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汽车小知识:发动机制动系统的结构特点与运行原理

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发布日期:2020-04-30  浏览次数:226
  前进挡怠速转速

  主动激活输出

  齿轮比特殊性

  机动车(汽车/摩托车)均可以实现发动机制动,作为动力元竟然能实现与制动系统相同的减速刹车功能,这是不是有些难以理解呢?似乎这种制动方式有些不可思议,但如果对动力传动系统有的机械结构特点,以及内燃式发动机运行的原理有一定程度掌握的话,对于发动机制动的整体流程则会有清晰的概念。下面以最白话的语言进行讲解,相信读者都能够明白。

  

 

  前进挡与怠速转速

  不论手动挡还是自动挡汽车,驾驶汽车都会对“挂挡”有概念吧。比如手动挡汽车起步用1挡、加速用2挡、不同车速巡航用3~6挡,这些档位就叫做前进挡;档位是变速箱的概念但与发动机同样息息相关,因为在挂挡驾驶时变速箱与发动机是刚性连接的,变速箱是由发动机输出的动力带动运转,于是则有了【前进挡怠速转速概念】。

  

 

  知识点:怠速的概念是发动机以最低进气量与喷油量燃烧做功,以最低能耗保证发动机持续运转。空挡(N挡)的怠速是为了短时间停车后直接挂挡走车免去频繁打火,是一种“随时准备着”为了快捷走车的准备;而前进挡的怠速是为了让汽车不熄火,即使是手动挡在平路上驾驶时挂入前进挡后,松开油门与离合器自由滑行到极低车速(和转速)时,ECU行车电脑就会激活怠速转速模式以最低的喷油量维持低速蠕行。

  

 

  主动激活输出与怠速范围

  每个前进挡都会有怠速转速,本篇假设所有的转速转速都是1200~3500转;其概念则为在1200/3500rpm之间的范围内,车辆滑行时发动机并不输出动力,而是由汽车在惯性作用力或下坡时地心引力的隐性“牵引力”“拉力”的作用下:由车身带动车轮自动运转,车轮反向带动传动结构驱动传动轴运转,传动轴带动变速箱齿轮组与发动机飞轮曲轴运转——简而言之为1200/3500rpm之间发动机为被动运转,此时是不存在发动机制动力的,但又有一种非常有价值的运行模式。

  

 

  减速断油:汽车带档滑行时可以作为【瞬时油耗归零】,原因正是在怠速转速区间发动机无负荷运行,也就是由惯性作用力或引力被动的拉动车身滑行或下坡(滑行)。此时假设发动机做功并输出动力则会在两种力的作用下多出主动动力,车辆必然会加速,这就松开油门踏板的滑行减速意图相悖;所以ECU会默认发动机不能也不应该输出动力,于是系统则设定怠速转速区间发动机零喷油不做功,直到车速降低到让发动机转速低于怠速转速(1200/3500rpm)的1200转时才会主动输出动力(防止熄火);但如果发动机转速超过3500转发动机也会主动输出动力,因为此时默认的是车辆可能要加速——但事实却做到了减速,也就是发动机制动。

  

 

  前进挡齿轮比与“较劲”的概念

  变速箱的1/2/3/4/5/6……等前进挡,其概念可理解为两组不同直径与齿数(大小)的齿轮组合,两个齿轮中的“动力齿轮”由发动机驱动运转,另一个齿轮则为“从动齿轮”被动力齿轮带动运转。那么不同的组合方式会带来哪些不同的体验呢?参考下图组。

  

 

  

 

  一档齿轮组为发动机驱动小齿轮,小齿轮带动大齿轮。此时如果是加油门的加速状态,传动状态则为发动机与动力小齿轮转速都很高,但是从动大齿轮的转速会很低,因为小齿轮转好多圈大齿轮才会转一圈。反之,如果车辆高速滑行时挂1挡,此时从动齿轮在惯性滑行的作用下成为动力齿轮,原动力小齿轮被带动运转成为“从动轮”;这种状态则等于前进挡的5挡,参考下图组。

  

 

  

 

  五档的齿轮比就像把1挡反过来了,此时发动机带动大齿轮的转速很低,但是大齿轮转一圈就能让从动小齿轮转很多圈,这个齿轮的转速可以理解为车轮的转速。正常加速前进时是利用五档的齿轮比放大从动齿轮与车轮的转速,实现发动机低转速低油耗运行也能实现高车速;而利用发动机制动挂1挡时,此时等于让车身带动1挡的从动大齿轮输出动力,带动1挡主动小齿轮接收动力,状态就像是小齿轮驱动发动机飞轮曲轴实现高速转动;曲轴的转速就是发动机的转速,所以在滑行时“1挡”反向变成“5挡”时转速会快速的升高,但只能升高到3500转。

  

 

  前进挡怠速转速设定为1200/3500转,一旦被动滑行导致转速达到了3500转,ECU则会默认将转速“封印”在3500rpm的标准。此时会以3500rpm的转速输出功率,有意思的是这一转速的功率会大于驱动车辆滑行的惯性作用力或引力,这就是发动机主动输出动力与两种自然力的“较劲”——发动机胜出——此时车辆恢复到主动输出动力的状态,也是1挡前进的状态,那么以1但小齿轮带动大齿轮的齿轮比驱动汽车,3500rpm能实现高车速吗?

  

 

  这就是发动机制动的概念,说白了就是利用怠速转速的限制、配合低档位的可以放大扭矩但不能放大车速的齿轮比,实现主动输出动力大于自然作用力,以固定的车速让用户感受到比滑行车速更低的车速而已,精准的描述应该为“发动机定速”而不是“发动机制动”,动力吗?

  


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