一种发动机制动方法
【专利摘要】一种发动机制动方法，利用凸轮滚轮的轴向驱动机构，将凸轮滚轮在滚轮轴上从第一轴向位置移动到第二轴向位置，使其从与常规点火凸轮的连接切换到与发动机制动凸轮的连接，消除常规点火的气门运动，产生发动机制动的气门运动。凸轮滚轮的轴向驱动机构既可以集成在气门致动器，如摇臂内，也可以位于气门致动器之外，如固定在发动机上。本发明的发动机制动方法所得到的是由专用制动凸轮产生的高功率制动，所述的专用制动凸轮可以只包括制动用排气凸轮，也可以同时有制动用排气凸轮和制动用进气凸轮，发动机制动运作为非液压式的固链式承载，没有液压承载的失效模式。本发明的制动控制简明，制动性能优异，结构简单紧凑，制造组装容易和应用广泛。
【专利说明】一种发动机制动方法
[0001]【技术领域】:
本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机制动领域，特别是一种发动机制动方法。
[0002]【背景技术】:
已有技术中，发动机制动技术广为人知，只需将产生动力的发动机暂时转换为吸收能量的空压机。转换过程中切断燃油，在发动机活塞压缩冲程接近结束时打开气门，允许被压缩气体(制动时为空气)被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀冲程返回到发动机活塞，而是通过发动机的排气及散热系统散发掉。最终的结果是有效的发动机制动，减缓车辆的速度。
[0003]发动机制动装置的一个先例是由康明斯(Cummins)提供的美国专利号3220392披露，该专利的发明利用液压传递，将喷油凸轮或邻近排气凸轮的运动传递给发动机的气门，在发动机常规气门运动的基础上，增加压缩释放制动的气门运动。该发明在发动机四冲程的每一个周期内，只产生一次压缩释放制动。
[0004]美国专利US 4，572，114(1986)披露了在四冲程发动机上实现两冲程发动机制动的装置和方法。这样，每两个冲程或者发动机的曲轴每旋转一次，就产生一次发动机制动。理论上来说，在发动机四冲程的每一个周期内产生两次压缩释放的两冲程制动，其制动功率将是传统的四冲程制动功率的两倍。但由于该发明采用两套液压驱动系统，其机构非常复杂，没有得到实际应用。
[0005]美国专利US 5，537，976 (1996)披露了另一种两冲程发动机制动的装置和方法，采用了凸轮驱动、液压连接、高速电磁阀和电子控制的手段，实现气门运动。由于每一个周期内，电磁阀都需要开启至少一次，对电磁阀的可靠性和耐久性有特别高的要求。加上液压驱动的其它问题，如气门落座速度的控制、发动机的冷启动等等，该发明也没有得到实际应用。
[0006]美国专利US 6，293，248 (2001)年披露了又一种两冲程发动机制动的装置和方法。为了在四冲程发动机上实现两冲程发动机制动，除了需要四个凸轮之外，还必须采用四根摇臂:两根排气摇臂(其中一根制动用)和两根进气摇臂(其中一根制动用)，结构与控制都很复杂，而且采用的也是液压式打开发动机的气门。
[0007]
【发明内容】
:
本发明的目的在于提供一种发动机制动方法，所述的这种发动机制动方法要解决现有技术中结构与控制复杂、液压驱动开启气门的可靠性与耐久性差和应用有限的技术问题。本发明的固体承载方式也消除了液压承载的高油压、高泄漏和高变形等失效模式。
[0008]本发明是一种发动机制动方法，所述的发动机包括气门致动器和气门，所述的气门致动器包括凸轮、凸轮滚轮和滚轮轴，所述的凸轮包括常规点火凸轮和发动机制动凸轮，所述的常规点火凸轮的升程和相位与发动机制动凸轮的升程和相位分别存在差异，所述的凸轮滚轮在滚轮轴上转动，凸轮滚轮与所述的滚轮轴之间还设置为轴向滑动副，凸轮滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，凸轮滚轮在第一轴向位置时，凸轮滚轮与常规点火凸轮相连或相邻，凸轮滚轮在第二轴向位置时，凸轮滚轮与所述的发动机制动凸轮相连或相邻，其特征在于:所述的发动机制动方法由下述步骤组成:
1)提供发动机制动控制机构，
2)提供凸轮滚轮的轴向驱动机构，所述的凸轮滚轮的轴向驱动机构由发动机制动控制机构控制，
3)开通发动机制动控制机构，
4)凸轮滚轮的轴向驱动机构将凸轮滚轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，
5)凸轮滚轮脱离常规点火凸轮，切换到与发动机制动凸轮相连，
6)丢失常规点火凸轮的运动及其相应的气门运动，
7)凸轮滚轮传递发动机制动凸轮的运动给气门，产生发动机制动运作。
[0009]进一步的，所述凸轮滚轮的轴向驱动机构集成在发动机的气门致动器之内。
[0010]进一步的，所述凸轮滚轮的轴向驱动机构位于发动机的气门致动器之外。
[0011]进一步的，所述的常规点火凸轮和发动机制动凸轮位于同一根凸轮轴上、相互毗邻而且有大致相同的内基圆。
[0012]进一步的，所述的气门致动器为排气门致动器，所述的气门为排气门，所述的凸轮为排气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮。
[0013]进一步的，所述的发动机制动用排气凸轮包括三个制动用排气凸台，其中的第一个制动用排气凸台为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，第二个制动用排气凸台为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近，第三个制动用排气凸台为排气反充气凸台，主要位于发动机的膨胀冲程内，紧接着所述的第一压缩释放凸台。
[0014]进一步的，所述的气门致动器包括排气门致动器和进气门致动器，所述的气门包括排气门和进气门，所述的凸轮包括排气凸轮和进气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮，所述的进气凸轮包括常规点火用进气凸轮和发动机制动用进气凸轮。
[0015]进一步的，所述的发动机制动用排气凸轮包括至少两个制动用排气凸台，其中的一个制动用排气凸台为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，另一个制动用排气凸台为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近。
[0016]进一步的，所述的发动机制动用进气凸轮包括两个制动用进气凸台，其中的一个制动用进气凸台主要位于发动机的进气冲程内，另一个制动用进气凸台主要位于发动机的膨胀冲程内。
[0017]进一步的，所述的气门致动器包括摇臂，所述的摇臂内集成有运动丢失机构，所述的运动丢失机构与至少一个气门相连。
[0018]本发明的工作原理是:当需要将发动机的常规点火运作转换为发动机的制动运作时，发动机的制动控制机构开通，凸轮滚轮的轴向驱动机构将凸轮滚轮在滚轮轴上的第一轴向位置移到第二轴向位置，凸轮滚轮与发动机常规点火凸轮的连接转换为与制动凸轮的连接，产生发动机的制动运作。
[0019]本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明通过移动滚轮在滚轮轴上的轴向位置，实现发动机点火与发动机制动之间的转换，具有结构简单紧凑、制造组装容易和应用广泛等优点。由于制动凸轮与常规点火凸轮相互独立，制动性能可以得到优化。本发明采用固链式(机械连接)传递载荷，消除了传统的发动机制动器采用液压式承载产生的高油压、高变形和高泄漏以及液压千斤顶等缺陷或失效模式。
[0020]【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明的发动机制动方法的实施例中采纳的发动机制动控制示意图。
[0021]图2是本发明的发动机制动方法的实施例1中采纳的发动机制动装置的示意图(侧视图)。
[0022]图3是本发明的发动机制动方法的实施例1中采纳的凸轮滚轮的轴向驱动机构在凸轮滚轮处于第一轴向位置时的示意图(俯视局部剖面图)。
[0023]图4是本发明的发动机制动方法的实施例1中采纳的凸轮滚轮的轴向驱动机构在凸轮滚轮处于第二轴向位置时的示意图(俯视局部剖面图)。
[0024]图5是本发明的发动机制动方法的实施例1中发动机常规点火运作时的常规点火凸轮(或常规点火气门)升程的示意图。
[0025]图6是本发明的发动机制动方法的实施例1中发动机制动运作时的一种制动用排气凸轮(或制动用排气门)升程的示意图。
[0026]图7是本发明的发动机制动方法的实施例2中发动机制动运作时的一种制动用排气凸轮和制动用进气凸轮(或制动用排气门升程和制动用进气门升程)的示意图。
[0027]【具体实施方式】:
实施例1:
图1到图6用来描述本发明的发动机制动方法的实施例1。图1是本发明的发动机制动控制示意图。发动机的常规点火运作10按照图1中左边的实线箭头运行。此时，发动机制动控制机构50关闭(不通电)，凸轮滚轮的轴向驱动机构100将凸轮滚轮235偏置在第一轴向位置，凸轮滚轮235与常规点火凸轮230相连接，常规点火凸轮230的运动传递给气门，产生发动机常规点火运作10。当需要将发动机的常规点火运作10转换为发动机的制动运作20时，切换到图1中右边的虚线箭头运行。此时，发动机的制动控制机构50打开(通电)，凸轮滚轮的轴向驱动机构100将凸轮滚轮235从第一轴向位置移动到第二轴向位置，凸轮滚轮235脱离常规点火凸轮230，切换到与发动机制动凸轮2302相连接，制动凸轮2302的运动传递给气门，产生发动机制动运作20。从图1中可以看出，发动机的常规点火运作10和发动机的制动运作20是相互独立的和互不影响的。
[0028]图2是本发明的发动机制动方法的实施例1中采纳的发动机制动装置的示意图(侧视图)。气门致动器200 (这里的说明同时适用于进气门致动器和排气门致动器)包括凸轮(常规点火凸轮230和发动机制动凸轮2302)，凸轮滚轮235和滚轮轴231。凸轮滚轮235除了可以在滚轮轴231上转动之外，还可以沿滚轮轴231作轴向移动(图3和图4)，形成滑动副。常规点火凸轮的凸台220和发动机制动凸轮的凸台232和233具有不同的升程和相位。但这两个凸轮位于同一根凸轮轴225上、相互毗邻且有相同或大致相同的内基圆。气门致动器200还包括转动式安置在摇臂轴205上的摇臂210。摇臂轴205内有供油通道211。摇臂210通过阀隙调节机构作用在发动机气门301上(这里显示的是单气门，但本发明同样适用于双气门的发动机，不过两个气门时需要增加气门桥)。气门301由气门弹簧311偏置在发动机缸体500的阀座320上，阻止气体在发动机汽缸和气道600之间流动。阀隙调节机构包括阀隙调节螺钉110，锁紧螺母105和象足114。
[0029]图3和图4分别是本发明的发动机制动方法的实施例1中采纳的凸轮滚轮的轴向驱动机构100在凸轮滚轮235处于第一轴向位置和第二轴向位置时的示意图(俯视局部剖面图)。摇臂210 (这里显示的摇臂210也可以是推杆式发动机的凸轮从动件)靠近凸轮的一端设置有一个缺口，缺口内设置有一根滚轮轴231，滚轮轴231上转动式地设置有一个凸轮滚轮235，凸轮滚轮235除了可以在滚轮轴231上转动之外，还可以沿滚轮轴231作轴向移动，滚轮轴231在缺口内的长度大于滚轮235的轴向长度，滚轮235在滚轮轴231上具有一个第一轴向位置(图3)和一个第二轴向位置(图4)。摇臂210内设置有一个凸轮滚轮的轴向驱动机构100，它通过一个滚轮拨叉236将凸轮滚轮235在第一轴向位置和第二轴向位置之间转换。
[0030]滚轮拨叉236的一端包括两个相互间隔的叉脚，两个叉脚中各自设置有孔或者槽238和239，滚轮轴231穿过两个叉脚中的孔或者槽238和239，滚轮235位于两个叉脚之间，滚轮拨叉236的另一端237与滚轮轴向驱动机构100连接(连接的方式可以多样)。滚轮轴向驱动机构100包括一个活塞164，活塞164设置在活塞孔260内，活塞孔260的轴向与滚轮轴231的轴向平行，活塞孔260的一端设置有流体通道214，活塞孔的另一端设置有一个弹簧156。活塞164靠近弹簧156的一侧(图中左侧)受到弹簧156的作用力，活塞164靠近流体通道214的一侧(图中右侧)受到流体(如发动机的机油)的作用力，两个作用力方向相反，可以将活塞164在活塞孔260内左右移动。活塞164与滚轮拨叉236的一端237相连(这里的连接方式是滚轮拨叉236的连接端237位于活塞164的环槽126内，发动机排气门驱动构件210内有连接端237的导向槽270)。活塞164的运动通过滚轮拨叉136传递给滚轮235，使滚轮235在滚轮轴231上的第一轴向位置(图3)和第二轴向位置(图4)之间移动。当滚轮235处于第一轴向位置时，它与凸轮轴225上的常规点火凸轮230连接或者相邻(图3);当滚轮235处于第二轴向位置时，它与凸轮轴225上的制动凸轮2302连接或者相邻(图4)。设计时最好使常规点火凸轮230和制动凸轮2302有大致相同的内基圆，且让凸轮滚轮235与凸轮230或2302之间有分开的趋势。
[0031]本实施例的操作过程如下。弹簧156将活塞164偏置在活塞孔260的底面靠近流体通道214的一侧(右侧)，活塞164通过滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第一轴向位置(图3中的右侧)，滚轮235与常规排气凸轮230连接或者相邻，将常规排气凸轮230的运动传递给发动机的气门301 (图1)，产生发动机点火时的常规气门运动(图5中的气门升程曲线220 (排气)或321 (进气))。当需要将发动机的常规点火运作10转换为发动机的制动运作20时，打开发动机的制动控制机构50，向凸轮滚轮的轴向驱动机构100提供驱动力。流体，如发动机机油通过流体通道211和214输入活塞孔260，油压克服弹簧156的作用力，将活塞164移到活塞孔260的开口靠近弹簧156的一侧(左侧)，活塞164带动滚轮拨叉236将滚轮235压靠在第二轴向位置(图4中的左侧)，滚轮235脱离与常规点火凸轮230的连接而与制动凸轮2302连接或者相邻，常规点火凸轮230的运动被丢失，而制动凸轮2302的运动被传递给发动机的气门301，产生发动机制动用的气门运动。
[0032]注意到上述的描述同时适用于排气门和进气门的驱动。但是如果我们假定本实施例在发动机的制动运作20时只将排气门的常规点火运作切换为发动机制动运作，进气门保持其常规点火运作不变，那么我们得到的是常规点火的进气门运动(图5中的进气升程曲线321)和发动机制动用的排气门运动。发动机制动用的排气门运动来自发动机制动用排气凸轮2302。发动机制动用排气凸轮2302包括如图6所示的三个制动用排气凸台，其中的一个为第一压缩释放凸台232，位于发动机的压缩上止点(0°曲轴角)附近，另一个为第二压缩释放凸台233，位于发动机的排气上止点(360°曲轴角)附近，最后一个为排气反充气凸台231，主要位于发动机的膨胀冲程内，紧接着第一压缩释放凸台232。
[0033]实施例2:
本实施例在上述实施例1的基础上增加了进气门的发动机制动运作。排气门致动器和进气门致动器都有凸轮滚轮的轴向驱动机构100，其结构和原理以及操作过程与上述实施例I的描述相同，在此不再重复。
[0034]本实施例包括四个凸轮:一个常规点火用排气凸轮230、一个制动用排气凸轮2302、一个常规点火用进气凸轮和一个制动用进气凸轮(比实施例1多了一个制动用进气凸轮)。当发动机需要常规点火运作时，凸轮滚轮的轴向驱动机构100将凸轮滚轮235偏置在第一轴向位置，进、排气凸轮滚轮与常规点火进、排气凸轮连接或者相邻，将常规点火进、排气凸轮的运动传递给发动机的气门，产生发动机常规点火时的进、排气门运动(见图5中的进、排气升程曲线321和220)。
[0035]当需要将发动机的常规点火运作10转换为发动机的制动运作20时，打开发动机的制动控制机构50，向凸轮滚轮的轴向驱动机构100提供驱动力，将进、排气凸轮滚轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，进、排气凸轮滚轮分别与进、排气制动凸轮连接或者相邻，将进、排气制动凸轮的运动传递给发动机的气门，产生发动机制动用的气门运动。排气制动凸轮的两个制动用排气凸台中的一个为第一压缩释放凸台232，位于发动机的压缩上止点(0°曲轴角)附近，另一个为第二压缩释放凸台233，位于发动机的排气上止点附近(360°曲轴角)。进气制动凸轮的两个制动用进气凸台中的一个为第一进气凸台322，主要位于发动机的进气冲程内，另一个是第二进气凸台323，主要位于发动机的膨胀冲程内。第一进气凸台322在第一压缩释放之前为发动机的汽缸充气，第一压缩释放凸台232实现第一冲程制动。第二进气凸台323在第二压缩释放之前为发动机的汽缸充气，第二压缩释放凸台233实现第二冲程制动。这样，四冲程的发动机在一个周期内实现两冲程的制动，提高了制动功率。
[0036]实施例3:
本实施例在上述实施例1或者实施例2的基础上增加了一种修改气门运动的运作。其原理是在气门致动器，如摇臂内增加一种运动丢失(Lost Mot1n )机构,所述的运动丢失机构与至少一个气门相连。通过运动丢失机构的开通与关闭，改变与运动丢失机构相连的气门的运动。这样，在上述实施例1或者实施例2所得到的气门运动的基础上，又增加了一种新的气门运动。
[0037]上述说明包含了许多不同的【具体实施方式】，这不应该被视为对本发明范围的限制，而是作为代表本发明的一些具体例证，许多其他演变都有可能从中产生。举例来说，这里显示的发动机制动方法或装置，不但可用于顶置式凸轮发动机，也可用于推杆/推管式发动机；不但可以开单气门，也可以开双气门；制动凸轮所含的凸台的数量、大小、形状和相位等都可以变化。
[0038]此外，这里显示的凸轮滚轮的轴向驱动机构，不但可以是活塞和弹簧机构，也可以是其它的机构，如液压、气动、电磁、机械等机构及上述机构的组合；不但可以集成在气门致动器(如摇臂)内，也可以位于气门致动器之外(如固定在发动机上)。
[0039]因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由所附属的权利要求及其法律相当的权利来决定。
【权利要求】
1.一种发动机制动方法，所述的发动机包括气门致动器和气门，所述的气门致动器包括凸轮、凸轮滚轮和滚轮轴，所述的凸轮包括常规点火凸轮和发动机制动凸轮，所述的常规点火凸轮的升程和相位与发动机制动凸轮的升程和相位分别存在差异，所述的凸轮滚轮在滚轮轴上转动，凸轮滚轮与所述的滚轮轴之间还设置为轴向滑动副，凸轮滚轮在滚轮轴上具有一个第一轴向位置和一个第二轴向位置，凸轮滚轮在第一轴向位置时，凸轮滚轮与常规点火凸轮相连或相邻，凸轮滚轮在第二轴向位置时，凸轮滚轮与所述的发动机制动凸轮相连或相邻，其特征在于:所述的发动机制动方法由下述步骤组成: 1)提供发动机制动控制机构， 2)提供凸轮滚轮的轴向驱动机构，所述的凸轮滚轮的轴向驱动机构由发动机制动控制机构控制， 3)开通发动机制动控制机构， 4)凸轮滚轮的轴向驱动机构将凸轮滚轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置， 5)凸轮滚轮脱离常规点火凸轮，切换到与发动机制动凸轮相连， 6)丢失常规点火凸轮的运动及其相应的气门运动， 7)凸轮滚轮传递发动机制动凸轮的运动给气门，产生发动机制动运作。
2.如权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于:所述凸轮滚轮的轴向驱动机构集成在发动机的气门致动器之内。
3.如权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于:所述凸轮滚轮的轴向驱动机构位于发动机的气门致动器之外。
4.如权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的常规点火凸轮和发动机制动凸轮位于同一根凸轮轴上、相互毗邻而且有相同或者大致相同的内基圆。
5.如权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的气门致动器为排气门致动器，所述的气门为排气门，所述的凸轮为排气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮。
6.如权利要求5所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的发动机制动用排气凸轮包括三个制动用排气凸台，其中的第一个制动用排气凸台为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，第二个制动用排气凸台为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近，第三个制动用排气凸台为排气反充气凸台，主要位于发动机的膨胀冲程内，紧接着所述的第一压缩释放凸台。
7.如权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的气门致动器包括排气门致动器和进气门致动器，所述的气门包括排气门和进气门，所述的凸轮包括排气凸轮和进气凸轮，所述的排气凸轮包括常规点火用排气凸轮和发动机制动用排气凸轮，所述的进气凸轮包括常规点火用进气凸轮和发动机制动用进气凸轮。
8.如权利要求7所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的发动机制动用排气凸轮包括至少两个制动用排气凸台，其中的一个制动用排气凸台为第一压缩释放凸台，位于发动机的压缩上止点附近，另一个制动用排气凸台为第二压缩释放凸台，位于发动机的排气上止点附近。
9.如权利要求7所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的发动机制动用进气凸轮包括两个制动用进气凸台，其中的一个制动用进气凸台主要位于发动机的进气冲程内，另一个制动用进气凸台主要位于发动机的膨胀冲程内。
10.如权利要求1所述的发动机制动方法，其特征在于:所述的气门致动器包括摇臂，所述的摇臂内集成有运动丢失机构，所述的运动丢失机构与至少一个气门相连。
【文档编号】F02D13/04GK104454178SQ201410620840
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】杨洲, 奚勇 申请人:上海尤顺汽车部件有限公司