陳東照

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)運(yùn)用分析

陳東照

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

當(dāng)今汽車逐漸向大功率、高速度等方向發(fā)展，對(duì)汽車制動(dòng)性能提出了越來越高的要求。為了減少交通事故，保證行車安全，有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)技術(shù)顯得尤為重要。本文通過分析發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)工作原理及其對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響,發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輔助制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作特性，提出了實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的必要性和發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)運(yùn)用要領(lǐng)。

汽車輔助制動(dòng)技術(shù)；制動(dòng)性能；發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-04-04

引言

汽車減速以至停車的過程稱為制動(dòng)，制動(dòng)性能是汽車的主要性能之一，直接關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，隨著我國道路運(yùn)輸物流業(yè)的快速發(fā)展，汽車的車速和裝載能力大幅度提升，機(jī)械摩擦式車輪制動(dòng)器已不能滿足車輛的制動(dòng)要求，尤其在山區(qū)行駛的汽車因頻繁使用車輪制動(dòng)器，使制動(dòng)摩擦片磨損加劇、制動(dòng)器溫度過高（常在300℃以上，甚至高達(dá)600～700℃），引起制動(dòng)功能嚴(yán)重失效，各種交通事故頻繁發(fā)生。“發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)”是一種功能獨(dú)特、性能優(yōu)良的汽車輔助制動(dòng)裝置，有效地運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)能夠減輕車輪制動(dòng)器的工作負(fù)荷、降低工作溫度、延長使用壽命，提高綜合制動(dòng)效果，保證行駛安全[1]。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)工作原理

正常行駛的汽車需要減速或停車時(shí)，放松加速踏板，在發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞路線沒有切斷的前提下（離合器接合、變速器處于某擋位），汽車的行駛慣性力將通過驅(qū)動(dòng)輪和傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，汽車在行駛慣性力作用下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) “反拖”輸入的動(dòng)能大部分耗損在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣、壓縮和排氣過程，小部分消耗于對(duì)水泵、油泵、空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等附件的驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)及上述各附件所產(chǎn)生的阻礙曲軸旋轉(zhuǎn)的阻力矩，即是對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生的制動(dòng)力矩[2]。它將通過傳動(dòng)系統(tǒng)放大后傳給驅(qū)動(dòng)輪，迫使汽車減速。檔位越低對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生的制動(dòng)力矩越大，減速效果越明顯。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置工作分析

為了提高汽車的綜合制動(dòng)效果，在商用汽車尤其是經(jīng)常在山區(qū)行駛的大型貨車上裝備了輔助制動(dòng)裝置。許多國家的交通法規(guī)已將輔助制動(dòng)裝置作為商用汽車的必備系統(tǒng)。如德國的交通法規(guī)明文規(guī)定：總質(zhì)量在5.5噸以上的客車和9噸以上的載重汽車，必須安裝輔助制動(dòng)裝置。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2012《機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行技術(shù)條件》規(guī)定：“車長大于9m的客車（對(duì)專用校車為車長大于8m）、總質(zhì)量大于等于12000kg的貨車和專項(xiàng)作業(yè)車、所有危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車，應(yīng)裝備緩速器或其他輔助制動(dòng)裝置”。緩速器可分為發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器、牽引電動(dòng)機(jī)緩速器、空氣動(dòng)力緩速器、電渦流緩速器等等。本文只介紹發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器[3]。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器

在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)起作用時(shí)，作為車輛動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)變成了消耗汽車動(dòng)能而對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)起緩速作用的空氣壓縮機(jī)。被反拖的發(fā)動(dòng)機(jī)仍然按照進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)行程工作，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的工作效果，在壓縮終了時(shí)緩速器強(qiáng)迫排氣門打開，改變排氣門的配氣相位，將壓縮后的高壓氣體排出，從而減少在做功行程對(duì)活塞所做的功，這樣將產(chǎn)生能量的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)變成了吸收能量的空氣壓縮機(jī)，如圖1所示。

在康明斯ISM11系列，東風(fēng)dCi11系列，玉柴YC6K12、錫柴CA6DN系列等發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的皆可博（Jake Brake）發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器如圖2所示。由本體、電磁閥、控制閥、調(diào)節(jié)螺釘、從動(dòng)活塞和主動(dòng)活塞等主要零部件組成。

控制閥之前的油路稱為低壓回路，控制閥到主動(dòng)活塞之間的油路為高壓回路。當(dāng)駕駛員松開加速踏板且離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，電控閥通電開啟，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油經(jīng)開啟的電控閥流入控制閥，壓迫控制閥的球形單向閥上移開啟，機(jī)油流入高壓回路。主動(dòng)活塞在油壓作用下向下移動(dòng)與搖臂接觸。凸輪軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)推桿上升時(shí)，通過搖臂推動(dòng)主動(dòng)活塞上移，高壓回路的容積減小，油壓升高，迫使控制閥內(nèi)的球形單向閥落座關(guān)閉，形成密封的高壓容腔[4]。由于機(jī)油的不可壓縮性，隨著主動(dòng)活塞的繼續(xù)上移，高壓容腔內(nèi)進(jìn)一步增高的油壓力克服從動(dòng)活塞和排氣門的彈簧彈力，推動(dòng)從動(dòng)活塞下移，強(qiáng)迫排氣門開啟，使壓縮終了的高壓氣體釋放到排氣系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為2100 r/min 時(shí)，排氣門每秒動(dòng)作17次。在駕駛員踩下離合器或加速踏板時(shí)，電控閥斷電而關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的進(jìn)油路，打開泄油道，高壓回路泄油，主、從動(dòng)活塞復(fù)位，緩速器停止工作。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輔助制動(dòng)裝置

2014年1月至2015年8月我院對(duì)68例復(fù)雜脛骨平臺(tái)粉碎性骨折合并三柱損傷患者進(jìn)行了分析研究,我們將患者分成了對(duì)照組和觀察組,均有34例,兩組的一般性資料對(duì)比不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性,能夠進(jìn)行對(duì)比分析。

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輔助制動(dòng)裝置安裝在排氣歧管上，制動(dòng)時(shí)利用旋轉(zhuǎn)的碟形節(jié)流閥堵塞排氣通道并停止供油，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)形成可控的背壓力，以增加發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程的功率消耗，快速降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過傳動(dòng)系統(tǒng)吸收汽車的動(dòng)能，從而產(chǎn)生制動(dòng)作用，如圖3所示。汽車下長坡時(shí)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輔助制動(dòng)所吸收的功率可以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的50%以上[5]。

電磁氣壓控制式排氣制動(dòng)裝置的工作原理如圖4所示。放松加速踏板時(shí)，排氣制動(dòng)開關(guān)7被接通，信號(hào)燈8點(diǎn)亮，電流經(jīng)離合器開關(guān)10、電磁閥線圈15和加速開關(guān)11形成回路。電磁閥15產(chǎn)生的電磁吸力關(guān)閉排氣口，打開進(jìn)氣道，壓縮空氣同時(shí)進(jìn)入排氣制動(dòng)閥、進(jìn)氣消音閥和熄火操縱臂的三個(gè)氣缸，使柴油機(jī)停止供油，并關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣通道，實(shí)現(xiàn)排氣制動(dòng)。

3、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響

汽車在行駛過程中，強(qiáng)制地減速以致停車，且保證行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時(shí)維持一定行駛速度的能力稱為汽車的制動(dòng)性。汽車的制動(dòng)性能通過制動(dòng)效能、制動(dòng)效能的恒定性和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)［1］。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)將對(duì)汽車的制動(dòng)性能產(chǎn)生以下影響。

3.1 對(duì)制動(dòng)效能的影響

制動(dòng)效能是指汽車迅速減速直至停車的能力。用汽車在良好路面以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度進(jìn)行評(píng)定。制動(dòng)減速度是制動(dòng)時(shí)車速對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，與制動(dòng)力及附著力有關(guān)。制動(dòng)距離的理論計(jì)算公式為：

式中，S為制動(dòng)距離（m）；t1為駕駛員剛踩著制動(dòng)踏板到汽車開始產(chǎn)生制動(dòng)力所經(jīng)歷的時(shí)間（s）；t2為制動(dòng)力由零增加到穩(wěn)定值所經(jīng)歷的時(shí)間（s），（t1＋t2）稱為制動(dòng)器的作用時(shí)間；u0為開始制動(dòng)時(shí)的車速（km/h）；jmax為汽車能達(dá)到的最大制動(dòng)減速度（m/s2）。

由公式可知，決定汽車制動(dòng)距離的主要因素是制動(dòng)器的作用時(shí)間、最大制動(dòng)減速度和開始制動(dòng)時(shí)的車速。在汽車下坡或預(yù)見性制動(dòng)時(shí)，為了利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用提高制動(dòng)效能，應(yīng)保持變速器掛上相應(yīng)擋位，離合器處于接合狀態(tài)，松開加速踏板，降低轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)通過傳動(dòng)系統(tǒng)克服汽車的行駛慣性力使車速降低。此時(shí)，根據(jù)需要再踩制動(dòng)踏板，因發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用使車輪制動(dòng)器開始起作用的制動(dòng)初速度降低，制動(dòng)減速度增大，制動(dòng)距離減小，因而提高了制動(dòng)效能。尤其是在附著系數(shù)特別小的冰雪路面上，有計(jì)算表明，利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的輔助作用可使制動(dòng)距離縮短20～30%。

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)對(duì)汽車產(chǎn)生的制動(dòng)力或制動(dòng)功率與當(dāng)時(shí)的行駛車速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。亞星客車集團(tuán)特種車輛廠生產(chǎn)的JS6820中型客車在變速器處于Ⅲ擋和Ⅳ擋，發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)工作時(shí)的制動(dòng)力與車速的關(guān)系曲線如圖5所示。由圖知，發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和排氣制動(dòng)所產(chǎn)生的制動(dòng)力隨車速的升高而不同程度的增大，同等車速時(shí)變速器的擋位越低，傳動(dòng)比越大，所產(chǎn)生的制動(dòng)力越大。

3.2 對(duì)制動(dòng)效能恒定性的影響

汽車高速行駛或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能保持穩(wěn)定的程度稱為制動(dòng)效能恒定性。連續(xù)制動(dòng)時(shí)車輪制動(dòng)器將汽車行駛的動(dòng)能或勢能不斷地轉(zhuǎn)換為熱能，使自身的溫度大幅度升高、摩擦因數(shù)下降、磨損加劇，制動(dòng)效能將部分或全部喪失，這種現(xiàn)象稱為制動(dòng)器的熱衰退，制動(dòng)效能恒定性主要是指其抗熱衰退的性能。制動(dòng)器的抗熱衰退性能一般用連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能的保持程度來衡量，國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBT 24007—89要求：在制動(dòng)踏板力相同的條件下，以一定車速連續(xù)制動(dòng)15次，每次的制動(dòng)減速度為3m/s2，最后的制動(dòng)效能應(yīng)不低于規(guī)定的冷試驗(yàn)制動(dòng)效能（5.8m/s2）的60%。

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)對(duì)汽車制動(dòng)效能恒定性的影響，主要體現(xiàn)在行車中發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)作用可顯著地減少車輪制動(dòng)器的使用次數(shù)，且能較長時(shí)間地發(fā)揮作用，使車輪制動(dòng)器經(jīng)常處于低溫而能產(chǎn)生最大制動(dòng)效果的工作狀態(tài)，以備緊急制動(dòng)時(shí)使用。有關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果顯示，汽車恒速下長坡，前后制動(dòng)器與使用不同擋位發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)聯(lián)合作用時(shí)，隨著擋位的降低，發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖的制動(dòng)功率增大，使前后車輪制動(dòng)器所吸收的制動(dòng)功率降低，制動(dòng)器的最高溫度和溫升斜率均明顯下降，有效提高了制動(dòng)效能恒定性。汽車恒速下長坡，后制動(dòng)器與使用不同擋位發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)聯(lián)合作用時(shí)，制動(dòng)器溫度與行程的關(guān)系曲線如圖6所示［3］。

3.3 對(duì)制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性的影響

制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑及失去轉(zhuǎn)向能力的性能稱為制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。制動(dòng)時(shí)汽車自動(dòng)向左或向右偏

駛稱為“制動(dòng)跑偏”，汽車某一軸或兩軸橫向移動(dòng)稱為“側(cè)滑”，彎道制動(dòng)時(shí)汽車沿切線方向駛出，或直線行駛制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤后汽車仍按直線方向行駛的現(xiàn)象稱為“失去轉(zhuǎn)向能力”。利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力矩通過傳動(dòng)系統(tǒng)的差速器平均分配在左右驅(qū)動(dòng)車輪上，有效地減少了汽車跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力的可能性，尤其在泥濘、冰雪等滑溜路面的作用效果會(huì)更加明顯。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)工況下，改變了前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配比例，有增加驅(qū)動(dòng)輪抱死的趨勢，尤其是后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)因素[6]。

4、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)運(yùn)用要領(lǐng)

4.1 利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的必要條件

利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，必須保證發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞路線處于接合狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)不能熄火，且完全放松加速踏板（油門）。因而，手動(dòng)變速器汽車應(yīng)處于非空擋位置，離合器處于接合狀態(tài)；自動(dòng)變速器汽車的操縱手柄（選擋手柄）應(yīng)放在L、S位置（或1、2位置），因“D”位工作時(shí)，靠單向離合器的作用實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，不能逆向傳遞動(dòng)力，沒有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。

4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置的運(yùn)用操作

應(yīng)按照《發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)使用手冊》的操作要求將發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置的控制開關(guān)放在工作位置，CA6DN系列發(fā)動(dòng)機(jī)的組合開關(guān)右手柄應(yīng)處于二擋位置，如圖7示。當(dāng)組合開關(guān)處于一擋位置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不供油，僅排氣制動(dòng)工作；當(dāng)組合開關(guān)處于二擋位置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不供油，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器和排氣輔助制動(dòng)裝置同時(shí)工作，儀表板上的輔助制動(dòng)指示燈點(diǎn)亮。實(shí)踐表明，該系列發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在1800～2200r/min范圍時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果最佳，因此應(yīng)根據(jù)坡度或車速選擇相應(yīng)的變速器擋位（一般情況下，選用上坡時(shí)的相應(yīng)擋位。所選擋位越高，車速越快，作用在驅(qū)動(dòng)輪上的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力矩越?。┎㈤g歇使用行車制動(dòng)器，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在推薦范圍內(nèi)，以發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的最大效能。當(dāng)組合開關(guān)處于OFF或一擋位置、踩油門或離合器踏板、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）起作用時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)自動(dòng)解除。

4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)與行車制動(dòng)器同時(shí)使用

在汽車高速行駛制動(dòng)時(shí)，應(yīng)同時(shí)利用行車制動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。先踩制動(dòng)踏板，當(dāng)車速降低后再踩離合器踏板換低擋。這樣既可以提高制動(dòng)效能，又能夠降低行車制動(dòng)器的使用率，對(duì)行車安全非常重要。

在預(yù)見性滑行（如前方遇到紅燈時(shí)的減速滑行）或下長坡時(shí)，離合器仍處于接合狀態(tài)，間斷地踩下制動(dòng)踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)與行車制動(dòng)器同時(shí)起作用而增大總的制動(dòng)力矩，以便有效地控制車速，提高制動(dòng)效果。

4.4 緊急制動(dòng)操作

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)是一種輔助制動(dòng)裝置，不能替代行車制動(dòng)器用于緊急制動(dòng)，也不能用于駐車制動(dòng)。在緊急制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不僅無助于制動(dòng)，反而會(huì)消耗一部分行車制動(dòng)器的制動(dòng)力去克服發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的慣性力矩，降低緊急制動(dòng)效果。因此，緊急制動(dòng)時(shí)應(yīng)同時(shí)分離離合器，脫開發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接。

4.5 滑溜路面操作

在泥濘、冰雪等滑溜路面行駛時(shí)，應(yīng)盡可能地利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，靈活運(yùn)用駐車制動(dòng)器，盡量少用或間歇使用腳制動(dòng)，以防車輛側(cè)滑。

5、結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)對(duì)汽車的制動(dòng)性能有著顯著的影響。本文通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)工作原理及其對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輔助制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作特性進(jìn)行分析，提出了發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的必要性和發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用要領(lǐng)。

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The car engine braking technology application research

Chen Dongzhao
（Henan Mechanical and Electrical Vocational College, Henan Zhengzhou 451191）

The car of high power, high speed development, put forward higher request for the automobile braking performance. In order to reduce traffic accidents, ensure the safety of driving, the effective use of auxiliary engine brake technology is very important. In this paper, by analyzing the braking principle of engine and its effect on the automobile braking performance, structure characteristics, engine retarder and engine exhaust auxiliary braking device operating characteristics, put forward the necessity of engine brake and engine braking technology essentials.

Automobile auxiliary brake technology；Braking performance；Engine brake；Engine retarder

U461.3

A

1671-7988(2014)07-04-04

陳東照，高級(jí)講師，就職于河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，主要從事汽車專業(yè)教學(xué)與科研工作。