排气制动（共4篇）
排气制动 篇1
1 排气制动及其原理
1.2 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。
1.3 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。
2 排气制动的过程及特点
2.1 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。
2.2 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。
3 排气制动的用途及模拟分析
3.1 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。
3.2 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)
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增加, 与其对应的发动机平均机械损失也先减少后增加;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。
3.3 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, 随着排气背压的增加, 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。
4 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。
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
参考文献
[1]张成兴, 王永学, 马加.单排与双排气幕防波堤消波性能数值模拟[J].中国港湾建设, 2011, (5) :21-26.
[2]董森, 袁兆成.汽油机排气消声器对动力性影响的模拟分析[J].现代车用动力, 2011, (2) :32-36.
[3]朱茂强, 徐飞云.微型汽车发动机排气系统优化设计--基于流体数值模拟的应用研究[J].内燃机, 2011, (4) :1-5.
[4]朱阳, 汤彬.发动机排气热能回收装置壳程侧流场的数值模拟分析[J].交通科学与工程, 2011, 27 (1) :80-84.
排气制动系统故障排除 篇2
汽车的制动性能作为汽车的重要性能之一, 直接关系到车辆的行驶安全性。排气制动系统作为汽车的辅助制动系统, 在柴油车上得到了广泛运用, 已经成为柴油运输车、越野车及牵引车上的一种标准配置。排气制动系统能减轻行车制动器的工作负荷, 降低其工作温度, 延长行车制动系统的使用寿命, 提高制动的可靠性和行车安全性, 使用排气制动, 还能减少发动机油料的供给, 节省燃油。
排气制动系统组成
排气制动系统主要分为气压操纵式和电控气压操纵式两种, 目前, 较多采用电控气压操纵式排气制动系统。以解放CA1121J型柴油车为例, 该车为电控气压操纵式排气制动系统, 其结构示意图如图1所示。该系统主要由熔体、离合器踏板开关、排气制动手动开关、加速踏板开关、排气制动指示灯、排气制动电磁阀和排气制动工作缸及排气制动阀总成组成。
排气制动系统的正确使用
排气制动系统通常在泥泞路、冰雪路和下长坡时使用。在冰雪及泥泞路面行驶时, 使用排气制动, 可以减少侧滑;在下长坡时, 使用排气制动可以减少行车制动的次数, 降低制动鼓的温升, 提高制动的可靠性。此外, 使用排气制动, 能减少发动机油料的供给以至断油节省燃料。
排气制动使用中要注意以下几个方面:
(1) 紧急制动时不能使用排气制动。紧急制动时, 发动机不仅无助于产生制动效果, 反而需要消耗一部分制动力去克服发动机旋转质量的惯性力。因此紧急制动时不能使用排气制动, 这时应使发动机与传动系脱开。
(2) 实施排气制动时, 汽车必须挂入某一前进挡, 挂入的挡位越低, 效果越明显。
(3) 为保护发动机不受损坏, 一般不得在发动机额定转速 (或高转速) 下使用排气制动;也不得过多长时间连续使用排气制动。
( 4 ) 在维修安装排气制动时, 切不可将加速节气门或离合器开关漏装或不装, 而直接将电源接至电磁阀。
(5) 发动机排气制动与喷油泵的供油装置有联动机构, 排气制动的同时必须关闭发动机燃油。因此, 联动机构必须调整适当, 即当排气制动的操纵机构行程达约3/4时, 发动机应立即停止供油;而当排气制动解除时, 又不能妨碍燃油的正常供给。
常见故障诊断与排除
排气制动系统工作环境恶劣, 容易出现排气制动系统不工作和排气制动不能解除故障。图2所示为解放CA1121J柴油车排气制动器。
1.排气制动不工作
(1) 故障现象。汽车行驶过程中, 使用排气制动时排气制动不起作用, 不能降低车速。
(2) 故障原因。熔体烧断;排气制动手动开关损坏;排气制动电磁阀线路短路或搭铁不良, 或电磁阀损坏;排气制动控制电路断路;排气制动气管破裂漏气;排气制动蝶形阀转轴卡滞或损坏;排气制动蝶形阀片变形或脱落。
(3) 诊断与排除。汽车以一定速度稳定行驶, 将排气制动手柄推至打开 (“ON”) 位置, 此时, 若车辆不能减速, 可诊断为排气制动不工作;或汽车下坡时使用排气制动, 若不能降低车速, 也可诊断为排气制动不工作。排除步骤为:
首先, 气压升至正常后, 打开排气制动开关, 查听排气制动电磁阀是否有吸合声, 如不能听到吸合声, 则说明故障出在排气制动控制电路部分, 此时按以下步骤排除:如果排气制动指示灯点亮, 则分别检查离合器踏板开关、排气制动电磁阀、节气门开关及线路;如果排气制动指示灯不点亮, 则分别检查熔体F4、排气制动手动开关、排气制动指示灯及线路。
其次, 打开排气制动开关, 若能听到排气制动电磁阀吸合声, 则说明排气制动系统控制电路部分没有问题, 故障出在排气制动系统的气路和机械部分, 即排气制动阀总成、排气制动工作缸、排气制动电磁阀及气路。此时按以下步骤排除:检查储气筒气压是否符合标准;沿干燥罐-电磁阀-排气制动阀总成检查管路是否存在漏气部位;检查排气制动电磁阀进气口是否堵塞;检查排气制动工作缸进气口是否堵塞, 工作缸活塞是否发卡;检查排气制动蝶形阀转轴是否转动灵活。
若转轴或排气制动蝶形阀被发动机排出的积碳卡死, 只要对排气制动阀阀体分解后清除积碳, 再用清洗剂洗干净, 晾干后, 在转轴或工作缸活塞处涂上少许耐高温润滑脂, 装复后, 推动工作缸活塞及排气制动阀门, 应转动灵活, 活塞无卡阻, 且回位迅速, 即可排除故障。
2.排气制动不能解除
(1) 故障现象。关闭排气制动手动开关或踏下离合器踏板或油门踏板, 排气制动无法解除。
(2) 故障原因。排气制动电磁阀排气口堵塞;排气制动蝶形阀积碳过多而卡死;离合器踏板开关、油门踏板开关失效;离合器踏板开关、油门踏板开关安装位置不正确;离合器踏板开关、油门踏板开关不能正常回位。
排气制动 篇3
快速排气阀有3个接口,这3个接口中,无论什么时候只有2个接口相通,另一个不通,其原理如图1所示。快速排气阀一般用于气压制动系统,其作用是由1个系统给2个子系统分别提供压缩气体。
在气压制动的工程机械中,快速排气阀大多用于弹簧作用的驻车制动器(分泵)入口处,起到给制动器供气和排气作用。快速排气阀由上、下阀体、阀芯膜片、联接螺钉4部分组成,其结构如图2所示。其工作原理就是“压差比较,高低压相通,中压关闭”。空压机输出的压缩空气通过调压阀、制动阀(总泵)接至P口,A口接驻车制动器(分泵),O口通大气。快速排气阀工作时,P、A口相通,或者A、O口相通。当供气端P口的压力高于A、O口气压时,阀芯右移,P、A口相通,给驻车制动器制动缸供气,制动缸活塞伸出,将弹簧压缩,制动器摩擦片分离,工程机械可以运行。当P口停止供气,A口气压相对较高,在A口气压作用下阀芯右移,A、O口相通,将制动器制动缸中的压缩气体排出,制动缸缩回,驻车制动器弹簧回弹,并将摩擦片压紧,驻车制动器起制动作用,此时工程机械不能行走。
P——接进气口A——接排气口O——接大气
2. 故障排查方法
(1)不能供气或排气
快速排气阀不能供气或不能排气通常表现为制动器不能打开或不排气。快速排气阀结构简单,很少损坏,不能供气或不能排气的原因通常为供气系统压力过低或供气不顺畅。排查方法是检查供气系统有无压力,查看空压机、调压阀、制动阀等是否正常工作,管路有无严重泄漏。
(2)漏气
若快速排气阀漏气,可从该阀处听到轻微的“嘶嘶”声。漏气的主要原因为阀芯膜片处卡滞了杂质,造成膜片推动阀芯时关闭不严,故听见轻微的“嘶嘶”声。快速排气阀漏气时,应将其拆解清洗。若快速排气阀长期漏气,会缩短制动器的使用寿命。
(3)发出口哨声
快速排气阀发出口哨声,说明P、A、O口已相通。压缩气体通常从高压端流向低压端,当压缩气体经过多个不等截面的气口时,气流压差较大,出口端气体会发出较大声音。
排气制动 篇4
在泥泞、冰雪路面或山区公路上行驶的汽车, 需要对汽车进行持续的制动, 使汽车持续减速或稳定车辆行驶速度。如果仅靠整车制动系的话, 制动器会因长时间频繁工作使温度升高产生热衰退甚至完全失效, 因而有必要设置辅助制动系来分担整车制动系的工作, 减少制动系统的磨损及轮胎因制动而增加的损耗, 从而延长整车制动系的寿命, 提高整车的行驶安全性和和驾乘舒适性。
柴油机上广泛采用关闭排气管道的制动装置, 使用时驾驶员脚踩驾驶室底板上的制动按钮, 同时停油机构开始工作切断柴油机的燃料供给。排气制动蝶阀将在推杆的推动下关闭排气通道阻碍缸内废气的排出, 这样本来为汽车提供动力源的柴油机在汽车传动系的反拖动下类似于压缩机工作。此时排气通道中的废气压力急剧上升, 相邻气缸的排气产生的压力大于气门弹簧的预紧力时, 会导致处于吸气冲程下止点附近气缸的排气门自动打开。
1 故障现象
我公司某型号直列4缸柴油机在台架上用倒拖方法进行排气制动工况的模拟测试。当试验运行至第7个循环时, 发动机功率突降并出现异响, 停机检查发现第4缸摇臂轴排气侧断裂 (图1) , 同时发现第4缸活塞与排气门有碰撞痕迹 (图2) , 对配气机构其它零部件如推杆、摇臂、气门等进行检查, 未发现异常现象。
2 失效原因分析及试验研究
2.1 摇臂轴失效件分析及有限元计算
2.1.1 断口分析和理化检验
从失效件断口判断, 摇臂轴无疲劳特征, 具体见图4。
为进一步分析摇臂轴的断裂原因, 对其表面硬度、化学成分和金相进行理化检验, 结果见表1, 检测项目均符合设计要求。
2.1.2 有限元分析
为进一步分析摇臂轴设计是否存在不足, 对其进行强度和疲劳寿命的有限元分析, 计算过程中设置为两个载荷步:预紧载荷和推杆作用载荷。经计算在过渡圆角处存在应力过大区域, 最大应力值为175.7MPa, 安全系数为3.09, 满足强度要求。
根据有限元计算结果, 计算摇臂座的疲劳寿命大于107, 满足疲劳设计要求。
2.2 摇臂轴断裂的原因分析
根据2.1对摇臂轴断口、理化检验和有限元的分析结果, 同时结合现场图片可推断摇臂轴发生断裂的原因应是排气门与活塞碰撞, 分析如下:
2.3 排气门与活塞运动间隙的试验研究
为进一步确认摇臂轴的失效原因, 有必要对制动工况下缸内活塞与排气门运动过程中的间隙进行试验研究。
2.3.1 理论压缩余隙、排气门与活塞间隙的计算
按照试验柴油机的总装技术条件规定, 根据活塞凸出量选择不同压紧厚度的气缸盖垫片, 由此可计算出压缩余隙如下表。
(单位:mm)
根据表2压缩余隙理论计算结果和气门凹入度设计规定值, 可计算出在气门关闭状态下活塞顶面气门凹坑与气门理论间距情况。
2.3.2 活塞与排气门间隙的动态测试
试验采用电力测功机倒拖方法, 在不同的排气制动蝶阀开度下, 调整排气背压值, 并记录不同曲轴转角下的气门升程。测试台架试验系统见图8, 该系统中排气制动蝶阀装在排气管路上, 压力传感器装在排气制动蝶阀前面测量排气背压, 位移传感器安装在弹簧上座上用于测量气门升程, 而角标仪安装在曲轴前端用于测量曲轴转角。
为后续准确计算排气门与活塞的运动间隙, 需要在装配前测量下列项目:
a) 、气门凹入度;
b) 、排气门凹坑深度;
c) 、压缩余隙, 采用压铅法测量;
d) 、活塞在不同曲轴转角下的位移。测量时用图8所示台架系统的同一套位移传感器与角标仪在气缸盖装配前测量。
上述a、b、c、d项实际测量值见表4。
在上述准备工作完成后, 可以进行排气门与活塞间隙的动态测试, 试验运行倒拖工况如下:
a) 在3000r/min和3300r/min两个发动机转速下进行测试。经与整车厂沟通, 了解到试验柴油机在使用排气制动时, 平均车速为25km/h, 此时多数驾驶员将变速箱置于2档, 对应发动机速度为2813r/min。
b) 排气背压≤270k Pa, 此值为试验机型在排气制动蝶阀全关闭状态下的排气背压值。
c) 为确保试验运行的安全性, 当活塞与排气门间隙为0.5mm左右时, 停止进行后续间隙的测试。
由台架试验测试结果表5来看, 在排气制动工况下, 当排气背压超过127k Pa时排气门出现了反跳, 而随着背压值和转速的升高, 反跳的幅度加大。由此推断摇臂轴断裂的原因是排气门与活塞碰撞, 具体分析如下:试验柴油机采用了与气门“零间隙”的液压挺柱结构, 其间隙调节范围为2.38mm, 摇臂比为1.4722, 因而在3.5mm范围内会自动补偿排气门与摇臂间产生的间隙, 使排气门保持开启状态, 此提高了制动效率, 对排气制动来讲是有利的部分。但当活塞运行至排气上止点时, 此时活塞与排气门的间隙很小 (理论最小间隙为1.019mm) , 因排气门出现反跳, 且液压挺柱受到推杆传来的压力, 来不及泄油, 使排气门的开启量增加, 造成活塞与气门碰撞, 而此碰撞贯穿在柴油机高速运转的全过程中, 并最终导致摇臂轴出现了断裂失效。
3 解决措施
由以上分析情况来看, 为解决排气辅助制动工况下摇臂轴断裂问题, 可从以下几个方面着手减小排气门与活塞碰撞的可能性:
a) 提高弹簧预紧力, 可通过改变弹簧刚度或增加自由高度。这样使弹簧在较小的压缩量下即可平衡排气背压, 减少气门反跳量。
b) 通过增加活塞避碰坑的深度, 加大活塞与气门的间隙, 但避碰坑深度增加必须同时兼顾到发动机性能。
c) 减小液压挺柱的间隙调节范围。
摘要：某四缸柴油机在电力测功机台架上采用倒拖方法进行排气制动工况模拟试验时, 功率突然下降, 拆机检查发现摇臂轴断裂且排气门与活塞有碰撞痕迹。本文借助有限元计算、断口分析和理化检验等手段对故障件进行分析, 同时在试验台架上测量活塞与排气门的运动间隙。经分析和试验研究发现在制动工况下排气门出现反跳导致活塞与排气门碰撞是摇臂轴断裂的主要原因。
关键词：排气制动,摇臂轴,断裂,试验
参考文献
[1]周龙保.内燃机学.北京, 机械工业出版社, 1999.44~81
[2]孙智, 江利, 应鹏展.失效分析北京, 机械工业出版社, 2009.9
[3]姜锡山, 赵晗.钢铁显微断口速查手册北京, 机械工业出版社, 2010