發(fā)動機缸內(nèi)制動技術原理及應用

延磊，解己酉，衛(wèi)玉寶，李璋靚，張軻，劉翠巧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

發(fā)動機缸內(nèi)制動技術原理及應用

延磊，解己酉，衛(wèi)玉寶，李璋靚，張軻，劉翠巧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

發(fā)動機制動器又叫發(fā)動機緩速器，是一種輔助制動裝置，當制動器啟動以后，發(fā)動機轉換為吸收能量的壓縮機，幫助重卡或客車在連續(xù)下坡時控制車輛減速，安全快速的通過長距離下坡路段。

壓縮釋放型發(fā)動機制動；全固鏈式；結構簡單；布置方便；安全性；穩(wěn)定性

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-186-03

前言

我國交通部在1997年頒布JT/T325《營運客車類型劃分及等級評定》標準，并于2002年進行了修訂，規(guī)定在大型、中型的高二、高三級營運公路客車上必須安裝緩速器。2012年，GB7258-7.5條重點提出了輔助制動的新標準：車長大于9m的客車、總質量大于12000kg的貨車、所有危險貨物運輸車，應裝備緩速器或其他輔助制動裝置。

2011年3月30日在北京舉行的GB7258《機動車運行安全技術條件》新標準制定研討會決議：超過12噸以上的卡車和危險品運輸車將被強制安裝緩速器或其他輔助制動裝置。具體要求為：1999年的GB12676的檢測標準：滿負荷的卡車在6%的下坡道上，不得使用車輛主剎車裝置，而僅僅使用輔助制動系統(tǒng)，卡車要能以30公里/小時的穩(wěn)定速度下坡，持續(xù)時間12分鐘。

目前車輛輔助制動共有三種類型：發(fā)動機缸內(nèi)制動技術、液力緩速器及電渦流緩速器，他們的優(yōu)缺點見下表：

表1

相比較而言，發(fā)動機缸內(nèi)制動是最合理的輔助制動技術，由于其改變了發(fā)動機的工作狀態(tài)，從源頭（發(fā)動機）產(chǎn)生倒拖的制動力，因此無論從制動性能，能耗，還是成本，特別是持續(xù)制動能力方面，都明顯優(yōu)于其他輔助制動裝置。

1 發(fā)動機制動的原理

發(fā)動機制動的原理在發(fā)動機發(fā)明后不久就被人掌握了，而且在1961年，也就是半個世紀之前，成功地轉換為商業(yè)產(chǎn)品。發(fā)動機制動器是一種將產(chǎn)生動力的發(fā)動機轉換為吸收能量的空壓機，從而使車輛減速的裝置。這種轉換可以通過切斷燃油，在發(fā)動機活塞壓縮沖程接近結束時打開排氣閥，允許被壓縮空氣被釋放，發(fā)動機在壓縮沖程中壓縮氣體所吸收的能量，不能在隨后的膨脹沖程中返回到發(fā)動機的活塞，而是通過發(fā)動機的排氣及散熱系統(tǒng)散發(fā)掉，產(chǎn)生有效的發(fā)動機制動，減緩車輛的速度。發(fā)動機制動技術是一種發(fā)動機的氣門驅動技術，而發(fā)動機制動器就是一種將發(fā)動機的排氣門在適當?shù)臅r候（非排氣沖程）打開的驅動機構。發(fā)動機制動的基本原理幾乎上百年不變，而發(fā)動機制動的驅動機構卻日新月異。

1.1 發(fā)動機制動的優(yōu)點

（1）提升安全性：提供持續(xù)不變的制動力，避免頻繁或長時間使用輪剎而造成的輪胎磨損、剎車片過熱、制動衰退與失效；

（2）降低保養(yǎng)和維修成本：避免了頻繁更換剎車片和輪胎造成資源浪費、成本和維修增加；

（3）提高運輸效率：沒有發(fā)動機制動的車輛無法快速盤山，下陡坡，運輸效率低；

（4）減少排放，延長發(fā)動機壽命：防止發(fā)動機變冷，減少發(fā)動機冷啟動（冒黑煙），降低發(fā)動機排放；同時減少發(fā)動機變冷造成的磨損，延長發(fā)動機壽命。

1.2 發(fā)動機制動的種類

發(fā)動機制動可以分為兩大類，即壓縮釋放型發(fā)動機制動和泄氣型發(fā)動機制動。

（1）壓縮釋放型發(fā)動機制動（高功率制動）

壓縮釋放型發(fā)動機制動裝置在發(fā)動機活塞壓縮沖程接近結束時打開排氣閥，允許被壓縮空氣被釋放，這樣發(fā)動機在壓縮沖程中所吸收的能量沒有在隨后的膨脹沖程中返回給活塞，如此便產(chǎn)生了有效的發(fā)動機制動力，減緩車輛的速度。壓縮釋放型制動器結構相對復雜，造價較高，卻可以提供最大的制動功率，尤順智動的所有發(fā)動機制動器均為壓縮釋放型。

圖1

（2）泄氣型發(fā)動機制動（低功率制動）

在泄氣型發(fā)動機制動時，排氣閥除了正常的開啟之外，還在部分周期內(nèi)保持微量打開(部分周期泄氣制動)，或在非排氣沖程的周期內(nèi) (進氣沖程，壓縮沖程和膨脹沖程)保持微量恒開(全周期泄氣制動)。部分周期泄氣制動和全周期泄氣制動的主要區(qū)別，在于前者在大部分的進氣沖程中不打開排氣閥。

在通常情況下，泄氣制動將排氣門在遠離發(fā)動機壓縮上止點的地方打開，然后將制動閥門保持微量恒開。泄氣型發(fā)動機制動必須與排氣制動（如排氣蝶閥）合用（聯(lián)合制動）。中國濰柴、重汽和杭發(fā)從德國曼（MAN）引進的就是部分周期泄氣制動技術。這種泄氣制動技術不是電控的，而是依靠提高排氣背壓致使排氣門反跳（浮閥）來啟動發(fā)動機制動的。

圖2

由于泄氣型發(fā)動機制動的制動功率低于壓縮釋放型，尤其是在發(fā)動機的中、低轉速（也是實際應用轉速）段，泄氣型發(fā)動機制動無法滿足車輛的制動要求。

2 尤順制動的介紹

在卡車超載從來都是我國在道路運輸過程中的一項重大交通安全隱患，根據(jù)整車廠技術人員在事故現(xiàn)場的調查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生事故車輛的ecu（也被看做是卡車的黑匣子，記錄所有發(fā)動機信息）記錄有70%多的事故車輛在事發(fā)時發(fā)動機轉速均超過2800轉，有的甚至超過3500轉，大部分液壓式制動器由于其固有的液壓缺陷，在ECU設置時規(guī)定當發(fā)動機轉速達到2100轉以上時需要關閉液壓制動功能，而固鏈式制動器可以隨著發(fā)動機轉速的上升而等比提供更大的制動功率，當轉速達到一定程度時，其制動功率（負功）可以超過發(fā)動機的額定正功率。因此，選擇液壓式制動器可能因為制動器不工作而引發(fā)致命的安全事故，而選用固鏈式制動器可確保制動器在發(fā)動機任何轉速下均正常工作。固鏈式搖臂制動器（壓縮釋放型）全固鏈式機構不同于國外液壓結構，是通過機械鏈接打開氣門實現(xiàn)制動，提高了制動可靠性；制動功能集成于現(xiàn)有的搖臂當中，大幅降低了制造成本；因為采用固鏈式搖臂制動器（壓縮釋放型）全固鏈式機構的尤順制動器被業(yè)內(nèi)公認為最“聰明”的制動結構設計。

圖3

尤順智動固鏈式制動器和國外品牌制動器在同一款8.6升發(fā)動機的制動功率測試值比較：

圖4

3 尤順制動在濰柴WP12中的應用

3.1 WP12尤順制動系統(tǒng)介紹

WP12尤順制動系統(tǒng)結構

圖5

圖6

采用壓縮釋放和泄氣復合制動方式，保留了WEVB制動系統(tǒng)的蝶閥結構，有效降低了制動工況下的噪聲，降低了配氣系統(tǒng)的應力，提高了整機的系統(tǒng)可靠性；制動裝置集成于排氣搖臂內(nèi)，結構簡單，布置方便；制動系統(tǒng)結構均集成于缸蓋罩內(nèi)部，整機三維不變。

3.2 WP12尤順制動系統(tǒng)性能

WP12尤順制動系統(tǒng)在2100r/min制動工況下，裸機功率達247kW，整車制動功率可達275kW，保障整車使用的安全性和穩(wěn)定性；與WEVB制動系統(tǒng)相比，低速制動功率增加一倍，高速下制動功率增加近40%。

圖7

由于制動系統(tǒng)功率增加，整車制動狀態(tài)下，發(fā)動機轉速下降，保障了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；與WEVB制動系統(tǒng)相比，蝶閥壓力降低至270kPa，有效提高了蝶閥系統(tǒng)的可靠性。

4 總結

目前尤順智動的壓縮釋放型制動器以其創(chuàng)紀錄的制動功率及卓越的可靠性，已經(jīng)標配于一汽錫柴6DM 11L/濰柴WP12發(fā)動機，并且相繼通過多家國內(nèi)主要柴油機生產(chǎn)廠家的臺架試驗及路試，相信在不久的將來，尤順智動必定能完成普及制動器的光輝使命，為我國交通運輸安全做出巨大的貢獻。重卡將隨著尤順制動的普及，更快實現(xiàn)在開啟尤順制動后，無需長期重踩剎車即可使車來國內(nèi)保持恒速學安全下坡，進而延長剎車片以及輪胎的使用壽命，更大程度的降低車輛運營成本。

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Principle and Application of Engine Cylinder Braking Technology

Yan Lei, Xie Jiyou, Wei Yubao, Li Zhangliang, Zhang Ke, Liu Cuiqiao
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

The engine brake, also known as the engine retarder, is an auxiliary braking device. When the brake is started, the engine is converted into a compressor that absorbs energy to help the heavy truck or bus control the vehicle deceleration in continuous downhill, safe and fast through long distance Downhill section.

compression-release engine brake; all-solid-chain structure; simple layout; convenient; safety stability

U464 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-186-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.065

延磊，就職于陜西重型汽車有限公司。