发动机缓速器技术

李宏虎，李理光

（同济大学，上海200092）

1 前言

发动机缓速器是国际重型商用车上普遍采用的一种辅助制动装置，它可以提高整车运行安全性。其工作原理是在车辆制动过程中，通过控制排气门的运动规律来增加发动机的泵气功损失，从而实现为整车提供额外制动力的目地。

本文通过对世界上主要的发动机缓速器系统的技术方案进行介绍，为了解国外发动机缓速器提供借鉴。

2 主要发动机缓速器系统

20世纪初，美国Clessie Cumm ins发明了世界上第一个发动机缓速器，并申请了专利，1961年第一台带有发动机缓速器的Cumm ins N系列发动机开始销售。从此发动机缓速器迅速在重型商用车市场上展现出强大的生命力，至21世纪初，仅美国JACOBS公司一家就累计销售了300万套发动机缓速器。由于发动机缓速器系统对提高整车运行的安全性具有重要作用，因此世界发达国家的发动机制造企业纷纷围绕发动机缓速器的设计原理投入了研发，并开发出各具特色的发动机缓速器系统。目前世界上较为典型的发动机缓速器系统有美国JACOBS公司的Bleeder和Com pression Release系统、德国Mercedes-Benz公司的DVB系统、德国MAN公司的EVB系统和瑞典Volvo公司的VEB系统。

2.1 JACOBS发动机缓速器系统

美国JACOBS公司的发动机缓速器系统主要有压缩释放式和泄气式两种方式。

压缩释放式系统是在发动机缸盖上安装一个液压装置，当发动机处于倒拖状态，在发动机活塞压缩行程即将结束时，排气门被液压装置中的执行活塞顶开，使气缸内的高压气体通过排气系统释放出去，气缸内只剩余较少的低压气体，在活塞下行时，气体膨胀传递给活塞的能量很少，这时的发动机就类似于空气压缩机。从而使发动机能够大量吸收并通过排气系统释放汽车下坡时通过车轮和传动系统传递给发动机的惯量，车辆前进的能量被不断消耗，从而使车辆的车速下降，达到了辅助车辆制动的目的。图1是JACOBS公司压缩释放式缓速器的结构示意图[1]。部分图片来源于美国JACOBS公司的宣传手册。

泄气制动是JACOBS公司在2000年后，为中型发动机设计的一种缓速器装置。其技术方案是当发动机处于倒拖状况，利用液压装置中的执行活塞将排气门打开并维持在一定的开度，增大发动机的泵气损失，从而使发动机向整车提供额外的制动力。发动机泄气式缓速器比压缩释放式缓速器的制动功率要小。图2是JACOBS公司泄气式缓速器的结构示意图。

2.2 Mercedes-Benz公司发动机缓速器系统

德国Mercedes-Benz公司的减压气门技术（DVB）是在缸盖上再增加一个放气的排气阀（俗称第五气门）。当发动机处于倒拖状况时，排气管上的排气蝶阀关闭，在排气管内形成较高的背压。同时，来源于车辆上的压缩空气通过管路作用到第五气门上，使第五气门打开，并维持在一定的开度下。发动机的做功冲程时的气缸压力得到了降低，而压缩冲程几乎没有什么影响。从而向车辆提供了额外的制动力。图3是Benz公司减压气门式缓速器的结构示意图[2]。

2.3 MAN公司发动机缓速器系统

德国MAN公司的排气门制动技术（EVB）是利用了排气门的“浮阀”原理。它在排气门的摇臂内部安装一个液压挺柱，由发动机摇臂轴内的油道向其提供机油。在正常运行工况下，来自发动机油道的机油压力不足以使液压挺柱产生足够大的力来克服排气门弹簧的预紧力从而打开排气门。当发动机处于倒拖状态时，排气管上的排气蝶阀关闭，使排气管内产生较高的排气背压，排气道内的压力作用在排气门背部，使排气门在进气行程时发生“浮阀”现象。此时排气摇臂内部的液压挺柱在机油压力的作用下，向下移动，接触到排气门杆端面，并运行到限位销限定的最大行程位置。当在活塞压缩行程时，排气门受缸内高压作用开始回位，液压挺柱内的液压油被压缩，最后在排气背压和液压挺柱双重作用下，使排气门维持一定的开度，从而将缸内的高压气体释放出去，实现将车辆前进的能量不断消耗，达到辅助车辆制动的功能。图4是MAN公司EVB式缓速器的结构示意图[3～4]。

2.4 Volvo发动机缓速器系统

瑞典Volvo公司的发动机缓速器系统（VEB）由排气背压控制系统和压缩制动系统两部分组成。排气背压控制系统通过电磁阀来控制排气管压力。压缩制动系统的技术原理是在排气凸轮上多加工两个小的凸起。正常情况下，由于气门间隙的原因，这两个小凸起引起的摇臂升程还不足以打开排气门。当发动机处于倒拖状态时，发动机的机油进入执行活塞，执行活塞开始下行，使气门间隙减小，从而使排气凸轮上的两个小凸起可以影响排气门的开闭。排气凸轮上的两个小凸起，分别在进气冲程末端和排气冲程末端打开排气门，使气缸内的压力得到提高和释放，实现将车辆前进的能量不断消耗，为车辆提供辅助制动力。图5是Volvo公司VEB缓速器的结构示意图[5]。

3 结束语

发动机缓速器系统的技术原理非常简单，但实现的技术途径却是百花齐放，各具特色。随着发动机缓速器系统逐渐被国内发动机行业所熟悉，国内高校和企业也纷纷开发出了拥有自主知识产权的发动机缓速器系统，这将会有力地推动发动机缓速器在国内重型柴油机上的应用，对提高我国重卡的行驶安全性将起到非常大的推动作用。

1 Price R B,Meistrick ZS.A New Breed of Engine Brake for Cumm ins L10 Engine.SAE 831780.

2 Schm itz T N,Holloh K,Fleckenstein G,et al. The New Mercedes-Benz Engine Brake w ith Pulsed Decompression Valve Decompression Valve Engine Brake(DVB),SAE 942266.

3德国曼商用车辆股份公司.4冲程活塞式内燃机的发动机障壁式制动装置：中国，CN200310123153.7[P]，2005-04-27.

4 Rammer F,Priesner H,Stegmuller L,et al. Braking a Four Stroke IC Engine,USPatent, US5692469[P],1997-12-02.

5 Pettersson T.Volvo Engine Brake Handles Downhill Driving [EB/OL].http://magazine. volvotrucks.com/en-gb/Articles/International/ 2004/12/Volvo-Engine-Brake-handlesdownhill-driving/Volvo-Engine-Brakehandles-downhill-driving.