Моторный тормоз принцип работы

Тормоз-замедлитель, Ретардер, Интардер, Турбо-ретандер, Горный тормоз и Jake Brake. Все что нужно знать о необычных тормозах.

Недавно мне попалась статья о новых сверхтяжелых тягачах Mercedes-Benz, способных тянуть за собой до 250 тонн. Но заинтересовало меня не грузоподьемность, а конкретно некоторые технические решения, а именно — "Турбо-ретардер". Но прежде чем начинать разбираться в "Турбо-ретардере", следовала узнать что такое просто "ретардер", и с чем его едят. По мере изучения предмета, я наткнулся на огромное колличество интересных технических решений. Интересно? Погнали.

Начать конечно следует с википедии.

Тормоз-замедлитель, ретардер (англ. retarder), — устройство, предназначенное для снижения скорости транспортного средства без задействования основной тормозной системы. Из большого количества схем чаще всего применяются электромагнитная и гидравлическая. Преимущество гидравлического тормоза-замедлителя в стабильности тормозного усилия по мере повышения температуры, в то время как электродинамический ретардер способен выдавать большее тормозное усилие.

К слову, в англоязычном разделе вики статья на эту тему в 10 раза больше, чем в русском:

Теперь более подробный разбор.

По месту расположения ретардеры разделяют на первичные (перед коробкой передач) и вторичные (за ней). Недостаток первичных в том, что при переключении передач происходит прерывание тормозного момента — что, разумеется, нежелательно.

Гидродинамический ретардер

Гидродинамический ретардер по принципу работы очень похож на гидротрансформатор. Ретардер этого типа состоит из двух турбин, закрепленных на одной оси в общем корпусе. Ротор жестко связан с ведущими элементами трансмиссии, в то время как статор жестко соединен с корпусом. При движении машины ротор бесцельно гоняет воздух внутри ретардера, а при включении ретардера открывается клапан, через который сжатый воздух поступает в расширительный бак, и рабочая жидкость начинает поступать внутрь турбины. Ротор, движимый карданным валом, разгоняет масло, которое затем попадает в статор и тормозится, замедляя тем самым и ТС. Для вывода тепла чаще всего используется система охлаждения двигателя. Ретардеры могут оборудоваться собственным радиатором, если объем системы охлаждения автодома не рассчитан на появление дополнительных источников тепла. В новых моделях этих устройств система охлаждения ретардера объединена с системой охлаждения двигателя, что не только делает конструкцию проще и легче, но и позволяет достичь большей стабильности температурного режима работы. Недостатком гидродинамического ретардера является тот факт, что для достижения эффективного торможения ему необходимы достаточно высокие обороты.

Электродинамический ретардер

Индукционные тормоза обеспечивают рассеивание энергии торможения за счет генерации токов Фуко. В состав тормоза-замедлителя как правило входят неподвижный статор и пара роторов, жестко соединенных с вращающим их приводным валом. Статор и роторы установлены коаксиально (что бы совпадали центральные оси) друг напротив друга и разделены небольшим воздушным зазором во избежание любого трения.
Статор играет роль индуктора. Он состоит из последовательно соединенной пары электромагнитов, которые при непрерывном протекании электрического тока через обмотки статора создают электромагнитное поле, необходимое для возникновения токов Фуко в материале роторов.
Роторы играют роль якоря. Они изготовлены из специального проводящего материала, и вихревые токи в роторах возникают только при вращении роторов с помощью приводного вала в магнитном поле, созданном статором.
Токи Фуко по определению представляют собой токи, возникающие в массивном металлическом проводнике при его помещении в переменное магнитное поле. Токи Фуко циркулируют вокруг линий магнитного потока, и эти токи также называются вихревыми токами.
Появление токов Фуко в материале ротора приводит к возникновению лапласовых сил, действующих в направлении, противоположном вращению ротора. В результате этого создается тормозящий момент, действующий на приводной вал и замедляющий таким образом движение автомобиля.
Токи Фуко являются причиной интенсивного повышения температуры роторов, тепло от которых отводится в атмосферу посредством системы вентиляции.
Несмотря на то, что электромагнитные ретардеры тяжелее гидродинамических, они имеют существенное преимущество — начинают эффективно работать практически с холостых оборотов. Слабая сторона – ресурс. Ретардеры такого типа, могут быть установлены непосредственно на вторичный вал трансмиссии или карданный вал. Фирма Telma предлагает еще один способ установки – «на ось» или «осевой ретардер», если переводить дословно – axle retarder. На самом деле он устанавливается на задний мост, и ротор крепиться на вал главной передачи.
Принцип действия индукционных тормозов может показаться простым, но он основывается на сложных физических законах, как, например, электрическое сопротивление материалов, электромагнетизм и термодинамика.

Последняя разработка фирмы Voith – акватардер. Он работает по тому же принципу что и гидродинамический, но вместо рабочего тела он использует не масло, а ОЖ двигателя. Акватардер установлен спереди двигателя и жестко закреплен с его коленчатым валом. Он относится к классу первичных ретардеров. Во время простоя работы (педаль тормоза не нажата) поток жидкости направляется помпой в систему охлаждения двигателя, минуя акватардер. Любое торможение активирует переключающий клапан, который направляет с помощью помпы весь поток охлаждающей жидкости в контур ретардера. Дальше эту функцию берет на себя сам ретардер, действуя как мощный насос. Чтобы с такой мощностью нагнетания получить желаемый тормозной момент, ретардер должен сопротивляться выходному сопротивлению. Этим дросселем является установленный на выходе акватардера пневматический регулировочный клапан, который служит бесступенчатым регулированием тормозного момента. При выключении ретардера оба клапана вентилируются и возвращаются в свое прежнее состояние. К недостаткам конструкции относиться малая мощность – около 1800 Нм, меньше, чем у ретардеров, работающих на масле (от 2000 до 3200 Нм). К достоинствам – малый вес, всего 32 кг, в сравнении с электромагнитным ретардером (в среднем от 100 кг) и простоту кострукции, так как нет необходимости в охлаждении.

Интардер
Некоторые производители автобусов и среднетоннажных грузовиков европейской конструкторской школы (ZF Friedrichshafen AG) встраивают ретандер непосредственно в коробку передач, чем достигается экономия в весе, простота обслуживания а так же возможность охлаждения агрегата ОЖ двигателя. Наиболее распространенным способом является установка ретардера за коробкой передач. Он соединяется со вторичным валом не напрямую, а через пару шестерен с передаточным отношением примерно 1:2, поэтому скорость вращения ротора здесь в два раза выше (что позволяет улучшить характеристики тормозного момента на малых скоростях). Но собственно почему интардер вынесен отдельно от гидродинамического ретардер? Все дело в соединении шестерен в соотношении 1:2. Я думаю, что ZF запатентовала эту схему, и другие производители не идут по этому пути по причине вынужденных отчислений.

***
Турборетандер на тяжелых тягачах Mercedes-Benz Actros SLT и Arocs SLT

Тянуть за собой 250 тонн очень тяжело. Но еще тяжелее начать движение с таким грузом. Гениальность турбо-ретардера в том, что помимо своей основной функции, выполняет роль гидромуфтыв начале движения. Преимуществом такого способа передачи усилия является быстрое и плавное силовое замыкание с высоким проскальзыванием, при полном крутящем моменте двигателя до 3000 Нм, без износа узлов.
При нажатии на педаль акселератора, с помощью сжатого воздуха масло закачивается в сцепление с турбо-ретардером, это создает силовое замыкание между двигателем и первичным валом коробки передач. Количество масла регулируется нажатием на акселератор. Непосредственно после начала движения сцепление с турбо-ретардером замыкается, и масло удаляется из корпуса под воздействием центробежной силы, силовое замыкание между двигателем и коробкой передач производится стандартным способом с наивысшим КПД посредством фрикционного сцепления. В зависимости от нагрузки, подъема и выбранной программы движения тягач начинает движение на первой или второй передаче.
Поскольку трогание с места с проскальзывающим сцеплением не требуется, на SLT оно выполнено как однодисковое сухое сцепление. (На Semi-SLT без сцепления с турбо-ретардером применяется двухдисковое сухое сцепление).
При торможении турбинное колесо останавливается, и масло повторно закачивается в корпус, в этом случае сцепление с турбо-ретардером берет на себя функцию мощного первичного ретардера.
Так же, водитель может маневрировать на очень малых скоростях, контролируя скорость педалью газа, как на обычной автоматической коробке передач с гидротрансформатором. Тронуться на подъеме с сотней тонн позади, тоже труда не составит

Так же, я посчитал нужным добавить в обзор такие неотъемлимые средства остановки грузового транспортного средства, как Горный (моторный) тормоз и Jake Break.

Горный (моторный) тормоз

Является самым простым, дешевым и универсальным средством торможения автомобиля. Работает только при включенной передаче и отпущенной педали акселератора. Суть работы горного тормоза сводится к отключению подачи топлива и частичному перекрытию выпускного тракта с целью создания противодавления на такте выпуска. Чаще всего представляет из себя заслонки с вакуумным сервоприводом. Конструктивно заслонка выполнена таким образом, чтобы обеспечить размер остаточного зазора достаточным для того, чтобы слишком большое противодавление не мешало нормальной работе выпускного клапана (точнее — исключалось его неконтролируемое открытие под воздействием отработавших газов из соседних цилиндров). Это одна из особенностей, ограничивающих максимальный тормозной момент такого тормоза-замедлителя.

К слову:
Эта же система использована для ускоренного прогрева грузовых дизелей Isuzu, Mazda, Mitsubishi. Включается отдельной кнопкой — нарисован двигатель со снежинкой. Выключается по сигналу от датчика температуры.

Нашел маленький отзыв о опыте пользования горным тормозом:

" — Во время недавней поездки в Монголию не один перевал пришлось проходить. Рено Премиум-3 имеет автоматическую заслонку. Включил-закрылась. Нажал газ-открылась. Отпустил газ-опять закрылась. Очень удобно на пересеченной местности(вниз-вверх-вниз). По эффективности: с небольшим грузом (8 тонн в контейнере 40-ке) на затяжных спусках приходилось немного иногда помогать "парашютом". Пустому вполне хватает одного горняка. Только передачу надо правильную выбирать. Рекомендуемый диапазон эффективной работы горного тормоза 2000-2100 (выделен синим цветом на тахометре).
Чем выше обороты-тем эффективнее торможение. Мне с небольшим грузом хватало и не полной эффективности. На Рено-подрулевой рычажок. Включил-увидел синюю шкалу. Выключил-шкала погасла."

Jake Brake
Американские моторостроители пошли своим путем: там уже не первое десятилетие применяют Jake Brake — относительно простой тормоз Джакобса, встроенный в газораспределительный механизм. Принцип его работы основан на сбросе давления в цилиндре после такта сжатия при помощи штатного выпускного клапана. Для этого между толкателем и стержнем клапана устанавливается промежуточное звено — плунжер, изменяющий длину под действием управляющей гидравлической системы. Активная фаза торможения продолжается и на такте расширения, когда после закрытия клапана в цилиндре создается разряжение, поэтому такой тормоз называют декомпрессионным. Jake Brake применяется на грузовиках Freightliner (двигатели Cummins и Caterpillar) и DAF (голландцы не стали разрабатывать оригинальную конструкцию, а просто обратились за помощью к американцам).
Свой тормоз «по мотивам Jake Brake», но с несколько иным принципом действия сконструировал и MAN. Баварцы пошли сразу двумя путями — использованием заслонки в выпускном коллекторе и модернизацией газораспределительного механизма: маленький плунжер, встроенный в коромысло, уходит вслед за клапаном вниз, а моторное масло (оно начинает поступать через отдельный канал) давит на плунжер и удерживает клапан в приоткрытом положении. В течение всех тактов, кроме впуска, выпускной клапан открыт — а значит, двигатель работает как обычный компрессор, засасывая воздух и нагнетая его в закрытую заслонкой выпускную систему. В итоге противодавление выхлопных газов возрастает настолько, что существенно тормозит поршень и в конечном итоге ведущие колеса.

Ретардер

Retarder с английского переводится как «замедлитель» еще его называют тормозом-замедлителем. И действительно, главным предназначением ретардера является замедление транспортного средства без применения основной тормозной системы.

Что такое ретардер (интардер)

Ретардер — это тормоз замедлитель грузовых (и не только) автомобилей, который путем воздействия электромагнитных или гидравлических сил позволяет остановить транспортное средство без применения фрикционных тормозов. Так как многие тепловозы весили порядка 40 тонн, их торможение стало основной проблемой для машинистов. Фрикционная тормозная система не могла в полной мере справиться с такой массой быстро перегревалась и выходило из строя. Решением данной проблемы стало изобретение системы под названием ретардер.

Всё чаще на грузовиках применяют ретардер при спуске с горы и при длинных уклонах, где нецелесообразно использовать основную тормозную систему (она не рассчитана на длительное торможение и её основные элементы — диски, накладки, колодки быстро перегреваются и перестают эффективно выполнять свою работу — торможение).

Также всё чаще индукционный тормоз ставят на городской транспорт — автобусы, на автомобили коммунального назначения. В большинстве случаев это связано с некоторыми преимуществами использования ретардера — он позволяет притормаживать более плавно (при этом не теряется эффективность торможения), также одним из значительных преимуществ является экономия — при использование тормоза-замедлителя существенно увеличивается (5-10 раз) срок службы тормозной системы автомобиля (в частности из-за снижения нагрузки на тормозную систему), что с учетом дороговизны технического обслуживания грузовиков и автобусов, является большим плюсом. Ниже мы рассмотрим из чего состоит ретардер и как он работает.

Устройство ретардера (интардера). Конструкция.

Гидравлические ретардеры в большинстве случаев интегрируются в коробку передач (ZF, Voith). Часто это обусловлено необходимостью подвода рабочей жидкости (которая обычно является антифризом из двигателя). Гидравлические интардеры состоят из шестеренки (которая входит в зацепление с шестеренкой выходного вала коробки передач), статора, ротора, насоса, электронного блока, теплообменника. Статор и ротор находятся на одной оси с шестеренкой, которая имеет зацепление с шестерней КП.

При нажатии водителем на педаль тормоза (или при активации кнопки интардера) насос начинает подавать жидкость в рабочую область, где она попадая на крыльчатку ротора начинает замедлять его вращение и тем самым, создавая тормозной момент, который через шестерню, карданный вал и мост передается на колёса. Ниже вы найдете видео, наглядно описывающие работу гидравлического ретардера.

Электромагнитный ретардер.

Электромагнитный ретардер в разрезе. Электромагнитные тормозы-замедлители используются в качестве дополнительной тормозной системы автомобиля и зачастую не обладают сложной конструкцией. Устройство этой системы представляет собой электрический и механический узел интегрированную в общую конструкцию транспортного средства. Индукционные замедлители состоят из нескольких модулей. Основной рабочий модуль, то есть узел обеспечивающий замедление автомобиля состоит из роторов и статора.

Роторы представляют собой два диска с небольшими лопастями для отвода тепла. К дискам с двух сторон крепятся два фланца (таких же размеров как на карданных валах), которые передают крутящий момент от коробки к ведущему мосту. Статор состоит из набора катушек расположенных вокруг вала. Управление им осуществляется при помощи нескольких модулей: реле давления, модуль управления замедлителем, ограничитель малой скорости и рукоятка переключения (либо модуль встраиваемый в педальный блок).

Схема и чертеж ретардера. Основные элементы, детали

Из чего состоит ретардер: С — воздушный зазор регулировочных прокладок, E — воздушный зазор, 1 — передний ротор (с крыльчаткой для более эффективного охлаждения при работе), 2 — задний ротор (задней оси), 3 — передний корпус, 4 — задний корпус, 5 — вал, 6 — подшипник, 7 — уплотнительная манжета, 8 — соединительный фланец, 9 — обмотка, 10 — полюс, 11 — концентратор, 12 — стопорные кольца. Схема подключения катушек.

Куда ставят ретардер. Места установки.

Мест установки retarder’a обычно бывает 4. Крупные компании производители коробок переменных передач (например, ZF и Voith) устанавливают интардер сразу после коробки (Позиция 1 на рисунке). Это место обусловлено возможностью местной интеграции замедлителя в коробку передач. Но подобная схема требует усиление крепления КПП, так как общий вес установки увеличивается.

Самое распространенное место установки — между карданными валами — здесь нет необходимости согласования крепления с КПП или с ведущим мостом, но появляется необходимость установки более короткого карданного вала (позиция 2 на рисунке). Позиция 3 и 4 на рисунке — установка на ведущем мосту. Позиция 4 чаще всего применяется на среднем (проходном) ведущем мосту. Среди минусов данного вида установки — увеличение не подрессоренной массы. При применении на полноприводном автомобиле, устанавливается перед раздаточной коробкой. Также есть варианты установки тормоза-замедлителя впереди двигателя, но он уже называется по другому — акватардер.

Принцип работы ретардера

Элементов управления retarder’ом обычно бывает два: это либо ручное управление, устанавливающаяся в подрулевую колонку (как ручка управления коробкой передач на большинстве старых американских автомобилях), либо при помощи педали тормоза. Ручное управление имеет 6 режимов: сила торможения (4 режима), положение для постоянного торможения и нейтральная позиция. Активация индукционного тормоза (и регулировка тормозных усилий) происходит в зависимости от положении педали тормоза — чем сильнее усилие на педаль, тем сильнее сила торможения.

После нажатия на педаль тормоза (или перемещения подрулевого переключателя), в зависимости от положения педали передается определенное напряжение от аккумуляторных батарей к катушкам, расположенным в статической части retarder’a. В катушках создаются вихревые токи, которые способствуют образованию сил действующих противоположно вращению роторов и как следствие, приводящих к торможению и остановке транспортного средства. Ретардер состоит из статора и двух роторов, (два диска с крыльчаткой, соединенные с вращающими их карданными валами.) Они установлены практически вплотную друг к другу (между ними существует небольшой зазор для того чтобы избежать вредного контакта).

Статор выступает в роли индуктора и состоит из последовательно соединенных двух электромагнитов. При помощи данных электромагнитов (когда на них подается ток) создается электромагнитное поле, необходимое для создания вихревых замкнутых электрических токов (токи Фуко). Роторы служат теми самыми элементами, при помощи которых возникает торможение — они разработаны из токопроводящих материалов, таким образом они играют роль якоря. Вихревые токи возникают только при вращении роторов с помощью карданного вала в магнитном поле, созданном статором.

Появление вихревых токов в материале ротора приводит к образованию лапласовых сил, действующих в противоположном вращению ротора направлении. Это и создает тормозной момент на карданном валу и таким образом замедляет транспортное средство без фрикционных сил (сил трения).

Преимущества и недостатки использования электромагнитного retarder’a (плюсы и минусы)

Среди преимуществ использования электромагнитного тормоз-замедлитель можно отметить — повышение комфорта из-за плавности замедления, экономичность при эксплуатации (из-за меньшего износа тормозных накладок), повышение уровня безопасности, повышение экологичности ТС, высокая скорость реагирования, как следствие сокращение тормозного пути. Также у электромагнитного тормоза замедлителя есть ряд недостатков, главный который из них — большой вес — на вопрос сколько весит ретардер можно смело ответить от 100 до 400 килограмм.

Здесь всё зависит от мощности двигателя и полной массы автомобиля, на котором планируется применение данного девайса — чем выше эти показатели, тем больше вес тормоза-замедлителя. Также среди минусов применения можно отметить необходимость термической защиты автомобиля (при торможение ретардер сильно перегревается), нагрузка на электрооборудование (электромагнитный тормоз потребляет много тока).

Хоть индукционный тормоз был изобретен более полувека назад, он до сих пор имеет спрос на рынке грузовой техники. Мы также можем ретардер увидеть в различных компьютерных играх в таких симуляторах, как Euro truck simulator, где он также отлично справляется с торможением в виртуальной реальности.

Ретардеры – дополнительные моторные тормоза

У современных магистральных тягачей с 20-тонными прицепами большая масса и мощные двигатели. Поэтому, если непредвиденная ситуация возникает при движении под уклон, вовремя затормозить довольно сложно.

Более того, даже всего лишь удерживать автомобиль на спуске от разгона – и то нелегко. «Обычные» моторные тормоза в таких ситуациях быстро изнашиваются.

Кроме того, приходится нажимать на педаль кратковременно, но часто. Из-за этого рабочие элементы перегреваются, что может повлиять на эффективность торможения.

Из-за описанных выше причин ретардеры (замедлители) приобретают среди дальнобойщиков все большую популярность. Это устройства, поглощающие часть кинетической энергии коленвала. Нередко их называют “Jake brake”, что значит «тормоз Джейка», поскольку выпускаются они компанией Jacobs Engine Brake. Есть несколько видов ретардеров, работа которых основана на разных принципах.

Первый тип (engine compression brakes) использует такт сжатия в камере сгорания. В ВМТ поршня выпускной клапан открывается, после чего сжатый воздух уходит в выхлопную систему. Движение машины замедляется из-за того, что энергия, которая действует на поршень, рассеивается. Этот принцип предложил Clessie Cummins, основатель одноименной фирмы. Но, по-настоящему популярными такие ретардеры стали только в наше время, после того, как на тягачи начали ставить дизеля мощностью до 500 л.с., и оказалось, что без дополнительных тормозов им не обойтись.

Моторный замедлитель данного типа включается лишь тогда, когда водитель не нажимает на акселератор и не вводит в цилиндр топливо. Эффективность ретардера наибольшая при максимальном числе оборотов двигателя. Правда, указанная система не лишена недостатков. Если ею злоупотреблять, то клапана выйдут из строя раньше положенного срока. К тому же, во многих городах США пользоваться компрессионными замедлителями запрещено, потому что они очень сильно шумят (звук похож на очередь из пулемета).

Ретардер второго типа, exhaust brakes, конструктивно очень простой. В выхлопную трубу монтируется дроссельная заслонка. Управляется она с помощью электрического, вакуумного, гидравлического или пневматического привода. При ее закрытии грузовик тормозит за счет того, что уменьшается количество выпущенных наружу выхлопных газов. Оставшиеся создают обратное давление в моторе, которое оказывает сопротивление движению поршней.

В результате коленвал начинает вращаться с меньшей угловой скоростью. Принцип работы очень похож на популярную шутку, когда в выхлопную трубу плотно забивают картофелину. Нередко производители двигателей объединяют в одном изделии оба описанных выше вида замедлителей, в результате чего ретардеры поглощают почти столько же кинетической энергии, сколько может произвести силовая установка.

Третий вариант – гидравлический ретардер. Он преобразовывает крутящий момент. Один из наиболее распространенных — Caterpillar Brake Saver. Он делается в виде камеры, установленной между трансмиссией и приводным валом. Обычно лопасти на входе гидротрансформатора, прикрепленного к коленвалу, передают через гидромуфту крутящий момент лопастям на выходе. А сам вал соединен с КПП. В замедлителе энергия вращения передается на лопасти в блоке двигателя.

В результате создается дополнительное гидравлическое сопротивление. Достаточно активировать такой ретардер, чтобы он начал поглощать кинетическую энергию автомобиля. Недостатки: не рекомендуется включать замедлитель данного вида в дождливую погоду или при движении по скользкой дороге.

Четвертый тип – электрический. Ретардер монтируется на задний мост, трансмиссию или карданный вал. Он состоит из ротора, статора, электронного контроллера и пульта управления. Пульт – это панель с переключателями. Контроллер соединяет замедлитель с ABS, которая отключает дополнительные моторные тормоза при опасности блокировки колес. Замедлитель работает по принципу использования электромагнитной силы.

У него есть два вращающихся диска и несколько неподвижных магнитов. Диски соединены с приводным валом ТС. При включении ретардера, они создают вихревые электрические токи, из-за которых возникает сопротивление вращению ротора. Отобранная у двигателя кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Которая затем рассеивается в атмосферу. Замедлитель данного типа эффективен при работе мотора на малых оборотах.

С каждым годом ретардеры все чаще ставятся на силовые агрегаты мощных тягачей. Популярные изготовителя моторных тормозов Jacobs Vehicle Systems, Pacbrake, TecBrake и другие предлагают новые разработки для двигателей Cummins, Caterpillar, International, DDC и Mack.

Эти системы не только выполнены в корпусах двигателей, но еще и объединены в единый комплекс оборудования по повышению безопасности движения с такими устройствами, как круиз-контроль, АКПП, контроль устойчивости и другими. И включаются они автоматически, без участия водителя.

Любой процесс всегда развивается в двух направлениях. Автотранспорт – не исключение. С одной стороны, создаются более тяжелые и мощные машины, которыми сложнее управлять. С другой – придумываются технические средства, помогающие водителю в его нелегкой работе. Все правильно, по-другому и быть не должно.

Назначение и виды вспомогательной тормозной системы

Одной из систем, входящих в тормозное управление автомобиля, является вспомогательная тормозная система. Она работает вне зависимости от других тормозных систем и служит для поддержания постоянной скорости на затяжных спусках. Главная задача вспомогательной тормозной системы – разгрузка рабочей тормозной системы с целью снижения ее износа и перегрева во время длительного торможения. Применяется данная система в основном на коммерческих автомобилях.

Основное назначение системы

Постепенно разгоняясь при движении на спусках, автомобиль может набрать достаточно высокую скорость, что может быть небезопасно для дальнейшего движения. Водитель вынужден постоянно контролировать скорость за счет использования рабочей тормозной системы. Такие циклы многократного притормаживания приводят к быстрому износу тормозных накладок и шин, а также увеличению температурного режима работы тормозного механизма.

В результате коэффициент трения накладок о тормозной барабан или диск снижается, что приводит к снижению эффективности всего тормозного механизма. А следовательно увеличивается тормозной путь автомобиля.

Для обеспечения длительного движения на спуске с небольшой фиксированной скоростью и без перегрева тормозных механизмов используется вспомогательная тормозная система. Она не может снизить скорость машины до нулевого значения. Это делает рабочая тормозная система, которая в “холодном” состоянии готова с наибольшей эффективностью выполнить свою задачу в нужный момент.

Виды и устройство вспомогательной тормозной системы

Вспомогательная тормозная система может быть представлена в виде следующих вариантов:

• моторный или горный тормоз;
• гидравлический тормоз-замедлитель;
• электрический тормоз-замедлитель.

Моторный тормоз

Моторный тормоз (он же “горный”) представляет собой специальную воздушную заслонку, установленную в выпускной системе двигателя автомобиля. Также в его состав входят дополнительные механизмы ограничения подачи топлива и поворота заслонки, вызывающие дополнительное сопротивление.

При торможении водитель заслонку переводит в закрытое положение, а топливный насос высокого давления – в положение ограниченной подачи топлива в двигатель. Выпуск воздуха из цилиндров через выпускную систему становится невозможным. Двигатель глушится, но вращение коленчатого вала не прекращается.

В процессе выталкивания воздуха через выпускные отверстия поршень испытывает сопротивление, за счет чего замедляется вращение коленчатого вала. Таким образом тормозной момент передается на трансмиссию и далее к ведущим колесам автомобиля.

Гидравлический тормоз-замедлитель

Устройство гидравлического тормоза-замедлителя представляет собой:

• корпус;
• два лопастных колеса.

Лопастные колеса установлены в отдельном корпусе друг напротив друга на небольшом расстоянии. Между собой они жестко не связаны. Одно колесо, соединенное с корпусом тормоза, установлено неподвижно. Второе устанавливается на вале трансмиссии (например, карданном) и вращается вместе с ним. Корпус наполняется маслом для создания сопротивления вращению вала. Принцип работы данного устройства напоминает гидромуфту, только здесь крутящий момент не передается, а наоборот рассеивается, переходя в тепло.

Если гидравлический тормоз-замедлитель устанавливается перед коробкой передач, то он может обеспечить несколько стадий интенсивности торможения. Чем ниже передача, тем, соответственно, эффективнее торможение.

Электрический тормоз-замедлитель

Аналогично функционирует электрический тормоз-замедлитель, который состоит из:

• ротора;
• обмоток статора.

Данный тип тормоза-замедлителя на автомобиле с механической трансмиссией расположен в отдельном корпусе. Ротор замедлителя соединен с карданным валом либо с любым другим валом трансмиссии, а неподвижные обмотки статора закреплены в корпусе.

В результате подачи напряжения на обмотки статора появляется магнитное силовое поле, которое препятствует свободному вращению ротора. Возникающий тормозной момент,подобно гидрозамедлителю, подводится к ведущим колесам транспортного средства через трансмиссию.

На прицепах и полуприцепах при необходимости также может устанавливаться тормоз-замедлитель как электрического, так и гидравлического типа. На этот случай одна из осей должна быть выполнена с полуосями, между которыми и будет установлен замедлитель.

Подведем итог

Вспомогательная тормозная система необходима для поддержания постоянной скорости при движении автомобиля на затяжных спусках. Это снижает нагрузку на тормозные механизмы, увеличивая их срок службы.

Моторный тормоз дизельного двигателя внутреннего сгорания

Использование: устройства для остановки дизельных двигателей. Сущность изобретения: моторный тормоз дизельного двигателя внутреннего сгорания содержит выхлопной трубопровод с выпускными клапанами 1 и дроссельной заслонкой с исполнительным механизмом. Толкатель клапана выполнен с гидравлической полостью, в которой установлен поршень 3, кинематически связанный с выпускным клапаном. Каждая гидравлическая полость сообщена с цилиндром гидравлического насоса 5. Плунжера 6 приводятся от кулачка 7, кинематически связанного с кулачковым валом 2. Исполнительный механизм выполнен с возможностью синхронного взаимодействия с гидравлическим насосом 5 на режиме полной мощности торможения и с возможностью независимой работы от последнего на режимах частичной мощности торможения. 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для остановки дизельных двигателей.

Известен моторный тормоз дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащий выхлопной трубопровод дизеля с выпускными клапанами, кулачковый вал, толкатели клапанов с гидравлическими полостями, установленные с возможностью взаимодействия с кулачковым валом, поршни, установленные в гидравлической полости толкателя и кинематически связанные с выпускными клапанами, гидравлический насос с цилиндрами, плунжеры, установленные в цилиндрах, кулачок, кинематически связанный с кулачковым валом с возможностью синхронного вращения с последним и с возможностью взаимодействия с плунжерами, причем каждая гидравлическая полость сообщена с цилиндром гидравлического насоса.

Однако такой моторный тормоз имеет недостаточную мощность торможения.

Целью изобретения является повышение мощности торможения.

Это достигается тем, что тормоз снабжен дроссельной заслонкой, установленной в выхлопном трубопроводе, и исполнительным механизмом, кинематически связанным с дроссельной заслонкой, причем исполнительный механизм выполнен с возможностью синхронного взаимодействия с гидравлическим насосом на режиме полной мощности торможения и с возможностью независимой работы от последнего на режимах частичной мощности торможения.

Исполнительный механизм может быть выполнен в виде поршневого пневмо- или гидроцилиндра или электрического устройства, магистраль сжатого воздуха может быть сообщена с гидравлическим насосом, а профиль кулачка гидравлического насоса может быть выполнен с возможностью открытия выпускных клапанов в диапазоне 180 40 о угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки и с возможностью закрытия последних в диапазоне 4040 о после верхней мертвой точки воспламенения.

На фиг. 1 показаны выпускной клапан и гидравлический насос; на фиг. 2 — дроссельная заслонка с исполнительным механизмом; на фиг. 3 — диаграмма фаз газораспределения; на фиг. 4 — диаграмма ходов поршня дизеля.

Моторный тормоз дизельного двигателя внутреннего сгорания содержит выпускной клапан 1, кулачковый вал 2, толкатель клапана с гидравлической полостью, в которой установлен поршень 3. Поршень 3 кинематически связан с выпускным клапаном 1. Гидравлическая полость толкателя клапана через трубопровод 4 связана с цилиндром гидравлического насоса 5. Плунжеры 6, установленные в цилиндрах гидравлического насоса 5, приводятся в действие от кулачка 7, кинематически связанного с кулачковым валом 2. В выхлопном трубопроводе 8 дизеля установлена дроссельная заслонка 12 кинематически связанная с исполнительным механизмом 10.

Исполнительный механизм (см. фиг. 2) может быть выполнен в виде поршневого пневмоцилиндра, который сообщен с магистралью 11 сжатого воздуха тормозной системы транспортного средства. Магистраль 11 в этом случае сообщается также и с гидравлическим насосом 5. Исполнительный механизм 10 выполняется с возможностью синхронного взаимодействия с гидравлическим насосом 5 на режиме полной мощности торможения и с возможностью независимой работы от последнего на режимах частичной мощности торможения. Исполнительный механизм 10 также может быть выполнен в виде электрического устройства или гидроцилиндра.

Моторный тормоз работает следующим образом.

Выпускной клапан 1 срабатывает не только от кулачкового привода 2, но и дополнительно может перемещаться при помощи поршня 3. Поршень 3 через трубопровод 4 нагружается рабочей жидкостью от гидравлического насоса 5. Благодаря этому во время такта сжатия сжатый воздух через выпускной клапан 1 может дросселированно выпускаться в выхлопной трубопровод 8 двигателя и работа обратного расширения при помощи выбранных согласно изобретению моментов распределения становится ненужной. Выхлопной трубопровод 8 двигателя перекрывается частично дроссельной заслонкой 12. Регулировка дроссельной заслонки 12 осуществляется при помощи исполнительного механизма 10. Для достиже- ния максимального тормозного эффекта при срабатывании моторного тормоза одновременно срабатывает гидравлический насос 5, для чего через клапан управления сжатый воздух из тормозной системы транспортного средства через магистраль 11, разветвляющуюся на первый и второй каналы, поступает как в исполнительный механизм 10, так и в гидравлический насос 5.

Благодаря одновременному, т. е. синхронному срабатыванию гидравлического насоса 5 и исполнительного механизма 10 работа торможения выполняется как в такте сжатия, так и в такте выталкивания. Когда дроссельная заслонка 12 в выхлопном трубопроводе 8 двигателя закрывается, при помощи поршня 3 через плунжер 6 выпускной клапан 1 во время также сжатия открывается и сжатый воздух через выпускной клапан 1 дросселированно выпускается в закрытый дроссельной заслонкой 12 выхлопной трубопровод 8 двигателя, вследствие чего исчезает работа обратного расширения. Чтобы избежать слишком высокого подпора в выхлопном трубопроводе 8, дроссельная заслонка 12 по диаметру выполняется несколько меньшей, чем выхлопной трубопровод двигателя, за счет чего остается зазор, через который может выходить часть сжатого воздуха. Особенно благоприятно обратное действие сжатого воздуха на поршень другого цилиндра, выхлопной клапан которого находится как раз в открытом положении.

На фиг. 3 представлена диаграмма фаз газораспределения поршня, впускного и выпускного клапанов, где ход открытия клапана или путь хода представлен в виде функции от угла поворота коленчатого вала. Отсюда можно видеть, что выпускной клапан в первой фазе открытия чуть больше, чем за 180 о до верхней мертвой точки открывается в первой точке 13 и сразу за верхней мертвой точкой в точке 14 закрывается. Ход выпускного клапана в этой фазе открытия составляет около 1-2,5 мм. Сжатый воздух дросселированно через частично открытый выпускной клапан 1 выталкивается, преодолевая избыточное давление около 5-6 бар, которое создается из-за запирания дроссельной заслонки 12. Из-за выталкивания воздуха в такт сжатия обратное расширение исчезает.

Основанные на расчетах исследования показали, что максимальное тормозное действие достигается, когда дополнительно к второй фазе открытия выпускного клапана при нормальной работе между точками 15 и 16 при помощи гидравлического насоса 5 инициируется первая фаза открытия в точках 13 и 14 между углами поворота коленчатого вала 180 40 о перед верхней мертвой точкой (ОТ) и 40 40 о за верхней мертвой точкой (ОТ).

Преимущество этих моментов распределения состоит в том, что при максимуме тормозной мощности создается небольшая нагрузка на клапанный механизм двигателя и гидравлический клапанный запускной узел, так как окончательное давление сжатия уменьшено.

Выполняемая при срабатывании моторного тормоза тормозная работа представлена на диаграмме ходов поршня на фиг. 4. Начиная с точки 17, воздух, преодолевая давление, создаваемое в выхлопном трубопроводе 8 двигателя и следуя кривой 19, выталкивается, пока в точке 18 не достигнет верхней мертвой точки. В последующем такте расширения давление падает, следуя второй кривой 20, пока в точке 17 не будет достигнута нижняя мертвая точка.

После открытия выпускного клапана согласно нормальной работе двигателя (см. точки 15 и 16 на фиг. 3) наступает такт выталкивания, причем давление, начиная с точки 17 и следуя по третьей кривой 21, достигает снова верхней мертвой точки, а после открытия впускного клапана давление падает до величины давления в системе всасывания.

Выполняемая в первой фазе открытия выпускного клапана тормозная работа показана площадью А₁ с вертикальной штриховкой, а выполненная во второй фазе открытия выпускного клапана тормозная работа представлена площадью А₂ с косой штриховкой.

Моторный тормоз может использоваться и в ступенчатом режиме, если отдельно включать гидравлический насос 5 и дроссельную заслонку 12.

1. МОТОРНЫЙ ТОРМОЗ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий выхлопной трубопровод дизеля с выпускными клапанами, кулачковый вал, толкатели клапанов с гидравлическими полостями, установленные с возможностью взаимодействия с кулачковым валом, поршни, установленные в гидравлических полостях толкателя и кинематически связанные с выпускными клапанами, гидравлический насос с цилиндрами, плунжеры, установленные в цилиндрах, кулачок, кинематически связанный с кулачковым валом с возможностью синхронного вращения с последним и с возможностью взаимодействия с плунжерами, причем каждая гидравлическая полость сообщена с цилиндром гидравлического насоса, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности торможения, тормоз снабжен дроссельной заслонкой, установленной в выхлопном трубопроводе и исполнительным механизмом, кинематически связанным с дроссельной заслонкой, причем исполнительный механизм выполнен с возможностью синхронного взаимодействия с гидравлическим насосом на режиме полной мощности торможения и с возможностью независимой работы от последнего на режимах частичной мощности торможения.

2. Тормоз по п. 1, отличающийся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде поршневого пневмоцилиндра, сообщенного с магистралью сжатого воздуха тормозной системы транспортного средства.

3. Тормоз по п. 1, отличающийся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде электрического устройства.

4. Тормоз по п. 1, отличающийся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде гидроцилиндра.

5. Тормоз по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что магистраль сжатого воздуха сообщена с гидравлическим насосом.

6. Тормоз по п. 1, отличающийся тем, что профиль кулачка гидравлического насоса выполнен с возможностью открытия выпускных клапанов в диапазоне 180 40 o угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки воспламенения и с возможностью закрытия последних в диапазоне 40 40 o после верхней мертвой точки воспламенения.