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液力缓速器是首选?三种卡车辅助制动装置性能大对比

如今,就卡车辅助制动装置来说,在国内,因为结构原理简单,生产制造成本低廉,发动机排气制动基本是所有卡车车辆的标配,但就辅助制动效果来说,这种装置却是一般般,长下坡基本可以忽略不计,卡友还是得靠淋水来预防刹车片温度过热。

其实,在卡车上,除了发动机排气制动外,常见的辅助制动装置还有发动机缓速器(发动机制动器)、电涡流缓速器以及液力缓速器。但综合来说,液力缓速器是目前为主辅助制动效果最好的一种辅助制动系统。为什么这样说呢?下面我就为大家详细对比分析下三种卡车辅助制动装置的性能。

液力缓速器工作原理

液力缓速器官方定义是“在不使用主制动器的情况下,通过液力作用连接在车轮上的转动元件,使车辆减速或长时间保持车速基本不变的辅助制动装置”。简单直白的说缓速器是安装在车辆传动轴上的一套液压机械装置,通过给车辆传动轴施加阻力,降低传动轴旋转速度,车速相应也会被控制下降。

液力缓速器是首选?三种卡车辅助制动装置性能大对比 - 第1张

液力缓速器分为并联式和串联式两种,无论哪种形式,液力缓速器都是和传动轴连接在一起。串联式液力缓速器安装在传动轴中间,缓速器转子和传动轴同速旋转,具有制动力矩大的特点,缺点就是需要较高的传动轴旋转速度才能发挥缓速器效果,对应使用车速偏高,而且需要截断传动轴安装,因为串联式缓速器目前并不常见。

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现在最常见的液力缓速器是并联式,顾名思义,这种类型液力缓速器和车辆传动轴并联安装在一起。一般都是安装在变速器末端输出轴上,通过一组齿轮和传动轴连接,齿轮传动比大部分都是1:2,也就是传动轴旋转一圈,缓速器可以旋转2圈,缓速器的旋转速度越快辅助制动效果越好,因此并联式液力缓速器比串联式液力缓速器使用的车速更低。

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在液力缓速器中有两个相对置的叶轮,一个是转子,一个是定子。转子通过缓速器输出轴与车辆的传动轴相连,定子固定在缓速器外壳上。在制动状态下,油在叶轮之间流动。油在转子作用下加速,在定子中减速。这将导致转子减速,并最终使行进的车辆放慢速度。缓速过程中产生的热量通过车辆冷却系统迅速、有效地散发,对附近部件无任何负面影响。

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如果不能很好的理解,可以换种说法,想象一下自己把手掌放进水中搅动,手会感觉到一定的阻力阻碍手运动,把水换成粘度更高的油中搅动,手能感受到的阻力会更大。你的手就和液力缓速器转子类似,手转动的越快感受的阻力就越大,手搅动的油液就相当于固定不动的定子。液力缓速器不工作的时候定子和转子之间工作腔的是没有油液的,需要液力缓速器工作的时候油液才会进入定子和转子之间。

缓速器作为制动系统的组成部分,可以通过电子控制系统集成在车辆制动管理系统中。例如画卷诉求可以通过操纵刹车踏板或者手柄开关启动。缓速器的恒速功能可以与车辆定速巡航功能完美结合,下坡超过定速巡航设定的速度会自动开启液力缓速器减速。

当通过缓速器开关或者刹车踏板联动启动液力缓速器时,缓速器控制单元会发出电子信号给液力缓速器,通过控制单元控制比例阀调节进入油腔的压缩空气,将缓速器油从油腔压入到转子与定子之间的工作腔,反之,则是解除液力缓速器工作状态。在利用缓速器制动功能的过程中,车辆的动能被缓速器转化成热能,经过缓速器上的热交换器和车辆的冷却系统散发出去,因此装配液力缓速器的车型对车辆本身散热系统要求较高。在缓速器工作过程中电控发动机会停止喷油,在节省燃油消耗的同时还能降低冷却系统的负荷,整车冷却系统这个时候大部分是给液力缓速器散热使用。

电涡流缓速器及原理

电涡流缓速器(也有称永磁缓速器)是之前市面上应用最广泛的辅助制动产品,至今还有不少客车在使用电涡流缓速器。因为其安装价格比液力缓速器低,技术成熟可靠。电涡流缓速器只能串联安装在传动轴上,安装位置可以主要有接近变速器后端安装和在传动轴中间位置安装。

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电涡流缓速器主要由定子和转子两部分组成。转子随传动轴一起旋转,在需要工作时,定子内的线圈通电,形成交替变化的强磁场,转子切割磁力线,形成电涡流,在转子上形成与旋转方向相反的制动力。从能量的角度,电涡流缓速器将车辆需制动的动能通过电涡流转换为缓速器的热能。电涡流缓速器定子和转子之间有约1~1.5mm间隙,工作时定子和转子不接触,所以电涡流缓速器是一种无摩擦的制动器,俗称电刹。

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和液力缓速器一样,电涡流缓速器工作时也会产生巨大的热量,但是电涡流缓速器都是靠风冷器,没有循环水冷系统,因此电涡流缓速器工作的时候周围温度较高。车速越高的时候散热效果越佳,电涡流缓速器核心技术之一就是散热的结构设计。

由工作原理可得知电涡流缓速器工作需要通电,一般制动功率越大的电涡流缓速器工作电流越大。原车蓄电池基本不够支持电涡流缓速器工作使用,加装蓄电池是改装电涡流缓速器必备的一项措施。一款制动力矩2600Nm的电涡流缓速器工作电流可达到140A,和发动机起动时瞬间电流比较接近,所以可以想象电涡流缓速器耗电量有多恐怖。长时间持续使用电涡流缓速器会因为电量供应不足或发热过大而导致缓速器制动力矩衰竭甚至停止工作。

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电涡流缓速器为了便于散热,没有外壳体保护结构,转子和定子大面积裸露在空气中,使用需要定时检查缓速器表面是否清洁,有赃物和附着物需要及时清理干净,保证缓速器散热性,有助于延长缓速器使用寿命。电涡流缓速器定子与转子之间有一个固定的间隙,官方说法叫“气隙”,这个间隙需要定期检查调整,过大过小都会影响到电涡流缓速器使用效果,和液力缓速器比起来使用注意事项更多。

电涡流缓速器购买价格大约在液力缓速器1/3左右,制动力矩是它的软肋。和液力缓速器动辄3000Nm起的制动力矩,电涡流缓速器制动力矩根据型号和功率不同从500~3000Nm不等,常见的扭矩都在2000Nm左右。某品牌有款型号制动力矩3300Nm,不过自重也有点感人,接近400Kg,是液力缓速器的三四倍重量,同样制动力矩的液力缓速器一般自重才100Kg,这个差距有点大。

发动机缓速器及原理

发动机制动器又称为“发动机缓速器”、“排气门制动器(ExhaustValtic Brake)”,名称花样繁多,指的都是同一种东西。鉴于发动机制动器和发动机制动(既松油门发动机反拖作用)容易混淆,下文统称发动机缓速器。

稍微有点经验的司机开车都知道下坡的时候不能放空档,需要用发动机本身的运行阻力去拖住车辆,防止车辆越溜越快。整车总质量小的乘用车利用发动机本身的运行阻力基本能够满足日常行车过程中的辅助制动功效,对载重几十吨的大卡车来说发动机那点运行阻力几乎可以忽略不计。如何增大发动机空转的运行阻力成了迫切需要解决的问题,既然发动机运行阻力是通过排气实现的,那么增加排气力就相当于增加了发动机运行阻力,加大了发动机制动效率。于是诞生了排气蝶阀制动,不改变发动机结构,只需要在发动机排气管上加装一个排气蝶阀(类型节气门),工作的时候蝶阀关闭堵住排气管,使得发动机排气不顺畅,排气阻力增加,发动机对车辆反拖效果得到了一定的提升。因成本低廉,排气蝶阀制动在重型车上已经标配,轻型车有不少产品都配备了此装置。

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排气蝶阀制动效果虽有一定效果,制动效率低,只能达到发动机功率的10~20%左右,依旧不能满足重型车使用需求。为了提升制动效率,又诞生了排气门制动器(发动机缓速器),通过一套机构改变发动机气门开、闭时间,达到更高的压缩阻力,制动功率能达到发动机功率80~90左右,某些厂家超级排气门制动器制动功率甚至可以超越发动机输出功率。被命名为排气门制动器和其工作原理有关,以排气门制动器巨头“皆可博”公司产品为例,发动机排气门制动分为“泄气式”和效果更好的“压缩释放式”。

泄气式排气门制动器工作时,执行活塞完全伸出,消除与排气门之间的间隙并使排气门在发动机整个四冲程中打开一个微小的固定行程。压缩空气在整个压缩冲程中从排气门泄漏出去,从而减小了返回到发动机活塞上的能量,因此使汽车减速。

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压缩释放式采用缸内制动技术实现发动机的压缩制动,当制动器激活工作时,发动机排气门会在压缩冲程接近上止点附近被打开,压缩冲程中形成的高压气体会被排放出发动机气缸。这样,大部分压缩气体吸收的能量会被排放掉,仅有一小部分的残余能量推动发动机活塞回位。随着发动机重复运转,车辆下坡的冲量会不停的通过发动机压缩-释放的动作耗散,最终使车辆减速。

车辆上坡需要动力大于坡道阻力才能顺利爬坡,下坡也是同样的道理,制动功率需要大于或等于车辆下坡惯性速度才不会越来越快。发动机排气门制动功率与发动机输出功率基本接近,车辆依靠自身动力能爬上去的坡,依靠发动机排气门制动也能下得来,能上亦能下。国内主流厂商如东风天龙DCI、康明斯ISZ13、玉柴6K12、锡柴CA6DM2等型号发动机都能选装高效率的排气门制动器,既然排气门制动效果如此优秀,为什么还需要液力缓速器呢?下面我们需要对比这三种辅助制动的的优劣势和产品特点去分析一下。

三种辅助制动系统对比

做一个简单表格对比一下三种辅助制动在各方面表现能力。主要差异体现在启动速度、制动效果和持续制动能力以及大家最关心的价格方面。

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液力缓速器在前面提到过工作原理,需要把油腔中的油泵入到工作腔内液力缓速器才会开始发挥作用,泵油需要一个时间,这个时间和其他两种辅助制动系统比相对较长。发动机缓速器打开开关之后基本没有延迟就能感受到发动机制动效果;电涡流缓速器接通工作全靠电流,电流的速度和光速一样,属于秒开级别,在三种辅助制动系统中启动速度算是最快的一个。

制动效果从优到劣依次为液力缓速器、电涡流缓速器、发动机制动器。液力缓速器制动力矩普遍都在3000Nm以上,而车辆发动机动力输出大部分在2000~2500Nm左右徘徊,制动功率已经超出了车辆本身输出功率。电涡流缓速器在客车上应用是比较多的,原因就是制动力矩骗弱,重型卡车用的电涡流缓速器大概是2000Nm左右制动力矩,能达到3000Nm制动力矩的产品非常少;发动机缓速器制动功率和发动机输出功率基本持平,部分发动机的排气门制动效果和电涡流缓速器不相上下。重型卡车想要在下坡路段提升安全下坡车速,只有液力缓速器可以做到。举个例子,同样的坡路,装配发动机缓速器的车辆只敢40Km/h速度下坡,再快到坡底的时候速度控制不住;电涡流缓速器的车型可以45Km/h速度下坡,道理一样;而装配液力缓速器车型却敢50~55Km/h速度下坡,因为随着下坡距离增长,车辆惯性越来越大,液力缓速器依旧有余力可以继续让车辆减速,其他两种辅助制动早就达到了极限,所以辅助制动的效果决定了车辆下坡时效性。

制动力矩是辅助制动制动效果的一方面表现,还需要看辅助制动器持续工作时间。2000Nm的电涡流缓速器最小工作电流都是100A以上,这个电流和一个电焊机不相上下,且电涡流缓速器工作发热量巨大,受转子尺寸限制,电涡流缓速器散热能力有限,存在一定的热衰退现象,持续使用时间过长制动效果会下降。液力缓速器工作过程中也会产生不少热量,不过它可以通过车辆冷却系统排出热量,冷却能力强,可以做到长时间连续使用不过热,几乎没有热衰退现象,云南连续几十公里长下坡也只有液力缓速器可以毫不费力撑到底。发动机缓速器持续工作时间和液力缓速器基本接近。

价格方面最贵的就是液力缓速器,目前根据不同品牌型号,安装费用大概是2~3万元左右,发动机缓速器价格八九千就能拿下,电涡流缓速器根据制动功率大小价格不等,大约在1万元左右。但是后期使用中,液力缓速器和发动机缓速器是其中操心最少的,电涡流缓速器需要经常清洁、检查间隙。能量损耗也是电涡流缓速器最大,需要加装蓄电池,功率损失较大,典型的买的便宜用着贵,可靠性也偏弱。论购买性价比,发动机缓速器排第一位。

用户选择液力缓速器还比较看重的就是轻量化减重效果,没有辅助制动需要背负一个大容量刹车淋水箱,经常跑山路的车辆水箱容量在1吨以上的不少;液力缓速器不到100公斤自重和1吨的水箱比减重效果明显,省下的重量可以多拉货物创造利润;电涡流缓速器自重和液力缓速器比偏重,制动力矩2000Nm以上产品自重都在200~300Kg左右,还不包含加装的蓄电池组;发动机缓速器自重是这三者里面最轻的一个,加装在发动机气门室内的一套控制气门机构重量和整车比可以忽略不计。

结语:液力缓速器是首选?

对比下来,三款辅助制动应用场景各有不同,不存在绝对的优劣关系。发动机缓速器适合经常在平原和小丘陵地区行驶的用户,遇到的坡度与长下坡路段相对较少,依靠发动机缓速器制动功率足够应对这些路况,价格经济实惠。电涡流缓速器在发动机缓速器和液力缓速器夹击下应用市场越来越狭窄,适合那些嫌发动机缓速器制动力矩不够,液力缓速器价格太贵的用户使用,不少工程车用户为了应对恶劣路段地形,需要额外制动力辅助刹车系统,电涡流也是一个比较好的选择。不差钱,液力缓速器绝对是首选,制动力矩大、效果好、可持续工作时间长,除了贵没什么明显的缺点。


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