[发明专利]发动机制动方法及设备

说明书

技术领域

本申请与第60/435295号美国临时专利申请有关，并享有该临时申请的在先提交日和优选权，该美国申请是在2002年12月23日提交的，其名称为“发动机制动方法和设备”。

本发明涉及用于对内燃机执行制动的方法和设备。更具体来讲，本发明涉及通过控制流经发动机的废气流来制动发动机的技术。

背景技术

发动机制动系统已出现了很多年。此类系统尤其适用于重型车辆一例如卡车和公共汽车，原因在于这些车辆对制动量的需求是很高的，且通常使用的是柴油机。柴油机车辆需要发动机制动系统的原因在于：由于气门的正时操作(主进气事件和主排气事件)，气缸存在固有的吸气现象，其中，气门的正时操作是发动机实现正功工作所需的。

现有的发动机制动系统为正功气门事件(即主排气事件)增设了这样一个操作：在压缩冲程的终点附近，开启排气门以释放压缩，由此来影响传动系上的制动力。在压缩-释放制动过程中，停止喷射燃料，且在压缩冲程的终点附近开启排气门，以便于将产生动力的内燃机转换成消耗动力的空气压缩机。

对于配备有压缩-释放制动的车辆而言，每个压缩冲程都能减缓车辆的速度。在压缩冲程中，活塞向上移动，对蓄积在气缸中的气体执行压缩。压缩后的气体阻碍活塞的向上运动。在发动机制动工作过程中，随着活塞接近于上死点(TDC)，排气门被开启，以将压缩后的气体释放到排气歧管中，从而防止存储在压缩后气体中的能量在随后的膨胀下行冲程中返送给发动机。按照这样的方式，发动机就产生出了拖阻功，以利于降低车辆的速度。属于Cummins的第3220392号美国专利(1965年11月)就公开了现有压缩-释放发动机制动技术的一种实例，该专利被结合到本申请中作为参考。

泄气器型发动机制动技术是压缩-释放型发动机制动技术的同等替代方案。现有的泄气器型制动技术使排气门的整个开启曲线都增加了小量的升程(χ)，在图1中，此情形被表示为排气门升程曲线从曲线A变到了曲线B。因而，现有的泄气器制动系统使排气门在进气冲程、压缩冲程、以及膨胀冲程中都保持略微的开启。这种技术被称为全循环的泄气器制动，并被表示为图1中的曲线B。部分循环的泄气器制动也是可行的。在进气、压缩、膨胀冲程的很多时间-而非全部过程中将排气门保持为略微地开启，就能实现部分循环的泄气器制动。通常情况下，部分循环的泄气器制动与全循环泄气器制动的区别在于：在进气冲程的大部分时间内，将排气门关闭。属于Yang的第6594996号美国专利(2003年7月22日)公开了现有泄气器型发动机制动技术的一种实例，该专利被结合到本申请中作为参考。

一般情况下，泄气器制动操作中，制动阀的起始开启时刻远早于压缩TDC(即：制动阀早动)，且在一段时间内，升程保持恒定。按照这样的情况，由于制动阀很早就已动作，所以泄气器型发动机制动技术中驱动制动阀所需的作用力很小，而且，由于是连续地放气，而不是像压缩-释放型制动中那样快速喷吹，所以产生的噪音也较小。另外，泄气器制动所需的零部件很少，并能以较低的成本制出。因而，泄气器型发动机制动技术具有显著的优势。

尽管具有这些优点，但泄气器型发动机制动技术并未获得广泛的应用，原因在于其所产生的制动功率通常小于压缩-释放型制动。使泄气器型制动的制动功率降低的一个因素在于：无法在发动机的整个工作循环内执行泄气器制动。以前的泄气器制动并未在整个发动机循环内将排气门开度保持在相对较恒定的升程上。而是将正常情况下的主排气门事件(在排气冲程)叠加在泄气器制动开度上，从而使排气门的升程曲线成为图1中的曲线B。

更糟糕的是，图1中的排气门升程曲线B不仅包括一主排气事件，还将主排气事件放大了。曲线B中主排气事件的升程等于正常的主排气事件(曲线A)的升程加上泄气器制动的升程(χ)。该加大的升程会对泄气器制动功率造成不利影响。另外，该加大的升程会使排气门伸入到发动机气缸中的程度过大，可能使排气门与活塞出现接触。由于存在排气门与活塞相接触的风险，需要在活塞上钻制出凹穴，以接纳排气门。这些凹穴会对发动机的正功输出和排放造成不利影响。

因而，本申请人已认定：包含在泄气器型制动循环中的主排气事件会降低泄气器制动的效能和/或降低对发动机进行配备以实现泄气器制动的期望。申请人还确定：消除、减小或延迟主排气事件将会对发动机制动带来有利的影响。如果主排气事件被消除、减弱或延迟，则在双循环的基础上(即对于活塞上下运动的每一冲程)，泄气器制动和压缩-释放制动都能执行。因而，需要有这样的泄气器制动系统和方法：在泄气器制动或压缩-释放制动工作中，都不包含完整的主排气事件。