CN1318744C - 一种发动机缓速器 - Google Patents

Abstract

一种发动机缓速器，包括主动活塞、从动活塞、电磁阀，直接安装在一台内燃式发动机上，主动液压腔进油道的端部设三通电磁阀；电磁阀进端接供油道，出端与连通油池的油道接通，另一端接设有第一单向阀的油道；主动液压腔的出油道通过第二单向阀连通从动液压腔；从动活塞上设置一个轴向泄油孔，并对准位于调节螺钉内的泄油阀；泄油阀的导向端设轴向孔，在泄油阀的阀端上设径向孔，轴向孔和径向孔相互连通。本发明能够迅速排除管路中空气；同时发动机排气门在制动状态下的落座完全由发动机排气凸轮的缓冲型线段来控制；而且取消了控制阀，简化了缓速器的结构。

Description

一种发动机缓速器

技术领域

本发明涉及一种改变内燃机排气门运动的液压装置，具体涉及一种发动机缓速器。

背景技术

缓速器是现代车辆(特别是重型载重汽车、大型客车)的一种辅助制动装置，其可加强车辆的制动性能，不须使用主制动器(传统的摩擦制动系统)就能减缓车辆行驶速度，预防车辆制动失灵，确保行车安全，特别是增强车辆重载下坡时的安全性。车辆安装缓速器可缩短制动摩擦片的更换周期，减少制动器的维修次数，同时可以降低维修费用、减少车辆损坏，可以提高驾驶的安全性和舒适感、减少驾驶员的疲劳、提高工作效率、减少急刹车、使驾驶更顺畅。目前缓速器主要有液力缓速器、电力缓速器、排气制动器，以及发动机缓速器。

液力缓速器、电力缓速器的体积和质量都庞大，给车辆的安装布置带来不便，而且增加车辆的自重，导致运营成本上升，其生产成本也昂贵。排气制动器虽成本低廉，但所能提供的制动力有限，达不到有效的制动减速目的。

发动机缓速器直接安装在发动机上，当车辆不需制动减速时，发动机为正常的做功工作模式；当车辆需要制动减速时，发动机缓速器暂时将发动机转变为制动工作模式，此时发动机相当于一台空气压缩机，由车辆的传动系统来拖动运转，不停地向发动机的排气管排放高压空气，从而吸收来至车辆的运动能量，达到减缓车辆运动速度的目的。

目前广泛使用的是机械式发动机缓速器，机械式发动机缓速器其实就是一套液压装置，其利用发动机润滑系统提供的低压润滑油作工作介质，利用发动机本身的气门或喷油器驱动凸轮作动力源驱动一个主动活塞来产生高压力的润滑油，高压力润滑油推动一个从动活塞去打开发动机的排气门，释放掉发动机气缸内的高压空气，使发动机在膨胀行程得不到膨胀能量，从而到达吸收外部能量的目的。

发动机缓速器具有体积小、质量轻、成本低廉的优点，安装布置也非常方便。美国康明斯公司在1965年完成了这一基本的设计并获得了美国专利(专利号：US3220392)。US3220392专利的结构原理示意图见图1，图1中，120、128、130、140、144-连接油道，132-环槽，134-单向阀，136-油道128的孔口，126、138-弹簧，124-控制阀，122-控制阀腔，其余一位数和两位数的编号说明见对图3的描述部分。主动活塞82在发动机的压缩行程上止点前一定时刻产生高压油，具有能量的高压油通过输油通道144驱动从动活塞20打开发动机排气门6，从而释放掉发动机气缸内的高压空气，使发动机在膨胀行程中得不到膨胀能量，以此来达到吸收能量和对车辆进行缓速制动的目的。主动活塞82由凸轮轴驱动的推杆90(可以是进气门推杆或排气门推杆或喷油器推杆，最佳为喷油器推杆)来驱动。此专利技术主要应用在每缸具有两个排气门的发动机上，并同时打开两个排气门来释放高压空气，实现缓速制动。

基于这一基本的发动机缓速器技术方案，出现了许多改进的专利技术。Jacobs公司的US4399787就是典型的一种。图2是US4399787专利所公开的结构原理示意图。图2中，120、128、130、140、144-连接油道，134-单向阀，126-弹簧，124-控制阀，122-控制阀腔，146-环槽，148-径向油孔，150-轴向油孔，151-顶杆，其余一位数和两位数的编号说明见对图3的描述部分。该专利与US3220392的主要区别在于：在其调节螺钉35上设置了一个泄油阀26，用来释放液压管路中的润滑油，使从动活塞20迅速复位到其工作初始位置。US4399787专利技术主要应用在每缸具有两个排气门的发动机上，但只打开其中的一个排气门来释放高压空气，实现缓速制动。

从分析图1、图2结构的发动机缓速器可以知道：这两类缓速器没有设置专门的释放通道来排泄每循环的工作介质(润滑油)，缓速器内部的润滑油是在各工作腔80、16和连接油道144、152、140中作反复的往返运动，虽然US4399787专利缓速器上设置有一个泄油阀26用来释放润滑油，但所释放的润滑油又通过轴向油孔150、径向油孔148、环槽146和油道152流回控制阀腔122中，使可能混有空气的润滑油再次被使用，而不能流出缓速器。每一工作循环只是由单向阀134补充从主动活塞82、从动活塞20以及控制阀124处泄漏掉的极少量的润滑油。此泄漏量相对于缓速器内部工作介质的容积来说是极小的，不能设计得太大，否则会造成缓速器工作不正常。此泄漏量无法及时将内部的空气带走，无法实现快速排气。缓速器装配完后，其内部液压管路中难免会存在部分空气；发动机润滑系统向缓速器提供的润滑油中，有时也难免存在空气泡。当一定量的空气进入缓速器的液压管路中时，由于空气的可压缩量远远大于润滑油(润滑油可近似的当作不可压缩介质)，而主动活塞的运动行程是预先确定的，这就导致所建立的液压压力达不到预先设计的数值，使缓速器的动作失效。

还可得知：这两类缓速器所控制的发动机排气门的落座运动不是理想的落座运动。从某种意义上讲，缓速器强加给发动机排气门的运动，已对发动机配气机构的协调运转造成影响。在缓速器打开排气门的阶段，还带不来什么影响，但在排气门的落座阶段却存在如何控制具安全落座的问题。理想的落座应是在排气门驱动凸轮的控制下来完成，因为在排气门驱动凸轮上设计有专门的落座缓冲型线，用来控制排气门的落座运动。当主动活塞由喷油器驱动凸轮来驱动时，图1结构发动机缓速器所控制的排气门的落座是由喷油器驱动凸轮来控制的，而喷油器驱动凸轮上并不具有排气门驱动凸轮上的缓冲型线段，典型地，喷油器驱动凸轮的缓冲型线段包角只具有约10°曲轴转角，而排气门驱动凸轮的缓冲型线段包角却具有约30°曲轴转角。图2结构发动机缓速器所控制的排气门的落座是由喷油器驱动凸轮的下降加速型线段来控制落座的，这就造成排气门加速落座而不是缓冲落座，虽然可以通过缩小排气门的落座行程来控制排气门的落座速度，以避免冲击损坏，这毕竟不是理想的控制方式。

还可得知：必须设置一个控制阀124来控制发动机缓速器内部高压油路140与外部的通断，和向缓速器内部高压油路140补充工作介质。控制阀124在承受非常高的侧向压力下，仍可通过控制控制阀124阀端部低压润滑油的压力来控制控制阀124是处于初始位置或处于工作位置。当处于初始位置时，控制阀124将缓速器的高压油路140开放，这使得缓速器无法产生高压油，缓速器停止工作：当处于工作位置时，控制阀124将缓速器的高压油路140密闭，这使得缓速器得以产生高压油；同时，设置在控制阀124内的球型单向阀134向缓速器供给工作介质(润滑油)。

发明内容

针对目前的发动机缓速器存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种新型的发动机缓速器：

1、从原理上消除空气的影响。

2、使发动机的排气门在制动状态下具有一个理想的落座运动。

3、取消存在于现有缓速器结构中的控制阀以简化结构。

实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种发动机缓速器，包括主动活塞、从动活塞、电磁阀、泄油阀，直接安装在一台内燃式发动机上，主动活塞底部对准摇臂上的间隙调节螺钉，被簧片压在主动液压腔的底部：主动液压腔进油道的端部设三通电磁阀；电磁阀进端接供油道，出端与连通油池的油道接通，另一端接设有第一单向阀的油道；主动液压腔的出油道通过第二单向阀连通从动液压腔；

从动活塞内腔设压缩弹簧，弹簧的下端由一托架支撑，托架由安装在从动液压腔上的卡环支撑；弹簧的上端将从动活塞压到一个固定在壳体上的调节螺钉上；从动活塞的下端与发动机的排气门压块接触；从动活塞上设置一个轴向泄油孔，所述孔的中心位于从动活塞的中心线上并对准位于调节螺钉内的泄油阀；

所述调节螺钉由螺母固定在壳体上；调节螺钉内部设孔和导向孔，孔的直径大于导向孔的直径，形成一个台阶；孔内安装弹簧由挡圈限位，孔内设泄油阀；设弹簧的一端位于导向孔的底部，另一端压在泄油阀的导向端上，将泄油阀向下压并使轴肩接触到弹簧，导向端的直径比弹簧的内径大；泄油阀的导向端设轴向孔，在泄油阀的阀端上设径向孔，轴向孔和径向孔相互连通。

本发明的变形是缓速器的泄油阀设置在从动活塞上，而轴向泄油孔设置在调节螺钉上。即所述压缩弹簧设于从动活塞的外环；阶梯孔即孔和导向孔设于从动活塞内，孔的直径大于导向孔的直径，形成一个台阶；孔内安装弹簧由挡圈限位，孔内设泄油阀；设弹簧的一端位于导向孔的底部，另一端压在泄油阀的导向端上，将泄油阀向下压并使轴肩接触到弹簧，导向端的直径比弹簧的内径大；泄油阀的导向端设轴向孔，在泄油阀的阀端上设径向孔，轴向孔和径向孔相互连通。

所述轴向泄油孔设置在调节螺钉上，孔的中心位于从动活塞的中心线上并对准位于从动活塞内的泄油阀。

所述第一单向阀、第二单向阀可以采用球型单向阀、叶片式单向阀、平面型单向阀或锥面型单向阀。

采用本发明结构的发动机缓速器，由于设置了两个单向阀和一个通到发动机润滑油池的轴向泄油孔，使得液压管路中的工作介质是作单向流动的，每一个工作循环都排出缓速器大部分量的工作介质，并重新从发动机的润滑系统获取新的工作介质，这就使得业已存在于缓速器内部管路中的空气能够迅速被排除。另外，发动机排气门在制动状态下的落座是完全由发动机排气凸轮的缓冲型线段来控制的，使发动机排气门具有一个理想的落座运动。还有，本发明取消了控制阀，使缓速器的结构得到简化。并且，本发明装置处于关闭状态时，其所有运动件都和与之关联的发动机运动件脱离接触，发动机保持正常的做功工作模式，不受缓速器的任何影响。

附图说明

图1：现有技术的发动机缓速器结构示意图。

图2：现有技术的发动机缓速器结构示意图。

图3：本发明发动机缓速器的结构原理示意图。处于关闭状态。

图4：本发明发动机缓速器的结构原理示意图。处于开启状态，约420-30°曲轴转角位置范围。

图5：本发明发动机缓速器的结构原理示意图。处于开肩状态，约5°曲轴转角位置。

图6：本发明发动机缓速器的结构原理示意图。处于开启状态，约180°曲轴转角位置。

图7：本发明发动机缓速器的一种变形结构，处于关闭状态。

最佳实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图3、4、5、6所示，一种发动机缓速器直接安装在一台内燃式发动机上，包括主动活塞82、第一单向阀62、第二单向阀58、从动活塞20、泄油阀26、电磁阀70等。

壳体50安装在缸盖2上，壳体50上装配有完成制动功能所需要的零件。发动机的润滑系统通过油道72向一个电磁阀70供给润滑油。油道74将电磁阀70与发动机润滑油池(未画出)连通。油道76和电磁阀70连通。当电磁阀70通电时，低压的润滑油流过油道72、电磁阀70而进入油道76。当电磁阀70断电时，电磁阀70将油道72截止的同时将油道76和油道74连通，此时，油道76中的润滑油经电磁阀70、油道74流回发动机润滑油池。

主动活塞82可在主动液压腔80中自由往复运动，并被一簧片84压向主动液压腔80的底部。主动活塞82的位置应对准摇臂88上的间隙调节螺钉86。摇臂88由推杆90驱动。推杆90为发动机本缸的喷油器推杆，也可以是非本缸的排气门推杆或进气门推杆。主动液压腔80上设置有油道78，油道78通过第一单向阀62通至油道76，第一单向阀62被压缩弹簧60压在油道76的孔口上而密封，第一单向阀62只允许润滑油从油道76流至油道78；主动液压腔80上还设置有油道54，油道54通过第二单向阀58通至油道52，第二单向阀58被压缩弹簧56压在油道54的孔口上而密封，第二单向阀58只允许润滑油从油道54流至油道52，油道52连通从动液压腔16。

一个从动活塞20可在从动液压腔16中自由往复运动，被一压缩弹簧18压到一个拧在壳体50上的调节螺钉35上，一颗锁紧螺母32把调节螺钉35紧固在其调定的位置。弹簧18的下端由一托架15支撑，托架15由安装在从动液压腔16上的卡环14支撑。从动活塞20上设置一个轴向泄油孔22，从该孔流出来的润滑油直接进入发动机的润滑油池(图中未画出)。从动活塞20的下端与发动机的排气门压块8接触，当从动活塞20向下运动，越过间隙10后，便同时推开两个排气门6。需说明的是：图3中的间隙10，是制动器在关闭状态时从动活塞20和气门压板8之间形成的间隙，该间隙需将缓速器装配在发动机上后通过调节螺钉35来调定。

为了更好地理解下面的描述，请参见图6中的调节螺钉35部分，图6中的调节螺钉35处于装配自由状态。调节螺钉35内加工出阶梯孔46和40，孔40用来为泄油阀26导向用，孔46用来安装弹簧28和挡圈24。孔46的直径大于导向孔40的直径，形成一个台阶44。弹簧28的一端压在台阶44上，另一端压在位于孔46中的挡圈24上。泄油阀26的导向端34位于导向孔40中，导向端34的直径比泄油阀26的阀端48的直径大一些，形成一个轴肩42。一个弹簧38的一端位于导向孔40的底部，另一端压在泄油阀26的导向端34上，将泄油阀26向下压并使轴肩42接触到弹簧28，导向端34的直径比弹簧28的内径大，由于弹簧38的力比弹簧28的力要小，使得弹簧28不能离开台阶44。在泄油阀26的导向端34加工出轴向孔36，在泄油阀26的阀端48上加工出径同孔30，轴向孔36和径向孔30相互连通。泄油阀26的阀端48的端面凸出调节螺钉35的端面25。

下面来分析本发明装置的工作过程，图3表示的是本发明发动机缓速器处于关闭状态。

给电磁阀70断电，发动机润滑系统供给的低压润滑油被电磁阀70切断的同时，油道76中的润滑油经电磁阀70、油道74而流回发动机润滑油池而泄压。主动活塞82最后一次被调节螺钉86推到最高点后，由于得不到压力油的供应而无法再次向下运动，便在弹簧片84的作用力下被压在主动液压腔80的底部，不再与调节螺钉86接触。从动活塞20在接受到主动活塞82最后一次泵送的高压油而打开排气门6后，再完成打开泄油阀26、在弹簧18的作用力下逐渐压向调节螺钉35的动作，并最终压在调节螺钉35上，与排气门压块8形成一定的间隙10。主动活塞82、从动活塞20便脱离与调节螺钉86、排气门压块8的接触，缓速器保持关闭状态。此时发动机为正常的做功模式，驱动车辆运动。

图4所示是420--30°曲轴转角范围时发动机缓速器所处状态，此时调节螺钉86运动到最低点，润滑油已注满主动液压腔82。

在车辆的运行中，给电磁阀70通电，低压的润滑油便从油道72流向油道76，同时，油道74截止。低压的润滑油克服压缩弹簧60的作用力而推开第一单向阀62，从而流过油道78而流入主动液压腔80中，在克服簧片84的作用力后推动主动活塞82向下运动，并使主动活塞82接触到驱动它的调节螺钉86。一旦调节螺钉86运动到最低点后，主动液压腔80便注满了润滑油，润滑油停止进入主动液压腔80，第一单向阀62在弹簧60的作用力下压在油道76的孔口上而密封。需说明的是：低压润滑油不足以推开第二单向阀58。

图5所示是5°曲轴转角位置时发动机缓速器所处状态，此时调节螺钉86运动到最高点。

当推杆90驱动主动活塞82向上运动时，由于第一单向阀62已落座密封，润滑油不能进入油道76，随着主动活塞82继续向上运动，主动液压腔80内的压力增大，当此压力增大到一定的值后，便克服弹簧56的作用力而推开第二单向阀58。主动液压腔80内的润滑油便流经油道54、第二单向阀58后流入油道52，进而流入从动液压腔16，并推动从动活塞20向下运动。由于此时从动液压腔16中的润滑油压力很大，而轴向泄油孔22中的压力很低(近似于发动机缓速器所处位置的大气压力)，此压差将泄油阀26紧紧压在从动活塞20上，泄油阀26的阀端48与轴向泄油孔22形成密封，润滑油便不能流入轴向泄油孔22。泄油阀26克服弹簧28的作用力后随从动活塞20一起向下运动。可以知道：从动液压腔16内的压力与弹簧18的作用力、气门弹簧4的作用力和气缸内的空气压力三者之总和成线性比例关系。当主动活塞82运动到其最高位置后，润滑油停止进入从动液压腔16，第二单向阀58在弹簧56的作用力下压在油道54的孔口上而密封，排气门6随从动活塞20运动到最低位置后便保持此位置。在从动活塞20推开排气门6的过程中，发动机气缸内的高压空气被释放掉，完成一次排气制动。

图6所示大约发生在180°曲轴转角位置，此时发动机排气门摇臂12接触到排气门压块8。

当发动机完成膨胀行程而进入排气行程时，排气门摇臂12开始运动，当排气门摇臂12接触到排气门压块8后，气门弹簧4的作用力和气缸内的空气压力就不再作用在从动活塞20上，这导致从动液压腔16内的压力下降，此压力的下降导致弹簧28打开泄油阀26，并使泄油阀26向上运动到其装配自由位置，完成泄油阀26的复位，此时泄油阀26的阀端48凸出调节螺钉35一定的量25。从动液压腔16中的润滑油便在弹簧18的作用下被挤出，流过轴向泄油孔22而进入发动机润滑油池(图中未画出)。从动活塞20向上运动，当从动活塞20接触到凸出的泄油阀26的阀端48时，泄油阀26的阀端48和轴向泄油孔22重新形成密封，润滑油便不再流出从动液压腔16，从动活塞20完成复位(见图4所示的从动活塞20、泄油阀26所处的位置关系)。发动机继续运转，排气门6在排气门摇臂12的控制下继续打开，然后关闭，在关闭的过程中，由于从动活塞20已复位回到初始位置，排气门6在落座的过程中就不会受从动活塞20的影响，即排气门6是完全依靠其本身的驱动摇臂12来控制落座的，而不受缓速器的任何影响。到此发动机缓速器完成一次工作循环。

图7表示本发明发动机缓速器的一种变形结构。通过与前面的图3对比，可以发现该变形结构缓速器的泄油阀26被设置在从动活塞20上，而轴向泄油孔22被设置在调节螺钉35上了。其工作原理和过程与前面的相关描述一样，这里就不再描述。

通过前述对本发明发动机缓速器结构原理和工作过程的描述，可以看出：在本发明中，由于设置了第一单向阀62、第二单向阀58和通到发动机润滑油池的轴向泄油孔22，使得液压管路中的工作介质是作单向流动的，每一个工作循环都排出缓速器大部分量的工作介质，并重新从发动机的润滑系统获取新的工作介质，这就使得业已存在于缓速器内部管路中的空气能够迅速被排除。另外，发动机排气门在制动状态下的落座是完全由发动机排气凸轮的缓冲型线段来控制的，使发动机排气门具有一个理想的落座运动。还有，本发明取消了控制阀，使缓速器的结构得到简化。并且，本发明装置处于关闭状态时，其所有运动件都和与之关联的发动机运动件脱离接触，发动机保持正常的做功工作模式，不受缓速器的任何影响。

Claims (3)

1、一种发动机缓速器，包括主动活塞(82)、从动活塞(20)、电磁阀(70)、泄油阀(26)，直接安装在一台内燃式发动机上，其特征在于：主动活塞(82)底部对准摇臂(88)上的间隙调节螺钉(86)，被簧片(84)压在主动液压腔(80)的底部；主动液压腔(80)进油道(76)的端部设三通电磁阀(70)；电磁阀(70)进端接供油道(72)，出端与连通油池的油道(74)接通，另一端接设有第一单向阀(62)的油道(76)；主动液压腔(80)的出油道(54)通过第二单向阀(58)连通从动液压腔(16)；

从动活塞(20)内腔设压缩弹簧(18)，弹簧(18)的下端由一托架(15)支撑，托架(15)由安装在从动液压腔(16)上的卡环(14)支撑；弹簧(18)的上端将从动活塞(20)压到一个固定在壳体(50)上的调节螺钉(35)上；从动活塞(20)的下端与发动机的排气门压块(8)接触；从动活塞(20)上设置一个轴向泄油孔(22)，所述孔的中心位于从动活塞(20)的中心线上并对准位于调节螺钉(35)内的泄油阀(26)；

所述调节螺钉(35)由螺母(32)固定在壳体(50)上；调节螺钉(35)内部设孔(46)和导向孔(40)，孔(46)的直径大于导向孔(40)的直径，形成一个台阶(44)；孔(46)内安装弹簧(28)由挡圈(24)限位，孔(40)内设泄油阀(26)；设弹簧(38)的一端位于导向孔(40)的底部，另一端压在泄油阀(26)的导向端(34)上，将泄油阀(26)向下压并使轴肩(42)接触到弹簧(28)，导向端(34)的直径比弹簧(28)的内径大；泄油阀(26)的导向端(34)设轴向孔(36)，在泄油阀(26)的阀端(48)上设径向孔(30)，轴向孔(36)和径向孔(30)相互连通。

2、一种发动机缓速器，包括主动活塞(82)、从动活塞(20)、电磁阀(70)、泄油阀(26)直接安装在一台内燃式发动机，其特征在于：主动活塞(82)底部对准摇臂(88)上的间隙调节螺钉(86)，被簧片(84)压在主动液腔(80)的底部；主动液压腔(80)进油道(76)的端部设三通电磁阀(70)；电磁阀(70)进端接供油道(72)出端与连通油池的油道(74)接通，另一端接设有第一单向阀(62)的油道(76)；主动液压腔(80)的出油道(54)通过第二单向阀(58)连通从动液压腔(16)；

从动活塞(20)的外环设压缩弹簧(18)；阶梯孔即孔(46)和导向孔(40)设于从动活塞(20)内，孔(46)的直径大于导向孔(40)的直径，形成一个台阶(44)；孔(46)内安装弹簧(28)由挡圈(24)限位，孔(40)内设泄油阀(26)；设弹簧(38)的一端位于导向孔(40)的底部，另一端压在泄油阀(26)的导向端(34)上，将泄油阀(26)向下压并使轴肩(42)接触到弹簧(28)，导向端(34)的直径比弹簧(28)的内径大；泄油阀(26)的导向端(34)设轴向孔(36)，在泄油阀(26)的阀端(48)上设径向孔(30)，轴向孔(36)和径向孔(30)相互连通。

所述轴向泄油孔(22)设置在调节螺钉(35)上，孔(22)的中心位于从动活塞(20)的中心线上并对准位于从动活塞(20)内的泄油阀(26)。

3、根据权利要求1或2所述的发动机缓速器，其特征在于：所述第一单向阀(62)、第二单向阀(58)采用球型单向阀、叶片式单向阀、平面型单向阀或锥面型单向阀。

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