一种单气门压缩释放型阀桥制动装置的制作方法

本发明涉及机械领域，尤其涉及车辆发动机的气门驱动领域，特别是一种单气门压缩释放型阀桥制动装置。

背景技术：
:

发动机制动有压缩释放型制动和泄气型制动两种形式。压缩释放型制动一般由凸轮驱动，在发动机压缩冲程的后期打开排气门，释放被压缩的空气。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，或“做功”冲程中返回到发动机活塞，而是通过发动机的排气及散热系统排掉，产生发动机制动。

发动机的泄气型制动是排气门除了在正常的排气周期内开启之外，还在所有其它周期 (进气冲程，压缩冲程和膨胀冲程) 内保持小量恒开(全周期泄气制动)或在部分周期内保持小量恒开(部分周期泄气制动)。泄气型制动一般不是由凸轮驱动的，而且必须与排气背压装置（如排气蝶阀）合用。而压缩释放型制动器可以单独使用（不需要排气背压装置）。

德国曼（MAN）的部分周期泄气制动系统（美国专利第5086738号，1992）的外排气门（远离凸轮）在发动机进气冲程快结束时由于排气背压增大导致的气门反跳而小量打开，然后在整个压缩冲程内保持小量恒开，最后在发动机的膨胀冲程的前期关闭。中国专利CN 201110047127.5（2014）对曼（MAN）的部分周期泄气制动系统进行了改进，将制动支架与排气摇臂集成，减小了空间，降低了成本。但泄气型制动器的制动功率低于压缩释放型制动器，尤其是在中、低转速，排气背压较低，排气门反跳没有或不够，制动气门无法开启或开量不够，导致无制动或低制动功率。此外，使用排气蝶阀或其它排气限流装置使排气背压升高有可能导致排气门反跳过量，气门的落座速度无法控制，有可能损坏发动机。

技术实现要素：
：

本发明的目的在于提供一种单气门压缩释放型阀桥制动装置，所述的这种单气门压缩释放型阀桥制动装置要解决现有技术中泄气型制动器的制动功率不足和排气门反跳过量导致可靠性和耐久性不好的技术问题。

本发明的这种单气门压缩释放型阀桥制动装置包括集成在发动机的阀桥内的制动活塞，所述的阀桥位于发动机摇臂一端的下方，摇臂的另一端有发动机的凸轮，阀桥的两端分别是靠近凸轮的内端和远离凸轮的外端，阀桥内端的下方有发动机的内排气门，阀桥外端的下方有发动机的外排气门，其特征在于：所述的制动活塞滑动式地安置在阀桥内端向下开口的制动活塞孔内，制动活塞的下面与所述的内排气门相连，当发动机的机油进入制动活塞孔时，油压使制动活塞上方的阀桥内端向上紧靠摇臂或摇臂上的连接机构，制动活塞与阀桥之间形成液压连接, 所述发动机的凸轮含有至少一个制动凸台，所述的制动凸台通过摇臂、阀桥内端、液压连接和制动活塞打开内排气门，产生单气门压缩释放型发动机制动。

进一步的，制动凸台中包括一个压缩释放凸台，所述的压缩释放凸台在发动机的压缩冲程的后期从凸轮的内基圆开始上升，并在发动机的压缩上止点附近达到最高位置。

进一步的，制动凸台中包括一个排气再循环凸台，所述的排气再循环凸台在发动机的进气冲程的后期从凸轮的内基圆开始上升，在发动机的压缩冲程的前期下降回到或靠近凸轮的内基圆。

进一步的，所述的单气门压缩释放型阀桥制动装置还包括排气间隙补偿机构，所述的排气间隙补偿机构在排气门驱动链内形成排气间隙，所述排气间隙的大小由制动凸台的高度决定。

进一步的，所述的单气门压缩释放型阀桥制动装置还包括制动供油机构，所述的制动供油机构包括供油通道和供油单向阀，供油通道的出口与制动活塞孔连接，供油单向阀设置在供油通道内或者供油通道与制动活塞孔之间，供油单向阀的供油方向是从供油通道进入制动活塞孔。

进一步的，所述的单气门压缩释放型阀桥制动装置还包括制动卸油机构，所述的制动卸油机构包括卸油通道和卸油阀，所述的卸油通道将制动活塞孔与外界连通，所述的卸油阀用来开启和关闭卸油通道。

进一步的，所述的卸油通道为制动活塞孔底的阀桥内的卸油孔，所述的卸油阀由卸油孔的出口与压靠在阀桥上并将卸油孔出口密封的摇臂或摇臂上的连接机构构成，卸油阀的开闭由摇臂与阀桥之间距离的变化来控制。

进一步的，所述的卸油通道和卸油阀均位于阀桥内，卸油阀的开闭由阀桥与发动机之间距离的变化来控制。

进一步的，所述摇臂上的连接机构包括象足垫和预紧弹簧，所述的预紧弹簧将象足垫压靠在卸油孔所在位置的阀桥内端的上面。

进一步的，所述阀桥内的制动活塞还包括止位机构，所述的止位机构限制制动活塞在制动活塞孔内的行程。

本发明还包括一种单气门压缩释放型阀桥制动方法，即一个利用发动机的排气门致动器开启排气门的过程，所述的排气门致动器包括凸轮、摇臂和阀桥，所述的排气门中包括有一个靠近凸轮的内排气门和一个远离凸轮的外排气门，所述内排气门的上方有阀桥的内端，所述外排气门的上方有阀桥的外端，所述的凸轮中含有至少一个制动凸台，其特征在于：在所述的阀桥的内端向下开口设置一个制动活塞孔，在所述的制动活塞孔内滑动式地设置一个制动活塞，将制动活塞的下端与所述的内排气门连接，在所述的利用发动机的排气门致动器开启排气门的过程中，通过向阀桥内的制动活塞孔供油，将制动活塞上方的阀桥内端向上压靠摇臂或摇臂上的连接机构，在制动活塞与阀桥之间形成液压连接，利用凸轮中制动凸台驱动所述的摇臂，摇臂推动阀桥内端及其下面的液压连接和制动活塞，打开内排气门，产生所述的单气门压缩释放型发动机制动。

进一步的，所述的利用发动机的排气门致动器开启排气门的过程包括以下步骤：

1. 向阀桥内的制动活塞孔供油，

2. 将制动活塞上方的阀桥内端向上压靠摇臂或摇臂上的连接机构，

3. 在制动活塞和阀桥之间形成液压连接，

4. 凸轮的制动凸台从内基圆向上移动，驱动摇臂，

5. 摇臂或摇臂上的连接机构推动阀桥内端及其下面的液压连接和制动活塞，

6. 制动活塞向下打开内排气门，产生单气门压缩释放型发动机制动。

进一步的，在制动活塞孔底所在的阀桥内端设置一个卸油孔，所述的卸油孔将制动活塞孔与外界连通，利用摇臂或摇臂上的连接机构封闭卸油孔，在所述的凸轮上设置有集成式排气凸台，所述的集成式排气凸台由底部和顶部组成，所述的底部与制动凸台大致等高，所述的顶部与发动机的常规排气凸台接近相同，所述的利用发动机的排气门致动器开启排气门的过程还包括以下步骤：

1. 集成式排气凸台的顶部驱动摇臂，

2. 摇臂作用于阀桥的中央并驱动整个阀桥向下运动，

3. 阀桥内端与位于其上面的摇臂或摇臂上的连接机构分离，

4. 阀桥内端的卸油孔打开卸油，

5. 消除制动活塞与阀桥之间的液压连接，

6. 制动活塞与制动活塞孔底的阀桥接触，

7. 阀桥同时驱动内排气门和外排气门。

本发明的工作原理是：当需要发动机制动时，制动供油机构向阀桥内的制动活塞孔内供油。油压使制动活塞上方的阀桥内端向上紧靠摇臂，制动活塞与阀桥之间形成液压连接。制动凸台通过摇臂、阀桥内端、液压连接和制动活塞打开内排气门，产生单气门压缩释放型发动机制动。高于制动凸台的集成式排气凸台的顶部进一步驱动摇臂，摇臂作用于阀桥的中央并驱动整个阀桥向下运动，阀桥内端与位于其上面的摇臂分离，阀桥内端的卸油孔打开卸油，消除制动活塞与阀桥之间的液压连接，阀桥同时驱动内排气门和外排气门。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明将压缩释放型制动机构集成在发动机现有的气门驱动链内部，制动时由单个制动活塞打开内排气门（靠近凸轮），并重置制动阀升，减小了发动机的制动载荷，增加了发动机的制动功率，消除了气门反跳，改进了发动机运作的可靠性和耐久性。

附图说明：

图1是本发明中的单气门压缩释放型阀桥制动装置的第一个实施例在非制动时凸轮处于内基圆位置的示意图。

图2是本发明中的单气门压缩释放型阀桥制动装置的第一个实施例在制动时凸轮处于内基圆位置的示意图。

图3是本发明中的单气门压缩释放型阀桥制动装置的一种气门升程的示意图。

图4是本发明中的单气门压缩释放型阀桥制动装置的第二个实施例在非制动时凸轮处于内基圆位置的示意图。

图5是本发明中的单气门压缩释放型阀桥制动装置的第二个实施例在制动时凸轮处于内基圆位置的示意图。

具体实施方式：

实施例1:

图1和图2是本发明的单气门压缩释放型阀桥制动装置的第一个实施例分别在非制动时和在制动时凸轮处于内基圆位置的示意图，其中包括三个主要组成部分：排气门致动器200、排气门300和与排气门致动器集成的发动机制动装置100。由于这里的发动机制动装置100的制动活塞160集成在发动机的阀桥400内，而且是开单气门的压缩释放型发动机制动，所以又被称为单气门压缩释放型阀桥制动装置，简称阀桥制动器。

排气门致动器200包括凸轮230、凸轮滚轮235、摇臂210以及阀桥400。排气门致动器200和排气门300合在一起可称为排气门驱动链。摇臂210摆动式地安装在摇臂轴205上。阀桥400位于发动机摇臂210一端的下方，摇臂210的另一端有发动机的凸轮230，阀桥400的两端分别是靠近凸轮230的内端和远离凸轮230的外端。阀桥内端的下方有发动机的内排气门3001（靠近凸轮230），阀桥外端的下方有发动机的外排气门3002（远离凸轮230）。摇臂210在靠近阀桥400中间的上方带有阀隙调节系统，其中阀隙调节螺钉110的上面并由锁紧螺帽105固定在摇臂210上，阀隙调节螺钉110的下面与象足垫114相连。

排气门300中的内排气门3001和外排气门3002分别由气门弹簧3101和气门弹簧3102（简称气门弹簧310）顶置在发动机缸体500内的阀座320上，阻止气体（发动机制动时为空气）在发动机汽缸和排气管600之间的流动。在发动机点火时，排气门致动器200将摇臂一端的凸轮230的排气凸台220的运动，通过滚轮235（也可以是推杆式发动机的推杆）、摇臂210和阀桥400同时传递给两个排气门300（内排气门3001和外排气门3002），使其周期性地打开和关闭。

发动机的凸轮230含有至少一个制动凸台，包括在内基圆225上的压缩释放凸台233和排气再循环凸台232。凸轮230还包括有一个集成式排气凸台220，由底部和顶部组成，底部与制动凸台232或233大致等高，而顶部与发动机的常规排气凸台（只用于发动机的点火运作）接近相同。

阀桥制动装置100包括集成在发动机的阀桥400内的制动活塞160，滑动式地安置在阀桥内端向下开口的制动活塞孔190内。制动活塞160的下面与内排气门3001相连。当发动机的机油进入制动活塞孔190时，油压使制动活塞160上方的阀桥内端向上紧靠摇臂210或摇臂上的连接机构125（图2），制动活塞160与阀桥400之间分开而形成液柱高度为131的液压连接，并由供油单向阀170和密封了的卸油孔197形成液压锁止。制动凸台232或233通过摇臂210和摇臂连接件125、阀桥内端、液压连接和制动活塞160打开内排气门3001，产生单气门压缩释放型发动机制动。

阀桥400的中央设置有一个排气间隙补偿机构225，包括间隙补偿活塞162和间隙补偿弹簧166。间隙补偿活塞162滑动式地安置在阀桥400中央的间隙补偿活塞孔260内。排气间隙补偿机构225在排气门驱动链内形成排气间隙130，其大小由制动凸台232和233的高度决定（大致为制动凸台的高度乘以排气摇臂比）。

阀桥制动装置100还包括制动供油机构，其中有供油通道和供油单向阀。供油通道包括摇臂轴205内的轴向孔211和径向孔212、摇臂210内的切口213和油孔214、阀隙调节螺钉110内的横孔113和竖孔115（与象足垫114内的孔相通）、间隙补偿活塞162内的孔172和阀桥400内的通道412。供油通道的出口与制动活塞孔190连接。供油单向阀170设置在供油通道内或者供油通道与制动活塞孔190之间，供油单向阀170的供油方向是从供油通道进入制动活塞孔190。

阀桥制动装置100还包括制动卸油机构，其中有卸油通道和卸油阀。卸油通道将制动活塞孔与外界连通，卸油阀用来开启和关闭卸油通道。图1和图2中的卸油通道为制动活塞孔190底的阀桥400内的卸油孔197，所述的卸油阀由卸油孔197的出口与压靠在阀桥400上并将卸油孔197密封的摇臂210或摇臂上的连接机构125构成，卸油阀的开闭由摇臂210与阀桥400之间距离的变化来控制。此外，卸油阀和卸油孔也可以都位于阀桥400内，卸油阀的开闭由阀桥400与发动机之间距离的变化来控制。

摇臂210在位于阀桥内端上方的连接机构125也是制动间隙调节机构，包括象足垫1142和预紧弹簧177，象足垫1142与调节螺钉1102下面的压球相连，调节螺钉1102由螺母1052固紧在摇臂210上。预紧弹簧177将象足垫1142压靠在卸油孔197所在位置的阀桥内端的上面，将卸油孔197密封。象足垫1142和调节螺钉1102之间为制动间隙131，其大小由制动凸台232和233的高度决定（大致为制动凸台的高度乘以制动摇臂比）。

阀桥400内的制动活塞160还包括止位机构，用以限制制动活塞160在制动活塞孔190内的行程。止位机构包括阀桥400内设置的定位销142，在制动活塞160上设置的限位槽137。制动活塞160和阀桥400之间可以设置一根弹簧156，减小制动启动油压。

本实施例中，在阀桥400内还设置了一个泄压机构。所述的泄压机构包括制动活塞160上的泄压孔152。当制动活塞孔190内的油压增高时，通过副活塞160和孔190之间的间隙以及制动活塞160上的限位槽137和泄压孔152的机油泄漏随之增大，使得作用在制动活塞160上的油压不超过所设计的预定值。

当需要发动机制动时，制动供油机构通过供油通道和供油单向阀向阀桥制动装置100的制动活塞孔190内供油。油压将制动活塞160上方的阀桥内端向上压靠摇臂210或摇臂上的连接机构125，使得图1中象足垫1142和调节螺钉1102之间的制动间隙131消失，变为图2中制动活塞160与阀桥400之间的液压连接的液柱131。凸轮230中的制动凸台232或233从基圆225往上升推动摇臂210，摇臂210绕摇臂轴205顺时针转动，推动制动连接件125下方的阀桥内端及其下面的液压连接和制动活塞160，打开内排气门3001，产生单气门压缩释放型发动机制动。由于位于阀桥400中央的排气间隙补偿机构225形成的排气间隙130，制动凸台232或233的运动不会从阀桥400的中央传递给排气门，外排气门3002处于关闭的状态。

本发明的单气门压缩释放型阀桥制动装置具有独特的优势。由于内排气门3001处的制动摇臂比远小于阀桥中央处的排气摇臂比，本发明开内排气门制动所产生的凸轮和摇臂接触应力都大大减小，增加了凸轮机构和摇臂机构的可靠性和耐久性。

当凸轮230的集成式排气凸台220的顶部推动摇臂210时，位于阀桥400中央的排气间隙130为零，摇臂210从阀桥中央驱动整个阀桥400向下运动，阀桥内端与位于其上面的摇臂210或摇臂上的连接机构125分离，阀桥内端的卸油孔197打开卸油，消除制动活塞160与阀桥400之间的液压连接，图2中的液柱高度131变为零，制动活塞160与制动活塞孔190底的阀桥400接触，阀桥400同时驱动内排气门3001和外排气门3002，将集成式排气凸台220顶部的运动传递给两个排气门，产生重置后的制动气门升程。

当不需要发动机制动时，制动供油机构停止向阀桥制动装置100供油，制动活塞160与阀桥400之间的液压连接（图2中的液柱131）将由于制动卸油机构而消除并无法重新建立。摇臂210与阀桥400的中央和内端分别形成如图1所示的排气间隙130和制动间隙131，制动凸台232或233的运动以及集成式排气凸台220底部的运动都不会传递给排气门300，只有集成式排气凸台220顶部的运动传递给排气门300，产生常规点火排气门运动，而发动机的制动运作被解除。

图3显示了本发明的单气门压缩释放型阀桥制动装置中的一种气门升程曲线，其中包括制动凸台232和233以及集成式排气凸台220产生的排气门升程曲线。发动机排气门的常规阀升曲线220m的起点为225a，终点为225b，其最高升程大约为220b。集成式排气凸台220产生的加大的主阀升曲线220v的起点为225h，终点为225c，其最高升程220e为220a和220b之和（如果阀桥中间没有排气间隙）。由于制动卸油机构卸油造成的气门升程重置，制动的内排气门3001的阀升曲线在加大的主阀升曲线220v的底部220a与顶部220b之间的过渡点220t向主阀升曲线220m过渡，在220s点与主阀升曲线220m融合，在终点225b比没有卸油通道时提前关闭。

在发动机制动运作时，凸轮230的制动凸台（排气再循环凸台232和压缩释放凸台233）的运动，由摇臂210或摇臂上的连接机构125传给阀桥内端和其下面的液压连接与制动活塞160（图2），打开制动活塞160下面的内排气门3001，产生排气再循环的制动阀升232v和压缩释放的制动阀升233v。排气再循环的制动阀升232v的起点为225d，位于发动机的进气冲程的后期，也就是在进气门的阀升曲线280v趋于关闭的时候；排气再循环的制动阀升232v的终点为225e，位于发动机的压缩冲程的前期。压缩释放的制动阀升233v的起点为225f, 位于发动机的压缩冲程的后期；压缩释放的制动阀升233v的终点为225g, 位于发动机的膨胀冲程的前期。阀升曲线在0～720°之间循环（0°和720°为同一点）。

当凸轮230的集成式排气凸台220从内基圆225往上升时（图2），摇臂210或摇臂上的连接机构125推动阀桥内端和其下面的液压连接与制动活塞160（图2），打开制动活塞160下面的内排气门3001，产生图3中所示225h到220t的过渡段气门升程。在凸轮230进入集成式排气凸台220的顶部（大于制动凸台232或233的最高升程232p）时，摇臂210与阀桥400中央的排气间隙为零，摇臂210从阀桥中央驱动整个阀桥400向下运动，阀桥内端与摇臂210或摇臂上的连接机构125分离，打开卸油通道197卸油，消除制动活塞160与阀桥400之间的液压连接，制动的内排气门3001与阀桥400接触，其阀升曲线从过渡点220t向主阀升曲线220m过渡（图3），最后在终点225b关闭，比没有卸流重置阀升的终点225c大大超前。这样就减小了排气门在发动机排气冲程的上止点位置的升程，避免排气门与活塞的相撞，也增加了制动功率，降低了汽缸内的温度。

实施例2:

图4和图5是本发明的单气门压缩释放型阀桥制动装置的第二个实施例分别在非制动时和在制动时凸轮处于内基圆位置的示意图。本实施例与第一个实施例之间的区别在与本实施例是推杆式发动机。排气间隙从图1的第一个实施例中阀桥中央处的130变成了图4的第二个实施例中推杆201一侧的234，并增加了间隙补偿弹簧（也叫防飞脱弹簧）198。其实，本实施例的排气间隙也可以设置在阀桥中央，这样在发动机点火时，阀隙补偿活塞162就会频繁地在活塞孔260中往复运动。

本实施例的工作原理和第一个实施例相同，在此不再复述。

实施例3：

本实施例是在第一或第二实施例的基础上进一步简化。制动活塞孔190不是从间隙补偿活塞162和阀桥400中的供油通道172和412供油，而是直接从摇臂210上面的连接机构125（内部增加供油通道）供油。制动活塞160上方的阀桥内端不但设置有卸油孔197，还设置有供油通道和供油单向阀。供油单向阀也可以设置在连接机构125内部增加的供油通道内。本实施例的工作原理也和第一个实施例相同，在此不再复述。

上述说明包含了很多具体的实施方式，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，这里的排气间隙补偿机构可以采用不同的设计和排列，包括间隙补偿活塞的形状、大小和位置以及间隙补偿弹簧的数量、大小、形状和位置，都可以根据需要调整，其功能是在排气门驱动链内产生运动丢失的排气间隙并防止由于该间隙产生的飞脱。还有，制动供油机构也是多种多样的，包括二位三通或二位二通供油电磁阀，供油单向阀也可以采用不同的形式和安装位置，其功能是向阀桥内端的制动活塞孔供油并在制动活塞和阀桥之间形成液压连接。

此外，制动卸油机构的卸油阀在制动凸台和集成式排气凸台的底部推动摇臂和阀桥内端时保持关闭或密封。在集成式排气凸台的顶部推动摇臂和阀桥中央时，卸油机构的卸油阀打开卸油。除了由阀桥内的卸油通道和摇臂或摇臂上的连接机构形成的制动卸油阀之外，也可以采用其它形式的制动卸油机构，比如卸油通道和卸油阀均位于阀桥内，卸油阀的开闭由阀桥与发动机之间距离的变化来控制。

还有，摇臂上的连接机构可以采用不同的形式，比如压入型的、非调节型的压球和象足的组合，压球与象足之间可以有预紧弹簧，其距离（制动间隙）可以根据需要而不同。

此外，制动活塞160可以采用不同的形式，如“H”型和“T”型等，也可以受到不同弹簧的预紧作用。因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由权利要求来决定。