ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к конструкции вспомогательных тормозных систем.
Известен моторный замедлитель грузовых автомобилей принятый за прототип (патент РФ №2187660, F01L 13/06, 10.04.00), содержащий масляный насос, поршень, цилиндр, выпускной клапан с клапанной пружиной, коромысло, толкатель, связанный с гидроприводом, гидравлическое устройство, маслораспределитель, электромагнитные клапаны слива и включения, заслонку впускного патрубка, гидроцилиндр, воздухораспределитель, воздушный клапан, ресивер, тормозной кран, при этом электромагнитные клапаны слива и включения установлены в корпусе масляного насоса, гидравлическое устройство состоит из втулки, в которой выполнено Т-образное окно, в ней расположен толкатель со сквозным отверстием внутри, верхняя часть толкателя выполнена в виде цилиндра, в которой входит поршенек, взаимосвязанный с выпускным клапаном и его пружиной через коромысло, причем ресивер через тормозной кран и воздухораспределитель соединен с воздушным клапаном посредством воздухопроводов, а сам воздушный клапан расположен в верхней части цилиндра двигателя, в котором находится поршень, гидравлическая секция тормозного крана посредством гидромагистрали связана с гидроцилиндром, соединенным с заслонкой впускного клапана.
Недостатками прототипа являются: усложненная применением воздухораспределителя, индивидуального масляного насоса и электромагнитных клапанов конструкция; необходимость создания высокого давления масла для обеспечения работоспособности гидравлического устройства; низкая тормозная мощность при переводе двигателя в режим работы четырехтактного компрессора, а также отсутствие приспособлений для отключения подачи топлива дизеля.
Технический результат направлен на повышение надежности работы двигателя упрощением конструкции, на увеличение тормозной мощности переводом двигателя в режим двухтактного компрессора, а также на обеспечение высокой унификации с существующими типами отечественных бензиновых и дизельных двигателей [1].
Технический результат достигается тем, что вспомогательная тормозная система автомобиля содержит цилиндр, маслораспределитель, заслонку впускного патрубка, гидроцилиндр, тормозной кран и ресивер, соединенный воздухопроводами через пневматическую секцию тормозного крана с воздушным клапаном, расположенным в верхней части цилиндра двигателя, причем гидравлическая секция тормозного крана через гидромагистраль соединена с гидроцилиндром привода заслонки впускного патрубка, при этом ресивер подпитывается сжатым воздухом от штатного компрессора основной тормозной системы, а штатный смазочный насос сообщается через гидромагистраль с гидравлической секцией тормозного крана, которая, в свою очередь, соединена гидромагистралью с гидроцилиндрами отключения подачи топлива и привода заслонки выпускного патрубка, а также с подводящим каналом маслораспределителя, вращающегося с частотой в два раза превышающей частоту вращения коленчатого вала, воздушный клапан выполнен гидроуправляемым, причем маслораспределитель в свою очередь за 20-30° до прихода поршня в мертвые точки через трубопроводы гидромагистрали сообщает гидравлическую полость воздушного клапана с гидравлической секцией тормозного крана, а в момент прихода поршня в мертвые точки - со смазочной емкостью двигателя.
Отличительным признаком от прототипа является то, что ресивер подпитывается сжатым воздухом от штатного компрессора основной тормозной системы, а штатный смазочный насос сообщается через гидромагистраль с гидравлической секцией тормозного крана, которая, в свою очередь, соединена гидромагистралью с гидроцилиндрами отключения подачи топлива и привода заслонки выпускного патрубка, а также с подводящим каналом маслораспределителя, вращающегося с частотой в два раза превышающей частоту вращения коленчатого вала, воздушный клапан выполнен гидроуправляемым, причем маслораспределитель в свою очередь за 20-30° до прихода поршня в мертвые точки через трубопроводы гидромагистрали сообщает гидравлическую полость воздушного клапана с гидравлической секцией тормозного крана, а в момент прихода поршня в мертвые точки - со смазочной емкостью двигателя.
На фиг. 1 приведена схема вспомогательной тормозной системы;
на фиг. 2 - схема тормозного крана;
на фиг. 3 - схема воздушного клапана;
на фиг. 4 - расчетная развернутая индикаторная диаграмма работы двигателя ЯМЗ-238М2 в режиме торможения с предлагаемой и штатной вспомогательной тормозной системой.
Вспомогательная тормозная система содержит пневматический и гидравлический контуры.
Пневматический контур вспомогательной тормозной системы (Фиг. 1) включает в себя компрессор 1 основной тормозной системы, связанный воздуховодами 2 с одной стороны с воздушным фильтром 3 и воздухозаборником 4 штатной системы питания воздухом, а с другой стороны через нагнетательный клапан 5 с ресивером 6 основной тормозной системы. Ресивер 6, в свою очередь, воздуховодами 2 через проточку 7 золотника 8 пневматической секции 9 тормозного крана 10 (Фиг. 2) и проточку 11 золотника 12 воздушного клапана 13 (Фиг. 3) связан с надпоршневым пространством цилиндра двигателя 14, сообщающимся через впускной клапан 15 и выпускной клапан 16 с впускным патрубком 17 и выпускным патрубком 18 соответственно.
Тормозной кран 10 (Фиг. 2) состоит из крышки 19 с подводящим штуцером 20 и отводящим штуцером 21 пневматической секции 9, а также подводящим штуцером 22 и отводящим штуцером 23 гидравлической секции 24, корпуса 25, в котором на оси 26 размещен рычаг 27, соединенный с одной стороны через шток 28 с педалью 29, а с другой с золотником 8, имеющим проточку 7 пневматической секции 9 и проточку 30 гидравлической секции 24, возвратной пружины 31 и деталей крепления 32 и уплотнения 33.
Воздушный клапан 13 (Фиг. 3) устанавливается в головке блока цилиндров и включает корпус 34 с воздухоподводящим штуцером 35, воздухоотводящим штуцером 36 и маслоподводящим штуцером 37, в котором размещены гидравлическая полость 38, золотник 12 с проточкой 11 и пружина 39, а также гайку 40 с упором 41 и детали уплотнения 33.
Гидравлический контур вспомогательной тормозной системы включает в себя штатный смазочный насос 42, связанный с одной стороны со смазочной емкостью двигателя 43, а с другой трубопроводами гидромагистрали 44 через гидравлическую секцию 24 тормозного крана 10 с подающим клапаном 45 маслораспределителя 46, гидроцилиндром 47 привода заслонки 48 впускного патрубка 17, гидроцилиндром 49 привода заслонки 50 выпускного патрубка 18 и гидроцилиндром отключения подачи топлива 51 ТНВД 52.
Вспомогательная тормозная система работает следующим образом.
В ресивере 6 при помощи совместной работы нагнетательного клапана 5 и компрессора 1, присоединенного параллельно к штатной системе питания воздухом, поддерживается давление в интервале от 0,6 до 0,75 МПа, равное давлению в основной тормозной системе. При воздействии водителя на педаль 29 тормозного крана 10 перемещение через шток 28 и рычаг 27 передается на золотник 8, при этом кольцевая проточка 7 совмещается с сечениями каналов подводящего 20 и отводящего 21 штуцера пневматической секции 9, сообщая ресивер 6 через воздуховоды 2 с воздухоподводящим штуцером 35 воздушного клапана 13.
В то же время, при перемещении золотника 8 тормозного крана 10 кольцевая проточка 30 золотника 8 совмещается с сечениями каналов подводящего 22 и отводящего 23 штуцера гидравлической секции 24 крана управления 10, сообщая штатный смазочный насос 42 через трубопроводы гидромагистрали 44 с гидроцилиндром 47 привода заслонки 48 впускного патрубка 17, гидроцилиндром 49 привода заслонки 50 выпускного патрубка18, гидроцилиндром отключения подачи топлива 51 и подводящим клапаном 45 маслораспределителя 46. При этом под воздействием давления масла главной масляной магистрали двигателя рейка ТНВД 52 перемещается в положение нулевой подачи, заслонка 50 перекрывает выпускной патрубок 18, разобщая надпоршневое пространство цилиндра 14 и атмосферу независимо от фаз газораспределения, а маслораспределитель 46, вращающийся с частотой в 2 раза превышающей частоту вращения коленчатого вала, открывает подачу масла за 20-30° до прихода поршня в мертвые точки через трубопроводы гидромагистрали 44 и маслоподводящий штуцер 37 в гидравлическую полость 38 воздушного клапана 13, которое воздействуя на золотник 12 перемещает его до упора 41. При этом кольцевая проточка 11 золотника 12 совмещается с сечениями каналов воздухоподводящего 35 и воздухоотводящего штуцера 36 и ресивер 6 через проточку 11 золотника 12 и канал воздухоотводящего штуцера 36 воздушного клапана 13 сообщается с надпоршневым пространством цилиндра 14 двигателя.
В момент прихода поршня в н.м.т. и в.м.т. маслораспределитель 46 перекрывает подачу масла к гидравлической полости 38 воздушного клапана 13 и сообщает ее через маслоподводящий штуцер 37 и трубопроводы гидромагистрали 44 со смазочной емкостью двигателя 43, вследствие чего давление масла в гидравлической полости 38 воздушного клапана 13 стремительно падает и золотник 12 под воздействием пружины 39 возвращается в исходное положение, при этом проточка 11 выходит из плоскости сечений каналов воздухоподводящего 35 и воздухоотводящего штуцера 36, разобщая ресивер 6 с надпоршневым пространством цилиндра 14 двигателя.
Таким образом, при нажатии водителем педали 29 тормозного крана 10: в интервале от в.м.т. до 20-30° до н.м.т. (от точки r до точки a на такте впуска, от точки e до точки a′ на такте расширения, Фиг. 4) двигателем совершается преимущественно отрицательная работа за счет разрежения, достигнутого перекрытием впускного 17 и выпускного 18 патрубков и отключением подачи топлива ТНВД 52; в интервале от 20-30° до н.м.т. до н.м.т. (от точки a до точки b на такте впуска, от точки a′ до точки b′ на такте расширения) двигателем совершается преимущественно положительная работа, обусловленная поступлением в надпоршневое пространство цилиндра 14 сжатого воздуха из ресивера 6 через воздушный клапан 13; в интервале от н.м.т. до 20-30° до в.м.т. (от точки b до точки d на такте сжатия, от точки b′ до точки d′ на такте выпуска) совершается максимальная отрицательная работа сжатия, достигнутая за счет высокого начального давления сжатия в точках b и b′, а также перекрытия впускного 17 и выпускного 18 патрубков; в интервале от 20-30° до в.м.т. до в.м.т. (от точки d до точки e на такте сжатия, от точки d′ до точки r′ на такте выпуска) совершается отрицательная работа выпуска сжатого воздуха из цилиндра 14 через воздушный клапан 13 в ресивер 6, также обусловленная перекрытием впускного 17 и выпускного патрубков 18 и дросселированием потока воздуха в каналах и проточках пневмоконтура.
Отличие конструкции предлагаемой системы торможения двигателем при ее использовании на карбюраторных двигателях заключается в отсутствии гидроцилиндра отключения подачи топлива 51, так как заслонка 48 впускного патрубка 17, перекрывая подачу воздуха в надпоршневое пространство цилиндра двигателя 14, обеспечивает отсутствие разряжения в карбюраторе, а, следовательно, и отсутствие подачи топлива.
Расчет параметров газообмена и показателей работы двигателя ЯМЗ-238М2 в режиме моторного замедлителя при использовании предлагаемой и штатной (выпускной) систем торможения двигателем позволил построить развернутую индикаторную диаграмму (Фиг. 4), анализ которой показал:
- для повышения тормозного момента целесообразно увеличивать давление в ресивере до значений, ограниченных прочностью материалов КШМ, ресивера и трансмиссии, а также приближать положение точек d и d′ к верхней мертвой точке до значений, ограниченных необходимой пропускной способностью пневмоконтура и воздушного клапана;
- влияние частоты вращения коленчатого вала на эффективность моторного замедлителя минимально, поэтому допустимо проектирование и установка предлагаемой системы торможения двигателем на быстроходные двигатели, однако при этом необходимо согласовать расходные характеристики воздушного клапана.
Источники информации:
1 ГОСТ 22895-77. Тормозные системы и тормозные свойства автотранспортных средств. Нормативы эффективности [Текст] - М.: Изд-во стандартов, 1977.
Технико-экономическое обоснование на полезную модель «Вспомогательная тормозная система автомобиля»
Анализ опыты применения существующих типов тормозных систем показал, что такие требования, предъявляемые к тормозным системам автомобильной техники, как эффективность торможения, надежность и простота в обслуживании полностью не удовлетворяются тормозами фрикционного типа из-за их принципиальных недостатков.
Таким образом, предлагаемая вспомогательная тормозная система автомобиля имеет следующие преимущества перед аналогами и автомобилями, оснащенными тормозными системами фрикционного типа:
- повышение тормозного момента в 2,5-3 раза при переводе двигателя в режим работы двухтактного компрессора и конструкция тормозного крана, обеспечивающая следящее действие, позволяют применять на большинстве режимов торможения предлагаемую систему, а штатную тормозную систему фрикционного типа использовать как резервную;
- при использовании предлагаемой системы на длительных спусках в горных условиях двигатель не переохлаждается вследствие осуществления тепло-массообмена с ресивером, что увеличивает ресурс двигателей и улучшает их пусковые качества;
- использование предлагаемой системы обеспечивает экономию топлива и снижение количества и токсичности отработавших газов, снижение затрат на замену тормозных накладок и барабанов.