車載發動機輔助制動系統是怎樣的

2020-12-24 電子發燒友

車載發動機輔助制動系統是怎樣的

FlappyBird 發表於 2020-03-21 11:32:11

因基礎制動裝置過熱導致的剎車失靈現象已經不常見了，貨車和巴士的駕駛員可以更好地控制車輛運行。這種令人滿意的結果部分程度上得益於輔助制動系統的推廣，相關設備可以幫助基礎制動裝置降低車輛速度，特別是在較長距離的下山坡道上。

輔助制動系統包括兩個排氣制動閥，排氣系統中的蝶形閥增大了排氣背壓，來達到降低動力系統的速度，在發動機高轉速條件下效果更加顯著。阻尼減速採用了一種更高效的解決方案，通過水力液壓或者電力手段實現車輛制動。

Jacobs高功率密度壓縮釋放式發動機制動系統增加對進氣門和渦輪增壓器的控制，從而進一步提高制動效果。

液壓減速器使用了一個充滿液壓油的腔體，安裝在傳動系統葉片轉子和定子之間，來起到制動效果。阻尼減速程度大小可以通過調節腔體內液壓油量進行改變，液壓油 需要被循環冷卻，多餘的熱量通過熱交換器耗散到車輛冷卻系統中。雖然制動效果非常出色，但是液壓減速器設計增加了製造成本，並且增大了車輛整備質量。電磁 阻尼減速器結構更簡單，通過反電動勢定律來達到制動效果。設備安裝在車輛底盤上的定子和傳動軸上的轉子之間，利用空氣流進行冷卻散熱。

壓縮釋放式制動器是一種不錯的替代解決方案，在上世紀六十年代Jacobs汽車系統公司就已經開始倡導這種設計理念。通常來說，壓縮釋放式制動器通過在發動 機排氣衝程階段控制排氣閥門開啟時機，進一步提高背壓阻尼來幫助增強壓縮效果，從而更好地降低了速度，同時有效利用了廢氣價值。例如下山路段上排氣閥門在 活塞到達上止點之前保持關閉狀態來降低速度，先進的柴油發動機檢測到當前工況不需要消耗燃料，燃油供應系統會主動關閉，因此不會對發動機的正常運轉帶來負 面影響。

阻尼效果的產生需要在凸輪從動件下方安裝一個橋接器，含有一個控制電磁閥來調節液壓油向液壓執行機構的流動，而作用位置是凸輪而不是常規的凸輪從動件；液壓 油供應來自於搖杆軸上的孔隙。動力輸出條件下電磁閥關閉，執行機構活塞鎖定在橋接器上，使得排氣閥門跟隨凸輪完成正常四衝程運動。當需要制動的時候，電磁 閥開啟並與橋接器上執行機構脫離，排氣閥門依然處於關閉狀態，直到氣缸活塞到達上止點位置。因為凸輪正常運轉，而橋接器無法改變排氣閥舉升高度和時間長 短，所以制動效應不會給發動機做功過程完整性造成麻煩。

大排量發動機可以提供更出色的制動效果，但近些年來發動機降低尺寸和排量是行業發展的主流趨勢，因此發動機制動效果也受到一些影響。與此同時，由於引入了空 氣動力學特性更優的車輛設計、低滾動阻力輪胎和更低摩擦損失的傳統系統，行車阻尼也進一步降低。換句話說，現在重載汽車的自身減速效果降低，而且車輛總重 有所增加，加大了運動慣性。

Jacobs 數據顯示，隨著發動機設計和發動機制動設計的不斷升級，在發動機轉速為1500轉/分鐘條件下，壓縮釋放式發動機制動效果從上世紀六十年代的8千瓦/升提 高到九十年代的20千瓦/升。在此期間重載柴油發動機從機械燃油噴射系統發展到了雙凸輪軸設計，發動機制動系統通過一個專用凸輪集成到了氣門機構中。

雖然發動機制動設計效果顯著，但是增加的車輛總重、車輛較低的滾動阻力和低排量發動機都要求更強的輔助制動功率，Jacobs的解決方案是高功率密度HPD 發動機制動系統。在高功率密度發動機制系統中，橋接器、控制閥和液壓執行機構都與常規裝置系統，共同應用到進氣凸輪。驅動階段發動機保持四衝程模式，制動 階段發動機切換到兩衝程模式，從而制動衝程的數量加倍。Jacobs解決方案能夠更高效地利用渦輪增壓器，控制其最優化制動充壓效果。

高功率密度發動機制動技術系統化地控制進氣閥門、排氣閥門和渦輪增壓器，所有元件都需要考慮在內。對於雙進氣閥門設計，系統能夠獲得更大的空氣入流量，這時使用雙壓縮釋放理念，可以更高效地利用氣流完成制動。創新系統把發動機1500轉/分鐘下的制動功率提高到28千瓦/升，2200轉/分鐘達到最大制動功率37千瓦/升。發動機轉速處在1400轉/分鐘到2100轉/分鐘之間，Jacobs高功率密度系統的制動性能表現是傳統壓縮釋放設備的1.5倍。例如13升發動機，Jacobs聲稱1300轉/分鐘下制動扭矩2000牛米，2500轉/分鐘下制動功率611千瓦。

應用到梅賽德斯奔馳Actros展示貨車上，發動機1500轉/分鐘轉速下制動功率370千瓦。Jacobs公布整套高功率密度發動機制動系統重量約為12千克，比常規液壓阻尼系統150千克的重量明顯降低。所有額外產生的熱量通過排氣系統消散，另外可以幫助柴油顆粒過濾器保持合適的工作溫度。Jacobs使用了兩輛展示車，自身重量加上貨物總重40噸，搭載了13升直線型六缸發動機。其中一輛裝配了傳統壓縮釋放式制動系統，另一輛使用了高功率密度系統，測試地點選在英國Millbrook試驗場的山地道路，因為其中有一段下山路坡度達到26%，所以很少為重載貨車開放。

常規壓縮釋放式制動系統和高功率密度系統性能對比

裝配傳統壓縮釋放式制動系統的貨車可以成功應對26%的下坡度，不過需要額外操控基礎剎車系統進行配合。使用高功率密度系統的貨車可控性更強，發動機制動更早介入，整個下坡過程都不需要應用基礎剎車系統。使用高功率密度系統的貨車安裝了一款電位器來控制渦輪增壓器，因為其在發動機低轉速狀況下增壓延遲大、效果不明顯。

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