排气制动模拟分析

摘　要：排气制动可明显减少刹车的使用频率，避免长时间使用刹车导致摩擦片滑度升高而使制动下降甚至失灵；可以有效降低侧滑或甩尾现象；可以将车速限制在一定范围内，有利于及时降低车速或停车；有利于延长发动机寿命。本文就将对排气制动进行模拟分析。

关键词：排气制动；模拟分析；发动机转速；排气背压

一、排气制动及其原理

1、排气制动：排气制动是针对柴油发动机而言的，特别是重型柴油发动机。指的是指柴油发动机在不使用刹车制动的前提下，使车辆行驶速度降低或保持稳定，且车辆并不会制动停止的辅助制动方式。

2、发动机排气制动的原理：利用车辆本身的动能在进气行程压缩空气做功，在活塞上行至上止点时通过附加机构将排气门打开，把压缩后的高温高压气体排除汽缸，避免在下一个做功行程中压缩空气对活塞做功。活塞每一个工作循环需要克服摩擦阻力、压缩空气阻力消耗能量，从而实现对车辆的制动。

二、排气制动的过程及特点

1、发动机排气制动的过程：发动机排气制动其实就是让车轮来倒拖发动机。在平时的正常状态下，动力的传递过程是发动机、离合器、变速器、传动轴、转动齿轮、车轮。而发动机排气制动就是将这个过程反过来。由于现在的发动机都是四冲程的，所以要使用发动机排气制动必须有一个“压缩”冲程，且此冲程是需要不小的外力的，这个外力就是发动机本身的阻力，而发动机排气制动利用的就是这个阻力。

2、排气制动的特点：制动力平均分配在左右车轮上，减少侧滑或甩尾的可能；避免长时间使用制动器，导致制动器摩擦片温度升高，使制动力下降或到失灵；有利于及时降速或停车，保证行车安全。

三、排气制动的用途及模拟分析

1、排气制动的用途：排气制动用在渣油路面、泥泞冰雪路面等湿滑路况之下；在下长坡、崎岖山路或陡峭路面行驶时，必须使用排气制动与间歇制动结合来控制车速；在良好路面上的预见性减速制动可以利用排气制动，紧急刹车时除外；发动机未有特殊装置，利用排气制动时，不应熄火。

2、排气制动模拟分析：（1）通过模拟发动机排气制动的过程，得到在不同转速（n=900r/min、1200r/min、2800r/min）下发动机制动过程中的气缸内压随曲轴转角变化。（不同转速下发动机排气制动气缸压力随曲轴变化模拟曲线如图1所示）

图1

通过模拟发动机制动的过程得到的结论是：发动机高转速的进气压力比低转速时低，高转速的排气压力高于低转速；高转速下压缩膨胀冲程的气缸内气体压力曲线始终在低转速下的压力曲线之上；最大缸内压力不出现在压缩上止点，发动机在正常状况下存在一定热力损失角；相同转速下进、排气阶段缸内压力几科相等，压力曲线基本与止点对称。（2）发动机转速为800r/min、1100r/min、2700r/min时缸内压力随曲线转角变化如图2所示，通过模拟，从图中可以看出发动机转速升高，其每循环热力损失功先减少后増加，与其对应的发动机平均机械损失也先减少后増加；转速低时的不可逆损失较大，高转速不可逆损失较小；最初的一段转速范围内，由于转速提高，造成泵气损失增加小于不可逆损失的减小，超过一定转速后，泵气损失的增加超过不可逆损失的减小，指示功开始随转速升高而增加。由（1）、（2）可以看出发动机制动时，制动力主要来源是发动机的机械损失。

图2

3、当排气背压为0.25MPa，且转速分别为800r/min、1100r/min、2700r/min时，发动机气缸内压力变化如图3所示，当在发动机制动上增加排气背压后，将图3与图1对比，发现两者只有排气冲程的曲线是不同的。也就是说排气制动通过增加排气背压，将排气过程变成另外一个压缩过程。在排气过程中，活塞压缩气体对气缸做功，消耗了发动机的动能，因此制动性能得到了提高。从图3中还可看出排气背压相同时，转速越高，排气冲程达到的排气压力也越高且发动机转速越快，排气压力越大，即排气制动的效果就越佳。图4显示的是转速为2700r/min，排气背压分别为0.15MPa、0.25MPa，0.35MPa时，气缸内压力的变化情况。从图中可以看出气缸内的压力只在排气阶段不同，随着排气背压的増加，排气阶段气缸内气体压力也有所增加，所以在相同转速下，排气背压越大，排气过程需要克服的排气阻力也越大，制动性能就越好。在对模拟结果进行分析后可知排气背压越高，所得到的制动功率就越大。再者发动机转速对排气制动也有影响，转速越高，排气制动效果越明显，但当发动机转速超过额定转速的1.25倍时，进排气制动效果显著降低，当超过1.5倍额定转速时，则会引发配气机构和发动机损坏。

四、注意事项

排气制动不能在紧急制动时使用；使用用排气制动时，必须进某一档，且档位越低，制动效果越明显；在发动机额定转速下不要使用排气制动，以保护发动机；排气制动的同时必须封闭发动机燃油；实施排气制动时，刹车灯不会亮。

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