CN103388504B - 一种固链式专用摇臂制动装置 - Google Patents

Abstract

一种固链式专用摇臂制动装置，包括发动机的常规摇臂、专用制动摇臂和制动阀隙调节机构。专用制动摇臂可以和常规摇臂并排地安置在发动机的常规摇臂轴上。制动阀隙调节机构用来调节专用制动摇臂与常规摇臂的相对位置。专用制动摇臂的一端与专用制动凸轮相连，专用制动摇臂的另一端通过集成在专用制动摇臂中的固链式制动驱动机构作用于常规摇臂。固链式制动驱动机构含有非操作位置和操作位置，在非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂之间不起作用；在操作位置，专用制动摇臂通过固链式制动驱动机构与常规摇臂作用并形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给常规摇臂和发动机气门。本发明减小了制动器的高度、体积和重量，提高了发动机的制动性能。

Description

一种固链式专用摇臂制动装置

技术领域:

本发明涉及机械领域，尤其涉及车辆发动机的气门驱动领域，特别是一种用于产生发动机制动的固链式专用摇臂制动装置。

背景技术:

已有技术中，车辆发动机的常规气门致动器，包括使用机械链接产生常规气门运动的技术为人共知，其应用已有一百多年的历史。但由于对发动机制动的额外要求，越来越多的发动机需要在常规气门运动的基础上，增加制动气门运动。发动机制动器已经逐渐成为商用车（尤其是12吨以上重型卡车）发动机必配的装置。

发动机制动技术也广为人知。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的汽缸活塞和曲轴，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和车辆速度的减缓。

发动机制动装置的一个先例是由康明斯(Cummins)先生提供的美国专利第3220392号（1965年）披露。发动机制动系统经过液压回路将机械输入传递给要打开的排气门。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，比如说喷油摇臂的摇动，主活塞的运动通过液压方式（液压连接）传递给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门上，产生发动机制动运作的阀动。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。

将发动机制动系统集成于发动机的现有部件内能够减小发动机的高度、重量及成本。美国康明斯发动机（CumminsEngine）公司通过美国专利第5626116号（1997年）公开了一种专用摇臂制动装置。专用制动摇臂内安置有一种液压式制动驱动机构，包括一个液压活塞。当不需要发动机制动时，专用制动摇臂内的液压活塞处于缩回位置，专用制动摇臂与气门分离，专用制动凸轮的运动被跳过（丢失）；当需要发动机制动时，专用制动摇臂内的液压活塞处于伸出位置，专用制动摇臂将专用制动凸轮的运动传递给两个排气门中的一个，产生发动机制动。

美国底特律柴油（DetroitDiesel）公司通过美国专利第5758620号（1998年）公开了一种双摇臂制动装置。其中一个摇臂为喷油摇臂，另一个摇臂为排气摇臂。喷油摇臂内安置有一种液压式制动驱动机构，包括一个液压活塞。当不需要发动机制动时，喷油摇臂内的液压活塞处于缩回位置，喷油摇臂与排气摇臂分离，喷油凸轮的运动被跳过（丢失）；当需要发动机制动时，喷油摇臂内的液压活塞处于伸出位置，喷油摇臂作用在排气摇臂上，将喷油凸轮的运动同时传递给两个排气门，产生发动机制动。

美国马克卡车（MackTrucks）公司通过美国专利第6293428号（2001年）公开了一种产生二冲程发动机制动的双摇臂制动装置。其中一个摇臂为专用制动摇臂，另一个摇臂为排气摇臂。专用制动摇臂内安置有一种液压式制动驱动机构，包括一个液压活塞。排气摇臂从上方压迫专用制动摇臂，专用制动摇臂压迫液压活塞，液压活塞压迫阀桥，阀桥作用于两个气门。当不需要发动机制动时，专用制动摇臂内的液压活塞处于缩回位置，专用制动凸轮（含有两个压缩释放凸台）的运动被跳过（丢失）；当需要发动机制动时，专用制动摇臂内的液压活塞处于伸出位置，专用制动凸轮的运动传递给阀桥和两个气门，产生发动机制动。

瑞典沃尔沃（Volvo）公司通过美国专利第6983725号（2006年）和公开号US2010/0186710（2010年）公开了一种与美国马克卡车（MackTrucks）公司类似的双摇臂制动装置。其中一个摇臂为专用制动摇臂，另一个摇臂为排气摇臂。排气摇臂内安置有一种液压式制动驱动机构，包括两个液压活塞，一个主活塞，一个副活塞。专用制动摇臂从上方压迫主活塞，主活塞通过液压连接压迫副活塞，副活塞压迫排气摇臂和阀桥，打开两个气门，产生发动机制动。

美国皆可博（JVS）公司通过美国专利第7392772号（2008年）公开了另一种双摇臂制动装置。其中一个摇臂为专用制动摇臂，另一个摇臂为排气摇臂。排气摇臂内安置有一种液压式制动驱动机构，包括一个液压活塞。当不需要发动机制动时，排气摇臂内的液压活塞处于缩回位置，专用制动凸轮的运动被跳过（丢失）；当需要发动机制动时，排气摇臂内的液压活塞处于伸出位置，专用制动凸轮驱使专用制动摇臂从上方压迫液压活塞，液压活塞压迫排气摇臂，排气摇臂打开一个气门，产生发动机制动。

值得注意的是，在一百多年的车载发动机应用历史中，常规气门致动器采用的都是机械式或固链式（非液压式）的连接与驱动，将发动机的凸轮运动传递给气门，产生常规气门运动。而目前世界上所应用的（包括上面介绍的）发动机制动装置却都是采用液压式的连接或驱动，产生制动气门运动。液压式驱动的发动机制动装置存在许多缺点，这与流体所固有的变形和泄漏等特征有关。液压系统的可压缩性或变形与泄漏导致发动机压缩释放时的气门升程大量减小，气门升程的减小导致气门上的制动载荷增加，而气门上制动载荷的增加又导致更大的液压变形与气门升程减小，形成一种恶性循环。液压变形使得气门升程随着发动机转速的增加而减小，与发动机制动性能所要求的气门升程随转速增加的趋势恰恰相反。为了减少液压变形，必须使用大直径的液压活塞，导致发动机制动器体积和重量的增加。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。此外，液压系统还固有“水锤”和“液压千斤顶”等不稳定特征和易受外界因素（如油温、油压、空气含量等）影响等缺陷。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种固链式专用摇臂制动装置，所述的这种固链式专用摇臂制动装置要解决现有技术中发动机制动装置采用液压驱动而存在变形、泄漏、反应慢及制动系统惯性大和机构庞大笨重的技术问题，消除液压系统固有的“水锤”和“液压千斤顶”造成的失效模式和易受外界因素（如油温、油压、空气含量等）影响等缺陷。

本发明的这种固链式专用摇臂制动装置，用于发动机制动，所述发动机包括一个常规气门致动器，所述常规气门致动器包括一个常规凸轮、一根常规摇臂轴、一个常规摇臂和发动机气门，所述常规摇臂摇动式地安置在常规摇臂轴上，所述常规凸轮的运动通过常规摇臂传递给所述发动机气门，产生发动机的常规气门运动，其特征在于：所述固链式专用摇臂制动装置包括专用制动凸轮和专用制动摇臂，所述专用制动摇臂摇动式地安置在一根制动摇臂轴上，专用制动摇臂的一端与所述专用制动凸轮相连，专用制动摇臂的另一端与所述常规摇臂上的一个制动作用点靠近，所述专用制动摇臂中含有一种固链式制动驱动机构，所述固链式制动驱动机构具有非操作位置和操作位置，在所述非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂之间作用消除，在所述操作位置，专用制动摇臂通过固链式制动驱动机构与常规摇臂作用并形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给常规摇臂和发动机气门，产生发动机的制动气门运动。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的制动摇臂轴为专用制动摇臂轴或者为所述常规摇臂轴，当所述制动摇臂轴与所述常规摇臂轴为同一根摇臂轴时，专用制动摇臂与常规摇臂并排地安置在常规摇臂轴上。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置还包括制动阀隙调节机构，所述制动阀隙调节机构用来调节所述专用制动摇臂或专用制动摇臂中的固链式制动驱动机构与所述常规摇臂之间的相对位置。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的固链式制动驱动机构包括偏心机构,所述偏心机构在非操作位置和操作位置之间运动，在偏心机构的非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用消除，在偏心机构的操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用并在专用制动凸轮和常规摇臂之间形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给发动机气门，产生发动机的制动气门运动。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的固链式制动驱动机构包括肘杆机构,所述肘杆机构在非操作位置和操作位置之间运动，在肘杆机构的非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用消除，在肘杆机构的操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用并在专用制动凸轮和常规摇臂之间形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给发动机气门，产生发动机的制动气门运动。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的专用制动凸轮包括压缩释放制动凸台。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的专用制动凸轮包括排气再循环凸台。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的专用制动凸轮同时包括压缩释放制动凸台和排气再循环凸台。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置的制动气门运动的开启相位与所述常规气门运动的开启相位之间存在相位差，制动气门运动的升程小于常规气门运动的升程。

进一步的，所述的固链式专用摇臂制动装置还包括制动弹簧，所述制动弹簧将所述的专用制动摇臂偏置在避免冲击相邻部件的位置。

本发明的工作原理是：当需要发动机从常规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，专用制动摇臂中的固链式制动驱动机构从非操作位置变到操作位置，专用制动摇臂通过固链式制动驱动机构与常规摇臂作用并形成机械链接。专用制动凸轮的运动，通过专用制动摇臂和固链式制动驱动机构，传递到常规摇臂和发动机气门上，产生用于发动机制动的制动气门运动。当不需要发动机制动时，发动机的制动控制机构关闭，固链式制动驱动机构从操作位置回到非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂不起作用，专用制动凸轮的运动无法传递到发动机气门上，发动机脱离制动运作，回到常规工作状态。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明减少了发动机制动机构的体积、重量和惯性；消除了液压式制动系统的变形和泄漏等缺陷和“千斤顶”等失效模式，提高了发动机的制动性能，减小了发动机制动运作对发动机点火运作的影响。

附图说明：

图1是本发明的固链式专用摇臂制动装置的一个实施例中专用制动摇臂与常规摇臂之间位置关系的示意图。

图2是图1所示实施例的俯视图。

图3是本发明的固链式专用摇臂制动装置的一个实施例中发动机的常规气门致动器的示意图。

图4是本发明的固链式专用摇臂制动装置的一个实施例的结构示意图。

图5是本发明的固链式专用摇臂制动装置的另一个实施例的结构示意图。

图6是本发明的固链式专用摇臂制动装置的实施例中发动机常规气门运动曲线与发动机制动气门运动曲线的示意图。

具体实施方式：

实施例1:

图1、图2、图3、图4和图6用于描述实施例一。

如图1和图2所示，发动机的常规摇臂210与专用制动摇臂2102并排地安置在发动机的常规摇臂轴205上。在本实施例中，用于安置专用制动摇臂2102的制动摇臂轴与常规摇臂轴205为同一根轴（专用制动摇臂2102也可以安置在不同的摇臂轴上，如专用制动摇臂轴上）。

如图3所示，发动机的常规气门致动器200包括常规凸轮230、凸轮滚轮235、常规摇臂210、常规阀隙调节系统和发动机气门300。常规阀隙调节系统包括调节螺钉110、固紧螺母105和象足垫114。气门300由发动机的气门弹簧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。常规摇臂210摇动式地安装在常规摇臂轴205上，凸轮滚轮235设置在常规摇臂210的一端，常规摇臂210的另一端与发动机的气门300相连，常规凸轮230的运动通过常规摇臂210，传递给气门300，使其周期性地开闭。常规凸轮230在内基圆225以上有一常规凸台220，产生发动机的常规气门升程曲线（见图6的2202），用于发动机的常规（点火）运作。

如图1、2、3和4所示，常规摇臂210上设置了制动作用点1002，作为专用制动摇臂2102（或其中的固链式制动驱动机构100）在排气摇臂210上的接触点或作用位置。制动作用点1002可以是常规摇臂210的一部分，也可以是组装到常规摇臂210上的分开部件。

如图4所示，本实施例的固链式专用摇臂制动装置（发动机制动气门致动器）2002包括专用制动凸轮2302和专用制动摇臂2102，专用制动摇臂2102摇动式地安置在制动摇臂轴（本实施例与常规摇臂轴205共用）上，专用制动摇臂2102的一端包括专用制动凸轮从动轮2352并由制动弹簧198偏置在专用制动凸轮2302上，专用制动摇臂2102的另一端包括制动阀隙调节机构并与排气摇臂210（排气摇臂上的制动作用点1002）靠近。专用制动摇臂2102中含有固链式制动驱动机构100。专用制动凸轮2302的运动，由专用制动摇臂2102通过固链式制动驱动机构100作用于常规摇臂210上的制动作用点1002，传递给常规摇臂210和发动机气门300。本实施例的专用制动凸轮2302上的两个制动凸台分别是压缩释放制动凸台232和排气再循环凸台233（也可以只使用一个凸台，如压缩释放制动凸台232）。制动阀隙调节机构包括调节螺钉1102、固紧螺母1052和象足垫1142。制动阀隙调节机构用来调节专用制动摇臂2102与常规摇臂210之间的相对位置。

本实施例的固链式制动驱动机构100为偏心机构，包括偏心摇臂轴套188和轴套驱动装置。偏心摇臂轴套188位于制动摇臂轴205（本实施例制动摇臂轴与常规摇臂轴相同，但也可以是另一根摇臂轴）和专用制动摇臂2102之间。偏心摇臂轴套188上有一凸起142（该凸起也可以是一个装配在偏心轴套上的单独部件），置于专用制动摇臂2102中间的切槽137内。轴套驱动装置为液压驱动系统，包括制动控制机构（图中未示）、位于专用制动摇臂2102的活塞孔260内的驱动活塞164和连通两者的流体网络。流体网络包括常规摇臂轴205内的轴向流体通道211和径向流体通道212、偏心摇臂轴套188内的流体通道213和专用制动摇臂2102内的流体通道214。偏心摇臂轴套188上的凸起142位于驱动活塞164和回位弹簧156的弹簧座之间。偏心摇臂轴套188在常规摇臂轴205上转动，使得偏心机构100在非操作位置和操作位置之间运动。在偏心机构100的非操作位置（如图4），专用制动摇臂2102（制动象足垫1142）和常规摇臂上的制动作用点1002分开，其间隙为132。此时，专用制动摇臂2102与常规摇臂210不起作用，制动凸轮2302的运动由于间隙132而被跳过（丢失），不会传递给常规摇臂210和发动机气门300；在偏心机构100的操作位置，专用制动摇臂2102（制动象足垫1142）和常规摇臂上的制动作用点1002靠拢接触，消除间隙132。此时，专用制动摇臂2102与常规摇臂210之间形成机械链接，专用制动凸轮2302的运动通过偏心机构100和专用制动摇臂2102，传递给常规摇臂210和气门300，产生发动机的制动气门运动。

实施例2:

如图5所示，专用制动摇臂2102中的固链式制动驱动机构100采用肘杆机构，包括制动活塞160、驱动活塞164、制动阀隙调节机构与制动活塞160之间的肘杆（连杆）以及导向与止位机构。导向与止位机构用来控制肘杆机构100的运动与位置。肘杆机构100在非操作位置和操作位置之间运动时，导向与止位机构使得驱动活塞164、制动活塞160以及肘杆（连杆）的中心线始终在一个平面内运动，并限制驱动活塞164与制动活塞160的行程。肘杆机构100的非操作位置和操作位置对应于发动机的常规工作（点火）状态和发动机的制动状态。制动阀隙调节机构包括调节螺钉1102、固紧螺母、肘杆机构100中肘杆和制动活塞160。制动阀隙调节机构用来调节专用制动摇臂210中的固链式制动驱动机构（肘杆机构）100与所述常规摇臂210之间的相对位置。

当需要发动机从常规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，包括摇臂轴内的流体通道211、径向孔212、摇臂内的流体通道213和214，流向肘杆机构100。油压克服竖直活塞160上的制动弹簧和右驱动活塞162上的回位弹簧156的载荷，将左驱动活塞164向右推，使肘杆（或叫连杆）从倾斜变为竖直。相应于肘杆的运动，竖直活塞160从缩回位置向下伸出到操作位置，消除了竖直活塞160和常规摇臂210上的制动作用点1002之间的间隙132，专用制动摇臂2102通过肘杆机构100与常规摇臂210之间形成机械链接，专用制动凸轮2302的运动由专用制动摇臂2102和肘杆机构100，传递给常规摇臂210和气门300，产生发动机的制动气门运动。

当不需要发动机制动时，发动机制动控制机构（图中未示）关闭泄油，左驱动活塞164不受油压，在回位弹簧156的作用下向左移，肘杆从竖直变回为倾斜，竖直活塞160从伸出位置向上缩回到非操作位置，与常规摇臂210上的制动作用点1002之间形成间隙132，专用制动摇臂2102与常规摇臂210不起作用，专用制动凸轮2302的运动由于间隙132而被跳过（丢失），不会传递给常规摇臂210和气门300。

图6是本发明的固链式专用摇臂制动装置的实施例中常规气门运动曲线2202与发动机制动气门运动曲线2322和2332的示意图。常规气门运动曲线2202与图3中凸轮230的内基圆225上的常规凸台220相对应，由常规气门致动器200产生。制动气门运动曲线2322和2332与图4和图5中专用制动凸轮2302的内基圆2252上的两个制动凸台232（压缩释放制动凸台）和233（排气再循环凸台）相对应，由专用制动摇臂2102通过固链式制动驱动机构100驱动常规摇臂210和发动机气门300产生。

图6中常规气门运动曲线2202与制动气门运动曲线2322和2332是分开的，也就是说常规摇臂210和制动摇臂2102的运动相位是错开的。制动气门运动曲线2322和2332的高度低于常规气门运动曲线2202。

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，这里显示的固链式专用摇臂制动装置，不但可以用于产生发动机制动的制动气门运动，也可以用于产生废气再循环等其它气门运动。

此外，这里显示的固链式专用摇臂制动装置，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/管式发动机；不但可以用来驱动排气门，也可用来驱动进气门；不但可以用来打开单气门，也可用来打开双气门。

还有，常规摇臂210上的制动作用点1002，可以在常规摇臂210的不同部位。因为制动摇臂2102可以通过不同的方式（比如从上方）与常规摇臂210相连或相互作用。

此外，其它形式的固链式制动驱动机构100也适用于本发明的固链式专用摇臂制动装置。

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利来决定。

Claims (10)

1.一种固链式专用摇臂制动装置，用于发动机制动，所述发动机包括一个常规气门致动器，所述常规气门致动器包括一个常规凸轮、一根常规摇臂轴、一个常规摇臂和发动机气门，所述常规摇臂摇动式地安置在常规摇臂轴上，所述常规凸轮的运动通过常规摇臂传递给所述发动机气门，产生发动机的常规气门运动，其特征在于：所述固链式专用摇臂制动装置包括专用制动凸轮和专用制动摇臂，所述专用制动摇臂摇动式地安置在一根制动摇臂轴上，专用制动摇臂的一端与所述专用制动凸轮相连，专用制动摇臂的另一端与所述常规摇臂上的一个制动作用点靠近，所述专用制动摇臂中含有一种固链式制动驱动机构，所述固链式制动驱动机构具有非操作位置和操作位置，在所述非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂之间作用消除，在所述操作位置，专用制动摇臂通过固链式制动驱动机构与常规摇臂作用并形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给常规摇臂和发动机气门，产生发动机的制动气门运动。

2.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述的制动摇臂轴为专用制动摇臂轴或者为所述常规摇臂轴，当所述制动摇臂轴与所述常规摇臂轴为同一根摇臂轴时，所述专用制动摇臂与常规摇臂并排地安置在所述常规摇臂轴上。

3.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：还包括制动阀隙调节机构，所述制动阀隙调节机构用来调节所述专用制动摇臂或专用制动摇臂中的固链式制动驱动机构与所述常规摇臂之间的相对位置。

4.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述固链式制动驱动机构包括偏心机构,所述偏心机构在非操作位置和操作位置之间运动，在偏心机构的非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用消除；在偏心机构的操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用并在专用制动凸轮和常规摇臂之间形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给发动机气门，产生发动机的制动气门运动。

5.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述固链式制动驱动机构包括肘杆机构,所述肘杆机构在非操作位置和操作位置之间运动，在肘杆机构的非操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用消除，在肘杆机构的操作位置，专用制动摇臂与常规摇臂作用并在专用制动凸轮和常规摇臂之间形成机械链接，将专用制动凸轮的运动传递给发动机气门，产生发动机的制动气门运动。

6.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述专用制动凸轮包括压缩释放制动凸台。

7.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述专用制动凸轮包括排气再循环凸台。

8.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述专用制动凸轮同时包括压缩释放制动凸台和排气再循环凸台。

9.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：所述制动气门运动的开启相位与所述常规气门运动的开启相位之间存在相位差，制动气门运动的升程小于常规气门运动的升程。

10.如权利要求1所述的固链式专用摇臂制动装置，其特征在于：还包括制动弹簧，所述制动弹簧将所述的专用制动摇臂偏置在避免冲击相邻部件的位置。