CN213016479U - 叠加气门升程的发动机制动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种叠加气门升程的发动机制动装置，包括箱体、主活塞、副活塞、第一单向阀机构、第二单向阀机构和凸轮，凸轮包括排气反充凸台和压缩释放凸台，排气反充凸台位于压缩释放凸台之前，压缩释放凸台在发动机压缩冲程的缸压取得最高值之前抵达最高点，排气反充凸台产生排气反充气门升程，压缩释放凸台产生压缩释放气门升程，第二单向阀机构阻止副活塞孔内的机油返回主活塞孔，保持副活塞在副活塞孔内的伸出位置，叠加排气反充气门升程和压缩释放气门升程，降低了气门驱动链(包括摇臂和凸轮)上的载荷，减小了制动凸台的高度，结构紧凑，可靠性和耐久性增加。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械领域，尤其涉及发动机制动，特别是叠加气门升程的发动机制动装置。
背景技术
发动机制动可以分为压缩释放型制动和泄气型制动。
发动机的压缩释放型制动是在发动机活塞压缩冲程的后半期打开排气门。压缩释放型制动器的一个先例由康明斯(Cummins)于1965年在美国专利号 3220392披露，其制动系统经过液压回路将机械输入传递到要打开的排气门。液压回路上通常包括在主活塞孔内往复运动的主活塞，该往复运动来自于发动机的机械输入，比如说发动机喷油凸轮的运动或相邻排气凸轮的运动。主活塞的运动通过液压流体传递到液压回路上的副活塞，副活塞直接或间接地作用在排气门上，产生发动机制动运作的辅助气门运动。
发动机的泄气型制动是排气门除了正常的开启(主气门运动)之外，还在部分周期内保持小量恒开(部分周期泄气制动)，或在非排气冲程的周期内(进气冲程，压缩冲程，和膨胀冲程)保持小量恒开(全周期泄气制动)。部分周期泄气制动和全周期泄气制动的主要区别在于前者在大部分的进气冲程中不打开排气门。
发动机的压缩释放型制动和泄气型制动的区别主要有两点。第一点是制动排气门的开启相位(制动时间)不同。全周期泄气型制动的制动排气门是始终打开的，因此不牵涉到开启时间。部分周期泄气型制动的制动排气门的开启时间是在发动机的进气冲程的后半期；而压缩释放型制动的制动排气门的开启时间是在发动机的压缩冲程的后半期，比部分周期泄气型制动的制动排气门的开启时间要晚很多。第二点是制动排气门的开启高度(制动气门升程)不同。压缩释放型发动机制动比泄气型制动开启的气门更高，具有更大的制动功率，但同时也产生更大的制动载荷，比点火时候的常规气门驱动载荷高几倍，很容易超过凸轮接触应力的极限值，造成机构的磨损和失效，特别不适合平底挺柱式发动机。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种叠加气门升程的发动机制动装置，所述这种制动装置要解决现有技术中泄气型发动机制动装置的制动功率不足、而压缩释放型发动机制动装置制动载荷偏大的技术问题。
本实用新型的这种叠加气门升程的发动机制动装置，包括
箱体，所述箱体内包括主活塞孔和副活塞孔；
主活塞，所述主活塞设置在所述主活塞孔内，所述主活塞的外端承接来自发动机的凸轮运动；
副活塞，所述副活塞设置在所述副活塞孔内，所述副活塞的外端与发动机的气门相连；
第一单向阀机构，所述第一单向阀机构让发动机的机油从一个方向进入所述主活塞孔；
第二单向阀机构，所述第二单向阀机构让发动机的机油从一个方向进入所述副活塞孔；
其特征在于：所述发动机的凸轮运动包括排气反充凸轮运动和压缩释放凸轮运动，所述排气反充凸轮运动在压缩释放凸轮运动之前，所述压缩释放凸轮运动在发动机压缩冲程的缸压取得最高值之前抵达最高点。
进一步的，还包括止位机构，副活塞孔底的箱体上设置有一个卸油孔，所述止位机构在所述卸油孔的出口处与箱体相靠或相邻。
进一步的，所述箱体包括发动机的阀桥，所述气门包括发动机的第一气门和第二气门，所述主活塞孔设置在阀桥的中部并向上开口，主活塞孔内的主活塞的外端承接来自所述凸轮的运动，副活塞孔内的副活塞的外端与第一气门相连，副活塞孔底的阀桥内设置有所述卸油孔，所述止位机构在所述卸油孔的出口处与阀桥相靠或相邻。
进一步的，所述箱体包括发动机的摇臂，所述主活塞孔设置在所述摇臂的一端并向下开口，所述副活塞孔设置在摇臂的另一端也向下开口，主活塞孔内的主活塞的外端承接来自所述凸轮的运动，副活塞孔内的副活塞的外端与所述发动机气门相连，副活塞孔底的摇臂内设置有所述卸油孔，所述止位机构在所述卸油孔的出口处与摇臂相靠或相邻。
进一步的，所述第一单向阀机构设置在主活塞内。
进一步的，所述第二单向阀机构设置在主活塞孔和副活塞孔之间，所述第二单向阀机构只允许发动机的机油从主活塞孔进入副活塞孔。
进一步的，所述第二单向阀机构设置在副活塞内。
进一步的，所述排气反充凸轮运动的高度不大于所述压缩释放凸轮运动的高度，所述压缩释放凸轮运动包括一个水平或几乎水平的顶部。
进一步的，所述排气反充凸轮运动的高度不大于1毫米。
进一步的，所述压缩释放凸轮运动的高度不大于2毫米。
进一步的，所述压缩释放凸轮运动与排气凸轮运动集成，压缩释放凸轮运动通过水平或近乎水平的顶部过渡进入排气凸轮运动。
进一步的，还包括制动间隙补偿机构，所述制动间隙补偿机构包括防飞脱弹簧和象足垫，防飞脱弹簧的一端安置在发动机的摇臂上，防飞脱弹簧的另一端安置在象足垫上。
本实用新型和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本实用新型将发动机制动的驱动机构集成在发动机现有的气门驱动链(如阀桥或摇臂)内部，并利用第二单向阀机构阻止副活塞上面的流体压力传递给主活塞，叠加了制动气门升程，降低了气门驱动链(包括摇臂和凸轮)上的载荷，也减小了制动凸台的高度，结构紧凑，可靠性和耐久性增加。
附图说明
图1是本实用新型中叠加气门升程的发动机制动装置的实施例处于“关”位置(卸油状态)的示意图。
图2是本实用新型中叠加气门升程的发动机制动装置的实施例处于“开”位置(供油状态)的示意图。
图3是本实用新型中叠加气门升程的发动机制动装置的实施例中的凸轮运动曲线、气门运动曲线和缸压曲线的示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的叠加气门升程的发动机制动装置的实施例分别处于“关”的位置(卸油状态)和“开”的位置(供油状态)。图中包括三个主要组成部分：发动机的气门致动器200、气门300(包括一个第一气门3001 和一个第二气门3002)和叠加气门升程的发动机制动装置100。
气门致动器(驱动链)200包括凸轮230、凸轮从动轮235、推杆201、摇臂210以及阀桥400。通常在摇臂210的一端(靠近阀桥400或者靠近凸轮230) 带有阀隙调节机构。本实施例中的阀隙调节机构包括设置在推杆201一侧的摇臂210内的阀隙调节螺钉110，由锁紧螺帽105固定。摇臂210摆动式地安装在摇臂轴205上。
发动机的气门300包括第一气门3001和第二气门3002，它们分别由气门弹簧3101和气门弹簧3102(统称气门弹簧310)顶置在发动机缸体500内的阀座 320上，阻止气体在发动机汽缸和排气管600之间的流动。气门致动器200将凸轮230的机械运动，通过阀桥400传递给第一气门3001和第二气门3002，使其周期性地打开和关闭，产生常规(主)气门运动。
发动机的凸轮是发动机制动凸轮与发动机常规(主)凸轮的集成，所集成的凸轮230上含有发动机制动凸台和抬高后的常规凸台220，制动凸台包括在内基圆225上的排气反充凸台232和压缩释放凸台233，其先后顺序是排气反充凸台232、压缩释放凸台233和抬高的常规凸台220。
发动机制动装置100包括箱体、主活塞、副活塞、第一单向阀机构、第二单向阀机构以及制动间隙补偿机构。本实施例中的箱体采用发动机的阀桥400。阀桥400的中央向上开口设置有一个主活塞孔415，阀桥400的一端向下开口设置有一个副活塞孔190。主活塞孔415和副活塞孔190由液压通道412连通。主活塞孔415内和副活塞孔190内分别滑动式地设置有主活塞162和副活塞160。主活塞162的外端(上面)承接凸轮230的运动，通过连接件113和114(中间含有供油通道115)与发动机的摇臂210相连，摇臂210的另一端通过间隙补偿机构250、推杆201和凸轮从动轮235与凸轮230相连。副活塞160的外端(下面)与产生发动机制动的第一气门3001相连。阀桥400的另一端的下面与发动机的第二气门3002相连。副活塞孔底的阀桥400上设置有一个与外界连通的卸油孔197，卸油孔197出口所在的阀桥上侧相靠或相邻有一个止位机构125。止位机构125的箱体1251固定在发动机上。止位机构125包括可调的连接件1102 与连接件1142和紧固件1052。在凸轮230处于基圆225位置时，连接件1142位于副活塞孔190上方的阀桥400上并封闭卸油孔197的出口。
在阀桥400内的主活塞孔415边上还设置有定位销142，在主活塞162上设置有限位槽137，形成活塞限位机构，限制主活塞162的最大冲程。类似的活塞限位机构也可以用于副活塞160。
发动机制动装置100中主活塞162的供油(发动机的机油，又叫润滑油) 来自制动供油电磁阀(未显示)、供油通道和第一单向阀机构。供油通道很多，包括摇臂轴205内的轴向通道211、径向通道212、摇臂210内的凹槽或缺口213、通道214和连接件113内的通道115等。第一单向阀机构设置在供油通道内或者设置在供油通道和主活塞孔415之间。本实施例的第一单向阀机构的球阀172 (也可以是蝶阀或其它阀)安置在主活塞162内，允许发动机的机油从一个方向(供油通道)进入主活塞孔415。球阀172上面可以有来自弹性元件(如弹簧) 的预紧力，将球阀172偏置在关闭位置。
发动机制动装置100的间隙补偿机构250包括防飞脱弹簧198和象足垫116。象足垫116的一端为凹球面并与固紧在摇臂210上的调节螺钉110的压球面相配合，象足垫116的另一端与发动机的推杆210相连，防飞脱弹簧198的一端安置在摇臂210上，另一端安置在象足垫116上。间隙补偿机构250的防飞脱弹簧198也可以使用不同的安装方式、设置在不同的地方，比如说由主活塞162 与阀桥400之间的主活塞弹簧178替代。本实施例同时采用这两种弹簧，其中主活塞弹簧178的预紧力小于防飞脱弹簧198的作用力，使得主活塞162在主活塞孔415内处于缩回位置，在推杆201一侧的调节螺钉110和象足垫116之间形成间隙132(图1)；但在主活塞孔415充油之后，油压和主活塞弹簧178 克服防飞脱弹簧198的作用力，将主活塞162在主活塞孔415内从缩回位置推到伸出位置，在主活塞162和阀桥400之间生成的间隙130(图2)。所以间隙补偿机构250是用来消除气门驱动链内部的不跟随和冲击。
主活塞孔415和副活塞孔190之间设置有第二单向阀机构，本实施例的第二单向阀机构的球阀173(也可以是蝶阀或其它阀体)设置在副活塞160内。球阀173上面也可以有来自弹性元件(如弹簧，这里未显示)的预紧力，将球阀 173偏置在关闭位置。第二单向阀机构让发动机的机油从一个方向进入副活塞孔 190，也就是说第二单向阀机构只允许发动机的机油从主活塞孔415进入副活塞孔190，而不能从副活塞孔190返回主活塞孔415。
如图3所示，本实用新型的叠加气门升程的发动机制动装置的实施例中的凸轮运动曲线2230(与图1和2中的凸轮230对应)、气门运动曲线3230和缸压曲线4230。其中凸轮运动曲线2230包括排气反充运动部分2320(与与图1 和2中的排气反充凸台232对应)和压缩释放运动部分2330(与图1和2中的压缩释放凸台233对应)，排气反充运动2320在压缩释放运动2330之前，压缩释放运动2330在发动机压缩冲程的缸压曲线4230取得最高值4999之前抵达最高点，然后保持该高度基本不变，形成一个水平或几乎水平的顶部。这里所示的排气反充运动2320的高度不大于压缩释放运动曲线2330的高度，压缩释放运动2330通过水平或近乎水平的顶部过渡进入主气门(排气)运动曲线2220，形成一条集成式的凸轮曲线2230。
本实用新型的叠加气门升程的发动机制动装置的实施例的工作原理和过程说明如下。
当需要发动机制动时，打开制动供油电磁阀(未显示)，通过供油通道向发动机制动装置100供油。油压(和主活塞弹簧178)克服间隙补偿机构250中防飞脱弹簧198的作用力，使得主活塞162在阀桥400的主活塞孔415内从如图1 所示的缩回位置向上移到如图2所示的伸出位置，摇臂210被主活塞162推动而顺时针旋转，消除图1的间隙补偿机构250(推杆201一侧)的空隙132。主活塞162与主活塞孔415的孔底(也就是阀桥400)之间(包括间隙130)充满了液压流体(发动机的机油)，形成液压连接。此时第一单向阀机构的球阀172 落座关闭，阻止机油从主活塞孔415返回供油通道。
当凸轮230的排气反充凸台232从内基圆225往上升时(上升段)，摇臂210 逆时针转动驱动阀桥400内的主活塞162从图2的伸出位置往下移向主活塞孔底面的缩回位置，机油通过主活塞孔415和副活塞孔190之间的液压通道412 和176将阀座174上面的阀球173推开，进入副活塞孔190。副活塞孔190内的油压一方面将阀桥400上压顶靠止位机构125(连接件1142)，封堵卸油孔197 并保持阀桥400相对静止不动；另一方面，油压驱动副活塞160从缩回位置下移往外伸出，打开位于副活塞160下面的第一气门3001，产生发动机制动的排气反充气门运动3320(图3)。
当凸轮230的排气反充凸台232到达最高点后往下运动时(下降段)，摇臂 210顺时针转动，机油从第一单向阀机构的阀球172进入主活塞孔415(充油)，主活塞162在主活塞孔415从缩回位置向上到伸出位置，推动摇臂210顺时针旋转，跟随排气反充凸台232下降到零升程(凸轮基圆225)。注意到此时的气门运动曲线3230的排气反充气门运动部分3320并没有下降到零，而是保持在基本水平的等高升程(图3)。也就说，凸轮运动没有了，但气门却保持打开。这并非无中生有，而是第二单向阀机构在起作用。当凸轮230的排气反充凸台 232下降，主活塞162上移，主活塞孔415充油时，副活塞160中的阀球173落座于阀座174关闭，阻止副活塞孔190内的机油返回到主活塞孔415，将机油锁定在副活塞孔190内。所以，第二单向阀机构配合凸轮型线起了两个独特的作用：第一是在凸轮升程下降时可以保持气门打开和气门升程不变；第二是副活塞160上面的载荷(制动气门载荷)不会传递给主活塞162，也就是说，此时气门驱动链(摇臂210和凸轮230等)不承受制动载荷。
接下来凸轮230的压缩释放凸台233从内基圆225往上升时(上升段)，摇臂210再次将主活塞162从伸出位置往下压向主活塞孔415底面的缩回位置，主活塞孔415内的机油通过主活塞孔415和副活塞孔190之间的液压通道412 和176将阀座174上面的阀球173推开，进入副活塞孔190，加入副活塞孔190 内被锁定的油，使得处于伸出位置的副活塞160进一步下移(伸出)，也使得位于副活塞160下面已经打开的第一气门3001进一步的开启，产生更高的压缩释放气门运动3330(图3)。所以，压缩释放气门运动3330是由排气反充凸台232 产生的排气反充气门运动3323与压缩释放凸台233产生的压缩释放气门运动的叠加。
当凸轮230的压缩释放凸台233抵达最高点之后，第二单向阀机构的阀球 173落座关闭，阻止副活塞孔190内的机油返回到主活塞孔415，副活塞160上面的载荷(制动气门载荷)不会传递给主活塞162和气门驱动链(摇臂210和凸轮230等)。由于压缩释放凸轮运动2330在发动机压缩冲程的缸压4230取得最高值4999之前抵达最高点，这样就大大降低了和气门驱动链(摇臂210和凸轮230等)的载荷，提高了可靠性和耐久性。
在凸轮230进入抬高了的常规凸台220的上面部分(高于发动机制动凸台 233)时，主活塞162压迫主活塞孔底，驱动阀桥400向下运动。当阀桥400与位于其上面的止位机构125(即连接件1142)分离时，阀桥400内与副活塞孔 190相通的卸油孔197打开卸油，副活塞160从阀桥400的副活塞孔190内的伸出位置向上移到缩回位置，使得第一气门3001的升程被重置，产生与第二气门 3002几乎相同的关闭时间。
当不需要发动机制动时，关闭制动供油电磁阀(未显示)，停止向发动机制动装置100供油。在凸轮230进入集成后的抬高常规凸台220的上面部分(高于制动凸台232和233)时，主活塞162压迫主活塞孔底，驱动阀桥400向下运动。当阀桥400与位于其上面的止位机构125(即连接件1142)分离时，阀桥 400内与副活塞孔190相通的卸油孔197打开卸油，副活塞160从阀桥400的副活塞孔190内从伸出位置向上移到缩回位置。阀桥400将抬高后的常规凸台220 顶部的运动传递给两个气门3001和3002，产生常规气门运动。从此之后，副活塞160保持在图1所示的缩回位置而与阀桥400相连(由于气门弹簧3101的向上作用力)，主活塞162保持在图1所示的缩回位置也与与阀桥400相连(由于间隙补偿机构250中防飞脱弹簧198的作用力大于主活塞弹簧178的作用力)，气门驱动链内部(调节螺钉110和象足垫116之间)形成一间隙132。由于该间隙132，发动机制动凸台(如压缩释放凸台233和排气反充凸台232)的运动将被跳过，不会传递给气门300，只有抬高后的常规凸台220顶部的运动传递给气门300，产生发动机的常规(主)气门运动，发动机制动的运作被解除。
上述说明披露了叠加气门升程的发动机制动装置。这里的实施方式不应该被视为对本实用新型范围的限制，而是作为代表本实用新型的具体例证，许多其他演变都有可能从中产生。举例来说，这里的叠加气门升程的发动机制动装置和方法，不但可以用于推杆式发动机，也适用于顶置凸轮式发动机；不但可以用于驱动排气门，也适用于驱动进气门；制动时可以打开一个发动机气门，也可以打开两个发动机气门。第一单向阀机构和第二单向阀机构可以有不同的安置方式和地点，其中的阀体可以是球阀和蝶阀等不，在阀体上施加预紧力的可以是不同的弹性元件(包括弹簧)。此外，主活塞162和副活塞160可以采用不同的形式，如“H”型和“T”型等。还有，防飞脱弹簧198可以有不同的形式和安装在不同的地方，比如安装在主活塞内的弹簧也可以充当防飞脱弹簧。此外，这里的箱体，除了发动机的阀桥和摇臂之外，还可以是外加的、固定在发动机上的制动箱体。因此，本实用新型的范围不应由上述的具体例证来限制，而是由权利要求来决定。
Claims (12)
1.一种叠加气门升程的发动机制动装置，包括
箱体，所述箱体内包括主活塞孔和副活塞孔；
主活塞，所述主活塞设置在所述主活塞孔内，所述主活塞的外端承接来自发动机的凸轮运动；
副活塞，所述副活塞设置在所述副活塞孔内，所述副活塞的外端与发动机的气门相连；
第一单向阀机构，所述第一单向阀机构让发动机的机油从一个方向进入所述主活塞孔；
第二单向阀机构，所述第二单向阀机构让发动机的机油从一个方向进入所述副活塞孔；
其特征在于：所述发动机的凸轮运动包括排气反充凸轮运动和压缩释放凸轮运动，所述排气反充凸轮运动在压缩释放凸轮运动之前，所述压缩释放凸轮运动在发动机压缩冲程的缸压取得最高值之前抵达最高点。
2.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：还包括止位机构，副活塞孔底的箱体上设置有一个卸油孔，所述止位机构在所述卸油孔的出口处与箱体相靠或相邻。
3.如权利要求2所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述箱体包括发动机的阀桥，所述气门包括发动机的第一气门和第二气门，所述主活塞孔设置在阀桥的中部并向上开口，主活塞孔内的主活塞的外端承接来自所述凸轮的运动，副活塞孔内的副活塞的外端与第一气门相连，副活塞孔底的阀桥内设置有所述卸油孔，所述止位机构在所述卸油孔的出口处与阀桥相靠或相邻。
4.如权利要求2所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述箱体包括发动机的摇臂，所述主活塞孔设置在所述摇臂的一端并向下开口，所述副活塞孔设置在摇臂的另一端也向下开口，主活塞孔内的主活塞的外端承接来自所述凸轮的运动，副活塞孔内的副活塞的外端与所述发动机气门相连，副活塞孔底的摇臂内设置有所述卸油孔，所述止位机构在所述卸油孔的出口处与摇臂相靠或相邻。
5.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述第一单向阀机构设置在主活塞内。
6.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述第二单向阀机构设置在主活塞孔和副活塞孔之间，所述第二单向阀机构只允许发动机的机油从主活塞孔进入副活塞孔。
7.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述第二单向阀机构设置在副活塞内。
8.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述排气反充凸轮运动的高度不大于所述压缩释放凸轮运动的高度，所述压缩释放凸轮运动包括一个水平或几乎水平的顶部。
9.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述排气反充凸轮运动的高度不大于1毫米。
10.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述压缩释放凸轮运动的高度不大于2毫米。
11.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：所述压缩释放凸轮运动与排气凸轮运动集成，压缩释放凸轮运动通过水平或近乎水平的顶部过渡进入排气凸轮运动。
12.如权利要求1所述叠加气门升程的发动机制动装置，其特征在于：还包括制动间隙补偿机构，所述制动间隙补偿机构包括防飞脱弹簧和象足垫，防飞脱弹簧的一端安置在发动机的摇臂上，防飞脱弹簧的另一端安置在象足垫上。
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|---|---|---|---|---|
| WO2024175018A1 (zh) * | 2023-02-26 | 2024-08-29 | 上海尤顺汽车技术有限公司 | 一种发动机摇臂的间隙补偿机构和气门驱动系统 |
| WO2024180496A1 (en) * | 2023-02-28 | 2024-09-06 | Jacobs Vehicle Systems, Inc. | Rocker arm with a reset slider disposed in a lash adjustment assembly |
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