CN103912336B - 开单气门的发动机辅助气门致动器 - Google Patents

Abstract

一种开单气门的发动机辅助气门致动器，包括辅助凸轮和辅助气门间隙补偿机构。辅助气门间隙补偿机构集成在发动机的常规摇臂之内并且位于辅助凸轮和发动机的一个气门之间。在辅助气门间隙补偿机构的非操作位置，辅助凸轮和所述气门之间产生间隙，取消辅助凸轮与气门之间的运动传递。在辅助气门间隙补偿机构的操作位置，辅助凸轮和所述气门之间形成链接，产生发动机辅助气门运动。辅助气门间隙补偿机构可以是液压式的锁紧机构或机械式的离合机构。本发明可用来产生专用凸轮的发动机制动或废气再循环的辅助气门运动，提高了发动机的性能。

Description

开单气门的发动机辅助气门致动器

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的辅助气门运动的开单气门的发动机辅助气门致动器。

背景技术:

已有技术中，车辆发动机的常规气门驱动的方法为人共知，其应用已有一百多年的历史。但由于对发动机排放和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，增加辅助气门运动，如用于废气再循环的气门运动和发动机制动的气门运动。发动机制动器已经逐渐成为重型商用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。上述许多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。

安德森(Jonsson)在美国专利第3367312号公开了一种集成式压缩释放型发动机制动系统, 该制动系统集成于发动机的摇臂，内有一个柱塞，或副活塞，在摇臂一端的缸内被液压锁定在伸出位置，产生发动机制动运作。安德森还用了一个弹簧将柱塞从缸内偏置向外，与排气阀保持持续的接触，使得凸轮驱动的摇臂在动力和制动时都能操作排气阀。此外，通向摇臂缸的承压流体是由一控制阀来控制的，从而可以选择性地切换制动运作和正常的动力运作。

美国专利第5564385号(以下简称'385专利)公开了另一种集成式压缩释放型发动机制动系统。带有行程限制的液压活塞安装在摇臂的操作端，用来填补发动机气阀系内部的阀隙。承压油通过压力控制阀供给液压活塞来填补摇臂内的阀隙。油是由一通道供给摇臂，通道内有一个很窄的孔，油从中流过，根据运作要求控制阀体，使控制阀移到预定的位置。为此，控制阀也设有一个可调磁阀，用以将通过窄孔的供油排掉。

美国专利第6234143号(以下简称'143专利)公开了一个开单气门制动的摇臂集成式发动机制动系统。发动机制动的驱动器是安置在摇臂的支点和远端之间。该发动机的摇臂和阀桥的安排，使得驱动器的制动活塞能够促动靠近摇臂支点的内阀门，制动时打开两个排气阀中的一个，减少发动机制动载荷。

美国专利第6253730号(以下简称'730专利)公开了一种带有复位阀的集成式摇臂制动系统,试图避免由'143专利在发动机制动操作时所造成的对阀门或阀桥的非对称载荷。复位阀将摇臂内的制动活塞在制动阀达到最高制动阀升前复位或缩回，使制动阀在主阀门动作开始前回到阀座，阀桥回到水平位置，摇臂可以平衡地打开制动阀和非制动阀，不产生任何不对称载荷。

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气门中的一个，产生发动机制动。

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气门，产生发动机制动。

美国专利第6293248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。

美国专利第6983725号（2006年）和公开号US2010/0186710（2010年）公开了一种与美国专利第6293428号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。

中国专利申请201010604203.3号也公开了一种复合摇臂装置，其中除了专用制动摇臂和排气摇臂之外，还有一个过渡摇臂。过渡摇臂的作用是使得专用摇臂的运动能够传到位于排气摇臂下面的内气门上面，产生开单气门的辅助气门运动。

上述带有专用摇臂的制动装置难以应用在阀桥与摇臂平行的发动机。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种开单气门的发动机辅助气门致动器，所述的这种开单气门的发动机辅助气门致动器要解决现有技术中传统的发动机制动装置增加发动机的高度及重量、专用摇臂制动装置难以应用于阀桥与摇臂平行的发动机的技术问题。

本发明的这种开单气门的发动机辅助气门致动器，所述的发动机包括常规气门致动器，所述的常规气门致动器包括常规凸轮、常规摇臂轴和常规摇臂，其特征在于：所述的开单气门的发动机辅助气门致动器包括辅助凸轮和辅助气门间隙补偿机构，所述的辅助气门间隙补偿机构集成在所述的常规摇臂之内、并且位于所述的辅助凸轮和发动机的一个气门之间，辅助气门间隙补偿机构具有非操作位置和操作位置，在非操作位置，辅助气门间隙补偿机构在辅助凸轮和所述的气门之间产生间隙，断开辅助气门致动器与所述的气门之间的链接，取消辅助凸轮给所述的气门的运动传递，在操作位置，辅助气门间隙补偿机构在辅助凸轮和所述的气门之间形成链接，传递辅助凸轮的运动给所述的气门，产生发动机辅助气门运动。

进一步的，所述的辅助摇臂包含两个摇臂孔，辅助摇臂通过所述的两个摇臂孔安装在常规摇臂轴上，所述的两个摇臂孔位于常规摇臂的两侧。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器还包括辅助摇臂，所述的辅助摇臂和所述的常规摇臂并排地安置在所述的常规摇臂轴上，所述的辅助摇臂的一端与所述的辅助凸轮相连，所述的辅助摇臂的另一端与所述的辅助气门间隙补偿机构相连。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的辅助气门间隙补偿机构穿过发动机的常规摇臂，辅助气门间隙补偿机构的一边与所述的辅助摇臂相连，辅助气门间隙补偿机构的另一边与所述的单个气门相连。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的辅助气门间隙补偿机构包括两个活塞，其中一个活塞与辅助摇臂相连，另一个活塞间接地与所述的单个气门相连，两个活塞之间形成所述的间隙或链接。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的辅助气门间隙补偿机构在辅助摇臂和单个气门之间形成的链接为液压连接或机械连接。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的辅助摇臂包括制动摇臂，所述的辅助凸轮包括制动凸轮，所述的发动机辅助气门运动包括用于发动机制动的气门运动。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的制动凸轮包括至少一个制动凸台。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的制动凸轮包括一个压缩释放凸台和一个排气再循环凸台。

进一步的，所述的开单气门的发动机辅助气门致动器的制动凸轮包括压缩释放制动凸台、排气再循环凸台、排气释放制动凸台和排气反充凸台

本发明的工作原理是：当需要发动机的辅助气门运动时，发动机的辅助控制机构开通，辅助气门致动器的辅助气门间隙补偿机构从非操作位置变到操作位置，在辅助摇臂和发动机的两个气门中的一个（内气门）之间形成一种链接，将辅助凸轮的运动，传递到该气门上面，产生发动机的辅助气门运动。当不需要发动机制动时，发动机的辅助控制机构关闭，辅助气门间隙补偿机构从操作位置变回到非操作位置，在辅助摇臂和该气门之间产生间隙，辅助凸轮的运动无法传递到该气门上，发动机取消辅助气门运动，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。本发明由专用的辅助凸轮产生的辅助气门运动与发动机的常规气门运动相互独立，消除了发动机辅助运作对发动机点火运作的影响。本发明只打开一个气门，可以减小产生辅助气门运动的载荷，提高发动机的性能和耐久性。

附图说明：

图1是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第一个实施例中辅助摇臂与常规摇臂和气门之间的位置关系图。

图2是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第一个实施例中的辅助气门间隙补偿机构处于非操作位置的示意图。

图3是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第一个实施例中的辅助气门间隙补偿机构处于操作位置的示意图。

图4是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第一个实施例中辅助摇臂的侧视图。

图5是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第二个实施例中辅助摇臂与常规摇臂和气门之间的位置关系图。。

图6是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第二个实施例中辅助摇臂的半摇臂的侧视图。

图7是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第三个实施例中的辅助气门间隙补偿机构处于非操作位置的示意图。

图8是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第三个实施例中的辅助气门间隙补偿机构处于操作位置的示意图。

图9是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第四个实施例中的辅助气门间隙补偿机构处于非操作位置的示意图。

图10是本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的第四个实施例中的辅助气门间隙补偿机构处于操作位置的示意图。

具体实施方式：

实施例1:

图1、图2、图3和图4用于描述实施例一。

图1描述了本发明的开单气门的发动机辅助气门致动器的实施例一中辅助摇臂2102、常规摇臂210、气门桥400和气门301与302之间的位置关系。首先，气门桥400（图2和图3有更清楚的描述）位于发动机的两个气门301（内气门）和302（外气门）之上。其次，常规摇臂210平行地位于气门桥400之上（常规气门阀隙调节螺钉110与锁紧螺母105将两者相连）。然后，辅助摇臂2102上面的辅助气门阀隙调节螺钉1102与锁紧螺母1052位于常规摇臂210之上（同时在内气门301的上方）。此外，常规摇臂210（通过常规摇臂孔206）和辅助摇臂（通过辅助摇臂孔2061）并排地安置在常规摇臂轴205上。还有，常规摇臂210和辅助摇臂2102的一端各自装有常规凸轮滚轮235和辅助凸轮滚轮2352。

图2和图3分别描述了实施例一中的辅助气门间隙补偿机构处于非操作位置和操作位置的情形。图2和图3中主要包括发动机的常规气门致动器200、辅助气门致动器2002的局部、辅助气门间隙补偿机构100和发动机的两个气门301和302。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气门桥400。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。发动机的两个气门301和302位于气门桥400两侧的下面，由发动机的气门弹簧311和312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，常规摇臂210的一端通过滚轮235与凸轮230相连，常规摇臂210的另一端位于气门桥400上。常规凸轮230在内基圆225上有一常规凸台220，其运动通过常规摇臂210、常规阀隙调节系统和气门桥400传递给发动机的两个气门301和302，使其周期性地开闭，产生发动机的常规气门运动。

辅助气门间隙补偿机构100包括集成在常规摇臂210内的活塞机构。活塞机构有上下两个活塞。上活塞165通过辅助气门致动器2002的辅助阀隙调节系统（调节螺钉1102和固紧螺母1052）与辅助摇臂2102相连。下活塞160通过一个压块116与发动机的一个气门（内气门）301相连。上下两个活塞都有限位机构，其中下活塞160的位置由固定在常规摇臂210上的弹簧177控制。上活塞165和下活塞160之间安置有液压控制阀170。辅助气门间隙补偿机构100具有非操作位置和操作位置。在非操作位置，液压控制阀170处于如图2所示的卸油与单向阀打开状态，两个活塞之间形成一个间隙132，断开了辅助气门致动器2002与气门301之间的链接，取消了辅助凸轮2302（见图4）给气门301的运动传递。在操作位置，液压控制阀170处于如图3所示的供油与液压锁止状态，上活塞165和下活塞160之间形成一种液压链接，辅助凸轮2302（见图4）的运动通过液压锁止的辅助气门间隙补偿机构100传递给气门301，产生发动机辅助气门运动。

当发动机的辅助控制机构（未标示）处于供油状态时，发动机的机油通过辅助油路流向常规摇臂210内的辅助气门间隙补偿机构100，液压控制阀170处于如图3所示的供油与液压锁止状态，上活塞165和下活塞160之间形成液压链接，辅助气门间隙补偿机构100处于操作位置。当发动机的辅助控制机构（未标示）处于卸油状态时，发动机的机油通过辅助油路从辅助气门间隙补偿机构100向外排油，液压控制阀170处于如图2所示的卸油与单向阀打开状态，上活塞165和下活塞160之间形成间隙132，辅助气门间隙补偿机构100处于非操作位置。辅助油路包括常规摇臂轴205内的轴向油道211和环槽275。

图4所示的是辅助气门致动器2002的辅助摇臂2102，通过摇臂孔2061安置在常规摇臂205上，它的一边通过滚轮2352与辅助凸轮2302相连，另一边通过辅助阀隙调节系统与集成在常规摇臂210内的辅助气门间隙补偿机构100相连（见图2和图3）。图4中的辅助凸轮2302在内基圆2252上有两个小凸台232和233。实际应用中，辅助凸轮2302至少含有一个小凸台，最多可以带有四个小凸台。

实施例2:

图5和图6用于描述实施例二。

图5与实施例一的图1非常相似，唯一的区别是本实施例的辅助摇臂2102在图4所示的实施例一的机构上增加了如图6所示的半个摇臂，补充了一个支撑。新的辅助摇臂2102的两个摇臂孔2061和2062通过常规摇臂轴205安装在常规摇臂210的两侧（图5）。本实施例的工作原理与实施例一相同，在此不再详细描述。

实施例3:

图7和图8用于描述实施例三。

图7和图8与实施例一的图2和图3非常相似，唯一的区别是本实施例的辅助气门间隙补偿机构100的液压控制阀170安置在两个活塞160和165之外。本实施例的工作原理与实施例一相同，在此不再详细描述。

实施例4:

图9和图10用于描述实施例四。

图9和图10与实施例一的图2和图3也很相似，唯一的区别是本实施例的辅助气门间隙补偿机构100不是液压式，而是固链式或机械式。实施例一的液压控制阀170换成了本实施例的离合机构。离合机构有多种形式，图中的离合机构包括由弹簧169分开的两个活塞或柱塞168。

当发动机的辅助控制机构（未标示）处于卸油状态时，发动机的机油通过辅助油路从辅助气门间隙补偿机构100向外排油，离合机构处于如图9所示的分离状态。两个柱塞168被弹簧169分开，上活塞165与下活塞160接触，在上活塞165与辅助摇臂2102（辅助气门阀隙调节系统）之间形成一个间隙132，辅助气门间隙补偿机构100处于非操作位置，断开了辅助气门致动器2002与气门301之间的链接，取消了辅助凸轮2302（见图4）给气门301的运动传递。当发动机的辅助控制机构（未标示）处于供油状态时，发动机的机油通过辅助油路流向常规摇臂210内的辅助气门间隙补偿机构100，离合机构处于如图10所示的啮合状态。油压将上活塞165上移，然后克服弹簧169的作用力，将两个柱塞168压并，在两个活塞160和165之间形成一种机械链接，辅助气门间隙补偿机构100处于操作位置，辅助凸轮2302（见图4）的运动通过液压锁止的辅助气门间隙补偿机构100传递给气门301，产生发动机辅助气门运动。

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，这里显示的开单气门的发动机辅助气门致动器，不但可以用于产生废气再循环的气门运动，也可以用于产生发动机制动等其它气门运动。当用于发动机制动时，辅助凸轮成为制动凸轮，辅助摇臂成为制动摇臂。制动凸轮可以含有一到四个凸台：一个压缩释放凸台，或者一个压缩释放凸台和一个排气再循环凸台，或者一个压缩释放制动凸台、一个排气再循环凸台、一个排气释放制动凸台和一个排气反充凸台。最后的四个凸台是用于二冲程制动，此时取消发动机的常规气门运动。

此外，这里提供的开单气门的发动机辅助气门致动器，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。

还有，这里提供的开单气门的发动机辅助气门致动器不一定需要辅助摇臂，辅助凸轮可以直接地作用在辅助气门间隙补偿机构上面，也可以通过一种液压的或机械的或综合的方式间接地作用在辅助气门间隙补偿机构上面。

此外，这里显示的开单气门的发动机辅助气门致动器的辅助气门间隙补偿机构也可以有不同的形式，比如说两个活塞的排列方式可以是一里一外，其中液压式的锁紧机构或机械式的离合机构都可以采取不同的方案或安置在不同的位置。

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

Claims (9)

1.一种开单气门的发动机辅助气门致动器，所述的发动机包括常规气门致动器，所述的常规气门致动器包括常规凸轮、常规摇臂轴和常规摇臂，其特征在于:所述的开单气门的发动机辅助气门致动器包括辅助凸轮和辅助气门间隙补偿机构，所述的辅助气门间隙补偿机构集成在所述的常规摇臂之内、并穿过所述的常规摇臂，辅助气门间隙补偿机构的一边与所述的辅助凸轮相连，辅助气门间隙补偿机构的另一边与发动机的一个气门相连，辅助气门间隙补偿机构具有非操作位置和操作位置，在非操作位置，辅助气门间隙补偿机构在辅助凸轮和所述的气门之间产生间隙，断开辅助气门致动器与所述的气门之间的链接，取消辅助凸轮给所述的气门的运动传递，在操作位置，辅助气门间隙补偿机构在辅助凸轮和所述的气门之间形成链接，传递辅助凸轮的运动给所述的气门，产生发动机辅助气门运动。

2.如权利要求1所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:还包括一个辅助摇臂，所述的辅助摇臂和所述的常规摇臂并排地安置在所述的常规摇臂轴上，辅助气门间隙补偿机构的一边通过所述的辅助摇臂与所述的辅助凸轮相连。

3.如权利要求2所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的辅助摇臂包含两个摇臂孔，辅助摇臂通过所述的两个摇臂孔安装在常规摇臂轴上，所述的两个摇臂孔位于常规摇臂的两侧。

4.如权利要求2所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的辅助气门间隙补偿机构包括两个活塞，其中一个活塞与辅助摇臂相连，另一个活塞间接地与所述的气门相连，两个活塞之间形成所述的间隙或链接。

5.如权利要求2所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的辅助气门间隙补偿机构在辅助摇臂和单个气门之间形成的链接为液压连接或机械连接。

6.如权利要求2所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的辅助摇臂包括制动摇臂，所述的辅助凸轮包括制动凸轮，所述的发动机辅助气门运动包括用于发动机制动的气门运动。

7.如权利要求6所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的制动凸轮包括至少一个制动凸台。

8.如权利要求6所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的制动凸轮包括一个压缩释放凸台和一个排气再循环凸台。

9.如权利要求6所述的开单气门的发动机辅助气门致动器，其特征在于:所述的制动凸轮包括压缩释放制动凸台、排气再循环凸台、排气释放制动凸台和排气反充凸台。