CN105003313A - 一种发动机制动单元 - Google Patents

Abstract

一种发动机制动单元，包括一个制动箱体，制动箱体内设置有一个制动活塞孔，制动活塞孔内设置有一个制动活塞，制动箱体的一侧箱壁中设置有一个气门阀杆定位孔，气门阀杆定位孔的轴向与制动活塞孔的轴向相交，制动活塞的侧面中设置有一个缺口，缺口朝向气门阀杆定位孔。本发明利用气门的阀杆定位制动箱体，利用制动箱体内制动活塞侧面的缺口位置消除或者建立凸轮与气门之间的固体链接，结构紧凑，简化了发动机制动装置，减小了发动机的重量和高度，增加了发动机运作的可靠性和耐久性，解决了现有技术中***复杂、机构笨重、占用空间大、制造困难、成本高的问题。由于在凸轮与气门实现固体链接，消除了液压连接的变形、泄漏、超载和可靠性差等缺点。

Description

一种发动机制动单元

技术领域:

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，特别是一种发动机制动单元。

背景技术:

发动机制动单元的作用是在正常的发动机气门运动的基础上，产生用于制动的辅助气门运动。发动机的压缩释放型制动在发动机活塞压缩冲程的后期打开气门，将压缩冲程中在汽缸内产生的高压高温空气释放掉，让发动机成为一个吸收能量的空气压缩机，使车辆减速。压缩释放型制动装置的一个先例由康明斯(Cummins)于1965年在美国专利号3,220,392披露,该制动***经过液压回路将机械输入传递到要打开的气门。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气门上，产生发动机制动运作的气门运动。

康明斯的发动机制动装置为顶置在发动机上的附件。为了安装此类发动机制动器，在汽缸和阀盖之间要添加垫圈，因此，额外地增加发动机的高度、重量及成本。很显然，解决上述问题的方案是将制动装置的部件集成于发动机的现有部件内，如集成在发动机的摇臂或阀桥内，形成集成式制动器。集成式摇臂制动器的先例有美国专利第3,367,312号（1968年），第3,786,792号和第3,809,033号（1974年），第5,564,385号（1996年），第6,234,143号和第6,253,730号（2001年），第7,909,017号和第8,065,987号（2011年）。集成式阀桥制动器的先例有美国专利3,520,287（1970年），第4,572,114号（1986），第5,531,192号（1996），第6,006,706号（1999），第7,905,208号和第7,984,705号（2011）。

然而，集成式制动器也有其缺陷和不足。比如，在摇臂或阀桥内增加制动机构，不论从设计、制造和使用等方面，都增加了难度和成本。此外，很多发动机没有摇臂或阀桥，无法集成发动机制动机构。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种发动机制动单元，所述的这种发动机制动单元要解决现有技术中的发动机制动***复杂、成本高、不易安装、机构笨重和庞大等技术问题。

本发明的这种发动机制动单元包括一个制动箱体，其中，所述的制动箱体内设置有一个制动活塞孔，所述的制动活塞孔内设置有一个制动活塞，制动箱体的一侧箱壁内部设置有一个气门阀杆定位孔，所述的气门阀杆定位孔的轴向与制动活塞孔的轴向相交，所述的制动活塞的侧面中设置有一个缺口，所述的缺口朝向气门阀杆定位孔。

进一步的，所述的制动箱体设置在发动机的气门驱动链中，所述的气门驱动链包括凸轮和气门，制动箱***于所述的凸轮和气门之间，气门含有阀杆，制动箱体通过所述的气门阀杆定位孔套接在所述的阀杆上，制动箱体与阀杆之间设置有沿阀杆轴向的滑动副，制动活塞在制动活塞孔内的运动方向与阀杆的运动方向垂直或者接近垂直，制动活塞在制动活塞孔内的位置控制制动活塞与阀杆之间的相对位置，当制动活塞与阀杆之间的空隙为零时，凸轮通过制动箱体、制动活塞和阀杆与气门形成刚性固体链接结构，凸轮的运动通过所述的刚性固体链接结构传递给气门。

进一步的，所述的气门驱动链还包括摇臂，所述的摇臂的中部安置在一个摇臂轴上，摇臂的一端与凸轮接触，摇臂的另一端与制动箱体连接，摇臂内含有供油通道，所述的供油通道与制动箱体内的制动活塞孔连通。

进一步的，所述制动箱体内的制动活塞孔的一端设置有一个弹簧座，所述的弹簧座与制动活塞之间设置有一个回位弹簧。

进一步的，所述的缺口由一个从制动活塞的侧面向制动活塞的轴心方向切入的环槽构成，所述的环槽包括有至少一个底面，所述的至少一个底面与制动活塞的中心轴线平行。

或者，所述的缺口由一个从制动活塞的侧面向制动活塞的轴心方向切入的槽形结构构成，所述的槽形结构包括有一个底面，所述的至少一个底面与制动活塞的中心轴线相交。

进一步的，所述的至少一个底面包括两个相互平行的台阶式柱面或平面。

进一步的，所述的凸轮上含有一个加大的常规凸台和至少一个制动凸台，所述的加大的常规凸台生成的加大的常规阀升曲线由底部和顶部组成，所述的底部与所述的制动凸台生成的制动阀升曲线接近同高，所述的顶部与没有发动机制动的常规发动机凸台生成的常规阀升基本相同。

进一步的，气门与制动箱体之间设置有一个预紧弹簧。

进一步的，所述的预紧弹簧的中央设置有一个通孔，预紧弹簧中包括有沿径向延伸的两个以上数目的片弹簧，所述的通孔套在阀杆上，所述的片弹簧均安置在气门的弹簧座上。

本发明的工作原理是：当需要发动机制动时，制动控制机构向制动活塞孔供油，油压克服回位弹簧的作用力，将制动活塞在制动活塞孔内从非制动位置移到制动位置，消除制动活塞与气门之间的空隙，凸轮通过制动单元与气门之间形成的固体链接，将凸轮上制动凸台的运动传递给气门，产生发动机制动的辅助气门运动。在不需要发动机制动时，制动控制机构关闭卸油，回位弹簧将制动活塞从制动位置推回到非制动位置，在制动活塞与气门之间形成空隙，将凸轮上制动凸台的运动跳过（运动丢失），消除产生发动机制动的辅助气门运动，发动机回到点火状态的常规气门运动。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明利用气门的阀杆定位制动箱体，利用制动箱体内制动活塞侧面的缺口位置消除或者建立凸轮与气门之间的固体链接，结构紧凑，简化了发动机制动装置，减小了发动机的重量和高度，增加了发动机运作的可靠性和耐久性，解决了现有技术中存在的***复杂、机构笨重、占用大量空间和制造难、成本高的技术问题。此外，本发明的制动单元采用的是固体链接，消除了液压连接的变形、泄漏、超载和可靠性差等缺点。

附图说明： 

图1是本发明的独立发动机制动单元的第一个实施例在发动机制动处于“关”（非制动）位置的示意图。

图2是本发明的独立发动机制动单元的第一个实施例在发动机制动处于“开”（制动）位置的示意图。

图3是本发明的独立发动机制动单元的第二个实施例在发动机制动处于“关”（非制动）位置的示意图。

图4是本发明的独立发动机制动单元的第二个实施例在发动机制动处于“开”（制动）位置的示意图。

图5是本发明的独立发动机制动单元的第三个实施例在发动机制动处于“关”（非制动）位置的示意图。

图6是本发明的独立发动机制动单元的第三个实施例在发动机制动处于“开”（制动）位置的示意图。

具体实施方式：

实施例1:

如图1和图2所示，本发明的发动机制动单元的第一个实施例分别在其“关”（非制动）和 “开”（制动）位置。图1和图2中分别包括三个主要组成部分：气门致动器200、气门机构300和发动机制动单元100。气门致动器200和气门机构300为气门驱动链的两个组件。

本实施例的气门致动器200只包括一个凸轮230，凸轮230在内基圆225上有一个主要用于发动机常规运作的加大凸台220，加大凸台220比常规凸台(不带发动机制动)要大。加大的原因是制动凸轮与常规凸轮集成在一起，集成后的凸轮230还带有用于发动机制动的小凸台232和233。在发动机点火运作时，为了跳过制动小凸台232和233，加大凸台220的底部必须增加与小凸台232和233大约等高的过渡部分，而其顶部相当于常规凸台。制动小凸台232用于制动时的废气再循环，制动小凸台233则用于压缩释放。

本实施例的气门机构300只包括一个气门3001。气门3001通过弹簧座302由气门弹簧3101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（气门之下，未显示）和排气歧管600之间的流动。对于没有发动机制动的常规发动机，常规凸轮（没有制动凸台）的机械运动将直接传递给气门3001，使其周期性地打开和关闭。这里所显示的是发动机的一个汽缸，但实际使用中发动机也可以有两个以上的汽缸。

制动单元100位于凸轮230和气门3001之间。制动单元100包括由气门阀杆301定位的制动箱体125（制动箱体125上的定位孔191直接套在气门阀杆301上面），制动箱体125内设置有一个制动活塞孔190，制动活塞孔190内滑动式地设置有一个制动活塞160，制动活塞160位于气门阀杆301的上方并沿着与气门运动方向垂直的（这里是水平）方向运动，控制制动活塞160与气门阀杆301之间的空隙134（图1）。当制动活塞160与气门阀杆301之间的空隙为零时（图2），凸轮230通过所述的制动单元100与气门3001之间形成刚性的固体链接，将凸轮230的运动传递给气门3001。这里的制动活塞160上有两个台阶圆柱面：直径较小的小圆柱面140（图2）和直径与制动活塞孔190配合的大圆柱面。大、小两个圆柱面之间的距离大于或等于空隙134（图1）。当然，制动活塞160也可以用台阶平面来取代台阶圆柱面，而台阶平面可以是在制动活塞160上面的导向槽的底面（气门阀杆301位于该导向槽内）。此外，制动活塞160上的台阶面可以是两个以上。

制动箱体125和气门弹簧座302之间设置有预紧弹簧198。预紧弹簧198将整个制动单元100向上偏置在凸轮230上，这样活塞孔190内的制动活塞160不受预紧弹簧198的作用。这里的预紧弹簧198是一个中心对称的压片弹簧，其中央有一通孔并含有沿径向排列的两个以上片弹簧（比如说六片，呈太阳式的辐射状），中央通孔套在气门阀杆301上，所述的两个以上的片弹簧安置在气门的弹簧座302上。预紧弹簧198也可以是其它形式的弹簧，但其作用都是消除由于空隙134造成的气门驱动链内部的不跟随和冲击。

当需要发动机制动时，制动控制机构50打开供油（图2的“+”标志），发动机的机油通过流体通道（包括制动箱体内的流体通道410），进入制动活塞孔190内。油压克服回位弹簧156的作用力，将制动活塞160从非制动位置推向制动位置，使得制动活塞160和气门阀杆310之间的空隙134（图1）被消除（图2）。凸轮230通过制动单元100与气门3001之间形成刚性的固体链接，将凸轮230（包括加大凸台220、制动小凸台232和233）的运动传递给气门3001，产生发动机制动的辅助气门运动。

当不需要发动机制动时，制动控制机构50关闭卸油（图1的“—”标志），制动活塞160在回位弹簧156的作用下从制动位置回到非制动位置，气门驱动链内部的空隙134重新形成（图1），制动小凸台232和233的运动被跳过，不会传递到气门3001（只有制动箱体125的运动，没有气门3001的运动），发动机的制动运作被解除。只有加大凸台220顶部的运动传递到气门3001，产生发动机点火运作的常规气门运动。

实施例2:

如图3和图4所示，本发明的发动机制动单元的第二个实施例分别在其“关”（非制动）和 “开”（制动）位置。与第一个实施例相比，本实施例的气门致动器200还包括摇臂210，也就是说本实施例的气门驱动链增加了摇臂210这个组件。摇臂210的中间安置在摇臂轴205上，摇臂的一端通过滚轮235与凸轮230接触，摇臂210的另一端通过阀隙调节机构位于制动箱体125上。阀隙调节机构包括由螺母105固紧在摇臂210上的调节螺钉110和调节螺钉压球下面的象足垫114。所以，本实施例的发动机制动单元100位于摇臂210和气门机构300之间。

本实施例的制动单元100与第一实施例也有所不同，其中制动箱体125内的制动活塞孔190与水平方向稍微倾斜（倾斜角小于或等于摩擦自锁角），所以制动活塞孔190内的制动活塞160的运动方向与气门运动方向不是完全垂直的。制动活塞160上有一个与其轴线倾斜的平面147，位于气门阀杆301之上。制动活塞160在倾斜的制动活塞孔190内的运动控制平面147与气门阀杆301之间的空隙134（图3）。预紧弹簧198将制动箱体125偏置向上，紧靠摇臂210上的象足垫114。

当需要发动机制动时，制动控制机构50打开供油（图4供油通道211中的“+”标志），发动机的机油通过摇臂轴205和摇臂210内的供油通道211、212、213、214和调节螺钉内的供油通道115，制动箱体125内的供油通道410，以及制动活塞160上的油槽137和供油通道152，进入制动活塞孔190内。油压克服回位弹簧156的作用力，将制动活塞160从非制动位置推向制动位置，使得制动活塞160和气门阀杆310之间的空隙134（图3）被消除（图4）。凸轮230通过制动单元100与气门3001之间形成的刚性固体链接，将凸轮230（包括加大凸台220、制动凸台232和233）的运动传递给气门3001，产生发动机制动的辅助气门运动。

当不需要发动机制动时，制动控制机构50关闭并卸油（图3供油通道211中的“—”标志），制动活塞160在回位弹簧156的作用下从制动位置回到非制动位置，气门驱动链内部的空隙134重新形成（图3），制动凸台232和233的运动被跳过，不会传递到气门3001（只有制动箱体125的运动，没有气门3001的运动），发动机的制动运作被解除。只有加大凸台220顶部的运动传递到气门3001，产生发动机点火运作的常规气门运动。

实施例3:

如图5和图6所示，本发明的发动机制动单元的第三个实施例分别在其“关”（非制动）和 “开”（制动）位置。本实施例与第二个实施例的唯一区别是制动活塞160上有两个与其轴线倾斜的平面140和141。由于平面140和141形成有一高差的台阶，制动活塞160从制动位置（图6）移动到非制动位置（图5）所形成的空隙134（参考图3和图4）将是两台阶面140和141的高差与制动活塞160倾斜运动的总和。也就是说，第三个实施例基本上是第一个实施例和第二个实施例的综合。当然，这里的台阶平面140和141也可以是在制动活塞160上面的导向槽的底面（气门阀杆301位于该导向槽内），而且可以是两个以上的台阶面。

上述的许多具体实施方式，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，本发明所提出的发动机制动装置和方法，不但可以用于顶置凸轮式发动机，也适用于推杆式发动机；不但可以产生压缩释放型发动机制动（包括带和不带排气再循环），也可以产生泄气型发动机制动（包括部分周期和全周期泄气型发动机制动）。

此外，回位弹簧和预紧弹簧的形式和安置也可以是多种多样。

还有，制动活塞的形式也可以不同，活塞上面的台阶面、斜面的数量和形状等也可以不一样。

此外，凸轮上凸台的数量和形状也可以根据需要而改变。

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。

Claims (10)

1.一种发动机制动单元，包括一个制动箱体，其特征在于：所述的制动箱体内设置有一个制动活塞孔，所述的制动活塞孔内设置有一个制动活塞，制动箱体的一侧箱壁内部设置有一个气门阀杆定位孔，所述的气门阀杆定位孔的轴向与制动活塞孔的轴向相交，所述的制动活塞的侧面中设置有一个缺口，所述的缺口朝向气门阀杆定位孔。

2.如权利要求1所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的制动箱体设置在发动机的气门驱动链中，所述的气门驱动链包括凸轮和气门，制动箱***于所述的凸轮和气门之间，气门含有阀杆，制动箱体通过所述的气门阀杆定位孔套接在所述的阀杆上，制动箱体与阀杆之间设置有沿阀杆轴向的滑动副，制动活塞在制动活塞孔内的运动方向与阀杆的运动方向垂直或者接近垂直，制动活塞在制动活塞孔内的位置控制制动活塞与阀杆之间的相对位置，当制动活塞与阀杆之间的空隙为零时，凸轮通过制动箱体、制动活塞和阀杆与气门形成刚性固体链接结构，凸轮的运动通过所述的刚性固体链接结构传递给气门。

3.如权利要求2所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的气门驱动链组件还包括摇臂，所述的摇臂的中部安置在一个摇臂轴上，摇臂的一端与凸轮接触，摇臂的另一端与制动箱体连接，摇臂内含有供油通道，所述的供油通道与制动箱体内的制动活塞孔连通。

4.如权利要求1所述的发动机制动单元，其特征在于：所述制动箱体内的制动活塞孔的一端设置有一个弹簧座，所述的弹簧座与制动活塞之间设置有一个回位弹簧。

5.如权利要求1所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的缺口由一个从制动活塞的侧面向制动活塞的轴心方向切入的环槽构成，所述的环槽包括有至少一个底面，所述的至少一个底面与制动活塞的中心轴线平行。

6.如权利要求1所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的缺口由一个从制动活塞的侧面向制动活塞的轴心方向切入的槽形结构构成，所述的槽形结构包括有至少一个底面，所述的至少一个底面与制动活塞的中心轴线相交。

7.如权利要求5或6所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的至少一个底面包括两个相互平行的台阶式柱面或平面。

8.如权利要求2所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的凸轮上含有一个加大的常规凸台和至少一个制动凸台，所述的加大的常规凸台生成的加大的常规阀升曲线由底部和顶部组成，所述的底部与所述的制动凸台生成的制动阀升曲线接近同高，所述的顶部与没有发动机制动的常规发动机凸台生成的常规阀升基本相同。

9.如权利要求2所述的发动机制动单元，其特征在于：气门与制动箱体之间设置有一个预紧弹簧。

10.如权利要求9所述的发动机制动单元，其特征在于：所述的预紧弹簧的中央设置有一个通孔，预紧弹簧中包括有沿径向延伸的两个以上数目的片弹簧，所述的通孔套在阀杆上，所述的片弹簧均安置在气门的弹簧座上。