发动机制动技术运用分析

陈东照

（河南机电职业学院，河南 郑州 451191）

发动机制动技术运用分析

陈东照

（河南机电职业学院，河南 郑州 451191）

当今汽车逐渐向大功率、高速度等方向发展，对汽车制动性能提出了越来越高的要求。为了减少交通事故，保证行车安全，有效利用发动机辅助制动技术显得尤为重要。本文通过分析发动机制动工作原理及其对汽车制动性能的影响,发动机缓速器和发动机排气辅助制动装置的结构特点、工作特性，提出了实施发动机制动的必要性和发动机制动技术运用要领。

汽车辅助制动技术；制动性能；发动机制动；发动机缓速器

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-04-04

引言

汽车减速以至停车的过程称为制动，制动性能是汽车的主要性能之一，直接关系到人民生命和财产的安全，随着我国道路运输物流业的快速发展，汽车的车速和装载能力大幅度提升，机械摩擦式车轮制动器已不能满足车辆的制动要求，尤其在山区行驶的汽车因频繁使用车轮制动器，使制动摩擦片磨损加剧、制动器温度过高（常在300℃以上，甚至高达600～700℃），引起制动功能严重失效，各种交通事故频繁发生。“发动机制动”是一种功能独特、性能优良的汽车辅助制动装置，有效地运用发动机制动技术能够减轻车轮制动器的工作负荷、降低工作温度、延长使用寿命，提高综合制动效果，保证行驶安全[1]。

1、发动机制动工作原理

正常行驶的汽车需要减速或停车时，放松加速踏板，在发动机到驱动轮的动力传递路线没有切断的前提下（离合器接合、变速器处于某挡位），汽车的行驶惯性力将通过驱动轮和传动系统带动发动机曲轴继续旋转。此时，汽车在行驶惯性力作用下对发动机 “反拖”输入的动能大部分耗损在发动机的进气、压缩和排气过程，小部分消耗于对水泵、油泵、空气压缩机和发电机等附件的驱动。发动机及上述各附件所产生的阻碍曲轴旋转的阻力矩，即是对驱动轮产生的制动力矩[2]。它将通过传动系统放大后传给驱动轮，迫使汽车减速。档位越低对驱动轮产生的制动力矩越大，减速效果越明显。

2、发动机辅助制动装置工作分析

为了提高汽车的综合制动效果，在商用汽车尤其是经常在山区行驶的大型货车上装备了辅助制动装置。许多国家的交通法规已将辅助制动装置作为商用汽车的必备系统。如德国的交通法规明文规定：总质量在5.5吨以上的客车和9吨以上的载重汽车，必须安装辅助制动装置。我国国家标准GB7258-2012《机动车安全运行技术条件》规定：“车长大于9m的客车（对专用校车为车长大于8m）、总质量大于等于12000kg的货车和专项作业车、所有危险货物运输车，应装备缓速器或其他辅助制动装置”。缓速器可分为发动机缓速器、牵引电动机缓速器、空气动力缓速器、电涡流缓速器等等。本文只介绍发动机缓速器[3]。

2.1 发动机缓速器

在发动机制动起作用时，作为车辆动力源的发动机变成了消耗汽车动能而对汽车运动起缓速作用的空气压缩机。被反拖的发动机仍然按照进气、压缩、做功和排气四个行程工作，为了提高发动机制动的工作效果，在压缩终了时缓速器强迫排气门打开，改变排气门的配气相位，将压缩后的高压气体排出，从而减少在做功行程对活塞所做的功，这样将产生能量的柴油发动机变成了吸收能量的空气压缩机，如图1所示。

在康明斯ISM11系列，东风dCi11系列，玉柴YC6K12、锡柴CA6DN系列等发动机上使用的皆可博（Jake Brake）发动机缓速器如图2所示。由本体、电磁阀、控制阀、调节螺钉、从动活塞和主动活塞等主要零部件组成。

控制阀之前的油路称为低压回路，控制阀到主动活塞之间的油路为高压回路。当驾驶员松开加速踏板且离合器处于接合状态时，电控阀通电开启，发动机机油经开启的电控阀流入控制阀，压迫控制阀的球形单向阀上移开启，机油流入高压回路。主动活塞在油压作用下向下移动与摇臂接触。凸轮轴旋转驱动推杆上升时，通过摇臂推动主动活塞上移，高压回路的容积减小，油压升高，迫使控制阀内的球形单向阀落座关闭，形成密封的高压容腔[4]。由于机油的不可压缩性，随着主动活塞的继续上移，高压容腔内进一步增高的油压力克服从动活塞和排气门的弹簧弹力，推动从动活塞下移，强迫排气门开启，使压缩终了的高压气体释放到排气系统。当发动机的转速为2100 r/min 时，排气门每秒动作17次。在驾驶员踩下离合器或加速踏板时，电控阀断电而关闭发动机机油的进油路，打开泄油道，高压回路泄油，主、从动活塞复位，缓速器停止工作。

2.2 发动机排气辅助制动装置

2014年1月至2015年8月我院对68例复杂胫骨平台粉碎性骨折合并三柱损伤患者进行了分析研究,我们将患者分成了对照组和观察组,均有34例,两组的一般性资料对比不存在统计学差异性,能够进行对比分析。

发动机排气辅助制动装置安装在排气歧管上，制动时利用旋转的碟形节流阀堵塞排气通道并停止供油，使发动机气缸内形成可控的背压力，以增加发动机排气行程的功率消耗，快速降低发动机的转速，通过传动系统吸收汽车的动能，从而产生制动作用，如图3所示。汽车下长坡时，利用发动机排气辅助制动所吸收的功率可以达到发动机有效功率的50%以上[5]。

电磁气压控制式排气制动装置的工作原理如图4所示。放松加速踏板时，排气制动开关7被接通，信号灯8点亮，电流经离合器开关10、电磁阀线圈15和加速开关11形成回路。电磁阀15产生的电磁吸力关闭排气口，打开进气道，压缩空气同时进入排气制动阀、进气消音阀和熄火操纵臂的三个气缸，使柴油机停止供油，并关闭发动机的进、排气通道，实现排气制动。

3、发动机制动对汽车制动性能的影响

汽车在行驶过程中，强制地减速以致停车，且保证行驶方向稳定性和在下长坡时维持一定行驶速度的能力称为汽车的制动性。汽车的制动性能通过制动效能、制动效能的恒定性和制动时的方向稳定性进行评价［1］。发动机制动将对汽车的制动性能产生以下影响。

3.1 对制动效能的影响

制动效能是指汽车迅速减速直至停车的能力。用汽车在良好路面以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度进行评定。制动减速度是制动时车速对时间的导数，与制动力及附着力有关。制动距离的理论计算公式为：

式中，S为制动距离（m）；t1为驾驶员刚踩着制动踏板到汽车开始产生制动力所经历的时间（s）；t2为制动力由零增加到稳定值所经历的时间（s），（t1＋t2）称为制动器的作用时间；u0为开始制动时的车速（km/h）；jmax为汽车能达到的最大制动减速度（m/s2）。

由公式可知，决定汽车制动距离的主要因素是制动器的作用时间、最大制动减速度和开始制动时的车速。在汽车下坡或预见性制动时，为了利用发动机制动作用提高制动效能，应保持变速器挂上相应挡位，离合器处于接合状态，松开加速踏板，降低转速的发动机就会通过传动系统克服汽车的行驶惯性力使车速降低。此时，根据需要再踩制动踏板，因发动机制动作用使车轮制动器开始起作用的制动初速度降低，制动减速度增大，制动距离减小，因而提高了制动效能。尤其是在附着系数特别小的冰雪路面上，有计算表明，利用发动机制动的辅助作用可使制动距离缩短20～30%。

发动机制动对汽车产生的制动力或制动功率与当时的行驶车速及发动机转速有关。亚星客车集团特种车辆厂生产的JS6820中型客车在变速器处于Ⅲ挡和Ⅳ挡，发动机制动工作时的制动力与车速的关系曲线如图5所示。由图知，发动机制动和排气制动所产生的制动力随车速的升高而不同程度的增大，同等车速时变速器的挡位越低，传动比越大，所产生的制动力越大。

3.2 对制动效能恒定性的影响

汽车高速行驶或下长坡连续制动时，制动效能保持稳定的程度称为制动效能恒定性。连续制动时车轮制动器将汽车行驶的动能或势能不断地转换为热能，使自身的温度大幅度升高、摩擦因数下降、磨损加剧，制动效能将部分或全部丧失，这种现象称为制动器的热衰退，制动效能恒定性主要是指其抗热衰退的性能。制动器的抗热衰退性能一般用连续制动时制动效能的保持程度来衡量，国家行业标准ZBT 24007—89要求：在制动踏板力相同的条件下，以一定车速连续制动15次，每次的制动减速度为3m/s2，最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能（5.8m/s2）的60%。

发动机制动对汽车制动效能恒定性的影响，主要体现在行车中发动机的制动作用可显著地减少车轮制动器的使用次数，且能较长时间地发挥作用，使车轮制动器经常处于低温而能产生最大制动效果的工作状态，以备紧急制动时使用。有关文献的研究结果显示，汽车恒速下长坡，前后制动器与使用不同挡位发动机制动联合作用时，随着挡位的降低，发动机倒拖的制动功率增大，使前后车轮制动器所吸收的制动功率降低，制动器的最高温度和温升斜率均明显下降，有效提高了制动效能恒定性。汽车恒速下长坡，后制动器与使用不同挡位发动机制动联合作用时，制动器温度与行程的关系曲线如图6所示［3］。

3.3 对制动时方向稳定性的影响

制动时汽车不发生跑偏、侧滑及失去转向能力的性能称为制动时汽车的方向稳定性。制动时汽车自动向左或向右偏

驶称为“制动跑偏”，汽车某一轴或两轴横向移动称为“侧滑”，弯道制动时汽车沿切线方向驶出，或直线行驶制动时转动方向盘后汽车仍按直线方向行驶的现象称为“失去转向能力”。利用发动机制动时，制动力矩通过传动系统的差速器平均分配在左右驱动车轮上，有效地减少了汽车跑偏、侧滑或失去转向能力的可能性，尤其在泥泞、冰雪等滑溜路面的作用效果会更加明显。但是，发动机制动工况下，改变了前、后轮制动器制动力的分配比例，有增加驱动轮抱死的趋势，尤其是后轮驱动的汽车，制动系统设计时应考虑这个因素[6]。

4、发动机制动技术运用要领

4.1 利用发动机制动的必要条件

利用发动机制动时，必须保证发动机到驱动轮的动力传递路线处于接合状态，发动机不能熄火，且完全放松加速踏板（油门）。因而，手动变速器汽车应处于非空挡位置，离合器处于接合状态；自动变速器汽车的操纵手柄（选挡手柄）应放在L、S位置（或1、2位置），因“D”位工作时，靠单向离合器的作用实现动力传递，不能逆向传递动力，没有发动机制动作用。

4.2 发动机辅助制动装置的运用操作

应按照《发动机制动使用手册》的操作要求将发动机辅助制动装置的控制开关放在工作位置，CA6DN系列发动机的组合开关右手柄应处于二挡位置，如图7示。当组合开关处于一挡位置时，发动机不供油，仅排气制动工作；当组合开关处于二挡位置时，发动机不供油，发动机缓速器和排气辅助制动装置同时工作，仪表板上的辅助制动指示灯点亮。实践表明，该系列发动机的转速在1800～2200r/min范围时，发动机制动效果最佳，因此应根据坡度或车速选择相应的变速器挡位（一般情况下，选用上坡时的相应挡位。所选挡位越高，车速越快，作用在驱动轮上的发动机制动力矩越小）并间歇使用行车制动器，将发动机转速控制在推荐范围内，以发挥发动机制动的最大效能。当组合开关处于OFF或一挡位置、踩油门或离合器踏板、防抱死制动系统（ABS）起作用时，发动机制动自动解除。

4.3 发动机制动与行车制动器同时使用

在汽车高速行驶制动时，应同时利用行车制动和发动机制动。先踩制动踏板，当车速降低后再踩离合器踏板换低挡。这样既可以提高制动效能，又能够降低行车制动器的使用率，对行车安全非常重要。

在预见性滑行（如前方遇到红灯时的减速滑行）或下长坡时，离合器仍处于接合状态，间断地踩下制动踏板，使发动机制动与行车制动器同时起作用而增大总的制动力矩，以便有效地控制车速，提高制动效果。

4.4 紧急制动操作

发动机制动是一种辅助制动装置，不能替代行车制动器用于紧急制动，也不能用于驻车制动。在紧急制动时，发动机不仅无助于制动，反而会消耗一部分行车制动器的制动力去克服发动机旋转的惯性力矩，降低紧急制动效果。因此，紧急制动时应同时分离离合器，脱开发动机与传动机构的连接。

4.5 滑溜路面操作

在泥泞、冰雪等滑溜路面行驶时，应尽可能地利用发动机制动，灵活运用驻车制动器，尽量少用或间歇使用脚制动，以防车辆侧滑。

5、结束语

发动机制动对汽车的制动性能有着显著的影响。本文通过对发动机制动工作原理及其对汽车制动性能的影响，发动机辅助制动装置发动机缓速器和发动机排气辅助制动装置的结构特点、工作特性进行分析，提出了发动机制动的必要性和发动机制动技术的运用要领。

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The car engine braking technology application research

Chen Dongzhao
（Henan Mechanical and Electrical Vocational College, Henan Zhengzhou 451191）

The car of high power, high speed development, put forward higher request for the automobile braking performance. In order to reduce traffic accidents, ensure the safety of driving, the effective use of auxiliary engine brake technology is very important. In this paper, by analyzing the braking principle of engine and its effect on the automobile braking performance, structure characteristics, engine retarder and engine exhaust auxiliary braking device operating characteristics, put forward the necessity of engine brake and engine braking technology essentials.

Automobile auxiliary brake technology；Braking performance；Engine brake；Engine retarder

U461.3

A

1671-7988(2014)07-04-04

陈东照，高级讲师，就职于河南机电职业学院汽车工程学院，主要从事汽车专业教学与科研工作。