載荷可控的發動機制動裝置和發動機制動方法與流程

本發明涉及機械領域，尤其涉及發動機制動技術，特別是載荷可控的發動機制動裝置和發動機制動方法。

背景技術：
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發動機制動可以分為壓縮釋放型制動和泄氣型制動。

發動機的壓縮釋放型制動是在發動機活塞壓縮沖程的后半期打開排氣門。壓縮釋放型制動器的一個先例由康明斯 (Cummins) 于1965年在美國專利號3220392披露，其制動系統經過液壓回路將機械輸入傳遞到要打開的排氣門。液壓回路上通常包括在主活塞孔內往復運動的主活塞，該往復運動來自于發動機的機械輸入，比如說發動機噴油凸輪的運動或相鄰排氣凸輪的運動。主活塞的運動通過液壓流體傳遞到液壓回路上的副活塞，使其在副活塞孔內往復運動，副活塞直接或間接地作用在排氣門上，產生發動機制動運作的氣門運動。

發動機的泄氣型制動是排氣門除了正常的開啟之外，還在部分周期內保持小量恒開（部分周期泄氣制動），或在非排氣沖程的周期內（進氣沖程，壓縮沖程，和膨脹沖程）保持小量恒開（全周期泄氣制動）。部分周期泄氣制動和全周期泄氣制動的主要區別在于前者在大部分的進氣沖程中不打開排氣門。

發動機的壓縮釋放型制動和泄氣型制動的區別主要有兩點。第一點主要區別是制動排氣門的開啟相位（制動時間）不同。全周期泄氣型制動的制動排氣門是始終打開的，因此不牽涉到開啟時間。部分周期泄氣型制動的制動排氣門的開啟時間是在發動機的進氣沖程的后半期；而壓縮釋放型制動的制動排氣門的開啟時間是在發動機的壓縮沖程的后半期，比部分周期泄氣型制動的制動排氣門的開啟時間要晚很多。第二個主要區別是制動排氣門的開啟高度（制動閥升）不同。一般來說，壓縮釋放型發動機制動比泄氣型制動具有更大的制動功率，但同時也產生更大的制動載荷，特別不適合于平底挺柱的發動機。發動機制動載荷比點火時候的常規氣門驅動載荷高幾倍，很容易超過凸輪接觸應力的極限值。

技術實現要素：
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本發明的目的在于提供一種載荷可控的發動機制動裝置，所述的這種制動裝置要解決現有技術中泄氣型發動機制動裝置的制動功率不足、而壓縮釋放型發動機制動裝置制動載荷偏大的技術問題。

本發明的這種載荷可控的發動機制動裝置，包括一個箱體、止位機構、供油機構、限壓機構、凸輪和發動機的氣門，其特征在于：所述的箱體中設置有一個主活塞孔和一個副活塞孔，所述的主活塞孔和副活塞孔之間設置有連通的液壓通道，主活塞孔內滑動式地設置有一個主活塞，副活塞孔內滑動式地設置有一個副活塞，主活塞的外端與所述的凸輪相連，副活塞的外端與所述的氣門相連，副活塞孔底的箱體內設置有一個油孔，所述的止位機構固定在發動機上且在所述的油孔的出口處與箱體相鄰，所述的供油機構包括供油通道和單向供油閥，所述的單向供油閥設置在供油通道內或者設置在供油通道和主活塞孔之間，所述的限壓機構包括限壓閥和限壓彈簧，所述的限壓閥設置在主活塞孔和副活塞孔之間，所述的限壓彈簧將限壓閥保持在常開狀態，限壓閥在主活塞孔或者副活塞孔內的流體壓力達到預定值時關閉，阻止副活塞上面的流體壓力通過液壓通道傳遞給主活塞和凸輪。

進一步的，所述的箱體包括發動機的閥橋，所述的氣門包括發動機的第一氣門和第二氣門，所述的主活塞孔設置在閥橋的中部并向上開口，所述的副活塞孔設置在閥橋的一端并向下開口，主活塞孔內的主活塞的外端與發動機的搖臂的一端相連，搖臂的另一端與凸輪相連，副活塞孔內的副活塞的外端與所述的第一氣門相連，閥橋的另一端的下側與所述的第二氣門相連，副活塞孔底的閥橋內設置有所述的油孔，所述的止位機構固定在發動機上且在所述的油孔的出口處與閥橋相鄰，所述的副活塞中設置有液壓通道，所述的限壓閥設置在副活塞中液壓通道的出口處，限壓閥的大部分表面承受副活塞孔內的流體壓力，限壓閥的小部分表面承受外界的大氣壓力，所述的限壓彈簧的兩端分別作用在限壓閥和副活塞上，當限壓閥上面的流體壓力大于限壓彈簧在限壓閥上的預緊力時，限壓閥關閉副活塞中液壓通道的出口，阻止副活塞上面的流體壓力通過液壓通道傳遞給主活塞以及與主活塞相連的搖臂和凸輪。

進一步的，所述的箱體包括發動機的搖臂，所述的主活塞孔設置在搖臂的一端并向下開口，所述的副活塞孔設置在搖臂的另一端也向下開口，主活塞孔內的主活塞的外端與凸輪相連，副活塞孔內的副活塞的外端與所述的發動機氣門相連，副活塞孔底的搖臂內設置有所述的油孔，所述的止位機構固定在發動機上且在所述的油孔的出口處與搖臂相鄰，所述的副活塞中設置有液壓通道，所述的限壓閥設置在副活塞中液壓通道的出口處，限壓閥的大部分表面承受副活塞孔內的流體壓力，限壓閥的小部分表面承受外界的大氣壓力，所述的限壓彈簧的兩端分別作用在限壓閥和副活塞上，當限壓閥上面的流體壓力大于限壓彈簧在限壓閥上的預緊力時，限壓閥關閉副活塞中液壓通道的出口，阻止副活塞上面的流體壓力通過液壓通道傳遞給主活塞以及與主活塞相連的凸輪。

進一步的，所述的載荷可控的發動機制動裝置還包括制動間隙補償機構，所述的制動間隙補償機構包括防飛脫彈簧和象足墊，象足墊的一端為凹球面并通過可調間隙的壓球面與發動機的搖臂相連，象足墊的另一端與發動機的推桿相連，防飛脫彈簧的一端安置在搖臂上，防飛脫彈簧的另一端安置在象足墊上。

本發明還包括一種載荷可控的發動機制動方法，包括一個阻止發動機制動裝置的副活塞上的流體壓力傳遞到主活塞的過程，所述的發動機制動裝置包括一個箱體、止位機構、供油機構、限壓機構、凸輪和發動機的氣門，所述的箱體中設置有一個主活塞孔和一個副活塞孔，所述的主活塞孔和副活塞孔之間設置有連通的液壓通道，主活塞孔內滑動式地設置有所述的主活塞，副活塞孔內滑動式地設置有所述的副活塞，主活塞的外端與所述的凸輪相連，副活塞的外端與所述的氣門相連，副活塞孔底的箱體內設置有一個油孔，所述的止位機構固定在發動機上且在所述的油孔的出口處與箱體相鄰，所述的供油機構包括供油通道和單向供油閥，所述的單向供油閥設置在供油通道內或者設置在供油通道和主活塞孔之間，所述的限壓機構包括限壓閥和限壓彈簧，其特征在于：將限壓閥設置在主活塞孔和副活塞孔之間，由限壓彈簧將限壓閥保持在常開狀態，利用凸輪驅動主活塞，主活塞通過流體壓力的傳遞驅動副活塞，副活塞打開發動機的氣門，發動機的氣門施加反作用力于副活塞，副活塞孔內的流體壓力增大，克服限壓彈簧在限壓閥上的預緊力，將限壓閥關閉，阻止副活塞上面的流體壓力通過液壓通道傳遞給主活塞以及與主活塞相連的凸輪。

本發明和已有技術相比，其效果是積極和明顯的。本發明將發動機制動的驅動機構集成在發動機現有的氣門驅動鏈（如閥橋或搖臂）內部，并利用止位機構和限壓機構減小氣門驅動鏈（如搖臂和凸輪）承擔的制動載荷，設計精巧，結構緊湊，減小了發動機的制動載荷，增加了發動機的制動功率，改進了發動機運作的可靠性和耐久性。

附圖說明：

圖1是本發明中載荷可控的發動機制動裝置的第一個實施例處于“關”位置的示意圖。

圖2是本發明中載荷可控的發動機制動裝置的第一個實施例處于“開”位置的示意圖。

圖3是本發明中載荷可控的發動機制動裝置的第一個實施例中的限壓閥處于“開”位置的示意圖。

圖4是本發明中載荷可控的發動機制動裝置的第一個實施例中的限壓閥處于“關”位置的示意圖。

圖5是本發明中載荷可控的發動機制動裝置的第二個實施例處于“關”位置的示意圖。

圖6是本發明中載荷可控的發動機制動裝置的第二個實施例處于“開”位置的示意圖。

具體實施方式：

實施例1:

如圖1和圖2所示，本發明的載荷可控的發動機制動裝置的實施例1分別處于“關”（供油機構斷油）和“開”（供油機構供油）的位置。圖1和圖2中包括三個主要組成部分：發動機的氣門致動器200、氣門300（包括一個第一氣門3001和一個第二氣門3002）和載荷可控的發動機制動驅動機構100。

氣門致動器200包括凸輪230、凸輪從動輪235、推桿201、搖臂210以及閥橋400。氣門致動器200和氣門300合在一起可稱為氣門驅動鏈。通常在搖臂210的一端（靠近閥橋400或者靠近凸輪230）帶有閥隙調節機構。本實施例中的閥隙調節機構包括設置在推桿201一側的搖臂210內的閥隙調節螺釘110，由鎖緊螺帽105固定。搖臂210擺動式地安裝在搖臂軸205上。

發動機的氣門300包括第一氣門3001和第二氣門3002，它們分別由氣門彈簧3101和氣門彈簧3102（簡稱氣門彈簧310）頂置在發動機缸體500內的閥座320上，阻止氣體在發動機汽缸和排氣管600之間的流動。氣門致動器200將凸輪230的機械運動，通過閥橋400傳遞給第一氣門3001和第二氣門3002，使其周期性地打開和關閉，產生常規（主）氣門運動。

發動機的凸輪是發動機制動凸輪與發動機常規（主）凸輪的集成，所集成的凸輪230上含有至少一個發動機制動凸臺和抬高后的常規凸臺220。這里的凸輪230的發動機制動凸臺包括在內基圓225上的壓縮釋放凸臺233和排氣再循環凸臺232。

發動機制動驅動機構100包括箱體、止位機構、供油機構、限壓機構以及制動間隙補償機構。本實施例中的箱體采用發動機的閥橋400。閥橋400的中央向上開口設置有一個主活塞孔415，閥橋400的一端向下開口設置有一個副活塞孔190。主活塞孔415和副活塞孔190由液壓通道412連通。主活塞孔415內和副活塞孔190內分別滑動式地設置有主活塞162和副活塞160。主活塞162的上端通過連接件113和114（中間含有供油通道）與發動機的搖臂210相連，搖臂210的另一端通過間隙補償機構250、推桿201和凸輪從動輪235與凸輪230相連。副活塞160的外端（下面）與產生發動機制動的第一氣門3001相連。閥橋400的另一端的下面與發動機的第二氣門3002相連。副活塞孔底的閥橋400內設置有一個與外界連通的油孔197，油孔197所在的閥橋上側設置有一個止位機構125。止位機構125的箱體1251固定在發動機上。止位機構125包括可調的連接件1102與連接件1142和緊固件1052。在凸輪230處于基圓225位置時，連接件1142位于副活塞孔190上方的閥橋400上并封閉油孔197的出口。

在閥橋400內的主活塞孔415邊上還設置有定位銷142，在主活塞162上設置有限位槽137，形成活塞限位機構，限制主活塞162的最大沖程。類似的活塞限位機構也可以用于副活塞160.

發動機制動驅動機構100的供油機構包括制動供油電磁閥（未顯示）、供油通道和單向供油閥172。供油通道很多，包括搖臂軸205內的軸向通道211、徑向通道212、搖臂210內的凹槽或缺口213、通道214和連接件113內的通道115等。單向供油閥172設置在供油通道內或者設置在供油通道和主活塞孔415之間。

發動機制動驅動機構100的間隙補償機構250包括防飛脫彈簧198和象足墊116。象足墊116的一端為凹球面并與固緊在搖臂210上的調節螺釘110的壓球面相鄰，象足墊116的另一端與發動機的推桿210相連，防飛脫彈簧198的一端安置在搖臂210上，防飛脫彈簧198的另一端安置在象足墊116上。間隙補償機構250的預緊彈簧198也可以使用不同的安裝方式、設置在不同的地方，比如在主活塞162與閥橋400之間等。預緊彈簧198保持由主活塞162在主活塞孔415內的縮回位置（圖1）與伸出位置（圖2）在氣門驅動鏈內部生成的間隙130或132，消除氣門驅動鏈內部的不跟隨和沖擊。

發動機制動驅動機構100的限壓機構170由圖3和圖4局部放大而更好地顯示出來。限壓機構170包括限壓閥173和限壓彈簧178。限壓閥173設置在副活塞160中液壓通道176的出口174處。限壓閥173的大部分表面承受副活塞孔190內的流體壓力，限壓閥173的小部分表面（下面閥桿175的橫截面）承受外界的大氣壓力。限壓彈簧178的兩端分別作用在限壓閥173和副活塞160上，限壓彈簧178將限壓閥173保持常開。當限壓閥173上面的流體壓力（向下）大于限壓彈簧178在限壓閥上的作用力（向上）時，限壓閥173關閉副活塞160中液壓通道176的出口174，阻止副活塞160上面的流體壓力通過液壓通道176和412傳遞給主活塞162以及與主活塞相連的搖臂210和制動凸輪230。

限壓機構170還可以安裝在其它位置，如主活塞162內，但其作用不變，那就是在副活塞孔190內的流體壓力達到預定值時，阻止副活塞160上的流體壓力經由主活塞162和副活塞160之間的液壓流體而施加到主活塞162、搖臂210和凸輪230。

當需要發動機制動時，打開制動供油電磁閥（未顯示），通過供油機構的供油通道，向發動機制動的驅動機構100供油。油壓克服間隙補償機構250中防飛脫彈簧198的作用力，使得主活塞162在閥橋400的主活塞孔415內從如圖1所示的縮回位置向上移到如圖2所示的伸出位置，主活塞162與主活塞孔415的孔底（也就是閥橋400）之間的間隙130內充滿了液壓流體（機油），形成液壓連接。圖1的間隙補償機構250中的空隙132被消除。

在發動機的壓縮沖程的后半期，當凸輪230的發動機制動凸臺（壓縮釋放凸臺）233從內基圓225往上升時，搖臂210驅動閥橋400內的主活塞162從圖2的伸出位置往下移向主活塞孔底面的縮回位置，通過主活塞孔415和副活塞孔190之間的液壓通道412和176的液壓流體（機油），將主活塞162的向下運動傳遞給副活塞160。位于副活塞孔190上方的閥橋400上的止位機構125，使閥橋400因為副活塞孔190內的油壓增加而向上貼緊止位機構125（連接件1142），但不會向上運動（閥橋400保持相對靜止狀態）。閥橋400的副活塞孔190內的副活塞160只能向下伸出，打開位于副活塞160下面的第一氣門3001，產生發動機制動的氣門運動。

在上述的打開第一氣門3001產生壓縮釋放制動的過程中，作用在副活塞162上面的力和其表面的流體壓力逐漸增大，在接近壓縮上止點之前達到最大。根據上述制動載荷（副活塞孔內流體壓力）逐漸增大的特點，限壓機構170在副活塞孔190內的流體壓力達到預定值（由發動機的承載能力決定）時，其常開的限壓閥173（圖3）在流體壓力作用下，克服限壓彈簧178的作用力，向下運動，關閉副活塞160中液壓通道176的出口174，阻止副活塞孔190內的流體壓力通過液壓通道176和412傳遞給主活塞162、主活塞上面的搖臂210和制動凸輪230。這樣，制動氣門3001上面越來越大的制動載荷不會傳遞給氣門致動器200（如凸輪230），而是通過副活塞162、副活塞孔190內的流體壓力和副活塞孔190底的閥橋400，傳遞給固定在發動機上的止位機構125。

在凸輪230進入抬高了的常規凸臺220的頂部（高于發動機制動凸臺233）時，主活塞162壓迫主活塞孔底，驅動閥橋400向下運動。當閥橋400與位于其上面的止位機構125（即連接件1142）分離時，閥橋400內與副活塞孔190相通的油孔197打開卸油，副活塞160從閥橋400的副活塞孔190內的伸出位置向上移到縮回位置，使得抬高了的常規凸臺220生成的第一氣門3001的升程被重置，產生與第二氣門3002幾乎相同的關閉時間。

如果凸輪230的發動機制動凸臺還包括排氣再循環凸臺232，那么排氣再循環凸臺232通過氣門驅動鏈開啟第一氣門3001的過程，與上述的壓縮釋放凸臺233通過氣門驅動鏈開啟第一氣門3001的過程基本相同，唯一的區別是排氣再循環的氣門開啟遠離發動機的壓縮上止點，副活塞孔190內的流體壓力相對低很多，常開的限壓閥173不會關閉。

當不需要發動機制動時，關閉制動供油電磁閥（未顯示），停止向發動機制動驅動機構100供油。在凸輪230進入集成后的抬高常規（主）凸臺220的頂部（高于制動凸臺232和233）時，主活塞162壓迫主活塞孔底，驅動閥橋400向下運動。當閥橋400與位于其上面的止位機構125（即連接件1142）分離時，閥橋400內與副活塞孔190相通的油孔197打開卸油，副活塞160從閥橋400的副活塞孔190內從伸出位置向上移到縮回位置。閥橋400將抬高后的常規凸臺220頂部的運動傳遞給兩個氣門3001和3002，產生常規氣門運動。在凸輪230從抬高后的常規凸臺220的頂部進入其底部回到內基圓225的過程中，副活塞160保持在圖1所示的縮回位置（由于氣門彈簧3101的向上作用力），主活塞162保持在圖1所示的縮回位置（由于間隙補償機構250中防飛脫彈簧198的作用力），氣門驅動鏈內部（調節螺釘110和象足墊116之間）形成一間隙132。由于該間隙132，發動機制動凸臺（如壓縮釋放凸臺233和排氣再循環凸臺232）的運動將不會傳遞給氣門300，只有抬高后的常規凸臺220頂部的運動傳遞給氣門300，產生發動機的常規（主）氣門運動，發動機制動的運作被解除。

實施例2:

如圖5和圖6所示，本發明的載荷可控的發動機制動裝置的實施例2分別處于“關”（供油機構斷油）和“開”（供油機構供油）的位置。本實施例與上述實施例1的區別在于本實施例中的箱體采用了發動機的搖臂210。也就是說，發動機制動驅動機構100主要集成在搖臂210內。主活塞孔415設置在搖臂210的一端并向下開口，副活塞孔190設置在搖臂210的另一端也向下開口。主活塞孔415內的主活塞162的外端（下面）與凸輪相連，副活塞孔190內的副活塞160的外端（下面）與發動機的氣門3001相連。副活塞孔190底的搖臂210內設置有油孔197。止位機構125固定在發動機上且在所述的油孔197的出口處（上端）與搖臂210相鄰。副活塞160中設置有液壓通道176，限壓機構170的限壓閥173設置在副活塞160中液壓通道176的出口174處，限壓閥173的大部分表面承受副活塞孔190內的流體壓力，限壓閥的小部分表面（限壓閥173的閥桿175的橫截面）承受外界的大氣壓力。限壓彈簧178的兩端分別作用在限壓閥173和副活塞160上，當限壓閥173上面的流體壓力大于限壓彈簧178在限壓閥173上的預緊力時，限壓閥173關閉副活塞160中液壓通道176的出口174，阻止副活塞160上面的流體壓力通過液壓通道176和412傳遞給主活塞162以及與主活塞162相連的凸輪230。

當需要發動機制動時，打開制動供油電磁閥（未顯示），通過供油機構的供油通道，向發動機制動的驅動機構100供油。油壓克服間隙補償機構250中防飛脫彈簧198的作用力，使得主活塞162在搖臂210的主活塞孔415內從如圖5所示的縮回位置向下移到如圖6所示的伸出位置，主活塞162與主活塞孔415的孔底（也就是搖臂210）之間的間隙234內充滿了機油，形成液壓連接。圖5的間隙補償機構250中的空隙234被消除。

在發動機的壓縮沖程的后半期，當凸輪230的發動機制動凸臺（壓縮釋放凸臺）233從內基圓225往上升時，搖臂210的主活塞孔415內的主活塞162從圖6的伸出位置往上移向主活塞孔162底面的縮回位置，通過主活塞孔415和副活塞孔190之間的液壓通道412和176的流體（機油），將主活塞162的向下運動傳遞給副活塞160。位于副活塞孔190上方的搖臂210上的止位機構125，使搖臂210因為副活塞孔190內的油壓增加而向上貼緊止位機構125（連接件1142），但不會向上運動（搖臂210保持相對靜止狀態）。搖臂210的副活塞孔190內的副活塞160只能向下伸出，打開位于副活塞160下面的發動機氣門3001，產生發動機制動的氣門運動。當然，副活塞160下面也可以通過一個閥橋與兩個氣門相連，同時打開兩個氣門。

在上述的打開氣門3001產生壓縮釋放制動的過程中，作用在副活塞162上面的力和其表面的流體壓力逐漸增大，在接近壓縮上止點之前達到最大值。根據上述制動載荷（副活塞孔190內流體壓力）逐漸增大的特點，限壓機構170在副活塞孔190內的流體壓力達到預定值（根據發動機的承載能力決定）時，其常開的限壓閥173（圖3）在流體壓力作用下，克服限壓彈簧178的作用力，使限壓閥173向下運動，關閉副活塞160中液壓通道176的出口174（圖4），阻止副活塞孔190內的流體壓力通過液壓通道176和412傳遞給主活塞162。這樣，圖6中氣門3001上面越來越大的制動載荷不會傳遞給氣門致動器200（如凸輪230），而是通過副活塞162、副活塞孔190內的流體壓力和副活塞孔190底的搖臂210，傳遞給固定在發動機上的止位機構125。

上述說明披露了一種新的載荷可控的發動機制動裝置和發動機制動方法。上述的實施方式，不應該被視為對本發明范圍的限制，而是作為代表本發明的一些具體例證，許多其他演變都有可能從中產生。舉例來說，這里的載荷可控的發動機制動裝置和發動機制動方法，不但可以用于推桿式發動機，也適用于頂置凸輪式發動機；不但可以用于驅動排氣門，也適用于驅動進氣門；制動時可以打開一個發動機氣門，也可以打開兩個發動機氣門。還有，供油閥172可以采用不同的形式，如球閥、柱閥和碟閥等。供油閥172也可以安置在不同的位置，比如安置在供油通道（如搖臂210內的油道214）內。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。還有，預緊彈簧198可以有不同的形式和安裝在不同的地方，比如在主活塞162和閥橋400之間。

此外，這里的載荷可控的發動機制動裝置和發動機制動方法，適合于各種不同的發動機制動，包括壓縮釋放型制動和泄氣型制動。這里的箱體，除了發動機的閥橋和搖臂之外，還可以是外加的、固定在發動機上的制動箱體。因此，本發明的范圍不應由上述的具體例證來限制，而是由權利要求來決定。