本發(fā)明涉及機械領域，尤其涉及發(fā)動機領域，特別是用于車輛緩速的發(fā)動機制動方法。

背景技術：
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已有技術中，車輛發(fā)動機的應用已有悠久的歷史，發(fā)動機的常規(guī)點火運作為人熟知。舉例來說，四沖程的柴油發(fā)動機按照周期反復運作，每一周期內有進氣沖程、壓縮沖程、膨脹（或做工）沖程和排氣沖程。在進氣沖程中，發(fā)動機的活塞在汽缸內從上止點往下止點運動，發(fā)動機的進氣門打開，將空氣引入發(fā)動機的汽缸。接下來是壓縮沖程，活塞從下止點往上止點運動，發(fā)動機的進氣門和排氣門都處于關閉狀態(tài)，缸內的空氣被壓縮，在活塞抵達上止點附近，柴油噴入缸內與被壓縮的空氣混合并在接下來的膨脹（或做工）沖程內自燃，產生氣體膨脹，將活塞從上止點往下止點驅動做工。最后是發(fā)動機的排氣沖程，活塞再次從下止點往上止點運動，發(fā)動機的排氣門打開，將燃燒后的氣體從缸內排出到排氣管內，經過后處理之后進入尾氣管排到大氣中。

發(fā)動機制動技術也廣為人知，只需將產生動力的發(fā)動機暫時轉換為吸收能量的空壓機。轉換過程中切斷燃油，除了常規(guī)的進、排氣門在進、排氣沖程期間開啟之外，在發(fā)動機活塞壓縮沖程接近結束時排氣門再次打開，允許被壓縮氣體（制動時為空氣）被釋放，發(fā)動機在壓縮沖程中壓縮氣體所吸收的能量，不能在隨后的膨脹沖程返回到發(fā)動機的活塞，而是通過發(fā)動機的排氣及散熱系統(tǒng)釋放掉。最終的結果是有效的發(fā)動機制動，減緩車輛的速度。

發(fā)動機制動技術的一個先例是由康明斯(Cummins)提供的美國專利號US 3220392 (1965)披露，該專利的發(fā)明利用液壓傳遞，將噴油凸輪或鄰近排氣凸輪的運動傳遞給發(fā)動機的氣門，在發(fā)動機常規(guī)氣門運動的基礎上，在壓縮上止點附近增加壓縮釋放制動的排氣門運動。該發(fā)明在制動運作期間，切斷燃油。

由于在發(fā)動機制動期間切斷燃油，沒有燃燒做功，現(xiàn)有的發(fā)動機制動器不是靠自己的能量產生制動，而是一種被動的、由車輛運動反拖發(fā)動機做負功的裝置，因此制動功率與發(fā)動機轉速成正比。商用車的發(fā)動機在中、低轉速（1100到1500rpm）的制動功率遠低于高轉速（2100到2500rpm）的制動功率。而這些車輛行駛中最常用的發(fā)動機轉速恰恰是在中、低轉速。因此，有必要提高發(fā)動機在中、低轉速的制動功率。

納威司達萬國貨運公司（Navistar International Transportation Corp.）在美國專利5634447號（1997年）公開了一種發(fā)動機制動方法，在發(fā)動機制動期間將小量燃油噴入一個渦輪增壓、無中冷的發(fā)動機來增加發(fā)動機的制動功率。 在遠離（超前）上死點的壓縮沖程期間向發(fā)動機的汽缸內噴入少量的燃油。這少量的燃油燃燒，提升壓縮期間的缸壓和渦輪增壓器的能量，從而增加制動功率。然而，當發(fā)動機帶有中冷器（空氣對空氣）時，吸入發(fā)動機的空氣溫度大大降低，這樣的低溫空氣對發(fā)動機制動期間噴入的燃油的燃燒帶來困難，特別是在寒冷的氣候，要在發(fā)動機處于中、低轉速時點燃更是難上加難。第8類重型卡車都帶有中冷器（空氣對空氣），而中、低轉速正是這種卡車對發(fā)動機制動功率需求最大的時候。

馬克卡車公司（Mack Trucks, Inc.）在美國專利6337447號（2002年）公開了一種類似的發(fā)動機制動方法，在發(fā)動機制動期間將小量燃油（5毫克/沖程）噴入一個渦輪增壓、帶中冷的發(fā)動機來增加發(fā)動機的制動功率。在發(fā)動機制動期間，為了避免中冷器對空氣的冷卻，從渦輪增壓機出來的壓縮空氣繞過中冷器，從旁通管直接進入發(fā)動機的汽缸。這樣缸內的氣溫更高，有利于超前噴入的燃油的燃燒。不過，從該專利公布的測試數(shù)據來看，中、低轉速（1500rpm以下）的發(fā)動機制動功率增加很小或完全沒有變化。這就表明，在發(fā)動機的中低轉速時，燃油沒有充分燃燒或根本沒有燃燒。此外，很多發(fā)動機除了配置壓縮釋放型發(fā)動機制動器之外，還裝有排氣制動器，如中國市場上的排氣蝶閥和歐洲沃爾沃的排氣壓力調節(jié)器（EPR）等排氣限流裝置。一旦排氣制動器啟動（限制排氣管內的氣流），渦輪增壓器的作用減小甚至完全沒有，進氣大大減小，中冷器幾乎不起作用。

事實上，馬克卡車公司（Mack Trucks, Inc.）在美國專利6283091號（2001年）公開了聯(lián)合制動（發(fā)動機壓縮制動器與排氣制動器一起使用）時，發(fā)動機的溫度會非常地高，特別是在高轉速（2000轉/分以上）時，發(fā)動機的排氣溫度高達1200?F（649?C），缸內溫度高達751?F（399?C）。這種由聯(lián)合制動產生的發(fā)動機過熱會導致燃油噴嘴嘴尖燒壞，因此提出了在發(fā)動機制動期間噴射小量燃油（1~30毫克/沖程）冷卻燃油噴嘴嘴尖的發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供用于車輛緩速的發(fā)動機制動方法，所述的方法要解決現(xiàn)有技術中發(fā)動機制動在中、低轉速時制動功率太低的技術問題，尤其是要解決現(xiàn)有技術中發(fā)動機制動在中、低轉速時發(fā)動機溫度太低、燃油無法點燃或燃燒不充分的技術問題，還有發(fā)動機制動在高轉速時發(fā)動機溫度太高、燃油噴嘴嘴尖燒壞的技術問題。

本發(fā)明的一種用于車輛緩速的發(fā)動機制動方法包括以下步驟：

1. 將發(fā)動機在預定的轉速下運行，

2. 調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力，

3. 控制發(fā)動機的溫度，

4. 當發(fā)動機汽缸內的活塞往壓縮沖程的上止點運動、壓縮缸內氣體達到預定高的溫度時，向汽缸內噴射預定量的燃油，

5. 讓所述的燃油在壓縮沖程期間燃燒，增加缸內的壓力和溫度，

6. 在活塞抵達壓縮沖程的上止點之前，打開排氣門，釋放掉缸內被壓縮和燃燒的氣體。

進一步的，所述的調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力的步驟包括下述過程之一或它們的組合：

1. 使用渦輪增壓機調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力，所述的渦輪增壓機包括可變渦輪增壓機，

2. 使用排氣節(jié)流閥調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力，所述的排氣節(jié)流閥包括排氣蝶閥，

3. 使用排氣再循環(huán)系統(tǒng)調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力，所述的排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括內排氣再循環(huán)系統(tǒng)和外排氣再循環(huán)系統(tǒng)。

進一步的，所述的內排氣再循環(huán)系統(tǒng)采納下述過程之一或它們的組合：

1. 在發(fā)動機的進氣沖程期間除了常規(guī)的進氣門開啟之外，還打開發(fā)動機的排氣門，

2. 在發(fā)動機的排氣沖程期間除了常規(guī)的排氣門開啟之外，還打開發(fā)動機的進氣門。

進一步的，所述的控制發(fā)動機的溫度的步驟包括控制下述溫度之一或它們的組合：

1. 發(fā)動機的缸內溫度，

2. 發(fā)動機的排氣溫度，

3. 發(fā)動機的機油溫度，以及

4. 發(fā)動機的冷卻水溫度。

進一步的，所述的向汽缸內噴射的燃油的預定量由下列參數(shù)之一或它們的組合決定：

1. 發(fā)動機的溫度，

2. 發(fā)動機的轉速，以及

3. 發(fā)動機制動的載荷極限。

進一步的，所述的預定量的燃油在所述的打開排氣門之前噴入發(fā)動機的汽缸。

進一步的，缸內被壓縮氣體達到的所述的預定高的溫度由燃油的燃點決定。

進一步的，所述的燃油包括柴油。

本發(fā)明的另一種用于車輛緩速的發(fā)動機制動方法，其特征在于：所述的方法包括以下步驟：

1. 將發(fā)動機在預定的轉速下運行，

2. 調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力，

3. 在發(fā)動機的常規(guī)進氣門開啟期間打開發(fā)動機的排氣門，讓發(fā)動機的排氣管內的氣體返回發(fā)動機的汽缸，

4. 將排氣管內返回的氣體與缸內的氣體混合，提高缸內氣體的可燃性，

5. 當發(fā)動機汽缸內的活塞往壓縮沖程的上止點運動、壓縮缸內的混合氣體達到預定高的溫度時，向汽缸內噴射預定量的燃油，

6. 讓所述的燃油在缸內燃燒，增加缸內的壓力和溫度，

7. 在活塞抵達壓縮沖程的上止點之前，打開排氣門，釋放掉缸內被壓縮和燃燒的氣體。

本發(fā)明的又一種用于車輛緩速的發(fā)動機制動方法，其特征在于：所述的方法包括以下步驟：

1. 將發(fā)動機在預定的轉速下運行，

2. 在發(fā)動機的活塞抵達進氣沖程的下止點附近時，向發(fā)動機的汽缸內噴入預定量的介質，增加缸內壓力，

3. 增加活塞在壓縮沖程中往上止點運動的阻力，

4. 在活塞抵達壓縮沖程的上止點之前，打開排氣門，釋放掉缸內被壓縮的氣體和介質。

進一步的，所述的向汽缸內注入的介質包括下述流體之一或它們的組合：

1. 氣體，所述的氣體包括空氣，

2. 液體，所述的液體包括水和燃油。

本發(fā)明的再一種用于車輛緩速的發(fā)動機制動方法，包括以下步驟：

1. 將發(fā)動機在預定的轉速下運行，

2. 通過排氣限流裝置調節(jié)發(fā)動機排氣管內的壓力，

3. 向排氣管內噴入預定量的空氣，

4. 在發(fā)動機的活塞抵達進氣沖程的下止點附近時，打開排氣門，讓排氣管內的氣體返回發(fā)動機的汽缸，增加缸內壓力，

5. 增加活塞在壓縮沖程中往上止點運動的阻力，

6. 在活塞抵達壓縮沖程的上止點之前，打開排氣門，釋放掉缸內被壓縮的氣體。

進一步的，所述的排氣限流裝置包括下述系統(tǒng)之一或它們的組合：

1. 渦輪增壓機，所述的渦輪增壓機包括可變渦輪增壓機，

2. 排氣節(jié)流閥，所述的排氣節(jié)流閥包括排氣蝶閥。

進一步的，所述的噴入排氣管的空氣由一個噴氣機構提供，所述的噴氣機構包括空氣壓縮機、噴氣管道和噴氣閥，所述的噴氣管道將空氣壓縮機的出口與發(fā)動機的排氣管連通，所述的噴氣閥設置在空氣壓縮機的出口或者在噴氣管道上。

進一步的，所述的發(fā)動機預定轉速在1000轉/分到2000轉/分之間。

進一步的，所述的發(fā)動機預定轉速在1200轉/分到1500轉/分之間。

進一步的，所述的發(fā)動機制動包括四沖程發(fā)動機制動。

進一步的，所述的發(fā)動機制動包括兩沖程發(fā)動機制動。

本發(fā)明的工作原理是：當發(fā)動機制動時，尤其是在發(fā)動機的中、低轉速制動時，向發(fā)動機的汽缸內或者排氣管中噴入某種介質，增加缸內壓強，使得發(fā)動機的活塞在壓縮沖程中的運動阻力增大，從而增加發(fā)動機的制定功率。當噴入的介質是燃油時，通過調節(jié)發(fā)動機的排氣壓力來控制發(fā)動機的溫度，使得噴入缸內的燃油能夠在壓縮沖程期間充分燃燒，產生更大的活塞運動阻力和發(fā)動機制動功率。

本發(fā)明和已有技術相比，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明大大提高了發(fā)動機中、低轉速（車輛發(fā)動機實際使用中的常用轉速）的制動功率，減少甚至避免了高轉速的發(fā)動機制動，消除了高轉速制動帶來的高載荷和高排溫等失效模式，改進了發(fā)動機制動運作的可靠性和耐久性。

附圖說明：

圖1是常規(guī)四沖程發(fā)動機的結構示意圖。

圖2是常規(guī)四沖程發(fā)動機點火運作時的氣門升程的示意圖。

圖3a到圖3f是本發(fā)明的發(fā)動機制動方法的實施例中發(fā)動機的活塞在汽缸中不同位置時發(fā)動機氣門的開啟、氣體的流動和燃油噴射的示意圖。

圖4是四沖程發(fā)動機在壓縮釋放制動時的氣門升程的示意圖。

圖5是本發(fā)明中的發(fā)動機制動方法的實施例中采納的氣門升程的示意圖。

圖6是本發(fā)明的發(fā)動機制動方法的另一個實施例中噴氣機構往發(fā)動機的排氣管內供氣的示意圖。

具體實施方式：

實施例1:

圖1和圖2用來描繪常規(guī)四沖程發(fā)動機的點火運作。一般的發(fā)動機都有多個汽缸，比如商用車上的發(fā)動機為直列六缸的柴油發(fā)動機。但為了簡明起見，圖1和圖2只顯示了一個發(fā)動機的汽缸和該缸的氣門在一個周期內的運動。發(fā)動機的活塞33在汽缸35內做上下往復的周期運動。如上所述，四沖程發(fā)動機的每一個運動周期包括進氣沖程、壓縮沖程、膨脹（或做工）沖程和排氣沖程。在進氣沖程中，圖1中的發(fā)動機活塞33在汽缸35內從排氣上止點（圖2中的360°）往進氣下止點（圖2中的540°）運動，發(fā)動機的進氣門200打開，產生圖2中的進氣門型線321，將空氣引入發(fā)動機的汽缸35。接下來是壓縮沖程，活塞33從進氣下止點往壓縮上止點（圖2中的720°或0°）運動，發(fā)動機的進氣門200和排氣門300都處于關閉狀態(tài)，汽缸35內的空氣被壓縮，在活塞33抵達壓縮上止點附近時，燃油（如柴油）噴入缸內與被壓縮的空氣混合并在接下來的膨脹（或做工）沖程內燃燒，產生氣體膨脹，將活塞33從壓縮上止點往膨脹下止點（圖2中的180°）驅動做工。周期的最后是發(fā)動機的排氣沖程，活塞33從膨脹下止點往排氣上止點運動，發(fā)動機的排氣門300打開，產生圖2中的排氣門型線220，將燃燒后的氣體從汽缸35內排出到排氣管22。注意到發(fā)動機的進、排氣門的開啟不完全限制在進、排氣沖程之內，比如在排氣上止點，進、排氣門的開啟有重疊。目前盛行的可變氣門驅動，除了控制氣門開啟的高度之外，主要調節(jié)排氣門的開啟時間和進氣門的關閉時間，達到發(fā)動機運作的高效率和低排放。

現(xiàn)有的發(fā)動機大都配置有圖1所示的渦輪增壓機2，以提高發(fā)動機的動力和效率。從發(fā)動機排氣管22排出的廢氣驅動渦輪增壓機2的渦輪6，帶動同軸的空壓機4，提高進氣管8內的進氣壓力。由于壓縮后的空氣的溫度增高，降低發(fā)動機的效率，所以被壓縮的空氣進入發(fā)動機的汽缸35之前，經過中冷器12冷卻，然后由進氣管18和進氣門200進入汽缸35。此外，現(xiàn)有的發(fā)動機一般每一缸都配有四個氣門，兩個進氣門，兩個排氣門，圖1中顯示的單個進氣門200和單個排氣門300只是示意作用。

本發(fā)明的發(fā)動機制動方法的第一個實施例可以通過圖3a到圖3f的示意圖來說明。與圖1中的常規(guī)四沖程發(fā)動機的結構相比，本實施例的圖3a到圖3f中增加了發(fā)動機制動器100和排氣制動器28。發(fā)動機制動器100作用于排氣門300，產生如圖4所示的制動排氣門升程曲線232。注意到常規(guī)點火運作的排氣門升程曲線220和進氣門升程曲線321保留不變。制動排氣門升程曲線232的高度和周期都遠小于點火運作的排氣門升程曲線220。常規(guī)排氣制動器28包括排氣限流裝置，比如這里的排氣蝶閥和其它排氣節(jié)流閥，通過排氣管26連接在渦輪6的后面（也可以安置在渦輪6的前面）。事實上，渦輪增壓機2，特別是越來越普遍使用的可變渦輪增壓機，具有排氣限流裝置的功能，可以單獨使用，或者與排氣制動器28合用，而且它們都可以由發(fā)動機的控制模塊（ECU）操作，控制發(fā)動機的排氣壓力。

本發(fā)明的發(fā)動機制動方法的第一個實施例的運作過程如下。將發(fā)動機在預定轉速下運行，重卡發(fā)動機的制動轉速的范圍一般是1000到2000轉/分，其中最常用的發(fā)動機制動轉速為1200到1500轉/分。圖3a所示的是發(fā)動機制動周期中的進氣沖程，發(fā)動機的活塞33在汽缸35內從排氣上止點往進氣下止點運動，發(fā)動機的進氣門200打開，產生常規(guī)的進氣門升程（圖5中所示的常規(guī)進氣門升程曲線321），將空氣引入發(fā)動機的汽缸35。在活塞33接近進氣下止點時（圖3b），發(fā)動機制動器100將發(fā)動機的排氣門300打開，產生如圖5所示的排氣再循環(huán)（EGR）的排氣門升程曲線233。通過圖3b中的渦輪增壓機2，或者排氣制動器28，或者兩者的組合，對發(fā)動機的排氣壓力進行調節(jié)，使得排氣管22內的壓力高于汽缸35內的壓力，排氣管22內的廢氣通過打開的排氣門200返回汽缸35，控制發(fā)動機的溫度（包括排氣溫度、缸內溫度、機油溫度和冷卻水溫度），有助于提高缸內氣體的壓力、溫度和可燃性。在接下來的壓縮沖程內，活塞33從進氣下止點往壓縮上止點運動，發(fā)動機的進氣門200和排氣門300都處于關閉狀態(tài)，汽缸35內的空氣被壓縮。在被壓縮的氣體達到預定高的溫度（比如燃油的燃點）時，通過噴油器500向汽缸內噴射預定量的燃油（圖3c）。燃油在高壓和高溫氣體中自燃或通過火花點火燃燒。氣體的燃燒進一步增加缸內的壓強和溫度以及活塞在壓縮沖程中往上止點運動的阻力，發(fā)動機的制動功率隨之增大。當活塞33接近如圖3d所示的壓縮上止點時，發(fā)動機制動機構100再次把排氣門300打開，產生如圖5所示的壓縮釋放的排氣門升程曲線232，釋放掉汽缸35內被壓縮和燃燒的氣體。在接下來的如圖3e所示的膨脹沖程中，活塞33從壓縮上止點往膨脹下止點運動，但由于活塞33上面沒有氣體的壓力，無法向發(fā)動機的曲軸做功。發(fā)動機制動周期的最后是如圖3f所示的排氣沖程，活塞33從膨脹下止點往排氣上止點運動，發(fā)動機的排氣門300早已打開（圖5中所示的常規(guī)排氣門升程曲線220），活塞33需要克服排氣壓力往上運動，進一步增加制動功率。

上面所說的在發(fā)動機的排氣沖程期間打開發(fā)動機的排氣門300產生如圖5所示的排氣門升程曲線233的排氣再循環(huán)為內排氣再循環(huán)（iEGR），內排氣再循環(huán)還可以是在發(fā)動機的排氣沖程期間打開發(fā)動機的進氣門200，此外內排氣再循環(huán)的功能也有可能通過外排氣再循環(huán)（eEGR）來實現(xiàn)。

還有，在發(fā)動機在壓縮沖程中向汽缸內噴射燃油的預定量由下列參數(shù)之一或它們的組合決定：發(fā)動機的溫度（尤其是缸內溫度）、發(fā)動機的轉速和發(fā)動機的制動載荷極限。如果缸內溫度太低，或燃油的燃點太高，噴入太多的燃油將不能充分燃燒；如果太多的燃油產生過分的缸內壓力，制動載荷將超過極限；而發(fā)動機的溫度（包括缸內壓力）和制動載荷與發(fā)動機的轉速密切相關。

此外，上面所說的預定量的燃油最好在打開排氣門之前噴入發(fā)動機的汽缸，以免未燃燒的燃油遺留在缸內。

實施例2:

本發(fā)明的發(fā)動機制動方法的第二個實施例與第一個實施例之間的區(qū)別在與本實施例向發(fā)動機汽缸內噴射的不但有燃油，還包括其它氣體或液體介質，如空氣和水等。盡管噴入的空氣和水不能燃燒，但都有可能增加汽缸內的壓力和活塞往上止點運動的阻力，從而增加發(fā)動機的制動功率。如果缸內溫度足夠高的話，噴入的水有可能變成蒸汽而增加缸內壓強。

本實施例的工作過程和第一個實施例相似，在此不再復述。

實施例3：

本實施例與上述第一或第二實施例的區(qū)別在于本實施例不是直接向發(fā)動機的汽缸內噴射介質，而是向發(fā)動機的排氣管內注入空氣，然后通過調控發(fā)動機的排壓和打開排氣門，將注入排氣管內的空氣壓入發(fā)動機的汽缸。

本實施例的發(fā)動機制動方法的運作過程可以通過圖6來說明。與第一實施例相比，本實施例增加了一個噴氣機構，包括空氣壓縮機41（一般商用車的柴油機上配置了空氣壓縮機）、噴氣管道43和噴氣閥45。噴氣管道43將空氣壓縮機的一個出口與發(fā)動機的排氣管22連通，而噴氣閥45設置在空氣壓縮機的出口或者在噴氣管道43上。當發(fā)動機在預定轉速下運行時，通過排氣限流裝置（圖6中的渦輪增壓機2，或者排氣制動器28，或者兩者的組合）限制排氣流量，調節(jié)發(fā)動機排氣管22內的壓力；通過噴氣裝置向排氣管22內噴入預定量的空氣；在發(fā)動機的活塞33接近如圖6所示的進氣沖程的下止點時，由發(fā)動機制動機構100打開排氣門300，讓排氣管22內的氣體壓入發(fā)動機的汽缸35內（此時排氣壓力大于缸內壓力），增加缸內壓力。這樣，增加活塞33在接下來的壓縮沖程中往上止點運動的阻力和發(fā)動機的制動功率。最后，在活塞33抵達壓縮沖程的上止點之前，通過發(fā)動機制動機構100再次打開排氣門300，釋放掉缸內被壓縮的氣體。

上述說明包含了很多具體的實施方式，這不應該被視為對本發(fā)明范圍的限制，而是作為代表本發(fā)明的一些具體例證，許多其他演變都有可能從中產生。舉例來說，這里的發(fā)動機制動方法可以用于不同的發(fā)動機，包括頂置凸輪發(fā)動機和推桿發(fā)動機；可以用于單氣門發(fā)動機，亦可以用于兩個以上氣門的多氣門發(fā)動機；可以用于兩沖程的發(fā)動機制動，也可以用于四沖程的發(fā)動機制動。

此外，發(fā)動機制動向汽缸內噴射的介質可以是不同的物質，噴射的時間可以調節(jié)，其目的都是為了增加缸內的壓力，使得活塞在缸內的運動阻力增大，從而增大發(fā)動機的制動功率。

還有，這里往發(fā)動機排氣管內噴氣的機構、方式和時間等都可以不同。

因此，本發(fā)明的范圍不應由上述的具體例證來決定，而是由權利要求來決定。