CN114729582A - 用于内燃机压缩释放制动系统的独立压缩制动控制模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压缩释放制动系统，用于在发动机制动操作期间操作发动机的排气阀。该压缩释放制动系统包括独立的压缩制动控制模块(CBCM)，其可操作性耦合到排气阀以控制其升程和相角。CBCM包括限定致动器腔的壳体、致动活塞和止回阀，致动活塞布置在壳体之外以便在壳体与致动活塞之间限定致动活塞腔，止回阀设置在致动活塞腔与致动器腔中布置的压缩制动致动器之间。致动活塞相对于壳体往复运动。压缩制动致动器包括致动器元件和偏置弹簧。致动器元件在禁用时选择性接合止回阀以便解锁致动活塞腔而在激活时与止回阀脱离以便锁定致动活塞腔。

Description

用于内燃机压缩释放制动系统的独立压缩制动控制模块
技术领域
本发明总体上涉及内燃机的压缩释放制动系统，更具体地涉及一种用于内燃机的压缩释放发动机制动系统的独立压缩释放制动控制模块。
背景技术
对于内燃机(IC发动机)，特别是大型卡车的柴油发动机，发动机制动是提高车辆安全性的重要特征。因此，车辆、特别是大型卡车中的柴油发动机通常配备有压缩释放发动机制动系统(或压缩释放减速器)，用于对发动机(以及车辆)进行减速。压缩释放发动机制动在制动操作模式下提供了显著的制动功率。为此，自1960年代以来，压缩释放发动机制动系统在北美获得广泛认可。
典型的压缩释放发动机制动系统在压缩冲程结束时刚好在上死点(Top DeadCenter，TDC)之前打开排气阀。这会造成压缩气缸的气体泄放，而用于压缩的能量不会回收。结果是发动机制动或减速功率。传统压缩释放发动机制动系统在打开排气阀以抵抗压缩气缸充气的极高负载所需的硬件相关方面的成本不菲。气阀机构部件的设计制造必须能够在高机械负载和高发动机转速下可靠运行。此外，高压缩气体的突然释放也会带来很强的噪音。在一些地区，通常是城市，不准许使用发动机制动，因为现有的压缩释放发动机制动系统在TDC压缩附近的高压缩压力下迅速打开阀，这会产生发动机阀机构高负载，响声巨大。正是响声导致某些城市地区禁止使用压缩释放发动机制动系统。
迄今为止，压缩释放发动机制动系统通常只能独用，即针对特定的发动机品牌和型号采取定制的设计制造。在销售发布之前通常需要二十四(24)个月完成设计、原型制造、台架测试、发动机测试和现场测试。因此，开发时间和成本都是值得关注的方面。
压缩释放负载对于气阀机构而言太大的发动机可以使用排气制动系统。排气制动机构由安装在排气系统中的限流元件组成。当此限流器关闭时，背压会在排气循环期间阻止气体排出并提供制动功能。这种系统提供的制动功率虽逊于压缩释放发动机制动系统，但会降低成本。正如压缩释放制动系统，排气制动系统的减速功率会随着发动机转速减慢而急剧下降。发生这种情况是因为该限制优化成在发动机额定转速下产生最大允许背压，但该限制根本不足以在较低发动机转速下生效。
专利文献US 8,272,363描述了一种用于控制排气阀运动的独立压缩制动控制模块(CBCM)，主要但不限于发动机减速目的。US8,272,363中描述的CBCM通常需要借助CBCM的纵轴与其充当的排气阀的阀纵轴之间的显著轴向偏移来操作(参见US8,272,363的图2A至图2C)。
US8,272,363中描述的CBCM包括致动活塞固位圈和密封件，接合到CBCM的单个壳体内的同一孔口。由于装配问题涉及使密封件通过固位圈槽，这会导致部分孔口的直径要求变高。US8,272,363中的CBCM使用了包含致动活塞的壳体，但仍需要支撑壳，从而增加了整个组件的直径。这些有助于所需偏移的贡献机构产生了作用于CBCM的致动活塞上的侧向力，这会导致致动活塞的孔口中发生磨损和/或堵塞的风险。CBCM的实际应用通常要求降低整体高度和直径，以适应现有的发动机组，而不会干扰或不理想地改变其他部件。故而有利的是，能够减小CBCM模块的尺寸，使其更好地集中到排气阀产生的负载，并将其封装到更严格的空间限制中。
因此，虽然已证实公知的压缩释放发动机制动系统可为各种车辆传动系统应用所接受，但此类设备仍然易于实现可提高性能和降低成本的改进。有鉴于此，需要开发改进压缩释放发动机制动系统来推动本领域的发展，诸如用于内燃机压缩释放制动系统的独立压缩制动控制模块，该模块更易组装，组装时更加稳健紧凑，性能增强，显著减少了压缩释放发动机制动系统的开发时间和成本。
发明内容
本发明提出了一种内燃机的压缩释放制动系统，包括更加紧凑的独立压缩制动控制模块，该模块采取可扩展的液压联动装置形式并与安装硬件一起集成到内燃机的气阀机构中。设计紧凑使得设备更易组装，而且组装后的设备更加稳健紧凑。
该压缩释放制动系统包括独立的压缩制动控制模块(CBCM)，其可操作性耦合到排气阀以控制其升程和相角。CBCM包括限定致动器腔的壳体和致动活塞，致动活塞布置在壳体之外以便在壳体与致动活塞之间限定出致动活塞腔，其中CBCM已安装至孔口中。CBCM还包括止回阀，该止回阀设置在致动活塞腔与致动器腔中布置的压缩制动致动器之间。致动活塞相对于壳体和孔口往复运动。压缩制动致动器包括致动器元件和偏置弹簧。致动器元件在禁用时选择性接合止回阀以便解锁致动活塞腔内所含的流体而在激活时与止回阀脱离以便锁定致动活塞腔内的流体。
本发明的优势在于其设计相对更小更紧凑。这种设计适合装在气阀机构盖下方，无需对现有的燃油喷射或气阀机构部件进行重大修改，尽量不会增加阀盖高度。此外，尺寸紧凑允许CBCM的安装设计灵活，即便每个气缸只有单个阀盖的发动机配置亦然。
凭借紧凑的设计并包含内部止回阀，将加压液压流体锁定在同样紧凑的致动活塞室中，本发明设备提供了采用最小流体体积的设计，从而降低了截留液压流体的顺应性。因此，紧凑性会获得更强劲的系统，在CBCM发动机制动模式下，能够在更高的发动机负载下更容易保持恒定的排气阀升程。紧凑性还会创造CBCM与下方致动排气阀之间更紧密轴向排列的可能性。
紧凑的设计既能更容易适应更多种发动机配置和具有相同CBCM集成硬件设计的硬件，又能以更低的工程设计成本和时间、原型制造和验证测试来完成。
附图说明
结合附图并参阅下述说明书的内容将更加清楚明了本发明的其他目的和优势，图中：
图1A和图1B是包括根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统的内燃机的示意图；
图2A是根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统的局部放大示意图，其中排气阀关闭；
图2B是根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统的局部放大示意图，其中由排气摇臂组件打开排气阀；
图2C是根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统的局部放大示意图，其中排气阀因排气歧管中的背压而浮动；
图3A和图3B是根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统中液压致动的压缩制动控制模块在减压状态下的剖视图；
图4A和图4B是根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统中液压致动的压缩制动控制模块在加压状态下的剖视图。
具体实施方式
现将详细参照附图示出的本发明示例性实施例和本发明方法，在全部附图中相似的附图标记代表相似或相应的部分。但应当注意，本发明在其更宽泛的方面不限于结合示例性实施例和方法图示和描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性示例。
这样示例性实施例的描述旨在结合附图来解读，附图视为整体书面描述的一部分。在说明书中，诸如“水平”、“垂直”、“向上”、“向下”、“上”、“下”、“右”、“左”、“顶”和“底”、“前”、“后”、“向内”和“向外”等相关术语及它们的派生词(例如“水平上”、“向下”、“向上”等)应解释为是指随后描述或议中附图显示的方向。这些相对术语的目的是便于描述，通常不旨在要求特定取向。关于附接、耦合等术语，诸如“连接”和“互连”，是指一种结构通过中间结构直接或间接地彼此固定或附接的关系以及可移动或刚性附接或关系，除非另作明确说明。术语“可操作性连接”是这样一种附接、耦合或连接，即允许相关结构凭借该关系按预期操作。术语“整体”(或“一体”)涉及作为单个部分制成的部件或者由固定地(即不可移动地)连接在一起的单独部分制成的部件。词语“更小”和“更大”是指本发明装置的元件及其指定部分的相对尺寸。此外，权利要求中使用的不定冠词“一”是指“至少一个”，权利要求中使用的量词“两个”是指“至少两个”。
图1示意性描绘了根据本发明示例性实施例的压缩释放(或泄压)制动系统12，该系统设置用于内燃(IC)发动机10。优选地，IC发动机10是四冲程柴油发动机，包括具有多个气缸14’的气缸体14。但为了简单起见，图1中仅示出一个气缸14’。每个气缸14’设置有在其中往复运动的活塞16。每个气缸14’还设置有两个进气阀171和172以及两个排气阀181和182，它们分别设置有复位弹簧17’或18’以及用于提升和关闭进气阀17和排气阀18的气阀机构。在本实施例中，进气阀171和172以及排气阀181和182在结构上基本相同。鉴于这些相似性，为了简单起见，下述内容有时将使用不带字母的附图标记来表示两个基本相同的阀。例如，附图标记17有时将用于总体上指代各个进气阀171和172，而附图标记18有时将用于总体上指代各个排气阀181和182，而不列举所有两个附图标记。应当理解，每个气缸14’可以设置有一个或多个进气阀和/或排气阀，但图1中每种阀显示了两个。发动机10还包括与气缸14’流体连通的进气歧管19和排气歧管20。IC发动机10能够进行正动力操作(发动机正常循环)和发动机制动操作(发动机制动循环)。压缩释放制动系统12在压缩制动模式下(在发动机制动操作期间)和压缩制动禁用模式下(在正动力操作期间)运行。
本发明的气阀机构包括用于操作进气阀17的进气摇臂组件22和用于操作排气阀18的排气摇臂组件24。进气摇臂组件22包括进气凸轮构件26和进气摇臂28，进气摇臂28绕进气摇臂轴29安装且设置为通过进气阀桥27打开进气阀17。类似地，排气摇臂组件24包括排气凸轮构件30和排气摇臂32，排气摇臂32绕排气摇臂轴33安装且设置为通过排气阀桥31打开排气阀18(即，排气阀181和182)。
另如图1所示，根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统12包括独立的压缩制动控制模块(或CBCM)40，用于选择性控制至少一个排气阀18的升程和相角。在本发明优选实施例中，CBCM 40设置用于控制排气阀运动，主要但不限于发动机减速目的。具体地，CBCM 40主要设置用于选择性控制能够用作制动排气阀的至少一个排气阀182的升程和相角。换言之，CBCM 40设置用于选择性控制制动排气阀182的阀间隙。压缩制动控制模块40是集成到IC发动机10的气阀机构中可扩展的液压联动装置。压缩制动控制模块40是压缩释放制动系统12的基本部分，其在完整发动机循环或部分发动机循环中使制动排气阀182保持离开阀座预设量。压缩释放制动系统12可以结合排气制动以提供双循环制动。根据本发明示例性实施例的压缩制动控制模块40是一种通用的紧凑机构，仅需稍作修改即可将压缩制动控制模块40安装到不同的发动机气阀机构顶盖，从而可应用于不同的发动机配置。CBCM40具有纵轴Xm，正如图2A和图3A清楚示出。
在图1所示的示例性实施例中，压缩制动控制模块40固定(即，不可移动地附接到发动机的静态部分)，以便可操作性与排气摇臂组件24断连并隔开。具体地，压缩制动控制模块40布置为邻近排气阀18并与排气摇臂32隔开。更具体地，如图3A至图3B和图4A至图4B中详细示出，压缩制动控制模块40包括圆柱形单件式主体42形式的中空壳体，该主体42包括一体的中空圆柱形内部53，其限定出圆柱形阀腔44。圆柱形单件式主体42还限定出圆柱形致动器腔45，该致动器腔45通过内壁(或分隔壁)46与圆柱形阀腔44分隔并通过穿过内壁46的连接通道47彼此流体连通。另如图3A至图3B和图4A至图4B所示，壳体42的圆柱形外周面43至少部分地带有螺纹，以便通过螺纹容纳在固定到IC发动机10的气缸盖15(或气缸体14)的支撑构件51的内螺纹孔中(如图1和图2A至图2C所示)。锁紧螺母41设置为将CBCM 40的壳体42可调节地固定且不可移动地保持至支撑构件51，即，将CBCM 40的壳体42相对于支撑构件51锁定就位。因此，CBCM 40的壳体42不可移动地(即固定地)安装至IC发动机10。
CBCM 40还包括致动活塞48，该致动活塞48可滑动地安装至壳体42，以在缩回位置(如图3A至图3B所示)与伸出位置(如图4A至图4B所示)之间，在支撑构件51中的圆柱形孔口98内相对于CBCM 40的壳体42滑动地往复运动(如图2A所示)，从而壳体42和致动活塞48在致动活塞48的内端面49a与壳体42的内壁46之间限定出致动活塞48内可变容积的液压致动活塞室50。此外，可变容积的液压致动活塞腔57限定在壳体42与致动活塞48之间支撑构件51的圆柱孔口98内，正如图4A至图4B清楚示出。根据本发明示例性实施例，在致动活塞48与支撑构件51的圆柱形孔口98之间使用液压密封件52，以消除活塞到孔口的加压液压流体泄漏。
致动活塞48与CBCM 40的纵轴Xm同轴，正如图2A和图3A清楚示出。致动活塞48的外端面49b设置为在其伸出位置通过排气阀销25接合到制动排气阀182，排气阀销25可往复运动地安装至排气阀桥31。换言之，排气阀销25可相对于排气阀桥31往复运动，以使制动排气阀182可相对于排气阀181和排气阀桥31移动。此外，正如图2A清楚示出，CBCM 40的纵轴Xm相对于排气阀销25的销纵轴Xp偏移，该销纵轴Xp又与制动排气阀182同轴。
致动活塞48具有环形固位圈58，该固位圈58布置在CBCM 40的壳体42的圆柱形内部53的环形外周面中的互补凹槽中。该凹槽的深浅足以使固位圈58的一部分从壳体42的圆柱形内部53径向向外突出。此外，壳体42的圆柱形内表面53形成有环形活塞槽54，该活塞槽54分别具有环形平坦且轴向相对的外止动面55和内止动面56。
如图3A至图4B所示，固位圈58延伸到其外止动面55与内止动面56之间的活塞槽54中，这些止动面设置为机械上限制致动活塞48的向上和向下运动。如图3A至图4B所示，活塞槽54的宽度远大于固位圈58的宽度，从而允许致动活塞48在活塞槽54的外止动面55与内止动面56之间相对于壳体42往复运动。因此，固位圈58限制致动活塞48在其缩回位置(如图3A至图3B所示)与伸出位置(如图4A至图4B所示)之间沿纵轴Xm的轴向移动。结果，在限定伸出位置(如图4A和图4B所示)和缩回位置(如图3A和图3B所示)的两个机械致动活塞止挡之间，致动活塞48可相对于CBCM 40的壳体42在壳体42的圆柱形内部53往复运动。换言之，致动活塞48可以从CBCM 40的壳体42向外延伸到活塞槽54的内止动面56接触固位圈58，如图4A和图4B所示，这定义为伸出位置。类似地，致动活塞48可以朝向CBCM 40的壳体42向内缩回到活塞槽54的外止动面55接触固位圈58，如图3A和图3B所示，这定义为缩回位置。因此，活塞槽54充当冲程限制槽。CBCM40在伸出位置(如图4A所示)的长度为Le，而CBCM 40在缩回位置(如图3B所示)的长度为Lc，长度Lc小于长度Le。
安装至致动活塞48的外周面的液压密封件52以及布置在致动活塞48内的固位圈58使得整体CBCM直径缩短，从而允许CBCM 40的纵轴与制动排气阀182的阀纵轴之间的偏移距离减小。
压缩制动控制模块40还包括形成在壳体42的主体内的供给(或进入)端口60。这将来自加压液压流体源34的加压液压流体通过连接通道47提供给液压致动活塞室50。当致动活塞48与制动排气阀182的排气阀销25之间存在间隙δA时，该压力使致动活塞48伸出到其伸出位置。这种间隙可能出现在例如排气摇臂组件24打开排气阀18时(如图2B所示)或排气阀18因排气歧管20中的背压作用于排气阀18的背面而浮动时(如图2C所示)。优选地，加压液压流体的源34采取柴油发动机10的发动机油泵(未示出)形式。相应地，在本示例性实施例中，使用发动机润滑油作为存储在液压油底壳35中的工作液压流体。应当理解，任何其他适当的加压液压流体源和任何其他适当类型的流体都属于本发明范围内。
因此，对于IC发动机10的压缩制动致动模式，压缩释放制动系统12的液压激活的压缩制动控制模块40在预定设置(即，时序和时长)使排气阀18离开排气阀座。
根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统12还包括外部压缩制动控制阀36(如图1所示)，其设置为选择性将加压液压流体源34通过压缩制动流体通道37流体连接到压缩制动控制模块40。换言之，压缩制动控制阀36设置为将加压液压流体从源34选择性供应给CBCM 40，以使CBCM 40在加压液压流体供应到CBCM 40时的激活(加压)状态(或通电状态)(如图4A和图4B所示)与加压液压流体不供应到CBCM 40时的禁用(减压)状态(或断电状态)(如图3A和图3B所示)之间切换。应当理解，压缩制动流体通道37连通(流体连接)到CBCM40的供给端口60。优选地，压缩制动控制阀36是外部三通电磁阀，由电磁体(螺线管)36’激活，在压缩制动致动模式期间将加压发动机油供应给CBCM40。为了禁用压缩释放制动系统12，外部三通螺线管36卸出发动机油供应回液压油底壳35。另如图1所示，压缩制动控制阀36固定至IC发动机10的气缸盖15或气缸体14。因此，压缩释放制动系统12的压缩制动控制阀36不可移动地安装至IC发动机10。
纵向穿过分隔壁46形成的连接通道47包括活塞口47a和致动器口47b。如图3A至图4B中详细示出，液压致动活塞室50通过活塞口47a与内壁46中的连接通道47流体连通，致动器腔45通过致动器口47b与连接通道47流体连通，供给端口60也通过致动器口47b与连接通道47流体连通。换言之，连接通道47在CBCM 40的致动活塞室50和致动器腔45与CBCM 40的主体42内的供给端口60之间提供流体连通，因此在致动活塞室50和致动器腔45与加压液压流体源34之间提供流体连通。
CBCM 40还包括止回阀62，该止回阀62在供给端口60与致动活塞室50之间设置在壳体42的圆柱形内部53的阀腔44中，以在压缩制动致动模式期间，当致动活塞室50内的液压流体压力超过来自源34的液压流体压力时以液压方式锁定致动活塞室50。换言之，止回阀62布置在致动活塞室50中(即，布置在致动活塞48的内端面49a与壳体42的分隔壁46之间)以选择性隔离和密封致动活塞室50。优选地，止回阀62包括阀构件，优选地呈大致球形的球构件64形式，其设置为密封连接通道47的活塞口47a。应当理解，分隔壁46形成活塞口47a的边缘限定出止回阀62的球构件64的阀座。优选地，通过偏压螺旋弹簧66将球构件64偏压到连接通道47的活塞开口47a上。液压激活的CBCM 40提供密封以消除高压致动活塞室50中的漏油并将致动活塞48保持在缩回位置而无需额外的复位弹簧。
CBCM 40也包括安装在壳体42的致动器腔45内的液压压缩制动致动器70。当CBCM被禁用时，致动器70选择性接合止回阀62的球构件64，以便解锁致动活塞室50并使致动活塞室50流体连接到加压液压流体源34。当激活时，致动器70使止回阀62的球构件64脱离接合，以便锁定致动活塞室50并使致动活塞室50与加压液压流体源34流体断连。压缩制动致动器70包括往复式致动器元件(或控制活塞)72，其可滑动地安装在壳体42内，以在致动器腔45内在缩回位置(如图3A和图3B所示)与伸出位置(如图4A和图4B所示)之间往复运动。壳体42和控制活塞72在控制活塞72的内端面(或底面)72B与壳体42的分隔壁46之间限定出圆柱形致动器腔45的最内部分内可变容积的致动器室74。控制活塞72的外端面(或顶面)72T设置为在其伸出位置接合壳体42的端盖76。压缩制动致动器70也包括控制活塞弹簧78，其作用于控制活塞72与端盖76之间以将控制活塞72向下偏压向其缩回位置。控制活塞72打有孔口，以便在控制活塞72与端盖76之间形成通气室75以容纳控制活塞弹簧78。在端盖76与控制活塞72之间形成的通气室75通过设置在端盖76中的通气口77受到大气压力，以使控制活塞72的外端面(或顶面)72T暴露在大气压力。控制活塞72适配为在壳体42的分隔壁46与端盖76之间往复运动。如图3A至图4B所示，控制活塞72与突起73整体成型，该突起73朝向止回阀62的阀构件64延伸到分隔壁46内的连接通道47中。
因此，压缩制动控制模块40结合了将发动机液压油截留在致动活塞48上方的致动活塞室50中的系统，以防止排气阀18在压缩冲程结束时返回到阀座。该系统确保绝对最小的截留油体积，以将致动活塞室50中截留油的体积模量压缩性降低到最低限度。CBCM 40通过附接硬件附接到发动机10(优选地附接到气缸盖)，该附接硬件结合了刚性安装压具以在发动机制动操作期间尽量降低机械硬件的机动性。结合最小机油柔量和硬件偏差提供了可预测的最优发动机制动减速性能。本发明就提供了一种小型化的CBCM 40外壳封装。
IC发动机10的压缩释放制动系统12可以与固定孔排气制动器、调压排气制动器或可变几何涡轮增压器(VGT)结合使用以组合双冲程发动机制动。该组合使用压缩冲程和排气冲程来产生更静默的系统，减少发动机气阀机构负载，同时获得卓越的制动减速功率。因此，柴油发动机10还包括涡轮增压器80和可变排气制动器84，涡轮增压器80包括压缩机82和涡轮机83，可变排气制动器84通过排气通道21流体连接到涡轮增压器80。如图1所示，压缩机82通过进气管道38与进气歧管19流体连通，而涡轮机83通过排气管道39与排气歧管20流体连通。常规上，来自排气歧管20的排气使涡轮机83转动并离开涡轮增压器80通过排气管道39进入排气制动器84。接着，压缩机82压缩的环境空气由进气管道38通过中间冷却器81输送到进气歧管19，压缩的增压空气在该中间冷却器81处冷却后进入进气歧管19。在进气冲程期间，增压空气通过进气阀17进入气缸14。在排气冲程期间，排气通过排气阀18离开气缸14，进入排气歧管20，继续通过涡轮增压器80的涡轮机83排出。
如图1所示，本发明示例性实施例的排气制动器84位于涡轮增压器80下游。然而，排气制动器84的位置不限于涡轮机83的下游或传统排气制动器的形式。替代地，排气制动器84可以放置在涡轮增压器80(涡轮机83)上游。排气制动器84安装在涡轮增压器80上游的情况下，可以获得跨涡轮机83产生高压差的优势。这将涡轮增压器压缩机82驱动到更高的速度，从而提供更多的进气增压以对气缸充气使发动机制动。
根据图1所示的本发明，排气制动器84包括由排气制动致动器86操作的蝶阀85形式的可变排气限流器。优选地，由连接到排气制动致动器86的连杆85’使蝶阀85转动，以调节排气限制，从而调节排气制动量。本发明的排气制动致动器86可以是本领域技术人员已知的任何适当类型，诸如流体致动器(气动或液压)、电磁致动器(例如螺线管)、机电致动器等。优选地，在本具体例中，排气制动致动器86是气动致动器，但如上所述可以替代为其他致动装置。
由微处理器(或排气制动电子控制器)87控制排气制动致动器86。微处理器87基于来自多个传感器88的信息来控制可变排气限流器85，从而控制排气制动量，这些传感器88包括但不限于感测流经排气制动器84的排气限流器85的排气的压力和温度的压力传感器和温度传感器。本领域技术人员应会理解，可以采用任何其他适当的传感器。由电磁阀89操作气动致动器86，该电磁阀89设置为响应来自微处理器87的控制信号通过气动管道89’选择性将气动致动器86与气动压力源(未示出)连接和断连。
根据本发明示例性实施例的压缩释放制动系统12由电子控制器90(如图1所示)来控制，该电子控制器90可以采取CPU或计算机的形式。电子控制器90基于来自多个传感器92的信息来操作电磁压缩制动控制阀36，该信息表示发动机和车辆运行参数作为控制输入，包括但不限于发动机转速、发动机负载、发动机运行模式。本领域技术人员应会理解，可以采用任何其他适当的传感器。电子控制器90编程为向外部三通控制阀36的螺线管36提供信号94，以使它们根据发动机10的运行需求来选择性且独立地打开或关闭。当压缩制动控制阀36打开时，将加压液压流体(例如加压发动机油)提供给压缩制动控制模块40的液压压缩制动致动器70，并且IC发动机10以压缩制动模式(发动机制动循环)运行。相应地，当电磁压缩制动控制阀36关闭时，没有加压液压流体供应到压缩制动控制模块40的液压压缩制动致动器70，并且IC发动机10以发动机正常循环运行。
排气制动器84在微处理器90读取来自传感器92的排气系统压力和温度，并将信号89调控给排气制动致动器86使其调节可变排气限流器85。电子控制器90还将信号96提供给排气制动器84的微处理器87。当发动机10在发动机制动模式下运行时，控制信号96调节可变排气限流器85以维持期望的排气背压。
本发明的IC发动机10的制动操作具有两个组成部分：由压缩释放制动系统12提供的压缩释放(泄压)制动，以及由排气制动器84提供的排气制动。压缩释放制动由压缩释放制动系统12的压缩制动控制模块40的作用提供，而排气制动由排气制动器84提供。
下面详细描述压缩释放制动系统12的操作。
当发动机10执行正动力操作(即，在发动机正常循环下运行)，螺线管36’关闭压缩制动控制阀36，液压压缩制动控制模块40处于减压状态(或断电状态)以致没有液压流体供应到压缩制动控制模块40，并且致动活塞室50和致动活塞腔57填充有液压流体但非加压液压流体。在此状态下，如图3A和图3B所示，控制活塞72移动到其缩回位置并支撑在该缩回位置(仅通过控制活塞弹簧78的偏置力)。换言之，控制活塞弹簧78将控制活塞72保持在该位置，这会将球构件64从壳体42中的阀座47a顶起。具体地，在该位置上，控制活塞72的突起73通过克服止回阀62的弹簧66的偏置力而使止回阀62的球构件64偏离其阀座，这个偏置力比压缩制动致动器70的控制活塞弹簧78的偏置力更轻。因此，液压流体能够在CBCM 40内流动却不会致其通电，前提是流体不能达到足够高的压力以致控制活塞72伸展到抵靠控制活塞弹簧78并让球构件64到达阀座47a。
如果克服了液压密封件52的摩擦，致动活塞48则能够伸展，但随后会在该状态在负载下缩回。在发动机正常操作期间使用断电状态。致动活塞48设置为与排气阀或排气阀桥具有初始间距(间隙)(如图2A所示)。液压密封件52的摩擦通常足以维持这个间隙。在液压密封件摩擦不足的情况下，可以添加致动活塞复位弹簧以免在排气阀正常运动期间致动活塞48因其伸出和推回时发出“咔哒声”。
在发动机制动操作期间，当电子控制器90基于来自多个传感器92的信息确定需要制动时，诸如当发动机10的节流阀(未示出)关闭时，排气制动器84通过至少部分地关闭蝶阀85而致动，以便在排气冲程期间产生阻止排气离开的背压。此外，在发动机制动操作期间，电子控制器90打开压缩制动控制阀36以启动将加压液压流体供应到压缩制动控制模块40，从而将压缩制动控制模块40设置到加压状态。
加压液压流体从支撑构件51通过进入端口60流入CBCM 40，并通过压缩制动致动器70的控制活塞72的机加工面(或肋)流向连接通道47。因此，加压液压流体填充致动活塞腔57，在CBCM 40中建立压力，这使致动活塞48和控制活塞72伸出到它们分别接触固位圈58和端盖76。此外，当加压发动机油被供应到压缩制动控制模块40的进入端口60时，供应油压迫使压缩制动致动器70的控制活塞72外推，从而允许球构件64落座。球构件64落在壳体42的阀座47a上，形成将液压流体截留在致动活塞腔57中的单向阀(即止回阀)62。在发动机制动操作期间使用通电状态。
同时，加压液压流体会流入致动活塞室50和致动活塞腔57。当排气阀18在排气阀正常升程期间离开阀座时，随着加压供应油填充致动活塞室50和致动活塞腔57，供应油压迫使致动活塞48外推，直到致动活塞48接触机械止挡(呈固位圈58形式)，如图4A和图4B所示。弹簧加载的球构件64将油锁定在致动活塞48上方并防止致动活塞48返回其缩回位置(如图4A和图4B所示)。这为制动排气阀182提供了延长的升程和相角。制动排气阀182延长打开时长的升程在发动机压缩冲程期间形成泄放口(泄压口)，并且发动机10做不可恢复的功，因为气体通过该口被挤出气缸，这体现了压缩/释放制动。
在图4A和图4B所示的位置，致动活塞48被致动活塞室50和致动活塞腔57中的截留油锁定就位，并阻止排气阀18之一返回阀座。致动活塞固位圈58的位置、冲程限制槽54和压缩制动控制模块40的安装位置决定了排气阀18将远离阀座的距离量，从而在整个发动机制动循环期间产生预定的升程。致动活塞48上方的止回球阀62以液压方式锁定致动活塞室50中的油，以使致动活塞48保持在伸出位置。
因此，当排气凸轮构件30在正常排气运动期间使排气阀18移开时，致动活塞48伸出并在排气阀18返回时便“抓住”排气阀18，以便在发动机循环的剩余时间使其保持打开固定量。来自排气阀复位弹簧力使致动活塞48上存在恒定负载，并因发动机气缸中的气压作用于排气阀18的一面上而导致负载变化。在致动活塞腔57中的截留油内建立液压来支持这个负载。
当发动机制动模式被禁用时，电磁阀36关闭以切断对压缩制动控制模块40的加压油供应，从而导致控制活塞弹簧78将控制活塞72推往止回球阀62，这又使球构件64脱离其就座位置。释放的油通过外部三通电磁阀36流出致动活塞室50并返回到油底壳35，如图1所示。然后，通过排气阀弹簧18’的力迫使致动活塞48返回到壳体42的阀腔44中的缩回位置(如图3所示)。排气阀18返回到阀座以允许正常的发动机阀运动。
换言之，当从CBCM 40中卸除液压流体压力时，控制活塞72移回到与球构件64相接触，直到随后的正常排气阀事件，此时致动活塞腔57中的液压压力减小到足以使控制活塞弹簧78的力迫使球构件64脱离就座。致动活塞48设置有液压旁路特征(或通路)59，以防止在CBCM 40断电时固位圈58将液压流体截留在致动活塞腔57内。
压缩释放制动系统12以液压激活的压缩制动控制模块40使排气阀18在整个发动机制动循环中的预定设置下保持脱离排气阀座(泄压制动事件)。压缩释放制动系统12可以与固定孔排气制动器、调压排气制动器或VGT涡轮增压器结合使用以组合双冲程发动机制动。该组合使用压缩冲程和排气冲程来产生更静默的系统，减少发动机气阀机构负载，同时获得卓越的制动减速功率。
压缩释放制动系统12与调压排气制动器84结合使用，提供了优于使用具有固定孔排气制动器的压缩释放制动系统的优势。当压缩释放制动和排气制动的组合设计用于最大排气背压并且压缩释放制动部分由于任何原因无法正常工作时，将会取消典型的延长排气阀/进气阀重合情况。取消延长阀重合可能导致更高的排气歧管压力，并且发动机可能遇到无法接受的阀座速度，这会导致严重的发动机损伤和过度的阀座磨损。
阀座损坏或阀弹簧故障可能导致严重的发动机损伤。阀弹簧故障会导致发动机阀落入燃烧室并导致发动机逐渐损坏。由于在发动机正动力高负载期间，排气阀无法充分密封压缩压力和/或无法提供从排气阀到气缸盖的良好热传递，阀座损坏可能会加剧。
调压式排气制动器与压缩释放制动系统结合使用的优势在于，排气制动器可以单独用于压缩释放/排气制动组合发动机，而不会导致排气歧管过压，从而避免过度的阀浮动和不可接受的阀落座速度。调压排气制动器为自调节，故排气歧管不会发生过压，因为排气制动器中的节流孔面积会自动增大以维持符合发动机制造标准的最高恒定排气歧管压力。
根据专利法的规定，上文出于说明目的给出了关于本发明优选实施例的描述，但不旨在将本发明穷举或限制于本公开的确切形式。鉴于上述教导，可能有明显的修改或更改。本公开上述实施例的选取仅为清楚地说明本发明的原理及其实际应用，从而本领域普通技术人员能够最好地利用本发明各种实施例进行各种修改以适合预期的特殊用途，只要遵循本文描述的原理即可。因此，在不背离本发明意图和范围的前提下可以对本发明进行更改。所附权利要求书也旨在定义本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种压缩制动控制模块(40)，在压缩释放制动系统(12)中用于在压缩释放发动机制动操作期间操作内燃机(10)的至少一个排气阀(18)，所述压缩制动控制模块(40)可操作性耦合到至少一个排气阀(18)来控制所述至少一个排气阀(18)的升程和相角，以便当发动机执行压缩释放发动机制动操作时，在发动机的压缩冲程期间使至少一个排气阀(18)保持打开，所述压缩制动控制模块(40)包括：
壳体(42)，包括单件式主体，适配为安装在所述发动机(98)中的孔口内并与所述孔口固定接合，所述壳体包括内部的致动器腔；
致动活塞(48)，布置在所述壳体(42)之外和所述孔口之内，以便在所述壳体与所述致动活塞和所述孔口(98)的内表面之间限定可变容积的液压致动活塞腔(57)，所述致动活塞(48)在所述孔口(98)内在伸出位置与缩回位置之间相对于所述壳体(42)往复运动，所述致动活塞(48)设置为在所述致动活塞的伸出位置接合所述至少一个排气阀(18)；
所述致动活塞腔(57)与所述致动器腔(45)通过所述壳体的主体内的连接通道(47)相互流体连通；
供应管道(60)，形成在所述壳体的主体内并连接到连接通道(47)，所述供应管道(60)适配为通过所述连接通道向所述致动活塞腔(57)提供加压液压流体；
止回阀(62)，设置在所述连接通道与所述致动活塞腔(57)之间，以当所述致动活塞腔内液压流体的压力超过所述供应管道中液压流体的压力时以液压方式锁定所述致动活塞腔，所述止回阀由偏置弹簧(66)偏压关闭；以及
压缩制动致动器(70)，布置在所述致动器腔(45)中以控制所述止回阀(62)，
所述压缩制动致动器包括致动器元件(72)，所述致动器元件(72)暴露于大气压力并可滑动地安装在所述致动器腔(45)内以在伸出位置与缩回位置之间往复运动，并且压缩弹簧(75)使所述致动器元件(72)朝向其缩回位置偏压，在此所述致动器元件(72)仅通过所述压缩弹簧(75)的偏置力接合并打开所述止回阀(62)，以便解锁所述致动活塞腔(57)并使所述致动活塞腔流体连接到所述供应管道(60)。
2.根据权利要求1所述的压缩制动控制模块，其中，所述压缩制动控制模块的所述单件式主体具有与所述孔口接合的部分带螺纹的外柱面，并且所述致动活塞包括外部密封件和光滑的外表面以接合、密封并在所述孔口内往复运动。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述单件式主体具有使所述致动器腔与所述致动活塞腔分隔的分隔壁。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动器元件具有暴露于所述液压流体的底面和暴露于大气压力的顶面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动器腔用设有通气口的端盖封闭。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述壳体包括用于保持固位圈的凹槽，所述固位圈用于当所述活塞处于完全伸出位置时使所述致动活塞停止运动，所述致动活塞包括用于接合所述固位圈的内止动面。
7.一种压缩制动控制模块，在压缩释放制动系统中用于在压缩释放发动机制动操作期间操作内燃机的至少一个排气阀，所述压缩制动控制模块可操作性耦合到至少一个排气阀来控制所述至少一个排气阀的升程和相角，以便当发动机执行压缩释放发动机制动操作时，在发动机的压缩冲程期间使至少一个排气阀保持打开，所述压缩制动控制模块包括：
壳体，包括单件式主体，适配为安装在所述发动机中的孔口内并与所述孔口固定接合，所述壳体包括内部的致动器腔；
致动活塞，布置在所述壳体之外和所述孔口之内，以便在所述壳体与所述致动活塞和所述孔口的内表面之间限定可变容积的液压致动活塞腔，所述致动活塞在所述孔口内在伸出位置与缩回位置之间相对于所述壳体往复运动，所述致动活塞设置为在所述致动活塞的伸出位置接合所述至少一个排气阀；
所述致动活塞腔与所述致动器腔通过所述壳体的主体内的连接通道相互流体连通；
供应管道，形成在所述壳体的主体内并连接到连接通道，所述供应管道适配为通过所述连接通道向所述致动活塞腔提供加压液压流体；
止回阀，设置在所述连接通道与所述致动活塞腔之间，以当所述致动活塞腔内液压流体的压力超过所述供应管道中液压流体的压力时以液压方式锁定所述致动活塞腔，所述止回阀由偏置弹簧偏压关闭；以及
压缩制动致动器，布置在所述致动器腔中以控制所述止回阀，
所述压缩制动致动器包括致动器元件，所述致动器元件暴露于大气压力并可滑动地安装在所述致动器腔内以在伸出位置与缩回位置之间往复运动，并且压缩弹簧使所述致动器元件朝向其缩回位置偏压，在此所述致动器元件仅通过所述压缩弹簧的偏置力接合并打开所述止回阀，以便解锁所述致动活塞腔并使所述致动活塞腔流体连接到所述供应管道；
所述致动活塞包括外部密封件和光滑的外表面以接合、密封并在所述孔口内往复运动。
8.根据权利要求7所述的压缩制动控制模块，其中，所述压缩制动控制模块的所述单件式主体具有与所述孔口接合的部分带螺纹的外柱面。
9.根据权利要求7或8所述的压缩制动控制模块，其中，所述单件式主体具有使所述致动器腔与所述致动活塞腔分隔的分隔壁。
10.根据权利要求7、8或9所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动器元件具有暴露于所述液压流体的底面和暴露于大气压力的顶面。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动器腔用设有通气口的端盖封闭。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述壳体包括用于保持固位圈的凹槽，所述固位圈用于当所述活塞处于完全伸出位置时使所述致动活塞停止运动，所述致动活塞包括用于接合所述固位圈的内止动面。
13.一种压缩制动控制模块，在用于内燃机的压缩释放制动系统中用于控制所述内燃机的至少一个排气阀的升程和相角，所述压缩制动控制模块包括：
壳体，包括单件式主体，适配为安装在所述内燃机中的孔口内并与所述孔口固定接合，所述壳体包括内部的致动器腔；
致动活塞，布置在所述壳体之外和所述孔口之内，以便在所述壳体与所述致动活塞和所述孔口的内表面之间限定可变容积的液压致动活塞腔，所述致动活塞在所述孔口内在伸出位置与缩回位置之间相对于所述壳体往复运动，所述致动活塞设置为在所述致动活塞的伸出位置接合所述至少一个排气阀；
所述致动活塞腔与所述致动器腔通过所述壳体的主体内的连接通道相互流体连通；
供应管道，形成在所述壳体的主体内并连接到连接通道，所述供应管道适配为通过所述连接通道向所述致动活塞腔提供加压液压流体；
止回阀，设置在所述连接通道与所述致动活塞腔之间，以当所述致动活塞腔内液压流体的压力超过所述供应管道中液压流体的压力时以液压方式锁定所述致动活塞腔，所述止回阀由偏置弹簧偏压关闭；以及
致动器，布置在所述致动器腔中以控制所述止回阀，
所述致动器包括致动器元件，所述致动器元件暴露于大气压力并可滑动地安装在所述致动器腔内以在伸出位置与缩回位置之间往复运动，并且压缩弹簧使所述致动器元件朝向其缩回位置偏压，在此所述致动器元件仅通过所述压缩弹簧的偏置力接合并打开所述止回阀，以便解锁所述致动活塞腔并使所述致动活塞腔流体连接到所述供应管道；
所述压缩制动控制模块的所述单件式主体具有与所述孔口接合的部分带螺纹的外柱面。
14.根据权利要求13所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动活塞包括外部密封件和光滑的外表面以接合、密封并在所述孔口内往复运动。
15.根据权利要求13或14所述的压缩制动控制模块，其中，所述单件式主体具有使所述致动器腔与所述致动活塞腔分隔的分隔壁。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动器元件具有暴露于所述液压流体的底面和暴露于大气压力的顶面。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述致动器腔用设有通气口的端盖封闭。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的压缩制动控制模块，其中，所述壳体包括用于保持固位圈的凹槽，所述固位圈用于当所述活塞处于完全伸出位置时使所述致动活塞停止运动，所述致动活塞包括用于接合所述固位圈的内止动面。
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