車(chē)載發(fā)動(dòng)機輔助制動(dòng)系統剖析

　　因基礎制動(dòng)裝置過(guò)熱導致的剎車(chē)失靈現象已經(jīng)不常見(jiàn)了，貨車(chē)和巴士的駕駛員可以更好地控制車(chē)輛運行。這種令人滿(mǎn)意的結果部分程度上得益于輔助制動(dòng)系統的推廣，相關(guān)設備可以幫助基礎制動(dòng)裝置降低車(chē)輛速度，特別是在較長(cháng)距離的下山坡道上。

　　輔助制動(dòng)系統包括兩個(gè)排氣制動(dòng)閥，排氣系統中的蝶形閥增大了排氣背壓，來(lái)達到降低動(dòng)力系統的速度，在發(fā)動(dòng)機高轉速條件下效果更加顯著(zhù)。阻尼減速采用了一種更高效的解決方案，通過(guò)水力液壓或者電力手段實(shí)現車(chē)輛制動(dòng)。

　?。?Jacobs高功率密度壓縮釋放式發(fā)動(dòng)機制動(dòng)系統增加對進(jìn)氣門(mén)和渦輪增壓器的控制，從而進(jìn)一步提高制動(dòng)效果。）

　　液壓減速器使用了一個(gè)充滿(mǎn)液壓油的腔體，安裝在傳動(dòng)系統葉片轉子和定子之間，來(lái)起到制動(dòng)效果。阻尼減速程度大小可以通過(guò)調節腔體內液壓油量進(jìn)行改變，液壓油 需要被循環(huán)冷卻，多余的熱量通過(guò)熱交換器耗散到車(chē)輛冷卻系統中。雖然制動(dòng)效果非常出色，但是液壓減速器設計增加了制造成本，并且增大了車(chē)輛整備質(zhì)量。電磁 阻尼減速器結構更簡(jiǎn)單，通過(guò)反電動(dòng)勢定律來(lái)達到制動(dòng)效果。設備安裝在車(chē)輛底盤(pán)上的定子和傳動(dòng)軸上的轉子之間，利用空氣流進(jìn)行冷卻散熱。

　　壓 縮釋放式制動(dòng)器是一種不錯的替代解決方案，在上世紀六十年代Jacobs汽車(chē)系統公司就已經(jīng)開(kāi)始倡導這種設計理念。通常來(lái)說(shuō)，壓縮釋放式制動(dòng)器通過(guò)在發(fā)動(dòng) 機排氣沖程階段控制排氣閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)機，進(jìn)一步提高背壓阻尼來(lái)幫助增強壓縮效果，從而更好地降低了速度，同時(shí)有效利用了廢氣價(jià)值。例如下山路段上排氣閥門(mén)在 活塞到達上止點(diǎn)之前保持關(guān)閉狀態(tài)來(lái)降低速度，先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機檢測到當前工況不需要消耗燃料，燃油供應系統會(huì )主動(dòng)關(guān)閉，因此不會(huì )對發(fā)動(dòng)機的正常運轉帶來(lái)負 面影響。

　　阻 尼效果的產(chǎn)生需要在凸輪從動(dòng)件下方安裝一個(gè)橋接器，含有一個(gè)控制電磁閥來(lái)調節液壓油向液壓執行機構的流動(dòng)，而作用位置是凸輪而不是常規的凸輪從動(dòng)件；液壓 油供應來(lái)自于搖桿軸上的孔隙。動(dòng)力輸出條件下電磁閥關(guān)閉，執行機構活塞鎖定在橋接器上，使得排氣閥門(mén)跟隨凸輪完成正常四沖程運動(dòng)。當需要制動(dòng)的時(shí)候，電磁 閥開(kāi)啟并與橋接器上執行機構脫離，排氣閥門(mén)依然處于關(guān)閉狀態(tài)，直到氣缸活塞到達上止點(diǎn)位置。因為凸輪正常運轉，而橋接器無(wú)法改變排氣閥舉升高度和時(shí)間長(cháng) 短，所以制動(dòng)效應不會(huì )給發(fā)動(dòng)機做功過(guò)程完整性造成麻煩。

　　大 排量發(fā)動(dòng)機可以提供更出色的制動(dòng)效果，但近些年來(lái)發(fā)動(dòng)機降低尺寸和排量是行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，因此發(fā)動(dòng)機制動(dòng)效果也受到一些影響。與此同時(shí)，由于引入了空 氣動(dòng)力學(xué)特性更優(yōu)的車(chē)輛設計、低滾動(dòng)阻力輪胎和更低摩擦損失的傳統系統，行車(chē)阻尼也進(jìn)一步降低。換句話(huà)說(shuō)，現在重載汽車(chē)的自身減速效果降低，而且車(chē)輛總重 有所增加，加大了運動(dòng)慣性。

　?。?安裝在直線(xiàn)型六缸發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣和排氣閥門(mén)機構上的制動(dòng)系統元件。）

　　Jacobs 數據顯示，隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機設計和發(fā)動(dòng)機制動(dòng)設計的不斷升級，在發(fā)動(dòng)機轉速為1500轉/分鐘條件下，壓縮釋放式發(fā)動(dòng)機制動(dòng)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(fā)動(dòng)機從機械燃油噴射系統發(fā)展到了雙凸輪軸設計，發(fā)動(dòng)機制動(dòng)系統通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用凸輪集成到了氣門(mén)機構中。

　　雖 然發(fā)動(dòng)機制動(dòng)設計效果顯著(zhù)，但是增加的車(chē)輛總重、車(chē)輛較低的滾動(dòng)阻力和低排量發(fā)動(dòng)機都要求更強的輔助制動(dòng)功率，Jacobs的解決方案是高功率密度HPD 發(fā)動(dòng)機制動(dòng)系統。在高功率密度發(fā)動(dòng)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(jìn)氣凸輪。驅動(dòng)階段發(fā)動(dòng)機保持四沖程模式，制動(dòng) 階段發(fā)動(dòng)機切換到兩沖程模式，從而制動(dòng)沖程的數量加倍。Jacobs解決方案能夠更高效地利用渦輪增壓器，控制其最優(yōu)化制動(dòng)充壓效果。

　　高功率密度發(fā)動(dòng)機制動(dòng)技術(shù)系統化地控制進(jìn)氣閥門(mén)、排氣閥門(mén)和渦輪增壓器，所有元件都需要考慮在內。對于雙進(jìn)氣閥門(mén)設計，系統能夠獲得更大的空氣入流量，這時(shí)使用雙壓縮釋放理念，可以更高效地利用氣流完成制動(dòng)。創(chuàng )新系統把發(fā)動(dòng)機1500轉/分鐘下的制動(dòng)功率提高到28千瓦/升，2200轉/分鐘達到最大制動(dòng)功率37千瓦/升。發(fā)動(dòng)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(dòng)性能表現是傳統壓縮釋放設備的1.5倍。例如13升發(fā)動(dòng)機，Jacobs聲稱(chēng)1300轉/分鐘下制動(dòng)扭矩2000牛米，2500轉/分鐘下制動(dòng)功率611千瓦。

　　應用到梅賽德斯奔馳Actros展示貨車(chē)上，發(fā)動(dòng)機1500轉/分鐘轉速下制動(dòng)功率370千瓦。Jacobs公布整套高功率密度發(fā)動(dòng)機制動(dòng)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(chǎn)生的熱量通過(guò)排氣系統消散，另外可以幫助柴油顆粒過(guò)濾器保持合適的工作溫度。Jacobs使用了兩輛展示車(chē)，自身重量加上貨物總重40噸，搭載了13升直線(xiàn)型六缸發(fā)動(dòng)機。其中一輛裝配了傳統壓縮釋放式制動(dòng)系統，另一輛使用了高功率密度系統，測試地點(diǎn)選在英國Millbrook試驗場(chǎng)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(chē)開(kāi)放。

　?。?常規壓縮釋放式制動(dòng)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(dòng)系統的貨車(chē)可以成功應對26%的下坡度，不過(guò)需要額外操控基礎剎車(chē)系統進(jìn)行配合。使用高功率密度系統的貨車(chē)可控性更強，發(fā)動(dòng)機制動(dòng)更早介入，整個(gè)下坡過(guò)程都不需要應用基礎剎車(chē)系統。使用高功率密度系統的貨車(chē)安裝了一款電位器來(lái)控制渦輪增壓器，因為其在發(fā)動(dòng)機低轉速狀況下增壓延遲大、效果不明顯。