ДРУГИЕ ТОРМОЗА

Грузовикам и автобусам незачем устанавливать рекорды скорости, а вот средняя скорость в холмистой и горной местности сильно зависит от того, насколько уверенно тяжелая машина способна двигаться не только вверх, но и вниз. И тут хорошим подспорьем штатной тормозной системе послужит замедлитель — устройство, позволяющее снизить скорость транспортного средства с минимальными потерями: без износа тормозных колодок и максимально эффективно отводя выделяемое тепло или используя полученную энергию для рекуперации.

В зависимости от способа передачи тормозного момента в силовую линию различаются два типа замедлителей: первичные (взаимодействующие с двигателем) и вторичные (ретардеры, взаимодействующие с компонентами привода). В первом случае эффект торможения зависит от передачи, выбранной водителем, поскольку коробка передач и сцепление располагаются между рабочим органом замедлителя и исполнительным приводом. Это можно отнести к ее минусам, ведь при переключении передачи происходит прерывание тормозного момента. Ну а плюсами первичного замедлителя являются сравнительно небольшая стоимость и малый вес — двигатель при оснащении системой моторного тормоза тяжелеет всего на 10-15 кг, в то время как прибавка веса при наличии мало-мальски мощного трансмиссионного ретардера начинается с 80 кг. Не это ли важнейший аргумент в пользу экономии топлива? Впрочем, забегая вперед, скажем, что современные грузовики зачастую оснащаются не одним типом замедлителя, а их комбинацией, которая интегрирована в единую систему управления торможением как часть комплексной системы активной безопасности. Зачем нужна такая комбинация нам еще предстоит разобраться, а начнем мы с обзора конструкций моторных тормозов, коих на данный момент насчитывается, по меньшей мере, пять разновидностей.

ТОРМОЗИМ ДВИГАТЕЛЕМ

Итак, самым простым по исполнению, а значит и адаптации к той или иной модели автомобиля, является моторный тормоз с заслонкой в выпускном трубопроводе (эту конструкцию в обиходе называют горным тормозом). Суть работы горного тормоза сводится к отключению подачи топлива и частичному перекрытию выпускного тракта с целью создания противодавления на такте выпуска. 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. Заслонка обычно приводится в действие при помощи пневмопривода. Горный тормоз наиболее распространен у российских производителей, а на иномарках, оснащаемых более прогрессивными системами, ему зачастую поручают второстепенные функции, например — прикрытие заслонки во время прогрева для ограничения белого дыма.

Надо отметить, что Scania на своих грузовиках, в силу конструктивных особенностей двигателя (раздельные головки блока), не разрабатывает современные компрессионные тормозные системы и устанавливает на свои машины обычный «горный тормоз». Другие моторостроители в двигателях используют общую или на три цилиндра (DAF) головку блока двигателя, что конструктивно позволяет разрабатывать интегрированные с мотором тормозные системы.

Повысить отдачу горного замедлителя можно за счет открытия дросселирующего отверстия, соединяющего выпускной коллектор с камерой сгорания. Более двадцати лет назад такую конструкцию под названием Konstantdrossel (постоянный дроссель) разработали инженеры Daimler AG. С тех пор она устанавливается на грузовики Mercedes-Benz. Система представляет собой дополнительный (независимый от привода газораспределительного механизма) клапан в головке блока цилиндров, который во время активации моторного тормоза постоянно удерживается в открытом положении. Это позволяет использовать для торможения двигателем также часть работы сжатия во время второго такта. Каким образом? При движении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю через постоянный дроссель происходит лишь незначительная утечка воздуха в выпускную систему, что позволяет достигать желаемой работы сжатия. Наибольшее количество сжатого воздуха выходит из камеры во время короткого зависания поршня в верхней мертвой точке, предотвращая его расширение в течение третьего такта (аналогия — вялый отскок сдутого мяча). В режиме ниже 900 об/мин утечки через постоянный дроссель возрастают, тормозной эффект уменьшается и система автоматически деактивируется.

Помимо «постоянного дросселя» в активе Daimler AG есть еще запатентованная система моторного тормоза. Называется она Turbobrake (турботормоз). Основу системы составляет турбокомпрессор с изменяемой геометрией направляющего аппарата. При включении моторного тормоза за счет активации специального механизма уменьшается поперечное сечение на входе в турбину. В результате увеличивается скорость вращения турбины и давление наддува. Таким образом, большее количество воздуха может быть сжато в цилиндре за время такта сжатия, а значит — двигатель достигает большей тормозной эффективности. Разработчики утверждают, что такая система, вкупе с системой Konstantdrossel позволяет увеличить тормозную мощность двигателя почти в два раза. Для предотвращения недопустимо высокой скорости турбокомпрессора обороты турбины ограничиваются на уровне 90 тыс. об/мин. Регулирование тормозного момента осуществляется при помощи электронного блока управления. Время реакции турбо-тормоза варьируется в диапазоне от одной до десяти секунд, в зависимости от начальных оборотов двигателя и турбины. Турботормоз обеспечивает поступательное увеличение замедления, в результате водитель ощущает медленное увеличение от начальной до максимальной тормозной мощности. В настоящее время турботормоз находит применение на грузовиках Mercedes-Benz Axor. Аналогичной системой с некоторыми изменениями оснащаются двигатели Iveco Cursor.

А вот 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 гидросистемы. Активная фаза торможения продолжается и на такте расширения, когда после закрытия клапана в цилиндре создается разряжение, поэтому такой тормоз специалисты называют декомпрессионным. Jake Brake применяется на грузовиках Freightliner (двигатели Cummins и Caterpillar) и DAF (голландцы даже 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. MAN утверждает что EVB (так называется серийно устанавливаемая система) на 60% эффективнее чем обычный горный тормоз с заслонкой в выпускном коллекторе. Например, фактически тормозная мощность двигателя D28 с системой EVB достигает 290 кВт.

Отдельного упоминания заслуживает разработанный конструкторами компании Volvo моторный тормоз VEB (Volvo Engine Brake). С технической точки зрения он представляет собой сочетание двух работающих вместе компонентов: компрессионного тормоза VCB (Volvo Compression Brake) и регулятора давления выхлопа EPG (Exhaust Pressure Governor) в приводе которого используется гидравлика. Двигатели с системой VEB отличаются особой конструкцией распредвала и коромысел выпускных клапанов. На кулачках выпуска имеются два дополнительных выступа: нагнетательный, благодаря которому клапаны выпуска «подпрыгивают» в начале такта впуска для подачи воздуха из выпускного трубопровода к цилиндрам; и декомпрессионный, за счет которого обеспечивается снижение давления в цилиндрах в конце такта сжатия.

Это делает возможным достижение значительной эффективности замедления на сравнительно низких оборотах двигателя (около 1600 об/мин).

Предлагаемая в настоящее время усовершенствованная версия VEB+ (задействует дополнительное клапанное коромысло повышая давление на выпускные клапаны) в соответствии со спецификациями весит около 15 кг и сегодня считается самым мощным моторным тормозом в Европе. По сравнению с предыдущей версией мощность торможения двигателем увеличилась на 15%, составив 425 кВт, но, как и все вышеперечисленные типы моторных тормозов, VEB+ на средних и высоких оборотах заметно теряет свои свойства. Именно поэтому Volvo в качестве дополнения предлагает установку трансмиссионных замедлителей RET-TH или RET-TPT, которые восполняют этот пробел.