VVEB的英文原意是Variable Vavle Exhaust Brake ,即可变气门排气制动技术。可变气门制动(VVEB)技术能使排气门的开度随发动机转速而发生变化。发动机转速高时,排气门的开度变大;发动机转速低时,排气门的开度变小。采用VVEB技术的缓速装置可以使行驶中的车辆,特别是下长坡的车辆速度减低或保持在一定速度范围内，从而大大提高车辆的可靠性、安全性和经济性
由于路况所限,司机需要频繁或连续踩刹车,这不仅会过度磨损刹车片,还会出现“热疲软”现象。而刹车的高温还会导致一系列问题发生,如刹车鼓刹裂、爆胎等事故。因此,大量的重载卡车在下坡时发生交通事故就不足为奇了。
为了避免“热疲软”出现,目前国内普遍的做法是装置大型淋水箱,以此来降低刹车所产生的热量,这不仅消耗了大量的水资源,其效果也并不理想。而发达国家在这方面的做法却是使用缓速器来辅助汽车进行减速制动,同时,这种装置已被纳进法规强制执行。
虽然缓速器不能将车辆紧急制停,但能大大降低刹车的负荷,从根本上解决刹车“热疲软”问题。缓速器有电力、液力缓速器等,本文重点介绍玉柴最新开发的玉柴良马发动机缓速器。
发动机缓速器工作原理
当车辆不需减速时,发动机为正常的做功模式,驱动车辆前进;当车辆需减速时,发动机缓速器暂时将发动机转变为制动模式,此时发动机相当于一台空气压缩机,吸收来自车辆的运动能量,达到阻止车辆运动的目的。这样的话,就拓展了发动机的功能,使发动机一物二用。
发动机缓速器本身并不直接吸收能量,其实际上是一套机械液压装置,以发动机的压力机油作为液压工作介质,安装在发动机上,可改变排气门固有的运动规律,此时发动机的泵气损失得到大大加强,并和其他运转阻力一起产生极大的制动力来对汽车进行减速。
在发动机的各种摩擦负功和附件运转阻力都固定的情况下,如何使发动机的运转阻力进一步加大呢?现在的发动机通常都是往复式四行程发动机,活塞在汽缸内作往复运动。两个行程活塞向下运动,即做功行程和进气行程;两个行程活塞向上运动,即压缩行程和排气行程。
在做功行程和进气行程中,我们是没有技术措施来阻挡、拉住活塞向下运动的,最多让活塞在汽缸内抽真空,但约为100Kpa的真空阻力相对于制动需求是微不足道的。只有在压缩行程和排气行程上做文章。当活塞向上运动时,我们可以在活塞顶上建立高的空气压力来阻挡活塞上行。排气刹就是这个道理,只是仅利用了排气行程。在排气管路上装一个碟阀,碟阀关闭时使排气不畅,从而产生阻力。此时压缩行程虽然也对缸内的空气进行高强度的压缩,但吸收了能量的高温高压空气在接下来的做功行程中产生膨胀,又将能量返回活塞。这一吸一返所造成的泵气损失是很小的。
如果让排气门在四个行程中都保持一个开度,在压缩行程时,边压缩边节流排气,到膨胀行程时汽缸内便没有了压力空气,这样就能让发动机产生泵气损失,这种方式称为缓释制动。这和单缸柴油机的启动减压装置有点类似。因为汽缸内的空气是缓慢释放出汽缸的,而不是突然释放,这就避免了高压力冲击波的发生和降低了噪声。
通常缓释制动单独工作时可让发动机在额定转速时产生约11KW/L的制动力,和排气刹差不多。但当缓释制动和排气刹联合工作时就可让发动机在额定转速时产生15-18KW/L的制动力。这个制动力已经能满足绝大部分按标准修建的下坡道路上的行车缓速要求了。
就目前国产的柴油发动机而言,使用缓释制动联合排气刹的技术方案是很适合的,其对发动机有极强的适应能力,基本上不要求发动机作改动,只需要考虑与发动机的安装接口问题和供给缓速器压力机油的问题,是目前国内发动机应用缓速器的方向。玉柴目前在YC6A系列发动机上推出的玉柴良马发动机缓速器,就采用了这种技术。
发动机缓速器技术简介
采用VVEB缓速器联合排气刹的技术方案,在压缩行程和排气行程时都在活塞上建立起空气压力,从而使发动机产生强大的制动阻力,在额定转速时能发出17-18KW/L的制动功率。
VVEB(Variable Valve Exhaust Brake)——可变气门排气制动技术,该技术完全具有自主知识产权。
我们知道,发动机活塞汽缸通过气门节流向外排气,气门的开度具有以下特性:
1.发动机转速一定时,如果气门开度偏大,则节流效果差、产生的阻力小;如果气门开度偏小,则压力气体来不及逃逸,能量将在做功行程中膨胀返回活塞,导致产生的阻力小。
2.发动机转速高时,要求排气门保持大的开度,偏小则汽缸内的压力气体来不及逃逸。
3.发动机转速低时,要求排气门保持小的开度,偏大则节流效果差、产生的阻力小。
因此,排气门的开启高度应随发动机的转速不同而变化。转速高时加大排气门开启高度,转速低时降低排气门开启高度。
玉柴良马发动机缓速器正是基于这一技术理念而开发的,根据发动机转速对排气门开度进行实时动态调整,使发动机在每一转速下都能发挥出理想的制动效果。VVEB缓速器内部的调整机构并不需要电子电脑来控制,而是采用可靠性高的机械液压机构来实现。VVEB缓速器使用发动机的压力机油作为液压工作介质,发动机供给的机油压力不得低于150KPa,每分钟只消耗约3L的机油量,由一个电磁阀来控制供给压力机油的通断。
液压驱动活塞设置在排气摇臂的上方,当摇臂打开排气门时,压力机油就冲开钢球而流进活塞孔中,并推动驱动活塞伸出,限位机构将伸出量限定。在摇臂关闭排气门时就会被伸出的驱动活塞干涉而让排气门保持一个初始开度,在接下来的进气行程中,泄油孔发生泄漏对活塞腔的机油量进行调整,在压缩行程时形成一个合适的排气门开度来节流释放汽缸内的压力气体。
在发动机的每循环中,通过泄油孔泄漏的机油量G可用下面公式表达:G=f(Φ,P,t)。每循环泄漏量和泄油孔的大小、活塞总成内部的压力和时间成一个函数f关系。当发动机和VVEB缓速器设计定型后,泄油孔就固定了,活塞总成内部的压力也可处理为一个常数。这样就使得泄油量只和泄油时间t发生线性关系。
发动机转速变高,每循环的泄油时间就变短,机油泄漏量就变少,排气门开度就变大。发动机转速变慢,每循环的泄油时间就变长,机油泄漏量就变多,排气门开度就变小。
发动机缓速器的优点
——减少主摩擦刹车系统的磨损,提高其使用寿命。延长维修更换刹车片、刹车鼓的时间周期3-7倍;为用户节约大量的费用;
——消除刹车“热疲软”,保障汽车安全下坡,提高汽车下坡安全性;
——提高在湿滑路面的减速安全性;
——舍弃淋水装置,减轻汽车的重量和降低对水资源的浪费;
——降低司机的驾驶操作疲劳强度,消除下坡时的紧张、不安全感;
——减少汽车的维修量而提高汽车的使用效率。这可大大降低用户运行成本,每年可节约6000-10000元的费用,并显著提高汽车行使安全性;
——成本低。重型汽车安装一套发动机缓速器约需5000元;
——质量轻,约7Kg,对车辆自重影响小;
——不需考虑散热问题,因为发动机自带散热系统。发动机吸收能量后有部分能量将转变为热量,通过水箱、风扇即可向空气散发;
——不会消耗燃油,也不会影响发动机的动力性，不影响汽车的正常运行;
——在用车改装、加装简单易行;
——可满足汽车制动需求85%的能力;
——可靠性高、维修性好。因为结构简单、零件数目很少,即使损坏,只需关闭电源即可;
——良好的操作控制性能,可以选择手控、脚控、手脚并控等操纵方式,符合中国驾驶员的驾驶习惯。
试验和实际使用
1.玉柴良马发动机缓速器已经能够让车辆在正常的行车速度下实现下坡不用刹车或很少使用刹车。安装有玉柴良马发动机缓速器的东风145自卸车在装载约20吨煤的情况下,下一个约4公里的长坡时,大部分坡路采用4挡,只有在陡坡处才使用3挡。整个坡道上根本不踩刹车和开淋水,只在4档减3档时才使用了刹车;
2.发动机缓速器工作时不会消耗燃油,也不影响发动机的动力性;
3.工作时不会降低发动机的可靠性,在500小时的可靠性试验中,发动机各零部件无异常磨损。恰恰相反,缓速器在下长坡时能使发动机维持正常水温而防止发动机产生过大的热胀冷缩,从而增加发动机的使用寿命;
4.与以往单独使用排气刹不同,玉柴良马发动机缓速器工作时不会损坏发动机的排气门;
5.缓速器工作时不会加剧传动系统的磨损,因为此时是齿轮齿的反面在传递辅助制动力。
操作特点
玉柴良马发动机缓速器的操作很简单,就是一个打开和关闭电源开关的简单操作。需要辅助制动时打开电源开关,不需要辅助制动时关闭电源开关。
虽然操作很简单,但了解和掌握下面的内容将会让缓速器为车主发挥最大的作用。
1.缓速器与刹车不同,它不能够使车辆快速地完全停下来,缓速器和刹车是相互帮助和相互依赖的关系。使用缓速器来降低刹车负荷,使用刹车来防止缓速器和发动机超速;
2.当缓速器工作时,需随时观察故障指示灯是否点亮,任何指示灯熄灭后您必须立即停止使用缓速器,否则可能损坏发动机;
3.变速器处于空档时不能使用缓速器,否则将导致发动机熄火并可能使车辆失控;
4.在启动发动机前确保缓速器电源开关处于关闭状态;
5.缓速器工作时,确保双脚完全离开离合器和油门踏板;
6.在发动机不超速的情况下尽量采用低档位来让发动机处于高转速下进行辅助制动。发动机在低于 1700rpm的转速下进行辅助制动的效率很低,因此最好让发动机在高于1700rpm的转速下进行发动机制动,此时能听到发动机发出“嗡嗡”的声音,说明发动机缓速器正在吸收强大的能量;
7.下坡前,请检查缓速器是否能够正常工作;
8.下坡时,如果刹车仍使用频繁,需立即使用刹车减速并减档行使;
9.在下坡过弯时,如果车速过快,需立即使用刹车来降低车速;
10.只要发动机没有过热的危险,缓速器可以根据需要而长时间使用;
11.下坡时,如果4档可以控制住汽车,那么4档以下的档位也可以控制,但5档以上的档位就不能控制了,此时必须使用刹车;
12.下坡时,如果感觉车速过慢(当然这比较安全),你可以关闭电源开关或者左脚轻踩离合器或者右脚轻踩油门来停止缓速器工作以加快滑行,在发动机有超速的危险时立即启动缓速器。也可以增加一个档位来行驶,但此时有可能不得不使用刹车才能稳定车速;
13.在平路上,也可以使用缓速器来降低车速,这与加速车辆的过程相反,需要适时减档来满足第4条。当发动机转速降到1600-1700rpm时就减挡;
14.紧急情况下,必须立即使用刹车来减速,踩住刹车后,如果还有反应时间,可迅速启动缓速器并及时减档,这可缩短刹车距离;
15.在湿滑路面行驶时须格外小心,即使使用缓速器也可能产生“摆尾”现象。
总之,安装了缓速器后,发动机不但可以给汽车提供牵引力,还可给汽车提供减速阻力。何时开启缓速器?何时关闭缓速器?用哪种方式关闭?施加多大的减速阻力?变速器处在哪个档位?这些问题是直接取决于实际的道路状况、汽车的行驶情况、发动机的运转情况和对缓速器的熟悉程度。