车用发动机制动性能试验研究

张俊 张兴刚 陈东峰 张探军 刘逢春 魏鹏程

摘要：本文通过对车用发动机的制动类型、制动原理和制动过程等进行研究，对发动机制动系统的制动性能进行定量分析，通过分析计算试验所得数据，获取制动装置能过持续制动的试验结果，为发动机辅助制动性能的安全性和适用性提供理论依据，对提高车用发动机的制动效率和行车安全具有很高的利用价值。

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.

关键词：车用;制动装置;试验

Key words： engine;the engine braking;brake

1  概述

随着汽车工业技术的不断前进，车辆发动机的功率不断向高功率发展，汽车不断提高性能技术和日趋完善的道路通行条件，汽车起动最高驾驶速度的不断提升，将导致其的制动负荷和刹车距离也越来越长。特别处于连续下坡的汽车，将挡位定位中高档上已成为多数驾驶员的行车习惯，以实现用最短的时间通过坡度下滑路段。如果车辆加装可以辅助制动的装置，仅依靠车辆自身的刹车系统制动，长时间制动导致刹车片过热，出现刹车失灵的情况，直接威胁行车安全。但如果车辆加装了辅助制动装置，则可以为车辆提供额外的辅助制动能量，能将车辆的速度控制在一定范围内不至于下坡时其速度越跑越快，能够保护车辆的行驶安全[1]。因此这种辅助制动装置能够为车辆刹车系统提供制动能量补充，缓解由于车辆刹车系统持续工作的疲劳状态，这种辅助制动系统对于保障车辆在特殊路况的行车安全是必不可少的一种方式。本文将重点介绍两种常见的辅助制动装置。

本文将重点研究辅助制动装置的制动原理、制动类型和制动过程等工作。进而分析车辆制动系统的制动性能，通过对车辆制动系统的试验数据进行分析，获取辅助制动装置的可靠性的量化结果，为车用辅助制动器的在实车环境下的可靠性提供依据，对加装辅助制动器的车辆的在特殊路况下的作用，以及安全驾驶的实际指导意义。

2  辅助制动装置的工作原理

按照其工作原理和结构形式的不同，车辆辅助制动装置大致可分为三类，即排气蝶阀制动装置、泄气式制动装置和压缩释放式制动装置。经过试验检验，其中以结构形式简单的排气制动和以高效的制动效率的压缩制动的两种辅助制动方式在国内最受车辆厂家的青睐。以下将对这两种制动方式进行深入研究。

2.1 排气制动

排气制动器作为国内最常见的制动方式，通过一种高效的碟型阀实现排气制动的功能，将制动阀安装在车辆发动机的排气歧管出口处。

与其它类型的辅助制动装置的工作原理和結构形式相比较，排气蝶阀制动装置的结构相对简单，加装排气蝶阀制动装置的车辆，通过压缩空气为蝶阀提供动能，使其闭合将发动机排气管堵死，从而形成可控的排气背压力在发动机气缸内部，进而使得发动机排气行程的功耗不断增加，使发动机其转速不断降低，发动机转速的降低必然将导致车速的降低，进而短时间内达到辅助制动的效果。蝶阀由于阻止排气气流从而使得发动机内部的背压不断提高，这样制动功率的增加是通过排气背压的不断增大来实现的。与其它制动器相比，排气蝶阀结构相对简单，性价比较高，但制动效果比较低。其结构原理图、实物图和安装结构图如图1所示。

排气制动装置的核心部件为蝶形排气制动阀。如图1为一种典型的蝶形排气制动阀的结构示意图，其工作过程为将通气阀4接到排烟管出口处，控制电磁阀1接通，将高压空气从电磁阀通气接头5处进入气缸2来控制阀片的开启和闭合。当阀片关闭时，蝶阀处于辅助制动状态，当阀片开启时，辅助制动装置不起制动作用。（图2、图3）

采用排气蝶阀制动的发动机可以在连续下坡的情况下，减少使用主制动器，达到车辆能够保持稳定低速下坡，同时尽量为主制动器减负，减少其持续使用频率，可以延缓刹车片的磨损，延长其寿命;加装排气蝶阀制动装置的车辆，会减少发动机的燃料消耗，节约整车的能耗，延长车辆发动机的使用时间，克服了发动机的惯性力，可以保持发动机温度不变，从而减轻了发动机的热疲劳现象[2]。同时与主制动器配合使用，提高了发动机制动的平稳性和舒适性，为车辆提供安全可靠的制动效率。

2.2 压缩制动装置

加装压缩制动装置的车辆其工作原理也是能力消耗，车辆的功率消耗是利用倒拖发动机的运转来实现的，这样可以有效降低车辆的行驶动能，在发动机上加装一种辅助装置，利用液压式原理，将排气门于气缸压缩冲程终了前提前开启，释放压缩行程能量，将气缸内被压缩的气体提前排出，这样将导致发动机压缩行程的功，提前释放到发动机的排气系统中去了[3]。在下一个循环膨胀做功行程中，由于液压装置的作用，发动机的排气门关闭，由于提前排气，缸内近乎真空状态，活塞向下运动类似一个抽真空的过程，生成负功。发动机制动过程如图4所示。

压缩制动装置的工作过程为：当车辆压缩制动装置起作用时，将车辆的油门踏板处于零位，啮合离合器，控制电磁阀接通，保持其上电开启状态，利用车辆的机油将压缩制动装置的低压油路充满。由于机油压力的作用，给其施加向上的作用力，使控制阀体上升，使低压油路和高压油路保持连通，借助高压油路机油的作用力，将给主动活塞一个反作用力，迫使活塞下行，并与气门（喷油）摇臂调节螺栓末端接触。

根据缸内的运动规律，气门（喷油）推杆上行，反过来推动主动活塞上行，由于高压油路的机油的作用力，使阀体中的单向阀关闭，进而将主/从动活塞之间的高压油路的机油切断。随着发动机的继续运动，使得主动活塞不断上行，由于机油的不可压缩性，导致从动活塞跟随主动活塞的上行和下行，进而在发动机压缩上止点前将排气门打开，释放压缩行程能量，实现压缩制动器的整个工作过程[4]。

车辆压缩制动装置是作为一种刹车系统的补充加装在发动机上，为车辆提供可靠的制动提供补充能量，借助动力吸收装置的工作原理，将车辆动力装置变成了类似于空压机式的动力装置，从而将主制动器负载的压力大大的减轻。其工作原理是通过改变配气相位，使發动机排气门开启和关闭的时间发生变化，从而达到降低车速的目的，排气门在压缩冲程结束前提前开启，这样可以提前释放压缩行程的能量，将其排出到排气系统中，能量对活塞的作用力将大大减弱，通过车轮和传动装置将车辆的动能传递给发动机，进而返拖着发动机转动。压缩制动器具有结构复杂、制动功率大、制动效果好的特点，其价格也是比较贵的。

3  试验数据分析

根据康明斯发动机的制动性能试验研究，通过采用发动机制动功率百分比来反应发动机制动器的制动性能，制动功率百分比的计算是指发动机辅助制动装置的功率在相同转速下发动机的输出功率所占的份额。

通过试验验证，获取发动机的外特性的试验数据和辅助制动装置的制动效率的试验数据。通过对发动机从1100rpm到1900rpm，每100rpm进行制动性能和外特性性能进行试验验证，获得发动机制动效率和外特性的试验数据并计算绘制了制动效率百分比曲线图。（表1）

从制动功率百分比的曲线图6中可以看出，当发动机在低转速时，辅助制动装置的制动功率可以达到35%以上，当发动机转速达到1700r/min及以上时，辅助制动装置的制动效率可以提升到50%以上，并随着发动机转速的进一步提升，其制动功率可以不断提高。（图6）

4  总结

本文通过对车辆辅助制动装置的工作原理和制动性能的研究，深入分析了车辆辅助制动装置的过程。将两种制动装置排气蝶阀制动装置和压缩制动装置配合使用，可以产生很好的制动效果。为车辆特别是大型商用车在特殊环境的行车提供安全可靠的制动能量保障。

对于安装辅助制动装置的车辆，其对于行车的安全是肯定的，可以有效减少由于长距离下坡制动对车辆轮胎和刹车片的磨损，提高车辆的安全系数和设备运营效率等，可以确定的是，随着车辆制动器技术的不断发展和加装制动器车辆的不断普及，会有更多更好的新技术应用到车辆的制动系统中，为车辆提供更安全、高效的驾驶体验。

参考文献：

[1]余强.汽车下坡持续制动性能研究[D].西安：西安交通大学，2000.

[2]付维舟，桑永生.排气制动结构原理与应用[J].陕西汽车，1994（2）.

[3]狄振华.Jacobs发动机制动性能试验研究[D].长安大学，2009（5）.

[4]张英，钟跃兰，等.压缩释放制动在重型柴油机上的应用研究[J].车用发动机，2018（5）.