燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法及减压装置

1.一种发动机减压制动装置，其特征在于，包括正常点火排气凸轮(1)、制动排气凸轮(2)、花键凸轮轴(3)、轴向移动驱动机构(11)；花键凸轮轴(3)为空心轴，轴向移动驱动机构(11)安装在花键凸轮轴(3)的空心部；轴向移动驱动机构包括驱动活塞(13)和弹簧(16)，弹簧(16)一端固定，另一端抵接在驱动活塞(13)端面上；正常点火排气凸轮(1)和制动排气凸轮(2)均与花键凸轮轴(3)花键连接，正常点火排气凸轮(1)和制动排气凸轮(2)为一体结构，正常点火排气凸轮(1)具有一个排气凸台，制动排气凸轮(2)具有第一制动排气凸台(a)和第二制动排气凸台(b)，且排气凸台、第一制动排气凸台(a)和第二制动排气凸台(b)在轴向交错分布；花键凸轮轴(3)上径向对称设有两个花键轴凹槽(18)，制动排气凸轮(2)设有圆柱销(15)，圆柱销(15)穿过花键轴凹槽(18)卡接在驱动活塞(13)外周的驱动活塞凹槽(14)内，使正常点火排气凸轮(1)和制动排气凸轮(2)可以与驱动活塞(13)一同沿花键凸轮轴(3)的花键轴凹槽(18)在第一轴向位置和第二轴向位置间移动；花键凸轮轴(3)上还设有与中空部联通的进油孔(12)和卸油孔(17)。
2.一种使用如权利要求1所述的发动机减压制动装置的燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，其特征在于，提供发动机制动控制模块，包括用于控制汽油机点火的点火制动控制模块、用于控制发动机减压制动装置的减压制动控制模块；该发动机制动方法包括以下步骤：
步骤一、当发动机不需制动时，所述发动机制动控制模块不开通，发动机正常进气和喷油，点火制动控制模块和发动机减压制动控制模块不工作，发动机正常点火燃烧，此时所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和制动排气凸轮位于花键凸轮轴的第一轴向位置；
步骤二、发动机制动工作开始，汽油机节气门部分开启，开始进气和喷油，点火制动控制模块工作，使火花塞在进气门关闭后提前点火燃烧，实现发动机燃烧制动；发动机减压制动控制模块工作，使所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和制动排气凸轮移动到花键凸轮轴的第二轴向位置，发动机制动排气凸轮驱动排气门运动，实现发动机减压制动。
3.根据权利要求2所述的燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，其特征在于，所述步骤二中点火制动控制模块工作的具体过程为：汽油机的点火制动控制模块开通，通过传感器判断曲轴和花键凸轮轴的位置，电子控制单元根据传感器输入的信号，计算点火提前角，并将计算结果转变为点火控制信号，控制点火系统工作，最终实现火花塞在进气门关闭后提前点火燃烧，使活塞在压缩冲程克服已燃气体压力做负功，制动压力增加。
4.一种使用如权利要求1所述的发动机减压制动装置的燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，其特征在于，提供发动机制动控制模块，包括用于控制柴油机喷油的喷油制动控制模块、用于控制发动机减压制动装置的减压制动控制模块；该发动机制动方法包括以下步骤：
步骤一、当发动机不需制动时，所述发动机制动控制模块不开通，发动机正常进气，喷油制动控制模块和发动机减压制动控制模块不工作，发动机正常喷油和燃烧，此时所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和制动排气凸轮位于花键凸轮轴的第一轴向位置；
步骤二、发动机制动工作开始，柴油机正常进气，喷油制动控制模块工作，进气门关闭后提前喷油尽早燃烧，实现发动机燃烧制动；发动机减压制动控制模块工作，使所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和发动机制动排气凸轮移动到花键凸轮轴的第二轴向位置，发动机制动排气凸轮驱动排气门运动，实现发动机减压制动。
5.根据权利要求4所述的燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，其特征在于，所述步骤二中喷油制动控制模块工作的具体过程为：柴油机的喷油制动控制模块开通，电子控制单元根据曲轴传感器、凸轮轴传感器的信号来控制喷油器的喷油时间和喷油量，实现发动机提前喷油尽早燃烧，使活塞在压缩冲程克服已燃气体压力做负功，制动压力增加。
6.根据权利要求2或4所述的燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，其特征在于，所述步骤二中发动机减压制动控制模块工作的具体过程为：
减压制动控制模块开通，两位三通电磁阀通电，机油通过进油孔进入花键凸轮轴空心部，位于花键凸轮轴空心部的轴向移动驱动机构工作，使安装在花键凸轮轴上的正常点火排气凸轮和发动机制动排气凸轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，从正常点火排气凸轮驱动排气门运动转换到发动机制动排气凸轮驱动排气门运动；发动机制动排气凸轮的第一制动排气凸台使排气门在压缩上止点前开启，释放缸内混合气，降低缸内压力，减少在排气冲程活塞对外做功；发动机制动排气凸轮的第二制动排气凸台使排气门滞后开启，使排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程活塞压缩缸内的气体做负功，制动功率增加。

燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法及减压装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及发动机，主要涉及发动机制动领域，具体涉及一种发动机燃烧制动与减压制动结合的一种高效率发动机制动方法。\n背景技术\n[0002] 在长时间连续下长坡行驶时，为了防止因不断踩刹车造成刹车蹄片温度迅速升高，制动效能大幅度降低，紧急情况下无法停车，造成道路交通安全事故频发，必须增加辅助制动器。\n[0003] 目前与其他类型的制动技术相比，发动机制动技术具有质量轻、体积小，响应时间短、结构紧凑、价格低廉、制动功率大并且制动功率稳定等良好性能等被广泛使用。发动机制动技术主要包括发动机倒拖、发动机排气制动及发动机减压制动等。\n[0004] 发动机倒拖是克服自身内部的机械摩擦损失以及驱动发动机附属机构的损失(如喷油泵、风扇、发电机等)、泵气损失，压缩气体不可逆损失、传动损失等，从而达到消耗汽车功率使车辆减速的作用。但是在发动机制动过程中，发动机泵气损失、压缩气体不可逆损失、传动损失较小，并且随着发动机技术的发展，发动机机械损失得到很大降低，故单纯依靠发动机倒拖消耗功率非常有限。\n[0005] 发动机排气制动，是在发动机制动(倒拖)的基础上，在排气管上安装了一个蝶形阀，目的是为了增加发动机排气制动过程中的排气背压。排气制动时增加了排气背压，随着活塞的上行，使得排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程，活塞压缩缸内的气体对气体做功，增加了发动机的制动功，制动功率增加。但是在膨胀冲程缸内气体仍然对外做工，制动功率低，仍然不能满足制动要求。\n[0006] 发动机减压制动是启动制动装置后切断燃油，在压缩冲程中活塞到达压缩上止点前打开排气门,排出气缸内被压缩的空气,使发动机在做功冲程开始时，缸内气压较低,减少对外做功,从而达到增加制动功率的效果。但是使用减压制动时行车制动使用次数仍然很多，制动效率低，仍需对发动机减压制动方法进行进一步改进。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的是针对上述制动功率低的问题，提供了一种发动机燃烧制动与减压制动结合的制动方法，实现长时间连续下长坡行驶时，制动控制方法简单，有更高的制动功率，制动效果好，实现减压制动的装置结构简单紧凑，解决制动装置结构与控制复杂的技术问题，应用范围广。\n[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：\n[0009] 提供一种发动机减压制动装置，包括正常点火排气凸轮、制动排气凸轮、花键凸轮轴、轴向移动驱动机构；花键轴凸轮为空心轴，轴向移动驱动机构安装在花键凸轮轴的空心部；轴向移动驱动机构包括驱动活塞和弹簧，弹簧一端固定，另一端抵接在驱动活塞端面上；正常点火排气凸轮和制动排气凸轮均与花键凸轮轴花键连接，正常点火排气凸轮和制动排气凸轮为一体结构，正常点火排气凸轮具有一个排气凸台，制动排气凸轮具有第一制动排气凸台和第二制动排气凸台，且排气凸台、第一制动排气凸台和第二制动排气凸台在轴向交错分布；花键轴凸轮上径向对称设有两个花键轴凹槽，制动排气凸轮设有圆柱销，圆柱销穿过花键轴凹槽卡接在驱动活塞外周的驱动活塞凹槽内，使正常点火排气凸轮和制动排气凸轮可以与驱动活塞一同沿花键轴凸轮的花键轴凹槽在第一轴向位置和第二轴向位置间移动；花键凸轮轴上还设有与中空部联通的进油孔和卸油孔。\n[0010] 本发明在提供一种发动机减压制动装置的基础上，同时提供一种燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，要采用发动机制动控制模块：实现燃烧制动通过用于控制汽油机点火的点火制动控制模块，减压制动通过发动机减压制动控制模块控制发动机减压制动装置。故汽油机制动控制模块包括点火制动控制模块和减压制动控制模块。\n[0011] 该发动机制动方法包括以下步骤：\n[0012] 步骤一、当发动机不需制动时，所述发动机制动控制模块不开通，发动机正常进气和喷油，点火制动控制模块和发动机减压制动模块不工作，发动机正常燃烧，此时所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和制动排气凸轮位于花键凸轮轴的第一轴向位置；\n[0013] 步骤二、发动机制动工作开始，汽油机节气门部分开启，开始进气和喷油，点火制动控制模块工作，使火花塞在进气门关闭后提前点火燃烧，实现发动机燃烧制动；发动机减压制动控制模块工作，使所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和制动排气凸轮移动到花键凸轮轴的第二轴向位置，发动机制动排气凸轮驱动排气门运动，实现发动机减压制动。\n[0014] 所述步骤二中点火制动控制模块工作的具体过程为：汽油机的点火制动控制模块开通，通过传感器判断曲轴和花键凸轮轴的位置，电子控制单元根据传感器输入的信号，计算点火提前角，并将计算结果转变为点火控制信号，控制点火系统工作，最终实现火花塞在进气门关闭后提前点火燃烧，使活塞在压缩冲程克服已燃气体压力做负功，制动压力增加。\n[0015] 所述步骤二中发动机减压制动控制模块工作的具体过程为：减压制动控制模块开通，两位三通电磁阀通电，机油通过进油孔进入花键凸轮轴空心部，位于花键凸轮轴空心部的轴向移动驱动机构工作，使安装在花键凸轮轴上的正常点火排气凸轮和发动机制动排气凸轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，从正常点火排气凸轮驱动排气门运动转换到发动机制动排气凸轮驱动排气门运动；发动机制动排气凸轮的第一制动排气凸台使排气门在压缩上止点前开启，释放缸内混合气，降低缸内压力，减少在排气冲程活塞对外做功；发动机制动排气凸轮的第二制动排气凸台使排气门滞后开启，使排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程活塞压缩缸内的气体做负功，制动功率增加。\n[0016] 本发明在提供一种发动机减压制动装置的基础上，同时提供一种燃烧制动与减压制动结合的发动机制动方法，要采用发动机制动控制模块：柴油机实现燃烧制动通过用于控制柴油机喷油的喷油制动控制模块，减压制动通过发动机减压制动控制模块控制发动机减压制动装置。故柴油机制动控制模块包括喷油制动控制模块和减压制动控制模块。\n[0017] 该发动机制动方法包括以下步骤：\n[0018] 步骤一、当发动机不需制动时，所述发动机制动控制模块不开通，发动机正常进气，喷油制动控制模块和发动机减压制动控制模块不工作，发动机正常喷油和燃烧，此时所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和制动排气凸轮位于花键凸轮轴的第一轴向位置；\n[0019] 步骤二、发动机制动工作开始，柴油机正常进气，喷油制动控制模块工作，进气门关闭后提前喷油尽早燃烧，实现发动机燃烧制动；发动机减压制动模块工作，使所述发动机减压制动装置的正常点火排气凸轮和发动机制动排气凸轮移动到花键凸轮轴的第二轴向位置，发动机制动排气凸轮驱动排气门运动，实现发动机减压制动。\n[0020] 所述步骤二中喷油制动控制模块工作的具体过程为：柴油机的喷油制动控制模块开通，电子控制单元根据曲轴传感器、凸轮轴传感器的信号来控制喷油器的喷油时间和喷油量，实现发动机提前喷油尽早燃烧，使活塞在压缩冲程克服已燃气体压力做负功，制动压力增加。\n[0021] 所述步骤二中发动机减压制动控制模块工作的具体过程为：减压制动控制模块开通，两位三通电磁阀通电，机油通过进油孔进入花键凸轮轴空心部，位于花键凸轮轴空心部的轴向移动驱动机构工作，使安装在花键凸轮轴上的正常点火排气凸轮和发动机制动排气凸轮从第一轴向位置移动到第二轴向位置，从正常点火排气凸轮驱动排气门运动转换到发动机制动排气凸轮驱动排气门运动；发动机制动排气凸轮的第一制动排气凸台使排气门在压缩上止点前开启，释放缸内混合气，降低缸内压力，减少在排气冲程活塞对外做功；发动机制动排气凸轮的第二制动排气凸台使排气门滞后开启，使排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程活塞压缩缸内的气体做负功，制动功率增加。\n[0022] 需要说明的是减压制动控制模块工作使常规点火排气凸轮和发动机制动排气凸轮从花键凸轮轴的第一轴向位置移动到第二轴向位置，需要在汽油机点火制动控制模块或柴油机喷油制动控制模块工作之前完成。\n[0023] 本发明所达到的目标是利用提前燃烧(汽油机提前点火燃烧，柴油机提前喷油尽早燃烧)，实现在压缩冲程活塞向上运动，克服已燃气体压力做负功，制动压力增大，提高制动功率；利用减压制动控制模块使常规点火排气凸轮驱动排气门运动转换到发动机制动排气凸轮驱动排气门运动，消除常规点火的排气门运动，实现发动机制动的排气门运动。降低发动机在膨胀冲程对外做功，使排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程活塞压缩缸内的气体做负功，使排气冲程制动功率增加。\n[0024] 综上，本发明是利用提前燃烧制动和减压制动结合的发动机制动方法，成为一种高效的发动机制动方法。\n附图说明\n[0025] 附图1是本发明中发动机制动控制模块的示意图\n[0026] 附图2是本发明中发动机减压制动控制模块的制动装置侧视示意图。\n[0027] 附图3-1是轴向移动驱动机构未工作时发动机减压制动控制模块的制动装置主视示意图。\n[0028] 附图3-2是图3-1中A-A处剖视图\n[0029] 附图3-3是图3-1中B-B处剖视图\n[0030] 附图4是轴向移动驱动机构工作时发动机减压制动控制模块的制动装置主视示意图。\n[0031] 附图5是本发明的发动机减压制动方法的常规点火排气凸轮工作时常规气门升程的示意图。\n[0032] 附图6是本发明的发动机减压制动方法的制动排气凸轮工作时制动排气气门升程和进气门升程的示意图。\n[0033] 图中：\n[0034] 1-正常点火排气凸轮，2-制动排气凸轮，3-花键凸轮轴，4-吊杯形机械挺柱，5-气门座圈，6-排气门，7-气门导管，8-气门弹簧，9-气门锁夹，10-气门弹簧座，11-发动机制动装置的轴向移动驱动机构，12-进油孔，13-驱动活塞，14-驱动活塞凹槽，15-圆柱销，16-弹簧，17-卸油孔，18-花键凸轮轴凹槽，(一)花键凸轮轴3的第一轴向位置，(二)花键凸轮轴3的第二轴向位置，a-第一制动排气凸台，b-第二制动排气凸台，Ⅰ-正常点火进气门升程曲线，Ⅱ-正常点火排气门升程曲线，Ⅲ-第一制动排气门升程曲线，Ⅳ-第二制动排气门升程曲线\n具体实施方式\n[0035] 下面结合附图，介绍本发明的方案：\n[0036] 图1是本发明的发动机制动控制模块的示意图。汽油机制动控制模块包括点火制动控制模块和减压制动控制模块。柴油机制动控制模块包括喷油制动控制模块和减压制动控制模块。\n[0037] 参阅图2至图4，发动机减压制动装置，包括正常点火排气凸轮1、制动排气凸轮2、花键凸轮轴3、轴向移动驱动机构11等。花键凸轮轴3是空心轴，轴向移动驱动机构11安装在花键凸轮轴3的空心部。轴向移动驱动机构包括驱动活塞13和弹簧16，弹簧16一端位置固定，另一端抵接在驱动活塞13端面上，在驱动活塞13外周上有驱动活塞凹槽14。正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2均与花键凸轮轴3花键连接，正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮\n2为一体成型结构，正常点火排气凸轮1有一个排气凸台，制动排气凸轮2包括第一制动排气凸台a和第二制动排气凸台b，且排气凸台、第一制动排气凸台a和第二制动排气凸台b在轴向交错分布。花键凸轮轴3上径向对称设有两个花键轴凹槽18，制动排气凸轮2上径向设有圆柱销15，圆柱销15穿过花键轴凹槽18卡接在驱动活塞13的驱动活塞凹槽14内，使正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2可以与驱动活塞13一同沿花键凸轮轴3的花键轴凹槽18在第一轴向位置和第二轴向位置间移动。花键轴3上还设有一个进油孔12和一个卸油孔17，机油可通过进油孔12进入到花键轴内，通过电磁阀控制，通过卸油孔17可将长时间从缝隙流入的机油排出。\n[0038] 正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2是一体加工成型的，但是具有不同的相位和升程。正常点火排气凸轮1有一个凸台，使排气门正常开启，排气门升程如图5中Ⅱ所示。制动排气凸轮2有两个凸台，即第一制动排气凸台a和第二制动排气凸台b，分别使排气门在压缩冲程上止点前和排气上止点前开启，排气门升程如图6中Ⅲ、Ⅳ所示。\n[0039] 正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2在花键轴凹槽18处通过圆柱销15与驱动活塞13的活塞凹槽14卡接。当弹簧16处于正常状态时，驱动活塞13在位置ⅰ处(参阅图3-1)，圆柱销15在花键轴凹槽18的最右端，使正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2位于花键凸轮轴\n3的第一轴向位置，正常点火排气凸轮1驱动排气门运动。当弹簧16处于压缩状态时，驱动活塞13在位置ⅱ处(参阅图4)，圆柱销15在花键轴凹槽18的最左端，使正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2位于花键凸轮轴3的第二轴向位置，制动排气凸轮2驱动排气门运动。\n[0040] 发动机燃烧制动和减压制动结合的制动方法的具体实施方式：\n[0041] 要采用发动机制动控制模块：为实现燃烧制动，汽油机采用用于控制汽油机点火的点火制动控制模块，柴油机采用用于控制柴油机喷油的喷油制动控制模块，减压制动通过发动机减压制动控制模块控制发动机减压制动装置。故汽油机制动控制模块包括点火制动控制模块和减压制动控制模块；柴油机制动控制模块包括喷油制动控制模块和减压制动控制模块。\n[0042] 当发动机制动控制模块未开通时，正常进气和喷油。汽油机点火制动控制模块(柴油机喷油制动控制模块)未工作，发动机正常点火。发动机减压制动模块未工作，弹簧16处于正常状态，驱动活塞13在轴向位置ⅰ处(参阅图3-1)，圆柱销15在花键轴凹槽18的最右端，使正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2位于花键凸轮轴3的第一轴向位置。正常点火的排气凸轮1和制动排气凸轮2一起在花键凸轮轴3上做旋转运动，使正常点火的排气凸轮1驱动排气门运动，实现正常点火的排气门运动，气门升程如图5中Ⅱ所示，使发动机在排气冲程时排气门开启，释放缸内混合气。此时发动机正常工作。\n[0043] 当汽油机的发动机制动控制模块开通时，节气门部分开启，开始进气和喷油，汽油机点火制动控制模块工作，通过传感器判断曲轴和花键凸轮轴3的位置，电子控制单元(ECU)根据传感器输入的信号，根据程序计算点火提前角，并将计算结果转变为点火控制信号，控制点火系统工作，最终实现火花塞在进气门关闭后提前点火燃烧，使活塞在压缩冲程克服已燃气体压力做负功，制动压力增加，提高制动功率；\n[0044] 当柴油机的发动机制动控制模块开通时，正常进气，柴油机喷油制动控制模块工作，电子控制单元(ECU)根据曲轴传感器、凸轮轴传感器等信号来控制喷油器的喷油时间和喷油量，实现发动机提前喷油尽早燃烧，使活塞在压缩冲程克服已燃气体压力做负功，制动压力增加，提高制动功率。\n[0045] 当发动机制动控制模块开通时，发动机的减压制动模块工作，当两位三通电磁阀通电时，机油通过进油孔12进入花键轴3内，油压克服轴向移动驱动机构11中弹簧16的作用力，使弹簧16从正常状态到压缩状态，带动驱动活塞13移动到轴向位置ⅱ处，通过圆柱销15使正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2从花键轴凹槽18的最右端移动到花键轴凹槽18的最左端，使正常点火排气凸轮1和制动排气凸轮2一起移动到花键凸轮轴3的第二轴向位置(如图4)，使制动排气凸轮2驱动排气门运动，先由第一制动排气凸台a驱动排气门运动(气门升程如图6中Ⅲ所示)，使发动机在压缩冲程上止点附近开启排气门，释放缸内已燃混合气，降低缸内压力，减少在膨胀冲程活塞对外做功；再由第二制动排气凸台b驱动排气门运动(气门升程如图6中Ⅳ所示)，在排气冲程上止点前排气门再次开启，使排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程活塞压缩缸内的气体做负功，使制动功率增加。当两位三通电磁阀断电时，机油再通过进油孔12流出，弹簧16回到正常状态，使安装在花键凸轮轴3上的常规点火排气凸轮1和发动机制动排气凸轮2从第二轴向位置回到第一轴向位置，使发动机制动排气凸轮2驱动排气门运动再转换到常规点火排气凸轮1驱动排气门运动，实现正常气门运动。\n[0046] 综上，利用发动机提前燃烧制动和减压制动结合，实现一种高效的发动机制动方法。发动机提前燃烧(汽油机提前点火燃烧，柴油机提前喷油尽早燃烧)，实现在压缩冲程活塞向上运动，克服已燃气体压力做负功，制动压力增大，提高制动功率；减压制动控制模块使常规点火排气凸轮驱动排气门运动转换到发动机制动排气凸轮驱动排气门运动，消除常规点火的排气门运动，实现发动机制动的排气门运动。降低发动机在膨胀冲程对外做功，使排气冲程变成了另外一个压缩冲程，在排气冲程活塞压缩缸内的气体做负功，使排气冲程制动功率增加。