车载发动机辅助制动系统剖析

因基础制动装置过热导致的刹车失灵现象已经不常见了，货车和巴士的驾驶员可以更好地控制车辆运行。这种令人满意的结果部分程度上得益于辅助制动系统的推广，相关设备可以帮助基础制动装置降低车辆速度，特别是在较长距离的下山坡道上。

辅助制动系统包括两个排气制动阀，排气系统中的蝶形阀增大了排气背压，来达到降低动力系统的速度，在发动机高转速条件下效果更加显著。阻尼减速采用了一种更高效的解决方案，通过水力液压或者电力手段实现车辆制动。

液压减速器使用了一个充满液压油的腔体，安装在传动系统叶片转子和定子之间，来起到制动效果。阻尼减速程度大小可以通过调节腔体内液压油量进行改变，液压油 需要被循环冷却，多余的热量通过热交换器耗散到车辆冷却系统中。虽然制动效果非常出色，但是液压减速器设计增加了制造成本，并且增大了车辆整备质量。电磁 阻尼减速器结构更简单，通过反电动势定律来达到制动效果。设备安装在车辆底盘上的定子和传动轴上的转子之间，利用空气流进行冷却散热。
压缩释放式制动器是一种不错的替代解决方案，在上世纪六十年代Jacobs汽车系统公司就已经开始倡导这种设计理念。通常来说，压缩释放式制动器通过在发动 机排气冲程阶段控制排气阀门开启时机，进一步提高背压阻尼来帮助增强压缩效果，从而更好地降低了速度，同时有效利用了废气价值。例如下山路段上排气阀门在 活塞到达上止点之前保持关闭状态来降低速度，先进的柴油发动机检测到当前工况不需要消耗燃料，燃油供应系统会主动关闭，因此不会对发动机的正常运转带来负 面影响。

阻尼效果的产生需要在凸轮从动件下方安装一个桥接器，含有一个控制电磁阀来调节液压油向液压执行机构的流动，而作用位置是凸轮而不是常规的凸轮从动件；液压 油供应来自于摇杆轴上的孔隙。动力输出条件下电磁阀关闭，执行机构活塞锁定在桥接器上，使得排气阀门跟随凸轮完成正常四冲程运动。当需要制动的时候，电磁 阀开启并与桥接器上执行机构脱离，排气阀门依然处于关闭状态，直到气缸活塞到达上止点位置。因为凸轮正常运转，而桥接器无法改变排气阀举升高度和时间长 短，所以制动效应不会给发动机做功过程完整性造成麻烦。

大排量发动机可以提供更出色的制动效果，但近些年来发动机降低尺寸和排量是行业发展的主流趋势，因此发动机制动效果也受到一些影响。与此同时，由于引入了空 气动力学特性更优的车辆设计、低滚动阻力轮胎和更低摩擦损失的传统系统，行车阻尼也进一步降低。换句话说，现在重载汽车的自身减速效果降低，而且车辆总重 有所增加，加大了运动惯性。

Jacobs 数据显示，随着发动机设计和发动机制动设计的不断升级，在发动机转速为1500转/分钟条件下，压缩释放式发动机制动效果从上世纪六十年代的8千瓦/升提 高到九十年代的20千瓦/升。在此期间重载柴油发动机从机械燃油喷射系统发展到了双凸轮轴设计，发动机制动系统通过一个专用凸轮集成到了气门机构中。

虽然发动机制动设计效果显著，但是增加的车辆总重、车辆较低的滚动阻力和低排量发动机都要求更强的辅助制动功率，Jacobs的解决方案是高功率密度HPD 发动机制动系统。在高功率密度发动机制系统中，桥接器、控制阀和液压执行机构都与常规装置系统，共同应用到进气凸轮。驱动阶段发动机保持四冲程模式，制动 阶段发动机切换到两冲程模式，从而制动冲程的数量加倍。Jacobs解决方案能够更高效地利用涡轮增压器，控制其最优化制动充压效果。

高功率密度发动机制动技术系统化地控制进气阀门、排气阀门和涡轮增压器，所有元件都需要考虑在内。对于双进气阀门设计，系统能够获得更大的空气入流量，这时使用双压缩释放理念，可以更高效地利用气流完成制动。创新系统把发动机1500转/分钟下的制动功率提高到28千瓦/升，2200转/分钟达到最大制动功率37千瓦/升。发动机转速处在1400转/分钟到2100转/分钟之间，Jacobs高功率密度系统的制动性能表现是传统压缩释放设备的1.5倍。例如13升发动机，Jacobs声称1300转/分钟下制动扭矩2000牛米，2500转/分钟下制动功率611千瓦。

应用到梅赛德斯奔驰Actros展示货车上，发动机1500转/分钟转速下制动功率370千瓦。Jacobs公布整套高功率密度发动机制动系统重量约为12千克，比常规液压阻尼系统150千克的重量明显降低。所有额外产生的热量通过排气系统消散，另外可以帮助柴油颗粒过滤器保持合适的工作温度。Jacobs使用了两辆展示车，自身重量加上货物总重40吨，搭载了13升直线型六缸发动机。其中一辆装配了传统压缩释放式制动系统，另一辆使用了高功率密度系统，测试地点选在英国Millbrook试验场的山地道路，因为其中有一段下山路坡度达到26%，所以很少为重载货车开放。
　　
装配传统压缩释放式制动系统的货车可以成功应对26%的下坡度，不过需要额外操控基础刹车系统进行配合。使用高功率密度系统的货车可控性更强，发动机制动更早介入，整个下坡过程都不需要应用基础刹车系统。使用高功率密度系统的货车安装了一款电位器来控制涡轮增压器，因为其在发动机低转速状况下增压延迟大、效果不明显。