发动机制动的气门升程系统的制作方法

1.本实用新型涉及机械领域，尤其涉及发动机气门驱动领域，特别是有关发动机制动的气门升程系统。


背景技术：

2.已有技术中，车辆发动机的常规气门驱动为人熟知，其应用已有一百多年的历史。常规气门驱动利用常规气门致动器(包括常规摇臂)控制发动机气门的运动，用于发动机的常规点火运作。但由于对发动机燃油效率、尾气排放和发动机制动的额外要求，越来越多的发动机采用可变气门驱动，包括采用发动机制动的气门升程系统。发动机制动器已经在商用车发动机上广泛应用。目前市场上采用的是发动机四冲程制动，也就是在发动机的一个周期(四冲程：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程)内只在压缩冲程快结束时(压缩上止点附近)做一次压缩释放制动。发动机两冲程制动则是在一个周期(四冲程)内分别在压缩上止点附近和膨胀上止点附近做两次压缩释放制动。所以，从理论上来说，两冲程制动的功率应该是四冲程制动的两倍。但是由于两冲程制动需要发动机停缸，也就是在制动时取消发动机点火的气门升程，技术难度大，机构复杂，成本高昂，至今没有产品。
3.发动机四冲程制动的一个先例是由康明斯(cummins)提供的美国专利号us 3,220,392(1965年)披露，根据该专利所制造的发动机制动系统在商业上很成功。不过，此类发动机制动系统为顶置在发动机上的附件。为了安装该发动机制动器，在汽缸和阀盖之间要添加垫圈，因此，额外地增加了发动机的高度、重量及成本。
4.美国专利us 5,609,133(1997年)披露了一种集成式的四冲程制动，制动机构集成在常规(点火)排气摇臂内，制动凸轮与常规(点火)排气凸轮集成。集成的排气凸轮包括制动凸台和加大了的常规排气凸台，加大了的常规排气凸台分为上、下两部分，上面部分为常规排气凸台，下面部分与制动凸台等高。发动机点火时，集成排气摇臂内的制动机构(为运动丢失机构)使得制动凸台的运动被丢失，只有上面部分的常规排气凸台的运动传递给发动机的两个排气门，产生常规(点火)排气气门升程；发动机制动时，集成排气摇臂内的制动机构生成液压连接，将制动凸台的运动传递给两个排气门，产生制动排气气门升程。该专利还揭示了制动时如何重置加大了的常规排气气门升程。由于制动时开启两个排气气门，制动载荷很大，制动功率有限。
5.美国专利us 6,293,248(2001年)披露了一种发动机两冲程制动的装置和方法。采用四根摇臂：停缸排气摇臂，制动排气摇臂，停缸进气摇臂和制动进气摇臂驱动发动机的气门，结构与控制都很复杂，至今未能成为产品。
6.美国专利us 8,936,006(2015年)年披露了一种类似2001年美国专利的发动机两冲程制动装置和方法，也是采用四根摇臂：停缸排气摇臂，制动排气摇臂，停缸进气摇臂和制动进气摇臂。其中的停缸机构是集成在发动机气门桥内的运动丢失机构，制动排气摇臂和制动进气摇臂都是液压驱动打开一个气门(发动机点火时开双气门)，制动气门升程受气门桥倾斜的影响，可靠性和耐久性是一大难题。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种发动机四冲程制动系统，在提高发动机制动功率的同时，解决现有发动机制动技术中需要发动机停缸(制动时完全取消发动机点火的进、排气气门升程)、可靠性与耐久性差、结构与控制复杂、成本昂贵和无法成为产品等问题。
8.本实用新型提供一种发动机制动气门升程系统，包括进气气门升程和排气气门升程，所述的排气气门升程包括由集成式排气凸轮产生的制动排气气门升程和点火排气气门升程，所述的进气气门升程包括制动进气气门升程和点火进气气门升程，所示的制动进气气门升程主要出现于发动机的膨胀冲程，在压缩上止点之后开启，膨胀下止点附近关闭。
9.进一步的，所述的集成式排气凸轮包括压缩释放制动凸台和加高了的点火排气凸台，所述的压缩释放制动凸台产生在压缩上止点附近的制动排气气门升程。
10.进一步的，所述的加高了的点火排气凸台由上、下两部分组成，所述的上面部分为发动机的常规点火排气凸台，所述的下面部分与压缩释放制动凸台等高。
11.进一步的，所述的制动排气气门升程包括重置式的排气气门升程，所述重置式的排气气门升程包括前、后两部分，所述的前面部分来自加高了的点火排气凸台，所述的后面部分为重置后得到的常规点火排气气门升程。
12.进一步的，所述的集成式的排气凸轮还包括排气再循环制动凸台，所述的排气再循环制动凸台产生在进气下止点附近的制动排气气门升程。
13.进一步的，所述的进气气门升程来自专用制动进气凸轮，所述的专用制动进气凸轮产生在膨胀冲程的制动进气气门升程。
14.进一步的，所述的进气气门升程来自集成式进气凸轮，所述的集成式进气凸轮包括制动进气凸台和加高了的点火进气凸台，所述的制动进气凸台产生在膨胀冲程的制动进气气门升程，所述的制动进气气门升程小于常规点火进气气门升程。
15.进一步的，所述的加高了的点火进气凸台由上、下两部分组成，所述的上面部分为发动机的常规进气凸台，所述的下面部分与制动进气凸台等高。
16.本实用新型和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本实用新型的发动机四冲程制动系统和方法采用固链式摇臂，通过固体连接方式传递载荷，特别是保留常规进/排气摇臂和由其产生的常规进/排气气门升程，只在常规的发动机四冲程制动的基础上，增加制动进气气门升程(第二次进气气门升程)和发动机气缸进气，提高排气冲程期间的排气阻力，增加制动功率，具有结构简单可靠、制造组装容易、降低成本和应用广泛等优点。
附图说明
17.图1是发动机常规运作(点火)时进、排气气门升程的示意图。
18.图2是一种集成式发动机四冲程制动时进、排气气门升程的示意图。
19.图3是本实用新型的一种发动机四冲程制动的进、排气气门升程的示意图。
20.图4是本实用新型的另一种发动机四冲程制动的进、排气气门升程的示意图。
具体实施方式
21.图1是现有技术中发动机点火时进、排气气门升程的示意图。发动机常规点火的气门运动是公知常识。发动机的排气凸轮驱动常规(点火)排气摇臂，在发动机的排气冲程打
开排气门，排出燃烧后的废气。排气门的气门升程20(图1中的细实线)在发动机的膨胀(做功)下止点之前开启，到发动机的排气上止点之后关闭(关闭点23)。发动机的进气凸轮驱动常规(点火)进气摇臂，在发动机的进气冲程打开进气门，吸入新鲜的空气。进气门的气门升程30(图1中的粗实线)在发动机的排气上止点之前开启，到发动机的进气下止点之后关闭。特别值得指出的是，发动机的功能主要是点火产生正功率。无论是发动机二冲程制动还是发动机的四冲程制动，都必须保证在发动机点火时具有图1所示的进、排气气门升程20和30。
22.图2是现有技术中一种集成式发动机四冲程制动时进、排气气门升程的示意图。集成式发动机四冲程制动的气门运动也为人熟知，其生成的方法很多，目前应用最广的一种是采用集成式摇臂制动器(另外一种是集成式阀桥制动器)，制动机构集成在常规(点火)排气摇臂内，制动凸轮与常规(点火)排气凸轮集成。集成的排气凸轮包括制动凸台和加大了的常规排气凸台，加大了的常规排气凸台分为上、下两部分，上面部分为常规排气凸台，下面部分与制动凸台等高。发动机点火时，集成排气摇臂内的制动机构(为运动丢失机构)使得制动凸台的运动(图2中点划线212下面部分的升程)被丢失，只有上面部分的常规排气凸台的运动传递给发动机的两个排气门，产生常规(点火)排气气门升程20(图2中的细虚线，等于点划线212上面部分的升程)；发动机制动时，集成排气摇臂内的制动机构生成额外的链接，将制动凸台的运动传递给两个排气门，产生制动排气气门升程(这里包括压缩释放升程201和排气再循环升程204)和加高了的排气气门升程22。加高了的排气气门升程22不但高度比常规(点火) 排气气门升程20增加，其关闭点231也比常规(点火)排气气门升程20 的关闭点23迟后。压缩释放升程201发生在发动机压缩上止点附近(压缩上止点之前开启，压缩上止点之后关闭)，用来释放发动机压缩冲程期间在气缸内被压缩的高压气体(空气)；排气再循环204发生在发动机进气下止点附近(进气下止点之前开启，进气下止点之后关闭)，使得排气管内的气体在进气气门关闭附近反充气缸，增加制动功率。
23.图3是本实用新型的一种发动机四冲程制动的进、排气气门升程的示意图。与图2显示的现有技术的集成式发动机四冲程制动不同的是在发动机的膨胀(做功)冲程期间增加了制动进气气门升程302(图3中的粗虚线)，也叫第二进气气门升程(在进气冲程产生的进气气门升程30为第一进气气门升程)，它在压缩上止点之后开启，膨胀下止点附近关闭。相对于主要出现在进气冲程的点火进气气门升程30，制动进气气门升程(第二进气气门升程)302主要出现在膨胀(做功)冲程，而且比点火时的第一进气气门升程30小(低)。
24.本实用新型在发动机的膨胀(做功)冲程期间增加制动进气气门升程 302，将新鲜空气引入发动机的气缸，可以产生下述三种效应，提高发动机的制动功率：
25.(1)发动机排气冲程中气缸活塞上升的阻力增大(增加泵压做功)
26.(2)发动机排气量增大，提高排气背压和涡轮增压器的转速
27.(3)增加进气量和进气压力。
28.上述三种效应形成良性循环，有利于增加制动功率。
29.图4是用来描述本实用新型的另一种发动机四冲程制动的进、排气气门升程的示意图。与图3不同的是集成式制动增加了重置功能，发动机制动时将加高了的排气气门升程22重置到常规(点火)排气气门升程20，重置点202之前为加大了的排气气门升程22，重置点202之后为常规(点火)排气气门升程，气门升程的关闭点从231提前到23，减小了气门在排
气上止点的升程，从而消除了气门与气缸活塞相撞的可能性，也增加了制动功率，减小了制动排温。
30.注意到发动机两冲程制动需要取消点火时的进气和排气气门升程20 和30，也就是说，制动时需要将常规摇臂转化为取消气门运动的停缸摇臂。由于停缸摇臂的技术难度大，机构复杂，成本增加，可靠与耐久性降低等问题，至今在商用车发动机领域，还没有停缸摇臂的产品。
31.本技术实施例既没有使用停缸排气摇臂，也没有使用停缸进气摇臂 (保留传统的常规摇臂)，只是在现有技术的集成式发动机四冲程制动的基础上，增加了制动进气气门升程302。
32.上述说明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，这里显示的发动机制动系统，不但可以是摇臂制动器，也可以是阀桥制动器；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。还有，制动机构除了采用固链式的方式驱动发动机气门之外，也可选择液压等其它驱动方式。此外，类似排气气门升程，进气气门升程也可以来自集成式进气凸轮，集成式进气凸轮包括制动进气凸台和加高了的点火进气凸台，加高了的点火进气凸台由上、下两部分组成，上面部分为发动机的常规进气凸台，下面部分与制动进气凸台等高；制动进气凸台产生在膨胀冲程的制动进气气门升程，制动进气气门升程小于常规点火进气气门升程。总之，进、排气气门升程的曲线可以是多种多样的。