带有自动复位的集成失动式摇臂制动器系统的制作方法
【专利说明】带有自动复位的集成失动式摇臂制动器系统
[0001]对相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2012年9月24日提交的，标题为“带有自动复位的集成失动式摇臂制动器”的第61/704742号美国临时专利申请的优先权。
技术领域
[0003]本实用新型涉及用于驱动内燃机中的气门的系统。
【背景技术】
[0004]内燃机通常使用机械式、电子式或液压机械式气门驱动系统以驱动发动机气门。这些系统可以包括由曲轴的旋转来驱动的凸轮轴、摇臂和推杆。当凸轮轴被用来驱动发动机气门时，阀驱动的时刻可以通过凸轮上的凸块的大小和位置来固定。
[0005]对于凸轮轴每360°旋转，发动机完成由四个冲程(S卩，膨胀、排气、进气、和压缩)构成的循环。进气阀和排气阀可以在膨胀冲程的大部分时间中关闭并保持关闭，在所述膨胀冲程中活塞远离气缸头(即，气缸头与活塞头之间的容量增加)。在做正功运行期间，燃料在膨胀冲程期间燃烧，并且由发动机传递正功。膨胀冲程在下止点处结束，在这时活塞反向运动并且排气阀可以打开以用于主排气升程。凸轮轴上的凸块可以在活塞向上运动时同步以打开用于主排气升程的排气阀并且迫使燃烧废气离开气缸。在接近排气冲程结束时，凸轮轴上的另一个凸块打开用于主要进气事件的进气阀，在这时活塞远离气缸头运动。当进气冲程末了，进气阀关闭，活塞靠近下止点。当进排气阀全部关闭时，活塞再次向上运动进入压缩冲程。
[0006]上述提到的主进气和主排气升程是内燃机正功所必需的。对于其他辅助阀升程，是不必要的，但值得有。举例来说，对于压缩释放式发动机制动，泄气式发动机制动，部分循环泄气式发动机制动，废气再循环(EGR)，制动废气再循环(BGR)需要在为正功或则其他发动机操作模式驱动进排气阀，或则其他辅助进排气阀升程。图12例举了主排气升程600，和辅助阀升程，例如压缩释放发动机制动升程610，泄气式发动机制动升程620，废气再循环升程640，制动废气再循环升程630，这些阀升程需要本实用新型的不同实例通过驱动发动机气门来实现主阀和辅助阀升程。
[0007]关于辅助阀升程，内燃机通过控制废气气流来得到发动机制动。压缩释放式制动，废气循环，废气压力控制，泄气式制动这些发动机制动系统一般都是通过控制废气气流的原理来实现的。
[0008]压缩释放式发动机制动时，排气阀会选择性地被打开，从而短暂性地将内燃机变成空气压缩机。在压缩冲程，活塞向上运动，气缸中的气体在气缸内被压缩，这部分压缩气体阻止活塞向上运动。当活塞到达上止点时，至少一个排气阀被打开释放气缸中被压缩的气体到排气管中，从而防止储存在压缩气体中能量返回到发动机接下来的膨胀冲程。这样一来，发动机产生了制动能帮助车辆减速。现有技术的压缩释放式发动机制动器的一个实例在康明斯的序号3220392的美国专利(1965年11月)公开中提供，在此引为参考。
[0009]泄气式发动机制动时，除了在排气冲程时有正常的主排气升程，排气阀在其他三个发动机冲程(全循环泄气式制动器)会保持微小的打开，或(部分循环泄气式制动器)会在发动机其余三个冲程的部分时间段保持排气阀微小打开。这部分从气缸中泄漏的气体使得发动机减速。通常，在泄气式制动阶段制动阀打开是在压缩释放上止点之前(早于阀驱动)，然后升程在一个时间段内保持不变。如此，因为阀的提前打开，使得泄气式发动机制动器要求打开阀的力小，持续泄气比压缩释放式制动的急速放气产生的噪音也小。
[0010]废气再循环(EGR)系统在发动机做正功时，允许一部分废气回流到内燃机气缸中。EGR是用来降低发动机正功阶段所产生的部分氮氧化物(NOx)。EGR系统也可以用来控制发动机制动阶段排气管和发动机气缸中的压力和温度。一般来说，有两种EGR系统，内部和外部。外部EGR系统通过进气阀来使废气循环到气缸内。内部EGR通过排气阀或进排气使废气循环到气缸内。本实用新型实例考虑内部EGR系统。
[0011]制动气体再循环(BGR)系统在发动机制动时允许一部分废气流回发动机气缸。在进气冲程时再循环的废气流入发动机气缸，气缸内增加的气体质量可以用于压缩释放制动。结果就是，制动气体再循环系统在制动时将会增加制动效果。
[0012]在许多内燃机中，发动机进气阀和排气阀的打开和关闭是由固定的凸轮型线决定的，更具体的说是每个凸轮上的一个或多个固定的凸块和凸块组成。如果进气阀和排气阀的开闭时间和升程是可变的将可以得到提高性能，提高燃油经济性，低排放和好的驾驶性能等好处。而固定凸轮型线的使用，使得调节阀正时和阀升程以适于不同的发动机运行状况变的困难。
[0013]在固定的凸轮型线下，可以通过可变阀来调节阀正时和阀升程，此可变阀驱动合并阀和凸轮之间的阀机构失动装置。失动装置这个术语用于一类技术解决方案由凸轮型线禁止改变阀运动，在可变长度的机械，液压或其他连杆机构的情况下。在失动装置中，凸轮凸块在整个发动机运行状况下提供所需最大运动。可变长度的系统将会被纳入阀机构中，作为打开的阀和提供最大运动的凸轮的媒介，减少部分或所有的凸轮传给阀的运动。
[0014]发动机制动，正功和废气再循环运行时，使用失动装置时适当控制发动机气门升程和阀正时可以增强发动机性能和可靠性。例如，发动机制动时，由于系统的阀间隙，排气阀会形成一个附加的阀升程。这个附加的阀升程可能会增大在排气阀和进气阀之间的阀重叠，并且造成过量排气流回气缸和进气歧管。这个结果会导致制动和废气再循环功能出问题，例如较高的喷油嘴温度和较低的发动机制动功率。此外，额外的阀升程会引起可靠性问题，包括阀门和活塞接触的可能性的增加。相应的，减少或消除发动机制动时的附加阀升程可以提高制动性能和发动机可靠性。这个计划应该在此次实用新型具体体现出来。
[0015]在正功时适当的控制发动机气门升程和正时，发动机正功也能得到改善。例如进气正时改变，进气阀比标准进气阀要早关闭，这个过程叫米勒循环。控制进气正时会改善燃油经济性和废气排放。
[0016]成本，包装和尺寸经常是决定发动机制动器或阀驱动系统是否令人满意的因素。附加系统添加到现有发动机中经常需要高昂的成本和额外的空间需求。已有的发动机制动系统可以避免高成本或额外的包装，但是这些系统的尺寸和附加组件的数量经常导致较低的可靠性和尺寸问题。因此提供完整的发动机制动系统可以降低成本，提供高性能和可靠性，而且不存在空间或包装问题。
[0017]本实用新型的系统和方法可以体现在:特别适于此种发动机，这种发动机需要实现正功的阀驱动，发动机制动阀升程和废气再循环阀升程。本实用新型的一些但不必是全部实例通过失动装置，特别是失动装置整合到摇臂内的系统结构来选择性地驱动发动机气门。本实用新型的一些但不必是全部实例可以在发动机做正功时，发动机制动时和废气再循环运行时会增强发动机性能和效率。本实用新型的实施例的另外有点部分再下文的说明书中阐述，并且部分优点对于本领域的普通技术人员来说根据说明书和本实用新型的实践将是显而易见的。
【实用新型内容】
[0018]针对上述挑战，申请人已开发出一种带有自动复位的集成失动式摇臂制动器系统，其包括:摇臂，其具有远离气门桥的第一端和靠近气门桥的第二端，所述摇臂在第二端处具有作用于气门桥中部上的第一表面；配置在在所述气门桥内靠近中部的滑动销或配置在所述气门桥上靠近中部的接触面，所述气门桥在所述滑动销或接触面下方具有适于接触发动机气门的下表面；驱动活塞，其在摇臂内可滑动地放置在摇臂第一端与第二端之间的点处并且在摇臂第一端与第二端之间的点处从摇臂延伸，所述驱动活塞具有适于接触气门桥的滑动销或接触面的下表面；放置在所述摇臂中的液压驱动型机械锁定组件，所述机械锁定组件接触所述驱动活塞；以及液压流体通道，其穿过摇臂延伸到机械锁定组件。
[0019]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括相对于摇臂偏压驱动活塞的一个或多个弹簧。
[0020]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括配置在所述摇臂中的控制阀。
[0021]根据优选实施方式，机械锁定组件包括:可滑动地放置在驱动活塞内的内柱塞；与内柱塞和驱动活塞接触的一个或多个球形、滚子形、或楔形锁定元件；以及配置在围绕驱动活塞的壁上的适于接收所述一个或多个球形、滚子形、或楔形锁定元件的一个或多个凹部。
[0022]根据优选实施方式，内柱塞包括适于接合所述一个或多个球形、滚子形、或楔形锁定元件的倾斜部分。
[0023]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括相对于驱动活塞偏压内柱塞的一个或多个弹簧。
[0024]根据优选实施方式，机械锁定组件包括:可滑动地放置在摇臂中的靠近驱动活塞的锁定活塞，所述锁定活塞具有与驱动活塞接触的下部不平坦表面；以及可滑动地放置在摇臂中的靠近锁定活塞的复位活塞，所述复位活塞具有适于以这样的方式接合锁定活塞的接触面，以便作为复位活塞的运动的结果而相对于复位活塞移动锁定活塞。
[0025]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括穿过摇臂延伸到孔的液压流体通道，复位活塞放置在所述孔中。
[0026]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括配置在孔中的弹簧，复位活塞放置在所述孔中。
[0027]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括在锁定活塞与驱动活塞之间放置在锁定活塞的下部不平坦表面中的球或滚子。
[0028]根据优选实施方式，锁定活塞的下部不平坦表面呈阶梯形以提供两级凹部。
[0029]根据优选实施方式，集成失动式摇臂制动器系统还包括在复位活塞的上方延伸到摇臂中的复位活塞间隙调整螺钉。