CN1737352A - 排气门开启高度可变的发动机缓速器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种排气门开启高度可变的发动机缓速器装置，包括：驱动活塞、驱动弹簧、限位销、单向阀和相关油道；其通过驱动活塞来控制排气门的反跳，并利用此反跳在压缩行程中让排气门保持一个节流开度使气缸内的气体节流释放；另外还设置了泄油通道，使得本发明装置，能够使发动机在其全转速范围内根据转速的大小调整排气门所形成的节流开度。发动机在高转速运转时，排气门的节流开度大；发动机在低转速运转时，排气门的节流开度小，使得发动机在每个转速下都能发出理想的制动力；而且，由于泄油通道的存在，导致本发明装置的结构很简单、新颖，使获得更低的发动机高度成为可能。

Description

排气门开启高度可变的发动机缓速器装置

技术领域

本发明涉及一种控制发动机排气门运动的机械液压装置，具体涉及排气门开启高度可变的发动机缓速器装置；其典型的应用在四行程往复活塞内燃式发动机上，使发动机发出制动马力对车辆进行减速。

背景技术

现代车辆，特别是重型载重汽车、大型客车由于自身质量和所装载的质量大，在实施减速的过程中，导致刹车摩擦副产生大量的热量，这给行车带来极不安全的隐患。因此车辆装备辅助刹车减速的缓速器显得非常必要。目前我们国家广泛使用的是排气碟阀式发动机缓速器，是在发动机的排气管路中安装一个碟阀装置。当碟阀关闭后，在排气管中形成一个大大高于发动机正常运转情况下的压力，使发动机在排气行程消耗能量，以此来吸收车辆的能量(动能或势能)。

但排气碟阀式发动机缓速器的制动功率有限，只能满足车辆部分路况下的制动减速要求。可以采用提高发动机排气背压的措施来提高发动机的制动功率。但排气背压的提高受发动机排气门回位弹簧的限制，如果排气背压建立得太高，排气管中的压力气体会冲开处于进气行程气缸的排气门，这一现象俗称排气门反跳。

排气门反跳会给发动机的安全运转带来影响。排气门被压力气体打开后，排气管中的气体会流入相应的气缸并使排气管中压力下降，从而导致排气门在回位弹簧的作用下又关闭，但此时的关闭是不受排气门驱动凸轮控制的，排气门和气门座圈会产生强烈的落座冲击，此冲击会损坏排气门和座圈。

美国专利3367312、3547087、4662332、5215054、5335636、5647319、6594996公开了几种在压缩行程利用排气门节流释放气缸内的气体，以此让发动机产生能量净损失的结构原理和方法。

美国专利5692469公开的结构是利用排气门反跳来使排气门在压缩行程中形成一个开启高度(见图1)。该专利结构是在摇臂3和排气门1之间设置了一个液压活塞6，发动机的压力润滑油通过油道18、油道16和单向阀17供给液压活塞6，一个泄油孔20通入液压活塞6的液压腔，泄油孔20由一个位于固定的悬臂21上的调节螺钉22的球头密封。当排气碟阀关闭使发动机进入制动状态后，排气管中的压力就上升，排气门1在进气行程中被此压力打开，产生气门反跳，排气门1被高压气体打开后，油道18中的压力润滑油就推开单向阀17并推动驱动活塞6伸出，驱动活塞6所伸出的距离由一个限位零件14限制。排气门1在反跳完毕回位过程中接触到液压活塞6时，液压腔内的压力迅速升高，单向阀17落座密封，液压腔内产生液力自锁，液压活塞6就阻挡住排气门1并使之形成一个开度，发动机进入压缩行程后，此开度就对气缸内的气体进行节流释放，到膨胀行程时气缸内就没有了能量返回活塞，发动机产生能量净损失；接着发动机进入膨胀行程，在膨胀行程末段排气门驱动摇臂3开始运动，此时泄油孔20脱离与调节螺钉22的球头接触而失去密封，液压腔内的润滑油就在气门回位弹簧的作用力下流出，液压活塞6复位，完成一次工作循环。

图2是5692469公开的其控制的排气门运动示意曲线。发动机的排气门1在进气行程中的某一点，在排气背压的作用下被压力气体打开，达到其反跳最大开度B，然后排气门1回位关闭，在关闭过程中被液压活塞6所阻挡并形成一个开启高度C，此开度一直持续到排气行程的始点。可以看出：在压缩行程时，排气门的开启高度是一个固定值C，此开启高度不随发动机的转速发生变化。

分析发动机在压缩行程通过排气门节流释放气缸内的气体的流动过程，可以知道：当发动机进入制动状态并处于高转速时，由于绝对排气时间短，就要求排气门保持大的开启高度，如果缓速器所控制的排气门的开度小，则发动机气缸内的压力气体来不及节流释放，而在发动机的膨胀行程时能量又返回发动机活塞，导致发动机的制动效能下降。相反地，当发动机处于低转速时，由于绝对排气时间长，就要求排气门保持小的开启高度，如果缓速器所控制的排气门的开度大，则发动机气缸内所建立的节流释放压力将小，这也会导致发动机的制动效能下降。因此，排气门的开启高度应随发动机的转速不同而发生变化，转速高时加大排气门开启高度，转速低时降低排气门开启高度。这是需要解决的问题，在现有的专利技术中，未涉及这一问题。

发明内容

针对目前的发动机缓速器存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种使发动机排气门在压缩行程中的开启高度，能够在发动机全转速范围内，根据发动机转速的大小进行调整的发动机缓速器装置。

本发明进一步的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的发动机缓速器装置。

实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种排气门开启高度可变的发动机缓速器装置，其典型的应用在四行程往复活塞内燃式发动机上，使发动机发出制动马力对车辆进行减速，它直接安装在发动机的排气门驱动摇臂的驱动活塞孔中，并作用在排气门上，发动机的润滑系统通过位于排气门驱动摇臂中的供油道向该装置供给低压的润滑油；该发动机每缸具有一个由凸轮驱动的排气门，凸轮和排气门之间的运动由推杆和摇臂等传递，排气门回位弹簧使排气门在不受外力的情况下保持关闭；该发动机的排气管路中还具有一个碟阀装置来提高排气背压，直至克服排气门回位弹簧的预紧力使排气门被此压力打开。

在驱动活塞孔的径向上具有限位销孔；限位销位于限位销孔中，二者过盈配合；所述限位销穿过径向通孔；

驱动活塞位于驱动活塞孔中，二者形成液压空间；其外周加工出周向环槽对准油道，在周向环槽上加工径向通孔；其一端加工轴向孔，在轴向孔的底部再加工轴向油孔与径向通孔接通，轴向孔的直径大于轴向油孔的直径；另一端加工圆弧面来与排气门配合工作；

驱动弹簧的一端压在驱动活塞孔的底部上，另一端压在轴向孔的底部；

单向阀在弹簧的作用下压在轴向油孔的孔口上而密封；

在驱动活塞和驱动活塞孔形成的液压空间区域内设置泄油通道。

本发明的发动机每缸具有一个由凸轮驱动的排气门，凸轮和排气门之间的运动由推杆和摇臂等传递，排气门回位弹簧使排气门在不受外力的情况下保持关闭；该发动机的排气管路中还具有一个碟阀装置来提高排气背压，直至克服排气门回位弹簧的预紧力使排气门被此压力打开。本发明结构中通过设置一个泄油通道，使发动机排气门的开启高度能在发动机全转速范围内进行自动调整，并使获得更低的发动机高度成为可能。本发明构思新颖巧妙、设计合理、结构简单，具有体积小、质量轻、成本低廉、工作可靠等优点，安装布置也非常方便，适于推广运用。

附图说明

图1：现有技术的结构原理示意图。

图2：现有技术实现的排气门运动曲线示意图。

图3：本发明装置制动状态的结构原理示意图。

图4：本发明装置在A-A剖面上的示意图。

图5：本发明装置做功状态的结构原理示意图。

图6：本发明装置实现的排气门运动曲线示意图。

图7：本发明装置另一实施例制动状态的结构原理示意图。

图8：本发明装置第三实施方式泄油通道设置位置示意图。

图9：本发明装置第四实施方式泄油通道位置示意图。

图10：本发明装置第五实施方式泄油通道位置示意图。

图11：本发明装置第六实施方式泄油通道位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图3、图4、图5所示，本发明装置包括驱动活塞54、限位销60、单向阀78、驱动弹簧66、泄油孔72等，其直接安装在一台内燃式发动机的排气摇臂3上并对准发动机的排气门1，在推杆4的驱动下与排气摇臂3一起运动。

发动机的润滑系统(未画出)通过摇臂轴50向位于排气摇臂3中的供油道18供给压力润滑油，在排气摇臂3的气门端上加工驱动活塞孔8和供油道18连通，在驱动活塞孔8的径向上加工限位销孔63(见图4)。限位销60位于限位销孔63中，二者过盈配合；限位销60穿过径向通孔58。

驱动活塞54位于驱动活塞孔8中，二者形成液压空间73。

驱动活塞54外周加工出周向环槽56对准油道18，在周向环槽56上加工径向通孔58；其一端加工轴向孔64，在轴向孔64的底部再加工轴向油孔62与径向通孔58接通，轴向孔64的直径大于轴向油孔62的直径；另一端加工圆弧面52来与排气门1配合工作。

驱动弹簧66的一端压在驱动活塞孔8的底部76上，另一端压在轴向孔64的底部。

单向阀78在弹簧74的作用下压在轴向油孔62的孔口上而密封。

在驱动活塞孔8的底部76设置轴向的泄油孔72，泄油孔72将液压空间73与发动机润滑油池(未画出)连通。

下面来分析本发明装置的工作过程，图3、图4表示的是本发明装置处于发动机制动工作状态，图6所示是本发明装置实现的排气门运动曲线示意图。

当发动机排气管路上排气碟阀(未画出)关闭后，排气管中的气体压力增加，导致排气门1在进气行程中被压力气体向下冲开，排气门1的运动见图6中的A1曲线。油道18中的低压润滑油便通过周向环槽56、径向通孔58流向轴向油孔62，在克服弹簧74的作用力后推开单向阀78而进入液压空间73中，和驱动弹簧66一起将驱动活塞54向排气门1的方向推出，直到径向通孔58接触到限位销60，此时驱动活塞54的端部70和驱动活塞孔8的底部76间形成间隙68；另有小部分的低压润滑油通过泄油孔72流回发动机的润滑油池，需说明的是：泄油孔72的直径很小，在发动机润滑系统压力下所泄漏的油量极小，不足以引起压力下降。

当排气管路中的压力气体通过排气门1流进发动机气缸(未画出)后，其压力逐渐下降，最后导致排气门1在回位弹簧(未画出)的作用下关闭。在排气门1关闭过程中，当其接触到已伸出的驱动活塞54时，单向阀78落座密封，液压空间73中的润滑油发生液力自锁，阻挡住排气门1关闭，使排气门1保持一个的初始开度E(见图6)，此初始开度为间隙68与排气门间隙之差。由于排气门1作用在驱动活塞54上，导致液压空间73中的压力大大增加形成高压，在此高压下，液压空间73中的润滑油通过泄油孔72流向发动机润滑油池。

发动机继续运转，泄油孔72持续泄油，导致排气门1逐渐降低开启高度，在接下来的压缩行程中，排气门1的开启高度继续降低(见图6中A2曲线)，所形成的开启高度对发动机气缸内的气体向排气管路中进行节流释放，当发动机进入膨胀行程时，缸内便没有了压力气体，从而发动机产生能量净损失，发出制动马力。

发动机进入膨胀行程，泄油孔72继续泄油，排气门1继续降低开启高度，在接近关闭时，由于相邻气缸的作用，导致排气门1再次发生反跳(见图6中A3曲线)。驱动活塞54按前述工作过程再次伸出直至被限位销60限位。在将排气管中的气体导入气缸后，排气门1关闭，在关闭过程中接触到驱动活塞54，液压空间73发生液力自锁，阻挡住排气门1关闭，使排气门1保持一个的初始开度E(见图6)，此初始开度为间隙68与排气门间隙之差。由于排气门1作用在驱动活塞54上，导致液压空间73中的压力大大增加形成高压，在此高压下，液压空间73中的润滑油通过泄油孔72流向发动机润滑油池，排气门1逐渐降低开启高度(见图6中A4曲线)。

发动机进入排气行程，推杆4开始向上运动并驱动摇臂3，摇臂3将推杆4的运动传递给驱动活塞54和排气门1并使其一起向下运动(见图6中曲线A5)。在此过程中，泄油孔72继续泄油，直至在D1点(见图6)驱动活塞54的端部70接触到驱动活塞孔8的底部76。驱动活塞54完成复位。

当发动机再次进入进气行程排气门发生反跳时，完成一次工作循环。

图5所示是本发明装置处于发动机做功状态。

当排气碟阀开启后，排气管路中的压力恢复到正常的水平，此压力不足以导致排气门1发生反跳。油道18继续向液压空间73供给压力润滑油，需说明的是：在关闭状态，驱动弹簧66的作用力与驱动活塞54产生的液压力之和，不足以克服排气门1的回位弹簧力。当液压空间73中的润滑油通过泄油孔72泄漏，直至驱动活塞54的端部70与驱动活塞孔8的底部76形成间隙80，发动机即恢复到正常的做功模式，间隙80即是前述提到的排气门间隙。由于排气门1不发生反跳，驱动活塞54又无法单独推动排气门1，排气门1的运动规律就不会发生改变，其将按正常做功模式下的运动规律运动，即图6中曲线A6。此时的驱动活塞54仅仅起到一个传力元件的作用，将排气摇臂3的运动传递给排气门1。

图6是本发明装置所产生的排气门的运动曲线示意图。图中A1、A2、A3、A4、A5、A6的连续曲线代表发动机在高转速下进入制动状态后排气门1的运动曲线。曲线A1是排气门1在进气行程反跳时的运动曲线，排气门1将排气管路中的气体导入气缸后随即关闭，关闭过程中被驱动活塞54控制，此时排气门1形成初始开度E，其值为前述间隙68和间隙80之差，由于在泄油孔72的泄油作用，排气门1逐渐降低开启高度形成A2运动曲线；在压缩行程中，排气门1对气缸内的气体进行节流释放，其排气时面值为S，发动机产生能量净损失，发出制动马力；在膨胀行程中的某一时刻，排气门1再次发生反跳，即曲线A3，随后排气门1关闭并被驱动活塞54控制按曲线A4运动；发动机随即进入排气行程，泄油孔72持续泄油，直至在D1点将液压空间73中的润滑油全部泄漏，驱动活塞54的端部70接触到驱动活塞孔8的底部76，驱动活塞54完成复位，排气门1按曲线A6继续运动；在接下来的进气行程中，排气门1又发生反跳时完成一次工作循环。图中A1′、A2′、A3′、A4′、A5′、A6的连续曲线代表发动机在低转速下进入制动状态后排气门1的运动曲线。此运动曲线与高转速下的运动曲线具有相同的机理，不同之处在于：排气门反跳的开度要小一些，即A1′、A3′曲线的高点低一些；另外，在压缩行程形成的排气时面值S′比S小；还有就是驱动活塞54完成复位的曲轴转角位置点D2不同。不难理解的是：当发动机在高低转速之间的某一转速下运转时，排气门1的运动曲线必然在前述两条曲线之间，这里就不画出。可以看出：当发动机在高转速下进行制动时，在压缩行程所形成的排气时面值S大，对应的就是排气门1的开启高度高；当发动机在低转速下进行制动时，在压缩行程所形成的排气时面值S′小，对应的就是排气门1的开启高度低。

之所以排气门1在压缩行程中的开启高度能随发动机的转速发生变化，是因为本发明装置设置了一个泄油通道——即泄油孔72。该泄油通道在装置的每次工作循环中所泄漏的油量会根据发动机转速的不同而发生变化。

流过泄油孔72的油量与泄油孔孔径、工作介质的压力和持续时间成一个函数关系，可用下面的公式来表达，即：

G＝f(Φ，P，t)

式中：G为流过泄油孔72的泄油量

     Φ为泄油孔72的孔径

      P为液压空间中的压力

      t为泄油持续的绝对时间

当本发明装置在实际应用中设计定型后，泄油孔72的孔径就固定，而且液压空间中的压力P也可以处理为一个恒定的值，这样的话，装置在其每工作循环中的泄油量G就只与泄油持续的绝对时间相关并成线性比例关系。而泄油持续的绝对时间与发动机转速密切相关，转速高时泄油持续的绝对时间短，泄油量就小，导致排气门1产生一个大的开启高度，即形成大的节流开度；转速低时泄油持续的绝对时间长，泄油量就大，导致排气门1产生一个小的开启高度，即形成小的节流开度。

图7所示是本发明装置的另一实施例，处于开启状态。发动机的润滑系统(未画出)通过摇臂轴50向位于排气摇臂3中的供油道18供给压力润滑油，在排气摇臂3的气门端上加工驱动活塞孔8，在驱动活塞孔8的底部76设置轴向油孔80和供油道18连通，在驱动活塞孔8的径向上加工限位销孔63(参见图4)。

驱动活塞154位于驱动活塞孔8中，二者形成液压空间73。

驱动活塞154上设置径向通孔58；驱动活塞154的一端设置轴向孔64，另一端设置圆弧面52来与排气门1配合工作。

限位销60的两端与限位销孔63过盈配合；限位销60穿过径向通孔58。

驱动弹簧66的一端压在驱动活塞孔8的底部76上，另一端压在轴向孔64的底部。

单向阀78在弹簧74的作用下压在轴向油孔80的孔口上而密封。

在驱动活塞孔8的底部76设置轴向的泄油孔72，泄油孔72将液压空间73与发动机润滑油池(未画出)连通。

本实施例与图3、图4和图5所示实施例具有相同的效果和目的，其工作原理完全一致，就不详细重复描述。只是液压空间73获得润滑油的油路不一样，本实施例是从位于驱动活塞孔8的底部76上的轴向油孔80获得，这很容易理解。

前面图3、图4和图5结构中的泄油孔72，以及图7结构中的泄油孔72是轴向设置在驱动活塞孔8的底部76上的，其所泄漏的润滑油流向了发动机的润滑油池。不难理解的是：只要在驱动活塞54和驱动活塞孔8所形成的液压空间73内设置泄油的通道，并将所述空间中的润滑油进行合适的泄漏，既可以泄向发动机的润滑油池，也可以泄向低压油道(向液压空间73供油的进油通道区域)，就可达到前述装置相同的效果和目的。这样看来，泄油通道不但可以设置在驱动活塞孔8的底部；也可以设置在驱动活塞54上泄向发动机的润滑油池的油道90(见图8)或泄向低压油道92(见图9)；也可以利用驱动活塞54与驱动活塞孔8之间的间隙来形成泄油通道泄向低压油道94(见图10)；也可以采用非球型单向阀，而在此单向阀上设置泄油的通道泄向低压油道96(见图11)。由于原理和工作过程相同，这里就不进行重复的描述。

通过前面对本发明所揭示的可变排气门节流开度装置的结构原理和工作过程的描述，可以看出：

本发明所揭示的结构中设置了一个泄油通道，使得本发明装置，能够在发动机全转速范围内根据发动机转速的大小调整排气门1所形成的节流开度，使发动机在每个转速下都发出理想的制动效能。发动机在高转速运转时，排气门1所形成的节流开度大；发动机在低转速运转时，排气门1所形成的节流开度小。这是由于泄油通道所泄漏的油量能够随发动机的转速发生变化。发动机转速高时，由于泄油绝对时间短，所泄漏的油量就少，排气门1所形成的节流开度就大；发动机转速低时，由于泄油绝对时间长，所泄漏的油量就多，排气门1所形成的节流开度就小。

另外，由于泄油通道的存在，就不需单独设置驱动活塞54的复位机构，导致本发明装置的结构很简单。与5692469专利相比，省掉了悬臂21、带球头的调节螺钉22和与其相关的安装固定件，并且使获得更低的发动机高度成为可能。

可以利用本发明所揭示的泄油方法对现有技术进行改造，以达到本发明所揭示的效果和目的。

Claims (4)

1、一种排气门开启高度可变的发动机缓速器装置，它直接安装在发动机的排气门驱动摇臂(3)的驱动活塞孔(8)中，并作用在排气门(1)上；包括驱动活塞(54)、驱动弹簧(66)、单向阀(78)和相关油道，驱动活塞(54)位于驱动活塞孔(8)中，二者形成液压空间(73)；其特征在于：

驱动活塞(54)上设周向环槽(56)和径向通孔(58)；驱动摇臂(3)上的供油道(18)对准周向环槽(56)并和驱动活塞孔(8)连通；驱动活塞(54)的一端设轴向孔(64)，在轴向孔(64)的底部设轴向油孔(62)通至径向通孔(58)；驱动活塞(54)的另一端设与排气门(1)配合的圆弧面(52)；

在驱动活塞孔(8)径向设有限位销孔(63)；设限位销(60)穿过径向通孔(58)；限位销(60)两端与驱动活塞孔(8)上的限位销孔(63)过盈配合；

设单向阀(78)在弹簧(74)的作用下压在轴向油孔(62)的孔口上；轴向孔(64)内还设驱动弹簧(66)，一端压在驱动活塞孔(8)的底部(76)上，另一端压在轴向孔(64)的底部；

在驱动活塞(54)和驱动活塞孔(8)形成的液压空间(73)区域内设置泄油通道。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述泄油通道为轴向设置于驱动活塞孔(8)的底部(76)上的泄油孔(72)。

3、根据权利要求1所述的发动机缓速器，其特征在于：所述泄油通道为驱动活塞(54)上设置泄向发动机的润滑油池油道(90)、泄向低压油道(92)或利用驱动活塞(54)与驱动活塞孔(8)之间的间隙来形成泄油通道泄向低压油道(94)。

4、根据权利要求1所述的发动机缓速器，其特征在于：所述泄油通道为设于单向阀上的泄油孔(96)。

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