[发明专利]用于发动机制动的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机制动，特别涉及将发动机从正常运作转换为制动运作的装置和方法。

背景技术

用内燃机作为制动手段是人所共知的，只需将发动机暂时转换为压缩机。这种转换可以通 过切断燃油，在发动机活塞压缩冲程结束时或接近结束时打开排气阀，允许被压缩气体(通常情 况下是空气)被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀或″做功″ 冲程中返回到发动机活塞，而是通过发动机的排气及散热系统散发掉。最终的结果是有效的发 动机制动。

发动机制动对内燃机是很有必要的，特别是对压缩点火式发动机，也被称为柴油发动机。 这种发动机在由向前移动车辆的惯性和质量使驱动轴旋转时，几乎不提供任何制动。由于车辆 设计和技术的改进，车辆的牵引能力增加，而滚动和风力阻力有所减少。因此，柴油动力机车 对制动的需求很高。虽然车辆的鼓盘式车轮刹车能够在很短的时间内吸收大量的能量，其重复 使用，比如说，当车辆经过丘陵山地时，可能会导致刹车过热而失效。利用发动机制动，可以 大大减少使用车轮刹车，最大限度地减少其磨损，消除刹车失效造成的事故隐患。

发动机制动有许多不同的类型。通常情况下，发动机制动运作是在正常的发动机阀动(阀门 运动)过程中添加用于发动机制动的辅助发动机阀动。根据该辅助发动机阀动是如何产生的，发 动机制动可以定义为：

1.I型发动机制动-辅助阀动是从邻近凸轮引进的，产生所谓的“皆可”(Jake)制动；

2.II型发动机制动-辅助阀动是通过改变现有凸轮曲线，产生运动丢失型发动机制动；

3.III型发动机制动-辅助阀动来自于专用凸轮，产生专用凸轮(摇臂)制动；

4.IV型发动机制动-辅助阀动由改变现有发动机阀动得到，通常产生泄气型发动机制动；及

5.V型发动机制动-辅助阀动使用专用阀门系，生成一个专用阀门(第五气门)发动机制动。

发动机制动也可以分为两大类，即压缩释放型发动机制动和泄气型发动机制动。

1.压缩释放型发动机制动

传统的压缩释放型发动机制动装置在发动机活塞压缩冲程结束时或接近结束时打开排气 阀。该装置通常经过液压回路将机械输入传递到要打开的排气阀。液压回路上通常包括在主活 塞孔内往复运动的主活塞，该往复运动来自于发动机的机械输入，比如说喷油器摇臂的摇动。 主活塞的运动通过液压流体传递到液压回路上的副活塞，使其在副活塞孔内往复运动。副活塞 直接或间接地作用在排气阀上，产生发动机制动运作的阀动。

压缩释放发动机制动器的一个先例是由康明斯(Cummins)提供的美国专利号3220392披露， 于此纳入参考。根据该专利所制造的发动机制动系统在商业上很成功。不过，此类发动机制动 系统为顶置在发动机上的附件。为了安装此类发动机制动器，在汽缸和阀盖之间要添加垫圈， 因此，额外地增加发动机的高度、重量及成本。上述许多问题是由于将发动机制动系统当作发 动机的一个附件，而不是发动机的一个组成部分或集成件所造成的。

传统压缩释放发动机制动器的另一种弊端在于发动机制动载荷是由该发动机的部件支持。 由于发动机制动载荷大大高于正常发动机运行负载，许多发动机部件，如摇臂，推管，凸轮 等，必须予以修改，以容纳此种发动机制动系统。因此，发动机整体的重量、高度及成本有可 能会过度，限制发动机制动系统的应用。

随着压缩释放型发动机制动市场的发展与成熟，制动系统的设计有必要进行改进，以减少 重量、体积和成本，并改善其与涡轮增压器和排气制动等各种配套设备之间的相互关系。此 外，压缩释放发动机制动器也已经从售后市场附件转向原装设备。发动机制造商都比以前更愿 意对其发动机做出设计修改，进而提高压缩释放型发动机制动的性能和可靠性，并拓宽其运行 参数。