車用發(fā)動機制動性能試驗研究

張俊 張興剛 陳東峰 張?zhí)杰?劉逢春 魏鵬程

摘要：本文通過對車用發(fā)動機的制動類型、制動原理和制動過程等進行研究，對發(fā)動機制動系統(tǒng)的制動性能進行定量分析，通過分析計算試驗所得數(shù)據(jù)，獲取制動裝置能過持續(xù)制動的試驗結(jié)果，為發(fā)動機輔助制動性能的安全性和適用性提供理論依據(jù)，對提高車用發(fā)動機的制動效率和行車安全具有很高的利用價值。

Abstract： This article through to automobile engine brake type、braking principle and braking process and so on were studied， Quantitative analysis was carried out on the engine brake braking performance of the system. And analyze the test data calculation， we obtain the quantitative results of continuous braking performance. As to provide theoretical basis for the engine brake safety and applicability， to have certain guiding significance to the safe driving of the vehicle.

關(guān)鍵詞：車用;制動裝置;試驗

Key words： engine;the engine braking;brake

1 ?概述

隨著汽車工業(yè)技術(shù)的不斷前進，車輛發(fā)動機的功率不斷向高功率發(fā)展，汽車不斷提高性能技術(shù)和日趨完善的道路通行條件，汽車起動最高駕駛速度的不斷提升，將導致其的制動負荷和剎車距離也越來越長。特別處于連續(xù)下坡的汽車，將擋位定位中高檔上已成為多數(shù)駕駛員的行車習慣，以實現(xiàn)用最短的時間通過坡度下滑路段。如果車輛加裝可以輔助制動的裝置，僅依靠車輛自身的剎車系統(tǒng)制動，長時間制動導致剎車片過熱，出現(xiàn)剎車失靈的情況，直接威脅行車安全。但如果車輛加裝了輔助制動裝置，則可以為車輛提供額外的輔助制動能量，能將車輛的速度控制在一定范圍內(nèi)不至于下坡時其速度越跑越快，能夠保護車輛的行駛安全[1]。因此這種輔助制動裝置能夠為車輛剎車系統(tǒng)提供制動能量補充，緩解由于車輛剎車系統(tǒng)持續(xù)工作的疲勞狀態(tài)，這種輔助制動系統(tǒng)對于保障車輛在特殊路況的行車安全是必不可少的一種方式。本文將重點介紹兩種常見的輔助制動裝置。

本文將重點研究輔助制動裝置的制動原理、制動類型和制動過程等工作。進而分析車輛制動系統(tǒng)的制動性能，通過對車輛制動系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)進行分析，獲取輔助制動裝置的可靠性的量化結(jié)果，為車用輔助制動器的在實車環(huán)境下的可靠性提供依據(jù)，對加裝輔助制動器的車輛的在特殊路況下的作用，以及安全駕駛的實際指導意義。

2 ?輔助制動裝置的工作原理

按照其工作原理和結(jié)構(gòu)形式的不同，車輛輔助制動裝置大致可分為三類，即排氣蝶閥制動裝置、泄氣式制動裝置和壓縮釋放式制動裝置。經(jīng)過試驗檢驗，其中以結(jié)構(gòu)形式簡單的排氣制動和以高效的制動效率的壓縮制動的兩種輔助制動方式在國內(nèi)最受車輛廠家的青睞。以下將對這兩種制動方式進行深入研究。

2.1 排氣制動

排氣制動器作為國內(nèi)最常見的制動方式，通過一種高效的碟型閥實現(xiàn)排氣制動的功能，將制動閥安裝在車輛發(fā)動機的排氣歧管出口處。

與其它類型的輔助制動裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)形式相比較，排氣蝶閥制動裝置的結(jié)構(gòu)相對簡單，加裝排氣蝶閥制動裝置的車輛，通過壓縮空氣為蝶閥提供動能，使其閉合將發(fā)動機排氣管堵死，從而形成可控的排氣背壓力在發(fā)動機氣缸內(nèi)部，進而使得發(fā)動機排氣行程的功耗不斷增加，使發(fā)動機其轉(zhuǎn)速不斷降低，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的降低必然將導致車速的降低，進而短時間內(nèi)達到輔助制動的效果。蝶閥由于阻止排氣氣流從而使得發(fā)動機內(nèi)部的背壓不斷提高，這樣制動功率的增加是通過排氣背壓的不斷增大來實現(xiàn)的。與其它制動器相比，排氣蝶閥結(jié)構(gòu)相對簡單，性價比較高，但制動效果比較低。其結(jié)構(gòu)原理圖、實物圖和安裝結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

排氣制動裝置的核心部件為蝶形排氣制動閥。如圖1為一種典型的蝶形排氣制動閥的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作過程為將通氣閥4接到排煙管出口處，控制電磁閥1接通，將高壓空氣從電磁閥通氣接頭5處進入氣缸2來控制閥片的開啟和閉合。當閥片關(guān)閉時，蝶閥處于輔助制動狀態(tài)，當閥片開啟時，輔助制動裝置不起制動作用。（圖2、圖3）

采用排氣蝶閥制動的發(fā)動機可以在連續(xù)下坡的情況下，減少使用主制動器，達到車輛能夠保持穩(wěn)定低速下坡，同時盡量為主制動器減負，減少其持續(xù)使用頻率，可以延緩剎車片的磨損，延長其壽命;加裝排氣蝶閥制動裝置的車輛，會減少發(fā)動機的燃料消耗，節(jié)約整車的能耗，延長車輛發(fā)動機的使用時間，克服了發(fā)動機的慣性力，可以保持發(fā)動機溫度不變，從而減輕了發(fā)動機的熱疲勞現(xiàn)象[2]。同時與主制動器配合使用，提高了發(fā)動機制動的平穩(wěn)性和舒適性，為車輛提供安全可靠的制動效率。

2.2 壓縮制動裝置

加裝壓縮制動裝置的車輛其工作原理也是能力消耗，車輛的功率消耗是利用倒拖發(fā)動機的運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，這樣可以有效降低車輛的行駛動能，在發(fā)動機上加裝一種輔助裝置，利用液壓式原理，將排氣門于氣缸壓縮沖程終了前提前開啟，釋放壓縮行程能量，將氣缸內(nèi)被壓縮的氣體提前排出，這樣將導致發(fā)動機壓縮行程的功，提前釋放到發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中去了[3]。在下一個循環(huán)膨脹做功行程中，由于液壓裝置的作用，發(fā)動機的排氣門關(guān)閉，由于提前排氣，缸內(nèi)近乎真空狀態(tài)，活塞向下運動類似一個抽真空的過程，生成負功。發(fā)動機制動過程如圖4所示。

壓縮制動裝置的工作過程為：當車輛壓縮制動裝置起作用時，將車輛的油門踏板處于零位，嚙合離合器，控制電磁閥接通，保持其上電開啟狀態(tài)，利用車輛的機油將壓縮制動裝置的低壓油路充滿。由于機油壓力的作用，給其施加向上的作用力，使控制閥體上升，使低壓油路和高壓油路保持連通，借助高壓油路機油的作用力，將給主動活塞一個反作用力，迫使活塞下行，并與氣門（噴油）搖臂調(diào)節(jié)螺栓末端接觸。

根據(jù)缸內(nèi)的運動規(guī)律，氣門（噴油）推桿上行，反過來推動主動活塞上行，由于高壓油路的機油的作用力，使閥體中的單向閥關(guān)閉，進而將主/從動活塞之間的高壓油路的機油切斷。隨著發(fā)動機的繼續(xù)運動，使得主動活塞不斷上行，由于機油的不可壓縮性，導致從動活塞跟隨主動活塞的上行和下行，進而在發(fā)動機壓縮上止點前將排氣門打開，釋放壓縮行程能量，實現(xiàn)壓縮制動器的整個工作過程[4]。

車輛壓縮制動裝置是作為一種剎車系統(tǒng)的補充加裝在發(fā)動機上，為車輛提供可靠的制動提供補充能量，借助動力吸收裝置的工作原理，將車輛動力裝置變成了類似于空壓機式的動力裝置，從而將主制動器負載的壓力大大的減輕。其工作原理是通過改變配氣相位，使發(fā)動機排氣門開啟和關(guān)閉的時間發(fā)生變化，從而達到降低車速的目的，排氣門在壓縮沖程結(jié)束前提前開啟，這樣可以提前釋放壓縮行程的能量，將其排出到排氣系統(tǒng)中，能量對活塞的作用力將大大減弱，通過車輪和傳動裝置將車輛的動能傳遞給發(fā)動機，進而返拖著發(fā)動機轉(zhuǎn)動。壓縮制動器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制動功率大、制動效果好的特點，其價格也是比較貴的。

3 ?試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)康明斯發(fā)動機的制動性能試驗研究，通過采用發(fā)動機制動功率百分比來反應(yīng)發(fā)動機制動器的制動性能，制動功率百分比的計算是指發(fā)動機輔助制動裝置的功率在相同轉(zhuǎn)速下發(fā)動機的輸出功率所占的份額。

通過試驗驗證，獲取發(fā)動機的外特性的試驗數(shù)據(jù)和輔助制動裝置的制動效率的試驗數(shù)據(jù)。通過對發(fā)動機從1100rpm到1900rpm，每100rpm進行制動性能和外特性性能進行試驗驗證，獲得發(fā)動機制動效率和外特性的試驗數(shù)據(jù)并計算繪制了制動效率百分比曲線圖。（表1）

從制動功率百分比的曲線圖6中可以看出，當發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時，輔助制動裝置的制動功率可以達到35%以上，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到1700r/min及以上時，輔助制動裝置的制動效率可以提升到50%以上，并隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的進一步提升，其制動功率可以不斷提高。（圖6）

4 ?總結(jié)

本文通過對車輛輔助制動裝置的工作原理和制動性能的研究，深入分析了車輛輔助制動裝置的過程。將兩種制動裝置排氣蝶閥制動裝置和壓縮制動裝置配合使用，可以產(chǎn)生很好的制動效果。為車輛特別是大型商用車在特殊環(huán)境的行車提供安全可靠的制動能量保障。

對于安裝輔助制動裝置的車輛，其對于行車的安全是肯定的，可以有效減少由于長距離下坡制動對車輛輪胎和剎車片的磨損，提高車輛的安全系數(shù)和設(shè)備運營效率等，可以確定的是，隨著車輛制動器技術(shù)的不斷發(fā)展和加裝制動器車輛的不斷普及，會有更多更好的新技術(shù)應(yīng)用到車輛的制動系統(tǒng)中，為車輛提供更安全、高效的駕駛體驗。

參考文獻：

[1]余強.汽車下坡持續(xù)制動性能研究[D].西安：西安交通大學，2000.

[2]付維舟，桑永生.排氣制動結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用[J].陜西汽車，1994（2）.

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[4]張英，鐘躍蘭，等.壓縮釋放制動在重型柴油機上的應(yīng)用研究[J].車用發(fā)動機，2018（5）.