滿 凱 王金瑞

（1.濰坊佩特萊電器有限公司，山東 濰坊 261000；2.山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院，山東 青島 266590）

0 引言

目前，柴油機使用的制動搖臂伸出小活塞的動作是由機油壓力裝置驅(qū)動的。當(dāng)發(fā)動機制動時，電磁閥打開，制動油路接通，由機油壓力驅(qū)動制動搖臂內(nèi)部的制動小活塞會伸出（此時的伸出量是固定的，不可改變），進而吃掉制動氣門間隙，使排氣門在進氣沖程下止點和壓縮上止點各開啟一次，完成制動功能[1]。但是由機油壓力驅(qū)動的制動搖臂存在一個致命缺陷，即由于制動搖臂內(nèi)部的活塞小頭伸出量固定不變，導(dǎo)致不同工況下的制動排氣門制動升程不變，因此無法在不同工況下都能達到制動功能最優(yōu)，僅能達到某個階段工況下的制動最優(yōu)值并且無法檢測制動搖臂小活塞的伸出量，無法實時在線分析制動小活塞故障。

目前制動搖臂存在的很多缺陷亟需一個改進方案，因此該文發(fā)明了一種可變制動升程的專用搖臂裝置，并制定了相應(yīng)的控制方法策略，可根據(jù)不同工況伸出不同的伸出量，使每個制動工況都處于制動最優(yōu)值，最終形成了一種電控制動搖臂控制策略，同時還可以實時監(jiān)測小活塞伸出量，便于分析制動故障等。

1 制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

壓縮釋放式制動裝置是一種高效率的制動方式，其主要工作原理是通過合理的凸輪型線設(shè)計，使進氣門仍然按照正常工作的狀態(tài)開閉，但排氣門的開閉受制動裝置的控制，在壓縮上止點前某一曲軸轉(zhuǎn)角，凸輪軸和制動裝置控制排氣門打開，釋放被壓縮的高溫、高壓氣體[2]。如圖1 所示，降低膨脹沖程開始時的缸內(nèi)壓力，減少膨脹沖程中沖量對活塞的做功，從而提高制動效能。排氣制動過程中的示功圖如圖2所示，P-V 曲線所包絡(luò)部分即為壓縮釋放制動功。

圖1 壓縮釋放式排氣制動工作原理

圖2 制動過程中P-V 示功圖

2 目前制動搖臂存在的缺陷

目前柴油機使用的制動搖臂的工作原理如下：柴油機使用的制動搖臂伸出小活塞的動作都是由機油壓力裝置驅(qū)動的[3]。當(dāng)發(fā)動機制動時，電磁閥打開，制動油路接通，由機油壓力驅(qū)動制動搖臂內(nèi)部的制動小活塞伸出（此時的伸出量是固定的，不可改變），如圖3 所示。左側(cè)圖是未通機油之前，制動搖臂右方的小活塞是沒有伸出搖臂外部的。右側(cè)圖是制動油路接通，由制動油壓驅(qū)動小活塞伸出搖臂，進而吃掉制動氣門間隙，使排氣門在進氣沖程下止點和壓縮上止點各開啟一次，完成制動功能。但是由機油壓力驅(qū)動的制動搖臂存在一個致命缺陷，即由于制動搖臂內(nèi)部的活塞小頭伸出量固定不變，導(dǎo)致不同工況下的制動排氣門制動升程不變，因此無法在不同工況下均能達到制動功能最優(yōu)，僅能達到某個階段工況的制動最優(yōu)值并且無法監(jiān)控控制動搖臂小活塞伸出量（如果制動油壓不夠，會導(dǎo)致制動小活塞無法伸出）。

圖3 制動搖臂結(jié)構(gòu)示意圖

目前制動搖臂存在的很多缺陷亟需一個改進方案，因此該文發(fā)明了一種可變制動升程的專用搖臂裝置，并制定了相應(yīng)的控制方法策略。

3 改進后的可變制動升程制動搖臂及其控制策略

改進后的可變制動升程制動搖臂件如圖4 所示，其工作原理如下：改變制動搖臂內(nèi)部小活塞的驅(qū)動裝置，將原來的機油驅(qū)動改成電機無級變速驅(qū)動，并實現(xiàn)ECU 電控。電控ECU 可根據(jù)不同的制動工況、是否制動等進行判斷，并輸出對應(yīng)的信號，使電控電機驅(qū)動制動搖臂內(nèi)部的小活塞[4]根據(jù)不同工況伸出不同的伸出量，使每個制動工況下都能達到制動最優(yōu)值，最終形成了一種電子控制動搖臂控制策略。

圖4 可變制動升程的制動搖臂示意圖

具體控制策略如下。

首先，當(dāng)柴油機處于制動工況時：不同制動氣門升程得出的制動功率曲線也不相同（如圖5 所示）。制動氣門升程高的所對應(yīng)的制動功率在高轉(zhuǎn)速工況下可以提高制動功率，而在低轉(zhuǎn)速工況下，制動功率反而不如制動升程低的功率高。這是因為高、低轉(zhuǎn)速不同工況對應(yīng)的制動最佳升程不一樣，高轉(zhuǎn)速需要高的制動升程，低轉(zhuǎn)速需要低的制動升程，這就需要一款可變制動升程的裝置和策略控制制動工況氣門的開啟高度[5]。

圖5 不同制動氣門升程對應(yīng)的制動功率曲線

其次，當(dāng)在高轉(zhuǎn)速工況下制動時，所需的制動氣門BGR升程和CR 升程都很高，這時就需要圖3 中制動搖臂內(nèi)部的制動小活塞全部伸出，從而可以得到一個最大的制動氣門升程，進而獲得高轉(zhuǎn)速工況下的最佳制動功率。

再次，當(dāng)在低轉(zhuǎn)速工況下制動時，所需的制動氣門BGR升程和CR 升程比較低，這時就需要圖4 中制動搖臂內(nèi)部的制動小活塞伸出一部分，從而可以得到一個最佳的制動氣門升程，進而獲得低轉(zhuǎn)速工況下的最佳制動功率。

從次，從高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速的整個工況下，可以調(diào)整圖4中制動搖臂的活塞伸出量，無級調(diào)節(jié)，使整個制動在不同轉(zhuǎn)速工況下都有對應(yīng)的最佳制動氣門升程，從而獲得一條最佳的制動功率曲線。

最后，從正功切換到制動，或從制動切換到正功時，需要快速調(diào)整圖5 中制動搖臂內(nèi)部的小活塞伸出量。這就需要制動搖臂附帶的電機有2 個擋位，第一檔是微調(diào)，在制動工況過程中，隨著轉(zhuǎn)速不停地調(diào)節(jié)制動小活塞伸出量。第二檔是快速調(diào)整，在正功與制動切換過程中，快速伸出或者收回一定的小活塞伸出量，同時電機將小活塞伸出量實時反饋到ECU，并實時監(jiān)測小活塞伸出量，這就是一套完整的調(diào)整裝置和控制策略。

該文將經(jīng)過優(yōu)化后的制動搖臂通過試驗進行了驗證，制動數(shù)據(jù)對比如下：在高、低轉(zhuǎn)速不同工況下，新型制動搖臂結(jié)構(gòu)的制動性能明顯優(yōu)于原結(jié)構(gòu)的制動性能，制動性能提升了10%左右，詳細數(shù)據(jù)和對比如圖6 與表1 所示。

表1 新舊制動搖臂的制動功率數(shù)據(jù)

圖6 新舊制動搖臂的制動功率曲線對比

4 結(jié)語

綜上所述，目前柴油機使用的制動搖臂存在一個致命缺陷，即由于制動搖臂內(nèi)部的活塞小頭伸出量固定不變，導(dǎo)致不同工況下的制動排氣門制動升程不變，因此無法在不同工況下都能達到制動功能最優(yōu)，僅能達到某個階段工況下的制動最優(yōu)值，無法實現(xiàn)全工況下各個點均制動最優(yōu)并且無法監(jiān)控制動搖臂小活塞伸出量等。

該文發(fā)明、制定的改進裝置與控制策略改變了制動搖臂內(nèi)部小活塞的驅(qū)動裝置，將原來的機油驅(qū)動改成了電機無級變速驅(qū)動，并實現(xiàn)了ECU 電控。電控ECU 可根據(jù)不同的制動工況、是否制動等進行判斷，并輸出對應(yīng)的信號，使電控電機驅(qū)動制動搖臂內(nèi)部的小活塞根據(jù)不同工況伸出不同的伸出量，使每個制動工況下都能達到制動最優(yōu)值，最終形成了一種電控可變制動氣門升程控制策略，同時還可以實時監(jiān)測制動小活塞伸出量，便于分析制動故障等。通過優(yōu)化后的制動搖臂的試驗驗證制動數(shù)據(jù)對比可知，在高、低轉(zhuǎn)速不同工況下，新型制動搖臂結(jié)構(gòu)的制動性能明顯優(yōu)于原結(jié)構(gòu)的制動性能，制動性能提升了10%左右，使發(fā)動機的制動配置提升了一個新的檔次。