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车用发动机辅助制动技术概述及压缩释放式发动机制动技术分析(一)
来源:汽车维修  作者:佚名  2015-11-13 08:51:56

    发动机制动技术在欧美已经非常成熟,几乎是卡车的标配,现在国内越来越多的卡车车型上也应用了该技术。由于国内地形条件多样,盘山公路、急弯、陡坡、连续下坡等道路情况复杂,而这些路段也往往是事故多发地段,重卡运输经常伴随着超载清况的出现,这也为制动失灵事故埋下了隐患。尤其到夏季,下长坡时制动过热的问题,让重卡驾驶员非常头疼。淋水的方式虽然能解决问题,但不治本。辅助制动是国外常用的,也是从根本上解决下坡制动过热等问题的方法,这其中,压缩释放式发动机辅助制动技术是较先进的一种辅助制动方式。
    一、交通事故频发,提升卡车的制动技术迫在眉捷
随着卡车装载量、行驶速度的提高和近年来销量的快速增长,与卡车相关的交通事故也越来越多,同时,由于卡车质量大,其事故的人员伤亡率较高,尤其重型卡车,其行车安全问题,已经成为大家关注的焦点。
    据公安部网站数据显示,2011年,全国道路交通事故造成62387人死亡、23.7万人受伤;2012年中国双节长假期间全国发生交通事故68422起,794人遇难。据业界数字统计,近年来卡车正在成为国内交通事故致死人数增幅最高和经济损失最大的车种。
    卡车制动技术滞后,在中国相对不完善的公路系统中增加了事故发生的几率。目前国内4级及4级以下等级公路里程仍有120多万km,在183万km总通车里程中约占70%。此外,由于地形条件多样,中国道路情况也比较复杂。西部、西南部等地区山多、山势险峻,这些地区的公路往往是盘山而建,急弯、陡坡、连续下坡与长距离下坡的情况很常见,这些路段也往往是事故多发地段。重型卡车运输经常伴随着超载情况的出现,这也为制动失灵事故埋下了隐患。卡车事故中,很多都是因为车辆制动系统的问题造成的。现在的卡车制动方式主要还是采用鼓式制动器,依靠摩擦制动,在长时间的下坡制动过程中,会导致制动器温度上升,制动摩擦片过热会出现制动失效,甚至引起燃烧。即使像国内很多用户一样安装淋水器,也存在诸多安全隐患。在这样的背景下,若想有效降低卡车的交通事故,需要国家尽快规范卡车制动系统的技术要求。卡车事故发生的关键是制动失灵问题。据有关部门分析,有相当一部分重大交通事故的根本原因就是因为卡车在长距离下坡过程中车辆没有采用先进的制动系一统,在发生紧急情况时,制动过久容易使制动过热而失灵,导致发生连环追尾、翻车等事故。从制动的原理来说,制动器在制动过程中是将车辆的动能转化为热能。一般来说,制动器有3个主要的性能指标:一是制动效能,也就是短距离内制动的能力;二是制动的稳定性,也就是车辆在制动过程中的方向控制能力。车辆在制动过程中会不会侧滑或者跑偏就取决于制动的稳定性;三是热衰退性,也称制动效能的恒定性。长距离坡路中出现的制动失灵,主要原因就是制动器的热衰退性不能满足要求。对于重载车辆,由于动能很大,在长距离下坡路段行驶时制动器的温度也比较高,通常会达到500~600℃,甚至更高。在这种情况下,制动器的摩擦系数就相对降低,有时驾驶员为了多拉货而超载,这便加大了车辆出现制动失灵情况的几率。由此可见,先进可靠的制动系统是卡车远离“安全门”的关键环节和有力保障。国内卡车急需改善和提高自身的制动技术。
    应用发动机制动的好处包括减少轮胎、制动器的磨损,提高行车安全性和运营效率等,用户需要根据实际情况选择合适的辅助制动器产品,并采用正确的驾驶方法才能充分发挥其作用。随着这方面技术的发展和普及,会有更多的重卡驾驶员能够享受到新技术带来的好处。
    提高卡车安全性刻不容缓,在欧美发达国家,卡车的事故率要远低于我国,非常重要的一个原因就是它们安装了车辆辅助制动装置,比如发动机制动、液力缓速器等,很多车辆通过安装多个辅助装置相互配合,使车辆的安全制动性能达到最大化。
    在这些装置中,发动机制动器已经在欧美等国家大功率柴油机商用车上得到了较好推广,目前北美市场已有大量重卡装有该装置,本文就主要为大家介绍一下发动机制动器。
    二、发动机辅助制动装置的类型
    对于发动机辅助制动系统,简单的理解就是在车辆上存在一道动力链,在上坡时,由发动机产生动力,经传动系统带动车辆行驶,同样,下坡时,可以通过发动机产生阻力,形成一个制动力。发动机辅助制动装置按照工作原理的不同大致可分为3大类:排气蝶阀制动器;泄气式制动器;压缩释放式制动器。
    一是排气蝶阀制动(如图1所示),国内应用的辅助制动装置中,最常见的就是蝶阀制动,在国内绝大部分卡车的排气管上都能看到蝶阀。蝶阀制动的原理和结构也相对要简单,驾驶员使用蝶阀制动时,蝶阀转动,将排气管堵死,在发动机气缸内形成可控的背压,以增加发动机排气行程的功率消耗,迫使发动机降低转速,从而达到在短时间内降低车速的目的。排气蝶阀结构相对简单,性价比较高,但制动效果一般。



    二是泄气式制动。市场上也有不少采用泄气式发动机制动的产品,泄气制动工作时,将排气门打开一个小空隙,使发动机的压缩冲程通过泄气释放压缩能量,这样在做功冲程几乎没有能量返回活塞。而在排气冲程,依靠排气蝶阀或VGT涡轮增压器产生的背压来增加进排气功耗。泄气式制动按照实现控制方式的不同可分为主动式和被动式2种。被动泄气式制动器:市场上比较常见的潍柴WEVB发动机和重汽的EVB发动机就属于这种类型,它需要排气蝶阀进行辅助。当排气蝶阀关闭后,柴油机压缩行程使得排气通道中的废气压力急剧上升,相邻处于吸气冲程下止点附近气缸的排气门会被压力顶开一个小空隙,再通过增加一套控制排气门行程的执行机构,实现排气门在发动机制动过程中保持微启。WEVB发动机在EVB发动机的基础上,利用反向压力波打开排气门的机会,把排气门锁住,实现气缸漏气,从而在随后的压缩和膨胀冲程消耗能量,达到制动的作用。这种发动机制动的效果约为发动机功率的40%-50%。主动泄气式制动器则是通过电磁阀控制,用液压装置保持排气门微启,不需要依赖排气蝶阀,如锡柴6DL2发动机装备的就是这样的产品。
    三是压缩释放式制动。压缩释放式制动就是改变发动机排气门的配气相位,在压缩冲程即将结束时,开启排气门,这样发动机在压缩缸内空气时所做的功,便被释放到排气系统。这种形式的制动器功率最大,结构最复杂,当然成本也是最高的。
    这3种发动机辅助制动机构里,只有第3种是在发动机内部实现的,所以称之为“原生”发动机制动。这3类产品在制动效果上也有不小的差别。制动效率最高的是压缩释放式制动器。皆可博(Jake Brake)发动机制动产品是比较典型的,在市场上有很高的知名度,国内也已与多家企业配套。以皆可博发动机制动产品为例,目前国内装配这种形式的发动机有西安康明斯ISM 11系列、东风dCi11L系列、玉柴YC6K12、解放锡柴CA6DM\N系列等。人们较熟悉的CA6DM系列也是这样的结构,不过是解放自主研发的产品,主要的电磁阀由皆可博提供。

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