一种电磁控制式发动机制动装置
技术领域
本发明所应用在中重型柴油及天然气发动机上,提供一种电磁控制式发动机制动装置。
背景技术
我国山脉众多,山区面积广大,约占国土总面积的 69%,重型货车在山区长下坡路段,驾驶员频繁使用行车制动,在短时间内行车制动器可以吸收较大能量,但随着制动时间的增加,制动鼓与制动蹄片之间的摩擦副表面温度升高,摩擦系数降低,最终造成制动效能下降甚至制动失灵的危险状况,引起重大交通事故。为了提高重型商用汽车的行驶安全性,需要在行车制动的基础之上增加辅助制动系统,以保证车辆在下坡过程中具有持续不变的制动力。
车用辅助制动系统主要分为两类:缓速器和发动机制动系统。发动机制动系统由于其结构简单、安装方便、价格低廉等优点得到广泛应用。
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制动系统,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制动或提前排气门开启制动。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。另外,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,本发明提供一种电磁控制式发动机制动装置。
本发明所采用的技术方案:一种电磁控制式发动机制动装置,包括第一排气门、第二排气门,还包括:
摇臂轴;
凸轮轴,与摇臂轴平行,并具有相邻布置的第一凸轮和第二凸轮;
排气摇臂,可旋转地安装在摇臂轴上,其后端与第一凸轮相对应;
辅助摇臂,可旋转地安装在摇臂轴上,并与排气摇臂相邻近,其后端与第二凸轮相对应;
气门桥,横设在第一排气门与第二排气门上,并与排气摇臂前端固定连接,能将排气摇臂压到与第一凸轮接触;
弹性件,能将辅助摇臂压到与第二凸轮接触;
滑销,设置在气门桥内,所述滑销一端与第一排气门接触,另一端穿出气门桥;
电磁驱动机构,设置在辅助摇臂前端与滑销相对应,所述电磁驱动机构至少包括一个可上下动作的顶杆,并由电磁控制器控制动作,所述顶杆具有与滑销保持一定间隙的第一位置以及与滑销保持接触的第二位置。
所述电磁控制机构还包括推杆、套筒、弹簧、弹簧座;所述套筒固定安装在辅助摇臂前端,其内壁设有N组周向均布的第一滑槽以及N组周向均布的第二滑槽,所述第一滑槽与第二滑槽间隔分布,使得所述第一滑槽与第二滑槽之间形成定位凸台,所述定位凸台底部形成第一斜面结构,其中,所述第一滑槽的直径为A,第二滑槽的之间为B,且 A>B,N≥3;所述推杆安装在套筒内,所述推杆外侧周向均匀设置2N个第一条形凸台,所述第一条形凸台分别嵌入第一滑槽与第二滑槽内,能沿第一滑槽与第二滑槽上下运动,所述推杆下端面形成有周向均布的锯齿结构;所述顶杆安装在套筒内并位于推杆下端,所述顶杆外侧周向均匀设置N个第二条形凸台,所述第二条形凸台的直径为C,且A>C>B,所述第二条形凸台能嵌入第一滑槽内,所述第二条形凸台顶部形成第二斜面结构;所述弹簧座固定在套筒底部,所述弹簧套设在顶杆上,且其两端分别与弹簧座和顶杆相抵触;所述电磁控制器安装在套筒上方,并与推杆上端面相接触,所述顶杆下端穿过弹簧座与滑销相对应。
所述第一滑槽与第二滑槽均设有4组,所述第一条形凸台设有8个,所述第二条形凸台设有4个。
所述套筒靠近底部的位置设有卡槽,所述卡槽内设有卡簧,所述弹簧座安装在卡簧上。
所述辅助摇臂前端设有螺纹孔,所述套筒外部形成有外螺纹结构,所述套筒通过螺纹配合固定安装于螺纹孔内。
所述套筒顶部从螺纹孔的顶部凸出,通过紧固螺母固定锁紧。
所述第二凸轮包括基圆以及一个或者多个桃子。
所述桃子包括一个制动桃子以及一个EGR桃子或者BGR桃子。
所述辅助摇臂后端向侧边设有一个凸起;所述弹性件采用板簧,其一端固定按在摇臂轴上,另一端压在凸起上,使辅助摇臂一直与第二凸轮接触。
所述凸起呈圆柱形。
所述摇臂轴内设有油路,所述辅助摇臂内设有能连通油路的润滑油路,所述润滑油路通向电磁驱动机构。
所述排气摇臂后端设有第一滚轮,所述第一滚轮与第一凸轮接触。
所述辅助摇臂后端设有第二滚轮,所述第二滚轮与第二凸轮接触。
所述排气摇臂前端固定连接有调整螺栓,所述调整螺栓下端通过象角与气门桥连接。
所述调整螺栓上端从排气摇臂前端的顶部突出,并通过锁紧螺母锁紧固定。
上述电磁控制式发动机制动装置的工作过程:
当发动机正常工作时,顶杆在电磁控制器的控制下处于第一位置,与滑销保持一定间隙,对第一排气门不起作用;
当电磁控制式发动机制动装置工作时,顶杆在电磁控制器的控制下处于第二位置,与滑销接触,辅助摇臂的动作则会开启第一排气门,实现发动机制动或内部EGR;
当电磁控制式发动机制动装置不工作时,顶杆在电磁控制器的控制下回到第一位置,与滑销保持一定间隙,对第一排气门不起作用。
本发明的有益效果是:1、消除使用机油带来的可靠性风险:发动机制动装置使用电磁控制器驱动,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;
2、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,而使用电磁控制器驱动将不受这些条件限制,可在整车启动后任何时间使用;
3、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,而使用电磁控制器可以根据当前凸轮轴位置采用单缸单独供电策略,实现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、发动机制动性能分级更为细化:传统发动机制动一般采用两个电磁阀控制制动油路中机油的进出,发动机制动性能因此可分为两个档次,而使用电磁控制器可以实现每缸的电磁控制器单独控制,这样对于六缸发动机可以将制动性能分为六个级别,这样可以细分的好处除对制动性能的适应性更为灵活外(比如整车空载时的制动性能需求会较小),对于自动巡航时整车的车速控制以及自动变速箱换挡时发动机的降速都有极大好处;
5、降低了发动机燃油消耗:采用电磁控制器不需要机油作为驱动介质,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为本发明实施例电磁控制式发动机制动装置的结构示意图。
图2为本发明实施例发动机正常工作时电磁控制式发动机制动装置的剖视图。
图3为本发明实施例发动机制动工作时电磁控制式发动机制动装置的剖视图。
图4为本发明实施例辅助摇臂与电磁控制机构的爆炸分解图。
图5为本发明实施例电磁控制机构的剖视图。
图6为本发明实施例套筒的俯视图。
图7为本发明实施例套筒的剖视图。
图8为本发明实施例推杆的俯视图。
图9为本发明实施例推杆的正视图。
图10为本发明实施例顶杆的俯视图。
图11为本发明实施例顶杆的正视图。
图中,1-摇臂轴,2-凸轮轴,21-第一凸轮,22-第二凸轮,3-排气摇臂,31-第一滚轮,32-调整螺栓,33-象角,34-锁紧螺母,4-辅助摇臂,41-螺纹孔,42-凸起,43-润滑油路,44-第二滚轮,5-气门桥,6-弹性件,7-滑销,8-电磁驱动机构,81-推杆,811-第一条形凸台,812-锯齿结构,82-顶杆,821-第二条形凸台,822-第二斜面结构,83-套筒,831-第一滑槽,832-第二滑槽,833-定位凸台,834-第一斜面结构,835-卡槽,84-弹簧,85-弹簧座,86-卡簧,87-紧固螺母,9-电磁控制器,10-,11-第一排气门,12-第二排气门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明发明实施例作进一步说明。
在本发明发明的描述中,需要说明的是,术语“前”、“后”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系是为了便于描述本发明发明和简化描述而定义的,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发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图所示,一种电磁控制式发动机制动装置,包括第一排气门11、第二排气门12、摇臂轴1、凸轮轴2、排气摇臂3、辅助摇臂4、气门桥5、弹性件6、滑销7、电磁驱动机构8。
所述第一排气门11、第二排气门12采用菌形气门,用于控制发动机内燃烧室和进排气岐管之间气体的流动。
所述凸轮轴2与摇臂轴1平行布置,所述凸轮轴2上设有相邻布置的第一凸轮21和第二凸轮22;所述排气摇臂3与辅助摇臂4相邻近并可旋转地安装在摇臂轴1上,所述排气摇臂3的后端与第一凸轮21相对应,所述辅助摇臂4的后端与第二凸轮22相对应。
所述气门桥5横设在第一排气门11与第二排气门12上,并与排气摇臂3前端固定连接,能将排气摇臂3压到与第一凸轮21接触,因此凸轮轴2旋转时,第一凸轮21能够带动排气摇臂3沿摇臂轴1旋转摆动,从而通过气门桥5能够同时驱动第一排气门11和第二排气门12实现排气冲程。
其中,可以在所述排气摇臂3后端通过第一滚轮轴安装一第一滚轮31,所述第一滚轮31与第一凸轮21接触,第一凸轮21与第一滚轮31之间形成滚动配合,大大减少了第一凸轮21与排气摇臂3之间的摩擦力,减少磨损,提高使用寿命。
另外,所述气门桥5与排气摇臂3之间可以通过调整螺栓32与象角33实现连接,所述调整螺栓32安装在排气摇臂3前端,象角33通过专用工具压装在调整螺栓32的下端,且象角33可在一定转角内自由转动。
进一步的,所述调整螺栓32上端从排气摇臂3前端的顶部突出,并通过锁紧螺母34锁紧固定,连接更加牢固、可靠。
所述弹性件6用于将辅助摇臂4压到与第二凸轮22接触,因此凸轮轴2旋转时,第二凸轮22能够带动辅助摇臂4沿摇臂轴1旋转摆动。
同样的,可以在所述辅助摇臂4后端通过第二滚轮轴安装第二滚轮44,所述第二滚轮44与第二凸轮22接触,第二凸轮22与第二滚轮44之间形成滚动配合,大大减少了第二凸轮22与辅助摇臂4之间的摩擦力,减少磨损,提高使用寿命。
另外,弹性件6也有很多可选择的方式,可以是在所述辅助摇臂4后端向侧边设有一个圆柱形的凸起42;将所述弹性件6选择为板簧,其一端固定按在摇臂轴1上,另一端压在凸起42上,使辅助摇臂4一直与第二凸轮22接触。当然,也可以采用弹簧、扭簧等其他形式。
所述滑销7设置在气门桥5内,所述滑销7一端与第一排气门11接触,另一端穿出气门桥5;所述电磁驱动机构8设置在辅助摇臂4前端与滑销7相对应,所述电磁驱动机构8至少包括一个可上下动作的顶杆82,并由电磁控制器9控制动作,所述顶杆82具有与滑销7保持一定间隙的第一位置以及与滑销7保持接触的第二位置。
当发动机正常工作时,顶杆82在电磁控制器9的控制下处于第一位置,与滑销7保持一定间隙,对第一排气门11不起作用。
当电磁控制式发动机制动装置工作时,顶杆82在电磁控制器9的控制下处于第二位置,与滑销7接触,辅助摇臂4的动作则会开启第一排气门11,实现发动机制动或内部EGR。
当电磁控制式发动机制动装置不工作时,顶杆82在电磁控制器9的控制下回到第一位置,与滑销7保持一定间隙,对第一排气门11不起作用。
采用电磁控制器9实现驱动控制,替代现有常规液压式或固链式发动机制动中采用机油作为工作介质或驱动控制介质,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,更加安全可靠,而且不受机油温度及机油压力等条件要求限制,可在整车启动后任何时间使用,使用区域范围更广,发动机制动进入及退出时间也明显缩短,还能降低了发动机燃油消耗。
其中,所述第二凸轮22包括基圆221以及一个或者二个桃子222。例如二个桃子包括一个制动桃子,一个EGR桃子或者一个BGR桃子驱动辅助摇臂4实现辅助气门运动,制动桃子提供一个制动升程,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。
如图所示,所述电磁控制机构8还包括推杆81、套筒83、弹簧84、弹簧座85。
所述套筒83固定安装在辅助摇臂4的前端,其内壁设有4组周向均布的第一滑槽831以及4组周向均布的第二滑槽832,所述第一滑槽831与第二滑槽832间隔分布,在第一滑槽831与第二滑槽832之间形成定位凸台833的结构,所述定位凸台833底部形成第一斜面结构834,其中,所述第一滑槽831的直径为A,第二滑槽832的之间为B,且 A>B。
当然,所述第一滑槽831与第二滑槽832的数量不局限于4组,也可以是3组或者5组不等。
另外,所述辅助摇臂4前端设有螺纹孔41,所述套筒83外部形成有外螺纹结构,所述套筒83通过螺纹配合固定安装于螺纹孔41内,通过螺纹配合,不仅安装非常方便,而且安装牢固。
进一步的,所述套筒83顶部从螺纹孔41的顶部凸出,通过紧固螺母87实现进一步的固定锁紧,连接更加牢固、可靠。
所述推杆81安装在套筒83内,所述推杆81外侧周向均匀设置8个第一条形凸台811,所述第一条形凸台811分别嵌入第一滑槽831与第二滑槽832内,能沿第一滑槽831与第二滑槽832上下运动,所述推杆81下端面形成有周向均布的锯齿结构812。
当然,所述第一条形凸台811的数量也不局限于8个,其数量为第一滑槽831与第二滑槽832的总和。
所述顶杆82安装在套筒83内并位于推杆81下端,所述顶杆82外侧周向均匀设置4个第二条形凸台821,所述第二条形凸台821的直径为C,且A>C>B,所述第二条形凸台821能嵌入第一滑槽831内,而不能嵌入所述的第二滑槽832内,所述第二条形凸台821顶部形成第二斜面结构822,所述第二斜面结构822能与锯齿结构812、第一斜面结构834相配合。
同样的,所述第二条形凸台821的数量也不局限于4个,其数量与第一滑槽831和第二滑槽832相对应。
所述套筒83靠近底部的位置设有卡槽835,所述卡槽835内设有卡簧86,所述弹簧座85安装在卡簧86上,所述弹簧84套设在顶杆82上,且其两端分别与弹簧座85和顶杆82相抵触,能驱使顶杆82向上移动。
所述电磁控制器9安装在套筒83上方,并与推杆81上端面相接触,所述顶杆82下端穿过弹簧座85与滑销7相对应。
当发动机正常工作时,电磁控制器9关闭,顶杆82的第二条形凸台821正好嵌入在第一滑槽831内,同时在弹簧84的作用下,保持在最高的位置,使得顶杆82与滑销7保持一定间隙,辅助摇臂4的动作不会对第一排气门11产生作用。
当电磁控制式发动机制动装置工作时,电磁控制器9开启,其执行柱塞下行,其执行柱塞会推动推杆81向下移动,推杆81则会推动顶杆82向下移动,直至第二条形凸台821脱离第一滑槽831,此时,推杆81底部的锯齿结构812与顶杆82上的第二斜面结构822之间产生的相互作用力使得顶杆82转过一定角度,然后电磁控制器9关闭,其执行柱塞上移复位,顶杆82则在弹簧84的作用下向上移动,此时,顶杆82上的第二斜面结构822与套筒83的第一斜面结构834之间产生的相互作用力使得顶杆82再转过一定角度并微微上移,使得第二条形凸台821与第二滑槽832相对应,由于第二条形凸台821无法嵌入第二滑槽832内,使得顶杆82无法继续上移,从而保持在较低的位置,使得顶杆82与到达锁止位置,顶杆82下端能够与滑销7接触,辅助摇臂4的动作则会开启第一排气门11,实现发动机制动或内部EGR。
当电磁控制式发动机制动装置不工作时,电磁控制器9开启,其执行柱塞下行,其执行柱塞会推动推杆81向下移动,推杆81则会推动顶杆82向下移动,顶杆82上的第二斜面结构822与套筒83的第一斜面结构834分离,同时推杆81底部的锯齿结构812与顶杆82上的第二斜面结构822之间产生的相互作用力使得顶杆82再次转过一定角度,然后电磁控制器9关闭,其执行柱塞上移复位,顶杆82则在弹簧84的作用下向上移动,此时,顶杆82上的第二斜面结构822与套筒83的第一斜面结构834之间产生的相互作用力使得顶杆82再转过一定角度,使得第二条形凸台821与第一滑槽831相对应,,然后在弹簧84的作用下继续上移,第二条形凸台821嵌入第一滑槽831,保持在最高的位置,使得顶杆82与滑销7保持一定间隙,辅助摇臂4的动作不会对第一排气门11产生作用。
由一个电磁控制器9单独控制驱动一个电磁控制机构8工作,这样对于六缸发动机可以将制动性能分为六个级别,这样可以细分的好处除对制动性能的适应性更为灵活外(比如整车空载时的制动性能需求会较小),对于自动巡航时整车的车速控制以及自动变速箱换挡时发动机的降速都有极大好处。
同时,电磁控制机构8通过推杆81、顶杆82、套筒83、弹簧84、弹簧座85等结构,使得顶杆82本身具有与滑销7保持接触的锁止状态以及与滑销7保持间距的不锁止状态,因此,每次开启电磁控制器9后只需提供一个切换顶杆82位置状态的动力即可,当顶杆82的位置状态完成切换后,电磁控制器9即可关闭并复位,不仅工作更加稳定,而且保护电磁控制器9,提供使用寿命。
当然,电磁控制机构8也可只采用顶杆的形式,直接由电磁控制器9的驱动力来保持与滑销7的接触或分离。
另外,如图2-3所示,所述摇臂轴1内设有油路10,所述辅助摇臂4内设有能连通油路10的润滑油路43,所述润滑油路43通向螺纹孔42,机油经过摇臂轴1的油路10以及辅助摇臂4的润滑油路43进入到电磁控制机构8中,为电磁控制机构8中的各个零部件提供润滑油。
实施例不应视为对发明的限制,但任何基于本发明的精神所作的改进,都应在本发明的保护范围之内。