汽車發(fā)動機壓縮輔助制動性能分析

哈菲

摘要：汽車發(fā)動機輔助制動裝置主要負責(zé)車輛減速控制，其發(fā)展歷史悠久，由排氣蝶閥制動到泄氣式制動，直到當前應(yīng)用廣泛普遍的壓縮釋放制動。在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與技術(shù)發(fā)展形勢下，發(fā)動機制動性能也在不斷優(yōu)化。由于體積較小，不需車輛改動，而且我國對重載車輛載重限制與處罰力度一直在不斷加大，發(fā)動機輔助制動特別是壓縮釋放制動在激烈的市場競爭中脫穎而出，成功發(fā)展成了汽車標配。在此基礎(chǔ)上，本文對汽車發(fā)動機壓縮輔助制動性能進行了詳細分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;壓縮釋放制動;制動性能;輔助制動

1? 汽車發(fā)動機輔助制動工作原理分析

在汽車發(fā)動機功率提升、車速加快、車載質(zhì)量提高的推動下，輔助制動裝置在各種類型車輛中使用的重要性越來越突出，基于法規(guī)標準的正向引導(dǎo)，汽車輔助制動系統(tǒng)已發(fā)展為標配。發(fā)動機制動技術(shù)通過汽車發(fā)動機循環(huán)過程的不同主要劃分為三種，即排氣式制動、泄氣式制動、壓縮釋放制動。排氣式制動，于汽車發(fā)動機排氣管上增加截止閥，通過排氣背壓，加大發(fā)動機制動力矩;泄氣式制動，于活塞沖程中將發(fā)動機排氣門微開，通過活塞泵氣損失進行動力消耗，以實現(xiàn)發(fā)動機制動;壓縮釋放制動，活塞到達壓縮上止點的時候，迅速開啟排氣門，釋放局部已吸收活塞做功的高溫高壓空氣，然后快速關(guān)閉排氣門，活塞向下運行時，氣缸內(nèi)部生成負壓，同時消耗部分機械能[1]。

2? 汽車發(fā)動機壓縮釋放式緩速器分析

2.1 壓縮釋放式緩速器原理

在汽車發(fā)動機緩速器領(lǐng)域，壓縮釋放式緩速器的輔助制動性能最佳，其生成的制動功率與發(fā)動機正常驅(qū)動時的額定功率大體相一致，且將其實踐運用在增壓發(fā)動機時生成的制動功率相比運用在自然吸氣式發(fā)動機時生成的制動功率大，此外，壓縮釋放式緩速器還具備結(jié)構(gòu)緊湊、輕質(zhì)、穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)等多種優(yōu)勢特性。汽車發(fā)動機壓縮釋放式緩速器輔助制動[2]具體如圖1所示。

發(fā)動機壓縮釋放式緩速器主要通過發(fā)動機倒拖運轉(zhuǎn)以消耗動能。對汽車發(fā)動機停止供油，先進氣沖程，打開進氣門，缸內(nèi)壓力變化不顯著，氣體會面向活塞作正功，但是后續(xù)壓氣沖程時，進氣門與排氣門同時處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞上行壓縮氣體，以此對活塞功能的消耗顯著，是制動的關(guān)鍵因素，然而壓縮終點時，會生成高溫高壓氣體，在后續(xù)膨脹做功沖程中，會面向活塞實施正功，以增加活塞動能，從而影響制動性能。所以汽車發(fā)動機壓縮釋放式減速器基于液壓裝置，在活塞到達壓縮上止點之前，打開排氣門，在做功沖程前，釋放局部高溫高壓氣體，以降低氣缸內(nèi)部壓力，減少活塞做功，從而減少活塞動能消耗，提升發(fā)動機制動功率。在最終排氣沖程時，打開排氣門，于活塞上行排除氣體，以消耗活塞動能，但是進氣排氣沖程影響并不大。

2.2 壓縮釋放式制動裝置結(jié)構(gòu)

汽車發(fā)動機壓縮釋放式制動裝置主要劃分為3個檔位：檔位1負責(zé)1個制動電磁閥通電;檔位2負責(zé)2個制動電磁閥通電;檔位3負責(zé)3個制動電磁閥通電。電磁閥通電之后，可完成2個氣缸壓縮制動，駕駛?cè)藛T可以就具體情況選擇相應(yīng)制動負荷。制動電磁閥為兩位三通閥，在制動通電的時候，機油泵機油和制動裝置機油相對接，機油泵加壓的機油為制動裝置充油。這時油路單向閥打開，而機油向上推動控制閥，促使單向閥與制動裝置相接通?？刂崎y下游的制動裝置包含主活塞與執(zhí)行活塞，在裝置充油之后，克服2個活塞彈簧力，促使主活塞逐漸向搖臂挺桿壓過去，執(zhí)行活塞在向排氣門壓過去，以徹底消除二者間距。在發(fā)動機活塞逐步運動靠近壓縮上止點的時候，搖臂挺桿向上推動主活塞，制動裝置的機油壓力快速增高，這時單向閥關(guān)閉，執(zhí)行活塞則克服氣門彈簧預(yù)緊力，打開排氣門，在氣缸內(nèi)排除壓縮空氣。在電磁閥斷電之后，制動裝置不再發(fā)揮作用。

3? 汽車發(fā)動機壓縮輔助制動對整車制動性能的影響分析

汽車持續(xù)下坡狀態(tài)時，發(fā)動機制動作用可有效減輕制動裝置負擔(dān)，但是發(fā)動機自身制動力有限，為有效利用輔助制動作用，設(shè)計了各式各樣的方式提升制動效率。壓縮輔助制動對于汽車整車制動時行駛穩(wěn)定性的影響不容忽視，就兩輪驅(qū)動汽車來講，發(fā)動機制動時生成的制動力作用于正常行駛時作為驅(qū)動輪的車輪上，即就前輪驅(qū)動的汽車來講，發(fā)動機制動力矩作用于前輪，而后輪驅(qū)動的汽車，發(fā)動機制動力矩則作用于后輪?？傊?，汽車發(fā)動機制動力矩會在一定程度上改變制動作用力的分配[3]。

后輪驅(qū)動的汽車，后軸制動力提升，會導(dǎo)致汽車失穩(wěn)。在前輪制動的時候，汽車趨向前軸過制動，汽車保持穩(wěn)定狀態(tài)，卻會失去轉(zhuǎn)向能力。隨著行駛速度變大，汽車發(fā)動機制動力矩也會隨之變大。存在載荷的汽車拋物線相對較陡，代表固定分配后軸驅(qū)動與制動力的汽車，發(fā)動機制動受承載作用，更有利于汽車穩(wěn)定性。為避免影響安全性，后軸驅(qū)動汽車在空載狀態(tài)下，應(yīng)在高車速時便開始制動，需脫離離合器，在滿載狀態(tài)下，離合器如果保持在接合狀態(tài)，則發(fā)動機壓縮輔助制動不會影響汽車穩(wěn)定性;前輪驅(qū)動汽車在制動時，可不用脫離離合器，汽車依舊可以保持穩(wěn)定，但是制動造成的不足轉(zhuǎn)向趨勢較為明顯的時候，應(yīng)脫離離合器。

4? 汽車發(fā)動機壓縮輔助制動性能分析

針對汽車發(fā)動機壓縮輔助制動工作過程分析，基于輔助制動參數(shù)，即發(fā)動機轉(zhuǎn)速與排氣門開度等運行計算，以得出結(jié)果。

汽車發(fā)動機壓縮制動時不同曲軸轉(zhuǎn)角下的氣缸壓力具體如表1所示。

由表1可知，在汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速不斷變大的趨勢下，氣缸壓力隨之增大，且轉(zhuǎn)速越高，氣缸壓力峰值越接近壓縮上止點。壓縮上止點之前，排氣門啟動，氣缸壓力出現(xiàn)大幅下降，這主要是因為排氣門啟動之后，氣缸內(nèi)部空氣快速排出，汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，則單位時間內(nèi)穿過排氣門所排出的空氣量就越少，所以轉(zhuǎn)速越高，氣缸壓力最大值就越大，且壓力峰值越接近壓縮上止點;在排氣門開度越大時，氣缸壓力最大值就越小，這主要是因為排氣門開度越大，壓縮上止點周圍穿過排氣門所排出的空氣量就越多，可壓縮的空氣量則會對應(yīng)減少。

汽車發(fā)動機壓縮制動時不同轉(zhuǎn)速下的制動扭矩具體如表2所示。

由表2可知，在汽車發(fā)動機通過壓縮輔助制動的時候，在轉(zhuǎn)速不斷增大的趨勢下，單位時間內(nèi)發(fā)動機做功次數(shù)隨之增多，制動扭矩則隨之變大，而汽車發(fā)動機制動狀態(tài)時扭矩處于最小狀態(tài)，這主要是由于此時汽車發(fā)動機只利用倒拖的機械損失進行制動，并未采取其他增加制動扭矩的措施;不同轉(zhuǎn)速都存在相應(yīng)的最佳排氣門開度，且在轉(zhuǎn)速增大時，最佳氣門開度也隨之變大，這主要是因為汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，在單位時間內(nèi)穿過排氣門所流出的氣缸內(nèi)部空氣則相對越少，而排氣門開度變大，則空氣流通截面積與氣體流量隨之增大，因此在汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速不斷增高時，應(yīng)適度增加排氣門最大開度[4]。

5? 結(jié)語

綜上所述，汽車發(fā)動機利用壓縮輔助制動裝置，在轉(zhuǎn)速增大時，氣缸壓力變大，壓力峰值接近壓縮上止點。隨著轉(zhuǎn)速增大，制動扭矩隨之變大，壓縮輔助制動時制動扭矩最大化。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速既定狀態(tài)下，壓縮輔助制動具備相應(yīng)的最佳排氣門開度值，且轉(zhuǎn)速越大，排氣門開度最佳值越高，制動扭矩越高。

參考文獻：

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