發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)技術(shù)

王 軍

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

引言

汽車常用輔助制動(dòng)裝置有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、電渦流緩速器、液力緩速器、空氣動(dòng)力緩速、牽引電機(jī)緩速等。用發(fā)動(dòng)機(jī)作為阻力源，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，通常采用方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中加裝制動(dòng)閥，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，把發(fā)動(dòng)機(jī)作為空氣壓縮機(jī)來用的方式稱為發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器。與其他緩速器相比，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)時(shí)間短，造價(jià)低，制動(dòng)功率大而且可以調(diào)整，長時(shí)間使用時(shí)發(fā)出的制動(dòng)功率穩(wěn)定，不會(huì)由于溫升等因素影響制動(dòng)性能等。國外的發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，用于多種品牌、型號的柴油機(jī)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)主要包括排氣制動(dòng)、緩釋制動(dòng)和壓縮釋放制動(dòng)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的原理

發(fā)動(dòng)機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)，也應(yīng)該可以阻止汽車運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)車輛不需制動(dòng)減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)為正常的做功工作模式，發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃油發(fā)出正的馬力來驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)車輛需要制動(dòng)減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器暫時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿?dòng)工作模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，吸收來自于車輛的運(yùn)動(dòng)能量，達(dá)到阻止車輛運(yùn)動(dòng)的目的。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不消耗燃油而發(fā)出負(fù)功率來阻止汽車運(yùn)動(dòng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器實(shí)際上是一套機(jī)械液壓裝置，其安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，并直接作用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門，可改變排氣門固有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)緩速器工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)緩速器停止工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)又恢復(fù)做功狀態(tài)。

由一個(gè)電磁閥來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，因此非常方便和快捷。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的分類

按實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的技術(shù)方案，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器可分為三類：

2.1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1為制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成，由排氣制動(dòng)缸、搖臂機(jī)構(gòu)、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(dòng)缸控制的,當(dāng)排氣制動(dòng)不起作用時(shí)閥片處在張開的位置，并不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。當(dāng)排氣制動(dòng)起作用時(shí)，閥片關(guān)閉，同時(shí)斷油機(jī)構(gòu)強(qiáng)制性切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，行駛的汽車帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在排氣行程中，排出的氣體因制動(dòng)閥片關(guān)閉而被壓縮，產(chǎn)生壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)如同壓氣機(jī)一樣工作，被壓縮的氣體使排氣時(shí)活塞上行產(chǎn)生阻力，加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣損失，從而起到了制動(dòng)效果[4-5]。

圖1

2.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮釋放制動(dòng)

壓縮釋放制動(dòng)的原理是：在壓縮行程末段（約在噴油點(diǎn)附近），發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的從動(dòng)活塞將排氣門強(qiáng)制打開，釋放掉氣缸內(nèi)的高壓力氣體。使得發(fā)動(dòng)機(jī)在膨脹行程沒有能量返回活塞，從而發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生泵氣損失。約能產(chǎn)生14－21kW/L。

由于在壓縮上止點(diǎn)前強(qiáng)制打開排氣門，此時(shí)缸內(nèi)的壓縮壓力通常達(dá)到 2.5－4Mpa。此壓力作用在排氣門上，就需要制動(dòng)器的從動(dòng)活塞有足夠的能量才能打開排氣門。因此如何使制動(dòng)器的從動(dòng)活塞有足夠的能量是首要的問題。

圖2

雖然壓縮釋放制動(dòng)的制動(dòng)功率很高，但其產(chǎn)生的高壓力排氣激波會(huì)損壞排氣系統(tǒng)的零件，尤其是貴重的增壓器。并且國內(nèi)的大多發(fā)動(dòng)機(jī)如果應(yīng)用此技術(shù)，需對配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這會(huì)花極大的代價(jià)。

為了使制動(dòng)器的從動(dòng)活塞具有足夠的能量，通常我們采用主從動(dòng)活塞的液壓機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。讓主動(dòng)活塞產(chǎn)生高壓油，由高壓油再推動(dòng)從動(dòng)活塞去打開排氣門。主動(dòng)活塞可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)主動(dòng)活塞共同來建立高壓油。

由于液壓機(jī)構(gòu)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(huán)都排掉液壓油的方法來避免空氣泡的影響，既使本循環(huán)液壓管路中存在空氣泡，到下循環(huán)就會(huì)被排出，圖2所示的單項(xiàng)球閥就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

2.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)緩速制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)緩速制動(dòng)是通過在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝一套特殊機(jī)構(gòu)，把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成為空氣壓縮機(jī)來吸收車輛動(dòng)能，從而產(chǎn)生制動(dòng)緩速作用[6]。發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置是一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力的設(shè)備。通過打開壓縮沖程上止點(diǎn)附近的排氣制動(dòng)器并排放出壓縮空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置減少了汽缸內(nèi)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(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力。該設(shè)備安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主體的閥動(dòng)機(jī)構(gòu)上面，通過發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的液壓而運(yùn)行。

2.2 結(jié)構(gòu)

如圖3所示發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置包含了安裝在蓋罩內(nèi)閥動(dòng)機(jī)構(gòu)上面的緩速裝置主體，一個(gè)用于凸輪軸制動(dòng)器的特別凸輪、以及一臺(tái)控制這些組件的計(jì)算機(jī)。緩速裝置主體包含了一個(gè)開啟和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)油壓的電磁調(diào)節(jié)閥、一個(gè)打開和關(guān)閉油路的控制閥、一個(gè)通過凸輪運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)活塞的主活塞、以及一個(gè)通過液壓來推動(dòng)排氣閥的副活塞。

圖3

2.3 運(yùn)行過程

如圖4所示：

● 來自于計(jì)算機(jī)的電信號打開了制動(dòng)器一側(cè)上面的電磁調(diào)節(jié)閥。

● 來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓向上推動(dòng)控制閥及其內(nèi)部止回閥，將發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)油提供的壓力向上推動(dòng)制動(dòng)器搖臂，使其與制動(dòng)器凸輪相接觸。

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

● 在控制閥內(nèi)止回閥油通路A上的壓力高于油通路B的壓力（發(fā)動(dòng)機(jī)油壓），而止回閥關(guān)閉了油通路，以產(chǎn)生液壓。

● 這種液壓的增加會(huì)向下推動(dòng)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(dòng)力量。因此，在壓縮沖程中獲得的制動(dòng)力得以保留，并能有效的使用。

圖4

3 結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器是汽車輔助制動(dòng)裝置，市場應(yīng)用前景廣闊。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)能夠解決連續(xù)制動(dòng)導(dǎo)致的車輛制動(dòng)性能衰減和制動(dòng)系統(tǒng)磨損的問題，可提高汽車的安全性，同時(shí)具有高性價(jià)比，無需對底盤做任何變動(dòng)，重量和價(jià)格的增加也是很少的等特點(diǎn)。國外對發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)的研究已經(jīng)比較成熟，在北美與歐洲應(yīng)用廣泛。它能給廣大用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益和安全保證[7]。

參考文獻(xiàn)

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