CN103758606A - 发动机的集成式摇臂制动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发动机制动器技术领域，涉及发动机的集成式摇臂制动装置，铰接在摇臂轴上的摇臂的一端通过铰接在该端的滚轮与排气凸轮接触连接，摇臂的另一端设置有控制排气门桥动作的制动机构，制动机构与摇臂轴之间的摇臂上设置有控制机构，排气凸轮带动摇臂的转动配合电磁阀控制的液压机构通过控制机构和制动机构进而控制排气门桥的动作，优点是：本发明进一步改善了控制机构的布局，优化了制动机构的集成化，从而消除和减弱了上述在发动机制动过程中的不利因素，使制动过程更加可靠，同时，本发明结构更加紧凑，加工安装调试也更加方便，适用于发动机的制动装置。
Description
技术领域
本发明属于发动机制动器技术领域，是一种汽车辅助制动装置，具体涉及一种发动机的集成式摇臂制动装置。
背景技术
随着国内经济形势的持续发展和高速公路的快速兴建，以汽车为主要交通工具的物流运输业已成为国民经济的重要组成部分。在科技的推动作用下，载重汽车日益向重型化、高速化发展，传统的机械摩擦式制动器在工作中不堪重负，常常由于摩擦片磨损严重和制动毂温度过高而失效，导致交通事故频发，危害人身安全。在这种情况下，高效、持续稳定的缓速性能和无物质消耗的发动机制动器，受到广泛关注，并逐步推广应用。而在2012年底，国家有关机构也已经出台法规强制要求在12吨以上的卡车和大型商用客车上增设缓速制动装置。
在现有技术中，发动机制动技术已广为人知。发动机制动装置的一个先例是由康明斯(Cummins)于1965年在美国专利号3220392披露的液压式发动机制动器。该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门。上述发动机制动过程是将发动机暂时转换为压缩机就可以实现发动机制动。在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排气门，允许被压缩气体(制动时为空气)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。最终实现有效的发动机制动，减缓车辆的速度。
现在主流的发动机压缩制动方式主要有以下几种：
一、如早期康明斯的发动机制动装置，是一种顶置在发动机上的附件，在发动机上增加一个小气门，专门负责发动机制动。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等，额外地增加发动机的高度、重量及成本；
二、1974年由美国皆可博(JVS)公司的第3809033号专利公开了一种集成式摇臂制动器。这种制动装置是在发动机上增加一个由电磁阀控制的液压系统以形成液压链而控制排气门的开启，从而实现发动机制动功能，这种结构的缺点是在长期的制动过程中承压油一直处于封闭腔中，由于高压泄露，会影响制动器的持续制动效果，并且其额外体积较大，制造成本相对较高；
三、将发动机制动装置集成于常规排气摇臂之中，通过增设凸轮制动凸起来实现发动机制动，这种结构较为紧凑，重量轻，在能够实现发动机制动的基础上大大地减小了整机的重量和体积。
但是就这种集成式摇臂系统的开发研究中，目前还存在许多的不足之处。如2001年美国马克(Mack)卡车公司的第6234143号专利公开了又一种集成式摇臂制动器，其在原有凸轮机构中又增设了排气再循环(EGR)凸台，增加了气门桥，但是在制动时仅打开一个排气门，在阀桥和摇臂上也存在不对称载荷；2001年康明斯(Cummins)发动机公司的第6253730号美国专利公开了一种带有阀升重置机构的集成式摇臂制动系统，解决了上述制动时开单阀所造成的非对称载荷问题。但重置时间太短、重置高度太小，在发动机高速度时无法正常工作；奇瑞汽车股份有限公司公开的申请号为200810021786.X的《一种发动机制动装置及方法》，易于控制，但是需要增加额外的凸轮切换装置，制造和装配成本相对较高。
发明内容
发动机的集成式摇臂制动装置，铰接在摇臂轴上的摇臂的一端通过铰接在该端的滚轮与排气凸轮接触连接，摇臂的另一端设置有控制排气门桥动作的制动机构，制动机构与摇臂轴之间的摇臂上设置有控制机构，排气凸轮带动摇臂的转动配合电磁阀控制的液压机构通过控制机构和制动机构进而控制排气门桥的动作。
上述控制机构的具体结构是：摇臂中部的阶梯形通孔内设置有单向阀，单向阀的上部设置有回位弹簧、下部设置有控制单向阀开关的控油阀柱塞以及对控油阀柱塞限位或解除限位的柱塞限位机构，单向阀的开关可控制所处阶梯形通孔的通断，进而形成或消除该通孔上部与制动机构活塞腔及连接两者之间的油道组成的制动油室。
上述柱塞限位机构的具体结构是：所述的控油阀柱塞上加工有环形凹槽，摇臂上设置的径向插孔内设置有插入环形凹槽内的限位柱塞，限位柱塞的尾部依次设置有回位弹簧及导向套，导向套靠卡簧定位在摇臂上，环形凹槽一侧的摇臂上设置有摇臂轴至控制机构之环形凹槽的油道，该油道连通高压油道后控制限位柱塞压缩回位弹簧脱离环形凹槽解除对控油阀柱塞的限位。
上述单向阀由阀座、阀芯和阀芯上侧的回位弹簧组成，所述的阶梯形通孔的中部作为单向阀的阀座。
上述的阀芯为钢球或带凹腔的柱塞与钢球组成。
上述的阀座上设置有衬套，所述衬套与摇臂过盈配合连接。
上述制动机构的具体结构是：制动活塞安装在摇臂靠近排气门端的活塞腔中，摇臂上设置有伸入活塞腔内且与制动活塞之间有补偿间隙的调整螺栓，活塞腔内的调整螺栓上套装有预紧弹簧，预紧弹簧的一端与制动活塞顶部顶接、另一端与活塞腔的顶部顶接，伸出摇臂外的制动活塞的端部直接或通过与其连接的窝座与排气门桥相接触，用于打开排气门排气，活塞腔的上部设置有与控制机构的单向阀连通的油道。
上述补偿间隙的间隙值为制动凸起升程和排气门间隙的总和，该间隙值小于正常排气凸起的升程，所述的调整螺栓通过调整螺母固定在摇臂上，通过调整螺栓和调整螺母来调整所述补偿间隙的间隙值。
上述液压机构的具体结构是：摇臂轴上开设有径向和轴向油道，轴向油道与摇臂支架的油道相连接作为摇臂中油道的输入端由安装在摇臂支座上的电磁阀控制其通断，摇臂轴的一条径向油道可分别通过摇臂上的油道与控制机构之单向阀下端的阶梯形通孔及控制机构的控油阀柱塞上的环形凹槽相连通，单向阀上端的油道与制动机构的活塞腔连通，摇臂轴的另一条径向通道与铰接滚轮的铜销的摇臂上的微型油道相连通，用于滚轮运动时的润滑，摇臂上开设有与阶梯形通孔连通的用于释放活塞腔内的高压油的通道。
上述的排气凸轮上间隔设置有排气凸起、动作于压缩冲程结束前结束于做功冲程开始后的制动凸起、作用于进气冲程的进气门关闭后结束于压缩冲程即将开始时的废气循环凸起。
本发明进一步改善了控制机构的布局，优化了制动机构的集成化，从而消除和减弱了上述在发动机制动过程中的不利因素，使制动过程更加可靠，同时，本发明结构更加紧凑，加工安装调试也更加方便，适用于发动机的制动装置。
附图说明
图1为本发明系统所述控制机构和制动机构的剖面结构示意图。
图2为本发明柱塞限位机构及限位机构的剖面结构示意图。
图中：1-滚轮，2-铜销，3-摇臂，4-摇臂轴，5-钢球，6-带凹腔的柱塞，7-回位弹簧，8-固定螺栓，9-调整螺栓，10-调整螺母，11-预紧弹簧，12-制动活塞，L-预留间隙，13-窝座，14-排气门桥，15-摇臂支架，16-控油阀柱塞，100-排气凸轮，100a-排气凸起，100b-制动凸起，100c-废气循环凸起，201-驱动柱塞，202-回位弹簧，203-导向套，204-卡簧，30-摇臂轴孔至铜销的微型油道，40-摇臂轴的轴向油道，50-摇臂轴至控制机构之环形凹槽的油道，60-控制机构至摇臂轴孔油道，70-活塞腔与控制机构的单向阀连通的油道。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的具体实施方案做进一步详细的描述：
发动机的集成式摇臂制动装置，铰接在摇臂轴4上的摇臂3的一端通过铜销2铰接在该端的滚轮1与排气凸轮100接触连接，摇臂3的另一端设置有控制排气门桥14动作的制动机构，制动机构与摇臂轴4之间的摇臂3上设置有控制机构，排气凸轮100带动摇臂3的转动配合电磁阀控制的液压机构通过控制机构和制动机构进而控制排气门桥14的动作。
上述控制机构的具体结构是：摇臂3中部的阶梯形通孔内设置有单向阀，单向阀的上部设置有回位弹簧7、下部设置有控制单向阀开关的控油阀柱塞16以及对控油阀柱塞16限位或解除限位的柱塞限位机构，单向阀的开关可控制所处阶梯型通孔的通断，进而形成或消除该通孔上部与制动机构活塞腔及油道70组成的制动油室。
上述柱塞限位机构的具体结构是：所述的控油阀柱塞16上加工有环形凹槽，摇臂3上设置的径向插孔内设置有插入环形凹槽内的限位柱塞201，限位柱塞201的尾部依次设置有回位弹簧202及导向套203，导向套203靠卡簧204定位在摇臂3上，环形凹槽一侧的摇臂3上设置有摇臂轴4至控制机构之环形凹槽的油道50，该油道50连通高压油道后控制限位柱塞201压缩回位弹簧202脱离环形凹槽解除对控油阀柱塞16的限位。
上述单向阀由阀座、阀芯和阀芯上侧的回位弹簧7组成，所述的阶梯形通孔的中部作为单向阀的阀座。
上述的阀芯为钢球5或带凹腔的柱塞6与钢球5组成。
上述的阀座上设置有衬套，所述衬套与摇臂3过盈配合连接。
上述制动机构的具体结构是：制动活塞12安装在摇臂3靠近排气门端的活塞腔中，摇臂3上设置有伸入活塞腔内且与制动活塞12之间有补偿间隙L的调整螺栓9，活塞腔内的调整螺栓9上套装有预紧弹簧11，预紧弹簧11的一端与制动活塞12顶部顶接、另一端与活塞腔的顶部顶接，伸出摇臂3外的制动活塞11的端部直接或通过与其连接的窝座13与排气门桥相接触，用于打开排气门排气，活塞腔的上部设置有与控制机构的单向阀连通的油道70。
上述补偿间隙L的间隙值为制动凸起升程和排气门间隙的总和，该间隙值小于正常排气凸起的升程，所述的调整螺栓9通过调整螺母10(六角螺母)固定在摇臂3上，通过调整螺栓9和调整螺母10来调整所述补偿间隙L的间隙值。
上述液压机构的具体结构是：上述液压机构的具体结构是：摇臂轴4上开设有径向和轴向油道，轴向油道40与摇臂支架15的油道相连接作为摇臂3中油道的输入端由安装在摇臂支座上的电磁阀控制其通断，摇臂轴4的一条径向油道可分别通过摇臂3上的油道60、50与控制机构之单向阀下端的阶梯形通孔及控制机构的控油阀柱塞16上的环形凹槽相连通，单向阀上端的油道与制动机构的活塞腔连通（即活塞腔与控制机构的单向阀连通的油道70），摇臂轴4的另一条径向通道与铰接滚轮1的铜销2的摇臂3上的微型油道30相连通，用于滚轮1运动时的润滑，摇臂3上开设有与阶梯形通孔连通的用于释放活塞腔内的高压油的通道。
上述的排气凸轮100上间隔设置有排气凸起100a、动作于压缩冲程结束前结束于做功冲程开始后的制动凸起100b、作用于进气冲程的进气门关闭后结束于压缩冲程即将开始时的废气循环凸起100c。
本发明提供的发动机的集成式摇臂制动装置，包含排气凸轮100、摇臂3、摇臂轴4、排气门桥14等；其中排气凸轮100由正常排气凸起100a、制动凸起100b和废气循环凸起100c构成；由于废气循环过程与制动过程原理一致，下面仅以正常排气和制动排气两个过程加以说明。摇臂3通过摇臂轴4固定在摇臂支架上，摇臂3一端装有铜销2及滚轮1为从动件与排气凸轮100配合，另一端安装有制动活塞12及窝座13同排气门桥14相接触；制动活塞12内腔底面与调整螺栓10底面有一预留间隙L，制动活塞12内腔连同所处的活塞孔共同构成制动油室；制动油室经油道70与控制机构所处阶梯通孔连接再经油道50及60分别同摇臂轴4中的径向油及摇臂轴4所处的轴向油道40相通；摇臂轴4及摇臂3上另有油道30与铜销滚轮处油道连接，起到润滑的作用。摇臂轴4上的轴向油道40与摇臂支架油道相连接，并由安装在摇臂支架15上的电磁阀控制该油道的开启与关闭。
当发动机正常工作时，电磁阀处于截断状态，无高压油向摇臂轴4上油道40输入，即摇臂3内无高压油输入，此时当排气凸轮100转动至制动凸起100b与滚轮1接触时，由于制动机构中预留间隙值L正好等于制动凸起100b升程和排气门间隙的总和，因此制动凸起100b产生的升程不足以弥补该预留间隙，所以不能打开排气门实现排气功能，这就是该预留间隙所起的作用。当凸轮100旋转到排气凸起100a与滚轮1接触时，此时阀升较大，在补足预留阀隙之后还有足够的阀升量使排气门发生动作，从而打开排气门实现正常排气动作。
当需要进行发动机辅助制动时，摇臂支架15上的电磁阀处于开通状态，发动机通过摇臂支架15和摇臂轴4上的40、50油道开始向摇臂3内的控制机构所处的阶梯通孔供油。限位柱塞201受高压油的作用处于操作位置，压缩回位弹簧202，从而失去对控油阀柱塞16的限位作用；高压油继续上行通过油道70进入到制动油室内及单向阀上部空腔内，待控制机构和制动机构所处的腔内外油压趋于相等时，单向阀在回位弹簧7的作用下下行，与阶梯孔相接触并将该通孔（阀座）封闭。此时在单向阀所处阶梯通孔上部、油道70以及制动油室内形成了液压刚性连接；此时当排气凸轮100转动至制动凸起100b与滚轮1接触时，由于制动机构与摇臂3已形成刚性连接，制动凸起100b所产生的升程能同比例的作用在制动活塞总成12和13上，并触动排气门桥14提前打开排气门以实现制动功能。
当制动凸起100b升程结束后，凸轮100继续转动并接近排气凸起100a与滚轮1接触，产生的升程也随之增大，直到控油阀柱塞16底部接触摇臂支架15，两者的作用力推动控油阀柱塞16向上运动并顶开单向阀钢球5，使单向阀处于开启位置，从而导致单向阀所处阶梯通孔上部、油道70以及活塞腔内封闭的高压油开始释放，该处形成的液压刚性连接被解除，一个制动循环完成。如果不解除发动机制动命令，则发动机制动循环会随着发动机的运转继续进行。
当关闭电磁阀时，发动机辅助制动结束，高压油不再进入摇臂3内，限位柱塞201在回位弹簧202作用下处于非操作位置，重新建立起对控油阀柱塞16的限位作用，控油阀柱塞16使单向阀处于开启位置，摇臂系统内的各油道处于连通状态，此时发动机恢复正常运转状态。
Claims (10)
1.发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：铰接在摇臂轴上的摇臂的一端通过铰接在该端的滚轮与排气凸轮接触连接，摇臂的另一端设置有控制排气门桥动作的制动机构，制动机构与摇臂轴之间的摇臂上设置有控制机构，排气凸轮带动摇臂的转动配合电磁阀控制的液压机构通过控制机构和制动机构进而控制排气门桥的动作。
2.如权利要求1所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述控制机构的具体结构是：摇臂中部的阶梯形通孔内设置有单向阀，单向阀的上部设置有回位弹簧、下部设置有控制单向阀开关的控油阀柱塞以及对控油阀柱塞限位或解除限位的柱塞限位机构，单向阀的开关可控制所处阶梯形通孔的通断，进而形成或消除该通孔上部与制动机构活塞腔及连接两者之间的油道组成的制动油室。
3.如权利要求2所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述柱塞限位机构的具体结构是：所述的控油阀柱塞上加工有环形凹槽，摇臂上设置的径向插孔内设置有插入环形凹槽内的限位柱塞，限位柱塞的尾部依次设置有回位弹簧及导向套，导向套靠卡簧定位在摇臂上，环形凹槽一侧的摇臂上设置有摇臂轴至控制机构之环形凹槽的油道，该油道连通高压油道后控制限位柱塞压缩回位弹簧脱离环形凹槽解除对控油阀柱塞的限位。
4.如权利要求2所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于所述单向阀由阀座、阀芯和阀芯上侧的回位弹簧组成，所述的阶梯形通孔的中部作为单向阀的阀座。
5.如权利要求4所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述的阀芯为钢球或带凹腔的柱塞与钢球组成。
6.如权利要求4所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述的阀座上设置有衬套，所述衬套与摇臂过盈配合连接。
7.如权利要求1所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述制动机构的具体结构是：制动活塞安装在摇臂靠近排气门端的活塞腔中，摇臂上设置有伸入活塞腔内且与制动活塞之间有补偿间隙的调整螺栓，活塞腔内的调整螺栓上套装有预紧弹簧，预紧弹簧的一端与制动活塞顶部顶接、另一端与活塞腔的顶部顶接，伸出摇臂外的制动活塞的端部直接或通过与其连接的窝座与排气门桥相接触，用于打开排气门排气，活塞腔的上部设置有与控制机构的单向阀连通的油道。
8.如权利要求7所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述补偿间隙的间隙值为制动凸起升程和排气门间隙的总和，该间隙值小于正常排气凸起的升程，所述的调整螺栓通过调整螺母固定在摇臂上，通过调整螺栓和调整螺母来调整所述补偿间隙的间隙值。
9.如权利要求1所述的发动机的集成式摇臂制动装置，摇臂轴上开设有径向和轴向油道，轴向油道与摇臂支架的油道相连接作为摇臂中油道的输入端由安装在摇臂支座上的电磁阀控制其通断，摇臂轴的一条径向油道可分别通过摇臂上的油道与控制机构之单向阀下端的阶梯形通孔及控制机构的控油阀柱塞上的环形凹槽相连通，单向阀上端的油道与制动机构的活塞腔连通，摇臂轴的另一条径向通道与铰接滚轮的铜销的摇臂上的微型油道相连通，用于滚轮运动时的润滑，摇臂上开设有与阶梯形通孔连通的用于释放活塞腔内的高压油的通道。
10.如权利要求1所述的发动机的集成式摇臂制动装置，其特征在于：所述的排气凸轮上间隔设置有排气凸起、动作于压缩冲程结束前结束于做功冲程 开始后的制动凸起、作用于进气冲程的进气门关闭后结束于压缩冲程即将开始时的废气循环凸起。
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