ترمز‌هاي غير‌اصطكاكي

هر وسيله¬ نقليه¬ در حال حركتي ميزان معيني انرژي جنبشي دارد و ترمزها براي متوقف كردن آن بايد اين انرژي را از خودرو بگيرند. ترمزها چگونه اين كار را انجام مي‌دهند؟ شايد اولين جوابي كه به ذهن برسد، تبديل انرژي جنبشي به گرماي حاصل از اصطكاك باشد ولي اين جواب، كامل نيست. امروزه از روش¬هاي ديگري نيز براي متوقف كردن وسيله¬ نقليه¬ استفاده مي¬شود كه موضوع موردنظر اين مقاله است.

 

ترمز‌ها به¬طور كلي به دو دسته‌ ترمز‌هاي اصطكاكي و غير اصطكاكي تقسيم مي‌شوند كه ترمز‌هاي غير اصطكاكي(كمكي) خود چهار دسته‌ اند: ترمز‌موتور، ترمز‌خروجي، ريتاردر هيدروليكي و ريتاردر الكتريكي. البته در بعضي مواقع هر چهار نوع ترمز را با عنوان ريتاردر¬ها مي¬شناسند.

 

ترمز‌موتور و ترمز‌خروجي بر مجموعه‌ موتور اعمال تغيير مي‌كنند و باعث مي‌شوند انرژي توليدي در محدوده زماني دلخواه راننده، با درجه‌ تنظيم شده از سوي او كاهش يابد؛ در حالي كه ريتاردر هيدروليكي(هيدروديناميكي) و ريتاردر الكتريكي(الكترومغناطيسي) بر محور خروجي از گيربكس اعمال تغيير مي‌كنند؛ به اين صورت كه در ريتاردر هيدروليكي با چرخش روتور پره‌اي در يك سيال، انرژي چرخشي محور خروجي از گيربكس تلف مي‌شود. نيروي ترمزگيري به گرما تبديل و از طريق جريان آب سرد موتور، دفع مي‌گردد. حداكثر مقدار ممكن نيروي ترمزگيري به اندازه‌ سيستم سرمايش بستگي دارد. از سوي ديگر چون انرژي در اين نوع ريتاردر براثر اصطكاك بين سيال و پره‌ها به گرما تبديل مي‌شود، اين نوع ريتاردر جزء ترمز‌هاي اصطكاكي به شمار مي¬¬آيد. در ريتاردر الكتريكي كاهش سرعت چرخش محور خروجي از گيربكس با اعمال ايجاد گشتاور مغناطيسي مخالف انجام مي‌شود.

 

۱- ترمز‌موتور
نخستين بار كلايس‌ام‌كامينس بنيانگذار شركت كامينس‌موتور دريافت كه با باز كردن سوپاپ خروجي سيلندر هنگامي كه پيستون به نقطه‌ مرگ بالا برسد، نسبت به انتهاي مرحله‌ توليد قدرت، هواي فشرده‌ انباشته شده در آن قبل از اين كه مانند يك فنر پيستون را دوباره برگرداند، مي‌تواند خارج‌ شود. ترمزموتور، سوپاپ خروجي دود را قبل از نقطه مرگ بالا باز مي‌كند، در نتيجه در توليد قدرت يك اتلاف به وجود مي‌آيد. هواي فشرده شده در سيلندر در مانيفولد اگزوز آزاد مي‌شود و هيچ¬گونه سوختي تزريق نمي‌گردد بنابراين هيچ نيرويي در كورس برگشتي به موتور داده نمي‌شود. موتور به¬عنوان يك كمپرسور هوا عمل مي‌كند كه با چرخ طيار به حركت در مي‌آيد. با اين انرژي تلف شده در موتور و خروجي، موتور به جاي سيستم ترمز عمل مي‌كند. هواي فشرده شده‌ آزاد‌ شده به¬عنوان مشخصه‌ ترمز‌موتور شناخته مي‌شود. ترمز‌گيري تراكمي ‌اصطلاح ديگر اين مكانيسم است. [۱]

 

 

كارايي بالا هنگامي ممكن مي‌شود كه ترمز‌موتوري همراه ترمزخروجي استفاده‌ شود. كنترل ترمز‌موتوري معمولا با روشن و خاموش شدن انجام مي‌شود، اگرچه بعضي سيستم‌ها اجازه مي‌دهند راننده انتخاب كند كه ترمز بر ۲ ،۴ يا ۶ سيلندر اعمال شود.[۲]
در اين نوع ترمز‌موتور، در مرحله‌ مكش، سوپاپ خروج دود كمي باز مي¬شود. در مرحله‌ تراكم نيز اين اتفاق مي‌افتد و همزمان هيچ گونه سوختي تزريق نمي‌شود. در مرحله بعد يعني انبساط نيز سوپاپ خروجي دود به مقدار بسيار كمي باز مي¬شود و در نهايت گاز در مرحله‌ آخر از سيلندر خارج مي‌گردد. مجموعه‌ اين تغييرات باعث مي‌شود كه موتور علاوه بر توليد نكردن انرژي، خود مصرف كننده‌ انرژي نيز باشد و در نتيجه سرعت وسيله‌ نقليه كاهش يابد.

 

سؤال اينجاست كه اين باز و بسته شدن غيرمعمول سوپاپ چگونه اتفاق مي‌افتد؟ جواب اين است، با سيستم سوپاپ¬بندي كاملا متغير. با اين سيستم مي‌توان روش¬هاي مديريت سيلندر و سوپاپ¬ها را معرفي كرد. در حال حاضر سوپاپ¬هايي ساخته شده اند كه قادرند با استفاده از نيروي الكترومغناطيسي و يك بازو مابين فنرهاي مكانيكي، يا استفاده از نيروي هيدروليكي، هرگونه پروفيل باز و بسته شدني را براي سوپاپ¬ها ايجاد كنند. با كنترل جريان الكتريكي، بازو مي¬تواند در موقعيت انتهايي خود بماند بنابراين سوپاپ مطابق با نياز مي‌تواند باز يا بسته نگه داشته شود. از آنجا كه زمانبندي سوپاپ¬ها مي¬تواند به¬طور آزادانه تنظيم شود، جرم هواي ورودي و گازهاي باقيمانده را مي‌توان با سوپاپ¬ها تعيين كرد.

 

همچنين با اين سيستم مي¬توان ميزان تشكيل NOX را در بارهاي جزئي كاهش داد. از آنجا كه در اين روش زمانبندي هر سوپاپ براي هر سيلندر را مي‌توان جداگانه تنظيم‌ كرد، فعال يا غير فعال‌كردن هر سيلندر به اين ترتيب ميسر مي‌شود<!–[if !supportFootnotes]–>[5]<!–[endif]–>.[2]
تقريبا اكثر انواع رايج ريتاردرها، ترمز‌موتورها هستند. اغلب رانندگان كاميون‌ در امريكاي شمالي ترمز‌موتور را با نام تجاري جيك بريك مي‌شناسند كه ساخت شركت جاكوب است؛ اگر چه مفهوم آن توسط كامينس توسعه داده شده است.[۱]

 

مزيت‌هاي اين نوع سيستم ترمز كمكي اين است كه انرژي تلف شده به¬سرعت از موتور دفع مي‌شود. به عبارتي گاز‌هاي داغ خروجي از وسيله‌ نقليه به¬سرعت دفع و همچنين بيشتر گرماي گاز‌هاي خروجي به¬طور مستقيم به قطعات موتور هدايت مي‌شود. گرماي موتور توسط سيستم خنك سازي دفع مي‌شود. برخلاف اين نوع ترمز، ديسك يا درام ترمز پايي، فاقد چنين مكانيسمي براي دفع گرماي خود هستند. آنها براي حذف گرما مي‌بايست بر جريان هوا تكيه داشته باشند كه اين دماي بالا باعث خرابي ترمز‌هاي مذكور مي‌شود. عيب سيستم ترمز كمكي يادشده اين است كه صداي بسيار زيادي ايجاد مي¬كند و در بعضي جاده‌ها استفاده از آن ممنوع است.

 

۲- ترمز‌خروجي
ترمز‌خروجي شباهت بسياري به ترمز‌موتور دارد اما در عمل ساده‌تر است. اين ترمز اولين بار در اروپاي مركزي طي جنگ جهاني اول مورد استفاده قرار گرفت كه بعضي اوقات نيز با ترمزموتور ادغام مي‌شد. ترمزهاي‌خروجي به صورت‌هاي گوناگوني طراحي مي‌شوند ولي اساس كار آنها به اين ترتيب است كه جريان گاز‌هاي خروجي از سيلندر را به وسيله بستن يك دريچه در خروجي سيستم محدود مي‌كنند كه باعث ايجاد فشار در محفظه خروجي دود مي¬گردد و همچنين موجب مي‌شود موتور در مرحله‌ خارج كردن دود از سيلندر به¬سختي كار كند. اين افزايش فشار بر روي موتور بار ايجاد مي‌كند و موتور مانند يك كمپرسور هوا عمل مي‌كند بنابراين چرخش موتور كند مي‌شود. اين نوع ترمز كمكي به اندازه‌ ترمزموتور مؤثر نيست. [۲]

 

عيب اين سيستم ترمز كمكي آن است كه محفظه‌ خروج دود بايد طوري طراحي شود كه تحمل فشارهاي بالاي ايجاد شده توسط اين روش را داشته‌ باشد.
۳- ريتاردر‌ الكترومغناطيسي
ريتاردر الكتريكي يا الكترومغناطيسي از القاي الكترومغناطيسي براي ايجاد نيروي ترمز‌گيري استفاده مي‌كند. يك ريتاردر الكتريكي مي‌تواند روي ميل گاردان نصب شود؛ به اين صورت كه روتور ريتاردر به محور و استاتور ريتاردر به شاسي وسيله‌ نقليه متصل شود. هيچ تماسي بين سطوح روتور و استاتور وجود ندارد. هنگام ترمزگيري، سيم¬پيچ‌هاي استاتور توسط برق باتري وسيله نقليه، برخلاف چرخش روتور، ميدان مغناطيسي متناوب توليد مي‌كنند. جريان گردابي در روتور سرعت روتور و در نتيجه سرعت ميل گاردان متصل به روتور را كاهش مي¬دهد. روتور به¬گونه اي طراحي شده است كه به¬طور خودكار با هوا خنك شود بنابراين هيچ گونه فشاري بر سيستم خنك سازي وسيله‌ نقليه وارد نمي‌شود. اين ترمز كمكي به¬شدت بيصداست. اين وسيله به¬علت طبيعت الكتريكي‌ و پاسخ¬¬دهي سريعش مي‌تواند به¬راحتي با سيستم‌هاي ترمزگيري ضد قفل و كنترل كشش اتوماتيك هماهنگ شود.

 

ترمز مغناطيسي به¬طور موازي با سيستم ترمز و بدون اعمال هيچ تغييري در خودرو، روي آن نصب و با فرماندهي توسط راننده باعث ايجاد گشتاور مغناطيسي مخالف مي¬شود و دور چرخ¬ها را كاهش مي‌دهد. امروزه اين سيستم در كشورهاي پيشرفته به¬عنوان يك استاندارد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
قابليت‌هاي اين سيستم:

 

• فرماندهي اين سيستم هم از طريق راننده صورت مي‌گيرد و هم مي‌توان طوري آن را نصب كرد كه با گرفتن پدال ترمز توسط راننده فعال شود.
• امكان استفاده جداگانه و همزمان ترمزهاي اصطكاكي خودرو، ترمز‌خروجي (خفه‌كن موتور) و ترمز مغناطيسي وجود دارد (استفاده همزمان از ترمز اصطكاكي خودرو و اين سيستم در سرازيري‌ها و مواقعي كه خودرو سنگين است، توصيه مي‌شود).
• در صورت جا نرفتن دنده در سرازيري‌ها و يا تمايل به حركت با همان دنده قبلي مي‌توان با كمك اين سيستم دور چرخ¬ها را بدون استفاده از سيستم ترمز معمولي خودرو كاهش داد.

 

محل قرار گرفتن ريتاردر به دو صورت است: يكي بعد از گيربكس و ديگري قبل از ديفرانسيل
در آخر ذكر اين نكته الزامي است كه هنگام فعال شدن ترمزگيري ضد قفل ريتاردر غير‌فعال مي‌شود تا در فرايند كنترل ترمز‌ها به وسيله‌ ترمز ضد ‌قفل اشكالي پيش نيايد.

۴- ريتاردر هيدروديناميكي
نوع ديگر ريتاردر، ريتاردر هيدروديناميكي يا هيدروليكي است. نحوه كار ريتاردر هيدروليكي شبيه ريتاردر الكتريكي است؛ با اين تفاوت كه اين نوع ريتاردر مانند نوعي پمپ عمل مي‌كند كه با اتلاف نيروي محركه باعث كاهش سرعت دوران محور و در نتيجه كاهش سرعت وسيله‌ نقليه مي‌شود و شامل يك روتور پره‌اي چرخان محصور شده با فاصله‌ كم در بدنه‌ پره‌اي ثابت است. هنگامي كه ريتاردر فعال مي‌شود، يك سيال (در حالت كلي روغن موتور، روغن مخصوص و يا آب) به محفظه پمپ مي‌شود. سيال يك اثر كوپلينگ هيدروليكي ايجاد و گردش سيال به¬وسيله روتور انرژي را تلف مي‌كند، در نتيجه سيال كاري گرم مي‌شود. معمولا براي كاهش دما، سيال را در يك سيستم خنك كننده به گردش در مي‌آورند. درجه‌ ترمزگيري مي‌تواند با ميزان پر‌كردن محفظه با سيال تغيير كند.

 

هنگامي كه به فعال شدن ريتاردر نياز باشد، شير ورودي هواي فشرده باز مي‌شود و در نتيجه فشار هوا باعث ورود روغن به محفظه‌ استاتور و روتور و خروج آن از محفظه بعد از بالا رفتن دمايش مي‌گردد، سپس توسط سيستم خنك كننده، خنك مي‌شود.
۱- ترموستات
۲- رادياتور
۳- فن
۴- پمپ آب خنك
۵- پيكاب دما
۶- ريتاردر و مبدل گرما
بعد از ريتاردر و مبدل گرما يك پيكاب دما قرار گرفته ‌است تا دماي سيال مشخص شود. [۴]
اصول هيدروديناميكي

 

هنگامي كه ريتاردر فعال مي‌شود، سيال در محفظه‌ ريتاردر بين روتور و استاتور تحت فشار قرار مي‌گيرد. چرخش و شتاب سيال بايد از يك سو با روتور و از سوي ديگر با استاتور يكي باشد. در اين فرايند سيال شروع به نقل و انتقال بين روتور و استاتور مي‌كند و حول محور ريتاردر مجبور به چرخش مي‌شود. نتيجه‌ اين جابه¬جايي¬هاي مولكول‌هاي سيال، اصطكاك شديد بين آنها و توليد گرما و در نهايت كاهش سرعت چرخش روتور است.