汽車發動機壓縮輔助制動性能分析

哈菲

摘要：汽車發動機輔助制動裝置主要負責車輛減速控制，其發展歷史悠久，由排氣蝶閥制動到泄氣式制動，直到當前應用廣泛普遍的壓縮釋放制動。在結構創新與技術發展形勢下，發動機制動性能也在不斷優化。由于體積較小，不需車輛改動，而且我國對重載車輛載重限制與處罰力度一直在不斷加大，發動機輔助制動特別是壓縮釋放制動在激烈的市場競爭中脫穎而出，成功發展成了汽車標配。在此基礎上，本文對汽車發動機壓縮輔助制動性能進行了詳細分析。

關鍵詞：發動機;壓縮釋放制動;制動性能;輔助制動

1? 汽車發動機輔助制動工作原理分析

在汽車發動機功率提升、車速加快、車載質量提高的推動下，輔助制動裝置在各種類型車輛中使用的重要性越來越突出，基于法規標準的正向引導，汽車輔助制動系統已發展為標配。發動機制動技術通過汽車發動機循環過程的不同主要劃分為三種，即排氣式制動、泄氣式制動、壓縮釋放制動。排氣式制動，于汽車發動機排氣管上增加截止閥，通過排氣背壓，加大發動機制動力矩;泄氣式制動，于活塞沖程中將發動機排氣門微開，通過活塞泵氣損失進行動力消耗，以實現發動機制動;壓縮釋放制動，活塞到達壓縮上止點的時候，迅速開啟排氣門，釋放局部已吸收活塞做功的高溫高壓空氣，然后快速關閉排氣門，活塞向下運行時，氣缸內部生成負壓，同時消耗部分機械能[1]。

2? 汽車發動機壓縮釋放式緩速器分析

2.1 壓縮釋放式緩速器原理

在汽車發動機緩速器領域，壓縮釋放式緩速器的輔助制動性能最佳，其生成的制動功率與發動機正常驅動時的額定功率大體相一致，且將其實踐運用在增壓發動機時生成的制動功率相比運用在自然吸氣式發動機時生成的制動功率大，此外，壓縮釋放式緩速器還具備結構緊湊、輕質、穩定、可調節等多種優勢特性。汽車發動機壓縮釋放式緩速器輔助制動[2]具體如圖1所示。

發動機壓縮釋放式緩速器主要通過發動機倒拖運轉以消耗動能。對汽車發動機停止供油，先進氣沖程，打開進氣門，缸內壓力變化不顯著，氣體會面向活塞作正功，但是后續壓氣沖程時，進氣門與排氣門同時處于關閉狀態，活塞上行壓縮氣體，以此對活塞功能的消耗顯著，是制動的關鍵因素，然而壓縮終點時，會生成高溫高壓氣體，在后續膨脹做功沖程中，會面向活塞實施正功，以增加活塞動能，從而影響制動性能。所以汽車發動機壓縮釋放式減速器基于液壓裝置，在活塞到達壓縮上止點之前，打開排氣門，在做功沖程前，釋放局部高溫高壓氣體，以降低氣缸內部壓力，減少活塞做功，從而減少活塞動能消耗，提升發動機制動功率。在最終排氣沖程時，打開排氣門，于活塞上行排除氣體，以消耗活塞動能，但是進氣排氣沖程影響并不大。

2.2 壓縮釋放式制動裝置結構

汽車發動機壓縮釋放式制動裝置主要劃分為3個檔位：檔位1負責1個制動電磁閥通電;檔位2負責2個制動電磁閥通電;檔位3負責3個制動電磁閥通電。電磁閥通電之后，可完成2個氣缸壓縮制動，駕駛人員可以就具體情況選擇相應制動負荷。制動電磁閥為兩位三通閥，在制動通電的時候，機油泵機油和制動裝置機油相對接，機油泵加壓的機油為制動裝置充油。這時油路單向閥打開，而機油向上推動控制閥，促使單向閥與制動裝置相接通。控制閥下游的制動裝置包含主活塞與執行活塞，在裝置充油之后，克服2個活塞彈簧力，促使主活塞逐漸向搖臂挺桿壓過去，執行活塞在向排氣門壓過去，以徹底消除二者間距。在發動機活塞逐步運動靠近壓縮上止點的時候，搖臂挺桿向上推動主活塞，制動裝置的機油壓力快速增高，這時單向閥關閉，執行活塞則克服氣門彈簧預緊力，打開排氣門，在氣缸內排除壓縮空氣。在電磁閥斷電之后，制動裝置不再發揮作用。

3? 汽車發動機壓縮輔助制動對整車制動性能的影響分析

汽車持續下坡狀態時，發動機制動作用可有效減輕制動裝置負擔，但是發動機自身制動力有限，為有效利用輔助制動作用，設計了各式各樣的方式提升制動效率。壓縮輔助制動對于汽車整車制動時行駛穩定性的影響不容忽視，就兩輪驅動汽車來講，發動機制動時生成的制動力作用于正常行駛時作為驅動輪的車輪上，即就前輪驅動的汽車來講，發動機制動力矩作用于前輪，而后輪驅動的汽車，發動機制動力矩則作用于后輪。總之，汽車發動機制動力矩會在一定程度上改變制動作用力的分配[3]。

后輪驅動的汽車，后軸制動力提升，會導致汽車失穩。在前輪制動的時候，汽車趨向前軸過制動，汽車保持穩定狀態，卻會失去轉向能力。隨著行駛速度變大，汽車發動機制動力矩也會隨之變大。存在載荷的汽車拋物線相對較陡，代表固定分配后軸驅動與制動力的汽車，發動機制動受承載作用，更有利于汽車穩定性。為避免影響安全性，后軸驅動汽車在空載狀態下，應在高車速時便開始制動，需脫離離合器，在滿載狀態下，離合器如果保持在接合狀態，則發動機壓縮輔助制動不會影響汽車穩定性;前輪驅動汽車在制動時，可不用脫離離合器，汽車依舊可以保持穩定，但是制動造成的不足轉向趨勢較為明顯的時候，應脫離離合器。

4? 汽車發動機壓縮輔助制動性能分析

針對汽車發動機壓縮輔助制動工作過程分析，基于輔助制動參數，即發動機轉速與排氣門開度等運行計算，以得出結果。

汽車發動機壓縮制動時不同曲軸轉角下的氣缸壓力具體如表1所示。

由表1可知，在汽車發動機轉速不斷變大的趨勢下，氣缸壓力隨之增大，且轉速越高，氣缸壓力峰值越接近壓縮上止點。壓縮上止點之前，排氣門啟動，氣缸壓力出現大幅下降，這主要是因為排氣門啟動之后，氣缸內部空氣快速排出，汽車發動機轉速越高，則單位時間內穿過排氣門所排出的空氣量就越少，所以轉速越高，氣缸壓力最大值就越大，且壓力峰值越接近壓縮上止點;在排氣門開度越大時，氣缸壓力最大值就越小，這主要是因為排氣門開度越大，壓縮上止點周圍穿過排氣門所排出的空氣量就越多，可壓縮的空氣量則會對應減少。

汽車發動機壓縮制動時不同轉速下的制動扭矩具體如表2所示。

由表2可知，在汽車發動機通過壓縮輔助制動的時候，在轉速不斷增大的趨勢下，單位時間內發動機做功次數隨之增多，制動扭矩則隨之變大，而汽車發動機制動狀態時扭矩處于最小狀態，這主要是由于此時汽車發動機只利用倒拖的機械損失進行制動，并未采取其他增加制動扭矩的措施;不同轉速都存在相應的最佳排氣門開度，且在轉速增大時，最佳氣門開度也隨之變大，這主要是因為汽車發動機轉速越高，在單位時間內穿過排氣門所流出的氣缸內部空氣則相對越少，而排氣門開度變大，則空氣流通截面積與氣體流量隨之增大，因此在汽車發動機轉速不斷增高時，應適度增加排氣門最大開度[4]。

5? 結語

綜上所述，汽車發動機利用壓縮輔助制動裝置，在轉速增大時，氣缸壓力變大，壓力峰值接近壓縮上止點。隨著轉速增大，制動扭矩隨之變大，壓縮輔助制動時制動扭矩最大化。在發動機轉速既定狀態下，壓縮輔助制動具備相應的最佳排氣門開度值，且轉速越大，排氣門開度最佳值越高，制動扭矩越高。

參考文獻：

[1]吳國偉.發動機壓縮釋放制動技術研究[J].現代車用動力，2019（4）：11-15.

[2]王騰，張斌，李俊熙，等.氣壓制動系統壓縮空氣冷卻管道長度計算方法[J].重型汽車，2020（1）：18，34.

[3]韓義勇，商藝寶，廖升友，等.快速壓縮機液壓制動活塞回彈現象的優化[J].中國機械工程，2019，30（16）：1911-1915.

[4]張英，鐘躍蘭，翟長輝.壓縮釋放制動在重型柴油機上的應用研究[J].車用發動機，2018（5）：77-81，86.