王 軍
(西安雙特智能傳動有限公司,陜西 西安 710119)
汽車常用輔助制動裝置有發(fā)動機(jī)制動、電渦流緩速器、液力緩速器、空氣動力緩速、牽引電機(jī)緩速等。用發(fā)動機(jī)作為阻力源,產(chǎn)生制動力矩,通常采用方法是在發(fā)動機(jī)排氣管中加裝制動閥,當(dāng)閥門關(guān)閉時,把發(fā)動機(jī)作為空氣壓縮機(jī)來用的方式稱為發(fā)動機(jī)緩速器。與其他緩速器相比,發(fā)動機(jī)緩速器體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,響應(yīng)時間短,造價低,制動功率大而且可以調(diào)整,長時間使用時發(fā)出的制動功率穩(wěn)定,不會由于溫升等因素影響制動性能等。國外的發(fā)動機(jī)緩速器已經(jīng)形成系列產(chǎn)品,用于多種品牌、型號的柴油機(jī),獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。發(fā)動機(jī)制動主要包括排氣制動、緩釋制動和壓縮釋放制動。
發(fā)動機(jī)能夠驅(qū)動汽車運(yùn)動,也應(yīng)該可以阻止汽車運(yùn)動。
當(dāng)車輛不需制動減速時,發(fā)動機(jī)為正常的做功工作模式,發(fā)動機(jī)消耗燃油發(fā)出正的馬力來驅(qū)動汽車運(yùn)動。
當(dāng)車輛需要制動減速時,發(fā)動機(jī)緩速器暫時將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿庸ぷ髂J剑藭r發(fā)動機(jī)相當(dāng)于一臺空氣壓縮機(jī),吸收來自于車輛的運(yùn)動能量,達(dá)到阻止車輛運(yùn)動的目的。此時發(fā)動機(jī)不消耗燃油而發(fā)出負(fù)功率來阻止汽車運(yùn)動。
發(fā)動機(jī)緩速器實(shí)際上是一套機(jī)械液壓裝置,其安裝在發(fā)動機(jī)上,并直接作用于發(fā)動機(jī)的排氣門,可改變排氣門固有的運(yùn)動規(guī)律。當(dāng)緩速器工作時,發(fā)動機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài);當(dāng)緩速器停止工作時,發(fā)動機(jī)又恢復(fù)做功狀態(tài)。
由一個電磁閥來實(shí)現(xiàn)這兩個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,因此非常方便和快捷。
按實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)制動的技術(shù)方案,發(fā)動機(jī)緩速器可分為三類:
2.1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1為制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)總成,由排氣制動缸、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缸控制的,當(dāng)排氣制動不起作用時閥片處在張開的位置,并不影響發(fā)動機(jī)的正常工作。當(dāng)排氣制動起作用時,閥片關(guān)閉,同時斷油機(jī)構(gòu)強(qiáng)制性切斷發(fā)動機(jī)的供油,行駛的汽車帶動發(fā)動機(jī)曲軸強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。發(fā)動機(jī)活塞在排氣行程中,排出的氣體因制動閥片關(guān)閉而被壓縮,產(chǎn)生壓力,使發(fā)動機(jī)如同壓氣機(jī)一樣工作,被壓縮的氣體使排氣時活塞上行產(chǎn)生阻力,加大了發(fā)動機(jī)的壓氣損失,從而起到了制動效果[4-5]。
圖1
2.1.2 發(fā)動機(jī)壓縮釋放制動
壓縮釋放制動的原理是:在壓縮行程末段(約在噴油點(diǎn)附近),發(fā)動機(jī)緩速器的從動活塞將排氣門強(qiáng)制打開,釋放掉氣缸內(nèi)的高壓力氣體。使得發(fā)動機(jī)在膨脹行程沒有能量返回活塞,從而發(fā)動機(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,就需要制動器的從動活塞有足夠的能量才能打開排氣門。因此如何使制動器的從動活塞有足夠的能量是首要的問題。
圖2
雖然壓縮釋放制動的制動功率很高,但其產(chǎn)生的高壓力排氣激波會損壞排氣系統(tǒng)的零件,尤其是貴重的增壓器。并且國內(nèi)的大多發(fā)動機(jī)如果應(yīng)用此技術(shù),需對配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),這會花極大的代價。
為了使制動器的從動活塞具有足夠的能量,通常我們采用主從動活塞的液壓機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。讓主動活塞產(chǎn)生高壓油,由高壓油再推動從動活塞去打開排氣門。主動活塞可以是一個,也可以是多個主動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)就會被排出,圖2所示的單項(xiàng)球閥就是實(shí)現(xiàn)這個功能。
2.1.3 發(fā)動機(jī)緩速制動
發(fā)動機(jī)緩速制動是通過在發(fā)動機(jī)上安裝一套特殊機(jī)構(gòu),把發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)變成為空氣壓縮機(jī)來吸收車輛動能,從而產(chǎn)生制動緩速作用[6]。發(fā)動機(jī)緩速裝置是一種提高發(fā)動機(jī)制動力的設(shè)備。通過打開壓縮沖程上止點(diǎn)附近的排氣制動器并排放出壓縮空氣,發(fā)動機(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)動機(jī)制動力。該設(shè)備安裝在發(fā)動機(jī)主體的閥動機(jī)構(gòu)上面,通過發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的液壓而運(yùn)行。
如圖3所示發(fā)動機(jī)緩速裝置包含了安裝在蓋罩內(nèi)閥動機(jī)構(gòu)上面的緩速裝置主體,一個用于凸輪軸制動器的特別凸輪、以及一臺控制這些組件的計(jì)算機(jī)。緩速裝置主體包含了一個開啟和關(guān)閉發(fā)動機(jī)油壓的電磁調(diào)節(jié)閥、一個打開和關(guān)閉油路的控制閥、一個通過凸輪運(yùn)動來推動活塞的主活塞、以及一個通過液壓來推動排氣閥的副活塞。
圖3
如圖4所示:
● 來自于計(jì)算機(jī)的電信號打開了制動器一側(cè)上面的電磁調(diào)節(jié)閥。
● 來自于發(fā)動機(jī)的液壓向上推動控制閥及其內(nèi)部止回閥,將發(fā)動機(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。發(fā)動機(jī)油提供的壓力向上推動制動器搖臂,使其與制動器凸輪相接觸。
● 制動器凸輪通過制動器搖臂將主活塞向上推動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)動機(jī)油壓),而止回閥關(guān)閉了油通路,以產(chǎn)生液壓。
● 這種液壓的增加會向下推動副活塞,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力量。因此,在壓縮沖程中獲得的制動力得以保留,并能有效的使用。
圖4
發(fā)動機(jī)制動器是汽車輔助制動裝置,市場應(yīng)用前景廣闊。發(fā)動機(jī)制動能夠解決連續(xù)制動導(dǎo)致的車輛制動性能衰減和制動系統(tǒng)磨損的問題,可提高汽車的安全性,同時具有高性價比,無需對底盤做任何變動,重量和價格的增加也是很少的等特點(diǎn)。國外對發(fā)動機(jī)制動技術(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]。
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