發動機輔助制動技術

王 軍

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

引言

汽車常用輔助制動裝置有發動機制動、電渦流緩速器、液力緩速器、空氣動力緩速、牽引電機緩速等。用發動機作為阻力源，產生制動力矩，通常采用方法是在發動機排氣管中加裝制動閥，當閥門關閉時，把發動機作為空氣壓縮機來用的方式稱為發動機緩速器。與其他緩速器相比，發動機緩速器體積小，重量輕，結構緊湊，響應時間短，造價低，制動功率大而且可以調整，長時間使用時發出的制動功率穩定，不會由于溫升等因素影響制動性能等。國外的發動機緩速器已經形成系列產品，用于多種品牌、型號的柴油機，獲得良好的經濟效益[1-2]。發動機制動主要包括排氣制動、緩釋制動和壓縮釋放制動。

1 發動機緩速器的原理

發動機能夠驅動汽車運動，也應該可以阻止汽車運動。

當車輛不需制動減速時，發動機為正常的做功工作模式，發動機消耗燃油發出正的馬力來驅動汽車運動。

當車輛需要制動減速時，發動機緩速器暫時將發動機轉變為制動工作模式，此時發動機相當于一臺空氣壓縮機，吸收來自于車輛的運動能量，達到阻止車輛運動的目的。此時發動機不消耗燃油而發出負功率來阻止汽車運動。

發動機緩速器實際上是一套機械液壓裝置，其安裝在發動機上，并直接作用于發動機的排氣門，可改變排氣門固有的運動規律。當緩速器工作時，發動機進入制動狀態；當緩速器停止工作時，發動機又恢復做功狀態。

由一個電磁閥來實現這兩個狀態的轉換，因此非常方便和快捷。

2 發動機緩速器的分類

按實現發動機制動的技術方案，發動機緩速器可分為三類：

2.1.1 結構及工作原理

圖1為制動執行機構總成，由排氣制動缸、搖臂機構、蝶形閥及殼體等。蝶形閥的操縱是由單向作用活塞式排氣制動缸控制的,當排氣制動不起作用時閥片處在張開的位置，并不影響發動機的正常工作。當排氣制動起作用時，閥片關閉，同時斷油機構強制性切斷發動機的供油，行駛的汽車帶動發動機曲軸強制旋轉運動。發動機活塞在排氣行程中，排出的氣體因制動閥片關閉而被壓縮，產生壓力，使發動機如同壓氣機一樣工作，被壓縮的氣體使排氣時活塞上行產生阻力，加大了發動機的壓氣損失，從而起到了制動效果[4-5]。

圖1

2.1.2 發動機壓縮釋放制動

壓縮釋放制動的原理是：在壓縮行程末段（約在噴油點附近），發動機緩速器的從動活塞將排氣門強制打開，釋放掉氣缸內的高壓力氣體。使得發動機在膨脹行程沒有能量返回活塞，從而發動機產生泵氣損失。約能產生14－21kW/L。

由于在壓縮上止點前強制打開排氣門，此時缸內的壓縮壓力通常達到 2.5－4Mpa。此壓力作用在排氣門上，就需要制動器的從動活塞有足夠的能量才能打開排氣門。因此如何使制動器的從動活塞有足夠的能量是首要的問題。

圖2

雖然壓縮釋放制動的制動功率很高，但其產生的高壓力排氣激波會損壞排氣系統的零件，尤其是貴重的增壓器。并且國內的大多發動機如果應用此技術，需對配氣機構進行重新設計，這會花極大的代價。

為了使制動器的從動活塞具有足夠的能量，通常我們采用主從動活塞的液壓機構來實現。讓主動活塞產生高壓油，由高壓油再推動從動活塞去打開排氣門。主動活塞可以是一個，也可以是多個主動活塞共同來建立高壓油。

由于液壓機構必須考慮排空氣以避免空氣泡影響的問題，因此采用每循環都排掉液壓油的方法來避免空氣泡的影響，既使本循環液壓管路中存在空氣泡，到下循環就會被排出，圖2所示的單項球閥就是實現這個功能。

2.1.3 發動機緩速制動

發動機緩速制動是通過在發動機上安裝一套特殊機構，把發動機轉變成為空氣壓縮機來吸收車輛動能，從而產生制動緩速作用[6]。發動機緩速裝置是一種提高發動機制動力的設備。通過打開壓縮沖程上止點附近的排氣制動器并排放出壓縮空氣，發動機緩速裝置減少了汽缸內的壓力。這樣就減少了在下一次膨脹沖程中降低活塞的能量，從而提高了發動機制動力。該設備安裝在發動機主體的閥動機構上面，通過發動機潤滑系統的液壓而運行。

2.2 結構

如圖3所示發動機緩速裝置包含了安裝在蓋罩內閥動機構上面的緩速裝置主體，一個用于凸輪軸制動器的特別凸輪、以及一臺控制這些組件的計算機。緩速裝置主體包含了一個開啟和關閉發動機油壓的電磁調節閥、一個打開和關閉油路的控制閥、一個通過凸輪運動來推動活塞的主活塞、以及一個通過液壓來推動排氣閥的副活塞。

圖3

2.3 運行過程

如圖4所示：

● 來自于計算機的電信號打開了制動器一側上面的電磁調節閥。

● 來自于發動機的液壓向上推動控制閥及其內部止回閥，將發動機油提供給位于主活塞和副活塞之間的油通路A。

● 主活塞通常是由彈簧向上推動。發動機油提供的壓力向上推動制動器搖臂，使其與制動器凸輪相接觸。

● 制動器凸輪通過制動器搖臂將主活塞向上推動到壓縮沖程的上止點，從而將油通路A中的油料推回。

● 在控制閥內止回閥油通路A上的壓力高于油通路B的壓力（發動機油壓），而止回閥關閉了油通路，以產生液壓。

● 這種液壓的增加會向下推動副活塞，并打開排氣閥。

● 開啟的排氣閥排放出壓縮空氣，從而消除了將活塞向上推動力量。因此，在壓縮沖程中獲得的制動力得以保留，并能有效的使用。

圖4

3 結束語

發動機制動器是汽車輔助制動裝置，市場應用前景廣闊。發動機制動能夠解決連續制動導致的車輛制動性能衰減和制動系統磨損的問題，可提高汽車的安全性，同時具有高性價比，無需對底盤做任何變動，重量和價格的增加也是很少的等特點。國外對發動機制動技術的研究已經比較成熟，在北美與歐洲應用廣泛。它能給廣大用戶帶來巨大的經濟利益和安全保證[7]。

參考文獻

[1] Zdenek Meistrick.Jacobs new engine brake technology[C].SAE Paper 92448,1992

[2] 董穎,何仁.發動機制動技術的研究與展望[J].車用發動機,2006,163（3）.

[3] 何仁,董穎,牛潤新.車用發動機緩速器工作循環的理論分析[J].農業機械學報,2007,38（12）:36～40.

[4] 秦啟華.排氣制動系統的基本原理(上).汽車運輸.1989.02,pp36～37

[5] 秦啟華.排氣制動系統的基本原理(下).汽車運輸.1989.03, pp42～44

[6] 林秀霞,張幽彤,于鯤.柴油機排氣制動控制技術研究[J].車用發動機,2006,第6期（總第166期）:16～19.

[7] 馬海建.載重汽車用柴油機排氣制動系統的研制[J].拖拉機與農用運輸車,2007,34（22）:56～57.