CN104314636A - 一种发动机制动装置 - Google Patents

Abstract

一种发动机制动装置，包括一个发动机气门驱动构件，其一端设置有一个缺口，缺口内设置有滚轮轴，滚轮轴上设置有一个滚轮，滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，发动机气门驱动构件中设置有一个滚轮轴向驱动装置。当需要发动机制动时，发动机的制动控制机构开通，滚轮轴向驱动装置将滚轮在滚轮轴上从第一轴向位置移到第二轴向位置，滚轮从与常规凸轮的连接转换为与制动凸轮的连接，产生发动机制动的气门运动。本发明的制动装置为非液压式的固链式承载，可以实现专用凸轮制动、一点五冲程制动和两冲程制动，功能多样，性能优异，结构简单紧凑，制造组装容易和应用广泛。

Description

一种发动机制动装置

技术领域:

本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机的气门驱动领域，特别是一种发动机制动装置。

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，或者需要改变常规气门运动，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。

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。

中国专利申请第201010604203.3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，产生辅助气门运动。

总之，为了得到不同的气门运动，人们往往需要采用两个凸轮和两个或两个以上的摇臂，进行不同的排列与装配。但并非所有的发动机都有合适的摇臂排列方式或装配空间。

此外，美国专利US 6,293,248 (2001年)披露了两冲程发动机制动的装置和方法。为了在四冲程发动机上实现两冲程发动机制动（每一个发动机周期内产生两次发动机制动），除了需要四个凸轮之外，还必须采用四根摇臂：两根排气摇臂（其中一根制动用），两根进气摇臂（其中一根制动用），结构与控制都很复杂。

美国专利US 7,980,211 (2011年) 披露了一种用于发动机可变气门驱动的凸轮从动机构。其中滚轮可以在滚轮轴上做轴向运动，与不同的凸轮连接，实现不同的气门事件（Valve Events）。但是驱动滚轮的气缸活塞机构的活塞是滚轮本身，整个驱动机构集成在滚轮内，其运行的可靠性和耐久性受到影响。因为滚轮受到凸轮的作用力很大，一旦滚轮受力变形，也就意味着活塞变形，整个气缸活塞机构将被卡死而失效。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种发动机制动装置，所述的这种发动机制动装置要解决现有技术中专用凸轮制动需要增加摇臂才能实现从而导致占有空间多、结构与控制复杂、增加成本、可靠性与耐久性差和应用有限的技术问题。本发明的固体承载方式也消除了液压承载的变形大等失效模式。

本发明的这种发动机制动装置，包括发动机的常规凸轮、制动凸轮和一个发动机气门驱动构件，其特征在于：所述的发动机气门驱动构件的一端设置有一个缺口，所述的缺口内设置有一根滚轮轴，所述的滚轮轴上转动式地设置有一个滚轮，滚轮与滚轮轴之间设置有轴向的滑动副，滚轮轴在缺口内的长度大于滚轮的轴向长度，滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，发动机气门驱动构件内设置有一个滚轮轴向驱动机构，所述的滚轮轴向驱动机构通过一个滚轮拨叉将滚轮在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换，滚轮在滚轮轴上的第一轴向位置和第二轴向位置分别与发动机的常规凸轮和制动凸轮连接或者相邻。

进一步的，所述的滚轮拨叉的一端包括两个相互间隔的叉脚，所述的两个叉脚中各自设置有孔或者槽，滚轮轴穿过两个叉脚中的孔或者槽，滚轮位于两个叉脚之间，滚轮拨叉的另一端与滚轮轴向驱动机构连接。

进一步的，所述的滚轮轴向驱动机构包括一个活塞，发动机气门驱动构件内设置有一个活塞孔，所述的活塞设置在所述的活塞孔内，活塞孔的轴向与滚轮轴的轴向平行，活塞孔的一端设置有流体通道，活塞孔的另一端设置有一个弹簧，活塞与滚轮拨叉的一端连接。

进一步的，所述发动机的常规凸轮包括用于发动机点火的排气凸轮，所述发动机的制动凸轮包括用于发动机制动的排气凸轮，所述用于发动机制动的排气凸轮包括至少一个制动用排气凸台。

进一步的，所述的至少一个制动用排气凸台包括两个制动用排气凸台，所述两个制动用排气凸台的一个为压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，所述两个制动用排气凸台的另一个为排气再循环凸台，位于发动机的进气下止点附近。

进一步的，所述的至少一个制动用排气凸台包括两个制动用排气凸台，所述两个制动用排气凸台的一个为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，所述两个制动用排气凸台的另一个为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近。

进一步的，所述的至少一个制动用排气凸台包括三个制动用排气凸台，所述三个制动用排气凸台的第一个为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，所述三个制动用排气凸台的第二个为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近，所述三个制动用排气凸台的第三个为排气反充气凸台，紧接着第一压缩释放凸台，主要位于发动机的膨胀冲程内。

进一步的，所述发动机的常规凸轮包括产生发动机点火的进气凸轮，所述发动机的制动凸轮包括用于发动机制动的进气凸轮，所述用于发动机制动的进气凸轮包括至少一个制动用进气凸台。

进一步的，所述的至少一个制动用进气凸台包括两个制动用进气凸台，所述的两个制动用进气凸台的一个位于发动机的进气冲程附近，所述两个制动用进气凸台的另一个位于发动机的膨胀冲程附近。

进一步的，所述的发动机气门驱动构件包括摇臂，摇臂的一端设置有一个缺口，所述的缺口内设置有所述的滚轮轴，所述的滚轮轴上设置有所述的滚轮，摇臂内设置有所述的滚轮轴向驱动机构。

进一步的，所述的发动机气门驱动构件包括推杆式发动机的凸轮从动件，凸轮从动件的一端设置有一个缺口，所述的缺口内设置有所述的滚轮轴，所述的滚轮轴上设置有所述的滚轮，凸轮从动件内设置有所述的滚轮轴向驱动机构。

本发明的工作原理是：当需要将发动机的常规运作（点火或正功率）转换发动机的制动运作时，发动机的制动控制机构（未显示）开通，滚轮轴向驱动机构通过滚轮拨叉将滚轮在滚轮轴上的第一轴向位置移到第二轴向位置，滚轮与发动机常规凸轮的连接转换为与制动凸轮的连接，产生发动机的制动运作。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明通过移动滚轮在滚轮轴上的轴向位置，实现发动机点火与发动机制动之间的转换，具有结构简单紧凑、制造组装容易和应用广泛等优点。此外，本发明的滚轮轴向驱动机构位于滚轮之外，没有凸轮的作用力和相应的变形，更加可靠耐用。本发明采用固链式（机械连接）传递载荷，消除了传统的发动机制动器采用液压式承载产生的高油压、高变形和高泄漏以及液压千斤顶等缺陷或失效模式。

附图说明： 

图1是本发明的发动机制动装置的实施例一中滚轮处于第一轴向位置时的示意图。

图2是本发明的发动机制动装置的实施例一中滚轮处于第二轴向位置时的示意图。

图3是发动机点火（正功率）运作时的常规凸轮或气门升程的示意图。

图4是发动机制动运作时的一种排气凸轮或气门升程的示意图。

图5是发动机制动运作时的另一种排气凸轮或气门升程的示意图。

图6是本发明的发动机制动装置的实施例二中滚轮处于第一轴向位置时的示意图。

图7是本发明的发动机制动装置的实施例二中滚轮处于第二轴向位置时的示意图。

图8是发动机制动运作时的一种排气和进气凸轮或气门升程的示意图。

具体实施方式：

实施例1：

图1和图2描述了本发明的发动机制动装置的实施例1中相关零部件之间的位置关系。这些零部件是发动机的气门驱动链的组成部分，图中左边部分为排气门驱动链200（其零部件的标号为200系列），右边部分为进气门驱动链300（其零部件的标号为300系列）。排气门驱动链200中的发动机排气门驱动构件210的一端设置有一个缺口，缺口内设置有一根滚轮轴231，滚轮轴231上转动式地设置有一个滚轮235，滚轮235与滚轮轴231之间设置有轴向的滑动副，滚轮轴231在缺口内的长度大于滚轮235的轴向长度，滚轮235在滚轮轴231上具有一个第一轴向位置（图1）和一个第二轴向位置（图2）.发动机排气门驱动构件210内设置有一个滚轮轴向驱动机构100，滚轮轴向驱动机构100通过一个滚轮拨叉236将滚轮在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换。发动机排气门驱动构件210可以是顶置凸轮发动机的摇臂，也可以是推杆式发动机的凸轮从动件（由于人们对发动机都很熟悉，有些发动机的零部件，如摇臂、推杆、凸轮从动件和气门等，在这里没有显示）。

滚轮拨叉236的一端包括两个相互间隔的叉脚，两个叉脚中各自设置有孔或者槽238和239，滚轮轴231穿过两个叉脚中的孔或者槽238和239，滚轮235位于两个叉脚之间，滚轮拨叉236的另一端237与滚轮轴向驱动机构100连接。滚轮轴向驱动机构100包括一个活塞164，发动机排气门驱动构件210内设置有一个活塞孔260，活塞164设置在活塞孔260内，活塞孔260的轴向与滚轮轴231的轴向平行，活塞孔260的一端设置有流体通道214，活塞孔的另一端设置有一个弹簧156。活塞164靠近弹簧156的一侧（图中左侧）受到弹簧156的作用力，活塞164靠近流体通道214的另一侧（图中右侧）受到流体（如发动机的机油）的作用力，两个作用力方向相反，可以将活塞164在活塞孔260内左右移动。活塞164与滚轮拨叉236的一端237相连（这里的连接方式是滚轮拨叉236的连接端237位于活塞164的环槽126内，发动机排气门驱动构件210内有连接端237的导向槽270）。活塞164的运动通过滚轮拨叉136传递给滚轮235，使滚轮235在滚轮轴231上的第一轴向位置（图1）和第二轴向位置（图2）之间移动。当滚轮235处于第一轴向位置时，它与凸轮轴225上的常规凸轮230连接或者相邻（图1）；当滚轮235处于第二轴向位置时，它与凸轮轴225上的制动凸轮2302连接或者相邻（图2）。常规凸轮和制动凸轮可以有大小相同的内基圆，设计时最好使滚轮与凸轮之间有分开的趋势。

本实施例的进气门驱动链300包括常规进气门驱动链的零部件。发动机进气门驱动构件（如进气摇臂）310的一端设置有一个缺口，横跨缺口设置有一根滚轮轴331，滚轮轴331上转动式地设置有一个进气滚轮335，进气滚轮335与凸轮轴225上的常规进气凸轮330连接或者相邻。

本实施例的操作过程如下。弹簧156将活塞164偏置在活塞孔260的底面靠近流体通道214的一侧（右侧），活塞164通过滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第一轴向位置（图1中的右侧），滚轮235与常规排气凸轮230连接或者相邻，将常规排气凸轮230的运动传递给发动机的气门，产生发动机点火时的常规排气门运动（图3中的排气升程曲线220）。当需要将发动机的常规运作转换为发动机的制动运作时，打开发动机的制动控制机构（未显示），将流体，如发动机机油通过流体通道214输入活塞孔260，油压克服弹簧156的作用力，将活塞164移到活塞孔260的开口靠近弹簧156的一侧（左侧），活塞164带动滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第二轴向位置（图2中的左侧），滚轮235与制动凸轮2302连接或者相邻，将制动凸轮2302的运动传递给发动机的气门，产生发动机制动用的气门运动。注意到无论是在发动机的常规运作还是制动运作，本实施例的进气滚轮335始终与发动机的常规进气凸轮330连接或者相邻，产生发动机点火时的常规进气门运动（图3中的进气升程曲线321）。

这里的制动凸轮2302为用于发动机制动的排气凸轮，它包括至少一个制动用排气凸台。应用举例之一包括图4所示的两个制动用排气凸台232和233，其中的一个为压缩释放凸台232，位于发动机的压缩上止点（0°曲轴角）附近，其中的另一个为排气再循环凸台233，位于发动机的进气下止点（540°曲轴角）附近。

应用举例之二包括图5所示的三个制动用排气凸台231、232和233，其中的一个为第一压缩释放凸台232，位于发动机的压缩上止点（0°曲轴角）附近，另一个为第二压缩释放凸台233，位于发动机的排气上止点（360°曲轴角）附近，最后一个为排气反充气凸台231，紧接着第一压缩释放凸台232，主要位于发动机的膨胀冲程内。这三个制动用排气凸台231、232和233产生一点五冲程发动机制动。

实施例2：

图6和图7描述了本发明的发动机制动装置的实施例2中相关零部件之间的位置关系。本实施例与上述实施例1的区别主要是图中右边部分的进气门驱动链300内部也有滚轮轴向驱动机构100，其结构和原理与上述描述过了的排气门驱动链200相同，只是相应的零部件的标号从200系列变为300系列。

本实施例的应用举例为两冲程发动机制动。图6和图7中显示了四个凸轮，包括一个常规排气凸轮230、一个制动用排气凸轮2302、一个常规进气凸轮330和一个制动用进气凸轮3302。当发动机需要常规（点火）运作时，滚轮轴向驱动机构100中的弹簧156将活塞164压靠在活塞孔260的底面靠近流体通道214的一侧（右侧），活塞164通过滚轮拨叉236将滚轮235压靠在图6所示的第一轴向位置，进、排气滚轮235和335与常规进、排气凸轮230和330连接或者相邻，将常规进、排气凸轮230和330的运动传递给发动机的气门，产生发动机点火时的常规进、排气门运动（见图3中的进、排气升程曲线321和220）。

当需要将发动机的常规运作转换为发动机的制动运作时，打开发动机的制动控制机构（未显示），将流体，如发动机机油通过流体通道214和314输入活塞孔260，油压克服弹簧156的作用力，将活塞164移到活塞孔260的开口靠近弹簧156的一侧（左侧），活塞164带动进、排气滚轮拨叉236和336将进、排气滚轮235和335压靠在图7所示的第二轴向位置，进、排气滚轮335和235分别与进、排气制动凸轮3302和2302连接或者相邻，将进、排气制动凸轮3302和2302的运动传递给发动机的气门，产生两冲程发动机制动用的气门运动（图8）。

图8所示的两个制动用排气凸台中的一个为第一压缩释放凸台232，位于发动机的压缩上止点（0°曲轴角）附近，另一个为第二压缩释放凸台233，位于发动机的排气上止点附近（360°曲轴角）。图8所示的两个制动用进气凸台中的一个为第一进气凸台322，位于发动机的进气冲程附近，另一个是第二进气凸台323，位于发动机的膨胀冲程附近。第一进气凸台322在第一压缩释放之前为发动机的汽缸充气，第一压缩释放凸台232实现第一冲程制动。第二进气凸台323在第二压缩释放之前为发动机的汽缸充气，第二压缩释放凸台233实现第二冲程制动。这样，四冲程的发动机在一个周期内实现两冲程的制动，提高了制动功率。

上述说明包含了不同的具体实施方式，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/推管式发动机；不但可以用来驱动排气门，也可用来驱动进气门。

此外，这里显示的滚轮轴向驱动机构，不但可以是活塞和弹簧机构，也可以是其它的机构，如液压、气动、电磁、机械等机构及上述机构的组合；不但可以集成在摇臂内，也可以包含在其它凸轮从动件内。而且凸轮拨叉也可以有不同的形状、制作和材料等。

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 (11)

1.一种发动机制动装置，包括发动机的常规凸轮、制动凸轮和一个发动机气门驱动构件，其特征在于：所述的发动机气门驱动构件的一端设置有一个缺口，所述的缺口内设置有一根滚轮轴，所述的滚轮轴上转动式地设置有一个滚轮，滚轮与滚轮轴之间设置有轴向的滑动副，滚轮轴在缺口内的长度大于滚轮的轴向长度，滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，发动机气门驱动构件内设置有一个滚轮轴向驱动机构，所述的滚轮轴向驱动机构通过一个滚轮拨叉将滚轮在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换，滚轮在滚轮轴上的第一轴向位置和第二轴向位置分别与发动机的常规凸轮和制动凸轮连接或者相邻。

2.如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的滚轮拨叉的一端包括两个相互间隔的叉脚，所述的两个叉脚中各自设置有孔或者槽，滚轮轴穿过两个叉脚中的孔或者槽，滚轮位于两个叉脚之间，滚轮拨叉的另一端与滚轮轴向驱动机构连接。

3.如权利要求所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的滚轮轴向驱动机构包括一个活塞，发动机气门驱动构件内设置有一个活塞孔，所述的活塞设置在所述的活塞孔内，活塞孔的轴向与滚轮轴的轴向平行，活塞孔的一端设置有流体通道，活塞孔的另一端设置有一个弹簧，活塞与滚轮拨叉的一端连接。

4.如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述发动机的常规凸轮包括用于发动机点火的排气凸轮，所述发动机的制动凸轮包括用于发动机制动的排气凸轮，所述用于发动机制动的排气凸轮包括至少一个制动用排气凸台。

5.如权利要求4所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的至少一个制动用排气凸台包括两个制动用排气凸台，所述两个制动用排气凸台的一个为压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，所述两个制动用排气凸台的另一个为排气再循环凸台，位于发动机的进气下止点附近。

6.如权利要求4所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的至少一个制动用排气凸台包括两个制动用排气凸台，所述两个制动用排气凸台的一个为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，所述两个制动用排气凸台的另一个为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近。

7.如权利要求4所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的至少一个制动用排气凸台包括三个制动用排气凸台，所述三个制动用排气凸台的第一个为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，所述三个制动用排气凸台的第二个为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近，所述三个制动用排气凸台的第三个为排气反充气凸台，紧接着第一压缩释放凸台，主要位于发动机的膨胀冲程内。

8.如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述发动机的常规凸轮包括产生发动机点火的进气凸轮，所述发动机的制动凸轮包括用于发动机制动的进气凸轮，所述用于发动机制动的进气凸轮包括至少一个制动用进气凸台。

9.如权利要求8所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的至少一个制动用进气凸台包括两个制动用进气凸台，所述的两个制动用进气凸台的一个位于发动机的进气冲程附近，所述两个制动用进气凸台的另一个位于发动机的膨胀冲程附近。

10.如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的发动机气门驱动构件包括摇臂，摇臂的一端设置有一个缺口，所述的缺口内设置有所述的滚轮轴，所述的滚轮轴上设置有所述的滚轮，摇臂内设置有所述的滚轮轴向驱动机构。

11.如权利要求1所述的发动机制动装置，其特征在于：所述的发动机气门驱动构件包括推杆式发动机的凸轮从动件，凸轮从动件的一端设置有一个缺口，所述的缺口内设置有所述的滚轮轴，所述的滚轮轴上设置有所述的滚轮，凸轮从动件内设置有所述的滚轮轴向驱动机构。