撞趋势；

3)先前的制动系统需要特殊“外”弹簧；

4)由于特殊“外”弹簧作用在液压活塞上，先前的制动系统有可能在发动机高转速时无法完全启动；

5)先前的制动系统需要额外的空间来安装上述特殊“外”弹簧；及

6)先前的制动系统没有适当的双油压控制阀。

发明内容

本发明所推荐的发动机制动装置和方法可以克服上述缺陷。本发明的技术方案分为制动装置和制动方法两部分。

带有双油压控制阀的发动机制动装置(发动机缓速器)，将发动机的正常运作转换成制动运作。所述装置包括：

1)驱动机构，所述驱动机构含有安置在发动机阀桥内的制动活塞，所述制动活塞可以在非操作位置和操作位置之间运动；在非操作位置，阀桥与发动机排气阀之间形成一间隙；在操作位置，阀桥与排气阀之间形成一链接；及

2)为所述驱动机构提供双油压的控制阀，所述双油压包括第一油压和第二油压，其中第一油压低于第二油压。

本发明所述装置还含有防止发动机气阀系部件不跟随的支撑机构。所述支撑机构包括支撑弹簧和弹簧座。所述支撑弹簧将弹簧座偏置在弹簧档圈上，不施加任何力量于制动活塞；所述弹簧座将阀桥支撑在发动机排气阀致动器和排气阀之间，形成在阀桥与排气阀之间的间隙。

本发明所述装置的驱动机构还含有将制动活塞偏置在非操作位置的制动弹簧，所述制动弹簧的预紧力使得：

1)在油压等于或低于第一油压时，制动活塞不会从非操作位置移向操作位置；及

2)在油压达到或高于第二油压时，制动活塞会从非操作位置移到操作位置。

本发明所述装置的驱动机构还包括制动流体网路和单向截流阀，所述单向截流阀位于制动流体网路内，只允许控制流体从控制阀流向制动活塞。

本发明所述装置的驱动机构还包括安装在发桥内的安全阀，当作用在制动活塞上的液压高于某一预定值时，所述安全阀打开，防止气阀系和制动驱动机构超载。

本发明所述装置还包括重置机构，用于修改由凸轮所产生的阀升曲线。所述重置机构含有位于阀桥内的排油孔和重置活塞。重置活塞可以在排油位置和供油位置之间运动。在排油位置，重置活塞打开排油孔，控制流体从制动活塞腔内排出，制动活塞从操作位置移到非操作位置；在供油位置，重置活塞关闭排油孔，允许控制流体从控制阀流向制动活塞，制动活塞从非操作位置移到操作位置。在发动机正常运作时，重置活塞由重置弹簧往上偏置在排油位置。

本发明所述装置的控制阀包括：

1)位于阀上方的电磁线圈结构；

2)位于电磁线圈结构下方的阀体，其内的第一孔与进油口相通，第二孔与出油口相通，第三孔与排油口相通；

3)位于第一孔内的圆盘，将进油口与出油口分开，所述圆盘含有一中心孔；

4)位于第二孔内的阀球，可以在圆盘和阀座之间运动，所述阀座由第二孔和第三孔的界面形成；

5)位于第三孔内的阀柱，在控制阀关闭时，将阀球从阀座推向圆盘，堵住圆盘内的中心孔，不让从进油口来的控制流体将阀球推开。

所述控制阀的圆盘上还可以增加一个比中心孔小的偏心孔。当控制阀关闭时，控制流体只能通过偏心孔从进油口流向出油口，提供第一油压；当控制阀打开时，控制流体能够同时通过中心孔和偏心孔从进油口流向出油口，提供比第一油压高的第二油压。

本发明还提供了用来改变发动机气阀运动的方法。所述发动机的气阀系含有气阀、阀桥和凸轮。所述方法由下述步骤组成：

1)提供安置在阀桥内的驱动活塞，可以在非操作位置和操作位置之间运动，在非操作位置，阀桥与气阀之间形成一间隙，在操作位置，阀桥与气阀之间形成一链接；

2)提供带双油压的控制阀，所述双油压包括第一油压和第二油压，其中第一油压低于第二油压；

3)打开所述双油压控制阀，使得驱动活塞上的油压不低于第二油压；

4)驱动活塞从非操作位置移到操作位置，消除阀桥与气阀之间的间隙，在阀桥与气阀之间形成一链接；及

5)将凸轮生成的全部运动传递给气阀。

本发明所述的方法，还包括下述步骤：

1)关掉所述双油压控制阀，使得驱动活塞上的油压不高于第一油压；

2)驱动活塞从操作位置移回到非操作位置，在阀桥与气阀之间形成一间隙；及

3)跳过凸轮的底部生成的运动，将凸轮上部生成的运动传递给气阀。

本发明所述的方法，还包括下述步骤：

1)提供重置机构，所述重置机构含有排油孔、重置活塞终端和重置活塞；排油孔位于阀桥内，重置活塞终端安装在阀桥之下，重置活塞则位于重置活塞终端之上，并可以在阀桥内的排油位置和供油位置之间移动；

2)打开所述双油压控制阀，使得重置活塞上的油压不低于第二油压；

3)重置活塞从排油位置移到供油位置，关闭排油孔；

4)驱动活塞从非操作位置移到操作位置；

5)凸轮推动阀桥下移，打开气阀，重置活塞随着阀桥往下移向重置活塞终端；

6)重置活塞终端挡住下移的重置活塞，而阀桥与气阀继续下移，重置活塞在阀桥内从供油位置转为排油位置，打开排油孔排油；

7)驱动活塞从操作位置移到非操作位置；及

8)气阀从凸轮生成的阀升曲线上重置到更小的预定阀升曲线上。

因此，本发明所述制动装置有以下优点：

1)不增加发动机的高度和重量；

2)不增加发动机的转动惯量；

3)消除了发动机气阀系部件的不跟随或碰撞；

4)不需要特殊“外”弹簧和由它带来的附加安装空间；

5)制动活塞不受特殊“外”弹簧作用，制动系统可在任何发动机转速下完全启动；

6)重置机构的重置活塞的循环周期大大减少，更加经久可靠；

7)双油压控制阀能更有效地控制发动机的制动运作和正常运作；及

8)该控制阀结构紧凑、固紧力和电磁驱动力小、不泄漏和安装方向不受限制。

附图说明

本发明的上述和其他优点，将从以下具体实施方式或装置的描述中越来越明显，这些实施方式或装置体现在下列图形中。

图1是根据本发明的一个流程图，描述发动机正常运作与所加制动运作的一般关系。

图2A和2B是本发明的第一个发动机制动装置实施例在其“关”和“开”位置的示意图。

图3是本发明的第二个发动机制动装置实施例在其“打开”位置的示意图。

图4A、4B和4C是本发明的排气阀升曲线用于不同实施例的示意图。

图5A和5B是本发明的双油压控制阀的一种实施方式在其“关”和“开”位置的示意图。

图6A和6B是本发明的第三个发动机制动装置实施例在其“关”和“开”位置的示意图。

图6C描述图6A和6B所示的制动活塞的细节。

图6D是另一种制动活塞组成的示意图，可用于图6A和6B所示的制动装置实施例。

图7A和7B是本发明的双油压控制阀的另一实施方式在其“关”和“开”位置的示意图。

具体实施方式

现将本发明所推荐的具体实施方式或装置作详细的描述，相关实例在随附的示意图内有说明。每一个例子都是对本发明进行说明，而不是对其进行限制。事实上，那些精通本行的人可以显易地在本发明的范围和原理内对本发明进行修改和变动。举例来说，一个具体装置所说明或描述的某一部分功能，可用于另一具体装置，进而得到一个新的装置。因此，本发明将包括上述修改和变动，只要它们属于所附的权利要求或与所要求权利相当的范围之内。

图1所示的流程图是本发明的一部分，用以说明发动机正常运作20与添加的制动运作10之间的一般关系。一个典型的内燃机含有排气阀300和排气阀致动器200。在发动机正常运作时，排气阀致动器200作用于阀桥400，周期性地打开和关闭排气阀300。本发明的发动机制动驱动机构100集成在发桥内，由双油压控制阀50来控制其在非操作位置0和操作位置1之间的运动。双油压中的第一油压(偏低或低压)低于第二油压(偏高或高压)。当控制阀50打开时，带有第二油压的控制流体将驱动机构100从非操作位置0移到操作位置1，使发动机从正常运作20转换至制动运作10。通常情况下，双油压控制阀50处于“关”的位置，带有第一油压的控制流体无法将驱动机构100从非操作位置0移到操作位置1，发动机制动装置处于关闭状态，与正常运作20分离。

实施例一

图2A和2B是本发明的第一个发动机制动装置实施例分别在其“关”和“开”位置的示意图。图中包括三个主要组成部分：发动机制动的驱动机构100、排气阀致动器200和排气阀300(300a和300b)。由于采用一个摇臂210开双阀300，故需要加入阀桥400。排气阀致动器200、排气阀300和阀桥400三者加在一起通称为排气阀系。

排气阀致动器200包括凸轮230、凸轮从动轮235、推杆或推管201以及摇臂210。通常在摇臂210的一头(在发桥一端或者在推杆一端)，还带有阀隙调节系统。本实施例的阀隙调节螺钉110与推杆201相接，并由锁紧螺帽105固定在摇臂210上。凸轮230在内基圆225上有一个主要用于发动机正常运作的加大凸台220，比通常(不带发动机制动装置)的排气凸台要大。加大的原因是凸轮230还带有用于发动机制动的小凸台233。在发动机正常运作时，为了跳过制动小凸台233，加大凸台220的底部必须设计为过渡部分，而其上部相当于通常的排气凸台。凸轮230还可以增加另一个小凸台232，用于制动气(空气)再循环，提高制动功能。摇臂210摆动式地安装在摇臂轴205上。其靠近阀桥400的一端通过连接件113与象足垫114相连。

排气阀300a和300b(简称300)由气门弹簧310a和310b(简称310)顶在发动机缸体500内的阀座320上，阻止气体(发动机制动时为空气)在发动机汽缸和排气歧管600之间的流动。排气阀致动器200将凸轮230的机械运动，通过阀桥400传递给排气阀300，使其周期性地打开和关闭。

驱动机构100包括制动活塞(又称驱动活塞、液压活塞)160a和160b(简称160)，滑动式地安置在阀桥400内的活塞孔190内，可以在非操作位置(图2A)和操作位置(图2B)之间运动。阀桥400由防止气阀系部件不跟随的支撑机构250顶着，而不是象先前技术那样由排气阀300支撑。这样，就可以在阀桥400和排气阀300之间形成一间隙234，在发动机正常运作时跳过凸轮230底部，包括小凸台232和233产生的运动。所述支撑机构250包括支撑弹簧(利用外气阀弹簧)312a和312b(简称312)和弹簧座122a和122b(简称122)。弹簧座122由支撑弹簧312偏置在弹簧档圈(利用气阀弹簧档圈)302a和302b(简称302)上。阀桥400坐落在弹簧座122之上，摇臂210之下。

以往的制动活塞承受用于防止不跟随的特殊“外”弹簧的作用力(美国专利申请公开号2005/0211206)，需要更高的油压启动。本发明装置的制动活塞160不承受支撑弹簧312的任何作用力。制动弹簧177a和177b(简称177)的设计，不需要考虑气阀系的转动惯量或不跟随，专用于发动机的制动运作。其弹簧力使得在油压不高于第一油压(可以是环境压强)时，制动活塞160不会从非操作位置移向操作位置(图2A)；一旦油压达到或高于第二油压时，油压克服制动弹簧177的作用力，将制动活塞160从非操作位置移到操作位置(图2B)。

有了上述支撑机构250，制动弹簧177也就不象以往那么重要了。事实上，通过控制单向阀172b的开启压强和控制流体的第一油压，甚至可以不需要制动弹簧177。从另一个极端来说，如果不使用支撑结构250来支撑阀桥400，那么制动弹簧177就必须担当防止不跟随和控制发动机制动的双重任务。此时，弹簧座122就不需要了，但制动弹簧177的力量必须更大，驱动制动的控制流体的第二油压也必须随之增高。

当需要发动机制动时，双油压流量阀50打开(图5B，其细节后述)。带有第二油压的控制流体(机油)通过制动流体网路流向制动活塞160(图2A和2B)。制动流体网路含有摇臂轴205内的流体通道211和径向孔212、摇臂210内的槽或切口213和流体通道214、通向象足垫114的连接件113内的流体通道115、以及阀桥400内的流体通道410和412。单向截流阀172b安置在流体通道410内、制动活塞160之前。不低于第二油压的控制流体，克服制动弹簧177的预紧力，将制动活塞160从阀桥400的活塞孔190a和190b(简称190)内推出，停靠在排气阀300上(图2B)。这样，制动活塞160从非操作位置移到了操作位置，其运动冲程等于阀桥400和排气阀300之间的间隙234。将制动活塞160推开的控制流体消除了间隙234，在阀桥400和排气阀300之间形成了液压链接。当凸轮230旋转时，凸轮的整个运动，包括小凸台232和233的运动都有可能通过液压链接传递给排气阀300，因为制动活塞160被单向阀172b和重置活塞165(其细节后述)液压锁止在操作位置。

驱动机构100还包括安装在发桥400内并与孔412相通的安全阀172s。安全阀172s是一种油压控制阀，通常处于关闭状态。只有当作用在制动活塞160上的液压高于某一预定值时，安全阀172s才会打开，以防超载。所说的液压预定值主要由气阀系和驱动机构100的载荷极限决定。

重置机构150是用来在发动机制动运作时，修改由加大凸台220产生的阀升曲线。重置机构150含有位于阀桥400内的排油孔450和重置活塞165。重置活塞165可以在排油位置和供油位置之间运动。在排油位置(图2A)，重置活塞165打开排油孔450，控制流体从制动活塞腔内排出，制动活塞160从操作位置移到非操作位置；在供油位置(图2B)，重置活塞165关闭排油孔450，允许不低于第二油压的控制流体从控制阀50流向制动活塞160，使其从非操作位置移到操作位置。

重置机构150还含有重置弹簧177r和重置活塞终端182。重置弹簧177r由螺钉179安装在阀桥400上，在发动机正常运作时将重置活塞165往上偏置在排油位置(图2A)。重置活塞终端182安装在重置活塞165之下，两者之间隔为185。当凸轮230旋转时，重置活塞165随着阀桥400往下移向重置活塞终端182，重置间隔185变小。重置间隔185的设计使得当重置活塞165处于排油位置时(图2A)，在整个凸轮230旋转周期内，都不会接触重置活塞终端182。当发动机处于制动运作时(图2B)，控制流体克服重置弹簧177r的预紧力，将重置活塞165从排油位置往下推倒供油位置。当凸轮230的加大凸台220推动阀桥400和排气阀300向下快到最低位置时，位于气缸上的重置活塞终端182将重置活塞165挡住，不让其随阀桥400继续下移。重置活塞165在阀桥400内从供油位置变为排油位置，打开排油孔450排油，因此失去阀桥400与排气阀300之间的液压链接。制动活塞160从操作位置暂时移到非操作位置，排气阀300从加大凸台220生成的阀升曲线重置到更小的阀升曲线，比如说，发动机的常用凸台生成的阀升曲线。

一旦凸轮230转过加大凸台220的最高点，阀桥400回升。阀桥400内的重置活塞165从排油位置变为供油位置。带有第二油压的控制流体再次流向制动活塞160，使其从非操作位置移回操作位置，重新形成在阀桥400与排气阀300之间的液压链接。因此，凸轮230底部的运动不受重置机构150的影响。重置机构150只是将凸轮230顶部的运动截除，使整个阀升曲线变小。

如果需要，制动活塞160顶上可加入小的泄流孔，为气阀300上方提供润滑油，减少磨损。

实施例二

图3是本发明的第二个发动机制动装置实施例在其“开”位的示意图，与图2B所示的实施例的唯一区别是采用了不同的支撑机构250。本实施例的支撑机构250位于阀桥400之下，两排气阀300a和300b的中间，没有利用发动机的外气阀弹簧，而是采用一专用支撑弹簧312，将弹簧座122偏置在固定于重置活塞终端182的挡圈302r上。重置活塞终端182也用作弹簧座122上下移动的导杆，可以设计成螺杆，而挡圈302r可以是螺帽，从而调节弹簧座122的高度。弹簧座122上有一泄流孔或切口124，用来排油。阀桥400由弹簧座122顶着，而不是象以往(先前技术)那样由排气阀300支撑。因此，制动活塞160不承受支撑弹簧312的任何作用力。本实施例的工作原理及操作过程与实施例一相同，在此不加细说。

图4A显示的是用来描述本发明实施例的一组排气阀升曲线，其中包括有无重置机构150的发动机制动运作阀升曲线。第一条为主阀升曲线220m，用于发动机的正常运作。第二条为没有发动机制动重置时得到的加大阀升曲线220v，包括小的阀升曲线232v和233v，用于发动机的制动运作。第三条为发动机制动时使用重置机构150而产生的混合式阀升曲线。如前所述，图中所示的阀升曲线只起示范作用，不限制本发明的内容和范围。

在发动机正常运作时，由于阀桥400和气阀300之间的间隙234(图2A)，凸轮230的底部(220a)，也就是小凸起部分232和233和加大凸台220的底部被越过，只有凸轮230的底部(220b)，也就是加大凸台220的顶部传递给气阀300。图4A所示的加大阀升曲线220v包括加大凸台220的底部220a和顶部220b，其过渡点为220t。底部220a的高度232p与小凸台232和233所产生的阀升232v和233v的最大高度相等或稍大。所有在通过过渡点220t的过渡线下面的阀升(220a)都被跳过或失去，产生第一条或主阀升曲线220m，它的起点为225a，终点为225b，最高阀升为220b，也就是加大阀升曲线220v的上部(220b)。

在发动机制动运作时，带有第二油压的控制流体(通常为机油)将制动活塞160从非操作位置(图2A)移到操作位置(图2B)，消除阀桥400和排气阀300之间的间隙234，形成液压链接。凸轮的小凸台232和233的机械运动，被传递给排气阀300。但是由大凸台220产生的阀升曲线取决于重置机构150的有无。如果带有图2A和图2B所示的重置机构150，那么阀升曲线将会从图4A所示的加大了的主阀升曲线220v上的重置点220r降至主阀升曲线220m上的点220s，最后在终点225b回到阀座(零终点)，比没有重置时的终点225c大大超前。因此，第三条或混合式阀升曲线包括制动阀升曲线232v和233v和被截短了的加大阀升曲线，为图4A中所示的粗黑曲线。理论上来说，重置点220r(相应于图2B的重置活塞165接触重置活塞终端182)可以在过渡点220t和加大了的主阀升曲线220v的顶点220e之间的任何部位，但使重置点220r靠近顶点220e将减少了机油消耗和重置活塞165的行程。

本发明所示的发动机制动重置机构实例，消除了先前技术(如美国专利申请公开号2005/0211206)的缺点。首先，即使在发动机气阀反跳(浮阀)、气阀系不跟随、以及大量漏油等不正常情况下，发动机制动装置也不会有假启动，因为重置活塞165在发动机正常运作时偏置在如图2A所示的排油位置。其次，重置活塞165在发动机正常运作时不接触重置活塞终端182，其循环周期减少了90％以上，因为发动机制动周期一般少于10％。此外，重置不发生在制动阀升233v期间，而是在加大凸台220生成的加大阀升220v的顶部220b(图4A)，使得重置活塞165不受高制动油压或载荷作用。因此，本重置机构更可靠，更宽容尺寸误差，更容易设计和制造。

此外，图4A所示实施例的阀升曲线中小凸台232和233产生的阀升232v和233v可以是分开的(两个凸台)，也可以彼此相连(单个凸台)，形成如图4B所示的部分周期泄气制动阀升曲线。部分周期泄气制动在整个压缩冲程内制动阀升基本保持不变，而在进气冲程的大部分时间内制动阀升为零，与凸轮230的内基圆部分225相对应。所述单个凸台甚至可以延伸到加大凸台220。这时，所谓的“单个”凸台事实上只是加大凸台220的一个过渡“台阶”，形成如图4C所示的另一种部分周期泄气制动阀升曲线。总之，凸轮230含有至少一个小凸台，包括如图4B和图4C所示的等高型的部分周期泄气制动凸台。

图5A和5B是本发明的控制阀的一种实施方式在其“关”和“开”位置的示意图。该控制阀50含有位于其上方的电磁线圈结构51，阀体60在下面与其相连。电磁线圈结构51以广为人知，在此不加细说。不过，此处所用电磁线圈结构51的一个规格要求是，当电磁线圈的终端55和58接通电流时，电磁作用力向上。

阀体60内的第一孔78与进油口70s相通，第二孔74与出油口70c相通，而第三孔72与排油口70d相通。第一孔78内装有一圆盘75，由弹簧66顶靠在第一孔78与第二孔74形成的台肩上，将进油口70s与出油口70c分开；圆盘75含有一中心孔76。第二孔74内有一阀球64，可以在圆盘75和阀座73之间运动。阀座73由第二孔74和第三孔72的界面形成。阀柱63滑动式地安置在第三孔72内，其上下滑动由电磁线圈结构51控制。当控制阀50处于如图5A所示的“关闭”位置时，阀柱63将阀球64从阀座73顶开，偏置在圆盘75上，堵住圆盘内的中心孔76，不让从进油口70s来的控制流体将阀球64往上推开。上述三个油口由O-型圈62和65隔开或密封。而O-型圈68则用来阻止从进油口70s来的控制流体进入阀的底部。进油口70s前的滤网67使得污染杂质无法进入阀内。

控制阀50还有一些其它特征或优点，适用于发动机制动运作：

1)第一孔78的底部由弹簧座(底盘)69密封，从油泵45来的供油不是从阀底的第一孔78，而是阀侧的进油口70s输入阀内，大大减少了油压对阀体的向上推力，从而也减少了阀的尺寸和安装固紧力。

2)阀球64的上半部包含在第二孔74内，下半部则暴露给出油口70c，使得将阀球64从中心孔76推开的油压加大，而阀柱63将阀球64保持在中心孔76上的力量减少。

3)圆盘75上可以增加一个比中心孔76更小的偏心孔77。当控制阀50关闭时(图5A)，控制流体只能通过偏心孔77从进油口70s流向出油口70c，为发动机制动驱动机构100提供第一油压；当控制阀50打开时(图5B)，控制流体能够同时通过中心孔76和偏心孔77从进油口70s流向出油口70c，为驱动机构100提供比第一油压高的第二油压。

4)带有防止控制流体从阀体60泄漏到电磁线圈结构51的泄压机构。该泄压机构包括环绕阀柱63的环隙71，使得第三孔72与排油口70d相交处的压强趋于环境(排油)压强，控制流体无法漏进电磁线圈结构51，而是流回储罐或油箱40。

5)阀柱63与第三孔72之间的间隙可根据不同发动机制动系统的要求而调节。当间隙很小时(图5A和图5B)，制动流体无法从出油口70c流向排油口70d，从而形成了一个双通电磁阀。这种阀很适合于如图2A和图2B所示的带有重置机构150的发动机制动运作。

实施例三

图6A和6B是本发明的第三个发动机制动装置实施例在其“关”和“开”位置的示意图。该发动机为顶置凸轮式发动机，因此阀隙调节系统安装在发桥400这边。阀隙调节系统包括调节螺钉110，内含流体通道115。调节螺钉110的下面112与象足垫114相连，其上面则由锁紧螺帽105固定在摇臂210上。本制动装置也同样适用于前面所述的推杆式发动机。

本实施例的制动活塞(又称驱动活塞或机械式活塞)160a和160b(简称160)滑动式地安置在阀桥400的孔415内。制动活塞160的细节如图6C所示。它含有与操作位置相应的第一表面140和与非操作位置相应的第二表面145，为制动活塞160上的两切面，其高差为130。制动活塞160由制动弹簧177a和177b(简称177)偏置在非操作位置，在阀桥400与气阀300之间形成如图6A所示的间隙234。间隙234等于或稍大于两表面高差130。制动弹簧177的一端位于固定在制动活塞160上的弹簧座176上，而另一端则位于可以在孔183内滑动的弹簧座178上。图6C所示的弹簧座178停靠在孔183的终端。但当制动活塞160组装到阀桥400内以后(图6A和6B)，弹簧座178停靠在固定于阀桥400内的柱销142a和142b(简称142)上。制动活塞160的孔183上有一轴向切槽137，其宽度略大于柱销直径。柱销142与切槽137的组合，对制动活塞160形成一种运动限制机构和抗旋转机构。柱销142将停靠在切槽137的两端面137a和137b上，控制制动活塞160的冲程。柱销142与切槽137相吻合，阻止制动活塞160的转动，使得第一表面140和第二表面145朝下，面向气阀300。

当需要发动机制动时，双油压流量阀50打开(图7B，其细节后述)。带有第二油压的控制流体通过制动流体网路流入阀桥400内的压力腔425(图6A和6B)，克服制动弹簧177的预紧力，将制动活塞160从阀桥400的活塞孔415内往外推向排气阀300，停靠在柱销142上(图6B)。这样，制动活塞160从非操作位置移到了操作位置，第一(操作)表面140(图6C)位于排气阀300之上，消除了间隙234，在阀桥400和排气阀300之间形成了机械式链接。当凸轮230旋转时，所有凸轮的运动，通过所形成的链接传递给排气阀300，生成如图4A所示的第二条(加大)阀升曲线220v。加大阀升曲线220v的零起点为图4A所示的225d，经过制动气再循环曲线232v，其次是压缩释放制动曲线233v，然后通过底部220a与顶部220b之间的过渡点220t，向上移至重置点220r(但不重置)，经过加大了的主阀升曲线220v的最高峰220e，最后在终点225c回到阀座(零终点)。注意到，加大了的主阀升曲线220v的底部220a与辅助阀升曲线232v或233v大约有相同的高度，而其顶部220b与主阀升曲线220m有大约相同的高度。图4B和4C所示的阀升曲线也适用本装置。

当不需要发动机制动时，双油压流量阀50关闭(图7A，其细节后述)。图6A中阀桥400的压力腔425内的油压从第二油压或更高降到第一油压或更低。制动弹簧177将制动活塞160推回阀桥400内。一旦第二(非操作)表面145(图6C)位于排气阀300之上(图6A)，制动活塞160处于非操作位置，形成阀桥400和排气阀300之间的间隙234。凸轮底部的运动，包括小凸台232和233产生的运动都被跳过或失去，生成如图4A所示的第一(主)阀升曲线220m，用于发动机的正常运作。

如果需要，制动流体网路内可加入小的泄流孔，加快制动器的关闭，甚至不需要三通电磁阀(泄流孔加上双通电磁阀取代三通电磁阀)。泄流孔在制动活塞160完全回到非操作位置后被挡住，减少机油消耗。

图6D提供了另一种制动活塞组成，可用于图6A和6B所示的制动装置实施例。制动活塞160在制动弹簧177的作用下，相互靠拢。而制动弹簧177则由螺杆148和螺帽149导引和固定。操作表面140和非操作表面145是圆柱面，两表面之间的高差为130。安装时，图6D所示的卡环159嵌入阀桥400的孔415中间的卡槽(未标出)内，将制动活塞160a和160b分开，便于供油。

图7A和7B是本发明的双油压控制阀50的另一实施方式在其“关”和“开”位置的示意图，与图5A和5B所示实施方式的区别主要有两点。首先，阀柱63与第三孔72之间的间隙加大，形成了在出油口70c和排油口70d之间的流体通道，将图5A和5B所示的双通电磁阀变成了这里的三通电磁阀。这种阀更适合于如图6A和图6B所示的不带重置机构150的发动机制动运作。其次，排油口70d内增加了压力控制机构172v。在控制阀50“关闭”时(图7A)，使得通向驱动机构100的控制流体保持在第一油压。

当控制阀50“打开”时(图7B)，来自电磁线圈结构51向上的电磁作用力，使阀柱63上移。从进油口70s来的控制流体，通过圆盘75内的中心孔76，将阀球64往上推向阀座73。进油口70s和出油口70c之间的中心孔76打开，而出油口70c和排油口70d之间的流体通道被堵塞。从进油口70s来的控制流体，通过中心孔76以及偏心孔77，以第二油压，供给驱动机构100。因此，第一油压总是低于第二油压，其最低值为环境压强。第二油压的最高值随着发动机的运作情况，如油温、转速和油泵等而变化，通常小于7巴(100psi)。

结论、演变、及范围

从以上的描述可以很显然地看到，本发明所体现的发动机制动装置与先前发动机制动系统相比，有下列一个或一个以上的优点：

1)不增加发动机的高度、重量和转动惯量。因此，气阀系不跟随的趋势减少；

2)不需要用一个特殊“外”弹簧来同时控制气阀系的不跟随和发动机制动运作。因此，制动活塞不承担用于防止不跟随的高弹簧力，发动机制动可以在所有转速下完全启动，也不需要额外的发动机空间来安装该特殊“外”弹簧；

3)本发明所示的防止气阀系不跟随的支撑机构，使本发明的阀桥式制动器适用于不同类型的发动机，包括大转动惯量的发动机，如推杆式发动机。

4)本发明所示的重置机构，消除了发动机制动假启动的可能性。即使在发动机气阀反跳(浮阀)、气阀系不跟随、以及大量漏油等异常情况下，发动机制动也不会在不需要的时候启动。重置机构的重置活塞在发动机正常运作(点火)时不接触重置活塞终端，其循环周期大大减少。而且重置只发生在加大阀升曲线的顶部，不受制动油压的作用。

因此，这里的重置机构乃至发动机制动器都更可靠耐用、更宽容尺寸误差、更易设计制造。

5)本发明所示的控制阀实施例，除了为发动机制动驱动机构提供双油压外，还具有结构紧凑、受力小、不泄漏和安装方向不受限制等优点。

上述说明包含了很多具体实施方式，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，其它双通或三通流体控制阀也可用来为这里公布的发动机制动驱动机构100供油。图7A和图7B所示的控制阀50的压力控制机构172v可以由一泄流孔代替，甚至不需要。圆盘75上的偏心孔77也可以不要，那么，控制阀50就变成了标准的双通或三通电磁阀了，而第一油压也就成了环境压强。圆盘75可以不用带有弹簧66和弹簧座69的弹簧机构来支撑，而是用过盈配合方式、卡环方式等来实现。

还有，本发动机制动装置，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/管式发动机；不但可用于排气阀，也可用于进气阀；不但可以采用双制动活塞，也可以采用单制动活塞；不但可以开双气阀制动，也可以开单气阀制动；不但可用于发动机制动、车辆循环控制，还可用来产生其它与发动机正常运作不同的辅助气阀运动，如废气再循环和进气阀提前关闭等。

因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由所附属的权利要求及其法律相当的权力来决定。

Claims (10)

1.带有双油压控制阀的发动机制动装置，将内燃机的发动机正常运作(20)转换为发动机制动运作(10)，所述装置含有：

1.1)驱动机构(100)，所述驱动机构(100)含有安置在发动机的阀桥(400)内的制动活塞(160)，所述制动活塞(160)可以在非操作位置(0)和操作位置(1)之间移动；在所述非操作位置(0)，阀桥(400)与发动机的排气阀(300)之间形成一间隙(234)；在所述操作位置(1)，阀桥(400)与排气阀(300)之间形成一链接；及

1.2)为所述驱动机构(100)提供双油压控制流体的控制阀(50)，所述双油压包括第一油压和第二油压，其中第一油压低于第二油压。

2.如权利要求1所述的带有双油压控制阀的发动机制动装置，其特征在于：还包括防止发动机气阀系部件不跟随的支撑机构(250)，所述支撑机构(250)含有支撑弹簧(312)和弹簧座(122)；所述支撑弹簧(312)将弹簧座(122)偏置在弹簧档圈(302或302r)上，不施加任何力量于制动活塞(160)；所述弹簧座(122)将阀桥(400)支撑在发动机的排气阀致动器(200)和排气阀(300)之间，形成所述阀桥(400)与排气阀(300)之间的间隙(234)。

3.如权利要求1或2所述的带有双油压控制阀的发动机制动装置，其特征在于：所述驱动机构(100)还含有将制动活塞(160)偏置在非操作位置(0)的制动弹簧(177)，所述制动弹簧(177)的预紧力使得：

3.1)在油压不高于第一油压时，制动活塞(160)不会从非操作位置(0)移向操作位置(1)；及

3.2)在油压不低于第二油压时，制动活塞(160)将会从非操作位置(0)移到操作位置(1)。

4.如权利要求1或2所述的带有双油压控制阀的发动机制动装置，其特征在于：所述驱动机构(100)还含有安装在阀桥(400)内的安全阀(172s)，所述安全阀(172s)在制动活塞(160)上的油压高于预定值时打开泄压，限制发动机气阀系和驱动机构(100)所承受的载荷。

5.如权利要求1所述的带有双油压控制阀的发动机制动装置，其特征在于：所述控制阀(50)含有：

5.1)电磁线圈结构(51)；

5.2)位于电磁线圈结构(51)下面的阀体(60)，所述阀体(60)内的第一孔(78)与进油口(70s)相通，第二孔(74)与出油口(70c)相通，第三孔(72)与排油口(70d)相通；

5.3)位于第一孔(78)内的圆盘(75)，所述圆盘(75)将进油口(70s)与出油口(70c)分开，并含有一中心孔(76)；

5.4)位于第二孔(74)内的阀球(64)，所述阀球(64)可以在圆盘(75)和阀座(73)之间运动，所述阀座(73)由第二孔(74)和第三孔(72)的界面形成；及

5.5)位于第三孔(72)内的阀柱(63)，所述阀柱(63)在控制阀(50)关闭时，将阀球(64)从阀座(73)推向圆盘(75)，堵住圆盘内的中心孔(76)，不让从进油口(70s)来的控制流体将阀球(64)推开。

6.如权利要求5所述的带有双油压控制阀的发动机制动装置，其特征在于：所述控制阀(50)的圆盘(75)还含有一个比中心孔(76)更小的偏心孔(77)，所述偏心孔(77)与进油口(70s)和出油口(70c)总是保持相通。

7.如权利要求5所述的带有双油压控制阀的发动机制动装置，其特征在于：所述控制阀(50)还含有安装在排油口(70d)内的油压控制机构(172v)，所述油压控制机构(172v)在控制阀(50)关闭时，使得流向驱动机构(100)的控制流体保持在第一油压。

8.用来改变发动机气阀运动的方法，由下述步骤组成：

8.1)提供安置在发动机的阀桥(400)内的驱动活塞(160)，所述驱动活塞(160)可以在非操作位置(0)和操作位置(1)之间运动；

8.2)提供双油压控制阀(50)，所述双油压包括第一油压和第二油压，其中第一油压低于第二油压；

8.3)打开所述双油压控制阀(50)，使得驱动活塞(160)上的油压不低于第二油压；

8.4)推动驱动活塞(160)从非操作位置(0)到操作位置(1)，消除阀桥(400)与发动机的气阀(300)之间的间隙(234)，在阀桥(400)与气阀(300)之间形成一链接；及

8.5)将发动机的凸轮(230)生成的全部运动(220v)传递给气阀(300)。

9.如权利要求8所述的方法，还包括下述步骤：

9.1)关闭所述双油压控制阀(50)，使得驱动活塞(160)上的油压不高于第一油压；

9.2)驱动活塞(160)从操作位置(1)移回到非操作位置(0)，在阀桥(400)与气阀(300)之间形成一间隙(234)；及

9.3)跳过凸轮(230)底部生成的运动(220a)，将凸轮(230)上部生成的运动(220b)传递给气阀(300)。

10.如权利要求8所述的方法，还包括下述步骤：

10.1)提供重置机构(150)，所述重置机构(150)含有排油孔(450)、重置活塞(165)和重置活塞终端(182)；所述排油孔(450)位于阀桥(400)内，重置活塞(165)可以在阀桥(400)内的排油位置和供油位置之间移动，而重置活塞终端(182)位于重置活塞(165)之下；

10.2)打开所述双油压控制阀(50)，使得重置活塞(165)上的油压不低于第二油压；

10.3)油压将重置活塞(165)置于供油位置，关闭排油孔(450)；

10.4)驱动活塞(160)从非操作位置(0)移到操作位置(1)，消除阀桥(400)与气阀(300)之间的间隙(234)，在阀桥(400)与气阀(300)之间形成一链接；

10.5)凸轮(230)推动阀桥(400)下移打开气阀(300)，重置活塞(165)随着阀桥(400)往下移向重置活塞终端(182)；

10.6)重置活塞终端(182)挡住下移的重置活塞(165)，而阀桥(400)与气阀(300)继续下移，重置活塞(165)在阀桥(400)内从供油位置转换到排油位置，打开排油孔(450)排油；

10.7)驱动活塞(160)从操作位置(1)移到非操作位置(0)；及

10.8)气阀(300)从凸轮(230)生成的阀升曲线(220v)上重置到更小的预定阀升曲线(220m)上。

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