Введение
Задерживающие силы внутри двигателя, используемые для замедления транспортного средства. Торможение двигателем происходит, когда задерживающие силы внутри двигателя внутреннего сгорания используются для замедления автомобиля, в отличие от использования дополнительных внешних тормозных систем, таких как фрикционные или магнитные тормоза. Этот термин часто путают с другими видами торможения, в частности, с торможением выпуском сжатия или "торможением Джейка", которые используют другой принцип действия. Правила дорожного движения во многих странах предписывают грузовикам всегда двигаться с включенной передачей, что, в свою очередь, обеспечивает определенную степень торможения двигателем (вязкие потери в масле двигателя и воздухе, прокачиваемом через двигатель, а также потери на трение в стенках цилиндров и подшипниках) при отпущенной педали акселератора.
Engine braking occurs when the retarding forces within an internal combustion engine are used to slow down a motor vehicle, as opposed to using additional external braking mechanisms such as friction brakes or magnetic brakes. The term is often confused with several other types of braking, most notably compression release braking or "jake braking" which uses a different mechanism. Traffic regulations in many countries require trucks to always drive with an engaged gear, which in turn provides a certain amount of engine braking (viscous losses to the engine oil and air pumped through the engine and friction losses to the cylinder walls and bearings) when no accelerator pedal is applied.
Бензиновые двигатели
Термин "торможение двигателем" относится к эффекту торможения, возникающему в бензиновых двигателях при отпускании педали акселератора. Это приводит к прекращению подачи топлива и почти полному закрытию дроссельной заслонки, что значительно ограничивает принудительный поток воздуха, например, от турбокомпрессора. Это ограничение создает сильный вакуум во впускном коллекторе, против которого приходится работать цилиндрам, постепенно отбирая значительную часть потенциальной энергии системы и создавая основную часть эффекта торможения двигателем. Этот эффект вакуума во впускном коллекторе часто можно усилить понижением передачи, что заставляет более быстро вращающуюся трансмиссию взаимодействовать с двигателем. Торможение двигателем – эффективный способ контроля скорости при движении транспортного средства под уклон. Переключение на более низкую передачу в механической коробке передач или выбор режима "низкой передачи" в автоматической коробке передач снижает необходимость в многократном нажатии на педаль тормоза, уменьшая риск перегрева тормозов. Хотя часть тормозного усилия создается за счет трения в трансмиссии, оно незначительно по сравнению с эффектом вакуума во впускном коллекторе, вызванным ограничением воздушного потока. В автоматической коробке передач торможение двигателем часто спонтанно повышает обороты двигателя, вызывая резкое увеличение оборотов даже без нажатия на педаль акселератора.
Дизельные двигатели
Дизельные двигатели в легковых автомобилях обеспечивают незначительное торможение двигателем, поскольку они не оснащены дроссельной заслонкой и, следовательно, не могут создавать вакуум во впускном коллекторе. В большегрузных автомобилях двигатель часто используется для создания дополнительной тормозной силы, чтобы снизить нагрузку на штатную тормозную систему и предотвратить перегрев тормозов. В простейшем варианте это достигается с помощью заслонки-бабочки, перекрывающей поток выхлопных газов. Это устройство называется выхлопным тормозом и чаще всего встречается на старых грузовиках. Его эффективность ограничена, и более совершенные системы, описанные ниже, практически повсеместно используются в современных большегрузных автомобилях.
Тормоза снятия сжатия
Тормоз с выключением сжатия (также известный как тормоз Джейкобса или "тормоз джейк") – это тип тормоза, который чаще всего путают с настоящим торможением двигателем; он используется главным образом в больших дизельных грузовиках и работает путем открытия выпускных клапанов в верхней точке такта сжатия, благодаря чему большая часть энергии, накопленной в сжатом воздухе, не возвращается на коленчатый вал, а рассеивается в атмосферу. Это очень эффективный метод торможения, создающий значительную тормозную силу, которая существенно увеличивает ресурс фрикционных тормозов. Дизельный двигатель может развивать до 2000 л.с. тормозной мощности при 2100 об/мин. Обычно во время такта сжатия энергия используется, когда поднимающийся поршень сжимает воздух в цилиндре; сжатый воздух затем действует как сжатая пружина и толкает поршень обратно вниз. Однако при работе тормоза джейка сжатый воздух внезапно выпускается непосредственно перед началом движения поршня вниз. (Этот резкий выброс сжатого воздуха создает слышимые звуковые волны, подобные расширяющимся газам, вырывающимся из ствола огнестрельного оружия.) Потеряв энергию, накопленную в сжатом воздухе, отсутствует эффект "возврата", поэтому двигателю требуется затратить еще больше энергии для опускания поршня вниз. Этот тип тормоза производит экстремальный уровень шумового загрязнения, если на впускном коллекторе двигателя отсутствует глушитель, настолько громкий, что может нарушить покой в окружающей местности. По слухам, звук похож на отбойный молоток, однако его громкость в 10–20 раз превышает уровень звукового давления отбойного молотка (на 10–13 дБ выше). Многие города, муниципалитеты, штаты и провинции запретили использование неглушеных тормозов с выключением сжатия, которые обычно разрешены только на дорогах, удаленных от населенных пунктов. В Австралии в настоящее время тестируются камеры видеонаблюдения, автоматически фиксирующие тяжелые транспортные средства, использующие торможение с помощью компрессии.
Выхлопная тормозная система
Выхлопной тормоз работает, создавая сопротивление в выхлопной системе, подобно тому, как дроссельная заслонка создает сопротивление во впуске бензинового двигателя. Говоря простыми словами, он увеличивает противодавление выхлопных газов. Большинство таких тормозов представляют собой дроссельные заслонки, аналогичные дроссельной заслонке, установленные за турбокомпрессором, если он есть.
Двухтактные двигатели
Торможение двигателем в двухтактном двигателе с предварительной смесью может быть крайне вредным, поскольку смазка цилиндров и поршней подается в каждый цилиндр вместе с топливом. Следовательно, при торможении двигателем двигатель лишается не только топлива, но и смазки, что вызывает ускоренный износ. Многие старые двухтактные автомобили (Saab Automobile, Wartburg 353 и т. д.) были оснащены устройством свободного хода на трансмиссии, чтобы сделать торможение двигателем необязательным. Большинство двухтактных мотоциклетных двигателей, начиная с 1970-х годов, имеют систему смазки, осуществляемую масляным насосом, независимую от дроссельной заслонки и топливной системы, например, система Posi Force от Suzuki.
Электродвигатели
В электромобилях и гибридных транспортных средствах электродвигатели создают сопротивление при движении, рекуперируя энергию кинетического движения автомобиля, которая в противном случае была бы потеряна, и используя её для подзарядки бортового аккумулятора. В гибридных автомобилях двигатель переходит на электротягу для сброса избыточной энергии после полной зарядки аккумулятора.
Приложения
Как только педаль акселератора отпущена настолько, чтобы двигатель начал замедляться, вступает в действие торможение двигателем, при условии, что колеса остаются соединены с двигателем через трансмиссию. Проскальзывающее или разъединенное сцепление, или гидротрансформатор, разъединят колеса или поглотят энергию торможения. Сила торможения варьируется в зависимости от двигателя и выбранной передачи. Чем ниже передача, тем выше тормозной эффект из-за более высоких оборотов и передаваемого через трансмиссию крутящего момента (на более низких передачах двигатель выдает больший крутящий момент). Торможение двигателем снижает износ тормозов и помогает водителю сохранять контроль над автомобилем. Активное использование торможения двигателем путем переключения на пониженную передачу позволяет контролировать скорость при движении по очень крутым и длинным склонам, предотвращая перегрев или чрезмерный износ тормозов. Если оно применяется до использования тормозов, это сохраняет тормоза доступными для экстренной остановки. Желаемая скорость поддерживается за счет торможения двигателем, противодействующего гравитационному ускорению. Потенциальный износ трансмиссии, вызванный торможением двигателем, можно уменьшить, используя определенные техники. Выжимание сцепления при понижении передачи приводит к износу диска сцепления, поскольку он замедляет автомобиль, выполняя работу тормозных колодок или накладок. Точное согласование оборотов в той же ситуации минимизирует нагрузку на компоненты трансмиссии, позволяя торможению двигателем замедлять автомобиль. Неправильная техника торможения двигателем может привести к блокировке колес (также известной как блокировка при переключении), особенно на скользких поверхностях, из-за чрезмерного замедления. Как и при блокировке колес из-за слишком сильного торможения, автомобиль не восстановит сцепление с дорогой, пока колесам не позволят вращаться быстрее. Водитель может восстановить сцепление, переключившись на более высокую передачу или выжав сцепление на механической коробке передач. В гибридных электромобилях, таких как Toyota Prius, торможение двигателем имитируется программным обеспечением компьютера, чтобы соответствовать ощущениям от традиционной автоматической трансмиссии. Для длительных спусков режим "B" работает как пониженная передача, используя повышенные обороты двигателя внутреннего сгорания для рассеивания энергии и предотвращения перезаряда аккумулятора. Почти все электромобили и гибриды способны преобразовывать кинетическую энергию в электричество, то есть используют рекуперативное торможение, но поскольку двигатель внутреннего сгорания не используется для замедления автомобиля при рекуперативном торможении, это не то же самое, что торможение двигателем.
Ограничения
Торможение двигателем — общепринятая практика, позволяющая снизить износ фрикционных тормозов. Оно даже используется в некоторых видах автоспорта для уменьшения риска перегрева тормозной системы. Кроме того, двигатели с впрыском топлива обычно не расходуют топливо при торможении двигателем. Этот режим называется отключением подачи топлива при замедлении (DFCO). Хотя производство большинства карбюраторных двигателей прекращено, их все еще много в эксплуатации, и в этом случае торможение двигателем может быть невыгодным с точки зрения экономии топлива из-за отсутствия механизма DFCO. Затраты на потраченное топливо вполне могут превысить выигрыш от уменьшения износа тормозов.