载荷可控的发动机制动装置和发动机制动方法与流程

本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机制动技术，特别是载荷可控的发动机制动装置和发动机制动方法。

背景技术：
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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，使其在副活塞孔内往复运动，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气门运动。

发动机的泄气型制动是排气门除了正常的开启之外，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。第一点主要区别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。第二个主要区别是制动排气门的开启高度（制动阀升）不同。一般来说，压缩释放型发动机制动比泄气型制动具有更大的制动功率，但同时也产生更大的制动载荷，特别不适合于平底挺柱的发动机。发动机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。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种载荷可控的发动机制动装置，所述的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。

本发明的这种载荷可控的发动机制动装置，包括一个箱体、止位机构、供油机构、限压机构、凸轮和发动机的气门，其特征在于：所述的箱体中设置有一个主活塞孔和一个副活塞孔，所述的主活塞孔和副活塞孔之间设置有连通的液压通道，主活塞孔内滑动式地设置有一个主活塞，副活塞孔内滑动式地设置有一个副活塞，主活塞的外端与所述的凸轮相连，副活塞的外端与所述的气门相连，副活塞孔底的箱体内设置有一个油孔，所述的止位机构固定在发动机上且在所述的油孔的出口处与箱体相邻，所述的供油机构包括供油通道和单向供油阀，所述的单向供油阀设置在供油通道内或者设置在供油通道和主活塞孔之间，所述的限压机构包括限压阀和限压弹簧，所述的限压阀设置在主活塞孔和副活塞孔之间，所述的限压弹簧将限压阀保持在常开状态，限压阀在主活塞孔或者副活塞孔内的流体压力达到预定值时关闭，阻止副活塞上面的流体压力通过液压通道传递给主活塞和凸轮。

进一步的，所述的箱体包括发动机的阀桥，所述的气门包括发动机的第一气门和第二气门，所述的主活塞孔设置在阀桥的中部并向上开口，所述的副活塞孔设置在阀桥的一端并向下开口，主活塞孔内的主活塞的外端与发动机的摇臂的一端相连，摇臂的另一端与凸轮相连，副活塞孔内的副活塞的外端与所述的第一气门相连，阀桥的另一端的下侧与所述的第二气门相连，副活塞孔底的阀桥内设置有所述的油孔，所述的止位机构固定在发动机上且在所述的油孔的出口处与阀桥相邻，所述的副活塞中设置有液压通道，所述的限压阀设置在副活塞中液压通道的出口处，限压阀的大部分表面承受副活塞孔内的流体压力，限压阀的小部分表面承受外界的大气压力，所述的限压弹簧的两端分别作用在限压阀和副活塞上，当限压阀上面的流体压力大于限压弹簧在限压阀上的预紧力时，限压阀关闭副活塞中液压通道的出口，阻止副活塞上面的流体压力通过液压通道传递给主活塞以及与主活塞相连的摇臂和凸轮。

进一步的，所述的箱体包括发动机的摇臂，所述的主活塞孔设置在摇臂的一端并向下开口，所述的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与凸轮相连，副活塞孔内的副活塞的外端与所述的发动机气门相连，副活塞孔底的摇臂内设置有所述的油孔，所述的止位机构固定在发动机上且在所述的油孔的出口处与摇臂相邻，所述的副活塞中设置有液压通道，所述的限压阀设置在副活塞中液压通道的出口处，限压阀的大部分表面承受副活塞孔内的流体压力，限压阀的小部分表面承受外界的大气压力，所述的限压弹簧的两端分别作用在限压阀和副活塞上，当限压阀上面的流体压力大于限压弹簧在限压阀上的预紧力时，限压阀关闭副活塞中液压通道的出口，阻止副活塞上面的流体压力通过液压通道传递给主活塞以及与主活塞相连的凸轮。

进一步的，所述的载荷可控的发动机制动装置还包括制动间隙补偿机构，所述的制动间隙补偿机构包括防飞脱弹簧和象足垫，象足垫的一端为凹球面并通过可调间隙的压球面与发动机的摇臂相连，象足垫的另一端与发动机的推杆相连，防飞脱弹簧的一端安置在摇臂上，防飞脱弹簧的另一端安置在象足垫上。

本发明还包括一种载荷可控的发动机制动方法，包括一个阻止发动机制动装置的副活塞上的流体压力传递到主活塞的过程，所述的发动机制动装置包括一个箱体、止位机构、供油机构、限压机构、凸轮和发动机的气门，所述的箱体中设置有一个主活塞孔和一个副活塞孔，所述的主活塞孔和副活塞孔之间设置有连通的液压通道，主活塞孔内滑动式地设置有所述的主活塞，副活塞孔内滑动式地设置有所述的副活塞，主活塞的外端与所述的凸轮相连，副活塞的外端与所述的气门相连，副活塞孔底的箱体内设置有一个油孔，所述的止位机构固定在发动机上且在所述的油孔的出口处与箱体相邻，所述的供油机构包括供油通道和单向供油阀，所述的单向供油阀设置在供油通道内或者设置在供油通道和主活塞孔之间，所述的限压机构包括限压阀和限压弹簧，其特征在于：将限压阀设置在主活塞孔和副活塞孔之间，由限压弹簧将限压阀保持在常开状态，利用凸轮驱动主活塞，主活塞通过流体压力的传递驱动副活塞，副活塞打开发动机的气门，发动机的气门施加反作用力于副活塞，副活塞孔内的流体压力增大，克服限压弹簧在限压阀上的预紧力，将限压阀关闭，阻止副活塞上面的流体压力通过液压通道传递给主活塞以及与主活塞相连的凸轮。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明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，并利用止位机构和限压机构减小气门驱动链（如摇臂和凸轮）承担的制动载荷，设计精巧，结构紧凑，减小了发动机的制动载荷，增加了发动机的制动功率，改进了发动机运作的可靠性和耐久性。

附图说明：

图1是本发明中载荷可控的发动机制动装置的第一个实施例处于“关”位置的示意图。

图2是本发明中载荷可控的发动机制动装置的第一个实施例处于“开”位置的示意图。

图3是本发明中载荷可控的发动机制动装置的第一个实施例中的限压阀处于“开”位置的示意图。

图4是本发明中载荷可控的发动机制动装置的第一个实施例中的限压阀处于“关”位置的示意图。

图5是本发明中载荷可控的发动机制动装置的第二个实施例处于“关”位置的示意图。

图6是本发明中载荷可控的发动机制动装置的第二个实施例处于“开”位置的示意图。

具体实施方式：

实施例1:

如图1和图2所示，本发明的载荷可控的发动机制动装置的实施例1分别处于“关”（供油机构断油）和“开”（供油机构供油）的位置。图1和图2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）和载荷可控的发动机制动驱动机构100。

气门致动器200包括凸轮230、凸轮从动轮235、推杆201、摇臂210以及阀桥400。气门致动器200和气门300合在一起可称为气门驱动链。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（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上含有至少一个发动机制动凸台和抬高后的常规凸台220。这里的凸轮230的发动机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。

发动机制动驱动机构100包括箱体、止位机构、供油机构、限压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的上端通过连接件113和114（中间含有供油通道）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内设置有一个与外界连通的油孔197，油孔197所在的阀桥上侧设置有一个止位机构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.

发动机制动驱动机构100的供油机构包括制动供油电磁阀（未显示）、供油通道和单向供油阀172。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。单向供油阀172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。

发动机制动驱动机构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的压球面相邻，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，防飞脱弹簧198的另一端安置在象足垫116上。间隙补偿机构250的预紧弹簧198也可以使用不同的安装方式、设置在不同的地方，比如在主活塞162与阀桥400之间等。预紧弹簧198保持由主活塞162在主活塞孔415内的缩回位置（图1）与伸出位置（图2）在气门驱动链内部生成的间隙130或132，消除气门驱动链内部的不跟随和冲击。

发动机制动驱动机构100的限压机构170由图3和图4局部放大而更好地显示出来。限压机构170包括限压阀173和限压弹簧178。限压阀173设置在副活塞160中液压通道176的出口174处。限压阀173的大部分表面承受副活塞孔190内的流体压力，限压阀173的小部分表面（下面阀杆175的横截面）承受外界的大气压力。限压弹簧178的两端分别作用在限压阀173和副活塞160上，限压弹簧178将限压阀173保持常开。当限压阀173上面的流体压力（向下）大于限压弹簧178在限压阀上的作用力（向上）时，限压阀173关闭副活塞160中液压通道176的出口174，阻止副活塞160上面的流体压力通过液压通道176和412传递给主活塞162以及与主活塞相连的摇臂210和制动凸轮230。

限压机构170还可以安装在其它位置，如主活塞162内，但其作用不变，那就是在副活塞孔190内的流体压力达到预定值时，阻止副活塞160上的流体压力经由主活塞162和副活塞160之间的液压流体而施加到主活塞162、摇臂210和凸轮230。

当需要发动机制动时，打开制动供油电磁阀（未显示），通过供油机构的供油通道，向发动机制动的驱动机构100供油。油压克服间隙补偿机构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，主活塞162与主活塞孔415的孔底（也就是阀桥400）之间的间隙130内充满了液压流体（机油），形成液压连接。图1的间隙补偿机构250中的空隙132被消除。

在发动机的压缩冲程的后半期，当凸轮230的发动机制动凸台（压缩释放凸台）233从内基圆225往上升时，摇臂210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，通过主活塞孔415和副活塞孔190之间的液压通道412和176的液压流体（机油），将主活塞162的向下运动传递给副活塞160。位于副活塞孔190上方的阀桥400上的止位机构125，使阀桥400因为副活塞孔190内的油压增加而向上贴紧止位机构125（连接件1142），但不会向上运动（阀桥400保持相对静止状态）。阀桥400的副活塞孔190内的副活塞160只能向下伸出，打开位于副活塞160下面的第一气门3001，产生发动机制动的气门运动。

在上述的打开第一气门3001产生压缩释放制动的过程中，作用在副活塞162上面的力和其表面的流体压力逐渐增大，在接近压缩上止点之前达到最大。根据上述制动载荷（副活塞孔内流体压力）逐渐增大的特点，限压机构170在副活塞孔190内的流体压力达到预定值（由发动机的承载能力决定）时，其常开的限压阀173（图3）在流体压力作用下，克服限压弹簧178的作用力，向下运动，关闭副活塞160中液压通道176的出口174，阻止副活塞孔190内的流体压力通过液压通道176和412传递给主活塞162、主活塞上面的摇臂210和制动凸轮230。这样，制动气门3001上面越来越大的制动载荷不会传递给气门致动器200（如凸轮230），而是通过副活塞162、副活塞孔190内的流体压力和副活塞孔190底的阀桥400，传递给固定在发动机上的止位机构125。

在凸轮230进入抬高了的常规凸台220的顶部（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，使得抬高了的常规凸台220生成的第一气门3001的升程被重置，产生与第二气门3002几乎相同的关闭时间。

如果凸轮230的发动机制动凸台还包括排气再循环凸台232，那么排气再循环凸台232通过气门驱动链开启第一气门3001的过程，与上述的压缩释放凸台233通过气门驱动链开启第一气门3001的过程基本相同，唯一的区别是排气再循环的气门开启远离发动机的压缩上止点，副活塞孔190内的流体压力相对低很多，常开的限压阀173不会关闭。

当不需要发动机制动时，关闭制动供油电磁阀（未显示），停止向发动机制动驱动机构100供油。在凸轮230进入集成后的抬高常规（主）凸台220的顶部（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。在凸轮230从抬高后的常规凸台220的顶部进入其底部回到内基圆225的过程中，副活塞160保持在图1所示的缩回位置（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（由于间隙补偿机构250中防飞脱弹簧198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和排气再循环凸台232）的运动将不会传递给气门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。

实施例2:

如图5和图6所示，本发明的载荷可控的发动机制动装置的实施例2分别处于“关”（供油机构断油）和“开”（供油机构供油）的位置。本实施例与上述实施例1的区别在于本实施例中的箱体采用了发动机的摇臂210。也就是说，发动机制动驱动机构100主要集成在摇臂210内。主活塞孔415设置在摇臂210的一端并向下开口，副活塞孔190设置在摇臂210的另一端也向下开口。主活塞孔415内的主活塞162的外端（下面）与凸轮相连，副活塞孔190内的副活塞160的外端（下面）与发动机的气门3001相连。副活塞孔190底的摇臂210内设置有油孔197。止位机构125固定在发动机上且在所述的油孔197的出口处（上端）与摇臂210相邻。副活塞160中设置有液压通道176，限压机构170的限压阀173设置在副活塞160中液压通道176的出口174处，限压阀173的大部分表面承受副活塞孔190内的流体压力，限压阀的小部分表面（限压阀173的阀杆175的横截面）承受外界的大气压力。限压弹簧178的两端分别作用在限压阀173和副活塞160上，当限压阀173上面的流体压力大于限压弹簧178在限压阀173上的预紧力时，限压阀173关闭副活塞160中液压通道176的出口174，阻止副活塞160上面的流体压力通过液压通道176和412传递给主活塞162以及与主活塞162相连的凸轮230。

当需要发动机制动时，打开制动供油电磁阀（未显示），通过供油机构的供油通道，向发动机制动的驱动机构100供油。油压克服间隙补偿机构250中防飞脱弹簧198的作用力，使得主活塞162在摇臂210的主活塞孔415内从如图5所示的缩回位置向下移到如图6所示的伸出位置，主活塞162与主活塞孔415的孔底（也就是摇臂210）之间的间隙234内充满了机油，形成液压连接。图5的间隙补偿机构250中的空隙234被消除。

在发动机的压缩冲程的后半期，当凸轮230的发动机制动凸台（压缩释放凸台）233从内基圆225往上升时，摇臂210的主活塞孔415内的主活塞162从图6的伸出位置往上移向主活塞孔162底面的缩回位置，通过主活塞孔415和副活塞孔190之间的液压通道412和176的流体（机油），将主活塞162的向下运动传递给副活塞160。位于副活塞孔190上方的摇臂210上的止位机构125，使摇臂210因为副活塞孔190内的油压增加而向上贴紧止位机构125（连接件1142），但不会向上运动（摇臂210保持相对静止状态）。摇臂210的副活塞孔190内的副活塞160只能向下伸出，打开位于副活塞160下面的发动机气门3001，产生发动机制动的气门运动。当然，副活塞160下面也可以通过一个阀桥与两个气门相连，同时打开两个气门。

在上述的打开气门3001产生压缩释放制动的过程中，作用在副活塞162上面的力和其表面的流体压力逐渐增大，在接近压缩上止点之前达到最大值。根据上述制动载荷（副活塞孔190内流体压力）逐渐增大的特点，限压机构170在副活塞孔190内的流体压力达到预定值（根据发动机的承载能力决定）时，其常开的限压阀173（图3）在流体压力作用下，克服限压弹簧178的作用力，使限压阀173向下运动，关闭副活塞160中液压通道176的出口174（图4），阻止副活塞孔190内的流体压力通过液压通道176和412传递给主活塞162。这样，图6中气门3001上面越来越大的制动载荷不会传递给气门致动器200（如凸轮230），而是通过副活塞162、副活塞孔190内的流体压力和副活塞孔190底的摇臂210，传递给固定在发动机上的止位机构125。

上述说明披露了一种新的载荷可控的发动机制动装置和发动机制动方法。上述的实施方式，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，这里的载荷可控的发动机制动装置和发动机制动方法，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。还有，供油阀172可以采用不同的形式，如球阀、柱阀和碟阀等。供油阀172也可以安置在不同的位置，比如安置在供油通道（如摇臂210内的油道214）内。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，预紧弹簧198可以有不同的形式和安装在不同的地方，比如在主活塞162和阀桥400之间。

此外，这里的载荷可控的发动机制动装置和发动机制动方法，适合于各种不同的发动机制动，包括压缩释放型制动和泄气型制动。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，本发明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。