发信人: courieryboo (小凡·每天灌水多一些...), 信区: DC
标  题: 客车发动机制动性能研究
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 24 16:54:48 2000)

摘　要：对客车行驶时发动机制动的性能进行了试验和理论分析，结果表明客车下坡行
驶时通过发动机可将部分动能转化为热能，由此可在减少摩擦制动器的过热，提高汽车
的安全性方面起到积极的作用。
关键词：客车；发动机制动；性能
中图分类号：U463.53　　　文献标识码：A
Rsearch on Engine Brake Performance of Passenger Car
YU Qiang, CHEN Yin-san， MA Jian， GOU Rong-qing， ZHANG Qing-yu
（College of Automobile Engineering, Xi′an Highway University,
Xi′an 710064, China）
Abstract: The experiments and theorial analysis on engine brake of passenger
 car in running are carried out. The result shows that part of energy can be
 obsorbed in engine braking when the car runs downhill.So it has effects on
reducing overheat of friction braker and increasing safty of car.
Key words: passenger car; engine brake; perfomance
　　在中国的道路中山区道路占相当部分，特别在云贵高原和西北地区尤为突出。在山
路上坡行驶时，通过发动机做功增加汽车的势能和动能，下坡行驶时，利用制动系统将
汽车的势能和动能转化成为热能。特别是在连续下坡行驶时，汽车的制动系统的热负荷
是非常大的，而制动系统又无法及时将热量释放到周围环境，使得制动毂和制动蹄的温
度大幅度增高，以至于达到制动器的失效温度。这对汽车坡道行驶是非常危险的。结果
使得在连续大坡道上交通事故发生的频率高于其他道路。这个问题在国外已得到充分的
重视［1］。而在中国长期以来靠驾驶员经常给轮毂浇水，对它实施强行冷却，来满足汽
车连续下长坡时的制动要求。这种方法一方面可靠性不高，另一方面降低了运输效率。
为改善运输条件，在汽车上应加装持续制动装置。作为持续制动装置包括发动机制动、
排气制动、电力缓速器、液力缓速器等。而比较简单、成本较低的形式是发动机制动和
排气制动。随着中国客车技术的发展和道路条件的改善，客车行驶速度不断提高，要求
客车的比功率不断增加，而它对发动机制动和排气制动的应用起到了积极的作用。本文
对发动机制动的制动原理进行讨论，同时对它的制动力以及下坡行驶时的性能进行定量
分析。
1　发动机制动原理
　　在柴油机汽车中，发动机制动过程最简单、可靠的1种是使发动机停止供油(或处于
怠速状态)，由汽车拖动发动机强制高速运转，由此达到制动的目的。发动机工作过程的
PV图(压力—容积图)如图1、2、3所示［2］。图中阴影部分为发动机做正功部分，双阴
影部分为负功部分。图1中压力—容积图的正功部分远大于负功部分，发动机输出正功。
图2中正功部分等于负功部分，发动机没有正功输出。图3中PV图中只有负功，此时，发
动机起到制动的作用。
图1　发动机全负荷时压力—容积曲线
图2　发动机怠速时压力—容积曲线
图3　发动机制动时的压力—容积曲线
　　这样，在发动机制动工作时，发动机产生的制动扭矩由压缩行程与膨胀行程形成的
负功和排气行程与进气行程形成的负功(如图3所示)两部分组成。汽车在水平路面行驶时
，这个制动扭矩使汽车减速。在下坡行驶时，可使汽车在一定的坡度上以稳定车速行驶
，减轻主摩擦制动器的工作强度。
2　水平路面发动机制动性能试验
　　发动机制动过程制动力矩的大小，受到许多因素的影响。例如：发动机的额定功率
、发动机的工作容积、行程、气门大小和气门定时等等。所以对于1种车型其发动机制动
性能要通过实验进行测定。本文对江苏省扬州市亚星—奔驰客车集团公司特种车辆厂生
产的JS6820中型客车进行实验分析。JS6820中型客车主要技术参数如下：
　　车宽：2420 mm；车高：3255 mm；最大总质量：9685 kg
　　变速器各档传动比为：
　　主减速器传动比：iH=7.00；轮胎滚动半径：rd＝0.485 m
　　试验在水平的沥青路面上进行，试验道路长度为1000 m。通过测试设备得到变速器
处于五档，发动机制动工作时汽车行驶车速随时间变化的曲线如图4所示。汽车运行过程
由于发动机制动产生的制动减速度为
　　　　(1)
图4　速度随时间变化曲线
　　由此得到减速度随速度变化的曲线。
　　根据汽车纵向动力学方程得
Ft=Ff+FW+Fα+Fj　　　　(2)
其中：Ft为驱动力，由发动机的扭矩以及传动系的传动比决定，即
　　　　(3)
式中：Me为发动机扭矩；Ig为变速器相应档位的传动比；IH为主减速器传动比；ηt为传
动效率；rd为车轮滚动半径；Ff为滚动阻力；FW为空气阻力；Fα为坡道阻力；Fj为加速
阻力Fj=δiGaa；δi为相应档位的旋转质量换算系数；Ga为客车总质量；a为加速度。由
此得到发动机制动时发动机扭矩为
Me=(δiGaa+Ff+Fw)rdηt/(IHIgi)　　　　(4)
而此制动扭矩对应的发动机转速为
ne=30VtIgiIH/(3.6πrd)　　　　(5)
通过对试验数据的处理计算，得到发动机制动特性曲线如图5所示。
图5　制动扭矩随发动机转速变化曲线
　　发动机的制动扭矩与汽车车轮制动力之间的关系为
　　　　(6)
　　与制动力相对应的汽车行驶速度为
　　　　(7)
式中：ne为发动机转速
　　通过发动机制动扭矩和关系式(6)、(7)，求得变速器各档位车轮制动力曲线如图6所
示。图6中：3%、4%、5%、6%、7%、8%分别表示在各坡度的坡道上汽车的下滑力(包括滚
动阻力和空气阻力)。
图6　制动力与坡道下滑力平衡曲线
　　图6中各档位制动力曲线与不同坡度的坡道上下滑力曲线的交点即为汽车以该档位在
此坡道上行驶的稳定车速。即不使用主制动器(摩擦制动器)汽车就可以以此稳定车速滑
行至坡底。
3　坡道行驶发动机制动性能试验
　　图6中给出了客车下坡行驶采用发动机制动时在不同坡度上的稳定车速。但是，实际
道路中不存在同一坡度的长距离坡道。而且，稳定车速通常也无法满足汽车行驶的要求
。所以，为讨论在实际坡道上行驶时，发动机制动所吸收的由汽车位能转化的动能的情
况，本文对上述客车进行了坡道行驶的对比试验。试验选择G205国道黄山段，它为三级
越岭公路干线，沥青双车道路面。试验在里程碑1531～1535之间进行。
　　试验分2组，试验1为不带任何辅助制动方式的下坡试验，即下坡过程中客车由势能
减小转化成的动能完全由摩擦制动器转化成热能而吸收或释放给周围环境。试验2为带发
动机制动辅助制动方式的下坡试验，即下坡过程中客车由势能减小转化成的动能的一部
分由发动机制动来吸收，其余部分由主摩擦制动器吸收。试验过程中记录了制动分泵气
室的压力随时间变化的曲线。图7表示了2组试验中主摩擦制动器吸收能量大小的比较(图
中纵坐标表示气室压力在整个下坡过程中沿时间轴的积分)。图中：“摩擦”表示主制动
器吸收的能量占总能量的比例，“发制”表示发动机制动吸收能量的比例，“试1”表示
试验1，“试2”表示试验2。表1列出试验过程的主要参数。
表1　下坡试验参数比较
　 主制动器吸收
能量/MPa.s 发动机制动器吸
收能量/MPa.s 平均车速
/km.h-1 制动毂温升/℃
试验1 12.657 0 28.16 右前 95.5 左前 90.0
右后 91.5 左后 101.0
试验2 5.989 6.668 34.10 右前 57.5 左前 52.0
右后 61.5 左后 46.0

图7　制动器吸收能量比较
4　结　语
　　试验及计算结果表明，汽车在不同坡度的坡道行驶时，选择合适的变速箱档位，可
以在不利用主摩擦制动器的情况下，通过发动机制动的使用，匀速滑行下坡。这样可以
有效的降低主制动器制动蹄片的磨损，延长它的使用寿命。但是，发动机制动存在着一
定的问题。首先要求汽车发动机具有足够的大功率，才能保证坡道行驶时发动机制动具
有足够的扭矩。再一个是稳定车速的问题，当道路坡度比较大时，驾驶员必须选择较低
的档位，才能保证足够的制动力。而这时汽车的稳定车速比较低，影响到汽车的运输效
率。所以，它无法在下坡行驶时完全代替主摩擦制动器。但是，通过坡道试验结果可以
看出，作为一种辅助制动方式还是非常有效的。试验中由于使用发动机制动使得主制动
器吸收的能量减少52.7％，制动毂温度平均下降40.25 ℃。平均车速提高20％。由此看
出，利用发动机制动可以有效降低主制动器制动毂的温度，减小它由于过热而失去制动
效能的可能性。因此减少了汽车坡道行驶过程中由于制动器温度过高而失去制动效能造
成安全事故的可能性。提高了汽车坡道行驶的安全性。当然，在客车行驶速度比较高时
，发动机制动的制动扭矩比较小。这样，在长距离下坡行驶时，利用它也无法完全防止
制动毂过热。而这个问题只有采用和其他持续制动方式相结合的方法得到解决。
作者简介：余　强(1961-)，男，河南南阳人，西安公路交通大学讲师，博士生文章编号
：1007-4112(1999)04-0090-03
作者单位：西安公路交通大学　汽车工程学院，陕西　西安　710064
参考文献：
［1］　HANS OTTO MEYER. Hydrodynamische Dauerbre-msachse Fuer Anhaeengeer un
d Sattelaufligr［J］.ATZ,1972,(1).
［2］　WEBB C R， LAVENDER J G;朱发骥，译.各种发动机制动方法的对比分析［R］.
国外排气制动资料汇编，重庆：重庆汽车研究所，1980.
［责任编辑　郭庆健］
收稿日期：1999-05-20

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梧桐身旁的浮云里 飘出一弯朦胧的月亮    *        *
清清淡淡的月光 静静地飘落在我身旁         ●
   ahuang
在寂寞的晚上 我就是一只音乐虫子      ^^   *
飞呀飞呀找不到爱发源的地方... ...
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