一种制动升程连续可调的发动机制动装置

技术领域

本发明涉及一种中重型柴油及天然气发动机，具体涉及一种制动升程连续可调的发动机制动装置。

背景技术

发动机制动技术是指汽车行驶过程中驾驶员抬起加速踏板，松开离合器，利用发动机压缩行程中所产生的压缩阻力，以及进排气阻力和摩擦力对驱动轮所形成的制动力作用，使之对汽车进行制动。发动机制动技术分为压缩式发动机制动、泄气式发动机制动和部分泄气式发动机制动三种。压缩式发动机制动是在压缩上止点附近开启排气门或辅助气门；泄气式发动机制动是在整个发动机循环开启排气门；部分泄气式发动机制动是在发动机循环的大部分冲程开启排气门。发动机制动技术的应用有效地减少行车制动器的使用频率，整车在下长坡、崎岖山路等陡峭路面时，使用发动机制动，可以避免因长时间使用制动器，导致制动器摩擦片的温度升高，使制动力下降，甚至失去作用。

发动机制动装置能够提供一个或是多个辅助气门升程，用于实现发动机制动功能。目前已有多个发明专利涉及此项技术的应用，主要技术是在凸轮主升程外包含额外一个或几个辅助升程，也可增加一个专门用于制动的凸轮，根据发动机工作的需要，发动机制动装置使辅助升程起作用（实现发动机制动功能）或使其不工作。

专利CN200980158946.8为雅各布斯车辆系统公司申请的专用的摇臂型发动机制动器，该发明公开了一种驱动发动机排气门的系统，所述系统包括摇臂轴，其具有控制流体供给通路，以及排气摇臂，其可枢转地安装在摇臂轴上。发动机制动摇臂可具有：中央开口，将中央开口与控制阀连接的液压通路，以及将控制阀与作动活塞组件连接的流体通路。专利CN201080019296.1为雅各布斯车辆系统公司申请的用于发动机制动和排气提前开启的空动可变气门致动系统，所述系统可以包括第一凸轮，所述第一凸轮具有压缩释放凸起部分和提前排气门开启凸起部分，所述提前排气门开启凸起部分连接到具有第一摇臂的液压空动系统上。液压方式致动的活塞可以从所述液压空动系统有选择地延伸，以向所述排气门提供压缩释放致动或提前排气门开启致动。液压方式致动的活塞可以作为主-从活塞回路中的从动活塞设置在固定的壳体中，或者，替代地，作为液压活塞可滑动地布置在摇臂中；专利CN200910140026.5为德国曼商用车辆股份公司申请的带有气门辅助控制单元的发动机制动装置和用于发动机制动的方法，所述制动装置的排气气门借助于一包括一液压气门辅助控制单元的机械的连接机构与凸轮轴相连接。液压气门辅助控制单元将排气气门保持在暂时打开的位置上。液压气门辅助控制单元可借助于一相对于内燃机的主油回路附加设置的辅助油回路接通和切断。

以上所述发动机制动专利制动气门升程固定，在某一工况，制动功率固定，无法根据车辆的实际需求提供需要的制动功率。另外，上述专利都是以发动机机油作为传递气门运动规律的介质，制动气门的运动规律很大程度上依赖于机油的一些特性，如机油含气率过高时，制动气门升程会损失，从而影响制动性能。此外，当机油温度过低，机油粘度过高时，也会影响发动机制动的正常工作。因此，以上发动机制动技术都要求机油温度高于某个限值（如40℃）时，发动机制动才能介入，因此这样也会限值发动机制动的使用工况。再如采用机油驱动的发动机制动，发动机制动介入与退出的时间普遍较长（＞0.4s），这样对发动机制动与点火状态的转换过程产生影响，导致发动机瞬态转换过程不稳定。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种制动升程连续可调的发动机制动装置。

本发明所采用的技术方案：一种制动升程连续可调的发动机制动装置，包括

摇臂轴；

凸轮轴，其与摇臂轴平行设置，并具有相邻布置的排气凸轮与辅助凸轮；

排气门，其包括第一排气门、第二排气门以及横设于第一排气门与第二排气门上的气门桥；

滑销，其设置在气门桥内，其一端与第一排气门接触，另一端穿出气门桥；

排气摇臂，其可旋转地安装在摇臂轴上，其前端与气门桥对应接触，其后端与排气凸轮对应接触；

偏心衬套，其具有偏心设置的安装孔，并通过安装孔可旋转地安装在摇臂轴上；

辅助摇臂，其可旋转地安装在偏心衬套上，其前端与滑销相对应，后端与辅助凸轮相对应；

弹性元件，其能将辅助摇臂压住与辅助凸轮保持接触；

执行机构，其驱动连接偏心衬套，能驱使偏心衬套绕摇臂轴旋转动作。

所述辅助摇臂前端设有纵向设置的螺栓孔，所述螺栓孔内设有调整螺栓，所述调整螺栓下端与滑销相对应，上端突出螺栓孔，并安装有锁紧螺母。

所述执行机构包括执行电机、传动轴，所述执行电机的输出端为蜗杆，所述偏心衬套上设有以安装孔中心为圆心的结合齿，所述传动轴上设有蜗轮与传动齿轮，所述蜗轮与蜗杆传动配合，所述传动齿轮与结合齿传动配合。

所述传动轴两端设有支架，所述支架固定安装在凸轮轴两端的瓦盖上。

所述执行电机固定在发动机罩盖上，并位于传动轴的后方。

所述蜗轮与传动齿轮均为不完整齿轮。

所述辅助摇臂靠近前端的侧壁设有弹簧座，所述摇臂轴上设有弹簧支架，所述弹簧支架位于弹簧座的下方，所述弹性元件采用弹簧，并设置在弹簧座与弹簧支架之间。

上述制动升程连续可调的发动机制动装置的工作原理如下：

当发动机正常工作时，执行电机不工作，辅助摇臂前端的调整螺栓与气门桥上的滑销之间存在一定的制动间隙，辅助凸轮升程不起作用，不影响排气门的运动，保证发动机正常工作。

当上述制动升程连续可调的发动机制动装置工作时，执行电机开启，并通过蜗杆、蜗轮、传动轴、传动齿轮、结合齿带动偏心衬套旋转，由于偏心衬套的偏心设置，使得辅助摇臂向下旋转一定角度，补偿辅助摇臂前端的调整螺栓与气门桥上的滑销之间的制动间隙，因此在辅助凸轮驱动下，在发动机压缩冲程上止点附近能驱动气门桥上滑销开启排气门，实现发动机制动。

偏心衬套的旋转角度不同，辅助摇臂的旋转角度不同，使得辅助摇臂前端的调整螺栓与气门桥上的滑销之间的制动间隙也不同，辅助凸轮可实现的凸轮升程也就不同，从而实现制动气门升程的连续变化，根据整车工况需求获得所需的制动功率。

当上述制动升程连续可调的发动机制动装置不工作时，执行电机开启，并通过蜗杆、蜗轮、传动轴、传动齿轮、结合齿带动偏心衬套旋转到初始位置，由于偏心衬套的偏心设置，使得辅助摇臂向上旋转一定角度，辅助摇臂前端的调整螺栓与气门桥上的滑销之间恢复原来的制动间隙，辅助凸轮不起作用，发动机正常工作。

本发明的有益效果是：

1、根据车辆的实际需求提供需要的制动功率，制动功率的连续变化可满足车辆定速巡航，ATM转速控制等智能化需求。

2、消除使用机油带来的可靠性风险：发动机制动装置使用执行电机驱动，消除发动机启动时，由于机油粘度高、机油压力大引起的制动功能误开启而带来的怠速不稳及冒白烟问题。

3、增加发动机制动使用区域：目前的液压式或固链式发动机制动由于使用机油作为工作介质，对机油温度及机油压力有一定要求，如要求机油温度＞40℃时发动机制动才可以介入，这样限制了整车刚启动时使用发动机制动。而上述发动机制动不受这些条件限制，可在整车启动后任何时间使用。

4、发动机制动进入及退出时间明显缩短：传统的液压式或固链式发动机制动由于使用机油作为工作介质或驱动控制介质，发动机制动的进入及退出时间较长，一般需要0.2s～0.4s。而上述发动机制动可在凸轮轴旋转一圈内完成正功及负功的切换，提升发动机制动进入及退出速度4～5倍。

5、降低了发动机燃油消耗：上述发动机制动不需机油作为驱动介质，发动机机油需求量及机油泵供油能力可以适当降低，因此有助于燃油消耗的降低。

附图说明

图1为本发明实施例制动升程连续可调的发动机制动装置的结构示意图1。

图2为本发明实施例制动升程连续可调的发动机制动装置的结构示意图2。

图3为本发明实施例偏心衬套的结构示意图。

图4为本发明实施例偏心衬套的主视结构示意图。

图5为本发明实施例辅助摇臂的结构示意图。

图6为本发明实施例执行机构的结构示意图。

图7为本发明实施例发动机正常工作时执行机构、偏心衬套、辅助摇臂的连接结构示意图。

图8为本发明实施例发动机制动工作时执行机构、偏心衬套、辅助摇臂的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

如图1-2所示，一种制动升程连续可调的发动机制动装置，包括摇臂轴1、凸轮轴2、排气门3、滑销4、排气摇臂5、偏心衬套6、辅助摇臂7、弹性元件8、执行机构9。

所述摇臂轴1与凸轮轴2平行设置，所述凸轮轴2上具有相邻布置的排气凸轮21与辅助凸轮22，所述凸轮轴2旋转能同时带动排气凸轮21与辅助凸轮22旋转。

所述排气门3包括第一排气门31、第二排气门32以及横设于第一排气门31与第二排气门32上的气门桥33，所述第一排气门31与第二排气门32均采用菌形气门，用于控制发动机内燃烧室和进排气歧管之间气体的流动。

所述滑销4设置在气门桥33内，其一端与第一排气门31接触，另一端穿出气门桥33，当滑销4受到一个足够大的作用力时，其将会推动第一排气门31动作，实现第一排气门31的排气冲程。

所述排气摇臂5可旋转地安装在摇臂轴1上，其前端与气门桥33对应接触，其后端与排气凸轮21对应接触，随着凸轮轴2的旋转，排气摇臂5能够在排气凸轮21与排气门的共同作用下绕摇臂轴1旋转摆动，从而通过排气凸轮21、排气摇臂5能够实现排气门3的排气冲程。

其中，所述排气摇臂5后端通过第一滚轮轴安装第一滚轮51，所述第一滚轮51与排气凸轮21相接触，由于排气凸轮21与第一滚轮51之间形成滚动配合，因此大大减少了排气凸轮21与排气摇臂5之间的摩擦力，减少磨损，提高使用寿命。

所述排气摇臂5前端还设有调节螺栓52、象角53、紧固螺母54，所述象角53通过专用工具压装在调节螺栓52的下端，且象角53可在一定转角内自由转动，所述调节螺栓52上端从排气摇臂5前端的顶部突出，并通过紧固螺母54锁紧固定，连接更加牢固可靠，所述象角53与气门桥33相接触，由于象角53的自由度较高，随着排气摇臂5的摆动动作，保证与气门桥33的接触效果，保证工作稳定。

所述偏心衬套6具有偏心设置的安装孔61，并通过安装孔61可旋转地安装在摇臂轴1上，所述偏心衬套6外侧壁向后方延伸出有以安装孔61中心为圆心的结合齿62。

所述辅助摇臂7中部设有中心孔，并通过中心孔可旋转地套设在偏心衬套6上，其前端与滑销4相对应，后端与辅助凸轮22相对应，并通过所述弹性元件8压住与辅助凸轮22保持接触，因此凸轮轴2旋转时，辅助凸轮22能够带动辅助摇臂7沿偏心衬套6旋转摆动。

同样的，可以在所述辅助摇臂7后端通过第二滚轮轴安装第二滚轮75，所述第二滚轮75与辅助凸轮22接触，辅助凸轮22与第二滚轮75之间形成滚动配合，大大减少了辅助凸轮22与辅助摇臂7之间的摩擦力，减少磨损，提高使用寿命。

其中，所述辅助凸轮22包括基圆以及一个或者二个桃子，例如本实施例中设置二个桃子，其分别包括一个制动桃子以及一个EGR桃子或者一个BGR桃子，制动桃子用于提供一个制动升程，可选的EGR桃子可在发动机作正功时提供一个EGR升程，可选的BGR桃子可在发动机制动时提供一个BGR升程。

所述辅助摇臂7前端则设有纵向设置的螺栓孔71，所述螺栓孔71内设有调整螺栓72，所述调整螺栓72下端与滑销4相对应，上端突出螺栓孔71，并安装有锁紧螺母73，辅助摇臂7前端通过调整螺栓72与滑销4相对应，其与辅助摇臂7的螺纹配合，方便其实现与滑销4之间间隙的微调，同时通过锁紧螺母73固定锁紧，结构稳定可靠。

另外，弹性元件8也有很多可选择的方式，在本实施例中，弹性元件8采用弹簧，所述辅助摇臂7靠近前端的侧壁设有弹簧座74，弹簧座74底部形成有与弹簧适配的凸台结构，所述摇臂轴1上通过螺栓固定安装有弹簧支架11，所述弹簧支架11延伸至弹簧座74的下方，且弹簧支架11也形成有与弹簧适配的凸台结构，弹性元件8设置在弹簧座74与弹簧支架11之间，其两端通过凸台结构定位，并与弹簧座74、弹簧支架11相抵，弹性元件8具有足够的弹簧力使发动机辅助摇臂7一直与辅助凸轮22保持接触。

当然，弹簧支架也可以固定在发动机缸盖或其他固定的零部件上，弹性元件8也可采用如板簧、扭簧等其他形式，实现辅助摇臂7与辅助凸轮22的接触，将弹性元件8设置为弹簧，并安装在辅助摇臂7靠近前端的位置，能够在辅助摇臂7后方预留足够位置用于安装执行机构9，使得结构更为紧凑合理。

所述执行机构9包括执行电机91、传动轴92、蜗杆93、蜗轮94、传动齿轮95。

所述执行电机91设置在辅助摇臂7的后方位置，并固定安装在发动机罩盖或其它固定零部件上，其前端驱动连接蜗杆93。

所述传动轴92两端设有支架96，所述支架96通过螺栓固定安装在凸轮轴2两端的瓦盖上或其它固定零部件上，传动轴92能在支架96上沿其中心旋转，所述蜗轮94与传动齿轮95则固定安装在传动轴92，能实现与传动轴92的同步旋转。

其中，支架96包括上支架与下支架，并通过螺栓固定，方便传动轴92的安装，所述蜗轮94与传动齿轮95均为不完整齿轮，减小体积，从而能够使得结构更加紧凑。

所述执行电机91的输出端为蜗杆93，所述蜗轮94与蜗杆93传动配合，所述传动齿轮95与结合齿62传动配合，因此通过执行电机91能够驱动偏心衬套6绕摇臂轴1旋转，由于偏心衬套6的偏心设置，如图7-8所示，偏心衬套6的中心点为A，其安装孔61的中心点为A'，当偏心衬套6绕安装孔61的中心点A旋转时，能够改变偏心衬套6的中心点A的位置，从而能够带动辅助摇臂向上或向下进行偏移。

上述制动升程连续可调的发动机制动装置的工作原理如下：

当发动机正常工作时，执行电机91不工作，辅助摇臂7前端的调整螺栓72与气门桥33上的滑销4之间存在一定的制动间隙，辅助凸轮22升程不起作用，不影响排气门的运动，保证发动机正常工作。

当上述制动升程连续可调的发动机制动装置工作时，执行电机91开启，并通过蜗杆93、蜗轮94、传动轴92、传动齿轮95、结合齿62带动偏心衬套6旋转，由于偏心衬套6的偏心设置，使得辅助摇臂7向下旋转一定角度，补偿辅助摇臂7前端的调整螺栓72与气门桥33上的滑销4之间的制动间隙，因此在辅助凸轮22驱动下，在发动机压缩冲程上止点附近能驱动气门桥33上滑销4开启排气门，实现发动机制动。

偏心衬套6的旋转角度不同，辅助摇臂7的旋转角度也不同，使得辅助摇臂7前端的调整螺栓72与气门桥33上的滑销4之间的制动间隙也不同，辅助凸轮22可实现的凸轮升程也就不同，从而实现制动气门升程的连续变化，根据整车工况需求获得所需的制动功率。

当上述制动升程连续可调的发动机制动装置不工作时，执行电机91开启，并通过蜗杆93、蜗轮94、传动轴92、传动齿轮95、结合齿62带动偏心衬套6旋转，由于偏心衬套6的偏心设置，使得辅助摇臂7向上旋转一定角度，辅助摇臂7前端的调整螺栓72与气门桥33上的滑销4之间恢复原来的制动间隙，辅助凸轮22不起作用，发动机正常工作。

采用上述方案，其有益效果是：

1、根据车辆的实际需求提供需要的制动功率，制动功率的连续变化可满足车辆定速巡航，ATM转速控制等智能化需求。

2、消除使用机油带来的可靠性风险：发动机制动装置使用执行电机驱动，消除发动机启动时，由于机油粘度高、机油压力大引起的制动功能误开启而带来的怠速不稳及冒白烟问题。

3、增加发动机制动使用区域：目前的液压式或固链式发动机制动由于使用机油作为工作介质，对机油温度及机油压力有一定要求，如要求机油温度＞40℃时发动机制动才可以介入，这样限制了整车刚启动时使用发动机制动。而上述发动机制动不受这些条件限制，可在整车启动后任何时间使用。

4、发动机制动进入及退出时间明显缩短：传统的液压式或固链式发动机制动由于使用机油作为工作介质或驱动控制介质，发动机制动的进入及退出时间较长，一般需要0.2s～0.4s。而上述发动机制动可在凸轮轴旋转一圈内完成正功及负功的切换，提升发动机制动进入及退出速度4～5倍。

5、降低了发动机燃油消耗：上述发动机制动不需机油作为驱动介质，发动机机油需求量及机油泵供油能力可以适当降低，因此有助于燃油消耗的降低。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。