Odlehčovací brzdy Bakalářská práce

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Odlehčovací brzdy Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D. Vypracoval: Zdeněk Musil Brno 2011

2 Zadání

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Odlehčovací brzdy vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne.. podpis studenta...

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D., za cenné rady a odborné vedení při zpracování bakalářské práce.

5 ABSTRAKT Obsahem mé bakalářské práce je souhrn moderních systémů odlehčovacích brzd u nákladních vozidel. První část tvoří základy matematických popisů brzdění samostatných vozidel, ale také přívěsových a návěsových souprav. Druhá část pojednává o jednotlivých komponentech a činnosti vzduchotlakých brzd a o moderních systémech zajišťujících stabilitu nákladních vozidel. V třetí části jsou zpracovány jednotlivé systémy výfukových, motorových, hydrodynamických a elektrodynamických odlehčovacích brzd. Závěr shrnuje výhody a nevýhody jednotlivých systémů odlehčovacích brzd a nové možnosti vývoje těchto systémů. Klíčová slova: výfukové brzdy, motorové brzdy, retardéry, bezpečnost ABSTRACT The content of my Bachelor thesis is a collection of modern systems of retarders on trucks (is about modern systems of retarders on trucks). The first part is based on mathematical descriptions of individual vehicle brakes, but there are also a semi-trailer and drawbar trailer brake systems. The second part deals with the various components and activity of pressure brakes and advanced systems to ensure the stability of heavy vehicles. In the third part presents the individual exhaust systems, engine systems, electrodynamic and hydrodynamic retarders. The conclusion summarizes the advantages and disadvantages of different systems of retarders. Key words: exhaust brakes, engine brakes, hydrodynamic retarders, elektrodynamic retarders

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE MATEMATICKÝ POPIS JÍZDNÍ SOUPRAVY PŘI BRZDĚNÍ Brzdná dráha Dráha k zastavení vozidla Předpisy brzdné dráhy Poměrné zpomalení, brzdné síly Brzdění jízdní soupravy Přívěsová souprava Návěsová souprava CHARAKTERISTIKA JEDNOTILIVÝCH KOMPONENTŮ VZDUCHOVÝCH BRZD NA NÁKLADNÍCH VOZIDLECH Dvouokruhová vzduchotlaká brzdová soustava Plnicí okruh Provozní brzdy Parkovací brzda Řízení brzd přívěsu Bezpečností systémy vzduchových brzd Antiblokovací brzdový systém ABS Protiprokluzový systém ASR Elektronický brzdový regulační systém EBS Elektronický stabilizační program ESP Adaptivní tempomat ACC Popis komponentů vzduchotlakých brzd nákladních vozidel Kompresor Regulátor tlaku Čtyřokruhový ventil Vysoušeč vzduchu Pedálový brzdič - Duplex Poměrový elektromagnetický ovládací ventil okruhu přední nápravy Elektromagnetický ventil ABS Elektropneumatický modulátor okruhu zadní nápravy... 31

7 Elektromagnetický ventil ASR Snímač rychlosti kola a pulzní kolo Membránový brzdový válec Kombinovaný brzdový válec ODLEHČOVACÍ BRZDY Druhy provedení odlehčovacích brzd Výfukové odlehčovací brzdy Motorové odlehčovací brzdy Hydrodynamické odlehčovací brzdy Hydrodynamické odlehčovací brzdy (v chladícím okruhu) Elektromagnetické odlehčovací brzdy Motorové brzdy dle výrobců nákladních vozidel Technické řešení DAF MX Technické řešení IVECO ITB Motorová brzda MAN EVB Technické řešení MERCEDES TURBO BRAKE Motorová brzda Renault OptiBrake Motorová brzda VOLVO VEB Hydrodynamické brzdy dle výrobců a vozidel Hydrodynamická brzda VOITH VR Hydrodynamické brzdy SCANIA Hydrodynamické brzdy ZF Elektromagnetická brzda TELMA AC ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM INTERNETOVÝCH ODKAZŮ SEZNAM OBRÁZKŮ... 56

8 1 ÚVOD Brzdné soustavy vozidel patří k nejdůležitějšímu ústrojí na vozidlech a je zde kladen velký důraz na přesnou funkčnost a bezvadnou spolehlivost. Je to nejdůležitější soustava na vozidle a zabezpečuje snížení rychlosti vozidla nebo jeho zastavení a stání. Brzdové soustavy se obvykle dělí na provozní, nouzové, parkovací a odlehčovací. S vývojem nákladních vozidel, autobusů a přepravního množství se samozřejmě zvyšoval nárok na brzdové soustavy. Jejich výkon byl omezen velikostí, životností brzdových elementů a také ekonomikou provozu vozidel. V důsledku toho se začaly rozvíjet systémy odlehčovacích brzdových soustav, kde nedochází k opotřebení brzdných elementů a kinetická energie vozidel se přeměňuje na tepelnou energii. Odlehčovací brzdy mají hlavně bezpečnostní význam. U nákladních vozidel přepravujících nebezpečné náklady a autobusů jsou předepsány zákonem. Výrobci nákladních automobilů a autobusů se snaží o co největší výkon při kompaktních rozměrech a nízké váze, aby se nesnižovala užitečná hmotnost vozidla. Z tohoto důvodu se vývoj odlehčovacích brzd ubírá směrem motorových brzd, jelikož minimálně snižuje užitečnou hmotnost vozidla. 8

9 2 CÍL PRÁCE Cílem mojí práce bylo se seznámit se s odlehčovacími brzdami všech typů, které jsou používané u nákladních vozidel a autobusů. Patří mezi ně výfukové brzdy, motorové brzdy, hydrodynamické a elektromagnetické retardéry. Dále pak práce popisuje moderní vzduchovou brzdovou soustavu a matematický proces brzdění přívěsové a návěsové soupravy. 9

10 3 MATEMATICKÝ POPIS JÍZDNÍ SOUPRAVY PŘI BRZDĚNÍ 3.1 Brzdná dráha Brzdná dráha je dráha nutná k úplnému zastavení vozidla. Závisí na různých činitelích: povrch, stav brzdové soustavy. K těmto vlivům patří stav vozovky, technický stav vozidla, povětrnostní podmínky a reakční doba řidiče, která výrazně ovlivňuje proces. Doba reakce řidiče se t r = 0,2-0,5 s, doba náběhu brzdění t n = 0,03-0,15 s. Mezi okamžikem, kdy řidič začne působit na brzdový pedál, a okamžikem, kdy se začne projevovat brzdný účinek, uplyne doba prodlevy brzdění t p. Během této doby musí ovládací síla projít přes systém brzdové soustavy, přes vůle v kloubech a ložiskách a brzdové obložení musí dolehnout na třecí plochu brzd. Po dobu t r + t p je při zanedbání brzdného účinku vlivem jízdních odporů rychlost jízdy stálá a rovná se výchozí rychlosti v 0, takže vozidlo ujede v tomto časovém úseku určitou dráhu, kterou nemůžeme ovlivnit. [5] Obr. 1 Zpoždění brzdění vozidla 3.2 Dráha k zastavení vozidla Dráha potřebná k zastavení vozidla se skládá z několika úseků: a) z dráhy ujeté během doby t r + t p (úsek 1-2), vozidlo v této době vykoná stálou rychlostí dráhu v 0 : [5] s = v t r + t ) [m], (1) ( 1 0 p 10

11 kde: s 1 je dráha vozidla ujetá při brzdění [m] v 0 počáteční rychlost před brzděním [m.s -2 ] t r časová prodleva reakcí řidiče [s] t p časová prodleva brzdicího ústrojí [s] b) z dráhy během náběhu brzdění t n (úsek 1-2). Zrychlení je záporné: au a12 = t [m.s -2 ], (2) t n a Rychlost jízdy bude: v12 = v12dt = v0 2t t n 0 u n t 2 (3) kde: -a u záporné zrychlení vozidla [m.s -2 ] t n doba náběhu brzdění [s] c) z dráhy doby plného brzdění t u (úsek 2-3). Protože v tomto úseku je podle obr. 1 zpoždění a = a u = konstantní, je odpovídající rychlost jízdy rovnoměrně zpožděný pohyb. [5] Brzdná dráha s 3 během doby t u je: v23 = v2 au dt = v2 aut [m.s -1 ], (4) s 3 = t u 0 v dt = v t 23 2 u au 2 t 2 u = 2 v2 2a u = 1 2a u v 2 0 v a 0 u t n 2 au + t 4 2 n [m], (5) Celková dráha do zastavení vozidla se určí: s c tu = s1 + s2 + s3 = v 0 23 dt = v t 2 u au 2 t 2 u = v 2a 2 2 u = 1 2a u v 2 0 v a 0 u t n 2 au + t 4 2 n [m], (6) s c dráha celková skládající se z s 1, s 2, s 3 [m] [5] 3.3 Předpisy brzdné dráhy Mezinárodní předpisy (předpis EHK č. 13) a také český národní předpis (vyhláška č. 102/1995 Sb.) stanovují také přípustné dráhy provozních a nouzového brzdění různých kategorií vozidel. Nákladní vozidla nad 3,5 tuny mají dle zákona povinnost být vybavena systémem ABS. Pro všechna vozidla musí být splněn požadavek: [5] 11

12 z 0,1 + 0,85( µ 0,2) [-], (7) Pro µ v = 0,2 z 0,1; pro µ v = 0,8 je z 0,61. Požadavek se vyjadřuje podmínkou minimálního brzdného účinku. Součinitel přilnavosti je dán rovnicí: µ V - součinitel valivé přilnavosti [-] z poměrné zpomalení [-] V + 0,07 µ z V [-], (8) 0,85 Předpis EHK č. 13 dále stanovuje zachování stability, a to podle průběhu křivek využívané přilnavosti f P (z) a (z). Pro všechny stavy zatížení vozidla musí křivka f Z využití přilnavosti přední nápravou f P (z) probíhat nad křivkou využití přilnavosti zadní nápravy f Z (z). [5] Pro vozidla v kategorii nákladních N1, N2, N3 a autobusů M2, M3 musí být křivka f P (z) nad křivkou (z) v rozmezí poměrných zpomalení: f Z 0,15 z 0,30 [-], (9) Obr. 2 Požadavek na průběh křivky využívané přilnavosti pro nákladní automobily a autobusy 12

13 Grafické vyjádření na Obr. 2 určuje, že křivky musí ležet v rozsahu 0,15 z 0, 30 mezi dvěma rovnoběžkami µ = z ± 0, 8 a přitom křivka využití přilnavosti zadní V nápravou splňuje pro poměrné zpomalení z 0, 3 podmínku: [5] z 0,3 + 0,74( µ 0,38) [-], (10) V Pro nákladní vozidla (N3, m > 12 tun) při provozním brzdění a počáteční rychlosti v 0 = 40 km.h -1 je brzdná dráha s = 19,9 m. Zpomalení a = 4,4 m.s -2. Pro autobusy (M3, m > 5 tun) při provozním brzdění a počáteční rychlosti v 0 = 60 km.h -1 je brzdná dráha s = 36,7 m. Zpomalení a = 5 m.s -2. Toto nařízení upravuje předpis EHK 13H z roku [5] 3.4 Poměrné zpomalení, brzdné síly Během brzdění je zrychlení vozidla záporné a také obvodové síly na kolech jsou záporné. Poměr záporného zrychlení k tíhovému zrychlení se nazývá poměrné zpomalení. [5] a z = (11) g z poměrné zpomalení [-] a záporné zrychlení [m.s -2 ] g tíhová energie [m.s 2 ] V těžišti vozidla působí setrvačná síla ma = Gz a na nápravách brzdné síly přední nápravy B P a zadní nápravy B Z. Zanedbáme-li valivý odpor, vztlak, vzdušný odpor a setrvačné momenty rotujících kol, pak zatížení náprav (radiální reakce) dostaneme z momentových podmínek rovnováhy: Z l Gzh Gl = 0; Z l Gzh Gl = 0, (12) P Z Z + P Z lz h l = G + z = Z Pstat Gz (13) l l h P + Z Z lp h l = G + z = Z Pstat Gz (14) l l h 13

14 Při stlačení brzdového pedálu začnou na kolech účinkem třecích elementů brzd působit brzdné momenty. Brzdné momenty vzrůstají většinou téměř lineárně během doby náběhu brzdění. [5] Obr. 3 Síly působící na vozidlo při brzdění Gzh tíha zadní časti včetně výšky [N] Gl P tíha přední části vozidla [N] Gl Z tíha zadní časti vozidla [N] B Z brzdná síla na zadní nápravě [N] Z p l zatížení přední části vozidla [N] B P brzdná síla na přední nápravě [N] Z Z l zatížení zadní části vozidla [N] Z Pstat statické zatížení přední nápravy [N] T těžiště vozidla [m] h výška těžiště od vozovky [m] G tíha vozidla [N] Z P zatížení přední nápravy [N] l rozvor vozidla [m] Z Z zatížení zadní nápravy [N] 3.5 Brzdění jízdní soupravy Rozlišujeme brzdění souprav přívěsových a návěsových. Dochází zde ke zpoždění brzdění přívěsu nebo návěsu, což značně ovlivňuje životnost brzdových elementů. Je proto důležité mít soupravu sladěnou, aby nebyla prodleva brzd na přívěsu/návěsu moc velká, a tím nebylo ovlivněno i chování celé soupravy. [5] Přívěsová souprava Schéma na obr. 3 zobrazuje přívěsové soupravy s označením tíhy tahače G T, tíhy přívěsu G P, součtem brzdných sil tahače B T a součtem brzdných sil přívěsu B P. 14

15 Poměrné zpomalení tahače, který jde bez přívěsu: z T zpomalení tahače [-] B T brzdná síla tahače [N] G T hmotnost přívěsu [N] B T z T = [-], (16) GT Poměrné zpomalení samotného přívěsu: B P z P = [-], (17) GP z P zpomalení přívěsu [-] B P brzdná síla přívěsu [N] G P hmotnost přívěsu [N] Poměrné zpomalení přívěsové soupravy: z B + + B = z G + z T P T P = T P, (18) GT GP GT + GP GT + GP G B T brzdná síla tahače [N] B P brzdná síla přívěsu [N] G T hmotnost přívěsu [N] G P hmotnost přívěsu [N] z T zpomalení tahače [-] z P zpomalení přívěsu [-] Rozdílná poměrná zpomalení tahače z T a přívěsu z P jsou nežádoucí, protože pak musí tahač přenášet část brzdných sil přívěsu, nebo přívěs část brzdných sil tahače. To totiž součastně znamená, že mezi oběma vozidly vzniká v tažné tyči síla K X. Bude-li přívěs brzděn, pak síla K X tlačí tahač, a v zatáčce nebo při jiné poruše přímé jízdy, tahač vlivem příčné složky K Y vybočuje. Celá souprava má sklon k tzv. zlomení, pokud nemá stabilizační systém. Brzdné síly musí být rozdělovány v poměru zatížení vozidla. Proto by měla být splněna podmínka: 15

16 z T = z P neboli B T B = P, (19) G Změna zatížení tahače a přívěsu měnícím se nákladem musí být proto respektována při rozdělování brzdných sil, aby platilo: T G P B T brzdná síla tahače [N] B P brzdná síla přívěsu [N] G P B P = BT, (20) GT G T hmotnost přívěsu [N] G P hmotnost přívěsu [N] Obr. 4 Odvození síly v oji při brzdění přívěsové soupravy a poměrného zpomalení Z toho plyne, že mezi brzdnou silou přívěsu a brzdnou silou tahače musí být proporcionální závislost. Konstanta úměrnosti je přitom závislá na poměru okamžité hmotnosti přívěsu a okamžité hmotnosti tahače. Splnění požadavku z T = z P není jednoduché, protože výrobce vozidla a přívěsu se liší, a proto soupravy je potřeba nastavit tak, aby plnily požadavek z T = z P. [5] Při brzdění se přívěsová souprava pohybuje jako celek s poměrným zpomalením z, přičemž vazba mezi vozidly je vyjádřena vodorovnou K X. Rovnováha sil působících ve vodorovném směru na tahač je definována vztahem: G z B K = 0, (21) T T X 16

17 G T hmotnost tahače [N] z poměrné zpomalení [-] B T brzdná síla tahače [N] K X vodorovná síla mezi vozidly [-] Návěsová souprava U návěsové soupravy jsou poměry sil složitější než u přívěsové soupravy, protože část zatížení návěsu je přenášena na tažné vozidlo. Celá souprava se pohybuje s poměrným zpomalením z. Uvolníme-li obě vozidla, pak v bodě spojení tahače a návěsu působí svislá síla K Z a vodorovná síla K X. Poměrné zpomalení návěsové soupravy určujeme ze vztahu: [5] BT + BN BT + BN z = =, (22) z + z + z G Tp Tz kde: G = G T +G N = Z Tp + Z Tz + Z N - je celková tíha návěsové soupravy B T brzdná síla tahače [N] B N brzdná síla návěsu [N] G celková tíha vozidel [N] z Tp poměrné zpomalení tahače na přední nápravě [-] z Tz poměrné zpomalení tahače na zadní nápravě [-] z N poměrné zpomalení návěsu [-] N Návěsový tahač přenáší také část zatížení návěsu K Z =G N Z N, a proto ideální poměrné zpomalení tahače je: z T T T T = = =, (23) z Tp B + z Tz B G + K T Z B G Z N a ideální zpomalení návěsu: B N z N =, (24) Z N 17

18 18 kde Z N je statické zatížení nápravy (nebo náprav) návěsu Z N N K G Z =. Vzhledem ke dvěma předešlými rovnicím můžeme pro poměrné jízdní soupravy psát: [5] G Z z G Z z G Z z G Z G z G B G B z N N N T N N N T N T + = + = + = 1, (25) Vodorovná síla ve spoji (královský čep): T T X B z G K =, (26) Dosazením do této rovnice dostaneme: T Z T N N T X z K z z G Z G K = ) (, (27) Obr. 5 Síly působící na návěsovou soupravu při brzdění I v případě stejného zpomalení tahače a návěsu z T = z N vzniká ve spojení K X = -K Z z T. Pro zmírnění nebezpečí zlomení soupravy musí být brzdy na nápravách soupravy pečlivě navrhnuty a jejich účinek musí být ovládán v závislosti na zatížení. Podle předpisu EHK č. 13 musí splňovat limity poměrného zpomalení,

19 a to i s ohledem na zatížený a nezatížený stav soupravy. Problémy se stabilitou soupravy při brzdění řeší elektronický systém EBS. [5] 19

20 4 CHARAKTERISTIKA JEDNOTILIVÝCH KOMPONENTŮ VZDUCHOVÝCH BRZD NA NÁKLADNÍCH VOZIDLECH 4.1 Dvouokruhová vzduchotlaká brzdová soustava Vzduchová brzdová soustava se používá u středních a těžkých užitkových automobilů. Je to brzdová soustava s cizí silou, u které řidič ovládá pouze brzdový ventil. Tato cizí síla, tzn. stlačený vzduch o tlaku obvykle do 1,2 MPa, přenáší brzdnou sílu na brzdové ústrojí kol vozidla. U lehkých a středně těžkých užitkových automobilů se často používá kombinovaná vzduchokapalinová brzdová soustava. Dnešní brzdové soustavy jsou dvouokruhové, dvouhadicové. Brzdová soustava se dále skládá ze čtyř základních částí: plnící okruh, provozní brzdy, parkovací brzda, řízení brzd přívěsu. [2] Plnicí okruh Vzduch je nasáván a vytlačován kompresorem přes regulátor tlaku a vysoušeč vzduchu do čtyřcestného pojistného ventilu. Regulátor tlaku zabraňuje překročení maximální hodnoty dovoleného tlaku (dle konstrukce 0,8 až 1,2 MPa) vypouštěním přebytečného vzduchu do atmosféry. Vysoušeč vzduchu, pracující na principu absorpce, zbavuje vzduch vlhkosti a nečistot. Část vzduchu zbaveného vlhkosti je vedena do regeneračního vzduchojemu. Čtyřcestný pojistný ventil rozděluje stlačený vzduch do čtyř vzduchotlakých okruhů, které jsou: - okruh I (21) provozní brzda zadní náprava, - okruh II (22) provozní brzda přední náprava, - okruh III (23) parkovací brzda, přívěs, - okruh IV (24) vedlejší spotřebiče a příslušenství. Vzduchojemy slouží jako zásobníky stlačeného vzduchu pro provozní brzdy, parkovací brzdy a brzdy přívěsu. Voda, která zkondenzuje ve vzduchojemu, může být vypuštěna pomocí odkalovacích ventilů. Tlakové spínače vyvolávají při poklesu tlaku pod minimální hodnotu akustický a optický varovný signál. [2] 20

21 4.1.2 Provozní brzdy Provozní brzda obsahuje hlavní brzdič, který je spojen s poměrným tlakovým ventilem pro regulaci brzdného účinku na přední nápravě v závislosti na zatížení. Regulace probíhá přes řídící přípoj, který je řízen regulátorem zadní nápravy. Automatický regulátor přizpůsobí brzdný tlak zadní nápravy zatížení. Při prázdném vozidle je řízený tlak menší než tlak, který odpovídá brzdné poloze hlavního brzdiče. Teprve při plném zatížení již není řízený tlak redukován. Odbrzděná poloha znamená, že v obou okruzích hlavního brzdiče je uzavřen přívod stlačeného vzduchu. Brzdový válec přední nápravy a řídící vedení k reléovému ventilu s ochranou proti přetížení a k regulátoru jsou přes jejich otevřené odvzdušňovací ventily odvzdušňovány do atmosféry. Dále jsou přes reléový ventil s ochranou proti přetížení zavzdušněny pružinové posilovače pružinového brzdového válce. Při procesu brzdění se uzavřou odvzdušňovací ventily a přívody se otevřou. Silou pedálu se nyní dávkuje stlačený vzduch od hlavního brzdiče do řídícího vedení k regulátoru pro zadní nápravu. Přední náprava dostane svůj brzdový tlak od hlavního brzdiče. Ten přizpůsobí brzdný tlak poměrovým ventilem proporcionálně k zatížení vozidla. Dále dvě řídící vedení řídí hlavním brzdičem brzdič přívěsu. Při připojeném přívěsu je brzdové vedení přívěsu nyní dávkovaně zavzdušněno a přes rozvaděč jsou ovládány brzdy přívěsu. [2] Parkovací brzda Parkovací brzda je ovládána pneumaticky a je uvedena do činnosti ruční pákou ventilu parkovací brzdy. Při odbrzdění jsou pružinové válce zadní nápravy propojeny přes ventilové relé s příslušným vzduchojemem a zavzdušněny v pracovní poloze jsou odvzdušněny. Ventilové relé, které je vstupní přípojkou napojeno na výstupní přípojku čtyřokruhového pojistného ventilu, urychluje zavzdušnění (parkovací brzda odbrzděna) a odvzdušnění (parkovací brzda zabrzděna) pružinových brzdových válců. Zpětný ventil zabraňuje úniku vzduchu při netěsnosti zásobního okruhu. Ventil parkovací brzdy je výstupní přípojkou spojen s řídícím ventilem přívěsu. Tímto způsobem jsou řízeny parkovací brzdy přívěsu. Tlakový spínač signalizuje nechtěné uvolnění parkovací brzdy při úniku 21

22 tlaku vzduchu z pružinového brzdového válce. Parkovací brzdy a brzdy přívěsu jsou společně zásobovány stlačeným vzduchem ze zásobního okruhu. Při poruše provozní brzdy může parkovací brzda pracovat jako nouzová s odstupňovaným účinkem. [2] Řízení brzd přívěsu Brzdová soustava přívěsu je soustava se dvěma vedeními. Spojena s tažným vozidlem - plnící hlavicí a ovládací hlavicí. Teprve při připojení plnicí hlavice otevře ventil a rozvaděč přívěsu dostane na přípoji zásobní tlak. Stlačený vzduch přichází od čtyřokruhového ventilu a proudí k řízenému škrtícímu ventilu, který je integrován v brzdiči přívěsu. Odtud proudí k plnící hlavici spojky a opět nazpět k brzdiči přívěsu. Plnící vedení zásobuje trvale brzdové zařízení přívěsu zásobním vzduchem. Při brzdění - brzdič přívěsu je stlačeným vzduchem dávkovaně řízen provozním brzdným ventilem přes přípoje na hlavním brzdiči. Zavzdušňuje přes přípoj brzdové hadice. Brzdič přívěsu je dávkovaně ovládán vzrůstem jeho tlaku a dodává stlačený vzduch ze vzduchojemu na zátěžové regulátory náprav. Zátěžové regulátory regulují brzdný tlak pro brzdové válce v závislosti na zatížení náprav. 4.2 Bezpečností systémy vzduchových brzd U nákladních vozidel N2 a N3 a autobusů M2 a M3 je nařízení mít ve výbavě ABS (antiblokovací brzdový systém). Výrobci vybavují vozidla dalšími pomocníky pro bezpečnou jízdu. Dalšími takovými je Anti-Slip Regulation (ASR), Energy Brake System (EBS), Electronic Stability Program (ESP), Adaptive Cruise Control (ACC) Antiblokovací brzdový systém ABS Antiblokovací brzdový systém je součástí vzduchového brzdového systému a reguluje brzdnou sílu podle přilnavosti vozovky a provozních podmínek, tak aby se zamezilo zablokování kol. Výhody systému spočívají v zajištění řiditelnosti vozidla při prudkém zpomalení, tím umožní vyhnutí se překážce, zamezení poškození pneumatik. Součástí systému jsou snímače kol s impulsními koly na kolech, elektronická řídící jednotka, řídící tlakové ventily, elektronické ovládací ústrojí pro rozeznání přívěsu, konektor ABS pro přívěs. [1] 22

23 Princip regulace ABS: systém ABS eviduje obvodovou rychlost jednotlivých kol, na jejichž vnitřních stranách jsou umístěna impulzní ozubená kola. Impulzní kola se otáčejí a vytvářejí v pevně umístěných snímačích otáček napěťové impulsy, jejichž frekvence je přímo úměrná otáčení kol. Pomocí změny otáček kol při brzdění zjišťuje čítač v elektronické řídící jednotce zpomalení (záporné zrychlení), zrychlení a brzdný skluz jednotlivých kol. Z těchto údajů elektronická řídící jednotka určí brzdný tlak, který je veden k největšímu možnému brzdnému účinku bez zablokování kol. [1] Protiprokluzový systém ASR Protiprokluzový systém slouží při rozjíždění nebo jízdě po kluzkém povrchu a při zrychlování při výjezdu ze zatáčky, kdy vnější kolo je odlehčeno a může dojít k nechtěnému prokluzu. ASR zlepšuje trakci a zabezpečuje stabilitu vozidla nebo jízdní soupravy. Zamezuje nadměrnému opotřebení pneumatik a hnacího ústrojí. Protiprokluzový systém ASR používá k činnosti komponenty systému ABS a většinou je i jeho součástí. Dělí se na regulační okruhy brzdový regulační okruh ASR a motorový regulační okruh ASR. Informaci o prokluzu kol a práci hlásí kontrolka na přístrojovém panelu. [1] Brzdový regulační okruh ASR Pokud má kolo při rozjíždění tendenci k protáčení, tak je řídící jednotkou regulovatelně přibrzděno. ASR působí jako samočinný uzávěr diferenciálu. Tento způsob uzávěru diferenciálu je jednoduchý a ne příliš nákladný. Brzdový regulační okruh působí až do rychlosti asi 30 km.h -1. Brzdový regulační okruh ASR obsahuje komponenty ABS na hnací nápravě, řídící jednotka ABS/ASR, dvoucestné střídavé ventily, magnetický ventil ASR. [1] Motorový regulační okruh ASR Systém řízení motoru EDC v závislosti na prokluzu hnacích kol omezuje točivý moment motoru. Omezení točivého momentu motoru se provádí snížením vstřikovaného množství paliva do válce. Motorový regulační okruh ASR obsahuje komponenty elektronické řízení výkonu motoru, elektronické řízení vstřikování, 23

24 proporcionální ventil s nastavovacím válcem, přestavitelný motor s lineárním nastavovacím členem. [1] Elektronický brzdový regulační systém EBS Elektronický brzdový regulační systém EBS je součástí obvyklých moderních vzduchových brzdových soustav. Od vzduchové brzdové soustavy se odlišuje elektropneumatickými brzdovými okruhy pro provozní brzdu. Elektronický brzdový regulační systém spolupracuje s předešlými systémy stability - antiblokovací brzdový systém a protiprokluzový systém. Systém se skládá z modulátorů přední a zadní nápravy, magnetických snímačů ABS přední nápravy, elektropneumatického brzdiče přívěsu, snímače kol pro ABS a ASR, snímače pro skutečný brzdný tlak, řídící jednotky EBS. Elektronický brzdový regulační systém spolupracuje s dalšími údaji a řídícími jednotkami na vozidle, jako je řídící jednotka motoru, převodovky, odpružení a retardéru. [1] Činnost elektronického brzdového systému Sešlápne-li řidič brzdový pedál, tak je snímačem polohy sledována dráha pedálu. Elektrické signály polohy brzdového pedálu jsou přivedeny k řídící jednotce, která pak elektricky ovládá modulátory přední a zadní nápravy. Ty určují brzdné tlaky na příslušné brzdové válce. Tlakové snímače evidují přiváděný tlak, snímače dráhy evidují opotřebení a přenášejí tyto údaje do řídící jednotky EBS ke stanovení skutečné hodnoty stavu průběhu brzdění. Tyto hodnoty jsou poté podle uložených dat regulovány. Elektropneumatický brzdič přívěsu přivede k přívěsu tolik brzdného tlaku, kolik určila řídící jednotka EBS. Všechny tyto procesy jsou spouštěny řídící jednotkou EBS. [1] Elektronický stabilizační program ESP Elektronický stabilizační systém slouží k neustálé kontrole stability vozidla nebo soupravy a případné tendence ke smyku vyrovnává přetáčivý a neotáčivý smyk a jiné potíže při stabilitě. Systém pracuje s několika důležitými daty, která získává ze senzoru natočení volantu, senzoru příčného a podélného zrychlení, čtyř 24

25 senzorů rychlosti a senzoru natáčení vozidla kolem své osy. Pokud elektronika vyhodnotí neshodu mezi skutečným a vypočteným stavem, zasahuje pomocí provozních brzd. Brzdění probíhá, aniž by řidič šlápnul na brzdový pedál. Systém ovládá nezávisle na sobě všechna kola a dávkuje brzdný moment. [7] Adaptivní tempomat ACC Adaptivní tempomat je zařízení, které mimo běžnou funkci udržování stanovené rychlosti vozidla také sleduje pomocí mikrovlnného nebo laserového radaru vzdálenost mezi vozidly jedoucími před vozidlem. Vzdálenost stanovenou mezi vozidly nastavuje řidič na palubním počítači. Elektronika pak hlídá vzdálenosti mezi vozidly a v případě potřeby sníží rychlost případně až k úplnému zastavení. Brzdění vozidla probíhá pomocí provozních brzd nebo odlehčovacích brzd. 25

26 Obr. 6 Schéma vzduchotlaké brzdové soustavy s EBS II [7] 4.3 Popis komponentů vzduchotlakých brzd nákladních vozidel Vzduchová brzdová soustava se používá u středních a těžkých užitkových automobilů. Je to brzdová soustava s cizí silou, u které řidič ovládá pouze brzdový ventil, a cizí síla, např. stlačený vzduch přenáší brzdnou sílu na brzdové ústrojí kol vozidla. Vzduchotlaká brzdová soustava se skládá ze základních komponentů, které tvoří: 26

27 Obr. 7 Umístění komponentů na vozidle s EBS II [7] 1) Ventil parkovací brzdy 2) Řídící jednotka vozidla 3) Pedálový brzdič 4) Kompresor 5) Poměrový elektromagnetický ovládací ventil přední nápravy 6) Elektromagnetický ventil ABS 7) Membránový brzdový válec 8) Brzdový kotouč a třmen 9) Impulzní kolo 10) Elektropneumatický modulátor okruhu zadní nápravy 11) Jednotka APU čtyřokruhový ventil s vysoušečem vzduchu 12) Vzduchojemy 13) Impulzní kolo 14) Brzdový kotouč a třmen 15) Kombinovaný brzdový válec 16) Brzdič návěsu/přívěsu 17) Elektromagnetický ventil ASR 18) Přívod vzduchu do přívěsu/návěsu 27

28 4.3.1 Kompresor Kompresor je jeden z nejdůležitějších komponentů vzduchotlakých brzd na vozidle a má za úkol spolehlivě zásobovat soustavu tlakovým vzduchem a za co nejkratší čas soustavu naplnit. Kompresor je pístové čerpadlo, jehož klikový hřídel je poháněn motorem vozidla pomocí klínového řemene nebo ozubeného soukolí. Obvykle bývají jednopístové nebo dvoupístové. U moderních pohonných jednotek se používá systém odpojení kompresoru po naplnění soustavy a to přispívá k úspoře pohonných hmot. [7] Obr. 8 Dvoupístový kompresor [7] Regulátor tlaku Účelem regulátoru tlaku je odvést kompresorem stlačený vzduch do vzduchojemů nebo do ovzduší. Vypouštěním přebytečného vzduchu do atmosféry se reguluje pracovní tlak v soustavě. [7] Čtyřokruhový ventil Účelem čtyřokruhového ventilu je rozdělovat stlačený vzduch do čtyř brzdových okruhů a zajistit tlak neporušeného okruhu při poklesu tlaku v jednom nebo více brzdových okruzích, dále zajistit zásobení stlačeným vzduchem oba okruhy brzd, okruh parkovací brzdy, okruh brzd přívěsu, okruh přídavných vzduchových zařízení. Stlačený vzduch proudí od kompresoru přes přípoj 1. Při dosažení otevíracího tlaku se otevřou oba přepouštěcí ventily k přípojům provozního brzdového okruhu 21 a 22. Vzduch pak proudí do vzduchojemů. Zároveň přichází stlačený vzduch přes zpětné ventily na přepouštěcích ventilech k přípojům okruhu 23 a 24. Přípoj 24 slouží k pomocným vzduchovým systémům na vozidle. Přípoj 25 slouží k vzduchovému odpružení vozidla. Dosáhne-li otevíracího tlaku, tak se otevřou přepouštěcí ventily. Vzduchojem provozní brzdy je již maximálně naplněn. Oba tyto okruhy se nyní také naplní. [7] 28

29 Vysoušeč vzduchu Účelem vysoušeče vzduchu je z přiváděného vzduchu pohltit vzdušnou vlhkost. Stlačený vzduch proudí přes vysoušecí látku, která je ve formě granulí. Tato látka vlastně tvoří molekulární filtr, v krystalické mřížce se zachycují molekuly vody. Nejvíce kondenzátu vzniká při stlačování kompresorem a následném ochlazení na teplotu okolí. Vysoušeč zabraňuje zamrznutí brzdového systému. [7] Obr. 9 Jednotka APU čtyřokruhový ventil s vysoušečem vzduchu [7] Pedálový brzdič - Duplex Pedálový brzdič Duplex je souosého typu bez samočinného omezení a skládá se z jedné části elektrické a z druhé části vzduchotlaké. Elektrická část se skládá ze dvou spínačů a dvou snímačů polohy, které vytváří signál o brzdění nutný pro elektronickou řídící jednotku z důvodů ovládání systému. Tyto signály jsou zdvojené pro zajištění 29

30 maximální spolehlivosti. Úkolem vzduchotlaké části je rozdělování tlakového vzduchu pro ovládání brzdění kol přední nápravy a pro ovládání brzdiče přípojného vozidla. [7] Obr. 10 Pedálový brzdič Duplex [7] Poměrový elektromagnetický ovládací ventil okruhu přední nápravy Poměrový ovládací ventil se skládá z poměrového elektromagnetického ventilu, vzduchotlakého membránového ovládání a snímače tlaku. Slouží k dodávce signálu elektronické řídící jednotce, která vypočítává množství tlakového vzduchu do okruhu přední nápravy na základě požadovaného zpomalení. [7] Obr. 11 Poměrový elektromagnetický ovládací ventil okruhu přední nápravy [7] 30

31 4.3.7 Elektromagnetický ventil ABS Elektromagnetický ventil ABS je normálně otevřený elektromagnetický ventil, který se skládá z jedné cívky pro plnění soustavy a z druhé cívky pro odtlakování soustavy. Ventil se používá pro ovládání brzdného tlaku ve chvílích, kdy dochází díky informacím získávaným signály ze snímačů rychlosti ke snaze kol se blokovat. Počet ventilů ABS je závislý na provedení brzdové soustavy. Zatímco na vozidlech s brzdovou soustavou osazenou ABS/EBL jsou umístěny čtyři ventily pro zvláštní kontrolu každého z kol, tak u vozidel s brzdovou soustavou EBS jsou umístěny dva ventily pro kontrolu každého z kol přední nápravy. [7] Obr. 12 Elektromagnetický ventil ABS [7] Elektropneumatický modulátor okruhu zadní nápravy Elektropneumatický modulátor okruhu zadní nápravy se skládá z elektronického obvodu, dvou plnících normálně zavřených elektromagnetických ventilů a dvou tlakových snímačů. Elektronický obvod přijímá a zpracovává signály ze snímačů rychlosti kol, tlaku a opotřebení třecího materiálu brzdy na zadní nápravě a poté je předává elektronické řídící jednotce datovou sběrnicí CAN. V závislosti na informacích přijímaných z elektronické řídící jednotky je elektrický obvod schopen: ovládat brzdný tlak (funkce EBS), omezovat brzdný tlak při malém zatížení (funkce EBL), ovládat brzdný tlak při malém zatížení (funkce EBL), 31

32 zasáhnout při snaze kol se zablokovat (funkce ABS), ovládat brzdný tlak pro zabránění prokluzu kol (funkce ASR). [7] Obr. 13 Elektropneumatický modulátor okruhu zadní nápravy [7] Brzdič návěsu s posilovačem Brzdič návěsu s posilovačem je komponent používaný na brzdových soustavách osazených ABS/EBS slouží k plnění tlakovým vzduchem okruhů přípojného vozidla a je ovládán dvěma nezávislými okruhy z pedálového brzdiče a z ručního brzdiče parkovací brzdy. Brzdič zajišťuje provozní brzdění, nouzové brzdění a parkovací brzdění přípojného vozidla. Dále umožňuje pomocí vestavěného zařízení regulaci tlaku daného náběhu na ovládání brzdění přípojného vozidla, který může být pevně stanoven na hodnotu 0,02 MPa nebo regulovatelný. Brzdič je také vybaven zařízením, posilovacím ovládacím přepínačem, který umožňuje aktivování brzdění přípojného vozidla také v případě závady vedení na ovládacím okruhu. [7] Elektromagnetický ventil ASR Elektromagnetický ventil ASR se používá na brzdových soustavách s ABS/EBL a je normálně zavřeného typu. Jeho funkcí je spouštění režimu ASR vzhledem k zajištění zásahu úměrného brzdění kol hnací nápravy, a tím zamezení prokluzu. [7] 32

33 Obr. 14 Elektromagnetický ventil ASR [7] Snímač rychlosti kola a pulzní kolo Signály vznikají pomocí siločar magnetického toku, které se uzavírají přes zuby ozubeného železného kola umístěného proti snímači, který má pevnou pozici a zaznamenává otáčení kola. Přechod od plného k prázdnému místu ozubeného kola, který musí představovat přítomnost nebo nepřítomnost zubů, stanovuje odpovídající změnu magnetického toku a vytváří indukční elektromagnetickou sílu na kolících snímače. Tento střídavý elektrický signál přichází do elektronické řídící jednotky. [7] Obr. 15 Impulzní kolo [7] Membránový brzdový válec Válec představuje komponent, který přenáší pracovní (brzdnou) sílu na mechanické zařízení brzdy během fáze brzdění. Jednotlivá provedení používaná při brzdném zásahu na vzduchem ovládaných brzdových třmenech, v závislosti na typu brzdové soustavy a použití, mají rozdílné charakteristiky. [7] 33

34 Obr. 16 Membránový brzdový válec [7] Kombinovaný brzdový válec Jedná se o brzdový válec, který přenáší pracovní (brzdnou) sílu na membránovou část mechanického zařízení brzdy během fáze vzduchotlakého provozního brzdění a na pružinovou část mechanického zařízení při parkovacím brzdění. Při poruše vozidla a bez dodávky stlačeného vzduchu je vůz zabrzděn, aby byl schopen odtahu. Tak je nutné brzdový válec odjistit pomocí šroubu, který je zapotřebí dostatečně vyšroubovat. [7] Obr. 17 Kombinovaný brzdový válec [7] 34

35 5 ODLEHČOVACÍ BRZDY Odlehčovací brzdy přeměňují bez opotřebení brzdnou energii na teplo. Pracují pouze za pohybu vozidla a pod určitou rychlostí se elektronicky vypnou. Slouží především k přibrzďování na dlouhých klesáních, tím je provozní brzda odlehčena a šetřena. Často se také používají jako normální zpomalovací brzdy při brzdění na rovině. 5.1 Druhy provedení odlehčovacích brzd Z hlediska provedení máme na trhu s nákladními vozidly a autobusy spoustu technických provedení a každý výrobce se snaží o co nejlepší účinnost odlehčovacích brzd. Při výběru vozidla musíme brát v úvahu použití vozidla a potenciální používání odlehčovacích brzd. Jednotlivé typy: výfukové brzdy, motorové brzdy, hydrodynamické retardéry, elektromagnetické retardéry Výfukové odlehčovací brzdy Výfukové brzdy patří k nejrozšířenějším a nejjednodušším odlehčovacím brzdám. Jedná se pouze o klapku ve výfukovém potrubí ovládanou pneumatickým ventilem a odstavení dávky paliva pomocí elektroniky. Princip je založen na zpomalování výfukových plynů proudících z válců motorů a tím se zpomalí výplach válce a přes klikové ústrojí a převodové ústrojí se přenese síla na hnací kola. Vytvořen je protitlak až 0,4 MPa proti pístu ve 4. fázi (výfuk). Výfukové odlehčovací brzdy nemají vysokou účinnost a jsou dodávány v základní výbavě. Šířka pásma brzdného výkonu samotného motoru je poměrně úzká, zatímco šířka pásma motorové brzdy je zřetelně širší. Zde pak závisí na ovlivnitelných parametrech, zejména počet ventilů na jednotlivý válec, tuhost výfukových ventilů, uspořádání klapky výfukové brzdy. Výfuková brzda není funkční, pokud není zařazen převodový stupeň. 35

36 Obr. 18 Srovnání poměrného brzdného výkonu (A) a poměrný brzdný výkon samotného motoru (B) [9] Obr. 19 Výfuková odlehčovací brzda [13] Motorové odlehčovací brzdy Motorové odlehčovací brzdy mají různá konstrukční řešení, většinou se změní časování motoru pomocí změny činnosti rozvodů nebo mechanické pootočení vačkové hřídele. Během komprese dochází k pootevření výfukového ventilu a upuštění vzduchu stlačovaného pístem do výfukového potrubí. V době, kdy je motorová brzda zapojena, 36

37 je do motoru přerušena dodávka paliva, takže místo expanze dochází v motoru ke vzniku podtlaku, čímž motor klade odpor a vozidlo brzdí. Aby motorová brzda fungovala, musí být zařazen některý rychlostní stupeň. Otevírání výfukového ventilu se většinou řeší speciálně upravenou konstrukcí ovládání výfukového ventilu. Úprava spočívá v tom, že na vačce výfukového ventilu je kromě hlavního nálitku ještě jeden menší, který umožňuje pootevření ventilu během komprese. Aby se ventil neotevíral i v době, kdy je motorová brzda vypnuta, je mezi vačkou a výfukovým ventilem vůle, která se při aktivaci motorové brzdy vymezí naplněním hydraulického zdvihátka tlakovým olejem. Brzdný výkon především závisí na objemu motoru, otáčkách motoru při brzdění, uspořádání ventilů a činnosti, brzdném účinku samotného motoru Hydrodynamické odlehčovací brzdy Kapalina je rotorem urychlována a odstředivou silou putuje na stator, kde se brzdí a opět se vrací k rotoru. Brzdná energie se přeměňuje v teplo třením v kapalině v uzavřeném prostoru. Hydrodynamická brzda je tvořena dvěma lopatkovými koly. Lopatková kola jsou skloněna pod úhlem 45 proti rovině procházející hřídelem a stojí vzájemně proti sobě. Statorem je pevně spojen se skříní brzdy a rotorem, který se otáčí a je spojen s výstupní hřídelí z převodového ústrojí. Hydraulický olej z převodového ústrojí, který je použit i na provoz retardéru, musí být odolný vůči velkému tepelnému namáhání. Kapalina se zahřívá a musí být chlazena přes olejový výměník. Brzdný účinek se dá měnit změnou tlaku (množství) hydraulického oleje v prostoru rotoru čerpadlem a regulačními ventily, které mají za úkol různé stupně plnění retardéru olejem. Výkon hydrodynamických retardérů není v závislosti na otáčkách klikového hřídele a momentálního převodového stupně. Brzdný moment retardéru je dle provedení Nm. Jelikož brzdný moment systému je vysoký, musí spolupracovat se systémem ABS, který zamezí zablokování hnacích kol. [2] 37

38 Obr. 20 Schéma hydrodynamického retardéru (s hydraulickým olejem) [14] Hydrodynamické odlehčovací brzdy (v chladícím okruhu) Hydrodynamické odlehčovací brzdy v chladícím okruhu pod obchodním názvem Aquatarder (MAN Pritarder) jsou ve své podstatě založeny na stejném principu jako hydrodynamický retardér olejový, ale s rozdílným médiem. Retardér pracuje na hydrodynamickém principu. Médiem je kapalina z chladícího okruhu vodila a proudí přes retardér. Výkon Aqautarderu na vozidle MAN D26 je 320 kw při 2500 min -1. Brzdný moment se pohybuje kolem 1450 Nm. Hmotnost zařízení je 30 kg. [14] Popis činnosti vodního retardéru Rotor čerpadla je spojen s klikovou hřídelí motoru. Brzdný moment je založen na předávání energie rotoru na stator. Přičemž energie se mění na teplo, které se převádí do chladícího okruhu motoru. Brzdný moment je přes hnací ústrojí předáván na hnanou nápravu vozidla. [11] 38

39 Obr. 21 Schéma chladícího okruhu s retardérem [14] Elektromagnetické odlehčovací brzdy Francouzský fyzik Foucault v polovině 18. století došel k následujícímu poznatku: jestliže se otáčí kovový plošný vodič v magnetickém poli, indukují se ve vodiči vířivé proudy. Tyto proudy působí proti pohybu (brzdí kotouč) a vzniká teplo, které se odvádí. Stejný efekt vzniká i tehdy, jestliže se kotouč neotáčí mezi póly magnetu, ale před nimi. Dva kotouče z magneticky měkkého materiálu se otáčejí v elektromagnetickém poli, vytvářeném cívkami, které jsou pravidelně rozmístěny na statoru mezi kotouči. Brzdný účinek závisí na otáčkách kotouče a intenzitě magnetického pole, reguluje se změnou velikosti elektrického proudu, který prochází vinutím cívek elektromagnetů a je odebírán z elektrické zdrojové soustavy vozidla. Regulace lze provést v několika stupních pro každou situaci. V závislosti na použití retardéru musí společně fungovat ABS/EBS, a by nedošlo k zablokování hnacích kol vozidla. Chlazení elektromagnetické vířivé brdy zajišťuje vzduch, který proudí radiálně mezi lopatkami rotorů. Umístnění na vozidle je zpravidla na spojovacím hřídeli. [12] 39

40 Obr. 22 Elektromagnetická vířivá brzda [12] Problémem elektromagnetických vířících brzd je vysoká hmotnost (dle řešení od kg). Dále také vysoké zahřívání při dlouhém souvislém brzdění. Dle konstrukce se brzdný moment pohybuje Nm. Výkon retardéru se pohybuje kolem 500 kw. Výhodou je, že výkon není závislý na otáčkách motoru a brzdný moment je kdykoliv k dispozici. Retardér funguje nad 5 km.h -1. Výhodou je nízká hlučnost při brzdění. Maximální otáčky retardéru jsou 3000 min -1. Montáž na vozidlo se provádí buď na přímo převodovku, nebo na rozvodovku. Příkladem je výrobek pod obchodním označením série FOCAL firmy TELMA. [12] Provedení FOCAL FOCAL je určen pro minibusy, dálkové autobusy s motorem vzadu nebo pro tahače s krátkým rozvorem. [12] Obr. 23 Typ FOCAL [12] 40

41 Provedení AXIAL U provedení AXIAL se retardér umístí na určité místo na hnací hřídel a tělo retardéru se upevní k rámu vozidla. Nebo je možná záměna za středové ložisko na hnací hřídel. [12] Obr. 24 Typ AXIAL [12] 5.2 Motorové brzdy dle výrobců nákladních vozidel Konstruktéři motorových jednotek vyvíjí motorové odlehčovací brzdy. Zaměřím se na motory vyšších výkonů a zdvihového objemu od 12 do 13 litrů. Na výkonu motorových brzd má značný podíl koncový převod, ten ovlivňuje brzdný moment přenášený na kola hnací. Koncový převod se obvykle pohybuje od 2,64 (dálková přeprava) až po 5,29 (vozidla na svoz komunálního odpadu). Motorové brzdy mají všeobecně vyšší výkon při vyšších otáčkách ( min -1 ). Výkony udávané výrobci nákladních vozidel jsou pouze informativní a neexistuje metodika na měření motorových brzd Technické řešení DAF MX Motor PACCAR MX 375 dosahuje brzdného výkonu od 200 kw při 1500 min -1 na 325 kw při 2100 min -1. Motorová brzda se aktivuje v několika stupních voličem pod volantem. Motorová brzda MX se skládá ze šesti stejných skříní integrovaných do sedla vahadla ventilu. 41

42 Popis činnosti motorové brzdy MX Je-li motorová brzda MX aktivována, přestane být vstřikováno palivo a na konci kompresního zdvihu se hydraulickým systémem mechanicky otevřou výfukové ventily. To znamená, že stlačený vzduch může unikat do výfukového systému, a proto během pracovního zdvihu tento tlak nepomáhá stlačit píst dolů. Při sání se pomocí turbodmychadla natlačí do válce co nejvíce vzduchu, který se následně stlačuje. Síla nutná ke stlačení vzduchu poskytuje brzdicí účinek motorové brzdy MX. Čím více je vzduch stlačený, tím větší je brzdicí účinek. Přivedením tlakového oleje do komory nad rozvodovou tyčku je způsobeno otevření výfukových ventilů, a přivedení většího množství vzduchu. [15] Obr. 25 Funkce ovládání motorové brzdy PACCAR MX [15] Technické řešení IVECO ITB Motor CURSOR 13 F3B je vybaven turbo kompresorovou motorovou brzdou IVECO TURBO BRAKE. Motorová brzda ITB není za příplatek a je součástí každého motoru CURSOR. Dosahovaný nejvyšší brzdný účinek je 305 kw v rozsahu min

43 Popis činnosti motorové brzdy ITB Ke konci komprese několik stupňů před dosažením horní úvratě, pootevře příslušné zařízení výfukové ventily, čímž odejde tlak z válce, který se v něm vytváří. Při chodu pístu do dolní úvratě na píst netlačí vratná síla, ale vytváří se podtlak. Tím dochází také k brzdnému účinku. V tomto případě se využívá brzdný moment, který nastává při fázi stlačení, ale s tím, že na píst vzápětí nezapůsobí vratná síla. Při chodu pístu do horní úvratě je natlačen vzduch z variabilního turbodmychadla (VGT), přetlak do válce pak je stlačován kompresně. Přetlak má hodnotu 0,13 MPa. Ovládání vahadla ventilů způsobuje dvojí vahadlo, které se po spuštění naplní olejem a způsobí otevření výfukových ventilů při kompresi. [7] Obr. 26 Jednotlivé fáze při zapnuté motorové brzdě [7] Obr. 27 Funkce ITB A) Vypnuto, B) Zapnuto [7] 43

44 Obr. 28 Průběh výkonu a točivého momentu motorové brzdy [7] Motorová brzda MAN EVB Motorová brzda motoru D26 (EVB - Exhaust Valve Brake) poskytuje brzdný výkon 290 kw při 2200 min Popis činnosti motorové brzdy EVB Dosáhnutím efektivního plnění válce je regulace protitlaku výfukových plynů pomocí brzdové klapky motoru ve výfukovém potrubí. Brzdová klapka motoru ovládaná tlakem vzduchu postupně uzavírá výfukové potrubí podle požadovaného brzdového výkonu a vytváří tak potřebný protitlak výfukových plynů pro válec. Řídicí jednotka vozidla zjišťuje aktuální protitlak prostřednictvím senzoru a pomocí proporčního ventilu zajišťuje příslušné nastavení tlaku na stavěcím válci. Při spuštění motorové brzdy dochází i k ovládání ventilů, za pomoci tlakového oleje je přivedeno nad ventilové vahadlo a tím se může dostat více vzduchu do spalovacího prostoru. Vlivem přetlaku ve výfukovém potrubí dojde k mírnému pootevření výfukových ventilů. V tomto okamžiku dojde ke vzniku vůle mezi vahadlem a dutou opěrkou, čímž se dutá opěrka vlivem tlaku oleje přivedeného kanálkem posune, až dosedne na čelo dříku výfukového ventilu. Ventil je pootevřen o 1,5 mm až 2 mm. Tento stav je 44

45 neměnný do doby, dokud se neotevře výfukový ventil působením vačky. Olej se v tomto okamžiku vypustí mezi pánví a vahadlem a dutá opěrka se vrátí do původní polohy proti pružince. [8] Obr. 29 Schéma ovládání výfukového ventilu na motoru D26 [8] Technické řešení MERCEDES TURBO BRAKE Mercedes TURBO BRAKE je založeno na konstantním škrcení vzduchu. Výkon motorové brzdy udávaný výrobcem je 320 kw při 2300 min Popis činnosti motorové brzdy TURBO BRAKE TURBO BRAKE se skládá z posuvného pouzdra, které se axiálně pohybuje uvnitř turbodmychadla. Při požadavku vysokého stupně brzdění motorem se posuvné pouzdro posouvá do kruhového kanálu vstupu turbíny (překrývá lopatky turbíny). To zmenšuje průtočný průřez a též úhel náběhu výfukového proudu plynů na turbínu. Výsledkem je zrychlení toku výfukových plynů a zvýšení otáček turbíny, což zvyšuje plnící tlak do motoru. [9] 45

46 Obr. 30 Mercedes TURBO-BRAKE s posuvným kroužkem [9] Motorová brzda Renault OptiBrake+ Výkon motorové brzdy Optibrake+ motoru D13C je 414 kw při 2300 min -1. Konstrukčně jde o systém kompresní brzdy a ventilu ve výfukovém sběrném potrubí Popis činnosti motorové brzdy OptiBrake+ Činnost motorové brzdy spočívá v připojení ještě jednoho vahadla a jednoho výstupku na vačce, který je uváděn do činnosti při spuštění motorové brzdy. Ovládání je zajištěno elektromagnetickým ventilem, který upravuje tlak v kozlíku vahadel (0,1 MPa systém vypnutý, 0,2 MPa systém zapnutý). Pokud je vůle na vahadle velká, dojde k otevření ventilů. Když je vůle nulová dojde, ke stisku vahadla, a tak otevření ventilů ve fázi sání v dolní úvrati. Ve výfukové sběrnici se nachází ventil, který uzavírá a zabraňuje odchodu spalin. Spaliny se při fázi sání v dolní úvrati vrací zpátky do válce, kde jsou znovu stlačeny. Po kompresi nastává dekomprese a tím částečné vyprázdnění válce. Tlak ve sběrnici spalin je tlakově regulován řídící jednotkou. [10] 46

47 Obr. 31 Dekomprese a zpětné sání výfukový plynů [10] Motorová brzda VOLVO VEB+ Výkon motorové brzdy VEB+ (Volvo Exhaust Brake) motoru D13C je 375 kw při 2300 min -1. Volvo používá i systém VEB+, který má menší výkon motorové brzdy oproti výkonům udávaným Optibrake Popis činnosti motorové brzdy VEB+ Motorová brzda se skládá ze dvou částí. První částí je regulátor tlaku ve výfuku (EPG). Druhá část je kompresní brzda, ovládaná výfukovými ventily přes pomocné vahadlo spínané přes tlak oleje. Když motor běží a tlak v hřídeli vahadel je nízký, na hydraulický píst nepůsobí žádná síla. Vůle výfukových ventilů je okolo 1 mm, ale protože jazýček pružiny drží vahadlo v kontaktu s třmenem ventilu, kladka je nad nízkými výstupky na vačce. Tyto nízké výstupky tudíž nemají žádný vliv na otevírání ventilů. Pokud je VEB+ aktivována, tlak oleje stlačí hydraulický pístek dolů a eliminuje vůli ventilů. Kladka vahadla se nyní dotýká výfukové vačky. Na části obr. 32 je stav, kdy malý výstupek na vačce zatlačí na kladku vahadla. Přestože je výstupek nízký, ventily otevře. Podobně rychlé pootevření ventilů následuje, když pod kladku vahadla přijde dekompresní výstupek. [13] 47

48 Obr. 32 Fáze činnosti VEB+ [13] 5.3 Hydrodynamické brzdy dle výrobců a vozidel Princip činnosti hydrodynamických brzd je ve své podstatě stejný jen se liší zabudováním retardéru k převodovému ústrojí podle konstrukce hřídelí a umístnění na vozidle. Pokud převodové ústrojí je v celku s retardérem je nazýváno intardérem. Hydrodynamická brzda může být umístěna na hnacím hřídeli vozidla (tzv. sekundární retardér), nebo může být umístěna přímo ve skříni převodovky (intardér). Výkon hydrodynamických retardérů je v nezávislosti na otáčkách klikového hřídele a momentálního převodového stupně. Brzdný moment retardéru je dle provedení N.m Hydrodynamická brzda VOITH VR Produkty firmy VOITH se vyznačují univerzálními typy hydrodynamických brzd, ale také typy přímo na určitá vozidla podle jednotlivých konstrukcí. Výrobní program se zaměřuje jak na vozidla nad 19 tun, tak také na střední nákladní vozidla a autobusy. Hydrodynamická brzda VOITH VR disponuje maximální brzdným momentem 4000 Nm při 1250 min -1. Maximální otáčky retardéru jsou 2500 min -1. Dávkování točivého momentu je možné v pěti stupních. Hmotnost zařízení je 85 kg včetně olejové náplně, která je od převodového oleje oddělena. Velikost náplně je 9 litrů. [14] 48