MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Brno 2011 František VOJTA

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Zpomalovací brzdné systémy motorových vozidel Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. Ing. František Bauer, CSc. Vypracoval: František Vojta Brno 2011

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Zpomalovací brzdné systémy motorových vozidel 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 bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne podpis

PODĚKOVÁNÍ Děkuji panu Prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za metodické vedení a cenné rady, které mi během řešení moji bakalářské práce vždy ochotně poskytoval. Děkuji své rodině za podporu ve studiu.

ABSTRAKT Bakalářská práce analyzuje funkci a činnost zpomalovacích brzd, je rozdělena do třech částí, v kterých jsou popsány jednotlivé druhy. V první části je vytvořen přehled používaných zpomalovacích brzdných systémů, jejich konstrukce a popis jednotlivých částí brzd. Zde jsou typy zpomalovacích brzd přiřazeny k třídám nákladních vozidel, které je nejčastěji používají. Následuje funkční rozbor vybraných typů zpomalovacích brzd, vysvětlení principu činnosti a popis konkrétních zpomalovacích brzd používaných v současnosti. K lepšímu pochopení činnosti slouží vložené obrázky. Na závěr jsou vyjmenovány výhody a nevýhody vybraných brzd, doplněny grafickým znázorněním brzdové charakteristiky, je provedeno hodnocení vyplývající z vlastností hodnocené brzdy a možný vývoj do budoucna. Klíčová slova: elektromagnetická brzda, hydrodynamická brzda, zpomalovací brzdy ABSTRACT The thesis aims to present the function of retarder brakes. It is devided into three parts. Each part describes various types of retarders brakes. First part brings a table of systems of retarder brakes, its constuction and description of individual parts of brakes. It is followed by a list of categories of trucks and lorries together with types of brakes used the most for each case. The second part analyses the function of certain types of retarders brakes. Also there is explanation of function princip and description of types of retarder brakes used nowadays the most. There are pictures attached for better comprehension. Final part deals with advantages and disadvantages of certain brakes. These are amended by graphic presentation of brakes characteristic. In the end there is an evaluation with possible future system developement. Keywords: electromagnetic brake, brake hydrodynamic, retarder system

OBSAH 1 ÚVOD...7 2 CÍL PRÁCE...8 3 ZPOMALOVACÍ BRZDNÉ SYSTÉMY...9 3.1 Přehled zpomalovacích brzdných systémů...9 3.1.1 Motorové brzdy...10 3.1.2 Výfukové brzdy...11 3.1.3 Hydrodynamické brzdy...12 3.1.4 Elektromagnetické brzdy...13 3.2 Rozbor funkčních vlastností...14 3.2.1 Motorové brzdy...14 3.2.2 Výfukové brzdy...16 3.2.3 Hydrodynamické brzdy...18 3.2.4 Elektromagnetické brzdy...21 3.3 Hodnocení vybraných zpomalovacích brzd...22 3.3.1 Motorové brzdy...22 3.3.2 Výfukové brzdy...23 3.3.3 Hydrodynamické brzdy...24 3.3.4 Elektromagnetické brzdy...26 4 ZÁVĚR...28

1 ÚVOD Nákladní automobilová doprava zaujímá výrazný podíl z celkového objemu přepraveného materiálu. Silniční doprava je oproti železniční přizpůsobivější a snáze reaguje na požadavky trhu. Množství nákladních automobilů na silnicích se stále zvyšuje. Je nutné zajistit bezpečnost provozu, k tomu je potřeba kvalitních brzdných systémů. Brzdový systém je tvořen prvky, které jsou do vozidla montovány za účelem snižování rychlosti pohybujícího se vozidla nebo k jeho úplnému zastavení či zajištění již stojícího vozidla. Brzdění je zpravidla způsobeno úmyslně vyvolaným třením mezi rotujícími a pevnými částmi vozidla (např. mezi třecí částí bubnu a brzdovými čelistmi). Třením se pohybová energie mění v energii tepelnou [2]. Rozdělení brzdových soustav: provozní brzdy: soubor prvků umožňující snížit rychlost vozidla v průběhu normální jízdy nebo vozidlo zastavit, účinek provozních brzd musí být odstupňovatelný, nouzové brzdy: soubor prvků umožňující snížit rychlost vozidla nebo jej zastavit v případě selhání provozních brzd, účinek nouzových brzd musí být odstupňovatelný, parkovací brzdy: soubor prvků umožňující udržet stojící vozidlo i na svahu, zejména v nepřítomnosti řidiče, zpomalovací brzdy: soubor prvků umožňující ustálit nebo snížit rychlost vozidla, zejména při sjíždění dlouhých svahů [2]. Tato bakalářská práce je zaměřena na zpomalovací brzdné systémy motorových vozidel. Věnuje se jejich konstrukci, rozboru funkčních vlastností a porovnání výhod a nevýhod jednotlivých zpomalovacích systémů. 7

2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce bylo analyzování funkce a činnosti zpomalovacích brzdných systémů. Nejprve byly stručně popsány jednotlivé systémy zpomalovacích brzd používaných v současnosti u nákladních vozidel. Popis brzd byl zaměřen na konstrukci, umístění na vozidle a určení užitkové třídy automobilů u nichž se používají. Následuje provedení funkčního rozboru, který slouží mimo jiné k lepšímu pochopení činnosti a způsobu ovládání. Na závěr bylo vypracováno hodnocení na základě vlastností popisovaných brzd a srovnání různých druhů podle kritérií jako je účinnost, cena, konstrukční náročnost či složitost údržby. 8

3 ZPOMALOVACÍ BRZDNÉ SYSTÉMY Podle zákonných požadavků musí mít nákladní automobily a autobusy brzdové systémy doplněny zpomalovacími soustavami. Zpomalovací brzdy jsou zařízení sloužící ke snižování nebo udržování rychlosti jedoucího vozidla, především při sjíždění dlouhých svahů, čímž se zabrání přehřátí provozních brzd. Použitím zpomalovacích brzd se šetří brzdy provozní a udržují se v pohotovosti, to také vede ke zvýšení bezpečnosti. Tyto brzdy přeměňují pohybovou energii na teplo bez tření, pracují bez opotřebení. Zpomalovací brzdy slouží ke snížení rychlosti vozidla. Vozidlo nemusí zastavit ani udržet v klidu, nelze je tedy použít jako brzd parkovacích, ale jejich účinek by měl se zvyšující se rychlostí vzrůstat [2]. Druhy zpomalovacích brzd: motorová brzda brzdného účinku motoru je dosaženo změnou časování ventilového rozvodu, výfuková brzda využívá odporu stlačených plynů v uzavřeném prostoru působících na písty motoru, hydrodynamická brzda brzdění je způsobeno odporem kapaliny působící na vhodně uspořádané pevné a rotující součásti, elektromagnetická vířivá brzda brzdění je vyvoláno působením elektromagnetického pole na rotující kotouč [2]. 3.1 Přehled zpomalovacích brzdných systémů Zde uvádím přehled v současné době používaných zpomalovacích brzdných systémů nákladních vozidel. U jednotlivých brzd je popsána konstrukce, princip činnosti a základní vlastnosti. Dále je ke každého typu vložen obrázek s popisem. Funkční rozbor, výhody a nevýhody a celkové hodnocení je v následujících kapitolách. 9

3.1.1 Motorové brzdy Jedná se o hojně používaný typ zpomalovacích brzd u nákladních automobilů a autobusů. V praxi se nevyužívá samotné motorové brzdy, ale kombinuje se s brzdou výfukovou. Existují tři základní konstrukční řešení motorových brzd. Dvě jsou založeny na změně časování ventilového rozvodu, třetí je kombinace s výfukovou brzdou. První způsob vychází z nedostatečného otevření sacího ventilu, což umožní nasátí pouze omezeného množství vzduchu (škrcení přívodu vzduchu). Při kompresi takto omezeného množství vzduchu se nevytvoří dostatečně velký kompresní tlak, což vede ke zpomalování vozidla. Druhý způsob je založen na odpouštění stlačeného vzduchu z válce do výfukového potrubí při kompresi. Změnou časování je výfukový ventil při kompresním zdvihu pootevřen a stlačovaný vzduch uniká pryč z válce. Tím se zmaří tlaková energie, která by sloužila k pohonu vozidla. Tyto dva způsoby brzdění nedosahují dostatečného brzdného účinku a v praxi se prakticky nepoužívají. Obr. 3.1.1.1: Motorová brzda s výfukovou klapkou [3] 10

Třetí způsob využívá změny časování rozvodu a současné užití výfukové brzdy (obr.3.1.1.1). Použitím výfukové brzdy se zvyšuje účinek motorové brzdy. V praxi je tato kombinace rozšířená. Pomocí stlačeného vzduchu (3) je pootevřen výfukový ventil a současně uzavřena výfuková klapka (1). Pootevřením ventilu je snížen tlak ve válci, nahromaděné plyny v uzavřeném výfukovém potrubí se vracejí zpět do válce a působí na píst jako protitlak. Zavírání výfukového ventilu zajišťuje pružina (2). Dodávka paliva je po dobu funkce motorové brzdy přerušena. Motor, který pracuje naprázdno a ještě s velkým odporem stlačených plynů, zpomaluje vozidlo. 3.1.2 Výfukové brzdy Rozšířené zpomalovací brzdy především u starších vozidel nižší užitkové třídy nákladních automobilů. Z konstrukčního hlediska se jedná o jednoduchý mechanismus. Obr. 3.1.2.1: Princip výfukové brzdy [9] Výfuková brzda (obr. 3.1.2.1) je tvořena klapkou (3) nebo šoupátkem umístěným ve výfukovém potrubí (1). Při brzdění klapka (šoupátko) uzavře potrubí a tím zamezí odvádění výfukových plynů. Klapka je ovládána pomocí tlakového vzduchu přivedeného do pneumatického válce (2). Spaliny se hromadí ve výfukovém potrubí před klapkou a dochází k nárůstu tlaku. Motor musí pracovat s tímto odporem čímž je zpomalován. Při tomto způsobu brzdění je nutné mít zařazený převodový stupeň, aby 11

docházelo k přenosu brzdného momentu až na hnací kola. K dosažení maximálního brzdného účinku je nutné současně s uzavřením výfukového potrubí přerušit dodávku paliva. 3.1.3 Hydrodynamické brzdy Novější typ zpomalovacích brzd. Používá se u těžkých nákladních automobilů a tahačů. Hydrodynamické retardéry dosahují vysokého brzdného momentu už při nízkých rychlostech vozidla. HD retardéry umožňují plynulou regulaci brzdného účinku. Brzda (obr. 3.1.3.1) se skládá ze dvou lopatkových kol, jedno (stator) je pevně spojeno se skříní brzdy, druhé (rotor) se otáčí, rotor (3) je obvykle poháněn od spojovacího hřídele (2), pohon může být řešen pomocí ozubených kol (1). Lopatky obou kol jsou skloněny o 45 proti rovině procházející hřídelem a stojí vzájemně proti sobě [9]. Obr. 3.1.3.1: Princip hydrodynamického retardéru [1] Retardér (obr. 3.1.3.2) pracuje na principu víření kapaliny mezi rotorem (4) a statorem (1). Rotor je poháněn od hnacího hřídele (2), který je připojen (3) na kloubový hřídel. Kapalina je rotorem urychlována a vrhána na lopatky statoru, kde je brzděna. Pohybová energie se přeměňuje na teplo, které ohřívá kapalinu v tělese brzdy. Ohřátou kapalinu je nutné chladit v tepelném výměníku (5), ochlazená kapalina se vrací do olejové vany (7), odkud je znovu vpouštěna do brzdy [9]. 12

1 stator 2 hnací hřídel 3 připojení hnacího hřídele 4 rotor 5 tepelný výměník 6 odtok oleje 7 olejová vana Obr. 3.1.3.2: Hydrodynamický retardér Voith [3] 3.1.4 Elektromagnetické brzdy Rozšířené, moderní, účinné zpomalovací brzdy. Dosahují vysokých brzdných momentů, umožňují stupňovitě regulovat intenzitu brzdění. Jsou používány u nákladních vozidel střední a vyšší užitkové třídy i autobusů. V rotoru se při průchodu magnetickým polem indukují vířivé proudy (obr. 3.1.4.1), které působí proti smyslu otáčení a zpomalují rotor. Brzdný moment je přes kloubový hřídel přenášen na poháněná kola vozidla. Obr. 3.1.4.1: Princip vířivé brzdy 13

Elektromagnetický retardér (obr. 3.1.4.2) se skládá z rotoru (2) umístěného na hnacím hřídeli a statoru (3) pevně spojeného s rámem vozidla. Stator je osazen elektromagnetickými cívkami (1), které při průchodu elektrického proudu vytvářejí magnetické pole. Rotor je hnacím hřídelem poháněn a otáčí se v magnetickém poli. Obr. 3.1.4.2: Elektromagnetická vířivá brzda [9] 3.2 Rozbor funkčních vlastností U každého stroje nebo mechanismu je důležité znát princip funkce, ať z důvodu montáže, nastavení nebo seřizování, či k správnému provádění údržby. V případě opravy nám znalost funkce mechanismu usnadní identifikaci závady a můžeme zvolit správný způsob odstranění. Níže provedu rozbor funkčních vlastností vybraných typů zpomalovacích brzd. 3.2.1 Motorové brzdy Pracují se změnou časování ventilového rozvodu. Princip je založen na přerušení dodávky paliva vstřikovacím čerpadlem a odpouštění stlačovaného vzduchu z motoru. Výfukové potrubí je otevřené nebo může být uzavřeno pomocí výfukové klapky. Varianta s výfukovou brzdou dosahuje nejvyššího brzdného účinku, je nejrozšířenější. 14

Ve spojených státech amerických jsou zavedeny motorové brzdy nazývané J-Brake, které pomocí různých změn na rozvodu odpouštějí stlačený vzduch při kompresním zdvihu. MAN EVB Systém motorové brzdy firmy MAN nazvaný EVB (Exhaust Valve Brake). Kombinuje výfukovou a motorovou brzdu. Využívá stlačených plynů ve výfukovém potrubí a změnu časování rozvodu. Obr. 3.2.1.1: Motorová brzda MAN EVB [9] Tato brzda (obr. 3.2.1.1) využívá poznatku, že přetlak ve výfukovém potrubí, vzniklý při uzavření výfukové klapky, mírně pootevře výfukový ventil. Následkem toho vznikne mezi vahadlem (7) a dutou opěrkou (8) vůle, čímž se dutá opěrka (8) vlivem tlaku oleje posune a dosedne na čelo dříku výfukového ventilu v mezích dorazu (5). Tlakový olej je přiváděn kanálkem (9). Od okamžiku, kdy dutá opěrka dosedne na dřík ventilu, je ventil aretován v pootevřené poloze s vůlí v sedle ventilu asi 1,5 mm až 2 mm. Odpouštění oleje z kanálku (9) zpět do vahadla je znemožněno kuličkou (3) ve funkci zpětného ventilu, ventil tedy zůstává pootevřený a nemůže se uzavřít. 15

Odlehčovací kanálek je směrem k pánvi (2) uzavřen těsnící plochou mezi vahadlem (7) a pánví (2). Tento stav je neměnný dokud nedojde k otevření výfukového ventilu pomocí vačky. V tu chvíli se olej vypustí mezí pánví a vahadlem. Dutá opěrka se vrátí do původní polohy proti pružince (4). Po celou dobu provozu výfukové brzdy je přerušen přívod paliva [9]. Tento systém je sériově montován u nákladních vozidel MAN konstrukční řady TGA, dosahuje brzdného výkonu až 290 kw [10]. EVBec - jde o rozšíření systému EVB, umožňuje plynulé nastavení brzdného výkonu, který je rovnoměrněji rozložen v celém rozsahu otáček. 3.2.2 Výfukové brzdy Systém je založen na skutečnosti, že při uzavření výfukového potrubí dochází ke zvyšování tlaku spalin v uzavřené části potrubí. Při otevření výfukového ventilu se tyto nahromaděné spaliny vlivem přetlaku vracejí do válce a působí tak na píst proti směru jeho pohybu, tím vytvářejí motoru odpor který musí překonávat a motor se zpomaluje. Pokud je výfuková brzda v činnosti je přerušena doprava paliva od vstřikovacího čerpadla z důvodu zajištění brzdného účinku. Volvo VEB Společnost Volvo používá ve svých vozidlech motorovou brzdu vlastní konstrukce nazvanou Volvo VEB (Volvo Engine Brake). Tato brzda je vlastně kombinací výfukové a motorové brzdy. Využívá stlačených plynů ve výfukovém potrubí a změny časování ventilů. Obr. 3.2.2.1: Výfuková brzda Volvo VEB začátek komprese [12] 16

Při aktivaci této brzdy je pomocí pneumaticky ovládané klapky uzavřeno výfukové potrubí, v důsledku toho dochází k narůstání tlaku výfukových plynů v potrubí. K brzdění jsou využívány dva zdvihy pístu během jednoho cyklu čtyřdobého motoru. Při výfukovém zdvihu dojde při otevření výfukového ventilu k působení stlačených plynů z výfukového potrubí proti směru pohybu pístu, tím je motor zpomalován a dochází k brzdění vozidla. Na začátku kompresního zdvihu je na krátkou dobu otevřen výfukový ventil, do válce pronikne vysoký tlak z potrubí, motor pracuje s vyšším tlakem a kliková hřídel je brzděna (obr.3.2.2.1). Výfukový ventil je znovu otevřen před dokončením kompresního zdvihu, tím jsou uvolněny stlačené plyny a dochází k zmaření energie, která by sloužila k pohonu vozidla (obr. 3.2.2.2). Otevírání výfukových ventilů při kompresi je pomocí hydraulických pístů. Tlakový olej je přiveden na píst, ten přes vahadlo působí na výfukový ventil a způsobí otevření ventilu. Systém Volvo VEB dosahuje při použití na motoru Volvo D16C (380-500 koní) brzdného výkonu 380 kw při otáčkách 2200 minˉ [12]. Obr. 3.2.2.2: Výfuková brzda Volvo VEB konec komprese [12] VEB+ - poskytuje rovnoměrný brzdný výkon v celém rozsahu otáček bez poklesu účinku. Při použití s motorem Volvo D16G dosahuje brzdného v 425kW [13]. Výfuková klapka ovládaná tlakem vzduchu postupně uzavírá výfukové potrubí podle požadovaného brzdného výkonu a vytváří tak potřebný protitlak výfukových plynů. Tímto způsobem je možné docílit plynulého nástupu brzdného účinku bez trhání. 17

3.2.3 Hydrodynamické brzdy Hydrodynamické (kapalinové) retardéry přeměňují mechanickou energii hnacího hřídele na pohybovou energii kapaliny (obr. 3.2.3.1). Kapalina působením na stator přeměňuje pohybovou energii na tepelnou. Jako pracovní kapalina se nejčastěji používá hydraulický olej. Obr. 3.2.3.1: Proudění oleje v kapalinovém retardéru Retardér se skládá z těchto hlavních částí: skříň brzdy, rotor, stator, olejová náplň, čerpadlo, regulační ventily, nádrž na olej, výměník tepla. Kapalinový retardér pracuje na stejném principu jako hydrodynamická spojka s tím rozdílem, že stator retardéru je pevně spojen se skříní na rozdíl od pohyblivého turbínového kola HD spojky. Hydrodynamické brzdy se vyrábí pro volnou montáž do kloubového hřídele (sekundární retardér), pro přímou montáž na převodovku, nebo mohou být integrovány do převodovky (intardér) [3]. Uvnitř uzavřené skříně (obr. 3.2.3.2) jsou umístěna lopatková kola, rotor (4) a stator (1), na kolech jsou lopatky skloněné o 45 proti rovině procházející hřídelem a stojí vzájemně proti sobě. Stator je nepohyblivý, je pevně spojen se skříní brzdy. Rotor je uložen na hnacím hřídeli (2) a přijímá od něj rotační pohyb. Při brzdění je do skříně vpouštěn hydraulický olej, ten je rotorem unášen, urychlován a vrhán na lopatky statoru, kde je brzděn. Zbrzděný olej je znovu nabírán rotorem, ale způsobuje mu odpor a tím je rotor zpomalován. Pomocí připojovací příruby (3) je brzda spojena s kloubovým hřídelem. Zpomalení rotoru je přes kloubový hřídel přenášeno na kola a dochází k brzdění vozidla. 18

Obr. 3.2.3.2: Hydrodynamická brzda [3] Při přeměně pohybové energie vzniká velké množství tepla, které je nutné odvádět kvůli tepelnému namáhání oleje. Teplo je z brzdy odváděno pomocí oleje do tepelného výměníku (5). Ochlazený olej se vrací zpět a ochlazuje i ostatní části retardéru. Obr. 3.2.3.3: Chladící okruh hydrodynamické brzdy Olej retardéru je oddělen od oleje v převodovce, chladí se ve výměníku tepla, olejchladící kapalina. Okruh chlazení je společný s chladící soustavou motoru (obr. 3.2.3.3), tato soustava je limitující pro výkon retardéru. Účinek brzdy je regulovatelný v několika stupních, chod plynulý a bez rázů. Ovládací páka, kterou řidič nastaví účinek brzdy, je umístěna na přístrojové desce. Regulace brzdného účinku se provádí změnou tlaku oleje v rotoru. Čerpadlo a regulační ventily umožňují různé stupně plnění retardéru olejem. 19

Hydrodynamické brzdy vytváří velký brzdný moment. Retardér Voith D 854.5 při čtvrtém stupni brzdí vozidlo momentem 2000 Nm, při otáčkách 2500 minˉ a vstupním momentu 1100 Nm, hmotnost tohoto retardéru je 300 kg [14]. Kapalinový retardér může být součástí polosamočinné nebo samočinné převodovky (tzv. primární retardér) (obr. 3.2.3.4). V tomto případě bývá umístěn převážně mezi HD měničem a planetovou převodovkou. Díky tomuto uspořádání je pro všechny rychlostní stupně k dispozici plný brzdný účinek bez přerušení [3]. Obr. 3.2.3.4: Samočinná převodovka ZF se zabudovaným HD retardérem [3] Výkon retardéru je řízen změnou tlaku oleje v rotoru. Čerpadlo vytváří tlak oleje, který je měněn pomocí regulačních ventilů. Součástí je také čistič oleje, vypouštěcí ventil a výměník tepla umístěný mimo převodovku. Pokud není retardér v činnosti je olej odčerpán do nádrže. Úplné odčerpání oleje je důležité pro minimalizování ztrát retardéru během normálního provozu. Správná činnost systému ABS je podmíněna rychlostí odčerpání oleje z retardéru při skluzu kol brzděného vozidla. Retardér musí vypnout do 0,2 s od skluzu kol (řízeno elektronicky) [9]. Řidič může ovládat retardér páčkou na přístrojové desce nebo prostřednictvím brzdového pedálu. 20

3.2.4 Elektromagnetické brzdy V 19. století objevil francouzský fyzik Foucault následující jev: Otáčí-li se kovový kotouč v magnetickém poli, indukují se v kotouči vířivé proudy. Tyto proudy působí proti pohybu (brzdí kotouč) a vytvářejí teplo. Stejný efekt vzniká i tehdy, jestliže se kotouč neotáčí mezi póly magnetu, ale před nimi [9]. Obr. 3.2.4.1: Princip vířivé brzdy [9] Na tomto principu pracují elektromagnetické vířivé retardéry. Brzdný účinek je závislý na intenzitě magnetického pole a otáčkách kotouče. Elektromagnetické pole je vytvářeno přivedením elektrického proudu do cívek (obr. 3.2.4.1), ty jsou pravidelně rozmístěny na statoru. Rotor se v tomto poli otáčí a indukují se v něm vířivé proudy, ty působí proti směru otáčení a rotor je brzděn. Vířivé proudy zanikají a mění se na teplo, tím dochází k silnému zahřívání rotoru. Chlazení je zajištěno vzduchem vháněným k tomu určenými lopatkami na rotoru. Rotor se vyrábí z magneticky měkké oceli, je tvořen jedním nebo více kotouči, nejčastěji dvěma, mezi nimiž jsou na statoru umístěny cívky. Regulace se provádí změnou velikosti elektrického proudu procházejícího cívkami elektromagnetů, nebo spínáním různého počtu dvojic elektromagnetických cívek. Proud je dodáván z elektrické soustavy vozidla (alternátor, akumulátor), která musí být dostatečně dimenzována. Řidič může intenzitu brzdění regulovat v několika stupních pomocí páčky na přístrojové desce nebo brzdového pedálu. 21

Retardér bývá umístěn na spojovacím kloubovém hřídeli, případně je uchycen na převodovce. Elektromagnetický retardér může pokrýt až 85 % z celkového brzdění. Dosahuje velkého brzdného momentu např. elektrická brzda Telma (typ FN83 30) 3300Nm [11]. TELMA Francouzský výrobce elektromagnetických retardérů. V Evropě jsou retardéry této firmy nejpoužívanější. Ve svých vozidlech je využívají výrobci autobusů (např. Karosa řady 900) i nákladních automobilů. Rotor retardérů Telma je složen ze dvou kotoučů rotujících vedle statoru. Řízení brzdného momentu je možné pomocí manuálně ovládané páčky pod volantem. Účinek se mění změnou velikosti procházejícího proudu v cívkách, lze volit ze čtyř stupňů brzdění. Retardéry jsou chlazeny vzduchem proudícím radiálně mezi lopatkami rotorů. Výrobce nabízí dvě řady retardérů, řada Axial je určena pro vozidla s velkým rozvorem a řada Focal pro vozidla s krátkým rozvorem. 3.3 Hodnocení vybraných zpomalovacích brzd V této kapitole se zaměřím na hodnocení zpomalovacích brzd. U jednotlivých druhů brzd vždy nejdřív uvedu u jakých vozidel se používá. Následně vypíši výhody a nevýhody z hlediska ceny, konstrukce, brzdného výkonu, regulace, tepelného namáhání, údržby a oprav, montáže, hlučnosti, velikosti a hmotnosti. Na závěr provedu celkové zhodnocení vyplývající z výčtu vlastností a možný vývoj do budoucna. 3.3.1 Motorové brzdy Jsou používány především u vozidel nižší užitkové třídy nákladních vozidel. Díky novým řešením a kombinováním s výfukovou brzdou (např. MAN EVB) dosahují lepší účinnosti. Proto se opět začínají prosazovat a některými výrobci jsou více používány. Velkou výhodou této zpomalovací brzdy je cena, která je nižší než u elektromagnetických a hydrodynamických retardérů. Brzda nevyžaduje téměř žádnou údržbu. Nízká hmotnost a malá rozměrnost také paří mezi výhody. Brzda nemá žádné 22

chlazení, které by zvyšovalo konstrukční náročnost, cenu i nároky na údržbu. Nevýhodou této brzdy je, přes jednoduchost principu její činnosti, zvýšení konstrukční složitosti ventilového rozvodu. S tím souvisí náročnost případných oprav, z důvodu umístění ovládacích prvků v již tak dost složité hlavě motoru. K opravám je nutné odborných kvalifikovaných znalostí, nebo celková výměna za nový kus. Další nevýhodou je absence regulování brzdného účinku, brzda má pouze dvě pracovní polohy a to zapnuto a vypnuto, při zapnutí dojde k trhnutí vozidlem způsobeným účinkem plného brzdného výkonu bez plynulého nástupu. Při provozu je brzda hlučná, vydává typický zvuk těchto brzd, podobný zvuku výfukové brzdy. Z výčtu výhod a nevýhod motorové brzdy zjistíme, že ve srovnání s brzdou výfukovou má více nevýhod, způsobených složitější konstrukcí. Velikost brzdného účinku je především pro menší nákladní automobily dostačující což společně s nízkou hmotností a cenou vede k jejímu užívání u těchto vozidel. 3.3.2 Výfukové brzdy Rozšířenost výfukové zpomalovací brzdy ukazuje na její funkčnost a spokojenost uživatelů s provozem. Je používána u vozidel nákladních i autobusů. Nejvíce je využívána u vozidel nižší užitkové třídy např. Iveco, MAN, Mercedes. Obr. 3.3.2.1: Výfuková brzda Velkou roli jistě hraje cena, která je nižší než u jiných druhů zpomalovacích systémů. To je způsobeno velmi jednoduchou konstrukcí. Brzda se skládá pouze z 23

klapky nebo šoupátka a jednoduchého ovládacího zařízení ve formě vzduchového válce. Na výrobu se nespotřebuje mnoho materiálu ani není nutné používat materiály drahé, které by cenu zvyšovaly. Údržba, která je nenáročná a jednoduchá, patří k výhodám stejně jako případné opravy, jež jsou díky konstrukční jednoduchosti snadno proveditelné. V případě nutnosti výměny výfukové brzdy je díky rozebiratelnému spojení zajištěna snadná demontáž a montáž, pokud je brzda součástí výfukového potrubí provede se výměna celého kusu. Dalšími výhodami jsou malá hmotnost brzdy a její rozměry, brzda nezabírá téměř žádné místo, klapka je uvnitř potrubí a ovládací válec v jeho těsné blízkosti, kde ničemu nepřekáží. Hlavní nevýhodou výfukové brzdy je nemožnost regulování brzdného účinku, brzda je buď zapnuta, nebo vypnuta. Je nutné zajistit, aby byla brzda dostatečně odolná vysokým teplotám jímž je vystavena kontaktem s horkými spalinami Při provozu je brzda dosti hlučná, což může také patřit mezi nevýhody. Brzdný účinek není tak velký jako u jiných zpomalovacích brzd, ale při spojení výfukové a motorové brzdy, jež je velice používané (např. Volvo VEB), dosahuje brzdný účinek srovnatelných hodnot s elektromagnetickými či hydrodynamickými retardéry [12]. Z výše uvedeného vyvozuji, že výhody této brzdy převažují nad nevýhodami a výfuková brzda je vhodným zpomalovacím brzdným systémem pro nákladní vozidla nižších užitkových tříd. To pravděpodobně dosvědčuje i rozšířenost těchto brzd. 3.3.3 Hydrodynamické brzdy Používají se u vyšší užitkové třídy nákladních vozidel, tahačů (např.: MAN, Volvo, Renault), i autobusů (např.: Mercedes-Benz, Neoplan, Sor). Mohou být zabudovány v převodovce, nebo se montují na kloubový hřídel. Výhodou je velký brzdný moment (obr. 3.3.3.1), kterého tento retardér dosahuje, což dokazuje i jeho užívání u těžkých vozidel. Brzdný účinek není závislý na teplotě. Dalším kladem je možnost plynulé regulace intenzity brzdění bez nepříjemného trhání pomocí několika polohového přepínače pod volantem (obr. 3.3.3.2). Do výhod brzdy patří údržba spočívající v udržování čistoty oleje. Při provozu brzda nevydává hluk. 24

Obr. 3.3.3.1 Charakteristika HD retardéru [3] Největší nevýhodou je složitost konstrukce. Součástí hydrodynamické brzdy musí být nádrž na olej, filtrace a chladící okruh s tepelným výměníkem. Chladící soustava motoru musí být dostatečně dimenzována i pro chlazení retardéru. Složitost konstrukce se odráží i v ceně, která je vyšší než u elektromagnetického retardéru, a náročnosti oprav u této brzdy. Dalšími nevýhodami jsou velká hmotnost a rozměry, s tím související komplikovanější montáž/demontáž při opravách nebo výměně. Obr. 3.3.3.2 Ovládání hydrodynamického retardéru [3] Hydrodynamická brzda má hodně výhod, ale především složitost konstrukce vytváří poměrně významné nevýhody. Přesto však výhody převažují a tento retardér je hodně používán. 25

3.3.4 Elektromagnetické brzdy Moderní zpomalovací brzdný systém. Používá se u těžkých vozidel díky svému vysokému brzdnému výkonu. Největšími přednostmi této brzdy je veliký brzdný moment, možnost regulace účinku změnou velikosti proudu v několika stupních (obr. 3.3.4.1) a snadná údržba, která spočívá ve vizuální kontrole vniknutí cizích předmětů mezi jednotlivé části brzdy v případě, že brzda není chráněna krytem. Výhodou je jednoduchá konstrukce, díky ní není potřeba chladící okruh jako u hydrodynamického retardéru. Kladem je také hlučnost brzdy, při provozu nevydává téměř žádný hluk. Konstrukce umožňuje dodatečnou montáž retardéru, dobrý přístup přispívá k provádění oprav či výměny. Hlavní nevýhoda této brzdy je silné ohřívání rotoru a s tím související pokles účinku při dlouhém brzdění a nedostatečném chlazení. Je nutné mít dostatečně dimenzovanou elektrickou soustavu vozidla, na níž klade brzda vysoké nároky. Vysoká hmotnost brzdy (až 300 kg) snižuje užitečnou hmotnost vozidla. Mezi nevýhody patří i cena této brzdy. Obr. 3.3.4.1: Stupně intenzity brzdění [3] 26

Tato brzda má mnoho výhod, které přispívají k její rozšířenosti. Pokud by se podařilo odstranit největší nevýhody, to znamená snížit hmotnost a zajistit chlazení, které by udržovalo brzdný účinek na maximální hodnotě i při dlouhodobém brzdění, mohla by se elektromagnetická vířivá brzda stát ideálním zpomalovacím systémem. 27

4 ZÁVĚR Požadavky na zpomalovací brzdy stále rostou. Jsou vyvíjeny nové, lepší a účinnější systémy, které díky svým vlastnostem dosahují lepších výsledků, spolehlivosti a komfortu brzdění. Zpomalovací brzdné systémy přispívají ke zvyšování bezpečnosti dopravy tím, že provozní brzdy jsou i při dlouhém klesání schopny vyvinout maximální brzdný účinek. Používání zpomalovacích brzd zlepšuje i ekonomiku provozu, protože provozní brzdy se méně opotřebovávají. Elektromagnetické a hydrodynamické retardéry umožňují regulování brzdného účinku a dosahují vysokého brzdného momentu, pro který jsou používány na těžkých nákladních vozidlech. 28

POUŽITÁ LITERATURA [1] VLK, F. Automobilová elektronika 2 : Systémy řízení podvozku a komfortní systémy. 1. Brno : František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 2006. 308 s. ISBN 80-239- 7062-3. [2] VLK, F. Automobilová technická příručka. 1. Brno : František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 2003. 791 s. ISBN 80-238-9681-4. [3] VLK, F. Dynamika motorových vozidel : Jízdní odpory, Hnací charakteristika, Brzdění, Odpružení, Řízení, Ovladatelnost, Stabilita. 2. Brno : František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 2003. 432 s. ISBN 80-238-5273-6. [4] VLK, F. Koncepce motorových vozidel : Koncepce vozidel, alternativní pohony, komfortní systémy, řízení dynamiky, informační systémy. 1. Brno : František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 2000. 367 s. ISBN 80-238-5276-0. [5] VLK, F. Podvozky motorových vozidel. 2. Brno : František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 2003. 392 s. ISBN 80-239-0026-9. [6] VLK, F. Úlohy z dynamiky motorových vozidel : Jízdní odpory, Hnací charakteristika, Brzdění, Odpružení, Řízení, Ovladatelnost, Stabilita. 1. Brno : František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 2001. 221 s. ISBN 80-238-6574-9. [7] BAUER, F; SEDLÁK, P; ŠMERDA, P. Traktory. 1. Praha : Profi Press, 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0. [8] MOTEJL, V; HOŘEJŠ, K. Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. 3. [s.l.] : Littera, 2004. 610 s. ISBN 80-85763-24-9. [9] ŽĎÁNSKÝ, B. Automobily 1 : Podvozky. 2. Brno : Avid, 2001. 211 s. [10] MAN [online]. 2011 [cit. 2011-04-24]. Www.man-mn.cz. Dostupné z WWW: <www.manmn.cz/cz/nkladn_automobil/produktdetails/unused_man_brakematic.jsp? openaspopup=true>. [11] Telma [online]. 2011 [cit. 2011-04-12]. Www.telma.com. Dostupné z WWW: <www.telma.com/fr/brochures/index.php>. [12] VOLVO TRUCKS MAGAZINE [online]. 2011 [cit. 2011-04-16]. Http://magazine.volvotrucks.com. Dostupné z WWW: <http://magazine.volvotrucks.com/global/articles/international/2004/12/volvo- Engine-Brake-handles-downhill-driving/Volvo-Engine-Brake-handles-downhilldriving/>. 29

[13] VOLVO TRUCKS Czech Republic [online]. 2011 [cit. 2011-04-24]. Www.volvotrucks.com. Dostupné z WWW: <http://www.volvotrucks.com/trucks/czech-market/cs-cz/trucks/volvo- FH16/Chassis/Pages/Brakes.aspx>. [14] VOITH [online]. 2011 [cit. 2011-04-25]. Www.voithturbo.de. Dostupné z WWW: <www.voithturbo.de/vt_en_paa_road_auttr_prod_diwa5_ technicaldata.htm>. 30

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 3.1.1.1: Motorová brzda s výfukovou klapkou 10 Obr. 3.1.2.1: Princip výfukové brzdy 11 Obr. 3.1.3.1: Princip hydrodynamického retardéru 12 Obr. 3.1.3.2: Hydrodynamický retardér Voith 13 Obr. 3.1.4.1: Princip vířivé brzdy 13 Obr. 3.1.4.2: Elektromagnetická vířivá brzda 14 Obr. 3.2.1.1: Motorová brzda MAN EVB 15 Obr. 3.2.2.1: Výfuková brzda Volvo VEB začátek komprese 16 Obr. 3.2.2.2: Výfuková brzda Volvo VEB konec komprese 17 Obr. 3.2.3.1: Proudění oleje v kapalinovém retardéru 18 Obr. 3.2.3.2: Hydrodynamická brzda 19 Obr. 3.2.3.3: Chladící okruh hydrodynamické brzdy 19 Obr. 3.2.3.4: Samočinná převodovka ZF se zabudovaným HD retardérem 20 Obr. 3.2.4.1: Princip vířivé brzdy 21 Obr. 3.3.2.1: Výfuková brzda 23 Obr. 3.3.3.1: Charakteristika HD retardéru 25 Obr. 3.3.3.2: Ovládání hydrodynamického retardéru 25 Obr. 3.3.4.1: Stupně intenzity brzdění 26 31