CN103470330A - 发动机的阀门致动系统和产生发动机辅助阀升曲线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机的阀门致动系统和一种产生发动机的辅助阀升曲线的方法。该系统第一种工作状态产生发动机的主阀升曲线，第二种工作状态产生发动机的辅助阀升曲线，该系统包括机械承载的固链式辅助阀门致动器，固链式辅助阀门致动器包括：一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合，滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可以在第一工位和第二工位之间移动；在第一工位，阀门致动系统处于第一工作状态，产生主阀升曲线，在第二工位，阀门致动系统处于第二工作状态，产生辅助阀升曲线；一根弹簧和一个用来提供加压流体的流体通道，弹簧和加压流体分别作用于滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的两侧，控制其在第一工位和第二工位之间切换。

Description

发动机的阀门致动系统和产生发动机辅助阀升曲线的方法

本申请为2010年05月27日提交中国专利局、申请号为201010186306.2、发明名称为“一种固链式发动机制动装置”的发明专利申请的分案申请，其全部内容均记载于原申请中。 

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是一种发动机的阀门致动系统和产生发动机辅助阀升曲线的方法。 

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。最终的结果是有效的发动机制动，减缓车辆的速度。 

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，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器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器存在另一缺点，即液压系统的可缩性或变形，这与液体的柔性有关，液体的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。 

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种发动机的阀门致动系统，通过系统优化配置，以完全规避现有技术存在的上述缺陷。在此基础上，本发明还提供一种产生发动机的辅助阀升曲线的方法。 

本发明提供的发动机的阀门致动系统，具有两种工作状态：第一种工作状态产生发动机的主阀升曲线，第二种工作状态产生发动机的辅助阀升曲线，所述发动机的阀门致动系统包括机械承载的固链式辅助阀门致动器，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器包括： 

一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合，所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可以在第一工位和第二工位之间移动；在所述第一工位，所述发动机的阀门致动系统处于所述第一工作状态，产生发动机的所述主阀升曲线，在所述第二工位，所述发动机的阀门致动系统处于所述第二工作状态，产生发动机的所述辅助阀升曲线； 

一根弹簧和一个用来提供加压流体的流体通道，所述弹簧和加压流体分别作用于所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的两侧，控制其在所述第一工位和第二工位之间切换。 

优选地，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器还包括一个致动柱塞，所述致动柱塞具有一个非操作位置和一个操作位置，所述非操作位置与所 述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的第一工位相对应，位于所述非操作位置的致动柱塞对发动机的阀门不起作用，所述操作位置与滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的第二工位相对应，位于所述操作位置的致动柱塞与发动机的阀门形成机械链接。 

优选地，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器设置有止位机构，所述止位机构限制所述致动柱塞的行程。 

优选地，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器还包括一根致动弹簧，所述致动弹簧将所述致动柱塞与所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合相抵。 

优选地，所述发动机的阀门为排气门。 

优选地，所述发动机的阀门为进气门。 

本发明提供的产生发动机的辅助阀升曲线的方法，所述发动机包括一个阀门致动系统，所述阀门致动系统具有两种工作状态：第一种工作状态产生发动机的主阀升曲线，第二种工作状态产生发动机的辅助阀升曲线，所述方法采用固链式辅助阀门致动器生发动机的辅助阀升曲线，所述固链式辅助阀门致动器包括： 

一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合，所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可以在第一工位和第二工位之间移动，在所述第一工位，所述发动机的阀门致动系统处于所述第一工作状态，产生发动机的所述主阀升曲线，在所述第二工位，所述发动机的阀门致动系统处于第二工作状态，产生发动机的所述辅助阀升曲线； 

一根弹簧和一个用来提供加压流体的流体通道；所述方法： 

利用所述弹簧和加压流体分别作用于所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的两侧，控制其在第一工位和第二工位之间切换，所述发动机的阀门致动系统在所述第一工作状态和第二工作状态之间切换，以便产生发动机的所述主阀升曲线或发动机的所述辅助阀升曲线。 

优选地，所述方法包括下述步骤： 

1）利用所述弹簧将滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从所述第一工位移到第二工位，所述固链式辅助阀门致动器与发动机的阀门机械链接，由所述固链式辅助阀门致动器控制发动机的阀门产生辅助阀升曲线； 

2）利用所述加压流体将所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从所述第二工位移到第一工位，所述固链式辅助阀门致动器对发动机的阀门不起作用，由所述主阀门致动器控制发动机的阀门产生主阀升曲线。 

优选地，所述方法包括下述步骤： 

1）利用所述加压流体将所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从第一工位移到第二工位，所述固链式辅助阀门致动器与发动机的阀门机械链接，由所述固链式辅助阀门致动器控制发动机的阀门产生辅助阀升曲线； 

2）利用所述弹簧将所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从第二工位移到第一工位，所述固链式辅助阀门致动器对发动机的阀门不起作用，由主阀门致动器控制发动机的阀门产生主阀升曲线 

本发明的工作原理是：当需要产生主阀升曲线时，通过弹簧与流体通道内加压流体的配合，一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可移动至第一工位，发动机的阀门致动系统处于第一工作状态，产生发动机的主阀升曲线；当需要产生辅助阀升曲线时，通过弹簧与流体通道内加压流体的配合，一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可移动至第二工位，发动机的阀门致动系统处于第二工作状态，产生发动机的辅助阀升曲线。 

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明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；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，制动阀升可获得更小值，减小对发动机活塞与气阀间隙的要求；同时本发明还可与发动机集成为一体，从而减小发动机制动器的高度、体积和重量。 

附图说明

图1是本发明的第一实施例处于“关”位时的示意图。 

图2是本发明的第一实施例处于“开”位时的示意图。 

图3是本发明的第二实施例处于“关”位时的示意图。 

图4是本发明的第二实施例处于“开”位时的示意图。 

图5是本发明的第三实施例处于“关”位时的示意图。 

图6是本发明的第三实施例处于“开”位时的示意图。 

图7是本发明的第四实施例处于“关”位时的示意图。 

图8是本发明的第四实施例处于“开”位时的示意图。 

图9是本发明的第四实施例的一个应用示意图。 

图10是本发明的第五实施例处于“关”位时的示意图。 

图11是本发明的第五实施例处于“开”位时的示意图。 

图12是本发明的第六实施例处于“关”位时的示意图。 

图13是本发明的第六实施例处于“开”位时的示意图。 

具体实施方式

实施例1: 

如图1和图2所示，本发明的固链式发动机制动装置100，由一个制动箱体2102、驱动机构和制动机构构成。制动箱体2102内设有相交的竖直盲孔190和水平盲孔260，驱动机构包括驱动活塞164和滚球175，驱动活塞164与水平盲孔260形成流体密封，所述的驱动活塞一端与所述的滚球相接触，形成配合；制动机构包括制动柱塞160。驱动活塞164和滚球175位于制动箱体2102的水平盲孔260内，平常由回位弹簧156推向左边，停靠在活塞孔260的端面246上，如图1所示。回位弹簧156的一端位于驱动机构的滚球175上，另一端位于弹簧座158上，弹簧座158由固定在制动箱体2102上的挡圈157定位，弹簧座158上设有泄油孔168。制动柱 塞160位于制动箱体2102的竖直盲孔190内，其上端设置有制动过渡面126和制动受力面128。制动过渡面126为圆锥面。制动过渡126面也可以是平面（包括台阶面和斜面）、圆弧面、圆柱面、球面、或由上述两种或两种以上曲面形成而得到组合面。同样，制动受力面128可以是平面（包括台阶面和斜面）、圆锥面、圆弧面、圆柱面、球面、或由上述两种或两种以上曲面形成而得到组合面。制动柱塞160下端安装有制动弹簧177的一端，制动弹簧的另一端由螺钉179固定在制动箱体2102上。在弹簧177的作用下，制动柱塞160的制动过渡面126停靠在滚球175的右下侧面上，如图1所示。 

制动机构还包括制动柱塞160的止位机构，由固定在制动箱内的止位销142和制动柱塞160上的止位槽137构成。止位机构还可以采用台阶面等多种不同的方式。 

本实施例的工作过程是：当需要发动机从正常工作状态（图1）转换至发动机制动状态（图2）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，包括制动箱体2102内的流体通道214，流向固链式发动机制动装置100的驱动机构。油压克服回位弹簧156的作用力，将驱动活塞164和滚球175向右推，滚球175压迫制动柱塞160上端的制动过渡面126，克服制动弹簧177的载荷，将制动柱塞160从竖直盲孔190内向下推，从非操作位置变为操作位置。与此同时，滚球175从制动柱塞160上端的制动过渡面126移到了制动受力面128（图2）。 

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和滚球175不受油压的作用，在回位弹簧156的作用下向左移，停靠在水平盲孔260的左端面246上。制动柱塞160在制动弹簧177的作用下在竖直盲孔190内向上缩，上端的制动过渡面126停靠在滚球175的右下侧面，回到非操作位置（图1），与发动机正常运作分离。 

实施例2: 

如图3和图4所示，本实施例是在实施1基础上的改进，具体的将实 施1中的驱动活塞164和滚球175集成为一体。驱动活塞164的左边部分为导向与密封的活塞，右边部分的驱动面为球面163（也可以是锥面等）。 

实施例3: 

如图5和图6所示，本实施例也是在实施例1基础上的改进，与实施例1相比，本实施例取消了驱动活塞，增加了回位活塞162，与水平盲孔260形成流体密封，回位活塞162上设有减压与泄流孔122和168（也可以是一个锥形的组合孔）。回位活塞162与回位弹簧156组合作用，回位弹簧156将回位活塞162顶靠在滚球175上，压住减压孔122，保证滚球175始终靠紧回位活塞162。 

本实施例的工作过程是：当需要发动机从正常工作状态（如图5所示）转换至发动机制动状态（如图6所示）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，包括制动箱体2102内的流体通道214，流向制动器100的驱动机构。油压克服回位弹簧156的作用力，首先推动滚球175。与此同时，油流流过滚球（通过球与孔之间的间隙或轴向油槽，图中未画出），油压克服制动弹簧177的载荷，将制动柱塞160从竖直盲孔190内向下推，制动柱塞160下移的最大冲程由止位机构（止位销142和止位槽137）决定。滚球175压靠在回位活塞162上，一起向右移，直到回位活塞162停靠在弹簧座158上为止。此时，滚球175移到了制动柱塞160上端的制动作用面128上。而制动柱塞160也向下移到了如图6所示的操作位置。 

当不需要发动机制动时，发动机制动控制机构关闭泄油，回位活塞162和滚球175不受油压的作用，在回位弹簧156的作用下向左移，停靠在水平盲孔260的左端面246上。制动柱塞160在制动弹簧177的作用下在竖直盲孔190内向上移，上端的制动过渡面126停靠在滚球175的右下侧面，回到非操作位置（图5），与发动机正常运作分离。 

实施例4: 

如图7、图8和图9所示，本实施例与实施例3相比，本实施例只增 加了制动阀隙调节螺钉1102，由锁紧螺母1052固定在制动箱2102上。本实施例的工作原理与实施例3相似。 

图9是本实施例的一个应用举例示意图。发动机制动器100的制动箱体2102为一专用制动摇臂，是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只含有位于内基圆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，因为简要起见在此省约。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。 

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，包括摇臂轴内的流体通道211、径向孔212和摇臂内的流体通道214，流向制动器100。油压先、后克服制动柱塞160上的制动弹簧177和回位弹簧156的载荷，将滚球175连同回位活塞162一起向右推。制动柱塞160从缩回位置（如图7所示）变为伸出位置（如图8所示）。制动柱塞的冲程消除了制动柱塞160和制动顶杆116之间的间隙132（如图9所示），制动凸轮2302的小凸台232和233所产生的运动通过摇臂2102、制动阀隙调节螺钉1102、滚球175、制动柱塞160和制动顶杆116传递到排气阀3001，产生发动机制动。 

当不需要发动机制动时，发动机制动控制机构关闭泄油，滚球175和回位活塞162不受油压，在回位弹簧156的作用下向左移，滚球175停靠在水平盲孔260的端面246（图7），制动柱塞160在竖直盲孔190内向上 缩回到非操作位置，与制动顶杆116之间形成间隙132（如图9所示），使得制动器100与发动机正常运作分离。 

发动机制动器100的制动箱体2102除了专用制动摇臂之外，还可以是顶置式的专用制动箱，发动机的排气摇臂和发动机的阀桥。 

实施例5: 

如图10和图11所示，本实施例是在实施例3基础上的改进，将驱动活塞与滚球和回位活塞集成为一体，驱动活塞164的右边部分为导向与密封的活塞，其与水平盲孔液密封连接，左边部分的驱动面为球面（也可以是平面（包括台阶面、斜面、圆锥面、圆弧面、圆柱面、或由上述两种或两种以上曲面形成而得到组合面），中部为球面163，也可以是锥面。本实施例的工作原理与实施例3相似，在此不再细说。 

实施例6: 

如图12和图13所示，本实施例与实施例3相比，增加了一个回位弹簧166，回位弹簧166的一端作用在制动箱体2102上，另一端作用在驱动机构的滚球175上。回位弹簧166的载荷小于回位弹簧156的载荷，这样当没有油压时，滚球175由于回位弹簧156的载荷大于另一个回位弹簧166，而停靠于水平盲孔260左端的台阶246上；与此同时，回位活塞162上没有减压与泄流孔。本实施例的工作原理与实施例3大致相同，在此不再细说。 

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，这里显示的回位弹簧和制动弹簧可以是圆柱型、叶片型和波型等多种形式，也可以安装或定位在不同的地方。此外，制动活塞的止位机构也可以是其它形式。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 (9)

1.一种发动机的阀门致动系统，具有两种工作状态：第一种工作状态产生发动机的主阀升曲线，第二种工作状态产生发动机的辅助阀升曲线，其特征在于，所述发动机的阀门致动系统包括机械承载的固链式辅助阀门致动器，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器包括：

一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合，所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可以在第一工位和第二工位之间移动；在所述第一工位，所述发动机的阀门致动系统处于所述第一工作状态，产生发动机的所述主阀升曲线，在所述第二工位，所述发动机的阀门致动系统处于所述第二工作状态，产生发动机的所述辅助阀升曲线；

一根弹簧和一个用来提供加压流体的流体通道，所述弹簧和加压流体分别作用于所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的两侧，控制其在所述第一工位和第二工位之间切换。

2.如权利要求1所述的一种发动机的阀门致动系统，其特征在于，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器还包括一个致动柱塞，所述致动柱塞具有一个非操作位置和一个操作位置，所述非操作位置与所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的第一工位相对应，位于所述非操作位置的致动柱塞对发动机的阀门不起作用，所述操作位置与滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的第二工位相对应，位于所述操作位置的致动柱塞与发动机的阀门形成机械链接。

3.如权利要求1或2所述的一种发动机的阀门致动系统，其特征在于，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器设置有止位机构，所述止位机构限制所述致动柱塞的行程。

4.如权利要求1所述的一种发动机的阀门致动系统，其特征在于，所述机械承载的固链式辅助阀门致动器还包括一根致动弹簧，所述致动弹簧将所述致动柱塞与所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合相抵。

5.如权利要求1所述的一种发动机的阀门致动系统，其特征在于，所述发动机的阀门为排气门。

6.如权利要求1所述的一种发动机的阀门致动系统，其特征在于，所述发动机的阀门为进气门。

7.一种产生发动机的辅助阀升曲线的方法，所述发动机包括一个阀门致动系统，所述阀门致动系统具有两种工作状态：第一种工作状态产生发动机的主阀升曲线，第二种工作状态产生发动机的辅助阀升曲线，其特征在于，所述方法采用固链式辅助阀门致动器生发动机的辅助阀升曲线，所述固链式辅助阀门致动器包括：

一个滚球或一个驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合，所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合可以在第一工位和第二工位之间移动，在所述第一工位，所述发动机的阀门致动系统处于所述第一工作状态，产生发动机的所述主阀升曲线，在所述第二工位，所述发动机的阀门致动系统处于第二工作状态，产生发动机的所述辅助阀升曲线；

一根弹簧和一个用来提供加压流体的流体通道；所述方法：

利用所述弹簧和加压流体分别作用于所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合的两侧，控制其在第一工位和第二工位之间切换，所述发动机的阀门致动系统在所述第一工作状态和第二工作状态之间切换，以便产生发动机的所述主阀升曲线或发动机的所述辅助阀升曲线。

8.如权利要求7所述的一种产生发动机的辅助阀升曲线的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

1）利用所述弹簧将滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从所述第一工位移到第二工位，所述固链式辅助阀门致动器与发动机的阀门机械链接，由所述固链式辅助阀门致动器控制发动机的阀门产生辅助阀升曲线；

2）利用所述加压流体将所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从所述第二工位移到第一工位，所述固链式辅助阀门致动器对发动机的阀门不起作用，由所述主阀门致动器控制发动机的阀门产生主阀升曲线。

9.如权利要求7所述的一种产生发动机的辅助阀升曲线的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

1）利用所述加压流体将所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从第一工位移到第二工位，所述固链式辅助阀门致动器与发动机的阀门机械链接，由所述固链式辅助阀门致动器控制发动机的阀门产生辅助阀升曲线；

2）利用所述弹簧将所述滚球或驱动活塞或滚球和驱动活塞的组合从第二工位移到第一工位，所述固链式辅助阀门致动器对发动机的阀门不起作用，由主阀门致动器控制发动机的阀门产生主阀升曲线。

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