Вспомогательные системы торможения (замедления) грузовых автомобилей и автобусов

Вспомогательная тормозная система дополняет рабочую тормозную систему, включающую в себя колесные тормозные механизмы.

В качестве вспомогательных систем торможения (замедления) грузовых автомобилей и автобусов могут использоваться следующие конструкции:

1. Моторный тормоз DEB;
2. Выхлопной тормоз двигателя (горный тормоз);
3. Ретардер;
4. Интардер;
5. Вспомогательная система, включающая при торможении автомобиля более низкую передачу в КПП (для автомобилей с роботизированной коробкой передач).

На ряде автомобилей (Вольво, Рено) вспомогательная система торможения (замедления) – горный тормоз, тормоз DEB, а на автомобилях с роботизированной коробкой передач и система, управляющая переключением передач, объединена в общую систему, срабатывающую при нажатии на педаль тормоза и автоматически подключающую в работу указанные выше системы замедления автомобиля в зависимости от необходимой интенсивности торможения (от степени усилия нажатия водителем на педаль тормоза).

Система приводится в рабочее состояние нажатием клавиши «А» на панели приборов автомобиля.

Для вспомогательных систем торможения (замедления) типа «Ретардер», «Интардер», в основном, предусматриваются два варианта управления:

— включение данных систем автоматически при нажатии на педаль тормоза;

— возможность подключения данных систем к процессу торможения самостоятельно водителем.

Выбор указанных режимов осуществляется водителем с помощью блока управления на панели приборов в ручном режиме.

Описание принципа работы моторного тормоза, выхлопного (горного) тормоза, ретардера, интардера, тормоза DEB, приводится ниже.

Моторный тормоз. Такой тормоз применяется в грузовых автомобилях DAF. Термин «моторный тормоз» (или «тормоз двигателя») включает в себя выхлопной (горный) тормоз или дроссельную заслонку и тормоз двига­теля DEB. Компрессионный тормоз временно переводит дизельный двигатель из режима выработки энергии в режим воздушного компрессора, расходующего энергию. Благодаря этому уменьшается нагрузка на рабочие тормоза.

Если водитель активирует тормоз двигателя нажатием на выключатель, расположенный на полу кабины, вклю­чаются одновременно горный тормоз и DEB. Поэтому DEB всегда работает в сочетании с выхлопным тормозом.

Поскольку центральный блок син­хронизации следит за активаци­ей тормоза двигателя, он может отклю­чать тормоз двигателя ниже определен­ной частоты вращения коленчатого вала.

Когда водитель отпускает педаль акселератора, кинетическая энергия автомобиля начинает расходоваться трансмиссией и двигателем. Поршни продолжают возвратно-поступательное движение, а поступивший воздух сжимается и расширяется в цилиндрах. При включении компрессионный тормоз открывает выпускные клапаны и подает сжатый воздух в выпускной коллектор (рис. 13.72). Часть кинетической энергии движущегося вперед автомобиля расходуется на работу поршней, и автомобиль замедляется.

При включении тормоза один выпуск­ной клапан открывается посредством гидротолкателя на конце такта сжатия, вследствие чего сжатый воздух выхо­дит в систему выпуска. В этом случае двигатель работает в режиме компрес­сора, создавая тормозное усилие на автомобиле.

Такт впуска (А): поршень движется вниз, открывается впускной клапан и цилиндр наполняется свежим воздухом.

Такт сжатия (В): поршень движет­ся вверх, сжимая воздух в цилиндре и создавая реакционные силы. В кон­це этого такта один выпускной клапан кратковременно открывается и сжа­тый воздух выходит в систему выпуска. Во время включения моторного тормоза топливо не впрыскивается в конце такта сжатия, поэтому воспламенения рабочей сме­си не происходит.

Рабочий ход (С): поршень движется вниз, а выпускной клапан закрывается.

Такт выпуска (D): поршень движется вверх как при обычном такте выпуска.

Компрессионный тормоз двигателя состоит из электромагнитного клапана 1 (рис. 13.73), управляющего клапана 2 и нажимного поршня 3. Составляющие компрессионного тормоза находятся внутри корпуса, смонтированного над мостом коромысел клапанов.

При включенном компрессионном тормозе (рис. 13.73 б, в) электронный блок управления подает напряжение на катушку 5 электромагнитного клапана 1, шток которого который перекрывает выпуск в возвратную линию 4 и пропускает масло в управляющий клапан 2. Поршень управляющего клапана перемещается вверх, сжимая пружину 6. Возвратная линия 4, при этом перекрывается, давление масла при этом повышается, масло поступает к нажимному поршню 7 и отжимает его вниз, выбирая клапанный зазор.

Ролик коромысла теперь находится в контакте с выпускным кулачком. Далее ролик коромысла толкает ролик коромысла. Нижний выступ быстро и кратковременно открывает клапан. Аналогичное быстрое открытие клапана происходит, когда декомпрессионный выступ проходит под роликом коромысла.

а, г – впускной клапан закрыт; б, в – впускной клапан открыт; 1 – электромагнитный клапан; 2 – управляющий клапан; 3 – корпус нажимного поршня; 4 – возвратная линия; 5 – катушка; 6 – пружина; 7 – нажимной поршень;

При обесточивании электромагнитного клапана 1 (выключении компрессионного тормоза) (рис. 13.73, а, г) открывается сливная линия 4. Из-за падения давления под действием пружины 6 смещается вниз управляющий клапан 2, открывая возврат масла над управляющим клапаном. Одновременно масло выпускается в возвратную линию под электромагнитным клапаном. Давление масла в вале коромысел низкое и на гидравлический поршень 3 не действует. В результате этого образуется зазор выпускного клапана, который составляет приблизительно 1,0 мм.

Управляющий клапан в обычных режимах движения понижает давление масла в вале коромысел до уровня, достаточного для смазки подшипников распределительного вала и механизма клапана.

В двигателях некоторых производителей, например, DAF для открытия выпускного клапане в конце такта сжатия одного цилиндре используется коромысло выпускного клапана другого цилиндра (рис. 13.74).

Коромысло выпускного клапана первого цилиндра гидравлически открывает выпускной клапан третьей цилиндра. Коромысло выпускного клапана второго цилиндра гидравлически открывает выпускной клапан первого цилиндра и т. д.

Для управления компрессионным/выпускным тормозом используется рычаг рулевого колеса. Данный рычаг может иметь несколько положений в зависимости от коробки передач.

Для предотвращения излишнего от­крытия выпускного клапана внутри уста­новочного винта 1 (рис. 13.75) имеется подпру­жиненный штифт 2, выступающий из вин­та приблизительно на 2.7 мм.

В рабочем поршне 2 имеется отверстие, которое закрывается штифтом из установочного винта 1. Если рабочий поршень ги­дравлически перемещается слишком да­леко вниз, отверстие в рабочем поршне открывается (С). Масло из области высоко­го давления перетекает через отверстие в рабочем поршне 3, предотвращая из­лишнее открытие выпускного клапана.

Выхлопной (горный) тормоз. Выхлопной тормоз представляет собой двигатель автомобиля, оборудованный дополнительными устройствами выключения подачи топлива и поворота заслонок в выпускном трубопроводе, создающих дополнительное сопротивление.

Составляющие компоненты выхлопного тормоза показаны на рис. 13.76.

Заслонка 3 (рис. 13.77) выхлопного тормоза служит для увеличения срока службы основ­ной тормозной системы, являясь механизмом вспомогательной тормозной системы.

При работающем двигателе заслонка должна быть установлена вдоль потока отработавших газов, при включении моторного тормоза — перпендикулярно потоку газов, создавая опре­делённое противодавление на выпуске. Одновременно отключается подача топлива с по­мощью пневмоцилиндра, связанного со скобой останова двигателя. Компоненты тормоза являются из корпуса заслонки 4, пневмоцилиндр 5, заслонка 3, а также замыкающие кольца и хомуты, которые соединяют корпус заслонки с приём­ными трубами. Между корпусом заслонки и приёмными трубами устанавливается металлоасбестовая прокладка.

При нажатии на выключатель тор­моза двигателя поступает сигнал на блок управления. Этот сигнал активирует кла­пан остановки двигателя 2 (рис.), вслед­ствие чего сжатый воздух поступа­ет в рабочий цилиндр 1. Данный ра­бочий цилиндр закрывает дроссель­ную заслонку, расположенную в вы­хлопном трубопроводе. Контролируе­мый выпуск выхлопных газов остается возможным благодаря калиброванно­му отверстию в дроссельной заслонке.

Двигатель начинает работать в ре­жиме компрессора, создавая тормоз­ное усилие на автомобиле. Причем чем выше скорость двигателя, тем боль­шее тормозное усилие образуется.

После отпускания выключателя тормоза двигателя клапан остановки двигателя перекрывает подачу воз­духа на рабочий цилиндр, а пружина, установленная в цилиндре, перемеща­ют поршень обратно в исходное поло­жение, вследствие чего дроссельная заслонка, перекрывающая выхлопной трубопровод, открывается.

Ретардер. Ретардер – гидродинамическое устройство, расположенное на вто­ричном валу коробки передач и пред­назначенное для замедления автомо­биля без использования рабочей тор­мозной системы. Гидрозамедли­тель (еще одно название ретардера) создает тормозное усилие на вторич­ном валу коробки передач, которое затем передается через трансмиссию на ведущие колеса, вызывая торможе­ние автомобиля. Ретардер обладает более высокой тормозной эффективностью по сравнению с моторным замедлителем, установленным на дизельном двигателе и предназначен для длительного торможения автомобиля на спусках. Использование ретардера позволяет оставить рабочую тормозную систему для кратковременных торможений автомобиля. Это означает, во-первых, снижение износа тормозных механизмов и, во-вторых, существенное уменьшение опасности потери эффективности тормозных механизмов из-за их перегрева.

Наи­более эффективно для торможения автопоезда одновременное включе­ние тормоза двигателя (заслонка на выпускном тракте) и ретардера. При этом износ тормозных колодок сво­дится к минимуму, поэтому ретардер может применяться совместно моторным замедлителем (рис. 13.78).

Блок управления регулирует работу моторного замедлителя и ретардера, обеспечивая оптимальное использование возможностей каждого из них в конкретных режимах движения автомобиля. Ретардер 5 является гидравлическим тормозным механизмом, который приводится от выходного вала коробки передач. Ретардер обладает наибольшей тормозной эффективностью на высокой скорости автомобиля. По мере замедления автомобиля блок управления постепенно увеличивает количество рабочей жидкости и давление в системе ретардера, обеспечивая торможение автомобиля примерно до скорости 20 км/ч.

Ретардер (рис. 13.79) содержит внутри своего корпуса гидромуфту, способную раз­вивать значительный тормозной мо­мент на вторичном валу коробки пере­дач.

Статор 1 и ро­тор 2 располагаются в общей емко­сти, заполненной маслом, в непосред­ственной близости друг от друга. Ро­тор 2 кинематически связан с вторич­ным валом коробки передач, в то вре­мя как статор жестко соединен с кор­пусом.

При включении ретардера рабочая жидкость заполняет полости между статорами 1 и ротором 2 (рис. 13.79, б), и ретардер начинает тормозить. При этом рабочая жидкость приобретает вихревое движение и движется между лопатками статора и ротора. Поток рабочей жидкости воздействует на лопатки ротора в направлении, противоположном направлению его вращения, и оказывает тормозящее действие на ротор. Поскольку жидкость облада­ет вязкостью, она, совершая цирку­ляцию среди подвижных и неподвиж­ных лопаток, создает тормозной мо­мент на валу ротора 3, преобразуя ки­нетическую энергию автомобиля в те­пловую.

Частота вращения ротора пропорциональна скорости движения автомобиля. Чем быстрее вращается ротор, тем выше скорость потока рабочей жидкости. Это означает, что с увеличением частоты вращения ротора требуется все меньшее количество рабочей жидкости, для того чтобы обеспечить тормозной момент определенной величины. Для увеличения частоты вращения ротора применяется повышающая передача. Для этого на валу 3 ротора установлена шестерня 4 (рис. 13.79, а). Тормозной момент передается через промежуточное зубчатое колесо 6 на шестерню 5. Шестерня 5 приводит во вращение вал ротора от выходного вала планетарного редуктора коробки передач и воспринимает тормозной момент, развиваемый ретардером. Учитывая, что привод ротора ретардера осуществляется тремя цилиндрическими шестернями с передаточным числом 0,5, вал ретардера вращается в два раза быстрее выходного вала коробки передач.

Вал ротора и промежуточное зубчатое колесо установлены на роликовых конических подшипниках.

Ретардер включает в себя отдельную гидросистему (рис. 13.80) с баком 8 для рабочей жидкости, который закреплен непосредственно на картере ретардера.

На валу 3 установлен гидронасос 7, который засасывает рабочую жидкость из бака 8 через фильтр 9. От гидронасоса рабочая жидкость направляется золотником 10 распределителя или в полость ротора 2 (режим торможения ретардером), или в охладитель 11 (ретардер выключен).

Распределитель регулирует поступление рабочей жидкости в полость, расположенную между ротором и статорами ретардера. Золотник распределителя занимает такое положение, которому соответствует определенное давление рабочей жидкости, обеспечивающее требуемую величину тормозного момента ретардера.

По мере снижения скорости автомобиля положение золотника распределителя изменяется. Положение золотника постоянно регулируется за счет противодавления рабочей жидкости, так чтобы ретардер мог постоянно поддерживать требуемый тормозной момент.

Требуемая величина тормозного момента может быть, конечно, в любой момент изменена как водителем, так и блоком управления, выполняющим функцию стабилизации скорости автомобиля на спуске.

Между ротором 1 и статорами 2 имеются две кольцевые полости 12. Если эти полости заполнены рабочей жидкостью, то вращающийся ротор отбрасывает рабочую жидкость на лопасти статоров и заставляет ее циркулировать между лопастями рабочих колес ретардера. Поток рабочей жидкости, натекающий на лопасти ротора, создает противодействие вращению ротора и, таким образом, обеспечивает эффект торможения ротора.

Рабочая жидкость движется по кольцевой спиральной траектории с очень высокой скоростью. Центробежная сила отбрасывает рабочую жидкость в периферийную зону кольцевых полостей, откуда рабочая жидкость стремится выйти через зазоры между ротором и статорами. Рабочая жидкость удерживается в полостях противодавлением, действующим снаружи полостей. Более высокое противодавление удерживает большее количество рабочей жидкости в полостях ретардера и, тем самым, обеспечивает более высокий тормозной момент.

Полости ретардера соединены с внутренним объемом бака через воздушные каналы 13. Эти каналы необходимы для того, чтобы можно было обеспечить быстрое изменение количества рабочей жидкости в полостях ретардера в процессе регулирования водителем тормозного момента.

Гидронасос 7 начинает работать, как только автомобиль трогается с места. При торможении ретардером рабочая жидкость направляется золотником распределителя в полости ротора и в охладитель. При выключенном ретардере большая часть рабочей жидкости поступает через распределителя в охладитель и бак. Небольшой расход рабочей жидкости направляется через отверстие 14 в полости рабочих колес ретардера для смазки и охлаждения.

Внутренние полости картеров ретардера и коробки передач отделены друг от друга двумя манжетными уплотнениями.

При включении ретардера происходит опорожнение аккумулятора 16 быстрое наполнение рабочей жидкостью полостей рабочих колес. Вытеснение рабочей жидкости из аккумулятора обеспечивается сжатым воздухом, который подводится через электромагнитный клапан 17. На выходе из аккумулятора рабочей жидкости установлен клапан 18 с односторонним дросселем. В левом положении плунжера открыт обходной канал дросселя. Рабочая жидкость проходит одновременно через дроссельное отверстие и по наружному кольцевому зазору между плунжером и корпусом клапана. Плунжер клапана находится в левом положении как при опорожнении аккумулятора, так и при его заполнении рабочей жидкостью при выключении водителем ретардера. В правом положении плунжера открыто только проходное сечение дросселя. Рабочая жидкость проходит только через дроссельное отверстие. Плунжер находится в правом положении при заполнении аккумулятора рабочей жидкостью во время торможения ретардером.

В охладителе 11 рабочая жидкость ретардера отдает тепло охлаждающей жидкости двигателя. Затем эта тепловая энергия рассеивается в атмосфере через штатный радиатор системы охлаждения двигателя (рис. 13.81). Охлаждение может осуществляться и воздухом.

Электромагнитный клапан 20 (рис. 13.80), предназначенный для подвода сжатого воздуха, и пропорциональный клапан 19 получают команды управления от блока управления ретардером. Сжатый воздуха при полном давлении подводится от клапана 20 к пропорциональному клапану 19. Пропорциональный клапан получает от блока управления сигнал в виде тока, величина которого пропорциональна требуемому тормозному моменту ретардера. Пропорциональный клапан подает регулируемое давление в управляющую полость золотника 10. Золотник распределителя, в свою очередь, устанавливает такое давление рабочей жидкости, которая необходимо для обеспечения требуемого тормозного момента.

Активация ретардера производится либо с помощью электрического переключателя торможения, либо рабочим тормозом. Для защиты двигателя от перегрева тормозная мощ­ность ретардера имеет ограничение по температуре ох­лаждающей жидкости.

Кроме того, датчики температуры масла и охлаждаю­щей жидкости позволяют водителю следить за состоянием ретардера и не допустить его выхода из строя.

Интардер. Интардер это фактически ретардер с небольшими отличиями. Если ретардер объединен с коробкой передач, он называется интегрированным: фирма ZF ввела для него отдельное название — «интардер». Интардер ZF в качестве рабочей жидкости использует масло из коробки передач, что не требует внешних маслопроводов. Теплообменник интардера подключается к контуру охлаждения двигателя. Масло циркулирует между интардером и теплообменником и возвращается в коробку передач. Возникающая при торможении энергия преобразуется в тепловую энергию, нагревая масло, которое отводится через теплообменник в контур охлаждения двигателя. Для защиты двигателя от перегрева в интардере предусмотрена система ограничения тормозной мощности. Когда интардер выключен гидронасос направляет масло из коробки передач минуя камеру Интардера напрямую в теплообменник интардера и опять в коробку передач. Благодаря этому исключаются скачки температуры в коробке передач и достигается пониженная средняя рабочая температура масла. Это продлевает срок годности масла.

В качестве рабочей жидкости в ретардерах применяется либо специальное масло, либо масло для коробки передач, если ретардер интегрирован в коробку (интардер). В автомобилях МАN в качестве рабочей жидкости используется жидкость системы охлаждения.

Электродинамический ретардер. По схожему принципу гидравлического ретардера работает и электродинамический ретардер, в котором используются индукционные тормоза Telma, обычно называемые электрическими или электромагнитными тормозами. Они рассеивают значительную часть энергии, выделяющейся при торможении и снижают таким образом нагрузку на обычные тормозные системы.

Тормоза-замедлители Telma обеспечивают рассеивание энергии торможения за счет генерации токов Фуко. В состав тормоза-замедлителя Telma входят неподвижный статор и пара роторов, жестко соединенных с вращающим их приводным валом (рис. 13.82). Статор и роторы установлены коаксиально 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 специально разработанного 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. В случае индукционных тормозов Telma изменчивость магнитного поля, воздействию которого подвергаются роторы, достигается за счет вращения последних. 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. Перегрев в подобных агрегатах приводит к снижению эффективности и полному выходу его из строя. Использование жидкостного охлаждения в электродинамических ретардерах по очевидным причинам является затруднительным. Поэтому конструкция устройства включает ряд элементов, выполняющих функцию защиты от перегрева. На колесе ротора расположены лопасти, которые при вращении создают воздушный поток, рассеивающий выделяемое тепло. Электродинамические ретардеры также снабжены системой ограничения подачи тока в случае перегрева.

Благодаря использованию индукционного тормоза Telma оказывается возможным эффективное торможение вращающегося вала без трения и, следовательно, без износа.