安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的幾種形式的緩速裝置

耿鳳明

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的幾種形式的緩速裝置

耿鳳明

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

分析了發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的工作過程及其制動(dòng)能力，介紹了典型的商用車發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的機(jī)構(gòu)特征，工作原理及性能特點(diǎn)等，對(duì)目前最新的發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器技術(shù)進(jìn)行了比較全面的分析。

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)；緩速器；結(jié)構(gòu)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.050

CLC NO.:U461.1 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-148-03

引言

汽車常用輔助制動(dòng)裝置有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、電渦流緩速器、液力緩速器、空氣動(dòng)力緩速、牽引電機(jī)緩速等。用發(fā)動(dòng)機(jī)作為阻力源，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，通常采用方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中加裝制動(dòng)閥，當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，把發(fā)動(dòng)機(jī)作為空氣壓縮機(jī)來用的方式稱為發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器。與其他緩速器相比，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)時(shí)間短，造價(jià)低，制動(dòng)功率大而且可以調(diào)整，長時(shí)間使用時(shí)發(fā)出的制動(dòng)功率穩(wěn)定，不會(huì)由于溫升等因素影響制動(dòng)性能等。國外的發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，用于多種品牌、型號(hào)的柴油機(jī)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)主要包括排氣制動(dòng)、緩釋制動(dòng)和壓縮釋放制動(dòng)。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的原理

發(fā)動(dòng)機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)，也應(yīng)該可以阻止汽車運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)車輛不需制動(dòng)減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)為正常的做功工作模式，發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃油發(fā)出正的馬力來驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)車輛需要制動(dòng)減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器暫時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿?dòng)工作模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，吸收來至車輛的運(yùn)動(dòng)能量，達(dá)到阻止車輛運(yùn)動(dòng)的目的。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不消耗燃油而發(fā)出負(fù)的馬力來阻止汽車運(yùn)動(dòng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器實(shí)際上是一套機(jī)械液壓裝置，其安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，并直接作用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門，可改變排氣門固有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)緩速器工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)緩速器停止工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)又恢復(fù)做功狀態(tài)。

由一個(gè)電磁閥來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，因此非常方便和快捷。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的分類

按實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的技術(shù)方案，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器可分為三類：如表1所示。

表1

3、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣碟閥制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)對(duì)行駛中的汽車停止供給燃油，并將變速器掛入某一前進(jìn)擋，汽車通過車輪和傳動(dòng)系帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)變成空氣壓縮機(jī)，消耗車輛的動(dòng)能，或是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)一定程度關(guān)閉排氣管道，使氣缸壓力升高；其產(chǎn)生的阻力矩通過傳動(dòng)系放大傳給車輪，實(shí)現(xiàn)車輛的緩速。這種緩速器價(jià)格低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需改動(dòng)汽車傳動(dòng)系[3]。

(1)結(jié)構(gòu)及工作原理圖1為制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成，由排氣制動(dòng)缸、搖臂機(jī)構(gòu)、蝶形閥及殼體等。蝶形閥的操縱是由單向作用活塞式排氣制動(dòng)缸控制的，當(dāng)排氣制動(dòng)不起作用時(shí)閥片處在張開的位置，并不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。當(dāng)排氣制動(dòng)起作用時(shí)，閥片關(guān)閉，同時(shí)斷油機(jī)構(gòu)強(qiáng)制性切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的供油，行駛的汽車帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在排氣行程中，排出的氣體因制動(dòng)閥片關(guān)閉而被壓縮，產(chǎn)生壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)如同壓氣機(jī)一樣工作，被壓縮的氣體使排氣時(shí)活塞上行產(chǎn)生阻力，加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣損失，從而起到了制動(dòng)效果[4-5]。

圖1

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮釋放制動(dòng)

壓縮釋放制動(dòng)的原理是：在壓縮行程末段（約在噴油點(diǎn)附近），發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器的從動(dòng)活塞將排氣門強(qiáng)制打開，釋放掉氣缸內(nèi)的高壓力氣體。使得發(fā)動(dòng)機(jī)在膨脹行程沒有能量返回活塞，從而發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生泵氣損失。約能產(chǎn)生14－21kW/L。

由于在壓縮上止點(diǎn)前強(qiáng)制打開排氣門，此時(shí)缸內(nèi)的壓縮壓力通常達(dá)到2.5－4Mpa。此壓力作用在排氣門上，就需要制動(dòng)器的從動(dòng)活塞有足夠的能量才能打開排氣門。因此如何使制動(dòng)器的從動(dòng)活塞有足夠的能量是首要的問題。

雖然壓縮釋放制動(dòng)的制動(dòng)功率很高，但其產(chǎn)生的高壓力排氣激波會(huì)損壞排氣系統(tǒng)的零件，尤其是貴重的增壓器。并且國內(nèi)的大多發(fā)動(dòng)機(jī)如果應(yīng)用此技術(shù)，需對(duì)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這會(huì)花極大的代價(jià)。

為了使制動(dòng)器的從動(dòng)活塞具有足夠的能量，通常我們采用主從動(dòng)活塞的液壓機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。讓主動(dòng)活塞產(chǎn)生高壓油，由高壓油再推動(dòng)從動(dòng)活塞去打開排氣門。主動(dòng)活塞可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)主動(dòng)活塞共同來建立高壓油。

由于液壓機(jī)構(gòu)必須考慮排空氣以避免空氣泡影響的問題，因此采用每循環(huán)都排掉液壓油的方法來避免空氣泡的影響，既使本循環(huán)液壓管路中存在空氣泡，到下循環(huán)就會(huì)被排出，圖2所示的單項(xiàng)球閥就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)緩速制動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)緩速制動(dòng)是通過在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝一套特殊機(jī)構(gòu)，把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成為空氣壓縮機(jī)來吸收車輛動(dòng)能，從而產(chǎn)生制動(dòng)緩速作用[6]。發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置是一種提高發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力的設(shè)備。通過打開壓縮沖程上止點(diǎn)附近的排氣制動(dòng)器并排放出壓縮空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置減少了汽缸內(nèi)的壓力。這樣就減少了在下一次膨脹沖程中降低活塞的能量，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力。該設(shè)備安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主體的閥動(dòng)機(jī)構(gòu)上面，通過發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)的液壓而運(yùn)行。

3.1 結(jié)構(gòu)

圖3

如圖3所示發(fā)動(dòng)機(jī)緩速裝置包含了安裝在蓋罩內(nèi)閥動(dòng)機(jī)構(gòu)上面的緩速裝置主體，一個(gè)用于凸輪軸制動(dòng)器的特別凸輪、以及一臺(tái)控制這些組件的計(jì)算機(jī)。緩速裝置主體包含了一個(gè)開啟和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)油壓的電磁調(diào)節(jié)閥、一個(gè)打開和關(guān)閉油路的控制閥、一個(gè)通過凸輪運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)活塞的主活塞、以及一個(gè)通過液壓來推動(dòng)排氣閥的副活塞。

3.2 運(yùn)行過程

如圖4所示：

圖4

●來自于計(jì)算機(jī)的電信號(hào)打開了制動(dòng)器一側(cè)上面的電磁調(diào)節(jié)閥。

●來自于發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓向上推動(dòng)控制閥及其內(nèi)部止回閥，將發(fā)動(dòng)機(jī)油提供給位于主活塞和副活塞之間的油通路A。

●主活塞通常是由彈簧向上推動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)油提供的壓力向上推動(dòng)制動(dòng)器搖臂，使其與制動(dòng)器凸輪相接觸。

●制動(dòng)器凸輪通過制動(dòng)器搖臂將主活塞向上推動(dòng)到壓縮沖程的上止點(diǎn)，從而將油通路A中的油料推回。

●在控制閥內(nèi)止回閥油通路A上的壓力高于油通路B的壓力（發(fā)動(dòng)機(jī)油壓），而止回閥關(guān)閉了油通路，以產(chǎn)生液壓。

●開這種液壓的增加會(huì)向下推動(dòng)副活塞，并打開排氣閥。

●開啟的排氣閥排放出壓縮空氣，從而消除了將活塞向上推動(dòng)力量。因此，在壓縮沖程中獲得的制動(dòng)力得以保留，并能有效的使用。

4、結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器是汽車輔助制動(dòng)裝置,器市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。其具有高性價(jià)比，對(duì)需對(duì)底盤做任何變動(dòng)，重量和價(jià)格的增加也是很少的。國外對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)的研究已經(jīng)比較成熟，在北美與歐洲應(yīng)用廣泛。它能給廣大用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益和安全保證[7]。

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

[2] 董穎，何仁.發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)技術(shù)的研究與展望[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2006，163（3）.

[3] 何仁，董穎，牛潤新.車用發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器工作循環(huán)的理論分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，38（12）：36～40.

[4] 秦啟華. 排氣制動(dòng)系統(tǒng)的基本原理(上) [M]. 汽車運(yùn)輸. 1989.02, pp36～37.

[5] 秦啟華. 排氣制動(dòng)系統(tǒng)的基本原理(下) [M]. 汽車運(yùn)輸. 1989.03, pp 42～44.

[6] 林秀霞，張幽彤，于鯤.柴油機(jī)排氣制動(dòng)控制技術(shù)研究[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2006，第6期（總第166期）:16～19.

[7] 馬海建.載重汽車用柴油機(jī)排氣制動(dòng)系統(tǒng)的研制 [J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2007,34（22）:56～57.

Several forms of slow speed device installed on the engine

Geng Fengming
( Shaanxi Fast Gear Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710119 )

The working process and stop ability of the engine retarder were analyzed, Then the structure, working principle and braking performance of exhaust brake, engine brake are expounded. Finally the developing trend of auto auxiliary braking set is prospected.

engine break; retarder; structure

U461.1

B

1671-7988(2016)01-148-03

耿鳳明，工程師，就職于西安雙特智能傳動(dòng)有限公司。主要從事汽車變速器的生產(chǎn)管理工作。