Obecnie eksploatowane pojazdy – w porównaniu do swoich poprzedników sprzed kilkudziesięciu lat – posiadają jednostki napędowe o większych mocach, pozwalające na transport dużej ilości ładunków przy znacznych prędkościach przewozowych. Przewóz dużych, często kilkudziesięciotonowych ładunków powoduje większe obciążenia hamulców w tych samochodach.

Jak wspomniano w poprzednim artykule, wszystkie obecnie i dawniej użytkowane zwalniacze (zwane również retarderami) podzielić można na cztery podstawowe grupy:
- hamulce silnikowe,
- hamulce cierne,
- zwalniacze elektromagnetyczne,
- zwalniacze hydrokinetyczne.
Zwalniacze wyhamowują pojazd poprzez oddziaływanie na elementy jego układu napędowego. Zwalniaczem może być sam silnik pojazdu, co często możemy zaobserwować w starszych, ale ciągle obecnych na naszych drogach konstrukcjach lub zwalniacz może być odrębnym urządzeniem. Stąd też retarder może być umieszczony w różnych miejscach pojazdu. Na rysunku 1 pokazany jest schemat układu napędowego, w którym zwalniacz jest przymocowany do skrzyni biegów i wyhamowuje wał napędowy. Zwalniacz przy skrzyni biegów może oddziaływać na wał napędowy za pośrednictwem przekładni zwiększającej prędkość obrotową wirnika (rys. 2). Rozwiązanie to dotyczy wyłącznie zwalniaczy hydrokinetycznych.

Rys. 1

Rys. 2

Możliwe jest również zamocowanie retardera do ramy pojazdu w miejscu łożyska podporowego wału napędowego (rys. 3) lub do obudowy mostu napędowego (rys. 4), gdzie działa on na wałek atakujący przekładni głównej.

Rys. 3

Rys. 4

Oprócz zwalniaczy przedstawionych powyżej, a będących odrębnymi zespołami, występują również zwalniacze zintegrowane konstrukcyjnie wewnątrz automatycznych skrzyń biegów (rys. 5) oraz wewnątrz zespołów hydrokinetycznych przeznaczonych do współpracy z mechanicznymi skrzyniami biegów (rys. 6).

Rys. 5

Rys. 6

Są to rozwiązania nowoczesne występujące w większości produkowanych obecnie samochodów ciężarowych i autobusów. Starsze pojazdy nie są niestety wyposażone w te urządzenia. Ze względu jednak na potrzebę długotrwałego hamowania zastosowano w nich hamulce silnikowe. W hamulcach silnikowych wykorzystuje się zjawisko wewnętrznych oporów silnika, spowodowane tarciem części ruchomych i efektem pompowania, jak również stworzono sztuczne warunki, powodujące, że praca silnika zamienia się w pracę sprężarki. Najprostszym sposobem uzyskania efektu ciągłego hamowania jest zamknięcie przepustnicy w układzie zasilania silnika. Źródłem siły hamowania są wówczas opory tarcia części ruchomych i straty wewnętrzne, uwidocznione na wykresie pracy silnika (rys. 7), które wynikają z różnicy przebiegu krzywych sprężania i rozprężania oraz zasysania i wydechu.

Rys. 7

Niewielki wzrost sił podczas hamowania silnikiem można uzyskać przez wyłączenie zapłonu lub dopływu paliwa, ale sposób ten, ze względu na małą skuteczność i potrzebę wykonywania dodatkowych czynności w czasie hamowania pojazdu, nie powinien być stosowany. Znaczne zwiększenie skuteczności hamowania silnikiem można uzyskać przez włączanie niższych biegów (przełożeń) w skrzyni przekładniowej. Dzięki wykorzystaniu przełożeń, pojazd hamowany silnikiem może zjeżdżać ze stałą prędkością, bez użycia hamulców zasadniczych, przy włączonym biegu bezpośrednim z pochyłości 3…5 %, a przy włączonym pierwszym biegu nawet z pochyłości kilkunastoprocentowej. Wzrost wartości siły hamowania powoduje jednak w tym ostatnim przypadku zmniejszenie szybkości jazdy, ponieważ ze względów bezpieczeństwa nie można dopuszczać do nadmiernego wzrostu obrotów silnika na poszczególnych biegach. Włączanie niskich biegów, w celu zwiększenia ograniczonej wartości momentu hamującego, powoduje znaczne zaniżanie średniej prędkości podróżnej na drogach górskich, a więc zmniejszenie rentowności eksploatacji pojazdów ciężarowych. Dodatkowo, wolno jadący samochód o znacznych wymiarach gabarytowych stwarza dużą przeszkodę dla ruchu innych pojazdów, tym bardziej, że wyprzedzanie na przeważnie krętych drogach górskich jest bardzo niebezpieczne. Inną trudność stanowi włączanie niższych biegów podczas hamowania silnikiem, zwłaszcza w samochodach, w których skrzynia biegów nie jest synchronizowana (całkowicie lub częściowo). Jeżeli do tego doda się występowanie ujemnego zjawiska przepompowywania oleju z miski olejowej do komory spalania i – wspomnianej uprzednio – możliwości łatwego przekraczania znamionowej prędkości obrotowej wału korbowego silnika, to staje się oczywiste, że hamowanie silnikiem może być skutecznie stosowane tylko w ograniczonym zakresie. Hamowanie silnikiem jest niemożliwe w przypadku samochodów wyposażonych w skrzynie biegów z przekładniami hydrokinetycznymi. Spowodowane jest to faktem, że przekładnie tego typu mają niską odwracalność. Aby umożliwić hamowanie silnikiem, przekładnie wyposaża się w dodatkowe sprzęgło jednokierunkowe (wolne koło). Jest ono umieszczone pomiędzy wałem wejściowym i wałem wyjściowym (między wirnikiem pompy i turbiny) przekładni, co przedstawiono na rys. 8.

Rys. 8

Wolne koło nie pozwala wówczas na osiąganie większych prędkości przez wał wyjściowy w stosunku do wału wejściowego i w zakresie napędu odwróconego przekładnia hydrokinetyczna pracuje w takim przypadku jak sztywny wał (czyli z poślizgiem względnym równym zero). Zapewnia to takie same warunki hamowania silnikiem, jak przy zastosowaniu mechanicznego układu napędowego. Przy okazji rozwiązanie takie umożliwia uruchamianie silnika pojazdu przez holowanie, pod warunkiem, że pozwala na to producent automatycznej skrzyni biegów. Prostym rozwiązaniem stosowanym od niepamiętnych niemal czasów jest dławienie wydechu spalin. Rozwiązanie to jest często stosowane w samochodach ciężarowych i autobusach z uwagi na prostą budowę, niewielkie wymiary i stosunkowo niski koszt wykonania, przy jednoczesnym zapewnieniu dostatecznej efektywności działania. Działanie tego typu hamulca opiera się na sprężaniu powietrza poprzez zamknięcie przelotu w rurze wydechowej za pomocą przepustnicy. Napędzany przez mechanizm przeniesienia napędu silnik spełnia rolę sprężarki samoczynnie regulowanej napięciem sprężyn zaworów wydechowych. W czasie pracy hamulca silnikowego dopływ paliwa do silnika zostaje odcięty.
Skuteczność działania hamulców ze zdławionym wydechem jest, w przybliżeniu, dwukrotnie większa niż przy hamowaniu silnikiem bez dodatkowych urządzeń. Rozwijana moc hamowania przy zdławionym wydechu osiąga wartość 75 -85 % maksymalnej mocy silnika, przy czym moment hamujący wzrasta wraz z ilością obrotów silnika.

Rys. 9

Do uzyskania omawianego efektu hamowania stosuje się ustawienie listwy zębatej pompy wtryskowej w pozycji stop oraz w układzie wydechowym zawory klapowe przesuwne, grzybkowe lub zawory obrotowe. Te ostatnie znalazły najszersze zastosowanie. Rozwiązanie konstrukcyjne hamulca silnikowego popularnego w Polsce autobusu miejskiego Ikarus 260/280 przedstawia rysunek 9.
Sterowanie hamulca silnikowego z dławionym wydechem może odbywać się mechanicznie lub elektropneumatycznie. W przypadku sterowania mechanicznego hamulec uruchamiany jest dźwignią umieszczoną obok siedzenia. Jest ona połączona układem dźwigni lub cięgien giętkich z zaworem dławiącym i pompą wtryskową. Obecnie takie układy sterujące zostały zastąpione układami pneumatycznymi lub elektropneumatycznymi. Przy zaworze i pompie wtryskowej znajdują się siłowniki pneumatyczne, natomiast w kabinie znajduje się zawór pneumatyczny lub elektropneumatyczny, umieszczony w podłodze lub na desce rozdzielczej.
We współcześnie produkowanych samochodach ciężarowych silnikowe hamulce długotrwałego działania nie straciły nic na swojej ważności. Koncern Volvo stosuje je z powodzeniem w swoich pojazdach FH 12 pod nazwą VEB (Volvo Engine Brake).

Opracowanie: mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Współpraca: mgr inż. Tomasz Łasecki