CN102477880B - 一种齿形固链式发动机制动装置 - Google Patents

Abstract

一种齿形固链式发动机制动装置，包括设置在竖直柱塞孔内的第一柱塞和第二柱塞，以及一个柱塞旋转驱动机构，第一柱塞的下端面和第二柱塞的上端面分别设置有相互配合的齿面，两个配合齿面的齿之间存在一个配合非操作位置和一个操作位置，在非操作位置，第一柱塞的齿的齿顶与第二柱塞的齿的齿根对齐，在操作位置，第一柱塞的齿的齿顶与第二柱塞的齿的齿顶对齐，柱塞旋转驱动机构使两个柱塞的两个配合齿面在非操作位置和操作位置之间转动。本发明可以不增加或少增加发动机的高度、体积和重量；简化了设计，降低了成本，减少了制动反应时间；采用固链链接，制动阀升可采用更小值，减小对发动机活塞与气阀间隙的要求。

Description

一种齿形固链式发动机制动装置

技术领域：

本发明涉及机械领域，尤其涉及车辆的发动机制动领域，特别是一种齿形固链式发动机制动装置。

背景技术：

现有技术中，将内燃机作为制动手段的方法为人共知，只需将发动机暂时转换为压缩机。转换过程中切断燃油，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(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。最终的结果是产生有效的发动机制动，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，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装置，在汽缸和阀盖之间要添加垫圈，因此，额外地增加了发动机的高度、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。

现有技术中的发动机制动装置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。

因此，上述由液压驱动的传统发动机制动装置存在另一缺点，即液压系统的可缩性或变形。这与液体的柔性有关，高柔性导致制动阀升的大量压缩减小，阀升的减小导致阀载的增加，而阀载的增加导致更高的柔性，形成一种恶性循环。此外，由液压变形造成的阀升减小随着发动机转速的增加而增加，与发动机制动性能所要求的制动阀升趋势恰恰相反。为了减少液压柔性，必须使用大直径的液压活塞，增加体积和重量。而且油流需要很长时间使大直径活塞伸出或缩回，导致制动系统惯性大、反应慢。液压系统中的高油压和高油温还会引起泄漏、变形和载荷波动，影响制动阀升，使得制动阀升必须采用足够值，对发动机活塞与气阀间隙的要求高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种齿形固链式发动机制动装置，所述的这种齿形固链式发动机制动装置要解决现有技术中发动机制动系统导致发动机的高度和制造成本增加、制动反应慢以及液压变形大的技术问题。

本发明的这种齿形固链式发动机制动装置包括有一个制动箱体，其中，所述的制动箱体中设置有供油孔和一个柱塞孔，所述的柱塞孔内设置有一个第一柱塞和一个第二柱塞，制动箱体中还设置有一个柱塞旋转驱动机构，所述的第一柱塞的下端面和第二柱塞的上端面中分别沿各自的圆周向设置有相互配合的齿面，所述的相互配合的齿面之间存在一个非操作位置和一个操作位置，在所述的非操作位置，第一柱塞的齿面的齿顶与第二柱塞的齿面的齿根对齐，在所述的操作位置，第一柱塞的齿面的齿顶与第二柱塞的齿面的齿顶对齐，所述的第一柱塞旋转驱动机构驱动第一柱塞的齿面与第二柱塞的齿面在非操作位置和操作位置之间转动。

进一步的，第一柱塞的齿面和第二柱塞的齿面中各自包括有至少一个齿。

进一步的，所述的第一柱塞旋转驱动机构是平动变转动机构，所述的平动变转动机构包括有一个驱动活塞，所述的驱动活塞通过运动副与所述的第一柱塞连接，驱动活塞驱动第一柱塞相对第二柱塞发生转动。

进一步的，所述的驱动活塞上沿其轴向设置有驱动齿，第一柱塞的外圆周上设置有从动齿，驱动活塞的轴向与第一柱塞的轴向垂直，所述的驱动齿与从动齿啮合。

进一步的，所述的驱动齿和从动齿轮是360°的完整齿型、或者是小于360°的部分齿型。

进一步的，所述的驱动活塞上设置有驱动槽，所述的第一柱塞上设置有从动销，所述的从动销设置在所述的驱动槽中。

进一步的，所述的第一柱塞旋转驱动机构中包括有转动定位机构。

进一步的，所述的第一柱塞中设置有沿其直径贯穿的流体通道，所述的第二柱塞中设置有轴向定位槽，所述的制动箱体中设置有定位销，所述的定位销穿设在所述的定位槽中。

进一步的，第一柱塞的齿面中，齿顶与齿根之间的距离为0.5毫米到3毫米，第二柱塞的齿面中，齿顶与齿根之间的距离为0.5毫米到3毫米。

进一步的，所述的制动箱体中设置有阀隙调节机构。

进一步的，所述的制动箱体是顶置式专用制动箱、或者专用制动摇臂、或者发动机的排气摇臂或者发动机的阀桥。

本发明还提供了一种使用上述齿形固链式发动机制动装置产生发动机制动的方法，所述的方法由下述步骤组成：

一，向所述的齿形固链式发动机制动装置提供发动机机油；

二，利用所述的发动机机油的压力推动第二柱塞在柱塞孔内作轴向运动、并与第一柱塞脱离，分开第一柱塞与第二柱塞相向端面之间的配合齿面；

三，利用发动机机油的压力推动驱动活塞作轴向运动，

四，利用驱动活塞推动第一柱塞相对第二柱塞转动，将第一柱塞与第二柱塞的配合齿面从非操作位置转到操作位置。

本发明的工作原理是：当需要发动机从正常工作状态转换至发动机制动状态时，发动机的制动控制机构开通，向本发明的发动机制动装置供油。油压推动第二柱塞在柱塞孔内向下做轴向运动，与第一柱塞分开，第一柱塞与第二柱塞的配合齿面也因此分开。与此同时，油压推动制动箱体活塞孔中的驱动活塞，驱动活塞的轴向移动通过齿轮驱动第一柱塞在柱塞孔内转动一个角度，配合齿面从非操作位置转到操作位置，两齿面的齿顶与齿顶对齐，第一柱塞与第二柱塞在柱塞孔内的组合高度最大，产生发动机制动的制动冲程。此时，即使作用在第二柱塞上的油压波动或者消失，第一柱塞的齿面的齿顶也能限制第二柱塞在弹簧作用下沿轴向向上复位，从而保持发动机的发动机制动状态。当不需要发动机制动时，发动机的制动控制机构关闭泄油，卸除作用在驱动活塞和第二柱塞上的油压，驱动活塞在回位弹簧的作用下往回移动，第一柱塞在柱塞孔内跟着往回转动，第一柱塞与第二柱塞的配合齿面从操作位置回到非操作位置，两齿面的齿顶与齿根对齐，第二柱塞在弹簧作用下沿轴向向上复位，移动到非操作位置。此时，第一柱塞与第二柱塞在柱塞孔内的组合高度最小，消除了发动机制动的制动冲程。发动机脱离制动运作，回到正常工作状态。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明可以不增加或少增加发动机的高度、体积和重量；不需采用液压制动控制阀，简化了设计，降低了成本，减少了制动反应时间；采用固链链接，不采用液体承受制动载荷，没有高油压和高油温引起的泄漏、变形和载荷波动，制动阀升不受油温、油压和空气含量的影响，制动阀升可采用更小值，减小对发动机活塞与气阀间隙的要求。

附图说明：

图1是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“关”位时的侧视图。

图2是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“关”位时的俯视图。

图3是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“开”位时的侧视图。

图4是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“开”位时的俯视图。

图5是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“关”位时的转动定位图。

图6是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“开”位时的转动定位图。

图7是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第二实施例处于“关”位时的俯视图。

图8是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例处于“开”位时的俯视图。

图9是本发明的一种齿形固链式发动机制动装置的第一实施例的一个应用示意图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图9所示。图1和图2分别是本发明的发动机制动装置的第一实施例处于“关”位时的侧视图和俯视图。制动装置100置于一个制动箱体2102内，由位于竖直柱塞孔190内的第一柱塞160和第二柱塞162(制动柱塞)以及一个柱塞旋转驱动机构组成，柱塞旋转驱动机构包括位于水平活塞孔260内的驱动活塞164，驱动活塞164平常由回位弹簧156推动(如图2)，停靠在供油孔214的一侧。回位弹簧156位于弹簧座158上，弹簧座158由固定在制动箱体2102上的档圈157定位。驱动活塞164与第一柱塞162形成一个平动变转动的机构，驱动活塞164上的驱动齿226由沿圆周分布的齿构成，第一柱塞162上的从动齿228由沿其轴向方向分布的齿构成，驱动齿226与从动齿228相啮合。驱动活塞164在水平活塞孔260内的往复运动导致第一柱塞162在柱塞孔190内来回转动(图2)。

第一柱塞160和第二柱塞162可以在柱塞孔190内做上下的轴向运动(图1)。第一柱塞162的上端与阀隙调节机构的阀隙调节螺钉1102相接触，螺钉1102由螺母1052紧固在制动箱体2102上。第一柱塞162下端的齿面126与第二柱塞160上端的齿面128相配合(图1)，两个齿面处于咬合位置，也就是非操作位置。此时齿面126的齿顶和齿面128的齿根对齐，第一柱塞162和第二柱塞160在柱塞孔190内的组合高度最小。第二柱塞160的下端有回位弹簧177，回位弹簧177由螺母179固定在制动箱体2102上。第二柱塞160外侧壁上沿其轴向开有定位槽137，定位槽137与制动箱体2102上的定位销142形成转动定位机构，防止第二柱塞160在柱塞孔190内的转动并限制它的轴向运动。

图3和图4分别是本发明的发动机制动装置的第一实施例处于“开”位时的侧视图和俯视图。

本实施例的工作过程是：当需要发动机从正常工作状态转换至发动机制动状态时，发动机的制动控制机构(图中未示)开通供油，机油通过制动流体网路，包括制动箱体2102内的流体通道214和第一柱塞162内的流体通道122，流向驱动活塞164和第二柱塞160。油压克服作用在第二柱塞160(又叫制动柱塞)上的回位弹簧177的载荷，将第二柱塞160向下推靠在定位销142上。第一柱塞162下端的齿面126与第二柱塞160上端齿面128上下分开(图3)。与此同时，油压克服作用在驱动活塞164上的回位弹簧156的载荷，将驱动活塞164从水平孔260内推向弹簧座158(图4)。由于两柱塞的齿面126与128已经上下分开，所以驱动活塞164的平动将通过啮合齿226和228，使得第一柱塞162在柱塞孔190内相对第二柱塞160转动。这样，两个柱塞上的两个配合齿面从非操作位置转到操作位置，齿面126的齿顶和128的齿顶对齐(图3)，第一柱塞162和第二柱塞160在柱塞孔190内的组合高度最大。第二柱塞160，也就是制动柱塞，往下伸出的距离130为制动冲程。制动冲程大致等于两个配合齿面126与128的齿顶与齿根之间的距离，其大小与发动机制动装置的种类(压缩释放型或泄气型)有关，为0.5毫米到3毫米。

当不需要发动机制动时，发动机制动控制机构关闭泄油，驱动活塞164不受油压，在其回位弹簧156的作用下回到供油孔214的一侧(图2)，第一个柱塞162在柱塞孔190内跟着往回转动。两个柱塞上的两个配合齿面126和128从操作位置回到非操作位置，第一柱塞162下端齿面126的齿顶与第二柱塞160上端齿面128的齿根对齐并相互咬合(图1)。第二柱塞160，也就是制动柱塞往上缩回，与发动机的正常运作分离。

图5和图6是本发明的发动机制动装置的第一实施例处于“关”和“开”位时的一种转动定位机构的示意图。图中显示的是两个柱塞160和162沿着其周向的展开图，展开后的长度为2πR，其中R为柱塞的半径。第一柱塞162下端齿面126除了带有常规的齿形外，还有一个特殊的转动定位槽1262，它比常规的齿根更深更宽。同样，第二柱塞160上端齿面128除了带有常规的齿形外，还有一个特殊的转动定位齿1282，它比常规的齿顶更高更宽。图5显示的是两个齿面126和128的非操作位置，齿面126的齿顶与齿面128的齿根对齐并相互咬合。当油压推动第二柱塞160向下运动并与第一柱塞162分开之后，驱动活塞164推动第一柱塞162转动，其转动距离由转动定位齿1282和转动定位槽1262确定。图6显示的是第一柱塞162转动后两个齿面126和128的操作位置，齿面126的齿顶与齿面128的齿顶对齐。

图9是本发明的发动机制动装置100的第一个实施例的一个应用示意图。制动箱体2102为一专用制动摇臂，为制动专用排气阀致动器2002的一部分。制动专用排气阀致动器2002还包括制动凸轮2302、凸轮从动轮2352和制动弹簧1982。制动凸轮2302只包括有位于内基圆2252上的小凸台232和233，用于发动机制动。

发动机排气阀的正常运作由发动机排气阀系或阀门致动器200驱动产生。排气阀系200有很多部件，包括凸轮230，凸轮从动轮235，摇臂210，阀桥400，和排气阀300。排气阀300由发动机气阀弹簧310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排气管600之间流动。摇臂210摇动式地安装在摇臂轴205上，将凸轮230的运动，传递给排气阀300，使其周期性地开闭。排气阀系还可能有其他部件，如阀隙调节螺钉和象足垫等，因为简明起见在此省约。凸轮230在内基圆225以上有一大凸台220，产生主阀升曲线，用于正常的发动机运作。

图9显示的是制动装置100处于“关”的位置，也就是非制动状态。两个柱塞上的配合齿面126和128处于咬合位置，也就是非操作位置，第一柱塞162下端齿面126的齿顶与第二柱塞160上端齿面128的齿根对齐。第二柱塞160，也就是制动柱塞往上缩回，与制动压块116之间形成间隙132。由于间隙132，制动凸轮2302上的小凸台232和233产生的运动，不会传递到排气阀3001上。整个发动机制动装置与正常的发动机运作分离。

当需要发动机从正常工作状态转换至发动机制动状态时，发动机制动控制机构(图中未示)开通供油，机油通过制动流体网路，包括摇臂轴205内的流体通道211、径向孔212、摇臂内的流体通道214和第一柱塞162内的流体通道122，流向驱动活塞164和第二柱塞160。油压克服作用在第二柱塞160(又叫制动柱塞或制动活塞)上的回位弹簧177的载荷，将第二柱塞160向下推靠在定位销142上。第一柱塞162下端的齿面126与第二柱塞160上端齿面128上下分开(图3)。与此同时，油压克服作用在驱动活塞164上的回位弹簧156的载荷，将驱动活塞164从水平孔260内推向弹簧座158(图4)。由于两柱塞的齿面126与128已经上下分开，所以驱动活塞164的平动将通过柱塞旋转驱动机构，使得第一柱塞162相对第二柱塞160转动。这样，两个柱塞上的两个配合齿面从非操作位置转到操作位置，齿面126的齿顶和128的齿顶对齐(图3)。第二柱塞160，也就是制动柱塞，往下伸出130，产生制动冲程。制动冲程消除了制动柱塞160和制动顶杆116之间的间隙132(图9)，制动凸轮2302的小凸台232和233所产生的运动通过制动装置100和制动顶杆116传递到排气阀3001，产生发动机制动。

实施例2：

如图7和图8所示，图7和图8是本发明的发动机制动装置的第二实施例处于“关”和“开”位时的俯视图。本实施例与第一实施例的工作原理基本相同，它们的区别在于平动变转动的柱塞旋转驱动机构。第一实施例中驱动活塞164上的驱动齿226变为本实施例的驱动槽2263；第一柱塞162上的从动齿228变为本实施例的从动销2283。驱动活塞164在水平活塞孔260内的往复运动，通过驱动活塞164上的驱动槽2263和第一柱塞162上的从动销2283，使得第一柱塞162在柱塞孔190内来回转动。

上述说明包含了很多具体的实施方式，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，这里显示的制动箱体2102不但可以置于图9所示的专用制动摇臂内，也可以集成在现有的摇臂或阀桥等其他零部件内，还可以是顶置在发动机上的专用制动箱。

此外，这里显示的的发动机制动装置，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/管式发动机；不但可以产生压缩释放型发动机制动，还可以产生泄气型发动机制动。图9所示的制动弹簧1982除了螺旋弹簧之外，还可以是其它形式的弹簧，如叶片弹簧等。

此外，这里显示的的发动机制动装置，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/管式发动机；不但可以产生压缩释放型发动机制动，还可以产生泄气型发动机制动。

还有，这里显示的平动变转动的第一柱塞旋转驱动机构可以采用很多其他不同的方式。第一实施例中的啮合齿轮226和228可以是360°的全齿轮，也可以是小于360°的部分齿轮。齿的形状可以是方形或圆弧等其他曲线形成的组合形状。

同时，这里显示的两柱塞的配合齿面126与128也可以采用不同的方式。每个齿面包括有的齿数可以根据需要确定，但不少于一个齿。齿的形状可以是方形或圆弧等其他曲线形成的组合形状。

另外，两柱塞的相对转动定位机构也可以不同。比如说，图5和图6中的定位齿槽1262和定位齿1282可以是定位键槽和定位销等；还可以通过驱动活塞164的运动定位，来控制两柱塞的相对转动位置。

还有，发动机制动器运作时其零部件的运动顺序是可控的。比如说，图1中通向第二柱塞160的油路122可以是常通的，而通向驱动活塞164的油路214则可以由一个控制机构来控制其开关。这样在开启时，第二柱塞160向下的运动在先，驱动活塞164的水平运动在后，保证发动机制动器的完全开启。

本发明的范围不限于上述的具体实施例，应由权利要求来决定。

Claims (12)

1.一种齿形固链式发动机制动装置，包括有一个制动箱体，其特征在于：所述的制动箱体中设置有供油孔和一个柱塞孔，所述的柱塞孔内设置有一个第一柱塞和一个第二柱塞，制动箱体中还设置有一个柱塞旋转驱动机构，所述的第一柱塞的下端面和第二柱塞的上端面中分别沿各自的圆周向设置有相互配合的齿面，所述的相互配合的齿面之间存在一个非操作位置和一个操作位置，在所述的非操作位置，第一柱塞的齿面的齿顶与第二柱塞的齿面的齿根对齐，在所述的操作位置，第一柱塞的齿面的齿顶与第二柱塞的齿面的齿顶对齐，所述的柱塞旋转驱动机构驱动第一柱塞的齿面与第二柱塞的齿面在非操作位置和操作位置之间转动。

2.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：第一柱塞的齿面和第二柱塞的齿面中各自包括有至少一个齿。

3.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的柱塞旋转驱动机构是平动变转动机构，所述的平动变转动机构包括有一个驱动活塞，所述的驱动活塞通过运动副与所述的第一柱塞连接，驱动活塞驱动第一柱塞相对第二柱塞发生转动。

4.如权利要求3所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的驱动活塞上沿其轴向设置有驱动齿，第一柱塞的外圆周上设置有从动齿，驱动活塞的轴向与第一柱塞的轴向垂直，所述的驱动齿与从动齿啮合。

5.如权利要求4所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的驱动齿和从动齿是360°的完整齿、或者是小于360°的部分齿。

6.如权利要求3所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的驱动活塞上设置有驱动槽，所述的第一柱塞上设置有从动销，所述的从动销设置在所述的驱动槽中。

7.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的柱塞旋转驱动机构中包括有转动定位机构。

8.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的第一柱塞中设置有沿其直径贯穿的流体通道，所述的第二柱塞中设置有轴向定位槽，所述的制动箱体中设置有定位销，所述的定位销穿设在所述的定位槽中。

9.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：第一柱塞的齿面中，齿顶与齿根之间的距离为0.5毫米到3毫米，第二柱塞的齿面中，齿顶与齿根之间的距离为0.5毫米到3毫米。

10.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的制动箱体中设置有阀隙调节机构。

11.如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置，其特征在于：所述的制动箱体是顶置式专用制动箱、或者专用制动摇臂、或者发动机的排气摇臂或者发动机的阀桥。

12.一种使用如权利要求1所述的一种齿形固链式发动机制动装置产生发动机制动的方法，其特征在于：所述的方法由下述步骤组成：

一，向所述的齿形固链式发动机制动装置提供发动机机油；

二，利用所述的发动机机油的压力推动第二柱塞在柱塞孔内作轴向运动、并与第一柱塞脱离，分开第一柱塞与第二柱塞相向端面之间的配合齿面；

三，利用发动机机油的压力推动驱动活塞作轴向运动，

四，利用驱动活塞推动第一柱塞相对第二柱塞转动，将第一柱塞与第二柱塞的配合齿面从非操作位置转到操作位置。

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