車用發動機制動性能試驗研究

張俊 張興剛 陳東峰 張探軍 劉逢春 魏鵬程

摘要：本文通過對車用發動機的制動類型、制動原理和制動過程等進行研究，對發動機制動系統的制動性能進行定量分析，通過分析計算試驗所得數據，獲取制動裝置能過持續制動的試驗結果，為發動機輔助制動性能的安全性和適用性提供理論依據，對提高車用發動機的制動效率和行車安全具有很高的利用價值。

Abstract： This article through to automobile engine brake type、braking principle and braking process and so on were studied， Quantitative analysis was carried out on the engine brake braking performance of the system. And analyze the test data calculation， we obtain the quantitative results of continuous braking performance. As to provide theoretical basis for the engine brake safety and applicability， to have certain guiding significance to the safe driving of the vehicle.

關鍵詞：車用;制動裝置;試驗

Key words： engine;the engine braking;brake

1 ?概述

隨著汽車工業技術的不斷前進，車輛發動機的功率不斷向高功率發展，汽車不斷提高性能技術和日趨完善的道路通行條件，汽車起動最高駕駛速度的不斷提升，將導致其的制動負荷和剎車距離也越來越長。特別處于連續下坡的汽車，將擋位定位中高檔上已成為多數駕駛員的行車習慣，以實現用最短的時間通過坡度下滑路段。如果車輛加裝可以輔助制動的裝置，僅依靠車輛自身的剎車系統制動，長時間制動導致剎車片過熱，出現剎車失靈的情況，直接威脅行車安全。但如果車輛加裝了輔助制動裝置，則可以為車輛提供額外的輔助制動能量，能將車輛的速度控制在一定范圍內不至于下坡時其速度越跑越快，能夠保護車輛的行駛安全[1]。因此這種輔助制動裝置能夠為車輛剎車系統提供制動能量補充，緩解由于車輛剎車系統持續工作的疲勞狀態，這種輔助制動系統對于保障車輛在特殊路況的行車安全是必不可少的一種方式。本文將重點介紹兩種常見的輔助制動裝置。

本文將重點研究輔助制動裝置的制動原理、制動類型和制動過程等工作。進而分析車輛制動系統的制動性能，通過對車輛制動系統的試驗數據進行分析，獲取輔助制動裝置的可靠性的量化結果，為車用輔助制動器的在實車環境下的可靠性提供依據，對加裝輔助制動器的車輛的在特殊路況下的作用，以及安全駕駛的實際指導意義。

2 ?輔助制動裝置的工作原理

按照其工作原理和結構形式的不同，車輛輔助制動裝置大致可分為三類，即排氣蝶閥制動裝置、泄氣式制動裝置和壓縮釋放式制動裝置。經過試驗檢驗，其中以結構形式簡單的排氣制動和以高效的制動效率的壓縮制動的兩種輔助制動方式在國內最受車輛廠家的青睞。以下將對這兩種制動方式進行深入研究。

2.1 排氣制動

排氣制動器作為國內最常見的制動方式，通過一種高效的碟型閥實現排氣制動的功能，將制動閥安裝在車輛發動機的排氣歧管出口處。

與其它類型的輔助制動裝置的工作原理和結構形式相比較，排氣蝶閥制動裝置的結構相對簡單，加裝排氣蝶閥制動裝置的車輛，通過壓縮空氣為蝶閥提供動能，使其閉合將發動機排氣管堵死，從而形成可控的排氣背壓力在發動機氣缸內部，進而使得發動機排氣行程的功耗不斷增加，使發動機其轉速不斷降低，發動機轉速的降低必然將導致車速的降低，進而短時間內達到輔助制動的效果。蝶閥由于阻止排氣氣流從而使得發動機內部的背壓不斷提高，這樣制動功率的增加是通過排氣背壓的不斷增大來實現的。與其它制動器相比，排氣蝶閥結構相對簡單，性價比較高，但制動效果比較低。其結構原理圖、實物圖和安裝結構圖如圖1所示。

排氣制動裝置的核心部件為蝶形排氣制動閥。如圖1為一種典型的蝶形排氣制動閥的結構示意圖，其工作過程為將通氣閥4接到排煙管出口處，控制電磁閥1接通，將高壓空氣從電磁閥通氣接頭5處進入氣缸2來控制閥片的開啟和閉合。當閥片關閉時，蝶閥處于輔助制動狀態，當閥片開啟時，輔助制動裝置不起制動作用。（圖2、圖3）

采用排氣蝶閥制動的發動機可以在連續下坡的情況下，減少使用主制動器，達到車輛能夠保持穩定低速下坡，同時盡量為主制動器減負，減少其持續使用頻率，可以延緩剎車片的磨損，延長其壽命;加裝排氣蝶閥制動裝置的車輛，會減少發動機的燃料消耗，節約整車的能耗，延長車輛發動機的使用時間，克服了發動機的慣性力，可以保持發動機溫度不變，從而減輕了發動機的熱疲勞現象[2]。同時與主制動器配合使用，提高了發動機制動的平穩性和舒適性，為車輛提供安全可靠的制動效率。

2.2 壓縮制動裝置

加裝壓縮制動裝置的車輛其工作原理也是能力消耗，車輛的功率消耗是利用倒拖發動機的運轉來實現的，這樣可以有效降低車輛的行駛動能，在發動機上加裝一種輔助裝置，利用液壓式原理，將排氣門于氣缸壓縮沖程終了前提前開啟，釋放壓縮行程能量，將氣缸內被壓縮的氣體提前排出，這樣將導致發動機壓縮行程的功，提前釋放到發動機的排氣系統中去了[3]。在下一個循環膨脹做功行程中，由于液壓裝置的作用，發動機的排氣門關閉，由于提前排氣，缸內近乎真空狀態，活塞向下運動類似一個抽真空的過程，生成負功。發動機制動過程如圖4所示。

壓縮制動裝置的工作過程為：當車輛壓縮制動裝置起作用時，將車輛的油門踏板處于零位，嚙合離合器，控制電磁閥接通，保持其上電開啟狀態，利用車輛的機油將壓縮制動裝置的低壓油路充滿。由于機油壓力的作用，給其施加向上的作用力，使控制閥體上升，使低壓油路和高壓油路保持連通，借助高壓油路機油的作用力，將給主動活塞一個反作用力，迫使活塞下行，并與氣門（噴油）搖臂調節螺栓末端接觸。

根據缸內的運動規律，氣門（噴油）推桿上行，反過來推動主動活塞上行，由于高壓油路的機油的作用力，使閥體中的單向閥關閉，進而將主/從動活塞之間的高壓油路的機油切斷。隨著發動機的繼續運動，使得主動活塞不斷上行，由于機油的不可壓縮性，導致從動活塞跟隨主動活塞的上行和下行，進而在發動機壓縮上止點前將排氣門打開，釋放壓縮行程能量，實現壓縮制動器的整個工作過程[4]。

車輛壓縮制動裝置是作為一種剎車系統的補充加裝在發動機上，為車輛提供可靠的制動提供補充能量，借助動力吸收裝置的工作原理，將車輛動力裝置變成了類似于空壓機式的動力裝置，從而將主制動器負載的壓力大大的減輕。其工作原理是通過改變配氣相位，使發動機排氣門開啟和關閉的時間發生變化，從而達到降低車速的目的，排氣門在壓縮沖程結束前提前開啟，這樣可以提前釋放壓縮行程的能量，將其排出到排氣系統中，能量對活塞的作用力將大大減弱，通過車輪和傳動裝置將車輛的動能傳遞給發動機，進而返拖著發動機轉動。壓縮制動器具有結構復雜、制動功率大、制動效果好的特點，其價格也是比較貴的。

3 ?試驗數據分析

根據康明斯發動機的制動性能試驗研究，通過采用發動機制動功率百分比來反應發動機制動器的制動性能，制動功率百分比的計算是指發動機輔助制動裝置的功率在相同轉速下發動機的輸出功率所占的份額。

通過試驗驗證，獲取發動機的外特性的試驗數據和輔助制動裝置的制動效率的試驗數據。通過對發動機從1100rpm到1900rpm，每100rpm進行制動性能和外特性性能進行試驗驗證，獲得發動機制動效率和外特性的試驗數據并計算繪制了制動效率百分比曲線圖。（表1）

從制動功率百分比的曲線圖6中可以看出，當發動機在低轉速時，輔助制動裝置的制動功率可以達到35%以上，當發動機轉速達到1700r/min及以上時，輔助制動裝置的制動效率可以提升到50%以上，并隨著發動機轉速的進一步提升，其制動功率可以不斷提高。（圖6）

4 ?總結

本文通過對車輛輔助制動裝置的工作原理和制動性能的研究，深入分析了車輛輔助制動裝置的過程。將兩種制動裝置排氣蝶閥制動裝置和壓縮制動裝置配合使用，可以產生很好的制動效果。為車輛特別是大型商用車在特殊環境的行車提供安全可靠的制動能量保障。

對于安裝輔助制動裝置的車輛，其對于行車的安全是肯定的，可以有效減少由于長距離下坡制動對車輛輪胎和剎車片的磨損，提高車輛的安全系數和設備運營效率等，可以確定的是，隨著車輛制動器技術的不斷發展和加裝制動器車輛的不斷普及，會有更多更好的新技術應用到車輛的制動系統中，為車輛提供更安全、高效的駕駛體驗。

參考文獻：

[1]余強.汽車下坡持續制動性能研究[D].西安：西安交通大學，2000.

[2]付維舟，桑永生.排氣制動結構原理與應用[J].陜西汽車，1994（2）.

[3]狄振華.Jacobs發動機制動性能試驗研究[D].長安大學，2009（5）.

[4]張英，鐘躍蘭，等.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）.