使用彈簧加載閥的發動機制動系統的製作方法
2023-05-05 06:17:01
專利名稱:使用彈簧加載閥的發動機制動系統的製作方法
技術領域:
本發明涉及車輛、尤其是大型牽引拖掛卡車,包括但不局限於用於發動機制動的設備、控制以及操作。背景對於車輛、尤其是大型牽引拖車來說,合適且可靠的制動是理想的。雖然鼓式或盤式車輪制動器在短期內能夠吸收大量能量,但所吸收的能量在制動機構中會轉換成熱量。已知制動系統包括排氣制動器和壓縮釋放系統,該排氣制動器抑制廢氣流動通過排氣系統,而在壓縮釋放系統中,在發動機的壓縮衝程中壓縮進氣所需的能量通過使經壓縮的空氣排過排氣系統而耗散。為了實現高效的發動機制動作用,在制動過程中,排氣管線中的制動閥可關閉,並且在制動閥上遊的排氣管線中建立過壓。對於渦輪增壓發動機來說,所建立的過壓以較高的速度流到渦輪增壓器的渦輪機中,並且作用在渦輪機轉子上,藉此所驅動的壓縮機使進氣導管中的壓力增大。氣缸經受增大的充氣壓力。在排氣系統中,在氣缸出口和制動閥之間產生過壓,並且該過壓對於在氣缸中經壓縮的空氣經由排氣閥進入排氣導管中的排氣起反作用。在制動過程中,活塞對抗排氣導管中的高過壓而進行壓縮工作,從而實現較強的制動作用。在美國專利4,395,884中披露的另一發動機制動方法包括使用一種經渦輪增壓的發動機,該發動機裝備有雙側進氣的渦輪機和結合有分流閥的壓縮釋放發動機減速器。在發動機的制動過程中,分流閥將氣流引導通過渦輪機的劃分的渦形室的一個渦管。當發動機進行制動時,渦輪機速度增大且入口歧管壓力也增大,由此使得由發動機所產生的制動馬力增大。其它方法是使用一種可變幾何形狀的渦輪增壓器(VGT)。當命令發動機制動時,可變幾何形狀的渦輪增壓器「向下夾緊」,這意味著渦輪機葉片關閉並且用於既產生高的排氣·歧管壓力又產生高的渦輪機速度,並且產生高的渦輪增壓器壓縮機速度。增大渦輪增壓器壓縮機的速度又增大發動機的氣流以及有效的發動機制動功率。在美國專利6,594,996中披露的方法包括根據發動機的速度和(排氣或進氣、較佳的是排氣)壓力而對用於發動機制動的渦輪增壓器的幾何形狀進行控制。在壓縮釋放發動機制動器中,存在用於發動機制動操作的排氣閥。例如,在「皆可博」制動器中,例如在美國專利4,423,712; 4,485,780; 4,706,625以及4,572,114中所披露的制動器中,在制動過程中,制動排氣閥在壓縮衝程過程中關閉,以將空氣量堆積在發動機氣缸中,然後在上死點(TDC)之前某處的選定氣門正時處打開,以突然地釋放氣缸內壓力來產生負的軸功率或緩速動力。在「洩氣式(Bleeder)」制動系統中,在發動機制動過程中,制動排氣閥在整個發動機循環期間恆定地保持打開以產生壓縮釋放效果。根據德國曼商用車輛股份有限公司(Man Nutzfahrzeuge AG)的「EVBec」發動機制動系統,在進氣衝程或壓縮衝程期間,存在由於高排氣歧管壓力脈衝產生的排氣次要閥升程。次要升程型式在每次發動機循環中都會產生,並且能設計成持續足夠長的時間來通過TDC並且在TDC附近足夠高以產生壓縮釋放的制動效果。例如在美國專利4,981,119中描述了此種系統。本發明的發明人已認識到希望提出一種替代的設計方案,該方案會以降低的成本來實現發動機制動的改進。
發明內容
發動機制動能夠通過在發動機的至少一個氣缸中附加彈簧加載閥或壓力釋放閥來改進,以產生相對較低的成本。在活塞對燃燒室中的空氣進行壓縮時,釋放閥會在預定壓力下打開,以與同發動機壓縮比相關聯的峰值壓力相對應。因此,曲柄軸將動力推入壓縮空氣,閥將該壓力釋放,且壓力能力損失,因此產生制動力。根據一示例實施例,發動機制動系統包括排氣控制通路,該排氣控制通路位於發動機氣缸和廢氣排放通路之間。閥構件位於排氣控制通路內,且閥構件可在關閉排氣控制 通路的關閉位置和打開排氣控制通路的打開位置之間操作。彈簧將閥構件推向關閉位置。閥鍵或保持器設置成可定位在兩個操作位置中,在第一操作位置,保持器防止閥構件打開,而在第二操作位置,保持器使得閥構件能打開。楔塊可操作以在第一位置和第二位置之間運動,從而使保持器在第一和第二操作位置之間運動。閥鍵能安裝成在第一和第二操作位置之間樞轉。閥鍵能由彈簧推向第一操作位置。該閥鍵能有第一斜面,而楔塊具有第二斜面,其中在楔塊從第一位置運動至第二位置時,第二斜面在第一斜面上滑動。根據一個方面,至少一個表面包括第一表面,該第一表面具有在閥構件處於關閉位置時經受氣缸壓力的第一表面積,而閥構件包括相對第一表面設置在後部的第二表面,且第二表面具有比第一表面積大的第二表面積,第二表面在閥朝向打開位置運動時經受氣缸壓力。該閥構件包括閥軸,閥軸的端部形成第一表面。閥軸能續接有閥活塞。該閥活塞可在排氣控制通路內滑動並且形成第二表面。在閥構件處於關閉位置時,閥軸將第一閥座關閉,而在閥構件朝向打開位置運動時,活塞將從排氣控制通路至廢氣排氣通路的進口打開。因此,閥構件的構造提供兩個閥開口,第一開口位於閥軸和第一閥座之間,而第二開口位於閥活塞和控制通路以及排放通路之間的進口之間。該制動系統優於傳統壓縮制動器的優點在於噪聲消除。傳統的壓縮制動器抵抗高壓將較大的閥打開,這會每次都產生可聽到的「砰」聲。示例實施例的此種閥構件會產生相當大的制動力,然而氣體從閥返回至排氣口會顯著地減小此種可聽到的「砰」聲,這會使得該制動系統的使用處於噪聲限制區域中。從下文對本發明以及本發明的實施例的詳細說明、從權利要求以及從附圖中,本發明的各種其它優點和特徵將變得顯而易見。
圖I是本發明示例系統的視圖;圖2是根據本發明的發動機制動系統的示意剖視圖,其中該系統在未制動模式下工作;以及
圖3是類似於圖I的示意剖視圖,但該系統在制動模式下工作。
具體實施例方式雖然本發明容許許多不同形式的實施例,這些實施例在附圖中示出並且將在本文中進行詳細描述,但這些實施例中用於理解本發明的特定實施例應被認為是本發明原理的示例,而不旨在於將本發明限制為所說明的特定實施例。圖I示出發動機制動控制系統100的簡化視圖。雖然該發動機制動控制系統示作應于于發動機的其中一個氣缸,但發動機的一個以上氣缸或所有氣缸能構造成與所不出的氣缸相冋。如圖2中的放大視圖不出,發動機制動系統作用在彈黃加載制動閥114上,該彈簧加載制動閥114將氣缸116打開至排氣歧管118。可操作地連接於發動機曲柄軸(未示出)的活塞117在氣缸116內往復運動。響應於由車輛操作者所發出的發動機制動命令或者響應於以其它方式產生的制動信號,諸如微型處理器或其它電子控制器之類的發動機制動控制器120能信號連接於可變幾何形狀渦輪增壓器的渦輪機128的控制件致動器126,該 控制件致動器126具有一個或多個階段。渦輪機128驅動進氣壓縮機(未示出)的一個或多個階段,該進氣壓縮機將加壓空氣充入發動機的進氣歧管。發動機制動控制器120也能連接於一個或多個廢氣口或渦輪旁通管150。作為可變幾何形狀渦輪增壓器的替代,也可提供傳統的不可變幾何形狀的渦輪增壓器。圖2示出用在發動機制動操作中的示例排氣閥控制系統200。雖然僅僅示出了在氣缸116處的發動機制動系統200,但相同的裝置能用在發動機的所有的氣缸或者其中一些氣缸處。發動機制動系統200包括搖臂212、閥橋216、制動閥控制件214、操作排氣閥220以及制動閥114。在正常操作過程中,在串聯地操作、即一起打開和一起關閉兩個操作排氣閥220 (僅僅示出一個)時使用閥橋。如果僅僅使用一個操作排氣閥220,則能省去閥橋,搖臂212能直接作用在操作排氣閥的端部上。排氣閥220和制動閥114經由設在氣缸蓋230中的排氣通道224、226將氣缸116打開至排氣歧管118。雖然排氣通道226示作是從制動閥114至歧管118的單獨的通道,該排氣通道也可以是排氣通道226打開到氣缸蓋230內通路224中的較短通道。每個操作排氣閥220包括閥杆234,該閥杆具有閥杆端237、頭部235以及彈簧保持件236。閥彈簧238圍繞閥杆234並且裝配在保持件236和氣缸蓋230之間。為了使頭部235在正常發動機操作期間遠離閥座240運動,在選定的曲柄軸角度下,搖臂212將閥橋216壓下,以使閥杆234經由端部237上的力抵抗彈簧238由於彈簧被壓在保持件236和氣缸蓋230之間而產生的擴張力並且抵抗排氣閥220上的氣缸壓力而向下運動。制動控制件214包括制動閥114、閥彈簧302、閥鍵或保持器306、閥保持彈簧310、致動器楔塊316以及致動器326。制動控制件214基本上保持在殼體部分317內並且由殼體部分317支承。制動閥114包括具有閥頭336的閥軸330,該閥頭形成為閥軸330的帶斜面末端部分。閥頭336構造成將形成在氣缸蓋230上的閥座337關閉。閥座角度應較淺以避免粘著。閥軸330與閥活塞344 —起形成或附連於閥活塞344。活塞344在閥氣缸348內滑動並且具有活塞表面352。閥杆356與閥軸330相對地附連於活塞344或與活塞344 —起形成。閥杆356包括閥杆端360,該閥杆端360通過氣缸348的頂壁357中的孔而暴露在氣缸348的外部。閥彈簧302圍繞閥杆356並且在氣缸348內裝配在頂壁357和活塞344之間。保持器306在樞轉銷366上安裝於氣缸蓋230並且能繞樞轉銷366樞轉到圖2和3所示的交替位置中。圖2所示的位置與發動機未制動狀態相對應,而圖3所示的位置與發動機制動狀態相對應。保持器306和制動閥114都應是硬化材料。如圖2所示,致動器326已致使致動器楔塊316上升。因此,如圖所示是扭簧的彈簧310促使保持器306逆時針轉動至保持器覆蓋閥杆356的閥杆端360的位置。保持器306具有底表面379,該底表面成形為具有凸輪作用,使得在不需要制動時保持器306楔入而將制動閥114關閉。因此,制動閥114保持在關閉位置。閥頭336將閥座337關閉,而活塞344將排氣通路226的進口 380關閉。閥氣缸348在閥座337和進口 380之間形成排氣控制通路。閥114和保持器306應抵抗約3000psi的氣缸燃燒壓力而保持關閉。在致動器326向下驅動致動器楔塊316時,楔塊上的第一斜面386在保持器306上的第二斜面388之上滑動,以迫使保持器抵抗彈簧310的推進作用而從圖2所示的位置逆時針轉動至圖3所示的位置。在保持器306處於圖3所示的位置中時,保持器底面379不阻礙制動閥114的閥杆端360。氣缸116內的壓力足以使閥頭336從閥座337移位,且活塞表面352上的壓力使活塞進一步向上運動,從而逐漸地露出氣缸氣體的進口 380。雖然示出楔塊裝置,然而其它類型的致動器也可用於影響彈簧加載裝置的鎖定和·未鎖定位置。致動器326可以是電磁操作的或者由油壓操作的。需要充分的延遲,以使閥保持打開足夠長的時間,從而在壓力降低時對燃燒室進行排氣。此種降低壓力應是50-100psi。打開壓力應是750psi左右。通過使閥上具有兩個不同的直徑、即閥頭336的第一直徑和活塞344的第二直徑來實現這些打開和關閉壓力致動。第一直徑的尺寸應足夠大,以在最高期望操作速度下排出壓縮空氣。在閥打開時,空氣撞擊在第二直徑上,以使閥保持打開直到到達大約150psi為止。總的閥致動運動和閥重量應最小化來減小動力能。為了解釋的目的,將附圖中的閥運動放大。作為示例,對於直列式6氣缸的570立方英寸發動機,在2500RPM的最大制動速度以及17 1的壓縮比的情形下,閥座337處的開口直徑應是約Ilmm或O. 44英寸或更大。在此種開口條件下,彈簧力應是IlOlbs以在上死點處打開。閥活塞344的直徑應是約25mm或一英寸或更大。裝配在較大孔直徑和殼體之間的孔應進行充分地密封來實現良好的致動。能使用緊密公差或O形圈。O形圈會需要潤滑油,而緊密的孔公差會需要油。閥彈簧302應是雙彈簧,以避免在高發動機速度期間通常發生的共振問題。作為雙彈簧的替代彈簧是擦靠於本體的成形彈簧,並且這需要彈簧和本體具有硬化材料,並且需要更改進的測試。致動器如果是電磁閥則會是閥組件的一部分,而如果是液壓的話則會是高壓油軌的一部分。
殼體部分317可部分地與氣缸頭部230成一體,或者可以是自容納單元,該自容納單元固定於氣缸頭部或者以其它方式支承在發動機上。如果需要的話,用於每個發動機氣缸的制動閥114能被致動來進行制動,或者能制動非所有的制動閥114來調節所需要的制動力的量值。參見圖1,為了增強制動閥114的制動效果,制動控制器120能使可變幾何形狀渦輪機128的致動器126卡在可變幾何形狀渦輪機上,從而增大渦輪機速度並因此增大壓縮機速度並且促使空氣進入發動機。此外,制動控制器120能關閉任何廢氣孔150,從而另外通過增大流過渦輪機的廢氣流來增大渦輪機速度,從而增大從壓縮機進入發動機的空氣。部件列表100發動機制動控制系統114彈簧加載制動閥 116 氣缸117 活塞118排氣歧管120發動機制動控制器126渦輪機控制致動器128可變幾何形狀渦輪增壓器的渦輪機150渦輪機廢氣口200發動機排氣閥控制系統212 搖臂214制動閥控制件216 閥橋220操作排氣閥224排氣通道226排氣通道230氣缸蓋234 閥杆235 閥頭236彈簧保持件237閥杆端238閥彈簧240 閥座302閥彈簧306閥鍵或保持器310閥保持器彈簧316致動器楔塊317殼體部分326致動器330 閥軸
336 閥頭337 閥座344閥活塞348閥氣缸352活塞表面357 閥杆360閥杆端366活塞銷 379底表面380排氣通道進口386 第一斜面388 第二斜面從前文描述中,應觀察到的是,在不偏離本發明的精神和範圍的前提下,可進行各種變型和修改。應理解的是,預期或應推斷不限制於在此說明的特定設備。
權利要求
1.一種發動機制動系統,包括 發動機制動控制器,所述發動機制動控制器響應於發動機制動命令; 排氣控制通路,所述排氣控制通路位於發動機氣缸和廢氣排放通路之間; 閥構件,所述閥構件位於所述廢氣排放通路內,且所述閥構件可在關閉所述排氣控制通路的關閉位置和打開所述排氣控制通路的完全打開位置之間操作,且所述閥構件具有相對於所述發動機氣缸露出的至少一個表面,其中在發動機制動期間,氣缸壓力在所述閥構件上施加打開力; 保持器,所述保持器設置成定位在兩個操作位置中,在第一操作位置,所述保持器鄰抵所述閥構件以防止所述閥構件打開,而在第二操作位置,所述保持器不阻礙所述閥構件以允許所述閥構件打開;以及 致動器,所述致動器與所述保持器配合併且信號連接於所述制動控制器,以在第一位置和第二位置之間運動,從而使所述保持器在所述第一和第二操作位置之間運動。
2.如權利要求I所述的系統,其特徵在於,所述保持器安裝成在所述第一和第二操作位置之間樞轉。
3.如權利要求2所述的系統,其特徵在於,所述保持器由彈簧推向所述第一操作位置。
4.如權利要求I所述的系統,其特徵在於,所述保持器由彈簧推向所述第一操作位置。
5.如權利要求I所述的系統,其特徵在於,所述保持器具有第一斜面,而所述致動器具有第二斜面,其中在所述第二斜面從所述第一位置運動至所述第二位置時,所述第二斜面在所述第一斜面上滑動。
6.如權利要求5所述的系統,其特徵在於,所述保持器安裝成在所述第一和第二操作位置之間樞轉。
7.如權利要求6所述的系統,其特徵在於,所述保持器由彈簧推向所述第一操作位置。
8.如權利要求I所述的系統,其特徵在於,所述至少一個表面包括第一表面,所述第一表面具有在所述閥構件處於所述關閉位置時經受氣缸壓力的第一表面積,而所述閥構件包括相對所述第一表面設置在後部的第二表面,且所述第二表面具有比所述第一表面積大的第二表面積,所述第二表面在所述閥朝向所述打開位置運動時經受氣缸壓力。
9.如權利要求8所述的系統,其特徵在於,所述閥構件包括閥軸,所述閥軸的端部形成第一表面,且所述閥軸續接有閥活塞,所述閥活塞可在所述排氣控制通路內滑動並且形成第二表面,在所述閥構件處於所述關閉位置時,所述閥軸將第一閥座關閉,而在所述閥構件朝向所述打開位置運動時,所述活塞將從所述排氣控制通路至所述廢氣排氣通路的進口打開。
10.一種發動機制動系統,包括 排氣控制通路,所述排氣控制通路位於發動機氣缸和廢氣排放通路之間; 閥構件,所述閥構件位於所述排氣控制通路內,且所述閥構件可在關閉所述排氣控制通路的關閉位置和打開所述排氣控制通路的打開位置之間操作; 彈簧,所述彈簧將所述閥構件推向所述關閉位置; 保持器,所述保持器設置成定位在兩個操作位置中,在第一操作位置,所述保持器防止所述閥構件打開,而在第二操作位置,所述保持器使得所述閥構件能打開;以及 楔塊,所述楔塊可操作以在第一位置和第二位置之間運動,從而使所述保持器在所述第一和第二操作位置之間運動。
11.如權利要求10所述的系統,其特徵在於,所述保持器安裝成在所述第一和第二操作位置之間樞轉。
12.如權利要求11所述的系統,其特徵在於,所述保持器由彈簧推向所述第一操作位置。
13.如權利要求10所述的系統,其特徵在於,所述保持器由彈簧推向所述第一操作位置。
14.如權利要求10所述的系統,其特徵在於,所述保持器具有第一斜面,而所述楔塊具有第二斜面,其中在所述楔塊從所述第一位置運動至所述第二位置時,所述第二斜面在所述第一斜面上滑動。
15.如權利要求14所述的系統,其特徵在於,所述保持器安裝成在所述第一和第二操作位置之間樞轉。
16.如權利要求15所述的系統,其特徵在於,所述保持器由彈簧推向所述第一操作位置。
17.如權利要求10所述的系統,其特徵在於,所述至少一個表面包括第一表面,所述第一表面具有在所述閥構件處於所述關閉位置時經受氣缸壓力的第一表面積,而所述閥構件包括相對所述第一表面設置在後部的第二表面,且所述第二表面具有比所述第一表面積大的第二表面積,所述第二表面在所述閥朝向所述打開位置運動時經受氣缸壓力。
18.如權利要求17所述的系統,其特徵在於,所述閥構件包括閥軸,所述閥軸的端部形成第一表面,且所述閥軸續接有閥活塞,所述閥活塞可在所述排氣控制通路內滑動並且形成第二表面,在所述閥構件處於所述關閉位置時,所述閥軸將第一閥座關閉,而在所述閥構件朝向所述打開位置運動時,所述活塞將從所述排氣控制通路至所述廢氣排氣通路的進口打開。
全文摘要
發動機制動系統包括排氣控制通路,該排氣控制通路位於發動機氣缸和廢氣排放通路之間。釋放閥具有閥構件,該閥構件位於排氣控制通路內,且該閥構件可在關閉排氣控制通路的關閉位置和打開排氣控制通路的打開位置之間操作,該關閉位置與發動機工作狀況相對應,而打開位置與發動機制動狀況相對應。彈簧將閥構件推向關閉位置。保持器設置成定位在兩個操作位置之間,在第一操作位置,保持器防止閥構件打開,而在第二操作位置,保持器使得閥構件能打開。致動器楔塊可操作以在第一位置和第二位置之間運動,從而使保持器在第一和第二操作位置之間運動。
文檔編號F02D13/04GK102947573SQ201080067408
公開日2013年2月27日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者C·J·帕倫博 申請人:萬國引擎智慧財產權有限責任公司