发动机制动（精选九篇）
发动机制动 篇1
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。上述过程通常称为发动机制动。
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
1-进气消音阀2、4、14-气缸3-排气制动阀5-贮气筒6-蓄电池7-排气制动开关8-信号灯9-离合器踏板10-离合器开关11-加速开关12-喷油量操纵臂13-熄火操纵臂15-电磁阀
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1 1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。
摘要：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。
关键词：汽车辅助制动技术,制动性能,发动机制动,发动机缓速器
参考文献
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发动机制动 篇2
作用原理
104型分配阀的作用由充气缓解位、常用制动位、制动保压位、紧急制动位来实现。
（一）充气缓解位
制动管充气增压时，压力空气进入中间体后—路经滤尘器进人主阀，另—路经滤尘网进人紧急阀。1．主阀作用
制动管压力空气充入主活塞的上腔，主活塞上侧压力增大，主活塞在两侧压力差的作用下带动节制阀、滑阀下移，到达下方的极端位置，即为充气缓解位。
（1）工作风缸充气：制动管压力空气经滑阀座上的制动管充气孔、滑阀上的充气孔，向工作风缸充气，同时到达充气部充气活塞的下方，顶起充气活塞，通过充气活塞顶杆将充气阀“顶开”。（2）副风缸充气：制动管压力空气经“吹开”的充气止回阀、“顶开”的充气阀向副风缸充气。工作风缸的充气通过充气部间接地控制实现了副风缸的充气。当副风缸压力与工作风缸压力接近平衡时，在充气阀弹簧作用下，充气阀下移关闭，也就停止了向副风缸充气。增压阀套径向孔f 5与副风缸相通，作好了紧急增压作用的准备。（3）容积室排气：容积室压力空气经滑阀座容积室孔r2、滑阀缓解联络槽d1及滑阀座缓解孔d2排向大气d3，容积室压力下降到零。
（4）制动缸排气：容积室排气引起均衡活塞下方的压力下降。均衡活塞上下侧压力差推均衡活塞下移，使均衡活塞杆上端口脱离均衡阀，制动缸压力空气→均衡活塞杆轴向孔→径向孔d 5→均衡部排气口 d6 →大气，制动缸开始缓解，可见容积室缓解控制制动缸的缓解。
初充气时，上述缓解气路存在，但因各容器无压力空气，故排气口均无排气现象。由于104分配阀为二压力机构，所以只要制动管增压，主活塞均下移至充气缓解位，容积室压力空气就会排完，制动缸压力空气也随着排完。所以104分配阀只能一次缓解（直接缓解），而无阶段缓解。2．紧急阀作用
在安定弹簧和制动管压力空气共同作用下，紧急活塞被压到上方极限位，使活塞杆顶部密封圈与紧急阀上盖密贴，制动管压力空气只能经紧急活塞杆轴向孔缩孔Ⅲ、径向孔缩孔IV向紧急室充气。缩孔Ⅳ限制了向紧急室的充气速度，防止了紧急室的过充气。制动管的压力空气同时进入放风阀弹簧室，抵消安定弹簧室压力空气作用在放风阀上方的压力，则放风阀依靠放风阀弹簧作用与放风阀座密贴关闭。
（二）常用制动位
当制动管常用制动减压时，主活塞在两侧压力差作用下分阶段带动节制阀、滑阀上移，最后到达上极限位置，形成制动作用。在主活塞上移过程中，先后产生两阶段局减作用。第一段局减作用是制动管压力空气经滑阀、节制阀充入中间体内的局减室，第二段局减作用是制动管压力空气经滑阀、局减阀进入制动缸。
1．第—段局减作用
当制动管常用制动减压时，工作风缸的压力空气来不及向制动管逆流，当主活塞两侧形成—定的压力差后，能克服受压缩稳定弹簧的反力、自重以及节制阀的所受到的摩擦阻力上移，直至主活塞杆下肩与滑阀接触而止；因滑阀与滑阀座之间静摩擦阻力较大，滑阀未动，形成第—段局减作用（简称—段局减）。
第一段局减通路：
制动管压力空气→滑阀座制动管局减用孔l3→滑阀局减孔l6→节制阀局减联络槽l10→滑阀局减室孔l7→滑阀座局减阀孔jul→主阀安装面局减室孔ju→中间体内局减室Ju，再经主阀安装面上的缩堵I（Ф0.8）排向大气，使制动管产生了第一段局减作用。局减作用的可以提高制动波速。
同时节制阀关闭了滑阀上的充气限制孔，截断了工作风缸到制动管的逆流通路，露出了滑阀上的制动孔r1，为制动作用作好了准备。
2．第二段阶段局减作用以及制动作用
第一段局减作用使主活塞上下两侧迅速形成更大的压力差，此压力差能克服滑阀与滑阀座之间的摩擦阻力，推动主活塞带动节制阀、滑阀上移到上极限位，即制动位。第一段局减通路被滑阀切断，一段局减作用结束，第二段局减作用与制动作用同时产生。主活塞带动节制阀、滑阀上移到制动位后，沟通如下通路：
（1）第二段局减通路：
制动管压力空气→局减阀→制动缸，形成了制动管的第二段局减作用。由于制动作用也同时产生，该局减作用将制动管的压力空气（与副风缸压力空气一起）送人制动缸。制动缸压力获得初跃升，第二阶段局减作用与第一段局减作用一起提高了制动波速，有效地减轻了列车制动时的纵向冲动。当制缸压力达50~70 kPa时，局减活塞压缩局减阀弹簧，关闭局减阀套上径向孔z2，第二阶段局减压作结束。
（2）容积室充气：工作风缸压力空气→增压阀下部→容积室，使容积室增压。
（3）制动缸充气：容积室增压后，其空气压力推动均衡活塞上移，顶开均衡阀，副风缸压力空气→均衡阀口→制动缸，制动缸压力增大，本车制动力增大。
3．紧急阀作用 制动管施行常用制动减压时，紧急室压力空气经紧急活塞杆上端口、轴向缩孔Ⅲ向制动管逆流，紧急活塞处于“悬浮”状态，即紧急活塞杆上端脱离上阀盖，紧急活塞杆下端不接触放风阀，以保证常用制动的安定性。
（三）制动保压位
当制动管停止减压而保压时，主活塞上侧的制动管压力保压，由于作用部仍处于制动位，工作风缸继续向容积室充气，容积室压力上升，制动缸压力也随容积室压力上升而上升。工作风缸压力继续下降，即主活塞下侧工作风缸空气压力继续下降。当主活塞上下两侧空气压力接近平衡时，在主活塞及节制阀的自重及稳定弹簧伸张力作用下，主活塞带动节制阀下移，滑阀不动，主活塞杆上肩部与滑阀上端面接触而停止，形成了作用部的制动保压位。
1．容积室的保压作用：节制阀遮住滑阀背面的制动孔r1 ,切断工作风缸向容积室充气的通路，工作风缸停止了减压，容积室停止了增压，形成了容积室的保压作用。
2．制动缸的保压作用：容积室保压后，均衡活塞下侧也形成保压。副风缸经均衡阀口继续向制动缸充气，当制动缸压力上升到与均衡活塞下侧的容积室压力大致相等时，在均衡阀弹簧的弹力作用下，作用阀推作用活塞杆下移与作用阀座密贴，关闭了副风缸向制动缸充气的通路。形成制动缸保压状态。
3．自动补风作用: 当制动缸因漏泄等原因压力下降时，均衡活塞上侧的压力下降，均衡活塞两侧作用力失
去保压位的平衡，均衡活塞下侧的容积室压力推均衡活塞上移，重新顶开均衡阀使副风缸向制动缸充气。当制动缸压力恢复到与容积室压力的重新平衡，均衡阀再—次关闭，实现了制动力不衰减的性能。
在制动管减压量小于最大有效减压量时，制动保压后，操纵制动管减压，主活塞两侧形成压力差带动节制
阀克服稳定弹簧反力上移，又恢复了工作风缸向容积室充气，容积室增压导致制动缸增压。司机分阶段操纵制 动管减压、保压，则作用部控制容积室分阶段增压、保压，再通过均衡部控制动缸分阶段增压、保压的过程，称为阶段制动。
（四）紧急制动位 1．主阀作用
制动管紧急减压，除紧急增压阀作用外，主阀的作用与常用制动相似。当然，由于紧急时制动管减压速度极快，相应主阀各部动作也更加迅速。
发动机制动 篇3
（1.空军空降兵学院，桂林 541003；2.武汉理工大学，武汉 430070）
随着汽车技术的迅速发展，现代汽车发动机的功率越来越大，设计的行驶速度越来越高。同时，由于车辆功率的增加汽车载重量相应增加，而车辆内部的摩擦和外部的风阻越来越小，使得其自身的减速能力降低。另一方面由于汽车保有量的快速增长，道路上汽车行驶密度上升，交通安全压力加大。汽车自身的行车制动（主制动）已经不能满足车辆高速重载下的制动需求。为了确保车辆的行驶安全性能，增加缓速制动等辅助制动系统成为必然趋势，我国于2012年9月1日起全面实施的新国标《机动车运行安全技术条件》（GB7258-2012），规定“车长大于9米的客车、总质量大于12吨的货车和所有危险货物运输车应装备缓速器或其他辅助制动装置”［1］。
1 缓速制动
为避免长期使用行车制动系统造成制动失效或制动片磨损过快等问题，很多汽车上都装有辅助制动装置。目前在汽车上运用比较成熟的辅助制动装置一般为缓速制动器（简称缓速器）。常见的缓速器有电涡流缓速器、永磁缓速器、液力缓速器及发动机缓速器等。从其安装位置和作用机理来看，大部分都是通过对中间传动系统施加反向的制动力矩来达到缓速制动的效果，制动功率较大的缓速器（如电涡流缓速器、液力缓速器等）往往体积较大，使传动系统质量增加。有些缓速器（如电涡流缓速器）工作时间较长时由于温升较大，制动效果会大幅降低，甚至会降到冷态工作能力的30%左右。发动机缓速制动具有体积小、质量轻、结构紧凑、响应时间短、造价低、制动功率大、性能稳定不受温升影响等优点。并且可通过改变倒拖时发动机的工作状态来调节发动机的制动功率。
2 发动机排气缓速器的工作原理
发动机缓速制动在制动工作过程中由车辆倒拖发动机运转，利用此时发动机的泵气损失、摩擦损失以及通过调整发动机工作过程得到压缩功损失等实现缓速制动的效果。虽然各类型的发动机缓速装置结构不同，具体的工作过程也有所差异，但其主要的工作原理是相同的。四行程发动机的工作过程如图1所示，分为进气-压缩-作功-排气四个行程，如果在汽车行驶过程中切断发动机的供油，而离合器依然结合时，依靠车轮反向带动发动机运转，此时发动机被动运转所产生的功率消耗对车辆所产生的减速效果，即为发动机拖动作用。由于发动机拖动的制动能力非常有限，因此人们不断的对发动机被拖动时的工作过程进行研究，并采用多种方法来影响或改变这一工作过程，以期提高发动机作为制动装置的工作效率［2］。其中改进方法之一就是通过开闭排气管道来增加发动机的排气背压，从而增强制动效果，这种类型的发动机缓速制动装置即为发动机排气缓速器。基本结构如图2所示，在汽车制动过程中通过推杆来控制阀门的开闭程度，调节发动机的排气阻力，从而得到不同的发动机制动功率。排气缓速制动的制动功率通常可以达到发动机功率的60%以上，约为正常情况下发动机拖动功率的2倍。这种排气缓速器具有结构简单、操纵方便、安全可靠等优点，同时作为辅助制动装置可以提高主制动系统的使用寿命。目前大部分的重型载货汽车和大型客车上都可以方便地加装发动机排气缓速器。而在排气缓速器的制动力矩控制方面，一般采用两种形式。一种是排气缓速器的蝶形阀全开或者全闭，即制动力矩不可调节。另一种是排气缓速器的蝶形阀由全开到全闭之间各个位置都可以固定，形成不同的开度，从而产生大小不同的制动力矩，这种方式的控制比较复杂。因此目前排气缓速器的控制一般采用第一种形式，即制动力矩大小不可调节。针对该控制问题，本文提出基于模糊控制的发动机排气缓速器控制方法，从而使得排气缓速控制变得较为方便。
3 基于模糊控制的发动机排气缓速制动控制器设计
3.1 模糊控制技术的特点
模糊控制的概念是由美国著名教授查德（L.A.Zadeh）首先提出来的［3］。模糊控制系统是一种自动控制系统，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础；采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。模糊控制系统的基本组成如图3所示。
由于模糊控制的理论基础是模糊数学和模糊逻辑学，因而为模糊控制系统的设计提供了可以根据专家知识和熟练操作人员的经验来构造语言型规则，并将其转换为控制策略的一种模糊推理方式。模糊控制语言是一种表示人类思维活动以及复杂事物的有效手段，对于那些复杂而难以建立精确的数学模型的对象或系统，利用传统控制方法难以实现或奏效的控制问题，采用模糊控制技术往往能迎刃而解。与传统的控制技术相比较，模糊控制具有如下的特点［3］。
（1）在设计控制系统时无需知道被控对象的数学模型，只需要提供专业知识和熟练操作人员的经验或现场操作数据。因此，模糊控制器的基本出发点是对现场操作人员或者有关专家的经验、知识以及操作数据加以总结和归纳，形成一定的模糊规则来对系统进行控制的。
（2）模糊控制是一种反映人类智慧思维的智能控制，容易被人接受。易于处理具有复杂性、模糊性的受控对象或系统。由于控制规则是用人类语言形式表示的，很容易被一般人接受和理解。
（3）适应性强。经研究结果表明，对于确定的过程对象，用模糊控制与用PID控制的效果相当；但是对于非线性和时变等一类不确定系统，模糊控制却有较好的控制作用，同时对于非线性、噪声和纯滞后有较强的抑制能力，而在这方面传统控制往往显得无能为力。
（4）系统的鲁棒性好，对参数变化不灵敏。由于模糊控制采用的不是二值逻辑，而是一种连续多值逻辑，所以当系统参数变化时，能比较容易实现稳定的控制，尤其是适合于非线性、时变、滞后系统的控制。
（5）结构简单。系统的软硬件实现都比较方便，硬件结构一般无特殊要求，在软件方面其算法也比较简洁。容易被现场工程技术人员和操作人员掌握。
3.2 模糊控制器的设计
通过研究表明［5］，汽车在不同的挡位下发动机缓速的制动力矩是不同的，但是如果要使车辆在各种不同的坡度以某一车速稳定行驶，采用常规的控制方法是无法满足要求的。这是由于制动力在两个挡位之间是非连续变化的，如果在某一坡度下需要的制动力在两挡之间时，汽车就无法稳定在希望的车速上。但利用自动控制系统，就可通过对发动机排气缓速制动器（如蝶形阀）进行不断调整，使车速稳定在希望的速度附近或者在其上下不断地调整。从理论上来看，各调节挡位之间的制动力差别越小（即调节挡位划分得越细），得到的控制精度就会越高。而通过变速器的换挡操作可以使制动力矩的调节进一步细分。但是，由于目前大部分客车和货车采用的是手动变速器，而自动控制系统对手动变速器的换挡操作控制非常困难，所以本文在此仅考虑变速器挡位不变的条件下的自动控制。将汽车作为一个被控制对象，控制系统由控制器和执行元件组成。系统控制框图如图4所示。模糊控制器采用双输入单输出的结构模式，以汽车行驶速度作为被控量，将汽车实际行驶速度与设定值的偏差以及偏差变化率（偏差为设定值与本次采样值之差，偏差变化率为本次偏差值和上次偏差值之差）作为模糊控制器的输入。以理想的行驶速度作为设定值，将车速与加速度传感器组实际测得的汽车行驶速度与加速度与设定值进行比较，得到其偏差以及偏差变化率，经过模糊控制器进行模糊运算来控制发动机排气缓速器（如蝶形阀片的开度），从而改变发动机排气背压，最终达到控制汽车行驶速度的目的，其控制过程如图4所示。在此需要说明的是，系统在控制过程中是以正常行驶（无紧急制动等意外情况发生）和变速器挡位不发生变化为前提，即变速器处于某一挡位时通过对排气缓速器进行调节而将汽车控制在某一车速附近。如果车速无法控制在设定车速附近（过高或过低），控制系统将会控制缓速器处于极限位置（全闭或全开），并通过声光报警方式提醒驾驶员进行人工干预。而此时当驾驶员进行人工干预（即变换变速器挡位或采用其它控制车速的方法）后，控制系统将根据输入值进行重新运算和控制。
3.3 输入变量的模糊化
前面已经确定输入变量为汽车的行驶速度V，即通过车速传感器组测得的实际车速，与系统设定的理想车速 V0之间的偏差（或称误差）e（e=V-V0）及其变化率Δe，输入语言变量选为偏差E和偏差变化率EC；输出变量为控制发动机排气缓速器蝶形阀开度的电信号u，输出语言变量选为U。
3.3.1 输入语言变量偏差E
将输入语言变量偏差E离散为七个点，即论域X={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}， 相应的选取七个语言值：{正大（PB），正中（PM），正小（PS），零（Z0），负小（NS），负中（NM），负大（NB）}。 分别表示当前汽车行驶速度V相对于设定值V0为：“极高”、“很高”、“偏高”、“正好”、 “偏低”、“很低”和“极低”。
3.3.2 输入语言变量偏差变化率EC
基于偏差e语言变量E的选取原则，同样将偏差变化率Δe的语言变量EC离散为七个点，论域Y={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}， 相应的选取五个语言值：{正大（PB），正小（PS），零（0），负小（NS），负大（NB）}。分别表示当前汽车行驶速度变化为：“快速下降”、“下降”、“不变”、“上升”和“快速上升”。
3.3.3 输出语言变量U
将输出语言变量U离散为七个点，论域Z={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，相应的选取七个语言值：{正大（PB），正中（PM），正小（PS），零（Z0），负小（NS），负中（NM），负大（NB）}。 分别表示：“汽车行驶速度速度极低，并全开排气缓速器蝶形阀”、“排气缓速器蝶形阀开度增加量大”、“排气缓速器蝶形阀开度增加量小”、“排气缓速器蝶形阀开度增加量不变”、“排气缓速器蝶形阀开度关闭量小”、“排气缓速器蝶形阀开度关闭量大”、“汽车行驶速度速度极高，并全闭排气缓速器蝶形阀”。
3.4 确定语言变量的隶属度函数
语言变量的隶属度函数又称为语言值的语义规则，可以用连续函数的形式表示，也可以用离散的量化等级形式来表示。选择常用且运算较简便的三角形函数，这种隶属度函数的形状和分布可以由三个参数（如 a、b、c）来描述见式（1）。
对上述各语言值给定的模糊化隶属度函数见图5 a）、图 5 b）、图 5 c）所示。
3.5 建立模糊控制规则
模糊控制规则以逻辑推理的方式得出，本控制器上2个输入变量分别用7个和5个语言值来表述，可以给出如下35条控制规则。
经整理后可列成模糊控制规则表，如表1所示。
表1 混合风门模糊控制规则表
4 结束语
汽车在下坡行驶过程中的车速如果全靠驾驶员的手工控制，必然要求驾驶员时刻判断道路的坡度，再根据当前的车速、坡度及制动方法来不断调整变速器档位和制动力的大小对行车速度进行控制。而采用模糊控制理论对发动机排气缓速器进行自动控制，可以使汽车在下坡过程中较为平缓地稳定在驾驶员所期望的安全车速附近行驶。而驾驶员只须在必要时进行适当干预即可。既提高了汽车下坡时行驶的安全性，又减少了行车制动系统的磨损，同时还能减少驾驶员在下坡过程中对车辆的操作动作和劳动强度，专注于路面情况的观察与判断以及转向盘的操作。因此采用基于模糊控制理论的发动机排气缓速制动控制方法，是保证汽车在连续长下坡行驶中以稳定车速安全行驶较为理想的控制方案。
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发动机辅助制动性能仿真研究 篇4
发动机辅助制动是重型汽车或客车上普遍采用的一种辅助制动技术, 它可以避免车辆在下长坡时频繁使用制动器而造成制动器过热与磨损甚至失效。发动机辅助制动主要有发动机制动、排气制动、泄漏制动、减压制动等方式[1,2,3,4]。
目前, 国外对发动机辅助制动的研究已经比较完善, 产品已经系列化, 但出于对自身技术和潜在市场的保护, 他们很少公开辅助制动的先进技术, 而国内对辅助制动技术的研究和应用还处于起步阶段, 对于发动机制动能力的利用大多还停留在发动机排气制动的应用水平[5,6,7,8]。
国内外对发动机辅助制动进行仿真主要是通过数学软件对发动机辅助制动的模型编写程序进行模拟计算, 多以单因素条件下的仿真分析为主, 本文同时考虑了发动机转速、排气门开度和排气背压下的发动机制动性能, 并使用一种新的发动机性能仿真软件对发动机辅助制动工作过程进行仿真分析, 利用台架试验数据验证了模型的准确性, 为发动机辅助制动技术的研究及应用提供了参考依据。
1 发动机辅助制动工作过程分析
发动机制动即是发动机倒拖, 它是利用发动机断油后汽车行驶的惯性力倒拖发动机, 这时发动机消耗的主要是发动机本身的机械摩擦损失, 以及驱动发动机的附属机构 ( 如喷油泵、电动机等) 的功率损失。随着发动机技术的不断进步, 机械摩擦损失越来越少, 发动机制动力矩也越来越小。发动机排气制动是在发动机排气管上安装一个蝶形阀门, 排气制动时蝶形阀门关闭, 排气背压对活塞施加反作用力, 从而提高发动机的制动功率。泄漏制动工作原理示意图见图1, 发动机在进气、压缩和膨胀冲程中排气门始终保持一定的开度, 缸内工质从排气门向外排出, 以减少缸内工质对活塞做功, 从而提高发动机的制动能力。发动机减压制动工作原理示意图见图2, 通过辅助机构在压缩上止点附近开启排气门, 排出缸内大部分工质以减少缸内工质在膨胀冲程中对活塞做功, 从而提高发动机制动性能。
2 发动机辅助制动数学模型
发动机制动时, 气缸内不喷射燃油, 不继续燃烧, 气缸内的工质成分在制动过程中基本保持不变。取发动机气缸为开放的热力系统, 通过气门及气缸周壁与外界进行物质和能量的交换, 建立发动机辅助制动工作过程的数学模型。当发动机使用辅助制动时, 根据热力学第一定律, 满足如下基本方程:
式中, U为缸内气体内能; W为系统所做的轴功; Qi为通过系统边界 ( 活塞顶面、气缸壁面等) 交换的能量; h为比焓; m为气体质量; hjdmj为带入 ( 或带出) 系统的能量; φ为发动机曲轴转角; p为缸内工质的压力; V为气缸内的容积; R为气体常数; T为缸内工质的温度; mE为流入系统的质量; mA为流出系统的质量; mS为通过活塞环间隙流出气缸的质量; i = 1表示气缸盖; i = 2表示活塞; i = 3表示气缸套。
对于发动机制动和排气制动工作过程, 能量守恒可具体表示如下:
( 1) 压缩和膨胀冲程
( 2) 进气冲程
( 3) 排气冲程
( 4) 气门叠开过程
式中, cV为工质质量定容热容; hE为进气门前的比焓; hS为活塞环间隙处工质的比焓; u为气缸内的比内能。
质量守恒方程同式 ( 2) , 理想气体状态方程同式 ( 3) 。
对于发动机泄漏制动工作过程, 能量守恒可具体表示为: 进气冲程和气门叠开过程方程同式 ( 7) , 压缩膨胀冲程和排气冲程方程同式 ( 6) , 质量守恒方程同式 ( 2) , 理想气体状态方程同式 ( 3) 。
对于发动机减压制动工作过程, 能量守恒可具体表示为: 压缩和膨胀冲程方程同式 ( 4) , 进气冲程方程同式 ( 5) , 排气冲程方程同式 ( 6) , 质量守恒方程同式 ( 2) , 理想气体状态方程同式 ( 3) 。
减压过程能量方程为
式中, mR为通过减压气门流出气缸的质量; hR为减压气门处工质的比焓。
外部约束方程如下:
气缸的瞬时容积为
气缸容积随曲轴转角变化率为
式中, Vh为气缸工作容积; ε 为压缩比; λ 为曲柄连杆比。
单位曲轴转角换热量为
式中, ω为发动机角速度, ω = 6n; n为转速; αg为瞬时的平均换热系数; A为换热面积; TW为气缸壁面的平均温度。
发动机辅助制动时的制动扭矩为
式中, PN为发动机制动功率。
3 发动机辅助制动性能仿真分析
3. 1 发动机辅助制动性能仿真流程
仿真计算模拟流程如图3 所示。对发动机辅助制动工作过程进行仿真分析, 首先建立发动机辅助制动模型, 然后设置模型参数, 包括排气背压、发动机转速和排气门开度等, 并运行计算, 最后对仿真结果进行分析, 并将仿真结果与试验数据进行对比, 得出结论。
3. 2 发动机辅助制动性能仿真分析
图4 ~ 图7 分别是发动机制动、排气制动、泄漏制动、减压制动时发动机缸内的p-φ 图, 从图上可以看出, 气缸压力p都随着发动机转速的增大而增大, 并且转速越高, 缸内所能达到的压力峰值越靠近压缩上止点。
由图4 和图5 可以看出, 排气制动和发动机制动时气缸内压力值在进气冲程、压缩冲程和膨胀冲程基本相同, 只有在排气冲程气缸内压力是不同的。这是由于排气制动工作过程只是在发动机制动工作过程的基础上增加了排气背压, 由于排气背压增加, 当排气门刚开启时, 气缸内压力低于排气背压, 空气从排气管倒流进入气缸内, 缸内压力升高, 当缸内压力与排气背压相同后, 活塞继续上行, 缸内压力大于排气背压, 缸内工质经排气管排出。从图6b可以看出, 在泄漏制动不同排气门开度s下, 缸内压力值相差很大, 并且缸内压力的最大值位置也随着排气门开度的增大而逐渐远离压缩上止点, 排气门开度s越大, 缸内工质在压缩过程中的泄漏速度越大, 缸内所能达到的压力最大值越小。此外, 发动机转速越高, 单位曲轴转角所经过的时间越短, 溢出的空气量越少, 因此缸内压力最大值越大, 并且在排气过程中, 高转速下的空气节流较大, 所以高转速下的缸内压力高于低转速下的缸内压力。从图7 可以看出, 排气门在压缩上止点前开启后, 缸内压力有较大幅度降低。这是由于排气门开启后, 缸内空气迅速排出, 发动机转速越高, 单位时间内通过排气门排出的空气量越少, 因此转速越高, 缸内压力最大值越大, 并且压力峰值越靠近压缩上止点。排气门最大开度越大, 缸内压力所能达到的最大值越小, 这是由于排气门最大开度越大, 在压缩上止点附近通过排气门排出的空气量越多, 可以被压缩的空气量相应较少。
图8 ~ 图10 分别是发动机制动、排气制动、泄漏制动和减压制动时不同发动机转速下的制动扭矩图。可以看出, 当发动机使用辅助制动时, 随着转速的升高, 单位时间内发动机做功次数增加, 制动扭矩都随着发动机转速的升高而增大, 且发动机制动时制动扭矩最小, 这是因为此时发动机只采用倒拖时的机械损失来实现制动, 未使用任何增加制动扭矩的措施。
由图8 可以看出, 排气制动时的制动扭矩比发动机制动时的制动扭矩要大。这是由于在排气制动过程中, 排气蝶阀关闭, 在排气管内建立较高的压力, 从而增加了排气过程中活塞对工质的做功, 总制动功增加, 单位时间内的制动功增加, 即制动功率增大, 由式 ( 12) 可知, 制动扭矩增大。由图9可以看出, 在发动机低转速下, 制动扭矩随着排气门开度s的增大而减小, 而在高转速下, 制动净扭矩随着排气门开度增大而增大。这是由于排气门开度较大时, 缸内空气泄漏速度变大, 在压缩上止点前缸内压力就减小到接近于排气背压了, 所以压缩过程中功率消耗较少, 制动扭矩较小, 当排气门开度较小时, 缸内最大压力在压缩上止点附近, 压缩冲程功率消耗增加, 但膨胀冲程缸内空气对活塞做功也相应增加, 所以发动机在高转速时, 最大制动扭矩对应的排气门开度较大, 在低转速时, 最大制动扭矩对应的排气门开度较小。减压制动时, 排气门在压缩上止点前开启, 缸内大量工质通过排气门向外排出, 缸内压力迅速减小, 膨胀做功减小, 制动功和制动扭矩降低。由图10 可以看出, 不同的发动机转速都对应一个最佳的排气门开度s, 并且随着转速升高, 对应的最佳气门开度增大, 这是由于发动机转速越高, 单位时间内通过排气门流出的缸内空气越少, 增大排气门开度即增大了空气流通截面积, 增加了气体流量, 所以, 随着发动机转速的升高应适当增大排气门的最大开度。
增大发动机排气背压, 可以增大排气冲程中活塞上行的运动阻力, 增加活塞的功率损失, 从而增大制动扭矩。目前发动机普遍采用单一的辅助制动方式, 实际上, 为了得到更好的制动效果, 可以采用不同辅助制动方式相结合的方法。泄漏制动和排气制动联合工作, 不仅可以增大排气背压, 增大缸内压力, 在压缩和排气冲程, 增大活塞、曲轴承受的排气阻力, 进一步提高了发动机制动扭矩, 而且, 由于排气门始终处于开启状态, 工质可以在排气门两侧互相流动, 使排气门两侧压差维持在一定范围内, 从而避免了排气门二次开启的现象。辅助制动扭矩随排气背压的变化如图11所示。
3. 3 发动机辅助制动性能仿真模型试验验证
试验装置示意图见图12。通过压电式压力传感器将缸内压力等非电量信号转化为电量信号, 通过信号放大器将电量信号放大, 同时利用仪器采集曲轴上止点的脉冲信号, 将这些信号经A/D转换器将模拟信号转化为数字信号, 送入计算机进行数据处理及数据输出。试验发动机的主要参数如表1 所示。
图13 所示为发动机转速n=1600 r/min、排气门开度s=0. 6 mm时, 辅助制动时缸内压力试验值与仿真值对比, 从图中可以看出, 仿真值与试验值比较吻合, 缸内压力变化以及压力最大值的出现位置基本一致。图14 所示为n=1600 r/min、s=0. 6mm时, 制动扭矩试验值与仿真值对比, 通过试验对比可知其相对误差仅为3. 7%, 说明该辅助制动模型具有较高的精度和准确性, 从而为发动机辅助制动的研究应用提供了参考依据。
4 结论
建立发动机辅助制动计算模型, 根据辅助制动相关参数 ( 包括排气门开度、发动机转速以及排气背压等) , 对发动机辅助制动性能进行仿真研究, 分析结果表明:
( 1) 发动机使用辅助制动装置时, 随着发动机转速的升高, 缸内压力增大, 且压力峰值更靠近上止点; 制动扭矩随转速的升高而增大, 减压制动时制动扭矩最大, 发动机制动时制动扭矩最小。
( 2) 当发动机转速一定时, 泄漏制动和减压制动分别有一对应的最佳排气门开度值, 并且转速越高, 排气门开度最佳值越大; 排气背压越高, 制动扭矩越大。
( 3) 通过与试验结果进行比较, 表明模拟计算结果与试验值较为接近, 证明本文仿真计算方法合理, 计算结果可信。
参考文献
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发动机制动 篇5
1 DCi11发动机制动简介
传统的制动系统是独立于发动机而安装在底盘上,属于底盘的四个组成系统之一的制动系统。传统的制动系统包括驻车制动系统和行车制动系统两套独立的制动系统,这两套独立的制动系统都是通过加大汽车车轮的摩擦力矩,限制汽车车轮转速来实现汽车减速或者停车的作用。而发动机制动技术和传统的制动系统完全不同,发动机制动系统是发动机的组成部分,对于DCi11发动机而言,指的是发动机缸盖上相配合的皆可博发动机制动器。图1为皆可博发动机制动器。皆可博制动器不是一个独立的机构,它同发动机的配气机构、涡轮增压器以及控制系统共同作用吸收发动机的转速动力,可以降低汽车发动机的转速,但不能使发动机停转的装置。
2 DCi11发动机制动的工作机理
传统柴油发动机正常工作时一个工作循环有着四个行程,分别是吸气行程、压缩行程、做功行程和排气行程。图2为无发动机制动器发动机的工作循环。在做功行程中,进排气门都关闭,活塞在上止点,气缸内雾化的柴油经压缩行程对燃料加压做功,内能增加,温度上升,压然柴油颗粒。燃料的化学能转化为内能,再将内能转化为活塞向下止点加速的动能,再通过活塞连杆组的作用,将活塞的直线运动动能转化为曲轴的周转运动动能输出。而其余三个行程都是利用发动机曲轴的转动惯量实现转动。也就说在这四个循环中,只有做功行程产生动能做正功,其余三个行程消耗动能做负功。
有发动机制动器的发动机工作循环同普通发动机相似,唯一不同之处就在做功行程终了时,打开排气门,将高压空气释放到排气系统,即“压缩释放”过程。如图3,DCi11发动机的工作循环。发动机制动器的本质就是将产生能量的柴油发动机变成了吸收能量的空气压缩机。工作原理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气体时所做的功,便被释放到排气系统,能量不会返回到活塞上,车辆的冲量通过车轮和传动系统传到发动机,并成为反拖发动机运转。
DCi11发动机拥有着以上作用,皆可博发动机制动器功不可没,图4为DCi11发动机的发动机制动器的结构原理图,主要有电磁阀、控制阀、主动活塞、从等活塞等部件构成。
2.1 皆可博发动机制动器启动工作
电源开关被接通时,和该发动机电子控制装置确定进行时,供给到发动机制动电磁阀的电压将准备,制动电磁阀的电压供给会准备就绪,准备随时启动。之后,当驾驶员松开加速油门踏板,离合器接合,发动机制动电磁阀立即施加电压时,电磁阀被通电时,阀门开启,发动机油流入控制阀,控制阀的压力上移,并且其内部的球形阀离开阀座,使油流入高压电路。主动活塞经受压力开始向外移动,接触摇臂,摆动凸轮转动原因增加次级活塞的压缩回到壳体,从而使刹车油被压回控制阀,从而使球阀阀座,在该装置中,以形成一个液压锁。现在的初级和次级液压活塞路径之间形成密封的液压通路。所以与主活塞的运动和同步次级活塞响应,排气门打开,将压缩的高压气体释放至排气岐管中,使得做功行程转换成压缩释放,实现发动机的制动作用。
2.2 皆可博发动机制动器停止工作
一旦驾驶员压下离合器踏板或节流阀,电磁阀立即中断油压的电压下降时,控制阀使得内弹簧足以其顶端回原位,剩余油的初级和次级电路立即压出在不存在液压时,制动活塞将离开摇臂和阀,从而禁止发动机制动恢复正常工作周期。
3 DCi11发动机制动特性
3.1 安全性
保证车辆下坡可控:使用发动机制动器,可合理控制车速,从而使车辆快速安全的到达坡底。
有效缩短刹车距离:发动机制动器瞬间响应,有效缩短制动时间约1秒钟,当东风天龙卡车以每小时60公里的速度行驶时,可缩短刹车距离长达16米。
避免车轮制动失灵:车轮制动在连续使用3-5分钟后,刹车片温度急剧上升,磨损加剧,制动效果骤降,甚至会导致刹车失灵,存在安全隐患,使用发动机制动器,能够减少85%的车轮制动需求,从而能有效避免因刹车失灵导致的交通事故。
3.2 经济性
减少保养成本:减少刹车片的使用频率,延长刹车片使用寿命,大幅减少刹车片的更换次数。减少轮胎与地面的磨损,提高轮胎的使用寿命。
提高燃油经济性:卡车轻量化,节省制动系统淋水器的安装。下破速度快,上坡更加容易,维持车辆经济行驶速度。
4 DCi11发动机制动的缺陷和应对措施
4.1 DCi11发动机制动技术缺陷
发动机制动技术的使用能够使车辆的使用安全性大大提高,在国外卡车上已经较为普及。在我国只在东风DCi、玉柴6K12等不多的系列卡上得以使用,主要问题是皆可博发动机制动器制造精度较高,生产成本高。
在发动机正常工作时,活塞所受燃料给的最大压力为:
皆可博发动机制动器是利用对空气加压做功,来实现发动机在做负工。在发动机制动工作时,发动机没有给油,无燃烧状态,温度变化可不计,根据克拉伯龙方程式PV=nRT进行推算,在压缩行程终了时,活塞所受反作用力为:
在压缩释放后,活塞所受反作用力为:
由以上三个数值进行对比发现,发动机的制动力相比发动机正常做工时的力要小得多,故发动机的制动力较小,导致车轮的制动力矩较小。在发动机制动工作时,制动效能随着发动机的转速升高而增加,为了获得较好的制动效能,只能挂低速挡发动机高速旋转,发动机的高速旋转将会带来很多的弊病,如发动机制动时噪音较大,增加驾驶员的紧张感,降低车内人员的舒适性,还会使发动机各部件受力增加或者改变,对发动机的使用寿命有一定影响。
4.2 DCi11发动机制动缺陷应对措施
发动机制动系统是使长下坡车辆速度减小,不能使车辆停止,是一套辅助制动装置,以现代的汽车技术很难将发动机的制动力提高太多。但是噪音在一定程度上还是可以降低的,一般可通过提高发动机各部件的零件精度和表面质量或者提高车内隔音效果,降低发动机的噪音,来提高车内人员的舒适性,降低驾驶员的紧张感。提高发动机核心零件的硬度和韧性,选择合适的零件尺寸,可保证核心零件所受压力增大或者改变时,也能应对自如。
5 结语
DCi11发动机采用发动机制动技术,提高汽车的使用安全性,保证车辆下坡可控,避免车轮制动失效,缩短刹车距离;提高汽车使用时的经济性,减少保养车本,降低汽车油耗,提高轮胎使用寿命。但也存在着一定的缺陷,只要制造企业对零件的精度要求更高,将汽车的隔音效果做得更好,发动机制动技术还是有着非常大的发展前景。随着研究的进一步深入,发动机制动功能将日渐成熟和普及,并逐步走向其它品牌卡车发动机。
参考文献
[1]崔晓娟.发动机制动技术在CA6DL柴油机上的应用开发[D].长春:吉林大学,2007.
发动机制动 篇6
1.1 发动机制动原理
发动机制动就是指抬起油门踏板, 但并不脱开发动机, 利用内摩擦力和进排气阻力对驱动轮形成制动作用。
发动机制动有三个明显的特点:一是能够使脚制动使用频率减少, 避免因为制动器长时间的使用, 升高制动器摩擦片的温度, 从而导致制动力的下降, 甚至失去作用;二是因为差速器的作用, 可以把制动力矩平均的分配在左右车轮上, 减少甩尾、侧滑的发生;三是车速将一直被限定在一定的范围内, 能及时降速或停车, 确保行车时的安全。
1.2 发动机制动的影响因素
汽车在行驶过程中, 道路坡度和车速会随着环境的变化而变化, 要平衡坡道的下滑力, 需要不断的调节发动机转速来获得合适的发动机力矩;需要通过辅助制动系统来平衡坡道的下滑力。由于CVT的速比可以连续的变化, 通过调节CVT的速比可以实现所需发动机转速和车速的最佳匹配, 从而获得理想的制动力力矩。
另外, 发动机制动力还与空气阻力、道路坡度、滚动阻力、变速器速比等参数的行车条件有关。所以, 我们只能通过试验才能得知制动力力矩和发动机转速的关系, 才能进一步的研究汽车下长坡时发动机制动CVT控制策略。
2 CVT的相关介绍
2.1 CVT的概念
CVT即无级变速器, 它的英文全称为Continuouslv Variable Transmission, 简称CVT。发明无级变速器的是荷兰人, 无级变速器与有级式的区别主要在于:它的变速比是一系列连续的值, 而不是间断的点, 譬如可以从3.455一直变化到0.85。CVT的结构要比传统变速器更为简单, 体积更小, 它既没有手动变速器的众多齿轮副, 也没有自动变速器复杂的行星齿轮组, 主要就是靠主动轮、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。
目前国内将CVT技术应用于汽车的品牌及产品日趋增加, 如奥迪、飞度、西耶那 (帕力奥) , 帝豪EC7, 比亚迪L3等。
2.2 CVT的工作原理
CVT的部件主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成, 与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动, 另一侧则固定。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。控制系统根据发动机车速控制主、从动带轮沿轴向移动、气门开度, 在力的作用下, 金属带在主、从动带轮构成的V型槽里沿径向运动, 从而完成速比在设计范围内从最小到最大的变化, 实现了无级变速。
2.3 CVT的技术特性
(1) 动力性。汽车加速和爬坡的能力取决于汽车后备功率大小。汽车的后备功率越大, 汽车的动力性就越好。而根据CVT的无级变速特性, 可以得到后备功率最大的传动比, 所以CVT的动力性明显比自动变速器 (AT) 和机械变速器 (MT) 要高。
(2) 经济性。在相当宽的范围内, CVT都可以实现无级变速, 并且能够获得发动机工况和传动系的最佳匹配, 从而使整车的燃油经济性有所提高。
(3) 成本。CVT的系统结构非常简单, 零部件数目要比AT少很多 (约少200个左右) , 当汽车制造商进行大规模生产开始后, CVT的成本将低于AT。随着大规模生产及材料、系统的革新, CVT零部件生产的成本将降低20%-30%。
(4) 排放。CVT的速比工作范围比较宽, 要使发动机以最佳工况来工作, 需要改善燃烧的过程, 降低废气的排放。
3 发动机制动CVT速比控制策略
CVT是一种变速传动装置, 在一定范围内, 它的速比可以连续的变化, 它能够很好的平衡驱动轮与发动机之间的关系, 这种平衡关系正是通过速比控制实现的。发动机制动CVT速比控制策略要解决的两个问题:一是目标速比的确定;二是对目标速比的跟踪。
3.1 目标速比的确定
汽车在下长坡行驶时车速既不能太快也不能太慢。因此, 若是想汽车在长坡行驶的时候能够以合适的车速稳定行驶是关键的问题, 研究表明, 在一般的坡道上应该为30~40km/h。要实现汽车稳定车速、匀速下坡, 平衡汽车所受力矩显得尤为重要。根据发动机制动的力矩曲线, 从而可以求出目标发动机的转速。再根据采样时刻的实际车速和目标发动机的转速就可以求出目标速比, 便可以对CVT进行速比控制。
3.2 CVT速比控制策略
CVT在速比控制过程中最重要的就是对CVT速比变化率的控制。假设直接控制无级变速系统的速比, 对速比变化率所造成的影响不加以考虑, 那么很难控制系统瞬态的特性。所以, CVT速比控制的关键在于合理的确定速比变化率。假设将速比控制系统作为一个理想的系统, 通过CVT速比控制器具体参数的确定, 来控制CVT调节特性。选择合理的PID参数, 使实际速比对目标速比有良好的跟随性, 使汽车实现稳定车速、匀速下坡。
4 总结
本文从发动机制动原理、CVT的相关介绍着手, 对汽车下长坡时发动机制动CVT控制策略进行了系统的分析与研究, 得出了以下的观点:调节CVT的速比可以使发动机的有限制动力矩平衡下长坡汽车的行驶下滑力;利用发动机制动力矩, 提出了在制动过程中调节无级变速器速比的观点, 验证了汽车下长坡时发动机制动CVT控制策略的可行性。
参考文献
[1]董伟等.汽车下长坡时发动机制动CVT控制策略[J].吉林大学学报 (工学版) , 2006, 5[1]董伟等.汽车下长坡时发动机制动CVT控制策略[J].吉林大学学报 (工学版) , 2006, 5
发动机制动 篇7
关键词：JZ-7型空气制动机,阀件,卡滞
1 问题的提出
我国自行研制的JZ-7型空气制动机现广泛应用于各型内燃机车上, 其中制动阀件是系统的主要组成部分, 其性能直接影响铁路运输安全。从徐州机务段2011年1～6月制动阀件故障统计结果来看, 仅制动阀件卡滞就发生63件, 占到阀件总故障的54.78%, 严重影响了阀件检修质量。因此为了减少JZ-7型制动机制动阀件卡滞故障从而减少JZ-7型制动机故障, 对其进行分析十分必要。
2 制动阀件卡滞的原因分析
对2011年1～6月阀件卡滞故障进行分类统计, 结果如表1所示。对卡滞故障因素逐条分析确认, 从而找出以下主要原因:
(1) 柱塞偶件配合不良。由于长时间使用, 柱塞产生弯曲、变形, 柱塞套产生磨损、锈蚀, 尺寸发生变化, 导致柱塞、偶件配合间隙超限, 造成柱塞偶件滑动阻力变大, 产生卡滞现象。另外由于组装时作业者不注意将柱塞碰毛拉伤, 也会导致柱塞卡滞;
(2) O形密封圈选用不当。影响O形密封圈密封性能的主要因素在于O形密封圈的硬度、尺寸、预压缩量及拉伸与压缩量。在JZ-7型制动机阀件上所使用的O形密封圈, 如材质过硬及尺寸等选用不当, 都会造成阀件卡滞;
(3) 弹簧材质差。由于长期受交复力作用, 弹簧刚度降低会产生塑性变形, 造成弹簧弹力过弱或自由高不符合规定尺寸, 也会造成阀件卡滞;
(4) 阀件组装时清洁度差。由于受阀件检修工作场地限制, 徐州机务段将制动阀件的解体和组装放在同一区域内, 容易造成洁净配件组装时的二次污染。另外, 由于良好阀件在运输存放过程中防护不当, 导致异物进入阀件内, 影响阀件质量, 也会产生阀件卡滞;
(5) 良好阀件在中修装车时, 由于车上管路及管道滤尘器内遗留有锈蚀物、油、水及其他异物, 如果进入阀件内也会造成阀件卡滞。
3 采取措施
(1) 针对柱塞偶件配合不良, 加强柱塞与阀套的检修工作, 认真测量柱塞与阀套的配合间隙, 凡不合格者一律禁用。在检修柱塞时, 将柱塞放在工作平台上检查弯曲度, 凡超限者禁止使用。
(2) 对材质过硬和截面积较大的O形密封圈予以更换。在实际工作中发现自阀调整阀柱塞原来使用⌀22×2.5 mm的O形密封圈由于截面积偏大, 装入柱塞后容易产生卡滞, 尤其是在夏天天气较热时, 此类故障更是明显。经过论证和多次试验, 决定采用⌀22×2.25 mm的O形密封圈, 以前因阻力过大而导致的卡滞现象得到根本解决。同时和材料部门联系, 将硬质的O形密封圈换成质地较软的O形密封圈, 有效解决了阀件在冬季由于橡胶变硬而出现的卡滞现象。
(3) 针对弹力过弱导致的阀件卡滞现象, 测量接近自由高限度的弹簧的弹力, 发现有些弹簧自由高虽在尺寸限度内, 但弹力偏弱。要求阀件检修者对接近限度的弹簧予以更换; 对有锈迹的弹簧进行测量, 发现弹簧自由高虽在限度内但是其弹力不均匀, 在过度压缩后极易产生变形, 也应予以更换。
(4) 对阀件解体、组装进行分区管理, 将清洗过的配件用绸布擦拭干净并用压缩空气吹净阀件各孔洞, 使清洁度达到一级标准;将检修好的阀件做好防护, 防止存放、运输过程中进入异物。
(5) 为防止车上管路内的异物进入阀件内, 结合徐州机务段生产实际, 制定了中修机车管路吹扫办法。首先将总风缸通往制动阀、分配阀、中继阀的管路中所有管道滤尘器全部拆下, 清洗干净后装上。启机打风, 当风压达到900 kPa时, 将总风缸出口处截阀关闭, 分别将两端的制动阀拆下, 将总风管处的其他风管路孔用防护板盖好。打开总风缸处截断塞门吹扫总风管路, 吹扫后上好阀件。然后再往总风缸充风, 风压达到900 kPa, 将作用阀及分配阀分别拆下, 打开总风缸处截断塞门, 吹扫作用阀及分配阀处总风管路, 吹扫后装好阀件。最后往总风缸充风, 风压达到900 kPa, 将总风缸出口处截阀关闭, 分别拆下两端中继阀, 打开总风缸处截断塞门, 吹扫中继阀处总风管路。
4 结束语
简析交流电动机的能耗制动 篇8
1 广泛应用的三相交流供电的工业变频器
现如今, 在各行各业都广泛应用的三相交流供电的工业变频器, 已经为社会和企业带来了巨大的经济利益和效益, 电力电子变换技术的一个重要方面始终都是变频调速技术, 这一点从未改变。变频器设计涉及多个重要方面, 其中包含散热处理, 散热处理的好坏直接影响着安全运行。一般采用的功率开关器件, 并不是最佳的器件, 主要是因为其有着较大的通态损耗和开关损耗, 导致器件经常会出现发热的情况。因此变频器设计时必须考虑功率损耗的存在, 以便设计合理的散热技术, 减少热处理成本和提高运行可靠性。目前, 工业变频器功率开关的整体由整流器和逆变器组成, 其中整流器包含了二极管整流器、电压源整流器和电流源整流器, 而逆变器包含的内容比较单一, 只有电压源逆变器。决定整流器损耗大小因素非常多:整流器型式、输入功率因数、调制算法、负载轻重和甚至电路参数设置等因素, 逆变器损耗的大小受到逆变器型式、输出功率因数、调制算法、负载轻重等因素的影响。
2 电动机的发热和冷却原因
电动机之所以会发热, 是因为其在负载运行时会出现相应的损耗。由于电动机内部热量的不断产生, 电动机本身的温度就要升高, 最终将超过周围环境的温度, 电动机温度比环境温度高出的数值, 称为电动机的温升。电动机的散热速度随着温升的温度变高也会逐渐的加快, 而电动机的温度停止升高时, 就是电动机在单位时间内产生的热量与散出去的热量相等, 当温升保持不变时, 我们称之为稳定温升。电动机运行时, 由于损耗产生热量, 使电动机的温度升高。电动机使用绝缘材料的耐热程度直接决定了电动机容许达到的最高温度, 绝缘等级是绝缘材料的耐热程度的专有名词。不同的绝缘材料, 其最高容许温度是不同的。
3 分析交流电动机的能耗制动程序
从交流电源上把正在运转的交流电动机的定子断开, 快速的与直流电源形成固定的磁极进行外接, 转子运转时, 会在转子绕组中产生制动转矩的制动方法, 我们将其充分的利用起来, 这就是交流电动机的能耗制动原理。其实质上就是使转子系统及其负载的动能在磁场的作用下, 以电能释放的过程。我们将控制线路图的工作原理和过程解析如下:接触器KMl的线圈得电, 需要先按下按钮SBl, 这时所有的KMl动合触头将会闭合, 电动机开始正常运行;按下按钮SB2, 接触器KM2的线圈得电, 所有的KM2动合触头闭合, KMl动合触头失电断开, 三相交流电动机的电枢部分引入单相电, 在整流二极管D的作用下, 电枢形成固定磁极, 开始能耗制动。在一断时间之后, 断开KT的延时动断触头, 然后接触器KM2线圈将会失电, 能耗制动就此完成。若我们把二极管换成桥式整流电路的话, 就成了一个三相异步电动机的单相全波能耗制动的控制线路图。这两种的控制线路图都有不需要附加直流电源的优点。
4 交流电动机的能耗制动必备因素
负载Tn以及稳定输出的转速n N、接入的直流电流等有关直接与能耗制动所需的时间相关联。这也正体现了它制动准确的特点。若出现制动时间较长的现象, 主要是因为所引入的直流电流过小, 在气隙中的磁通量也不大, 自然产生的制动转矩也偏小。但是, 在实际的操作中, 我们所用的通常是全波整流。这是由于半波整流的电流值不符合规定数值, 且交流成分含量太多, 直接致使耗制动的特点无法体现。利用全波整流则可以克服这一点。首先, 要想使产生的制动转矩较大, 并且产生的制动效果明显, 就需要全波整流的电流值符合规定数值, 交流电动机的定子绕组中产生的磁场较强, 磁通大。其次, 全波整流的直流成分相对较大, 在交流电动机呈感性的定子绕组中, 定子电路的励磁电流比较稳定, 交流电动机的磁场相对也很稳定, 能耗制动的精确度较好。第三, 在全波整流的过程中, 要想使得整个电路的工作具有较好的稳定性, 并且安全系数较高, 就需要定子绕组的电流保持相对的稳定。
5 结论
综上所述, 我们无论是在实验还是在工作中, 采用全波整流电路, 可以使能耗制动的控制中直接使用直流电源。这样, 既加强了对能耗制动控制的理解, 也能够充分认识到能耗制动准确的特点。
摘要：针对交流电动机能耗制动的理论方面的问题, 笔者进行了深入的解析和研究, 希望能够有效的辅助交流电动视的能耗制动方面的教学与研究。
关键词：交流,电动机,能耗制动,半波整流,全波整流
参考文献
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电力机车制动机故障分析与防治措施 篇9
具体而言, 电空制动机故障分析处理包括以下几个阶段:
1.1 分析阶段
首先进行逻辑分析, 观察故障现象, 结合DK-1电空制动机的控制关系与作用原理做全面、深入的分析。实际操作顺序如下:先从电气线路开始, 然后再检查空气管路部分, 对电路、气路相关设备及气动部件进行逐一分析, 尤其是一些易损部件, 或者会对系统产生重要影响的关键部件, 提高故障分析的效率与效果。其次确定故障范围, 通常发生同一故障现象可能存在多个原因, 只有进一步缩小范围, 才能准确、全面的分析到每个原因, 才能没有疏漏的及时处理故障。再次进一步查找故障点, 经过上步范围确定后要在划定的范围内逐一查找故障点。最后进行检查确认, 可以利用排除法针对不同故障点进行仔细检查, 确定导致故障的根本原因。
1.2 反馈与处理阶段
经过分析后如果无法确定故障点, 则要对分析思路做出及时的调整, 然后进行二次分析与判断, 直至找到故障点为止。针对确认好的故障点要进行处理、恢复, 如果一些故障修复困难, 为不妨碍铁路运输的畅通性, 可以暂时维持故障运行, 当然不能过于牵强, 否则易出现行车事故。故障分析与处理需要长期实际工作经验的积累, 所以设备的日常维护与保养工作不仅要掌握一般的方法, 还要积累更多的实践经验, 以保证故障处理的准确性与时效性。
2 DK-1电空制动机常见故障分析与处理
故障一:均衡风缸与列车管无表压。导致这类故障的主要原因有几点:未合上电源开关;电空转换板键应未处于电空位;紧急阀电联锁发生问题;缓解电空阀反联锁虚接或者卡滞;或者动作自停后未恢复常态。针对上述问题可以采取下列处理措施:闭合电源开关, 保证电控制动控制器在各位置的正常工作;将空气制动阀换为缓解位, 如果无法达到定压, 则将转换键切至电空位;针对紧急阀电联锁的问题, 则要检查相关部位, 如果无法短时间修复, 则可以将其转换为空气位进行操纵;其它电空阀反联锁虚接、卡滞等, 如果在检查后无法在短时间内修复, 均先转换为空气位操纵。
故障二:均衡风缸有压力, 但是列车管无压力。造成该现象的主要原因是由于中立电空阀的下阀口未及时复位, 或者受到堵塞, 也有可能是中继阀遮断阀出现卡滞现象无法复位。针对于种问题可以尝试将电空制动器手柄置于中立位, 如无法恢复正常, 运转位中立电空阀未停止排风, 可以将塞门关闭切至空气位操纵, 然后将中立电空阀拆除更换。如果列车管在转空气位操纵后仍然无压, 要交遮断阀拆下检查, 如果故障无法及时处理, 则要将遮断阀出维持系统正常运行, 后续再行处理。
故障三:均衡风缸追总风。造成这种问题的主要原因可能是由于操作端调压阀发生故障, 压力上升无法满足压力在要求值。此时需要更换调压阀, 如果一时没有调压阀更换, 可以先把非操纵端的调压阀更换至操纵端, 用状态良好的调压阀维持系统运行, 后续再行更换。
故障四:初放中立位就出现初制动减压量, 这是由于压力开关发生问题, 此时可以对缓解电空阀进行检查, 判定其是否得电, 如果短接压力开关联锁恢复正常, 证明压力开关发生问题, 系统运行中出现该问题可以暂时维持, 初放中立位即有减压, 其余正常。
3 DK-1空气制动机维护保养
针对DK-1空气制动机, 要做好日常保养与定期保养, 可以有效减少故障发生, 其中日常保养的主要内容如下:制动机组各零部件的性能, 排除管路连接或者安装固定的松动现象;将储风缸中的积水及时排空;对空气压缩机的紧固安装螺栓进行定期检查, 及时了解其油位变化, 保证油位处于限定值范围;对压缩空气压力进行日常检查, 保证其处于限定值范围;检查手制动的有效性, 运行过程中存在问题必须停车解决;对制动闸瓦的磨损情况进行日常检查, 保证闸瓦间隙不超过5-10mm的范围, 及时更换断裂或磨损严重的闸瓦, 间隙达不到要求则要及时调整。而定期保养则以日常保养为基础, 根据机车的运行里程制订合理的修程, 根据修程的工艺范围对机车制动机进行全面的检查与维修, 及时解决制动系统中已经出现的故障, 排除故障隐患。
摘要：电空制动机采用电信号作为控制指令, 动力源则采用压力空气。DK-1型制动机两端司机室设置了电控控制器, 车体内设置有电控柜, 采用的是积木式组合结构, 与传统整体式结构的电空制动机不同, DK-1结构更简单、维修更方便。文章以DK-1型制动机为例, 对其常见故障进行分析, 并提出具体的防治措施。
关键词：电力机车,DK-1型制动机,故障分析
参考文献
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