Большинство водителей считают, что тормоза — это система, предназначенная для остановки автомобиля. Это лишь половина истории. Вторая половина происходит внутри цилиндров двигателя, где кинетическая энергия преобразуется в тепло за счет сжатия. Этот механизм известен как тормоз двигателя с системой выпуска сжатия (compression release engine brake), часто называемый «Jake brake» в честь компании Jacobs Vehicle Systems, популяризовавшей эту технологию в 1960-х годах. В нем не используются тормозные колодки или диски. Вместо этого сам дизельный двигатель превращается в воздушный компрессор.
Как работает тормоз двигателя с системой выпуска сжатия
Процесс начинается, когда водитель активирует тормозную систему. Обычно в четырехтактном дизельном цикле выпускной клапан открывается, чтобы выпустить отработавшие газы, когда поршень движется вверх. Это конец такта мощности. В обычном двигателе выпускной клапан остается закрытым во время такта сжатия. Воздух сжимается, создавая сопротивление, которое фактически помогает поршню двигаться вперед.
Тормоз двигателя изменяет эту последовательность. При активации выпускные клапаны открываются преждевременно. Как только поршень достигает верхней точки такта сжатия, выпускные клапаны резко открываются. Это позволяет сжатому воздуху выйти, прежде чем он сможет оказать давление на поршень. Но вот в чем загвоздка. Поршень не останавливается. Инерция автомобиля толкает его вниз по ходу такта выпуска. Теперь поршень движется вниз, в то время как впускной клапан все еще закрыт. Это создает вакуум в цилиндре.
Поршню приходится совершать работу, чтобы втянуть воздух обратно во время следующего такта впуска. Это сопротивление поглощает энергию из трансмиссии. Именно эта энергия замедляет автомобиль. Двигатель не вырабатывает мощность. Он потребляет ее, создавая сопротивление.
Почему тяжелым транспортным средствам это необходимо
Легковым автомобилям обычно не требуется такое вмешательство. Их масса достаточно мала, чтобы тормоза трения справлялись с нагрузкой без перегрева. Однако грузовики устроены иначе. Полностью загруженный полуприцеп может весить до 80 000 фунтов (около 36 287 кг). На спуске гравитация ускоряет эту массу. Если водитель полагается исключительно на тормоза трения, колодки и диски перегреются. Возникает затухание тормозов. Тормозная способность падает. Это опасно.
Тормоз двигателя снижает зависимость от тормозов трения. Он сохраняет рабочие тормоза холодными и готовыми к финальной остановке. Это также позволяет водителям поддерживать безопасную, контролируемую скорость без постоянного удержания сцепления или переключения передач. Система наиболее эффективна на высоких оборотах. Именно там сила сжатия максимальна.
Фактор шума
Характерный лай «Jake brake» — его самая известная особенность. Он звучит как очередь из автоматической стрельбы. Это происходит из-за внезапного выпуска сжатого воздуха в выпускной коллектор. Выпускной импульс резкий и громкий. Это не выстрел двигателя; это выход воздуха.
Этот шум привел к появлению регулирующих норм. Многие муниципалитеты запретили или ограничили использование тормозов с системой выпуска сжатия на определенных дорогах или в определенные часы. Проблема заключается в шумовом загрязнении в жилых районах. Некоторые штаты требуют установки систем, снижающих шум выхлопа. Эти системы перенаправляют выхлопные газы через камеру, подобную глушителю, перед их выходом из выхлопной трубы. Это смягчает резкий импульс, не снижая значительно эффективность торможения.
Взаимодействие с тормозами трения
Тормоза двигателя являются вспомогательными. Они не заменяют тормоза трения. Они работают в тандеме. Когда водитель включает тормоз двигателя, тормоза трения обычно отключаются, чтобы предотвратить ненужный износ. Однако система позволяет комбинированное торможение. Если скорость падает слишком низко, эффективность тормоза двигателя снижается. Тормоза трения берут на себя управление, чтобы полностью остановить автомобиль.
Взаимодействие между этими системами требует мастерства. Хороший водитель плавно регулирует оба типа торможения. Они используют тормоз двигателя для контроля скорости на спусках и применяют тормоза трения только при необходимости. Это сохраняет компоненты тормозов трения для экстренных ситуаций. Это также улучшает топливную экономичность при дальних перевозках за счет снижения необходимости переключения передач.
Современные варианты
Старые двигатели использовали чисто механические системы. Распределительные валы напрямую приводили в действие выпускные клапаны через коромысла. Современные дизельные двигатели управляются электронно. Датчики контролируют скорость двигателя, нагрузку и температуру. ЭБУ (электронный блок управления) решает, когда именно открывать выпускные клапаны. Эта точность улучшает производительность и снижает шум. Некоторые системы предлагают несколько уровней интенсивности торможения. Водители могут выбирать низкие, средние или высокие настройки в зависимости от дорожных условий.
Электрические ретардеры и выхлопные тормоза являются альтернативами. Выхлопные тормоза ограничивают поток выхлопных газов, создавая противодавление. Они тише, но менее мощные, чем тормоза с системой выпуска сжатия. Электрические ретардеры используют магнитные поля для создания сопротивления на выходном валу трансмиссии. Они бесшумны, но дороги в установке. Тормоз с системой выпуска сжатия остается самым экономичным и мощным вариантом для тяжелого оборудования.
Безопасность и техническое обслуживание
Правильное техническое обслуживание имеет решающее значение. Изношенные седла клапанов или пробитая прокладка головки блока цилиндров могут нарушить функцию торможения с системой выпуска сжатия. Если цилиндры не могут удерживать воздух, тормозной эффект исчезает. Водители должны прислушиваться к изменениям в звуке двигателя. Более тихий «Jake brake» может указывать на проблему. Регулярные проверки клапанного механизма и выхлопной системы предотвращают отказы.
Регулирования различаются в зависимости от региона. Некоторые страны устанавливают определенные ограничения по уровню шума.
