CN113279834A - 一种发动机缸内制动机构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机缸内制动机构及方法，属于发动机制动技术领域，其要解决现有缸内制动机构无法实现在排气冲程的二次压缩释放制动，制动效率低的问题，其技术方案为：包括壳体，壳体内设置液压活塞和制动活塞，液压活塞通过气门桥与排气门Ⅰ、排气门Ⅱ连接，排气门Ⅱ与制动活塞连接，所述液压活塞通过排气油路与排气挺柱连接，制动活塞通过制动油路与制动挺柱连接，排气油路和制动油路均与转换阀连接，转换阀能够控制排气油路和制动油路择一断开，以在排气和制动两种状态下切换，实现在一个工作循环内发动机的两次压缩释放制动。

Description

一种发动机缸内制动机构及方法

技术领域

本发明属于发动机制动技术领域，具体涉及一种发动机缸内制动机构及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

缸内制动是利用发动机的压缩行程产生的压缩阻力，内摩擦力和进排气阻力对驱动轮形成制动作用。

缸内制动的主要原理为：

1、缸内制动就是指当松开油门后，在压缩冲程阶段活塞处于上极点附近位置时排气门瞬间打开，释放掉高压气体；

2、关掉排气门，气缸内有很少气体，这在爆炸（膨胀）阶段活塞从上极点转向下运行时，气缸处于负压状态；

3、气体会阻止活塞下行（活塞相当于抽真空），产生对曲轴反方向的转矩作用，从而产生制动作用。

发动机缸内制动是控制车速的一种有效的方法，一般多用于下长坡；利用发动机制动，可以减少使用刹车，主要是可以避免因为长时间踩刹车引起刹车片发热导致刹车失灵，所以下坡的时候一般采用发动机缸内制动。

传统发动机缸内制动结构如图1所示，是采用单独的排气凸轮加排气摇臂21、制动凸轮加制动摇臂22结构，并配置进气摇臂20，制动摇臂22和摇臂轴17连接，制动凸轮固定于凸轮轴18；正常工作时，控制电磁阀处于关闭状态，制动活塞长度短，接触不到气门顶杆制动不起作用；在制动工作模式下，控制电磁阀打开，制动活塞在油压的作用下伸长，推动气门顶杆进一步推动气门开启实现制动功能。这种缸内制动机构的特点是无论制动是否，工作排气门在排气冲程始终处于正常工作状态，这就无法实现在排气冲程的二次压缩释放制动，制动效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种发动机缸内制动机构及方法，该机构设置转换阀，能在排气和制动两种状态下切换，进而实现在一个工作循环内发动机的两次压缩释放制动，提高了缸内制动的功率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种发动机缸内制动机构，包括壳体，壳体内设置液压活塞和制动活塞，液压活塞通过气门桥与排气门Ⅰ、排气门Ⅱ连接，排气门Ⅱ与制动活塞连接，所述液压活塞通过排气油路与排气挺柱连接，制动活塞通过制动油路与制动挺柱连接，排气油路和制动油路均与转换阀连接，转换阀能够控制排气油路和制动油路择一断开，以在排气和制动两种状态下切换，实现在一个工作循环内发动机的两次压缩释放制动。

作为进一步的技术方案，所述转换阀与控制电磁阀连接，壳体中还设置零压回油油路，转换阀设置连通通路，在处于制动状态时，转换阀将排气油路断开，且排气油路通过连通通路与零压回油油路连通。

作为进一步的技术方案，所述转换阀顶部与回位弹簧连接以推动转换阀回位；转换阀顶部还设置限位弹簧以对转换阀的上限位置进行限位。

作为进一步的技术方案，所述排气挺柱底部与排气凸轮连接，排气凸轮运作能够推动排气门Ⅰ和排气门Ⅱ运动以排气。

作为进一步的技术方案，所述排气凸轮具有至少两个凸起。

作为进一步的技术方案，所述制动挺柱底部与制动凸轮连接，制动凸轮运作能够推动排气门Ⅱ运动以制动。

作为进一步的技术方案，所述制动凸轮具有至少两个凸起。

作为进一步的技术方案，所述排气门Ⅱ和气门桥之间设置制动顶杆，制动顶杆顶部与制动活塞连接；制动活塞顶部与螺钉连接，螺钉固定于壳体顶部。

第二方面，本发明还提供了一种如上所述的发动机缸内制动机构的工作方法，包括以下步骤：

在转换阀将制动油路断开时，排气油路导通，排气挺柱产生高压油驱动液压活塞，进而经由气门桥推动排气门Ⅰ和排气门Ⅱ运动，实现排气；

在转换阀将排气油路断开时，制动油路导通，制动挺柱产生高压油驱动制动活塞，进而推动排气门Ⅱ运动，实现制动。

作为进一步的技术方案，制动过程中，第一次压缩制动结束后排气门Ⅱ进一步开启以在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放，实现两次缸内制动；

或，制动过程中，第一次压缩制动结束后进气门在做功冲程二次开启以在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放，实现两次缸内制动。

上述本发明的有益效果如下：

本发明的缸内制动机构，将排气单元和制动单元都整合到一个壳体上，都采用液压工作模式，同时由于转换阀的设置，可控制排气门在排气工作模式、制动工作模式之间切换，进而能够实现在一个工作循环内发动机的两次压缩释放制动，在压缩冲程和排气冲程各实现一次，大大提高了缸内制动的功率，相比传统发动机摇臂结构控制更加灵活。

本发明的缸内制动机构，将制动凸轮设置为具有至少两个凸起，其可形成二次开启的凸轮型线，进而在第二次压缩释放制动时有更好的制动效果。

本发明的缸内制动机构，将排气凸轮设置为具有至少两个凸起，其可形成二次开启的凸轮型线，进而在第二次压缩释放制动时有更好的制动效果。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是背景技术中的传统发动机缸内制动结构示意图；

图2是本发明的发动机缸内制动机构的示意图；

图3是本发明的发动机缸内制动机构安装布置示意图；

图4是采用平面挺柱结构的缸内制动机构布置示意图；

图5是排气状态下滑阀的原理示意图；

图6是制动状态下滑阀的原理示意图；

图7是其中一种控制策略下的气门升程示意图；

图8是另外一种控制策略下的气门升程示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1排气门Ⅰ，2 气门桥，3液压活塞，4壳体，5制动活塞，6螺钉，7滑阀，8排气挺柱，9制动挺柱，10制动凸轮，11排气凸轮，12控制电磁阀，13制动顶杆，14排气门Ⅱ，15回位弹簧，16限位弹簧，17摇臂轴，18凸轮轴，19平面挺柱，20进气摇臂，21排气摇臂，22制动摇臂，23制动油路，24排气油路，25零压回油油路，26控制和制动补油油路，27壳体支腿。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1：

本发明的一种典型的实施方式中，如图2所示，提出一种发动机缸内制动机构，包括：主体部分、建压机构、执行机构、控制部分等。

其中，壳体4构成发动机缸内制动机构的主体部分；制动凸轮10、排气凸轮11、排气挺柱8、制动挺柱9构成发动机缸内制动机构的建压机构；液压活塞3、制动活塞5、气门桥2构成发动机缸内制动机构的执行机构；转换阀、控制电磁阀12构成发动机缸内制动机构的控制部分。

壳体4的固定方式可以采用套装在传统柴油机摇臂轴17上加壳体支腿27辅助支撑的方式，也可采用直接固定在摇臂轴17上的固定方式。如图4所示，为套装于摇臂轴17和加装壳体支腿27的支撑方式，壳体4与摇臂轴17固定连接，且壳体4底部固定支撑于壳体支腿27，由此将整个机构进行可靠支撑。

液压活塞3、制动活塞5、转换阀均设置于壳体4内，液压活塞3底部与气门桥2连接，气门桥2一侧与排气门Ⅰ 1连接，气门桥2另一侧与排气门Ⅱ 14连接，排气门Ⅱ 14和气门桥2之间设置制动顶杆13，制动顶杆13顶部与制动活塞5连接，制动活塞5顶部与螺钉6连接，螺钉6固定于壳体4顶部，螺钉6用于制动活塞5行程调整和落座缓冲。

液压活塞3通过排气油路24与排气挺柱8连接，排气挺柱8底部与排气凸轮11连接，排气凸轮11驱动排气挺柱8产生高压油驱动液压活塞3，进而推动气门桥2，从而推动排气门Ⅰ 1和排气门Ⅱ 14运动，实现排气功能。

制动活塞5通过制动油路23与制动挺柱9连接，制动挺柱9底部与制动凸轮10连接，制动凸轮10驱动制动挺柱9产生高压油驱动制动活塞5，进而推动制动顶杆13，从而推动排气门Ⅱ 14运动，实现制动功能。

该制动机构的排气和制动都采用液压工作模式。

排气挺柱8端部和排气凸轮11抵接，制动挺柱9端部和制动凸轮10抵接；根据需要，排气挺柱8、制动挺柱9端部可以采用滚轮结构，如图2所示，也可采用平面挺柱19结构，如图4所示。

如图3所示，排气凸轮11固定于凸轮轴18，制动凸轮10也固定于其凸轮轴（图中未示出）。

排气油路24和制动油路23均与转换阀连接，转换阀与控制电磁阀12连接，转换阀可上下移动以控制排气油路24和制动油路23的择一断开，以在排气和制动两种状态下切换，在控制电磁阀12的控制下，转换阀可切换排气工作状态和制动工作状态两种工作状态。

在处于排气工作状态时，转换阀将排气油路24导通，而将制动油路23断开；壳体4中还设置零压回油油路25，转换阀设置连通通路，在处于制动工作状态时，转换阀将制动油路23导通，而将排气油路24断开，且将排气油路24通过连通通路与零压回油油路25连通。

在本实施例中，转换阀采用滑阀7，滑阀7作为油路切换执行元件，是两位三通阀，可进行制动油路23、排气油路24的通断控制，进而实现制动单元工作的时候排气单元不工作，排气单元工作的时候制动单元不工作。

在本方案中，滑阀7只是作为转换阀的一种，其它如转阀等也可作为转换阀使用。

滑阀7顶部与回位弹簧15连接，回位弹簧15可推动滑阀7落座；滑阀7顶部还设置限位弹簧16，限位弹簧16可对滑阀7的上限位置进行限位，滑阀7顶部接触限位弹簧16即为滑阀7运行至上限位置。

本实施例的缸内制动机构可以有两种缸内制动控制策略，一种是采用第一次压缩制动结束后排气门Ⅱ14进一步开启实现在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放的方式实现缸内制动，如图7所示；另一种是采用第一次压缩制动结束后进气门在做功冲程二次开启，实现在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放的方式实现缸内制动，如图8所示。

在进一步的实施方案中，制动凸轮10设置有二次开启的凸轮型线，也即制动凸轮10具有至少两个凸起，以便实现两次缸内制动。

在进一步的实施方案中，为了第二次压缩释放制动有更好的制动效果，排气凸轮11设置有二次开启的凸轮型线，也即排气凸轮11具有至少两个凸起。

该缸内制动机构的工作原理为：

如图2所示，排气凸轮11驱动排气挺柱8产生高压油驱动液压活塞3，进而推动气门桥2，推动排气门Ⅰ1和排气门Ⅱ14运动，实现排气；制动凸轮10驱动制动挺柱9产生高压油驱动制动活塞5，进而推动制动顶杆13，推动排气门Ⅱ14运动，实现制动。

滑阀7布置在活塞和挺柱之间的油路上，起到控制油路通断的作用，如图5、图6所示，滑阀7有两个工作位置。当控制电磁阀12断开时，滑阀7下端无油压，在回位弹簧15的作用下滑阀7落座，此时制动油路23断开无法建立油压，制动不工作，排气油路24接通处于排气门正常工作状态。当控制电磁阀12接通时，控制和制动补油油路26给滑阀7提供油压，滑阀7在油压的推动下压缩回位弹簧15上行，直到滑阀7上端接触到限位弹簧16为止，此时制动油路23接通，制动工作，排气油路24与零压回油油路25接通，无法建立油压，液压活塞3不工作，气门不开启。滑阀7内置一单向阀，起到制动工作时给高压油路供油的作用。

在这种结构布置的基础上，要实现缸内制动有两种控制策略，一种是如图7所示，排气门在压缩冲程上止点附近开启后，待压缩气体排放后升程进一步加大，通过排气门再吸入气体，在排气冲程进行压缩，在排气上止点附近排气门二次开启，实现第二次压缩释放。另一种控制策略是通过与进气门的配合来实现，如图8所示，就是在做功冲程进气门二次开启，吸入新鲜空气，在排气冲程进行压缩，在排气上止点附近排气门二次开启，实现第二次压缩释放。

实施例2：

本实施例提出如上所述的发动机缸内制动机构的工作方法，包括以下步骤：

在转换阀将制动油路23断开时，排气油路24导通，排气挺柱8产生高压油驱动液压活塞3，进而经由气门桥2推动排气门Ⅰ 1和排气门Ⅱ 14 运动，实现排气；

在转换阀将排气油路24断开时，制动油路23导通，制动挺柱9产生高压油驱动制动活塞5，进而推动排气门Ⅱ 14运动，实现制动。

制动过程中，第一次压缩制动结束后排气门Ⅱ 14进一步开启以在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放，实现两次缸内制动；

或，制动过程中，第一次压缩制动结束后进气门在做功冲程二次开启以在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放，实现两次缸内制动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机缸内制动机构，包括壳体（4），壳体（4）内设置液压活塞（3）和制动活塞（5），液压活塞（3）通过气门桥（2）与排气门Ⅰ（1）、排气门Ⅱ（14）连接，排气门Ⅱ（14）与制动活塞（5）连接，其特征是，所述液压活塞（3）通过排气油路（24）与排气挺柱（8）连接，制动活塞（5）通过制动油路（23）与制动挺柱（9）连接，排气油路（24）和制动油路（23）均与转换阀连接，转换阀能够控制排气油路（24）和制动油路（23）择一断开，以在排气和制动两种状态下切换，实现在一个工作循环内发动机的两次压缩释放制动。

2.如权利要求1所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述转换阀与控制电磁阀（12）连接，壳体（4）中还设置零压回油油路（25），转换阀设置连通通路，在处于制动状态时，转换阀将排气油路（24）断开，且排气油路（24）通过连通通路与零压回油油路（25）连通。

3.如权利要求1所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述转换阀顶部与回位弹簧（15）连接以推动转换阀回位；转换阀顶部还设置限位弹簧（16）以对转换阀的上限位置进行限位。

4.如权利要求1所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述排气挺柱（8）底部与排气凸轮（11）连接，排气凸轮（11）运作能够推动排气门Ⅰ（1）和排气门Ⅱ（14）运动以排气。

5.如权利要求4所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述排气凸轮（11）具有至少两个凸起。

6.如权利要求1所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述制动挺柱（9）底部与制动凸轮（10）连接，制动凸轮（10）运作能够推动排气门Ⅱ（14）运动以制动。

7.如权利要求6所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述制动凸轮（10）具有至少两个凸起。

8.如权利要求1所述的发动机缸内制动机构，其特征是，所述排气门Ⅱ（14）和气门桥（2）之间设置制动顶杆（13），制动顶杆（13）顶部与制动活塞（5）连接；制动活塞（5）顶部与螺钉（6）连接，螺钉（6）固定于壳体（4）顶部。

9.如权利要求1-8任一项所述的发动机缸内制动机构的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

在转换阀将制动油路（23）断开时，排气油路（24）导通，排气挺柱（8）产生高压油驱动液压活塞（3），进而经由气门桥（2）推动排气门Ⅰ（1）和排气门Ⅱ（14）运动，实现排气；

在转换阀将排气油路（24）断开时，制动油路（23）导通，制动挺柱（9）产生高压油驱动制动活塞（5），进而推动排气门Ⅱ（14）运动，实现制动。

10.如权利要求9所述的发动机缸内制动机构的工作方法，其特征是，制动过程中，第一次压缩制动结束后排气门Ⅱ（14）进一步开启以在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放，实现两次缸内制动；

或，制动过程中，第一次压缩制动结束后进气门在做功冲程二次开启以在做功冲程二次进气，然后在排气冲程压缩释放，实现两次缸内制动。

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