Haszonjárművek Légfékrendszerei: Átfogó Ismertető
Ez a cikk a különböző haszonjárművek, vagyis autóbuszok (M kategória), teherautók (N kategória) és pótkocsik (O kategória) sűrített levegővel működtetett fékrendszeréről szól. A kategória megnevezések a nemzetközi hatósági előírásokat követik. Ezeknek a járműveknek a hatékony fékezését nagy tömegük miatt sűrített levegővel lehet megvalósítani. Ezt követelik meg a nemzetközi előírások is.
A Légfékrendszer Alapelvei és Működése
A haszonjárművek fékrendszereinél jelenleg már nagyon fontos szerepet tölt be az elektronika, illetve a mechatronika alkalmazása. A légfék rendszerek üzemi nyomása az elmúlt évtizedekben fokozatosan növekedett a kezdeti 5,6 bar-ról 7,35 bar, 8,2 bar, 10 bar, 12,5 bar-ra. Ezt tette szükségessé a gépjármű szerelvények tömege, és a gazdaságosabb energia ellátás lehetősége.
Normál üzemi fékezés akkor valósul meg, amikor a vezető kellő időben észleli az akadályt, illetve zavaró körülményt és idejében lassít. Pánik fékezés akkor válik szükségessé, amikor váratlanul bukkan fel az akadály, vagy alakul ki valamilyen veszély helyzet. A vezető hirtelen és nagy erővel tapos a fékpedálra. Ekkor a fékkamrákba kivezérelt nyomás meghaladja a 3 bar-t.
Tartós lejtmeneti fékezés akkor szükséges, amikor hosszú lejtőn kell a gépkocsi, illetve a pótkocsis szerelvény sebességét állandó értéken tartani. Ez a motorfékkel, kipufogófékkel, vagy különböző retarder változatokkal valósítható meg. Ilyenkor a súrlódásos fék nem kopik és nem melegszik.
Fékrendszerek Típusai és Követelményei
Hasonlóan a személygépkocsikhoz az üzemi fékrendszer a biztonság miatt kétkörös kell legyen. Fékezés közben a vezető egyik kezével sem engedheti el a kormányt, ezért az üzemi féket pedállal működteti. A biztonsági fék lehet a kétkörös üzemi fék épen maradó köre, vagy a rögzítő fék is, amennyiben az fokozatosan működtethető. A rögzítő fék kézi karral, de újabban már elektromos kapcsolóval is aktiválható.
Útmutató a fektárcsa centírozásához
Pótkocsis szerelvények fékezéséhez szükséges szerelvényeket egyrészt a vontatóra, másrészt a pótkocsira szerelik fel. A működtetéshez szükséges energiaellátását a vontatóra szerelt sűrített levegő előkészítő egység biztosítja. Az összgördülő tömeg függvényében kötelező a tartós lassító fék, illetve a blokkolásgátló alkalmazása is. Az utóbbi tizenöt évben gyártott haszonjárművek már elektronikus fékrendszerrel készültek.
ECE13 Előírás
Az ECE13 előírás első szakaszában tisztáz bizonyos alapfogalmat, definíciókat. Csoportokba foglalja a különféle működésű fékrendszereket. A következő szakasz a fékrendszerek jóváhagyásával és a jóváhagyási jellel foglalkozik. A fékbetétek és a fékkarokba beépített automatikus utánállítók tudnivalóira is kitér. Az ötödik pontban az üzemi-, a másodlagos- és a rögzítő fék követelményeit foglalja össze és kitér a rendszeresen végrehajtandó ellenőrzésekre, a görgős fékpadi mérésekre. Ebben a szakaszban olvashatunk a fény és hangjelzésekről is, mely külön kitér az elektronikus fékrendszerek specialitásira is.
A függelékek sok fontos információt tartalmaznak a gyakorlatban végrehajtandó mérésekre vonatkozóan. A 4. függelékben található például a fék mérések tudnivalóit. Az 5. a veszélyes árukat szállító járművekre tér ki. A 6. melléklet az álló helyzetben végrehajtható méréssel, a fékkésedelmi idő meghatározásával foglalkozik. A 7. melléklet az energiatárolók kapacitására vonatkozó méréseket tárgyalja. A 8. és a 9 függelék a rugóerő tárolós rögzítő fékekről szól. A definíciókon kívül kitér a fékoldási nyomás mérésére is. A járműszerelvények fékezés közbeni stabilitására, a kompatibilitásra vonatkozik a 10. függelék. Itt találhatók a vontató járművek és a pótkocsik adhéziós diagramjai. Továbbá részletezi a mérési módszereket is. A 13-as melléklet a blokkolásgátló rendszerek speciális követelményeit és az ezzel kapcsolatos mérési módszereket tartalmazza.
Sűrített Levegő Rásegítős Hidraulikus Fékrendszer
A könnyű és a középnehéz haszonjárműveknél gyakran alkalmaznak sűrített levegő rásegítős hidraulikus fékrendszert. A sűrített levegő energiája a pedálerőhöz a rásegítést biztosítja. A hidraulikus fék alkalmazása pedig a kis késedelmi idő miatt előnyös. Egy sűrített levegős rásegítő egység látható az alábbi ábrán.
A nagyobb átmérőjű felső rész a sűrített levegős rásegítő munkahenger, alatta a kisebb átmérőjű pedig a nyomáskivezérlő szelep. A két rész mechanikus rudazattal van egymással összekötve. Ez teszi lehetővé, hogy amikor nincs sűrített levegő, a pedálerő közvetlenül hasson a hidraulikus főfékhengerre. A vezető is érzi a fékpedálon a kivezérelt nyomást, mert az a rudazaton keresztül visszahat. Az alsó szeleprendszer végzi a pótkocsi sűrített levegővel történő fékezésének a vezérlését.
Tapasztalatok Dacia Logan MCV féktárcsa cseréjével kapcsolatban
A fenti ábrán látható sűrített levegős fékrásegítő része egykörös. A jelenlegi fék előírások szerint az új gépkocsikat már két körös rásegítővel kell ellátni. Ennek az előírásnak azonban nincs visszamenőleges hatálya.
Ezt a fékrendszert az angol nyelvterületen „air ower hydraulic”-nak szokták nevezni, ami jól kifejezi a lényegét. A pedálszeleppel kivezérelt fékező nyomás fékkörönként egy - egy fékkamrába kerül. Ennek rudazatával az egy körös főfékhenger dugattyújára fejti ki a működtető erőt, amely létrehozza a hidraulikus fékező nyomást. Ennek a fékrendszernek az a hátránya, hogy amennyiben nincs sűrített levegő a gépkocsi nem fékezhető.
Az ilyen fékrendszereknél a blokkolásgátló a sűrített levegős működtető részen fejti ki hatását. Amennyiben ABS/ASR szabályozást akarnak megvalósítani, nem elegendő a futóművenkénti két fékkör. Az ASR beavatkozáshoz a bal és a jobb hátsó kerekekhez külön fékköröket kell kialakítani.
A Sűrített Levegő Ellátása
A haszonjárművek sűrített levegő ellátását a kompresszor végzi. Leggyakrabban a dugattyús kompresszorokat alkalmazzák, de találkozhatunk a különböző járművekben támolygó tárcsás és csavarkompresszorokkal is. Ez utóbbiak ugyan drágább kivitelűek, de kisebb a zajkibocsátásuk.
A régebbi kiviteleknél a belsőégésű motor ékszíjjakkal hajtja a légsűrítőt. Ezeknek a forgattyús tengely végződése DIN 031 szabvány szerinti kúpos, amelyre az ékszíjtárcsa felszerelhető és megfelelő kötés jön létre. A kompresszor rögzítése olyan kell legyen, hogy lehetőséget adjon az ékszíj feszítésére.
Egy hengeres, „talpas” rögzítésű, Knorr-Bremse kompresszor, léghűtéses henger és vízhűtéses hengerfej
A korszerű haszonjárműveknél, ahol nagyobb a sűrített levegő igény, nagyobb teljesítményű kompresszort alkalmaznak. Ezeket már fogaskerék hajtással látják el. Ezek rögzítése a motorblokkhoz egy csatlakozó perem segítségével történik. Ilyenek szoktak lenni a legújabb, úgynevezett „motorra integrált” változatok is. Ezeknél a motorblokk és a légsűrítő csatlakozásánál a kenőolaj és gyakran a hűtővíz átvezető nyílásokat is kialakítják. Így szükségtelenné válnak a csövek, de ez a konstrukció azzal a hátránnyal jár, hogy az erre a célra kifejlesztett változat csak arra a motorblokkra szerelhető fel, amelyikre tervezték.
Az eddigiekben ismertetett ékszíj, illetve fogaskerék hajtású kompresszorok folyamatosan működnek addig, amíg a belsőégésű motor forog. Nyomásszabályozó gondoskodik arról, hogy az üzemi nyomás elérésekor a sűrített levegő a szabadba áramoljon. Ez a szabályozás egyszerű és ezért olcsó is, de nem mondható gazdaságosnak az energia felhasználás szempontjából.
Az újabb kompresszoroknál a hajtó nyomatékot a belső égésű motor egy olajlemezes tengelykapcsolón keresztül adja át. Így a kompresszor már csak akkor forog, amikor tölti a sűrített levegő hálózatot.
A tengelykapcsoló működtetése a típustól függően olajnyomással, vagy elektromágnessel, de sűrített levegővel is történhet. A kompresszor be- és kikapcsolását a tengelykapcsoló működtetésével elektronika vezérli úgy, hogy figyelembe veszi a pillanatnyi sűrített levegő igényt. Ennek a kompresszor változatnak az előnye, hogy így kisebb a motor tüzelőanyag fogyasztása és az olajfelhordás is.
Az újabb haszonjárműveknél a kompresszort működtető tengelykapcsolót az elektronikus sűrített levegő előkészítő egység, az EAC elektronikája vezérli. Ennél figyelembe veszi a sűrített levegő felhasználást, a légtartályok pillanatnyi nyomását és a légszárító patron regenerációját. Az EAC elektronika a CAN hálózaton keresztül a gépkocsi többi elektronikus rendszerével, (például a motor és a sebességváltó elektronika) is adatátviteli kapcsolatban áll.
A kompresszor egymáson elmozduló alkatrészei, például a henger és a dugattyú, a csapágyak igénylik a kenőolajat. A kompresszor működéséhez szükséges friss kenőolaj a belsőégésű motor olajcsatornájától csövön keresztül, egy bizonyos nyomással érkezik. A kenőolaj a kompresszorba általában egy olajozó szelepen keresztül adagonként jut be. A kompresszor forgattyús tengelyén kialakított excenter fordulatonként nyitja az olajozó szelepet és egy bizonyos mennyiségű olaj beáramlik. Egy másik vastagabb csövön visszaáramlik a kompresszorból a motor olajterébe. Így kap kenőolajat a kompresszor forgattyús mechanizmusa és a levegő sűrítésekor képződő hő egy részét is elvezeti így az olaj.
A kenőolaj egy része a hengerfalról és a dugattyúgyűrűk mozgása miatt bekövetkező „szivattyúzás” miatt elkerülhetetlenül bele kerül a sűrített levegőbe. Ezt a hányadot nevezik „olajfelhordás”-nak. Ha ez nagyobb a megengedettnél, szennyezi a környezetet és hátrányosan érinti a légszárító patron működését.
A kompresszor üzemi hőmérsékletén is elkezdődik az egyre vastagodó olajkoksz lerakódása. Ez a kompresszorhoz közeli csövekben és szerelvényekben jelenik meg és leszűkíti az áramlási keresztmetszetet.
Az igényesebb gyártók kompresszor családokat fejlesztettek ki. Így például a Knorr-Bremsénél alkalmazott három féle dugattyú átmérővel (Ø80, Ø86 és Ø92 mm) egy és két hengeres kivitelben kielégíthetők a szokásos haszonjárművek sűrített levegő igényei. A haszonjárművekhez a kompresszorokat egységes modulokból gyártja a Wabco is és a különböző típusváltozatokat egy betűs jelöléssel különbözteti meg egymástól. A „H” jelű kompresszor a sorozat legegyszerűbb tagja. A dugattyú átmérője a nagyobb lökettérfogatú típusváltozatoknál egyre nagyobb. A felső határa elérheti a 100 mm-t. Így aztán már 2500 1/perc fordulatszámon is kellően nagy a szállítóteljesítménye.
A „D” változatnak például az előnye az, hogy több fokozatban történik a beszívott levegő sűrítése. Az első fokozat után elérik a 4 - 4,5 bar -t, majd a következőben a 12 - 15 bar nyomást. A két nyomásfokozat között egy kicsit hűl a levegő. Így nagyobb lehet a szállított mennyiség. A csökkentett hőmérsékletű változatnál például két hűtőkört is kialakítanak. Ezzel jelentősen mérséklődik a sűrített levegőben az olajkoksz képződési hajlam. Ha a légsűrítőt a belsőégésű motor hajtja, az történhet pneumatikus működtetésű tengelykapcsolón keresztül is.
Ezeknél a járműveknél a kompresszort függetlenné kell tenni a belsőégésű motortól, mert amikor elektromos hajtással közlekednek, akkor is szükség van a sűrített levegőre a fékezéshez és a légrugókhoz. Ezért villanymotorral hajtott kompresszorokat alkalmaznak. Ezeknél a motor fordulatszámát gyakran elektronika szabályozza, mely azzal az előnnyel jár, hogy a gépkocsi sűrített levegő igényéhez igazodhat a kompresszor működése. Amikor az üzemi nyomásra a rendszer feltöltődött, le lehet állítani a légsűrítőt, ami két jelentős előnyt jelent. A pillanatnyi fordulatszámot az elektronikus vezérlés fokozatmentesen állítja be 0 - 2500 min-1 között. Így a különböző haszonjárművek valamennyi üzemállapotában is mindig a legoptimálisabb sűrített levegő szállítás valósulhat meg. A konstrukciót kompakt és robosztus a kivitel jellemzi. A megrendelő igényének megfelelően, szinte valamennyi járműtípushoz illeszthető.
A Knorr-Bremse kifejlesztett hibrid járművekhez egy olyan sűrített levegő ellátó egységet, melynek működése független a belső égésű motortól. Villanymotor hajtja a száraz kompresszort. Ez azt jelenti, hogy kenőolajmentes kivitelű. Kerámiából készült alkatrészeket és zsír kenésű zárt csapágyakat alkalmaznak. Ezzel megszűnt az olajfelhordás, tehát jelentősen meghosszabbodott a légszárító patron élettartama.
Figyelembe kell venni, hogy a haszonjárművek sűrített levegő igénye az elmúlt években folyamatosan növekszik. Ennek az oka az, hogy a fékrendszeren és a futóművek rugózásán kívül a vezetőfülke is légrugókon nyugszik és a vezetőülésbe is légrugót szerelnek. A tengelykapcsoló, a sebességváltó, a differenciálzár-, a retarder működtetése is sűrített levegővel történik. Autóbuszoknál az ajtó nyitáshoz, csukásához, turista buszoknál pedig a „letérdepeltetéshez” is sűrített levegőt használnak.
Ha azt szeretnénk, hogy a légszárító patron is rendben regenerálódhasson, nagyobb lökettérfogatú, két-, vagy többhengerű kompresszort kell felszerelni. Emiatt egyre nagyobb igény van a fogaskerék hajtásra és a peremes csatlakozásra.
A kompresszor hűtése történhet léghűtéssel, vagy a motor hűtőfolyadék rendszeréhez csatlakozó folyadék hűtéssel. Erre azért van szükség, mert a beszívott levegőt a kompresszor az adiabatikus állapotváltozásnak megfelelően sűríti, ami jelentős felmelegedéssel jár. Amikor a felmelegedett sűrített levegő kilép a kompresszorból, gondoskodni kell a lehűtéséről. Ha például a sűrítés 12,5 bar-ra történik, a felmelegedés elérheti a 370-500 ˚C közötti értéket. Ezt befolyásolja a belépő levegő, illetve a hűtőfolyadék hőmérséklete. A sűrített levegő hűtésére azért is fontos, mert a jelenleg alkalmazott poliamidból készült csövek nem viselik el ezt a hőmérsékletet.
A hűtés történhet hőcserélővel, vagy megfelelő hosszúságú acél csőszakasz beszerelésével. Az így bekövetkező hűlés csökkenti a sűrített levegő magával ragadott kenőolaj cseppekből a koksz képződési hajlamot. Ez egyébként a csövekben és a kompresszorhoz közeli szerelvényekben rakódik le és dugulást is okozhat. A hőcserélő után következő szerelvények egyrészt beállítják az üzemi nyomást, másrészt kivonják nedvességet, a különféle szennyező anyagokat és a kenőolajat, majd egymástól szétválasztják az egyes részrendszereket.
A belső égésű motor tüzelőanyag fogyasztásának csökkentéséhez az is hozzájárul, ha energiatakarékos kompresszort alkalmaznak. Erre látunk két példát a Knorr-Bremse termékei közül. Az egy hengeres változatnál egy segéd teret alakítanak ki a hengerfejben. Ezt egy sűrített levegővel működtetett szeleppel összenyitják a hengertérrel, amikor már elérték az üzemi nyomást. A két hengeres változatnál pedig összenyitják a két kompresszió teret, így a beszívott levegő egy része az egyik hengerből a másikba át tud áramolni. Mindkét változatnál, amikor a kompresszor nem tölti a hálózatot kisebb lesz a sűrítési végnyomás.
 kompresszor)
Knorr-Bremse energiatakarékos (ESS) kompresszor egyhengeres változata
Újabban olyan két fokozatú kompresszorokat gyártanak...
Összefoglalva, a haszonjárművek légfékrendszerei komplex, de nélkülözhetetlen rendszerek, amelyek biztosítják a járművek biztonságos és hatékony fékezését. A technológia folyamatos fejlődése révén egyre korszerűbb és energiatakarékosabb megoldások állnak rendelkezésre.
Táblázat a Kompresszor Típusokról
| Kompresszor Típus | Jellemzők | Előnyök | Hátrányok |
|---|---|---|---|
| Dugattyús kompresszor | Leggyakrabban alkalmazott | Megbízható, költséghatékony | Nagyobb zajszint |
| Támolygó tárcsás kompresszor | Kisebb méretű | Kompakt | Drágább |
| Csavarkompresszor | Kisebb zajkibocsátás | Csendesebb működés | Drágább |
| Száraz kompresszor | Kenőolajmentes | Hosszabb élettartam, kevesebb karbantartás | Kerámia alkatrészek, zárt csapágyak |