发动机辅助制动技术

王 军

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

引言

汽车常用辅助制动装置有发动机制动、电涡流缓速器、液力缓速器、空气动力缓速、牵引电机缓速等。用发动机作为阻力源，产生制动力矩，通常采用方法是在发动机排气管中加装制动阀，当阀门关闭时，把发动机作为空气压缩机来用的方式称为发动机缓速器。与其他缓速器相比，发动机缓速器体积小，重量轻，结构紧凑，响应时间短，造价低，制动功率大而且可以调整，长时间使用时发出的制动功率稳定，不会由于温升等因素影响制动性能等。国外的发动机缓速器已经形成系列产品，用于多种品牌、型号的柴油机，获得良好的经济效益[1-2]。发动机制动主要包括排气制动、缓释制动和压缩释放制动。

1 发动机缓速器的原理

发动机能够驱动汽车运动，也应该可以阻止汽车运动。

当车辆不需制动减速时，发动机为正常的做功工作模式，发动机消耗燃油发出正的马力来驱动汽车运动。

当车辆需要制动减速时，发动机缓速器暂时将发动机转变为制动工作模式，此时发动机相当于一台空气压缩机，吸收来自于车辆的运动能量，达到阻止车辆运动的目的。此时发动机不消耗燃油而发出负功率来阻止汽车运动。

发动机缓速器实际上是一套机械液压装置，其安装在发动机上，并直接作用于发动机的排气门，可改变排气门固有的运动规律。当缓速器工作时，发动机进入制动状态；当缓速器停止工作时，发动机又恢复做功状态。

由一个电磁阀来实现这两个状态的转换，因此非常方便和快捷。

2 发动机缓速器的分类

按实现发动机制动的技术方案，发动机缓速器可分为三类：

2.1.1 结构及工作原理

图1为制动执行机构总成，由排气制动缸、摇臂机构、蝶形阀及壳体等。蝶形阀的操纵是由单向作用活塞式排气制动缸控制的,当排气制动不起作用时阀片处在张开的位置，并不影响发动机的正常工作。当排气制动起作用时，阀片关闭，同时断油机构强制性切断发动机的供油，行驶的汽车带动发动机曲轴强制旋转运动。发动机活塞在排气行程中，排出的气体因制动阀片关闭而被压缩，产生压力，使发动机如同压气机一样工作，被压缩的气体使排气时活塞上行产生阻力，加大了发动机的压气损失，从而起到了制动效果[4-5]。

图1

2.1.2 发动机压缩释放制动

压缩释放制动的原理是：在压缩行程末段（约在喷油点附近），发动机缓速器的从动活塞将排气门强制打开，释放掉气缸内的高压力气体。使得发动机在膨胀行程没有能量返回活塞，从而发动机产生泵气损失。约能产生14－21kW/L。

由于在压缩上止点前强制打开排气门，此时缸内的压缩压力通常达到 2.5－4Mpa。此压力作用在排气门上，就需要制动器的从动活塞有足够的能量才能打开排气门。因此如何使制动器的从动活塞有足够的能量是首要的问题。

图2

虽然压缩释放制动的制动功率很高，但其产生的高压力排气激波会损坏排气系统的零件，尤其是贵重的增压器。并且国内的大多发动机如果应用此技术，需对配气机构进行重新设计，这会花极大的代价。

为了使制动器的从动活塞具有足够的能量，通常我们采用主从动活塞的液压机构来实现。让主动活塞产生高压油，由高压油再推动从动活塞去打开排气门。主动活塞可以是一个，也可以是多个主动活塞共同来建立高压油。

由于液压机构必须考虑排空气以避免空气泡影响的问题，因此采用每循环都排掉液压油的方法来避免空气泡的影响，既使本循环液压管路中存在空气泡，到下循环就会被排出，图2所示的单项球阀就是实现这个功能。

2.1.3 发动机缓速制动

发动机缓速制动是通过在发动机上安装一套特殊机构，把发动机转变成为空气压缩机来吸收车辆动能，从而产生制动缓速作用[6]。发动机缓速装置是一种提高发动机制动力的设备。通过打开压缩冲程上止点附近的排气制动器并排放出压缩空气，发动机缓速装置减少了汽缸内的压力。这样就减少了在下一次膨胀冲程中降低活塞的能量，从而提高了发动机制动力。该设备安装在发动机主体的阀动机构上面，通过发动机润滑系统的液压而运行。

2.2 结构

如图3所示发动机缓速装置包含了安装在盖罩内阀动机构上面的缓速装置主体，一个用于凸轮轴制动器的特别凸轮、以及一台控制这些组件的计算机。缓速装置主体包含了一个开启和关闭发动机油压的电磁调节阀、一个打开和关闭油路的控制阀、一个通过凸轮运动来推动活塞的主活塞、以及一个通过液压来推动排气阀的副活塞。

图3

2.3 运行过程

如图4所示：

● 来自于计算机的电信号打开了制动器一侧上面的电磁调节阀。

● 来自于发动机的液压向上推动控制阀及其内部止回阀，将发动机油提供给位于主活塞和副活塞之间的油通路A。

● 主活塞通常是由弹簧向上推动。发动机油提供的压力向上推动制动器摇臂，使其与制动器凸轮相接触。

● 制动器凸轮通过制动器摇臂将主活塞向上推动到压缩冲程的上止点，从而将油通路A中的油料推回。

● 在控制阀内止回阀油通路A上的压力高于油通路B的压力（发动机油压），而止回阀关闭了油通路，以产生液压。

● 这种液压的增加会向下推动副活塞，并打开排气阀。

● 开启的排气阀排放出压缩空气，从而消除了将活塞向上推动力量。因此，在压缩冲程中获得的制动力得以保留，并能有效的使用。

图4

3 结束语

发动机制动器是汽车辅助制动装置，市场应用前景广阔。发动机制动能够解决连续制动导致的车辆制动性能衰减和制动系统磨损的问题，可提高汽车的安全性，同时具有高性价比，无需对底盘做任何变动，重量和价格的增加也是很少的等特点。国外对发动机制动技术的研究已经比较成熟，在北美与欧洲应用广泛。它能给广大用户带来巨大的经济利益和安全保证[7]。

参考文献

[1] Zdenek Meistrick.Jacobs new engine brake technology[C].SAE Paper 92448,1992

[2] 董颖,何仁.发动机制动技术的研究与展望[J].车用发动机,2006,163（3）.

[3] 何仁,董颖,牛润新.车用发动机缓速器工作循环的理论分析[J].农业机械学报,2007,38（12）:36～40.

[4] 秦启华.排气制动系统的基本原理(上).汽车运输.1989.02,pp36～37

[5] 秦启华.排气制动系统的基本原理(下).汽车运输.1989.03, pp42～44

[6] 林秀霞,张幽彤,于鲲.柴油机排气制动控制技术研究[J].车用发动机,2006,第6期（总第166期）:16～19.

[7] 马海建.载重汽车用柴油机排气制动系统的研制[J].拖拉机与农用运输车,2007,34（22）:56～57.