发动机缸内制动系统及与其配套的液压挺柱
技术领域
本发明涉及发动机缸内制动技术领域,尤其涉及一种压缩释放式发动机缸内制动系统,本发明还涉及发动机配气机构中的液压挺柱。
背景技术
在发动机配气机构中,液压挺柱可以安装在凸轮到气门间的任何一个传动部件上,用于将凸轮轴的推力传给推杆(或气门杆),并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力,相对于机械式挺柱,液压挺柱可以自动补偿气门间隙,取消调整气门间隙的相关部件,并消除由气门间隙引起的噪声和冲击。
在发动机缸内制动技术中,压缩释放式制动技术是目前发动机制动性能最好的技术,其基本原理是:发动机倒拖时,在压缩冲程活塞上行的过程中,活塞压缩缸内气体,产生制动功率。在压缩上止点之前,通过压缩释放式制动装置驱动排气门打开一定的开度,将气缸内的已被压缩的高温高压充量排出,此时气缸内的压力迅速降低,经过一定的曲轴转角后,排气门再关闭,活塞向下运动,由于缸内充量已大大减少,缸内充量对活塞做功也大大减少,减少或消除缸内压缩充量对活塞产生反制动功率。
中国发明专利申请CN111197510A公开了一种发动机缸内制动系统,其包括应用于发动机的配气机构的油缸装置、泵油装置和供油装置,发动机的全部气缸共用一个供油装置;供油装置包括电磁换向阀、供油油路、减压油路和泄压油路,减压前发动机的机油压力为P1,减压后发动机的机油压力为P2;发动机的每个气缸分别设置有油缸装置和泵油装置,油缸装置与泵油装置通过压力传递油路连通,压力传递油路通过低压泄压阀与供油油路连通,在油路系统的高端设置有放气阀;缸内制动时,放气阀关闭,电磁换向阀通电,通过供油油路向压力传递油路提供压力为P1的机油,油缸装置的活塞和泵油装置的柱塞伸出;当凸轮顶靠并且推动泵油装置时,泵油装置内的机油压力升高,泵油装置通过压力传递油路向油缸装置泵送压力为P的高压机油,低压泄压阀关闭,油缸装置推动摇臂将气门打开,实现缸内制动;非缸内制动时,放气阀打开,电磁换向阀断电,通过供油油路向压力传递油路提供压力为P2的机油,在电磁换向阀断电的瞬间,低压泄压阀处于开启状态,压力传递油路中油压通过低压泄压阀泄压,降为P2,油缸装置、泵油装置分别回位,凸轮与泵油装置脱离接触,发动机处于正常运行状态,压力传递油路内的机油或空气通过放气阀不断排出,解决了因停机状态时压力传递油路中进入空气而严重影响动力传递效果的问题。由于发动机的每个气缸分别设置有通过压力传递油路相连的油缸装置和泵油装置,压力传递油路通过低压泄压阀与供油装置的供油油路连通,仅需要控制电磁换向阀的通/断,即可实现整个发动机所有气缸的制动/非制动的转换,对控制电路要求低,工作稳定可靠,故障率低;并且,结构简单,布置灵活方便,不受发动机缸数的限制,偶数、奇数皆可,应用性能好,应用更加广泛。
上述缸内制动系统应用到双气门配气机构中时,如图1所示,摇臂通过气门桥同时驱动两个气门(两个进气门或两个排气门),但在发动机缸内制动时,缸内制动机构单独驱动一个气门开启,如果在气门机构上配置传统的液压挺柱,例如中国发明专利申请CN202010460474.X中公开的液压挺柱,会存在以下问题:
在缸内制动状态时,缸内制动机构驱动其中一个气门开启,气门桥下行,但摇臂相对没有动作,这时液压挺柱伸长,自动补偿气门桥下行形成的间隙,当缸内制动结束后,气门关闭,这时由于液压挺柱来不及缩短,气门将不能完全关闭,造成在后续的工作过程中,气门不能密封,气缸内的压缩气体泄漏,使缸内制动效果下降甚至失败。
发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明提供一种适用于缸内制动的液压挺柱,作为同一种构思,本发明还提供一种压缩释放式发动机缸内制动系统,该缸内制动系统可以与上述液压挺柱配套使用,使发动机既可以发挥缸内制动的特长又具有液压挺柱所带来的消除由气门间隙引起的噪声和冲击的优势。
为解决上述第一个技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种液压挺柱,包括:挺柱体和柱塞,所述挺柱体的一端开设有进油口另一端敞口,所述柱塞从所述挺柱体的敞口端伸入并与所述挺柱体形成液压腔,所述进油口的内侧设置有在发动机机油压力作用下可将外界油路与所述液压腔连通的单向阀;所述柱塞的外周面与所述挺柱体的内周面滑动密封配合;所述柱塞开设有与所述液压腔相通的泄压通道,所述泄压通道设置有密封锥面,所述泄压通道内设置有泄压阀芯和泄压弹簧,在不受气门开启压力作用时所述泄压阀芯被所述泄压弹簧顶离所述密封锥面形成漏油间隙,在受到气门开启压力作用时所述泄压阀芯克服所述泄压弹簧的弹力并与所述密封锥面接触实现所述液压腔的密封;所述液压腔内的所述柱塞上固定设置有泄压阀座,所述泄压阀座位于所述泄压阀芯的上方,所述泄压阀座开设有通孔,所述通孔连通所述液压腔和所述泄压通道;所述液压挺柱设置有在所述液压腔内的机油压力消除后使所述柱塞处于回缩状态的弹性装置。
其中,所述弹性装置包括设置于所述泄压阀座与所述单向阀之间的拉伸弹簧,所述拉伸弹簧设置于所述液压腔内。
其中,所述单向阀包括单向阀芯、限位弹簧和单向阀座,所述进油口的内侧设置有密封锥面,所述限位弹簧设置于所述单向阀座内,所述单向阀座固定安装于所述液压腔的挺柱体上,所述限位弹簧将所述单向阀芯顶靠于所述进油口的密封锥面,所述拉伸弹簧一端固定连接在所述单向阀座另一端固定连接在所述泄压阀座上。
其中,所述弹性装置包括连接于所述挺柱体与所述柱塞之间的拉伸弹簧,所述拉伸弹簧设置于所述液压腔的外部。
其中,所述弹性装置包括一端顶靠于所述柱塞的伸出端、另一端顶靠于与所述柱塞可产生相对位移的部件上的压缩弹簧,所述压缩弹簧设置于所述液压腔的外部。
为解决上述第二个技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种压缩释放式发动机缸内制动系统,包括与发动机机油油路连接的供油装置,所述供油装置包括电磁换向阀、供油油路和减压油路,所述减压油路连接有泄压油路,所述泄压油路中设置有溢流保压阀,所述供油油路通过所述电磁换向阀选择性的与所述发动机机油油路和所述减压油路连通;所述供油油路连接一液控开关阀的控制油口,所述液控开关阀的进油口连接所述发动机机油油路,所述液控开关阀的出油口连接上述液压挺柱的挺柱体的进油口,当所述供油油路与所述发动机机油油路连通时,所述液控开关阀关闭所述液压挺柱与外界油路的连接,当所述供油油路与所述减压油路连通时,所述液控开关阀开通所述液压挺柱与外界油路的连接。
其中,所述液控开关阀包括阀体,所述阀体分别开设有所述控制油口、所述出油口和所述进油口,所述阀体内设置有阀芯和复位弹簧并由阀盖密封固定,所述阀芯设置有用于连通所述进油口和所述出油口的连通油路。
采用上述技术方案后,本发明所达到的技术效果是:
本发明的发动机缸内制动系统,是采用控制机油实现制动的系统。
发动机处于非缸内制动模式工作时,供油装置的电磁换向阀断电,供油油路通过电磁换向阀接通低压油路,此时,所述液控开关阀连通所述液压挺柱与外界油路,若凸轮不工作,则液压柱塞不受气门开启压力作用,泄压阀芯被泄压弹簧顶离所述泄压通道的密封锥面,发动机机油通过进油口、单向阀进入液压腔,同时通过泄压阀芯与密封锥面的间隙缓慢泄漏,这时,液压挺柱在发动机机油压力的作用下,其挺柱体和柱塞分别(直接或间接)贴近凸轮和气门,消除了气门间隙;若凸轮工作,液压腔机油压力升高,泄压阀芯克服泄压弹簧的弹力,液压腔成为封闭的腔,无论发动机转速如何变化,挺柱体与柱塞的相对位置不会发生变化,保证了发动机的性能。由于泄压阀芯与密封锥面之间可以形成漏油间隙,在凸轮没有工作时,发动机的机油可以通过进油口和单向阀进入液压腔,并通过该漏油间隙缓慢泄漏,因而本发明液压挺柱的工作长度既可伸长,也可缩短,可以自动补偿配气机构部件的热膨胀间隙。在凸轮工作时,该漏油间隙关闭,液压挺柱的工作长度几乎没有变化(仅仅在凸轮工作的初始阶段微量缩短,缩短量可控),因而气门开启行程更“精确”。
发动机处于缸内制动模式工作时,电磁换向阀通电,供油油路通过电磁换向阀接通发动机机油油路(高压油路),在高压油的作用下,所述液控开关阀关闭所述液压挺柱与外界油路的连接,在弹性装置的作用下,液压挺柱不再伸长,不再自动补偿气门间隙,也不会影响制动效果。发动机缸内制动系统与液压挺柱配套使用,使发动机既可以发挥缸内制动的特长又具有液压挺柱所带来的消除由气门间隙引起的噪声和冲击的优势。
本发明的液压挺柱还可以与其它结构形式的缸内制动系统配套使用,此时,机油的通/断方式,可以采用电磁开关阀实现,也可以通过别的方式。在非缸内制动状态时,发动机机油连通液压腔,机油压力克服弹性装置的弹力,液压挺柱伸长,同传统的液压挺柱工作原理相同。在缸内制动状态时,断开发动机机油油路,在弹性装置的弹力作用下,液压挺柱缩短,不再自动补偿气门间隙。在缸内制动状态,只要控制断开发动机机油油路与液压挺柱进油孔的连接,即可使液压挺柱不再伸长(缩短量可通过机械限位保证,不能太短),从而保证制动的效果。
附图说明
图1是一种公知的双气门配气机构的结构示意图;
图2是本发明液压挺柱第一种结构的剖视图;
图3是本发明液压挺柱第二种结构的剖视图;
图4是本发明液压挺柱第三种结构的剖视图;
图5是本发明与液压挺柱配套使用的压缩释放式发动机缸内制动系统实施例的原理结构示意图;
图中:
10-凸轮,20-推杆,30-摇臂,40-液压挺柱,50-气门弹簧,60-气门,61-气门桥,70-节流孔,80-电磁换向阀,90-单向阀,100-溢流保压阀,120-油底壳,F-缸内制动施力方向;
L0-发动机机油油路,La-供油油路,Lb-减压油路,Lc-泄压油路;
40B-液压挺柱,41B-柱塞,411B-泄油孔,42B-挺柱体,421B-进油口,43B-液压腔,44B-单向阀,441B-单向阀座,442B-单向阀芯、443B-限位弹簧,45B1-拉伸弹簧,45B2-拉伸弹簧,45B3-压缩弹簧,46B-密封锥面,47B-泄压阀芯,48B-泄压弹簧,49B-泄压阀座,491B-通孔;
110-液控开关阀,1101-阀体,1102-控制油口,1103-出油口,1104-进油口,1105-阀芯,1106-连通油路,1107-复位弹簧,1108-阀盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图5所示,一种压缩释放式发动机缸内制动系统,是采用控制机油实现制动的系统。包括与发动机机油油路L0连接的供油装置,所述供油装置包括电磁换向阀80、供油油路La和减压油路Lb,减压油路Lb连接有泄压油路Lc,供油油路La通过电磁换向阀80选择性的与发动机机油油路L0和减压油路Lb连通。电磁换向阀80优选采用两位三通电磁换向阀,在电磁换向阀80前还进一步地设置有单向阀90,单向阀90能进一步保护发动机机油油路L0免受回流的高压机油的冲击。泄压油路Lc中设置有溢流保压阀100。为便于描述,将减压前发动机机油油路L0的机油压力定义为P1,P1为高压,减压后发动机的机油压力定义为P2,P2为低压,溢流保压阀100的设定压力为P2或稍高于P2。发动机缸内制动系统更为详细的结构和工作原理参见中国发明专利申请CN111197510A,在此不做赘述。
如图5所示,供油油路La与液控开关阀110的控制油口1102相连接,液控开关阀110的进油口1104连接发动机机油油路P0,液控开关阀的出油口1103连接液压挺柱40B,当供油油路La与发动机机油油路L0连通时,在高压油P1作用下,液控开关阀110关闭液压挺柱40B的外界进油通道,当供油油路La与减压油路Lb连通时,液控开关阀110将开通液压挺柱40B的外界进油通道。
如图5所示,液控开关阀110的具体结构是,阀体1101上分别开设有控制油口1102、出油口1103和进油口1104,阀体1101内设置有阀芯1105和复位弹簧1107并由阀盖1108固定,阀芯1105设有连通油路1106。图3示出的是液压挺柱40B与外界进油通道连通时的状态,此时,系统处于非缸内制动状态,电磁换向阀80失电,供油油路La与减压油路Lb连通,控制油口1102的压力为低压P2,复位弹簧1107向左推动阀芯1105,连通油路1106处于与进油口1104和出油口1103同时连通的位置。当系统处于缸内制动状态时,电磁换向阀80得电,供油油路La与发动机机油油路L0连通,控制油口1102的压力为高压P1,高压P1克服复位弹簧1107的弹力向右推动阀芯1105,进油口1104不能通过连通油路1106与出油口1103连通,从而切断了发动机机油油路L0与液压挺柱油路的连接。
图2示出了液压挺柱40B的第一种具体结构。挺柱体42B的一端开设有进油口421B、另一端敞口,柱塞41B从挺柱体42B的敞口端伸入并与挺柱体42B形成液压腔43B,进油口421B与设置于摇臂30上的发动机机油油路(图中未示出)连通,进油口421B的内侧设置有单向阀44B,在发动机机油压力作用下,单向阀44B可将发动机机油油路与液压腔43B连通。单向阀44B的具体结构是,包括单向阀芯442B、限位弹簧443B和单向阀座441B,进油口421B的内侧设置有密封锥面,限位弹簧443B设置于单向阀座441B内,单向阀座441B开设有通油孔并固定安装于液压腔的挺柱体42B上,限位弹簧443B将单向阀芯442B顶靠于进油口421的密封锥面。单向阀芯442B优选的是一个阀球,例如钢球。
液压腔43B内的柱塞41B上固定设置有泄压阀座49B,泄压阀座49B位于泄压阀芯47B的上方,泄压阀座49B开设有通孔,所述通孔连通液压腔43B和泄压通道411B,泄压阀座49B与单向阀44B之间设置有在液压腔43B内的机油压力消除后使柱塞41B处于回缩状态的拉伸弹簧45B1。在缸内制动状态下,在切断发动机机油压力的情况下,拉伸弹簧45B1的拉力可以使柱塞41B不伸出,当缸内制动结束后,不会影响气门的关闭,从而不会影响制动效果。本实施例中,拉伸弹簧45B一端固定连接在单向阀座441B另一端固定连接在泄压阀座49B上。
柱塞41B的外周面与挺柱体42B的内周面滑动配合,其配合间隙保证柱塞的顺利滑动且密封,机油不得从该处泄漏。柱塞41B开设有与液压腔43B相通的泄压通道411B,泄压通道411B与油底壳70相通。泄压通道411B设置有密封锥面46B,泄压通道411B内设置有泄压阀芯47B和泄压弹簧48B,优选的,泄压阀芯47B包括一阀球,例如钢球。泄压弹簧48B的弹力应能保证在发动机的机油达到最高值时,泄压阀芯47B依然能够脱离密封锥面46B形成漏油间隙,且凸轮工作液压腔43B形成高压时,泄压阀芯47B能够迅速将密封锥面46B密封。泄压弹簧48B设置在与密封锥面46B的小头端相通的泄压通道411B内,并顶靠在泄压阀芯47B与泄压通道的一个台阶面之间。在不受气门开启压力作用时,泄压阀芯47B被泄压弹簧48B顶离密封锥面46B;在受到气门开启压力作用时,泄压阀芯47B克服泄压弹簧48B的弹力并与密封锥面46B接触实现液压腔43B的密封。
结合工作原理,本发明所取得的技术效果是:
发动机处于非缸内制动模式工作时,供油装置的电磁换向阀80断电,供油油路La通过电磁换向阀80接通低压油路Lb,此时,所述液控开关阀110开通液压挺柱40B与外界油路的连接,若凸轮10不工作,液压挺柱40B不受气门开启压力作用,泄压阀芯47B被泄压弹簧48B顶离所述泄压通道的密封锥面46B,发动机机油通过进油口421B、单向阀44B进入液压腔43B,同时通过泄压阀芯47B与密封锥面46B的间隙缓慢泄漏,这时,液压挺柱40B在发动机机油压力的作用下,其挺柱体42B和柱塞41B分别(直接或间接)贴近凸轮10和气门60,消除了气门间隙;若凸轮工作,液压腔机油压力升高,泄压阀芯47B克服泄压弹簧48B的弹力,液压腔43B成为封闭的腔,无论发动机转速如何变化,挺柱体42B与柱塞41B的相对位置不会发生变化,保证了发动机的性能。由于泄压阀芯47B与密封锥面46B之间可以形成漏油间隙,在凸轮没有工作时,发动机的机油可以通过进油口和单向阀进入液压腔43B,并通过该漏油间隙缓慢泄漏,因而本发明液压挺柱的工作长度既可伸长,也可缩短,可以自动补偿配气机构部件的热膨胀间隙。在凸轮工作时,该漏油间隙关闭,液压挺柱40A的工作长度几乎没有变化(仅仅在凸轮工作的初始阶段微量缩短,缩短量可控),因而气门开启行程更“精确”。
发动机处于缸内制动模式工作时,电磁换向阀80通电,供油油路La通过电磁换向阀80接通发动机机油油路L0(高压油路),在高压油P1的作用下,液控开关阀110关闭液压挺柱40B与外界油路的连接,在拉伸弹簧45B1的作用下,液压挺柱40B不再伸长,不再自动补偿气门间隙,也不会影响制动效果。因此,发动机缸内制动系统与液压挺柱配套使用,使发动机既可以发挥缸内制动的特长又具有液压挺柱所带来的消除由气门间隙引起的噪声和冲击的优势。
本发明中,拉伸弹簧45B1也可安装在别的位置,如图3所示,拉伸弹簧45B2连接于挺柱体42B与柱塞41B之间,且设置于液压腔43B的外部。甚至还可以采用压缩弹簧,如图4所示,压缩弹簧45B3一端顶靠于柱塞41B的伸出端、另一端顶靠于与柱塞41B可产生相对位移的部件上(本实施例中,压缩弹簧45B3的另一端顶靠于气门桥60上),且设置于液压腔43B的外部。不管是拉伸弹簧还是压缩弹簧,其本质是弹性装置,只要满足在液压腔43B内的机油压力消除后使柱塞41B处于回缩状态即可。
本发明中,液压挺柱40B也可以与其它结构的形式的缸内制动系统配套使用,此时,挺柱体42B的进油口要连接由开关阀控制的发动机机油油路,这个开关阀可以是液控开关阀也可以是电磁开关阀。
本发明中,液压挺柱40B的设置位置不局限于摇臂,其可以设置于发动机配气机构的凸轮到气门间的任何一个传动部件上。
本发明不局限于上述实施例,一切基于本发明的构思、原理、结构及方法所做出的种种改进,都将落入本发明的保护范围之内。