WO2022170981A1 - 发动机摇臂机构、发动机两冲程制动***和方法 - Google Patents

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朱汝杰
邢宝亮
奚正
杨洲
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Definitions

  • Conventional valve actuation for vehicle engines is well known in the prior art and has been used for over a hundred years.
  • Conventional valve actuation utilizes conventional valve actuators (including rocker arms) to control the movement of engine valves for conventional firing operations of the engine.
  • variable valve actuation including engine deactivation that completely eliminates valve movement
  • engine braking has also become widely used in commercial vehicle engines. use.
  • four-stroke engine braking is used in the market, that is, in one cycle of the engine (four strokes: intake stroke, compression stroke, expansion stroke and exhaust stroke), only at the end of the compression stroke (compression top dead center) near) do a compression release brake.
  • valve bridge positioning mechanism includes a positioning sheet, and the positioning sheet is fixed to the first rocker arm and connected to the valve of the engine or the valve bridge above the valve.
  • the exhaust valve lift of the engine two-stroke braking includes:
  • FIG. 1 is a schematic diagram of intake and exhaust valve lifts when the engine is fired.
  • the operation process of this embodiment is as follows: when the engine needs to stop the cylinder (eliminate the normal valve movement of the engine), the cylinder stop control valve (not shown) is opened to supply oil, and the engine oil passes through the oil circuit (such as the shaft in the rocker shaft 205 ). To the oil hole 211), supply oil to the driving piston 130, the oil pressure pushes the driving piston 130 out (upward in the figure), and pushes the connecting mechanism 150, which is fully extended as a flat angle in FIG. 6, to the retracted position shown in FIG. Return position, the length of the connecting mechanism 100 between the second rocker arm 210 and the first rocker arm 10 is reduced (the length between 153 and 164 in FIG. 5 is smaller than the length in FIG. 6 ), the cam 230 drives the second rocker arm The movement of 210 is absorbed (lost), the movement of valve 300 is zero, and the engine is deactivated. During this process, the drive spring is compressed due to the aforementioned length reduction.
  • connection The link mechanism 150 forms a lock between the piston 160 and the second rocker arm 210 (or the first rocker arm 10 ), and the length of the connection mechanism 100 between the first rocker arm 10 and the second rocker arm 210 (153 and 164 length between) max.
  • the movement of the engine cam 230 passes through the roller 235, the second rocker arm 210, the connecting rod mechanism 150, the connecting piston 160, the first rocker arm 10 (there may also be a connecting piece), the elephant foot mechanism 50, and the valve bridge 400 (valve cap, not shown). shown), which is transmitted to the engine valve 300.
  • the above-mentioned brake exhaust rocker arm 22 and/or brake intake rocker arm 32 adopts a fixed chain braking mechanism, and the specific structure can be referred to as follows:
  • FIGS. 8 and 9 are used to describe a specific structure of the fixed chain brake mechanism adopted by the brake exhaust rocker arm 22 and/or the brake intake rocker arm 32 of the present invention.
  • the rocker arm device 200b in the figure includes a rocker arm 210b, which is arranged on the rocker arm shaft 205b of the engine, one end of the rocker arm 210b is close to the engine cam 230b, and the other end is close to the engine valve 300b.
  • This embodiment also includes an anti-flying spring 198b, which pushes the rocker arm 210b toward the cam 230b of the engine, preventing the gap between the rocker arm 210b and the engine valve 301b from being too large to cause shock.

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Abstract

一种发动机摇臂机构、包括第一摇臂（10），第二摇臂（210）和一个连接机构（100），第一摇臂（10）的一端和第二摇臂（210）的一端转动式地连接在一根轴（120）上，第一摇臂（10）的另一端靠近发动机的气门（300），第二摇臂（210）的另一端靠近发动机的凸轮（230），连接机构（100）包括连接活塞（160）和连杆机构（150），连接活塞（160）安置在第一摇臂（10）或者第二摇臂（210）内，连杆机构（100）与连接活塞（160）的一端转动式地相连，连杆机构（100）的伸缩使连接机构（150）在第一摇臂（10）和第二摇臂210之间的长度发生变化，改变发动机凸轮传递给发动机气门的运动。该摇臂机构用于发动机的停缸和发动机制动，结构简单，可靠性好。还提供了一种应用该发动机摇臂机构的发动机两冲程制动的***和方法。

Description

发动机摇臂机构、发动机两冲程制动***和方法 技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及发动机气门驱动领域，特别是一种发动机摇臂机构、发动机两冲程制动***和方法。
背景技术
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，包括完全消除气门运动的发动机停缸，而发动机制动也已经为商用车发动机广泛采用。目前市场上采用的是四冲程发动机制动，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。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。
四冲程发动机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披露，根据该专利所制造的发动机制动***在商业上很成功。不过，此类发动机制动***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。此外，康明斯制动器采用液压连接驱动气门，有液压的三高(高载荷、高泄漏和高变形)以及液压千斤顶问题。
美国专利US 5,937,807和US 5,975,251(1999年)披露了另一种四冲程制动，采用专用制动摇臂，与排气摇臂并排地安置在摇臂轴上，制动时专用制动摇臂只驱动两个排气气门中的一个，驱动方式仍然是液压连接。
美国专利US 4,572,114(1986年)和US 5,537,976(1996)披露了发动机两冲程制动的装置和方法，其中包括凸轮驱动、液压连接、高速电磁阀和电子控制等手段，得到不同的气门运动，实现发动机点火或发动机制动。由于每一个周期内，电磁阀都需要开启至少一次，对电磁阀的可靠性和耐久性有特别高的要求。加上液压驱动的其它问题，如气门落座速度的控制、发动机的冷启动等等，该发明也没有得到实际应用。
美国专利US 6,293,248(2001年)披露了另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，而且采用的也是液压驱动打开发动机的气门。
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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机摇臂机构、发动机两冲程制动***和方法，要解决现有技术中结构与控制复杂、可靠性与耐久性差、液压驱动“三高”、成本昂贵和无法成为产品等问题。
本发明提供一种用于发动机可变气门驱动的摇臂机构，其特征在于，包括：第一摇臂，第二摇臂和一个连接机构，所述的第一摇臂的一端和第二摇臂的一端转动式地连接在一根轴上，第一摇臂的另一端靠近发动机的气门，第二摇臂的另一端靠近发动机的凸轮，所述的连接机构包括连接活塞和连杆机构，所述的连接活塞安置在第一摇臂或者第二摇臂，所述的连杆机构与连接活塞的一端转动式地相连，连接活塞的另一端靠近未安置连接活塞的第一摇臂或者第二摇臂，连杆机构的伸缩使连接活塞与未安置连接活塞的第一摇臂或者第二摇臂之间的距离发生变化，改变发动机凸轮传递给发动机气门的运动。
进一步的，还包括防飞脱弹簧，所述的防飞脱弹簧将第一摇臂推向发动机的气门，将第二摇臂推向发动机的凸轮。
进一步的，所述的连杆机构包括第一连杆和第二连杆，所述的第一连杆的一端和第二连杆的一端转动式地相连，第一连杆的另一端与连接活塞转动式地相连，第二连杆的另一端与第一摇臂或第二摇臂转动式地相连，第一连杆和第二连杆之间的夹角在大于0°至小于等于180°之间，当所述的夹角为180°时，第一连杆和第二连杆在连接活塞的轴线上，连杆机构完全伸开，连接机构在第一摇臂或者第二摇臂之间的长度最大，发动机凸轮的运动最大限度地传递给发动机气门，当所述的夹角减小时，连杆机构收缩，连接机构在的第一摇臂或者第二摇臂之间的长度减小，发动机凸轮传递给发动机气门的运动减小。
进一步的，所述的连接机构还包括驱动弹簧，所述的驱动弹簧使连杆机构伸开。
进一步的，所述的连接机构还包括驱动活塞，所述的驱动活塞使连杆机构缩回。
进一步的，还包括止位机构，所述的止位机构限制第一摇臂和第二摇臂在轴上的相互转动。
进一步的，还包括发动机阀桥的定位机构，所述的阀桥定位机构包括定位片，所述的定位片固定于第一摇臂并与发动机的气门或气门上方的阀桥相连。
本发明还提供一种发动机制动装置，包括制动摇臂和制动凸轮，所述 的制动摇臂与摇臂机构并排地安置在发动机的摇臂轴上，当摇臂机构的连杆机构处于缩回状态时，制动摇臂处于制动状态，将制动凸轮的运动传递给发动机的气门，产生发动机制动的气门运动，其中，摇臂机构为上述的摇臂机构。
本发明提供一种发动机两冲程制动***，包括四个摇臂以驱动发动机的气门，所述的四个摇臂包括停缸排气摇臂、制动排气摇臂、常规进气摇臂和制动进气摇臂，在发动机两冲程制动期间，
a.利用停缸排气摇臂，取消发动机点火时的排气气门升程，将发动机的排气冲程转换为发动机两冲程制动的第二压缩冲程，所述停缸排气摇臂包括摇臂机构，所述摇臂机构为上述的摇臂机构。
b.利用制动排气摇臂，产生发动机两冲程制动的排气气门升程，
c.利用常规进气摇臂，在发动机的进气冲程打开发动机的进气气门，产生与发动机点火时相同的进气气门升程，为发动机两冲程制动的第一压缩冲程提供气体，和
d.利用制动进气摇臂，在发动机的膨胀冲程打开发动机的进气气门，产生发动机的制动进气气门升程，为所述的第二压缩冲程提供气体。
进一步的，所述的四个摇臂为固链式机构，将发动机凸轮运动通过固体连接方式传递给发动机的气门。
进一步的，所述发动机两冲程制动的排气气门升程包括：
a.在发动机压缩上止点附近的第一压缩释放的排气气门升程，和
b.在发动机排气上止点附近的第二压缩释放的排气气门升程。
进一步的，所述发动机两冲程制动的排气气门升程还包括：
a.在发动机进气下止点附近的第一排气循环的排气气门升程，和
b.在发动机膨胀下止点附近的第二排气循环的排气气门升程。
进一步的，所述的第二压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机排气上止点之间的角度大于第一压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机压缩上止点之间的角度。
进一步的，所述发动机两冲程制动的第一压缩释放、第二压缩释放、第一排气循环和第二排气循环的排气气门升程来自同一发动机凸轮上面的不同凸台，所述的这些凸台可以是独立的或者首尾相连的，其高度小于发动机点火的排气凸台。
进一步的，所述发动机两冲程制动的排气气门升程来自发动机的单个排气门。
进一步的，所述的发动机制动进气气门升程在发动机的压缩上止点之后打开，在发动机的膨胀下止点附近关闭，其高度小于发动机点火时的进气气门升程。
进一步的，所述的发动机制动进气气门升程由制动进气摇臂驱动常规进气摇臂而产生，来自发动机的两个进气门。
本发明提供一种发动机两冲程制动方法，采用四个摇臂驱动发动机的气门，所述的四个摇臂包括停缸排气摇臂、制动排气摇臂、常规进气摇臂和制动进气摇臂，在发动机两冲程制动期间，
a.利用停缸排气摇臂，取消发动机点火时的排气气门升程，将发动机的排气冲程转换为发动机两冲程制动的第二压缩冲程，所述停缸排气摇臂包括摇臂机构，所述摇臂机构为上述的摇臂机构。
b.利用制动排气摇臂，产生发动机两冲程制动的排气气门升程，
c.利用常规进气摇臂，在发动机的进气冲程打开发动机的进气气门，产生与发动机点火时相同的进气气门升程，为发动机两冲程制动的第一压缩冲程提供气体，和
d.利用制动进气摇臂，在发动机的膨胀冲程打开发动机的进气气门，产生发动机的制动进气气门升程，为所述的第二压缩冲程提供气体。
进一步的，所述的四个摇臂为固链式机构，将发动机凸轮运动通过固体连接方式传递给发动机的气门。
进一步的，所述发动机两冲程制动的排气气门升程包括：
a.在发动机压缩上止点附近的第一压缩释放的排气气门升程，和
b.在发动机排气上止点附近的第二压缩释放的排气气门升程。
进一步的，所述发动机两冲程制动的排气气门升程还包括：
a.在发动机进气下止点附近的第一排气循环的排气气门升程，和
b.在发动机膨胀下止点附近的第二排气循环的排气气门升程。
进一步的，所述的第二压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机排气上止点之间的角度大于第一压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机压缩上止点之间的角度。
进一步的，所述发动机两冲程制动的第一压缩释放、第二压缩释放、第一排气循环和第二排气循环的排气气门升程来自同一发动机凸轮上面的不同凸台，所述的这些凸台可以是独立的或者首尾相连的，其高度小于发动机点火的排气凸台。
进一步的，所述发动机两冲程制动的排气气门升程来自发动机的单个排气门。
进一步的，所述的发动机制动进气气门升程在发动机的压缩上止点之后打开，在发动机的膨胀下止点附近关闭，其高度小于发动机点火时的进气气门升程。
进一步的，所述的发动机制动进气气门升程由制动进气摇臂驱动常规进气摇臂而产生，来自发动机的两个进气门。
本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明的摇臂机构由第一、第二摇臂组成，通过连杆机构的伸缩，连接或分开前、第二摇臂，产生或丢失发动机的气门运动，实现发动机点火与发动机停缸或制动等之间的转换，具有结构简单可靠、制造组装容易和应用广泛等优点，尤其是 连杆机构的升缩量大(也就是第一连杆和第二连杆之间的夹角可变范围大)，可应用于大升程的发动机可变气门驱动，包括取消整个气门升程的发动机停缸和大冲程的发动机制动。
本发明的发动机两冲程制动***和方法采用固链式摇臂，通过固体连接方式传递载荷，特别是保留常规进气摇臂和由其产生的常规进气气门升程，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
图1是发动机点火时进、排气气门升程的示意图。
图2是发动机四冲程制动时进、排气气门升程的示意图。
图3是本发明的发动机两冲程制动中四个摇臂的示意图。
图4是本发明的发动机两冲程制动时进、排气气门升程的示意图。
图5是本发明的停缸排气摇臂内的停缸机构的一种具体结构中连杆机构缩回状态的示意图。
图6是本发明的停缸排气摇臂内的停缸机构的一种具体结构中连杆机构伸出状态的示意图。
图7是本发明的停缸排气摇臂内的停缸机构的一种具体结构中连杆机构伸出状态中，第一摇臂第二种连接方式的示意图。
图8是本发明的制动排气摇臂和/或制动进气摇臂采用的固链式的制动机构的一种具体结构中连杆活塞机构缩回状态的示意图。
图9是本发明的制动排气摇臂和/或制动进气摇臂采用的固链式的制动机构的一种具体结构中连杆活塞机构伸出状态的示意图。
具体实施方式
实施例一
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。发动机的进气凸轮驱动进气摇臂，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。无论是发动机四冲程制动还是发动机两冲程制动(包括本申请的发动机两冲程制动)，都必须保证在发动机点火时具有图1所示进、排气气门升程20和30。
图2是现有技术中发动机四冲程制动时进、排气气门升程的示意图。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专用制动凸轮通过专用制动摇臂驱动发动机的气门，产生制动气门升程。发动机制动时，除了保留发动机常规点火的排气气门升程20 和进气气门升程30之外，增加了发动机制动的排气气门升程201和204(图2中的细虚线)。其中排气气门升程201为压缩释放制动气门运动，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)；排气气门升程204为排气循环制动气门运动，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。
图3和图4是用来描述本发明的发动机两冲程制动***和方法的示意图。发动机两冲程制动采用四根摇臂(图3，实施方式是固链式摇臂，通过固体连接方式传递载荷，而不是液压式承载)驱动发动机的排气气门和进气气门，其中包括停缸排气摇臂21、制动排气摇臂22、常规进气摇臂31和制动进气摇臂32。图3所示的四根摇臂并排地安置在同一根摇臂轴205上，但还有其它安装方式，比如四根摇臂安置在两根不同的摇臂轴上。
本申请实施例的停缸排气摇臂21取代发动机的常规排气摇臂，在发动机两冲程制动时，停缸排气摇臂21内的停缸机构，取消发动机点火时的排气气门升程20(图4中没有图1中的点火排气气门升程20)，将发动机的排气冲程转换为发动机两冲程制动的第二压缩冲程(发动机原有的压缩冲程为发动机两冲程制动的第一压缩冲程)。
本实施例中，停缸排气摇臂21内的停缸机构，具体结构可以如下：
图5和图6用来描述停缸排气摇臂21内的停缸机构的一种具体结构。图中包括第一摇臂10，第二摇臂210和一个连接机构100(也即停缸排气摇臂21内的停缸机构)，第一摇臂10的一端和第二摇臂210的一端转动式地连接在轴120上，第一摇臂10的另一端靠近发动机的气门300，第二摇臂210的另一端靠近发动机的凸轮230。连接机构100包括连接活塞160、连杆机构150，连接活塞160和连杆机构150均设置在第二摇臂210：连接活塞160安置在第二摇臂210上(具体地，可以设置在第二摇臂210的相配的活塞腔内)，连杆机构150的一端与第二摇臂210在153处转动式地相连，连杆机构150的另一端与连接活塞160的一端162转动式地相连，连接活塞160的另一端164靠近未安置连接活塞164的第一摇臂10，连杆机构150的伸缩使连接机构100在第一摇臂10与第二摇臂210之间的长度发生变化(见图5和图6中153和164之间的长度变化)，改变发动机凸轮230传递给发动机气门300的运动。当然，也可以采用另一种实施方式，将连接活塞160和连杆机构150均设置在第一摇臂10：连接活塞160也安置在第一摇臂10，此时连接活塞160的另一端164靠近未安置连接活塞的第二摇臂210(还可能包括连接件)。
连杆机构150包括第一连杆152和第二连杆154，第一连杆152的一端和第二连杆154的一端通过柱销151(也可以是球面)转动式地相连，第一连杆152的另一端与连接活塞160的一端162转动式地相连，第二连杆154的另一端与第二摇臂210(当连接活塞160和连杆机构150均设置 在第一摇臂10，第二连杆154的另一端与第一摇臂10)通过柱销153(也可以是球面)转动式地相连，第一连杆152和第二连杆154之间的夹角在大于0°(折角，本文所述的折角，即指大于0°并小于180°的角)到小于等于平角之间(包括图5所示的折角)，当夹角为平角(180°，见图6)时，第一连杆152和第二连杆154在连接活塞160的轴线上(连接活塞160移动方向的轴线)，此时连接活塞160与连杆机构150和第二摇臂210(或第一摇臂10)之间锁止，不能相对运动(见图6)，连接机构100在第一摇臂10和第二摇臂210之间的长度(153与164之间的长度)最大，发动机凸轮230的运动最大限度地传递给发动机气门300；当驱动活塞130推动连杆机构150，使夹角减小时(小于180°)，连杆机构150缩回解锁(见图5)，连接机构100在第一摇臂10与第二摇臂210之间的长度减小(图5中153和164之间的长度小于图6中的长度)，发动机凸轮230传递给发动机气门300的运动减小，甚至完全丢失(发动机停缸)。
连接机构100还包括驱动弹簧156，通过驱动弹簧156的作用力能使得连杆机构150被完全展开(伸开)，也即第一连杆152和第二连杆154展开到在连接活塞160的轴线上。
上述的驱动弹簧156的预紧力满足：在第一连杆152和第二连杆154夹角较小时，连杆机构150也能被顺利展开，从而得到较大的行程。
注意到驱动弹簧156同时有防飞脱的作用。但如果需要，还可以增加安置在第一摇臂10和第二摇臂210之间的防飞脱弹簧198。防飞脱弹簧198将第二摇臂210推向发动机的凸轮230，第二摇臂该防飞脱弹簧也可安装在其他位置，其作用是帮助驱动弹簧156，减小前、第二摇臂之间的冲击。
本实施例在第一摇臂10和第二摇臂210之间122处设置了止位机构，限制第一摇臂10和第二摇臂210在轴120上的相互转动太大，方便于搬运和安装。
本实施例的操作过程如下：当发动机需要停缸(消除发动机的常规气门运动)时，停缸控制阀(未显示)开通供油，发动机的机油通过油路(如摇臂轴205内的轴向油孔211)，向驱动活塞130供油，油压将驱动活塞130推出(如图中为向上)，将图6中处于完全伸开为平角的连接机构150推到图5所示的缩回位置，连接机构100在第二摇臂210与第一摇臂10之间的长度减小(图5中153和164之间的长度小于图6中的长度)，凸轮230驱动第二摇臂210的运动被吸收(丢失)，气门300的运动为零，发动机停缸。在该过程中，由于上述长度减小，驱动弹簧被压缩。
当需要恢复发动机的常规气门运动时，停缸控制阀(未显示)断开卸油，驱动活塞130失去油压的作用，使得驱动弹簧156从被压缩状态伸开，将连杆机构150从收缩状态(图5中第一连杆152和第二连杆154的夹角小于平角)展开到平直状态(图6中第一连杆152和第二连杆154的夹角为平角)，连接活塞160与第二摇臂210(或第一摇臂10)之间通过连杆机构150形成锁止，连接机构100在第一摇臂10和第二摇臂210之间的长度 (153与164之间的长度)最大。发动机凸轮230的运动通过滚轮235、第二摇臂210、连杆机构150、连接活塞160、第一摇臂10(还可以有连接件)、象足机构50、阀桥400(气门帽，未显示)，传递给发动机气门300。
注意到上述的描述同时适用于发动机的排气门和进气门的驱动。
同时，第一摇臂10的一端，也可以转动式连接在摇臂轴205上，如图7。而且连杆机构100(也即停缸排气摇臂21内的停缸机构)也可以安置在第一摇臂10内。
本申请实施例的制动排气摇臂22采用固链式的制动机构，将发动机两冲程制动的制动凸轮运动传递给发动机的排气气门(单气门或双气门)，所产生的制动气门升程(图4中的细虚线)包括第一压缩释放201、第二压缩释放203、第一排气循环204和第二排气循环202的排气气门升程，它们来自同一制动凸轮上面的不同凸台。第一压缩释放的排气气门升程201类似于图2中四冲程制动的压缩释放型线，在发动机压缩上止点(第一压缩冲程的上止点)附近(压缩上止点之前开启，压缩上止点之后关闭)。第二压缩释放的排气气门升程203在发动机排气上止点(第二压缩冲程的上止点)附近(排气上止点之前开启，排气上止点之后关闭)。由于常规排气气门的升程被取消(停缸)，点火时的排气冲程就转换成了制动时的压缩冲程，也就是两冲程制动的第二压缩冲程。第一排气循环的排气气门升程204类似于图2中四冲程制动的排气循环型线，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)。第二排气循环的排气气门升程202在发动机膨胀下止点附近(膨胀下止点之前开启，膨胀下止点之后关闭)。产生上述四种制动气门升程的凸台可以是独立的或者首尾相连的(比如图4中的202和203之间相连，气门并没有落座)，其高度小于发动机点火用的排气凸台。本申请与先前技术不同，发动机两冲程制动采用了常规进气摇臂31，因此也就保留了常规进气门的气门升程30(见图1、图2和图4中的粗实线)。注意先前技术中发动机两冲程制动采用停缸进气摇臂，制动时取消发动机进气气门的点火升程30(停缸)。
本申请实施例的制动进气摇臂32采用固链式的制动机构，在发动机的膨胀冲程(驱动常规进气摇臂31)打开发动机的进气气门(也可以只打开一个进气气门)，产生发动机的制动进气气门升程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为第一进气气门升程)，为两冲程制动的第二压缩冲程提供气体。制动进气气门升程302在压缩上止点之后开启，在膨胀下止点附近关闭。注意先前技术中发动机两冲程制动的制动进气摇臂除了产生制动进气气门升程302(第二进气气门升程)之外，还需要在进气冲程期间产生另外一个进气气门升程(第一进气气门升程)，代替停缸进气摇臂取消了的常规进气气门升程30。
本实施例中，上述制动排气摇臂22和/或制动进气摇臂32采用固链式的制动机构，具体结构可参考如下：
图8和图9用来描述本发明的制动排气摇臂22和/或制动进气摇臂32 采用的固链式的制动机构的一种具体结构。图中的摇臂装置200b包括摇臂210b，摇臂210b安置在发动机的摇臂轴205b上，摇臂210b的一端靠近发动机的凸轮230b，另一端靠近发动机的气门300b。摇臂210b设置有一个连杆活塞机构100b(也即制动排气摇臂22和/或制动进气摇臂32采用的固链式的制动机构)，包括第一连杆152b、第二连杆154b和连接活塞160b(连接活塞160b安装在设置在摇臂210b上的驱动活塞腔162b)，第一连杆152b的一端和第二连杆154b的一端转动式地相连在153b，第一连杆152b的另一端与摇臂210b(这里所示的是调节螺钉110b，由螺母105b固紧在摇臂210b上，作为摇臂210b的一部分)转动式地相连在151b，第二连杆154b的另一端与连接活塞160b的一端转动式地相连在156b，连接活塞160b的另一端面对(朝向)发动机的气门301b，第一连杆152b与第二连杆154b之间的伸缩(伸展与收缩)使连接活塞160b与发动机气门301b之间的间隙234b发生变化，改变发动机凸轮230b传递给发动机气门301b的运动。这里显示的是单气门301b，本发明同样适应于双气门，不过也许要增加阀桥。
连杆活塞机构100b的第一连杆152b和第二连杆154b之间伸缩的夹角在大于0°到小于等于180°之间，最小夹角可以通过止位机构控制。当夹角为平角(180°)时，第一连杆152b和第二连杆154b在连接活塞160b的轴线上(连接活塞160b移动方向的轴线)，连接活塞160b完全伸出，与发动机气门301b之间的间隙最小，发动机凸轮230b的运动最大限度地传递给发动机气门301b；当夹角减小时，连接活塞160b回缩，与发动机气门301b之间的间隙增大，发动机凸轮230b传递给发动机气门301b的运动减小或完全丢失。
本实施例还包括导向机构，在一个或多个转动连接处(151b、153b和156b)采用销钉连接和导向，也可以利用上、第二连杆的侧面与摇臂内的槽配合导向，使得第一连杆152b、第二连杆154b和连接活塞160b在一个平面内运动。
本实施例还包括防飞脱弹簧198b，将摇臂210b推向发动机的凸轮230b，防止摇臂210b和发动机气门301b之间的间隙太大而产生冲击。
本实施例还包括预紧弹簧136b，所述的预紧弹簧136b使第一连杆152b和第二连杆154b之间的夹角减小、连接活塞回缩，具体地，还包括弹簧活塞130b，弹簧活塞130b安装在设置在摇臂210b上的弹簧活塞腔132b，所述预紧弹簧通过将弹簧活塞推出使第一连杆和第二连杆之间的夹角减小、连接活塞回缩，本实施例中，可以是通过油压克服所述预紧弹簧的作用力而将所述弹簧活塞推回。
本实施例还包括驱动活塞，所述的驱动活塞使第一连杆和第二连杆之间的夹角增大、连接活塞伸出，具体地，本实施例中，通过油压驱动所述的驱动活塞(设置在位于摇臂210b上的相配的活塞腔中)而向所述发动机的气门运动而使第一连杆和第二连杆之间的夹角增大、连接活塞伸出。本 实施例中，驱动活塞与连接活塞为同一个活塞。
本实施例的操作过程如下。在常规(或默认)状态，控制阀(未显示)断开卸油，弹簧活塞腔132b和驱动活塞腔162b内的油压为零，预紧弹簧136b将弹簧活塞130b推出(向右)，将连接活塞机构100b推到图8所示的缩回(收缩)位置，连接活塞160b与发动机气门301b之间的间隙234b变大，减小或消除凸轮230b传递给气门301b的运动。
当发动机需要凸轮运动时(包括发动机制动)，控制阀(未显示)开通供油，发动机的机油通过油路(如摇臂轴205b内的轴向油孔211b，摇臂210b内的油道213b和214b)，向驱动活塞腔162b供油，油压将驱动活塞160b(本实施例中连接活塞和驱动活塞为同一个活塞)推出(向下)，将图8中处于缩回位置的连杆活塞机构100b拉倒图9所示的伸出的位置，连接活塞160b与发动机气门301b之间的间隙234b变小或消除，凸轮230b的运动全部传递给气门300b。当然，也可以同时向弹簧活塞腔132b和驱动活塞腔162b供油，油压克服预紧弹簧的作用力，将弹簧活塞130b推回(如图中向左)，同时油压将驱动活塞160b(连接活塞和驱动活塞为同一个活塞)推出(如图中向下)，此时，更容易将图8中处于缩回位置的连杆活塞机构100b拉倒图9所示的完全伸出的位置，连接活塞160b与发动机气门301b之间的间隙变小或消除，凸轮230b的运动全部传递给气门300b。
上述实施例中，摇臂210b安置在发动机的摇臂轴205b上，作为本发明，摇臂还可以安装在其他位置。同时，还可以采用图5-7所示的两节摇臂(前、后摇臂)结构，将连接活塞机构100b置于前摇臂或后摇臂内。
由于本发明保留了常规进气摇臂31和常规(点火)进气气门升程30，进气门在排气上止点之前打开，承受制动载荷。所以，第二压缩释放的排气气门升程203的起始点与发动机排气上止点的角度大于第一压缩释放的排气气门升程201的起始点与发动机压缩上止点的角度，从而减小制动缸压和开启进气门的载荷。
上述说明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方法或***，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，四个摇臂的结构、排列和安置方式也可不同，比如说，它们可以是单体摇臂，也可以是两节摇臂，还可以安置在不同的摇臂轴上。此外，除了采用固链式的摇臂驱动发动机气门之外，也可选择液压等其它驱动方式。
实施例二
图5和图6用来描述本发明的发动机可变气门驱动的摇臂机构的实施例2。
图中的摇臂机构包括第一摇臂10，第二摇臂210和一个连接机构100，第一摇臂10的一端和第二摇臂210的一端转动式地连接在轴120上，第一 摇臂10的另一端靠近发动机的气门300，第二摇臂210的另一端靠近发动机的凸轮230。连接机构100包括连接活塞160、连杆机构150，连接活塞160和连杆机构150均设置在第二摇臂210：连接活塞160安置在第二摇臂210上(具体地，可以设置在第二摇臂210的相配的活塞腔内)，连杆机构150的一端与第二摇臂210在153处转动式地相连，连杆机构150的另一端与连接活塞160的一端162转动式地相连，连接活塞160的另一端164靠近未安置连接活塞160的第一摇臂10，连杆机构150的伸缩使连接机构100在第一摇臂10与第二摇臂210之间的长度发生变化(见图5和图6中153和164之间的长度变化)，改变发动机凸轮230传递给发动机气门300的运动。当然，在另一实施例中，连接活塞160和连杆机构150均设置在第一摇臂10：连接活塞160也安置在第一摇臂10，此时连接活塞160的另一端164靠近未安置连接活塞的第二摇臂210(还可能包括连接件20)。
连杆机构150包括第一连杆152和第二连杆154，第一连杆152的一端和第二连杆154的一端通过柱销151(也可以是球面)转动式地相连，第一连杆152的另一端与连接活塞160的一端162转动式地相连，第二连杆154的另一端与第二摇臂210(当连接活塞160和连杆机构150均设置在第一摇臂10，第二连杆154的另一端与第一摇臂10)通过柱销153(也可以是球面)转动式地相连，第一连杆152和第二连杆154之间的夹角在大于0°(折角，本文所述的折角，即指大于0°并小于180°的角)到小于等于平角之间(包括图5所示的折角)，当夹角为平角(180°，见图6)时，第一连杆152和第二连杆154在连接活塞160的轴线上(连接活塞160移动方向的轴线)，，此时连接活塞160与连杆机构150和第二摇臂210(或第一摇臂10)之间锁止，不能相对运动(见图6)，连接机构100在第一摇臂10和第二摇臂210之间的长度(153与164之间的长度)最大，发动机凸轮230的运动最大限度地传递给发动机气门300；当驱动活塞130推动连杆机构150，使夹角减小时(小于180°)，连杆机构150缩回解锁(见图1)，连接机构100在第一摇臂10与第二摇臂210之间的长度减小(图5中153和164之间的长度小于图6中的长度)，发动机凸轮230传递给发动机气门300的运动减小，甚至完全丢失(发动机停缸)。
连接机构100还包括驱动弹簧156，通过驱动弹簧156的作用力能使得连杆机构150被完全展开(伸开)，也即第一连杆152和第二连杆154展开到在连接活塞160的轴线上。
上述的驱动弹簧156的预紧力满足：在第一连杆152和第二连杆154夹角较小时，连杆机构150也能被顺利展开，从而得到较大的行程。
连接机构还包括驱动活塞，当驱动活塞130推动连杆机构150，使夹角减小时(小于180°)，连杆机构150缩回解锁(见图5)，连接机构100在第一摇臂10与第二摇臂210之间的长度减小(图5中153和164之间的长度小于图6中的长度)，发动机凸轮230传递给发动机气门300的运动减小，甚至完全丢失(发动机停缸)。
注意到驱动弹簧156同时有防飞脱的作用。但如果需要，还可以增加安置在第一摇臂10和第二摇臂210之间的防飞脱弹簧198。防飞脱弹簧198将第二摇臂210推向发动机的凸轮230，第二摇臂该防飞脱弹簧也可安装在其他位置，其作用是帮助驱动弹簧156，减小前、第二摇臂之间的冲击。
本实施例在第一摇臂10和第二摇臂210之间122处设置了止位机构，限制第一摇臂10和第二摇臂210在轴120上的相互转动太大，方便于搬运和安装。
本实施例的操作过程如下：当发动机需要停缸(消除发动机的常规气门运动)时，停缸控制阀(未显示)开通供油，发动机的机油通过油路(如摇臂轴205内的轴向油孔211)，向驱动活塞130供油，油压将驱动活塞130推出(如图中为向上)，将图6中处于完全伸开为平角的连接机构150推到图1所示的缩回位置，连接机构100在第二摇臂210与第一摇臂10之间的长度减小(图5中153和164之间的长度小于图6中的长度)，第一摇臂第二摇臂凸轮230驱动第二摇臂210的运动被吸收(丢失)，第一摇臂10保持不动，气门300的运动为零，发动机停缸。在该过程中，由于上述长度减小，驱动弹簧被压缩。
当需要恢复发动机的常规气门运动时，停缸控制阀(未显示)断开卸油，驱动活塞130失去油压的作用(可以为驱动活塞130增加一根回位弹簧)，使得驱动弹簧156从被压缩状态伸开，将连杆机构150从收缩状态(图1中第一连杆152和第二连杆154的夹角小于平角)展开到平直状态(图6中第一连杆152和第二连杆154的夹角为平角)，连接活塞160与第二摇臂210(或第一摇臂10)之间通过连杆机构150形成锁止，连接机构100在第一摇臂10和第二摇臂210之间的长度(153与164之间的长度)最大。发动机凸轮230的运动通过滚轮235、第二摇臂210、连杆机构150、连接活塞160、第一摇臂10(连接件20)、象足机构50、阀桥400(气门帽，未显示)，传递给发动机气门300。
注意到上述的描述同时适用于发动机的排气门和进气门的驱动。
同时，第一摇臂10的一端，也可以转动式连接在摇臂轴205上。如图7。
上述说明包含了许多不同的具体实施方式，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，这里显示的发动机制动方法或***，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；不但可以用来驱动排气门，也可用来驱动进气门；制动凸轮所含的凸台的数量、大小、形状和相位等都可以变化。
此外，这里显示的连接机构，不但可以是活塞-弹簧机构，也可以是其它的机构，如液压、气动、电磁、机械等机构及上述机构的组合；不但可以集成在摇臂内，也可以位于发动机的其它部件上。连接机构的种类、形状、大小和安装位置，油路的设计和液流控制阀的结构与排列等，都可以 变化。
第二摇臂还有，这里的摇臂机构还可以包括发动机阀桥的定位机构，比如固定于第一摇臂并与发动机的气门或气门上方的阀桥相连的定位片。
此外，这里的摇臂机构还可以用于发动机制动，此时，提供一种发动机制动装置，包括制动摇臂和制动凸轮，制动摇臂与摇臂机构并排地安置在发动机的摇臂轴上，当摇臂机构的连杆机构处于缩回状态时，制动摇臂处于制动状态，将制动凸轮的运动传递给发动机的气门，产生发动机制动的气门运动。
还有，制动摇臂机构的种类也可以是多种多样，除了如本申请的分体式(前、第二摇臂)摇臂，还可以是整体的液压式专用制动摇臂，固链式制动摇臂等。
因此，本发明的范围不应由上述的具体例证来决定，而是由所附属的权利要求及其法律相当的权利来决定。

Claims (26)

  1. 一种发动机摇臂机构，用于发动机可变气门驱动，其特征在于，包括：第一摇臂，第二摇臂和一个连接机构，所述的第一摇臂的一端和第二摇臂的一端转动式地连接在一根轴上，第一摇臂的另一端靠近发动机的气门，第二摇臂的另一端靠近发动机的凸轮，所述的连接机构包括连接活塞和连杆机构，所述的连接活塞安置在第一摇臂或者第二摇臂，所述的连杆机构与连接活塞的一端转动式地相连，连接活塞的另一端靠近未安置连接活塞的第一摇臂或者第二摇臂，连杆机构的伸缩使连接机构在第一摇臂和第二摇臂之间的长度发生变化，改变发动机凸轮传递给发动机气门的运动。
  2. 如权利要求1所述的摇臂机构，其特征在于：还包括防飞脱弹簧，所述的防飞脱弹簧将第一摇臂推向发动机的气门，将第二摇臂推向发动机的凸轮。
  3. 如权利要求1所述的摇臂机构，其特征在于：所述的连杆机构包括第一连杆和第二连杆，所述的第一连杆的一端和第二连杆的一端转动式地相连，第一连杆的另一端与连接活塞转动式地相连，第二连杆的另一端与第一摇臂或第二摇臂转动式地相连，第一连杆和第二连杆之间的夹角在大于0°到小于等于180°之间，当所述的夹角为180°时，第一连杆和第二连杆在连接活塞的轴线上，连杆机构完全伸开，连接机构在第一摇臂和第二摇臂之间的长度最大，发动机凸轮的运动最大限度地传递给发动机气门，当所述的夹角减小时，连杆机构收缩，连接机构在第一摇臂和第二摇臂之间的长度减小，发动机凸轮传递给发动机气门的运动减小。
  4. 如权利要求1所述的摇臂机构，其特征在于：所述的连接机构还包括驱动弹簧，所述的驱动弹簧使连杆机构展开。
  5. 如权利要求1所述的摇臂机构，其特征在于：所述的连接机构还包括驱动活塞，所述的驱动活塞使连杆机构缩回。
  6. 如权利要求1所述的摇臂机构，其特征在于：还包括止位机构，所述的止位机构限制第一摇臂和第二摇臂在轴上的相互转动。
  7. 如权利要求1所述的摇臂机构，其特征在于：还包括发动机阀桥的定位机构，所述的阀桥定位机构包括定位片，所述的定位片固定于第一摇臂并与发动机的气门或气门上方的阀桥相连。
  8. 一种发动机制动装置，其特征在于：包括制动摇臂和制动凸轮，所述的制动摇臂与摇臂机构并排地安置在发动机的上，当摇臂机构的连杆机构处于缩回状态时，制动摇臂处于制动状态，将制动凸轮的运动传递给发动机的气门，产生发动机制动的气门运动，其中，所述摇臂机构为权利要求1-7中任意一项所述的摇臂机构。
  9. 一种发动机两冲程制动***，其特征在于，包括：四个摇臂，用于驱动发动机的气门，所述四个摇臂包括停缸排气摇臂、制动排气摇臂、 常规进气摇臂和制动进气摇臂，在发动机两冲程制动期间，
    a.利用停缸排气摇臂，取消发动机点火时的排气气门升程，将发动机的排气冲程转换为发动机两冲程制动的第二压缩冲程，所述停缸排气摇臂包括摇臂机构，所述摇臂机构为权利要求1-7任意一项所述的摇臂机构，
    b.利用制动排气摇臂，产生发动机两冲程制动的排气气门升程，
    c.利用常规进气摇臂，在发动机的进气冲程打开发动机的进气气门，产生与发动机点火时相同的进气气门升程，为发动机两冲程制动的第一压缩冲程提供气体，和
    d.利用制动进气摇臂，在发动机的膨胀冲程打开发动机的进气气门，产生发动机的制动进气气门升程，为所述的第二压缩冲程提供气体。
  10. 如权利要求9所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述的四个摇臂为固链式机构，将发动机凸轮运动通过固体连接方式传递给发动机的气门。
  11. 如权利要求9或10所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述发动机两冲程制动的排气气门升程包括：
    a.在发动机压缩上止点附近的第一压缩释放的排气气门升程，和
    b.在发动机排气上止点附近的第二压缩释放的排气气门升程。
  12. 如权利要求11所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述发动机两冲程制动的排气气门升程还包括：
    a.在发动机进气下止点附近的第一排气循环的排气气门升程，和
    b.在发动机膨胀下止点附近的第二排气循环的排气气门升程。
  13. 如权利要求11所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述的第二压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机排气上止点之间的角度大于第一压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机压缩上止点之间的角度。
  14. 如权利要求11和12所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述发动机两冲程制动的第一压缩释放、第二压缩释放、第一排气循环和第二排气循环的排气气门升程来自同一发动机凸轮上面的不同凸台，所述的这些凸台可以是独立的或者首尾相连的，其高度小于发动机点火的排气凸台。
  15. 如权利要求9或10所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述发动机两冲程制动的排气气门升程来自发动机的单个排气门。
  16. 如权利要求9或10所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所述的发动机制动进气气门升程在发动机的压缩上止点之后打开，在发动机的膨胀下止点附近关闭，其高度小于发动机点火时的进气气门升程。
  17. 如权利要求9或10所述的发动机两冲程制动***，其特征在于：所 述的发动机制动进气气门升程由制动进气摇臂驱动常规进气摇臂而产生，来自发动机的两个进气门。
  18. 一种发动机两冲程制动的方法，其特征在于：采用四个摇臂驱动发动机的气门，所述的四个摇臂包括停缸排气摇臂、制动排气摇臂、常规进气摇臂和制动进气摇臂，在发动机两冲程制动期间，
    a.利用停缸排气摇臂，取消发动机点火时的排气气门升程，将发动机的排气冲程转换为发动机两冲程制动的第二压缩冲程，所述停缸排气摇臂包括摇臂机构，所述摇臂机构为权利要求1-7中任意一项所述的摇臂机构，
    b.利用制动排气摇臂，产生发动机两冲程制动的排气气门升程，
    c.利用常规进气摇臂，在发动机的进气冲程打开发动机的进气气门，产生与发动机点火时相同的进气气门升程，为发动机两冲程制动的第一压缩冲程提供气体，和
    d.利用制动进气摇臂，在发动机的膨胀冲程打开发动机的进气气门，产生发动机的制动进气气门升程，为所述的第二压缩冲程提供气体。
  19. 如权利要求18所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述的四个摇臂为固链式机构，将发动机凸轮运动通过固体连接方式传递给发动机的气门。
  20. 如权利要求18或19所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述发动机两冲程制动的排气气门升程包括：
    a.在发动机压缩上止点附近的第一压缩释放的排气气门升程，和
    b.在发动机排气上止点附近的第二压缩释放的排气气门升程。
  21. 如权利要求20所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述发动机两冲程制动的排气气门升程还包括：
    a.在发动机进气下止点附近的第一排气循环的排气气门升程，和
    b.在发动机膨胀下止点附近的第二排气循环的排气气门升程。
  22. 如权利要求21所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述的第二压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机排气上止点之间的角度大于第一压缩释放的排气气门升程的起始点与发动机压缩上止点之间的角度。
  23. 如权利要求21或22所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述发动机两冲程制动的第一压缩释放、第二压缩释放、第一排气循环和第二排气循环的排气气门升程来自同一发动机凸轮上面的不同凸台，所述的这些凸台可以是独立的或者首尾相连的，其高度小于发动机点火的排气凸台。
  24. 如权利要求18或19所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述发动机两冲程制动的排气气门升程来自发动机的单个排气门。
  25. 如权利要求18或19所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所 述的发动机制动进气气门升程在发动机的压缩上止点之后打开，在发动机的膨胀下止点附近关闭，其高度小于发动机点火时的进气气门升程。
  26. 如权利要求18或19所述的发动机两冲程制动方法，其特征在于：所述的发动机制动进气气门升程由制动进气摇臂驱动常规进气摇臂而产生，来自发动机的两个进气门。
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