Większość kierowców uważa, że hamulce to układ mający na celu zatrzymanie samochodu. To tylko połowa historii. Druga połowa zachodzi wewnątrz cylindrów silnika, gdzie energia kinetyczna zamieniana jest na ciepło w wyniku sprężania. Mechanizm ten znany jest jako hamulec silnikowy zwalniający kompresję, często nazywany „hamulcem Jake’a” od firmy Jacobs Vehicle Systems, która spopularyzowała tę technologię w latach sześćdziesiątych XX wieku. Nie wykorzystuje klocków ani tarcz hamulcowych. Zamiast tego sam silnik wysokoprężny staje się sprężarką powietrza.
Jak działa hamulec silnikowy z kompresyjnym układem wydechowym?
Proces rozpoczyna się w momencie uruchomienia przez kierowcę układu hamulcowego. Zwykle w czterosuwowym cyklu diesla zawór wydechowy otwiera się, uwalniając gazy spalinowe, gdy tłok porusza się w górę. To koniec skoku mocy. W konwencjonalnym silniku zawór wydechowy pozostaje zamknięty podczas suwu sprężania. Powietrze jest sprężane, tworząc opór, który faktycznie pomaga tłokowi poruszać się do przodu.
Hamulec silnika odwraca tę sekwencję. Po włączeniu zawory wydechowe otwierają się przedwcześnie. Gdy tłok osiągnie szczyt suwu sprężania, zawory wydechowe gwałtownie się otwierają. Umożliwia to ucieczkę sprężonego powietrza, zanim będzie mogło wywrzeć ciśnienie na tłok. Ale tu jest problem. Tłok nie zatrzymuje się. Bezwładność samochodu popycha go w dół podczas suwu wydechu. Tłok przesuwa się teraz w dół, podczas gdy zawór wlotowy jest nadal zamknięty. Powoduje to wytworzenie podciśnienia w cylindrze.
Tłok musi wykonać pracę, aby wciągnąć powietrze z powrotem podczas następnego suwu ssania. Opór ten pochłania energię z przekładni. To właśnie ta energia spowalnia samochód. Silnik nie wytwarza mocy. Konsumuje go, tworząc opór.
Dlaczego ciężkie pojazdy tego potrzebują
Samochody osobowe z reguły nie wymagają takiej interwencji. Ich masa jest na tyle mała, że hamulce cierne poradzą sobie z obciążeniem bez przegrzania. Ciężarówki są jednak projektowane inaczej. W pełni załadowana naczepa może ważyć do 80 000 funtów. Podczas opadania grawitacja przyspiesza tę masę. Jeśli kierowca polega wyłącznie na hamulcach ciernych, klocki i tarcze ulegną przegrzaniu. Następuje zanik hamulców. Skuteczność hamowania spada. To niebezpieczne.
Hamulec silnikowy zmniejsza zależność od hamulców ciernych. Dzięki niemu hamulce główne są chłodne i gotowe do ostatecznego zatrzymania. Umożliwia także kierowcom utrzymanie bezpiecznej, kontrolowanej prędkości bez konieczności ciągłego trzymania sprzęgła i zmiany biegów. System jest najskuteczniejszy przy dużych prędkościach. Tutaj siła ściskająca jest największa.
Współczynnik hałasu
Najbardziej znaną cechą jest charakterystyczna kora „Jake Brake”. Brzmi to jak seria automatycznego ognia. Dzieje się tak na skutek nagłego uwolnienia sprężonego powietrza do kolektora wydechowego. Impuls zwalniający jest ostry i głośny. To nie jest strzał z silnika; to jest wylot powietrza.
Ten hałas doprowadził do wprowadzenia przepisów. Wiele gmin zakazało lub ograniczyło używanie hamulców zwalniających kompresję na niektórych drogach lub w określonych godzinach. Problemem jest zanieczyszczenie hałasem obszarów mieszkalnych. Niektóre stany wymagają instalacji systemów redukcji hałasu spalin. Układy te kierują spaliny przez komorę przypominającą tłumik przed opuszczeniem rury wydechowej. Łagodzi to ostre impulsy, nie zmniejszając znacząco skuteczności hamowania.
Interakcja z hamulcami ciernymi
Hamulce silnikowe pełnią funkcję pomocniczą. Nie zastępują hamulców ciernych. Pracują w tandemie. Kiedy kierowca zaciąga hamulec silnikowy, hamulce cierne są zwykle wyłączane, aby zapobiec niepotrzebnemu zużyciu. System umożliwia jednak hamowanie łączone. Jeśli prędkość spadnie zbyt nisko, skuteczność hamowania silnikiem będzie zmniejszona. Hamulce cierne przejmują kontrolę i całkowicie zatrzymują pojazd.
Interakcja między tymi systemami wymaga umiejętności. Dobry kierowca płynnie kontroluje oba rodzaje hamowania. Używają hamulca silnikowego do kontrolowania prędkości na zjazdach i stosują hamulce cierne tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Oszczędza to elementy hamulców ciernych w sytuacjach awaryjnych. Poprawia także oszczędność paliwa podczas długich podróży, zmniejszając potrzebę zmiany biegów.
Nowoczesne opcje
W starszych silnikach zastosowano układy czysto mechaniczne. Wałki rozrządu bezpośrednio uruchamiały zawory wydechowe za pomocą wahaczy. Nowoczesne silniki wysokoprężne są sterowane elektronicznie. Czujniki monitorują prędkość obrotową silnika, obciążenie i temperaturę. ECU (elektroniczna jednostka sterująca) decyduje, kiedy dokładnie otworzyć zawory wydechowe. Ta precyzja poprawia wydajność i redukuje hałas. Niektóre systemy oferują kilka poziomów intensywności hamowania. Kierowcy mogą wybrać ustawienia niskie, średnie lub wysokie, w zależności od warunków drogowych.
Alternatywą są zwalniacze elektryczne i hamulce wydechowe. Hamulce wydechowe ograniczają przepływ gazów spalinowych, tworząc przeciwciśnienie. Są cichsze, ale słabsze niż hamulce kompresyjne. Zwalniacze elektryczne wykorzystują pola magnetyczne do tworzenia oporu na wale wyjściowym skrzyni biegów. Są ciche, ale drogie w montażu. Hamulec zwalniający kompresyjny pozostaje najbardziej ekonomiczną i wydajną opcją dla ciężkiego sprzętu.
Bezpieczeństwo i konserwacja
Właściwa konserwacja ma kluczowe znaczenie. Zużyte gniazda zaworów lub przepalona uszczelka głowicy mogą zakłócać działanie układu zwalniania kompresji. Jeżeli cylindry nie są w stanie utrzymać powietrza, skuteczność hamowania zanika. Kierowcy powinni słuchać zmian w dźwięku silnika. Cichszy „hamulec Jake’a” może wskazywać na problem. Regularne kontrole mechanizmu rozrządu i układu wydechowego zapobiegają awariom.
Przepisy różnią się w zależności od regionu. Niektóre kraje ustalają określone limity hałasu.
