发动机缸内制动技术原理及应用

延磊，解己酉，卫玉宝，李璋靓，张轲，刘翠巧

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

发动机缸内制动技术原理及应用

延磊，解己酉，卫玉宝，李璋靓，张轲，刘翠巧

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

发动机制动器又叫发动机缓速器，是一种辅助制动装置，当制动器启动以后，发动机转换为吸收能量的压缩机，帮助重卡或客车在连续下坡时控制车辆减速，安全快速的通过长距离下坡路段。

压缩释放型发动机制动；全固链式；结构简单；布置方便；安全性；稳定性

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-186-03

前言

我国交通部在1997年颁布JT/T325《营运客车类型划分及等级评定》标准，并于2002年进行了修订，规定在大型、中型的高二、高三级营运公路客车上必须安装缓速器。2012年，GB7258-7.5条重点提出了辅助制动的新标准：车长大于9m的客车、总质量大于12000kg的货车、所有危险货物运输车，应装备缓速器或其他辅助制动装置。

2011年3月30日在北京举行的GB7258《机动车运行安全技术条件》新标准制定研讨会决议：超过12吨以上的卡车和危险品运输车将被强制安装缓速器或其他辅助制动装置。具体要求为：1999年的GB12676的检测标准：满负荷的卡车在6%的下坡道上，不得使用车辆主刹车装置，而仅仅使用辅助制动系统，卡车要能以30公里/小时的稳定速度下坡，持续时间12分钟。

目前车辆辅助制动共有三种类型：发动机缸内制动技术、液力缓速器及电涡流缓速器，他们的优缺点见下表：

表1

相比较而言，发动机缸内制动是最合理的辅助制动技术，由于其改变了发动机的工作状态，从源头（发动机）产生倒拖的制动力，因此无论从制动性能，能耗，还是成本，特别是持续制动能力方面，都明显优于其他辅助制动装置。

1 发动机制动的原理

发动机制动的原理在发动机发明后不久就被人掌握了，而且在1961年，也就是半个世纪之前，成功地转换为商业产品。发动机制动器是一种将产生动力的发动机转换为吸收能量的空压机，从而使车辆减速的装置。这种转换可以通过切断燃油，在发动机活塞压缩冲程接近结束时打开排气阀，允许被压缩空气被释放，发动机在压缩冲程中压缩气体所吸收的能量，不能在随后的膨胀冲程中返回到发动机的活塞，而是通过发动机的排气及散热系统散发掉，产生有效的发动机制动，减缓车辆的速度。发动机制动技术是一种发动机的气门驱动技术，而发动机制动器就是一种将发动机的排气门在适当的时候（非排气冲程）打开的驱动机构。发动机制动的基本原理几乎上百年不变，而发动机制动的驱动机构却日新月异。

1.1 发动机制动的优点

（1）提升安全性：提供持续不变的制动力，避免频繁或长时间使用轮刹而造成的轮胎磨损、刹车片过热、制动衰退与失效；

（2）降低保养和维修成本：避免了频繁更换刹车片和轮胎造成资源浪费、成本和维修增加；

（3）提高运输效率：没有发动机制动的车辆无法快速盘山，下陡坡，运输效率低；

（4）减少排放，延长发动机寿命：防止发动机变冷，减少发动机冷启动（冒黑烟），降低发动机排放；同时减少发动机变冷造成的磨损，延长发动机寿命。

1.2 发动机制动的种类

发动机制动可以分为两大类，即压缩释放型发动机制动和泄气型发动机制动。

（1）压缩释放型发动机制动（高功率制动）

压缩释放型发动机制动装置在发动机活塞压缩冲程接近结束时打开排气阀，允许被压缩空气被释放，这样发动机在压缩冲程中所吸收的能量没有在随后的膨胀冲程中返回给活塞，如此便产生了有效的发动机制动力，减缓车辆的速度。压缩释放型制动器结构相对复杂，造价较高，却可以提供最大的制动功率，尤顺智动的所有发动机制动器均为压缩释放型。

图1

（2）泄气型发动机制动（低功率制动）

在泄气型发动机制动时，排气阀除了正常的开启之外，还在部分周期内保持微量打开(部分周期泄气制动)，或在非排气冲程的周期内 (进气冲程，压缩冲程和膨胀冲程)保持微量恒开(全周期泄气制动)。部分周期泄气制动和全周期泄气制动的主要区别，在于前者在大部分的进气冲程中不打开排气阀。

在通常情况下，泄气制动将排气门在远离发动机压缩上止点的地方打开，然后将制动阀门保持微量恒开。泄气型发动机制动必须与排气制动（如排气蝶阀）合用（联合制动）。中国潍柴、重汽和杭发从德国曼（MAN）引进的就是部分周期泄气制动技术。这种泄气制动技术不是电控的，而是依靠提高排气背压致使排气门反跳（浮阀）来启动发动机制动的。

图2

由于泄气型发动机制动的制动功率低于压缩释放型，尤其是在发动机的中、低转速（也是实际应用转速）段，泄气型发动机制动无法满足车辆的制动要求。

2 尤顺制动的介绍

在卡车超载从来都是我国在道路运输过程中的一项重大交通安全隐患，根据整车厂技术人员在事故现场的调查发现，发生事故车辆的ecu（也被看做是卡车的黑匣子，记录所有发动机信息）记录有70%多的事故车辆在事发时发动机转速均超过2800转，有的甚至超过3500转，大部分液压式制动器由于其固有的液压缺陷，在ECU设置时规定当发动机转速达到2100转以上时需要关闭液压制动功能，而固链式制动器可以随着发动机转速的上升而等比提供更大的制动功率，当转速达到一定程度时，其制动功率（负功）可以超过发动机的额定正功率。因此，选择液压式制动器可能因为制动器不工作而引发致命的安全事故，而选用固链式制动器可确保制动器在发动机任何转速下均正常工作。固链式摇臂制动器（压缩释放型）全固链式机构不同于国外液压结构，是通过机械链接打开气门实现制动，提高了制动可靠性；制动功能集成于现有的摇臂当中，大幅降低了制造成本；因为采用固链式摇臂制动器（压缩释放型）全固链式机构的尤顺制动器被业内公认为最“聪明”的制动结构设计。

图3

尤顺智动固链式制动器和国外品牌制动器在同一款8.6升发动机的制动功率测试值比较：

图4

3 尤顺制动在潍柴WP12中的应用

3.1 WP12尤顺制动系统介绍

WP12尤顺制动系统结构

图5

图6

采用压缩释放和泄气复合制动方式，保留了WEVB制动系统的蝶阀结构，有效降低了制动工况下的噪声，降低了配气系统的应力，提高了整机的系统可靠性；制动装置集成于排气摇臂内，结构简单，布置方便；制动系统结构均集成于缸盖罩内部，整机三维不变。

3.2 WP12尤顺制动系统性能

WP12尤顺制动系统在2100r/min制动工况下，裸机功率达247kW，整车制动功率可达275kW，保障整车使用的安全性和稳定性；与WEVB制动系统相比，低速制动功率增加一倍，高速下制动功率增加近40%。

图7

由于制动系统功率增加，整车制动状态下，发动机转速下降，保障了系统的可靠性和稳定性；与WEVB制动系统相比，蝶阀压力降低至270kPa，有效提高了蝶阀系统的可靠性。

4 总结

目前尤顺智动的压缩释放型制动器以其创纪录的制动功率及卓越的可靠性，已经标配于一汽锡柴6DM 11L/潍柴WP12发动机，并且相继通过多家国内主要柴油机生产厂家的台架试验及路试，相信在不久的将来，尤顺智动必定能完成普及制动器的光辉使命，为我国交通运输安全做出巨大的贡献。重卡将随着尤顺制动的普及，更快实现在开启尤顺制动后，无需长期重踩刹车即可使车来国内保持恒速学安全下坡，进而延长刹车片以及轮胎的使用寿命，更大程度的降低车辆运营成本。

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Principle and Application of Engine Cylinder Braking Technology

Yan Lei, Xie Jiyou, Wei Yubao, Li Zhangliang, Zhang Ke, Liu Cuiqiao
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

The engine brake, also known as the engine retarder, is an auxiliary braking device. When the brake is started, the engine is converted into a compressor that absorbs energy to help the heavy truck or bus control the vehicle deceleration in continuous downhill, safe and fast through long distance Downhill section.

compression-release engine brake; all-solid-chain structure; simple layout; convenient; safety stability

U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-186-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.065

延磊，就职于陕西重型汽车有限公司。