張俊 張興剛 陳東峰 張?zhí)杰?劉逢春 魏鵬程

摘要：本文通過(guò)對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)類(lèi)型、制動(dòng)原理和制動(dòng)過(guò)程等進(jìn)行研究，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)性能進(jìn)行定量分析，通過(guò)分析計(jì)算試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，獲取制動(dòng)裝置能過(guò)持續(xù)制動(dòng)的試驗(yàn)結(jié)果，為發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)性能的安全性和適用性提供理論依據(jù)，對(duì)提高車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)效率和行車(chē)安全具有很高的利用價(jià)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(chē)用;制動(dòng)裝置;試驗(yàn)

Key words： engine;the engine braking;brake

1 ?概述

隨著汽車(chē)工業(yè)技術(shù)的不斷前進(jìn)，車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不斷向高功率發(fā)展，汽車(chē)不斷提高性能技術(shù)和日趨完善的道路通行條件，汽車(chē)起動(dòng)最高駕駛速度的不斷提升，將導(dǎo)致其的制動(dòng)負(fù)荷和剎車(chē)距離也越來(lái)越長(zhǎng)。特別處于連續(xù)下坡的汽車(chē)，將擋位定位中高檔上已成為多數(shù)駕駛員的行車(chē)習(xí)慣，以實(shí)現(xiàn)用最短的時(shí)間通過(guò)坡度下滑路段。如果車(chē)輛加裝可以輔助制動(dòng)的裝置，僅依靠車(chē)輛自身的剎車(chē)系統(tǒng)制動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)導(dǎo)致剎車(chē)片過(guò)熱，出現(xiàn)剎車(chē)失靈的情況，直接威脅行車(chē)安全。但如果車(chē)輛加裝了輔助制動(dòng)裝置，則可以為車(chē)輛提供額外的輔助制動(dòng)能量，能將車(chē)輛的速度控制在一定范圍內(nèi)不至于下坡時(shí)其速度越跑越快，能夠保護(hù)車(chē)輛的行駛安全[1]。因此這種輔助制動(dòng)裝置能夠?yàn)檐?chē)輛剎車(chē)系統(tǒng)提供制動(dòng)能量補(bǔ)充，緩解由于車(chē)輛剎車(chē)系統(tǒng)持續(xù)工作的疲勞狀態(tài)，這種輔助制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于保障車(chē)輛在特殊路況的行車(chē)安全是必不可少的一種方式。本文將重點(diǎn)介紹兩種常見(jiàn)的輔助制動(dòng)裝置。

本文將重點(diǎn)研究輔助制動(dòng)裝置的制動(dòng)原理、制動(dòng)類(lèi)型和制動(dòng)過(guò)程等工作。進(jìn)而分析車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)性能，通過(guò)對(duì)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取輔助制動(dòng)裝置的可靠性的量化結(jié)果，為車(chē)用輔助制動(dòng)器的在實(shí)車(chē)環(huán)境下的可靠性提供依據(jù)，對(duì)加裝輔助制動(dòng)器的車(chē)輛的在特殊路況下的作用，以及安全駕駛的實(shí)際指導(dǎo)意義。

2 ?輔助制動(dòng)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(chē)輛輔助制動(dòng)裝置大致可分為三類(lèi)，即排氣蝶閥制動(dòng)裝置、泄氣式制動(dòng)裝置和壓縮釋放式制動(dòng)裝置。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)，其中以結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單的排氣制動(dòng)和以高效的制動(dòng)效率的壓縮制動(dòng)的兩種輔助制動(dòng)方式在國(guó)內(nèi)最受車(chē)輛廠家的青睞。以下將對(duì)這兩種制動(dòng)方式進(jìn)行深入研究。

2.1 排氣制動(dòng)

排氣制動(dòng)器作為國(guó)內(nèi)最常見(jiàn)的制動(dòng)方式，通過(guò)一種高效的碟型閥實(shí)現(xiàn)排氣制動(dòng)的功能，將制動(dòng)閥安裝在車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管出口處。

與其它類(lèi)型的輔助制動(dòng)裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)形式相比較，排氣蝶閥制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，加裝排氣蝶閥制動(dòng)裝置的車(chē)輛，通過(guò)壓縮空氣為蝶閥提供動(dòng)能，使其閉合將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管堵死，從而形成可控的排氣背壓力在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部，進(jìn)而使得發(fā)動(dòng)機(jī)排氣行程的功耗不斷增加，使發(fā)動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速不斷降低，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低必然將導(dǎo)致車(chē)速的降低，進(jìn)而短時(shí)間內(nèi)達(dá)到輔助制動(dòng)的效果。蝶閥由于阻止排氣氣流從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的背壓不斷提高，這樣制動(dòng)功率的增加是通過(guò)排氣背壓的不斷增大來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與其它制動(dòng)器相比，排氣蝶閥結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比較高，但制動(dòng)效果比較低。其結(jié)構(gòu)原理圖、實(shí)物圖和安裝結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

排氣制動(dòng)裝置的核心部件為蝶形排氣制動(dòng)閥。如圖1為一種典型的蝶形排氣制動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作過(guò)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(jìn)入氣缸2來(lái)控制閥片的開(kāi)啟和閉合。當(dāng)閥片關(guān)閉時(shí)，蝶閥處于輔助制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)閥片開(kāi)啟時(shí)，輔助制動(dòng)裝置不起制動(dòng)作用。（圖2、圖3）

采用排氣蝶閥制動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以在連續(xù)下坡的情況下，減少使用主制動(dòng)器，達(dá)到車(chē)輛能夠保持穩(wěn)定低速下坡，同時(shí)盡量為主制動(dòng)器減負(fù)，減少其持續(xù)使用頻率，可以延緩剎車(chē)片的磨損，延長(zhǎng)其壽命;加裝排氣蝶閥制動(dòng)裝置的車(chē)輛，會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗，節(jié)約整車(chē)的能耗，延長(zhǎng)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的使用時(shí)間，克服了發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性力，可以保持發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不變，從而減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱疲勞現(xiàn)象[2]。同時(shí)與主制動(dòng)器配合使用，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的平穩(wěn)性和舒適性，為車(chē)輛提供安全可靠的制動(dòng)效率。

2.2 壓縮制動(dòng)裝置

加裝壓縮制動(dòng)裝置的車(chē)輛其工作原理也是能力消耗，車(chē)輛的功率消耗是利用倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣可以有效降低車(chē)輛的行駛動(dòng)能，在發(fā)動(dòng)機(jī)上加裝一種輔助裝置，利用液壓式原理，將排氣門(mén)于氣缸壓縮沖程終了前提前開(kāi)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(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程的功，提前釋放到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中去了[3]。在下一個(gè)循環(huán)膨脹做功行程中，由于液壓裝置的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門(mén)關(guān)閉，由于提前排氣，缸內(nèi)近乎真空狀態(tài)，活塞向下運(yùn)動(dòng)類(lèi)似一個(gè)抽真空的過(guò)程，生成負(fù)功。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)過(guò)程如圖4所示。

壓縮制動(dòng)裝置的工作過(guò)程為：當(dāng)車(chē)輛壓縮制動(dòng)裝置起作用時(shí)，將車(chē)輛的油門(mén)踏板處于零位，嚙合離合器，控制電磁閥接通，保持其上電開(kāi)啟狀態(tài)，利用車(chē)輛的機(jī)油將壓縮制動(dòng)裝置的低壓油路充滿(mǎn)。由于機(jī)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(jī)油的作用力，將給主動(dòng)活塞一個(gè)反作用力，迫使活塞下行，并與氣門(mén)（噴油）搖臂調(diào)節(jié)螺栓末端接觸。

根據(jù)缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，氣門(mén)（噴油）推桿上行，反過(guò)來(lái)推動(dòng)主動(dòng)活塞上行，由于高壓油路的機(jī)油的作用力，使閥體中的單向閥關(guān)閉，進(jìn)而將主/從動(dòng)活塞之間的高壓油路的機(jī)油切斷。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，使得主動(dòng)活塞不斷上行，由于機(jī)油的不可壓縮性，導(dǎo)致從動(dòng)活塞跟隨主動(dòng)活塞的上行和下行，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮上止點(diǎn)前將排氣門(mén)打開(kāi)，釋放壓縮行程能量，實(shí)現(xiàn)壓縮制動(dòng)器的整個(gè)工作過(guò)程[4]。

車(chē)輛壓縮制動(dòng)裝置是作為一種剎車(chē)系統(tǒng)的補(bǔ)充加裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，為車(chē)輛提供可靠的制動(dòng)提供補(bǔ)充能量，借助動(dòng)力吸收裝置的工作原理，將車(chē)輛動(dòng)力裝置變成了類(lèi)似于空壓機(jī)式的動(dòng)力裝置，從而將主制動(dòng)器負(fù)載的壓力大大的減輕。其工作原理是通過(guò)改變配氣相位，使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間發(fā)生變化，從而達(dá)到降低車(chē)速的目的，排氣門(mén)在壓縮沖程結(jié)束前提前開(kāi)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(duì)活塞的作用力將大大減弱，通過(guò)車(chē)輪和傳動(dòng)裝置將車(chē)輛的動(dòng)能傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而返拖著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。壓縮制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制動(dòng)功率大、制動(dòng)效果好的特點(diǎn)，其價(jià)格也是比較貴的。

3 ?試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)性能試驗(yàn)研究，通過(guò)采用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率百分比來(lái)反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)性能，制動(dòng)功率百分比的計(jì)算是指發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置的功率在相同轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率所占的份額。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和輔助制動(dòng)裝置的制動(dòng)效率的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)從1100rpm到1900rpm，每100rpm進(jìn)行制動(dòng)性能和外特性性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效率和外特性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算繪制了制動(dòng)效率百分比曲線圖。（表1）

從制動(dòng)功率百分比的曲線圖6中可以看出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，輔助制動(dòng)裝置的制動(dòng)功率可以達(dá)到35%以上，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1700r/min及以上時(shí)，輔助制動(dòng)裝置的制動(dòng)效率可以提升到50%以上，并隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提升，其制動(dòng)功率可以不斷提高。（圖6）

4 ?總結(jié)

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

對(duì)于安裝輔助制動(dòng)裝置的車(chē)輛，其對(duì)于行車(chē)的安全是肯定的，可以有效減少由于長(zhǎng)距離下坡制動(dòng)對(duì)車(chē)輛輪胎和剎車(chē)片的磨損，提高車(chē)輛的安全系數(shù)和設(shè)備運(yùn)營(yíng)效率等，可以確定的是，隨著車(chē)輛制動(dòng)器技術(shù)的不斷發(fā)展和加裝制動(dòng)器車(chē)輛的不斷普及，會(huì)有更多更好的新技術(shù)應(yīng)用到車(chē)輛的制動(dòng)系統(tǒng)中，為車(chē)輛提供更安全、高效的駕駛體驗(yàn)。

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