فرامل المحرك

الموسوعة الحرة
رسم متحرك لمحرك ديزل

يحدث كبح المحرك عندما يتم استخدام قوى الكبح داخل محرك الاحتراق الداخلي لإبطاء سرعة السيارة ، بدلاً من استخدام آليات كبح خارجية إضافية مثل فرامل الاحتكاك أو الفرامل المغناطيسية .

غالباً ما يتم الخلط بين هذا المصطلح وأنواع أخرى عديدة من الكبح، وأبرزها الكبح بالضغط والتحرير أو "الكبح بالمحرك" الذي يستخدم آلية مختلفة.

تتطلب لوائح المرور في العديد من البلدان أن تسير الشاحنات دائمًا مع وجود ترس مُشغل، مما يوفر بدوره قدرًا معينًا من كبح المحرك (فقدان لزوجة زيت المحرك والهواء الذي يتم ضخه عبر المحرك وفقدان الاحتكاك لجدران الأسطوانة والمحامل) عندما لا يتم الضغط على دواسة الوقود.

كبح المحرك في أنواع المحركات المختلفة

محركات البنزين

يشير مصطلح "كبح المحرك" إلى تأثير الكبح الذي يحدث في محركات البنزين عند رفع القدم عن دواسة الوقود . يؤدي ذلك إلى توقف حقن الوقود وإغلاق صمام الخانق بشكل شبه كامل، مما يحدّ بشكل كبير من تدفق الهواء القسري، على سبيل المثال، من الشاحن التوربيني. يتسبب هذا التقييد في حدوث فراغ قوي في مشعب السحب ، والذي يتعين على الأسطوانات مقاومته، مما يؤدي إلى استنزاف جزء كبير من الطاقة الكامنة للنظام بمرور الوقت، وبالتالي إنتاج الجزء الأكبر من تأثير كبح المحرك. [ 1 ] غالبًا ما يمكن تضخيم تأثير فراغ مشعب السحب هذا عن طريق تخفيض السرعة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة دوران مجموعة نقل الحركة لتتعشق مع المحرك.

يُعدّ استخدام فرامل المحرك وسيلة فعّالة للتحكم في سرعة السيارة عند نزولها المنحدرات. فمن خلال تغيير التروس إلى ترس أقل في ناقل الحركة اليدوي ، أو تطبيق وضع "التروس المنخفضة" في ناقل الحركة الأوتوماتيكي ، يقلل استخدام فرامل المحرك من الحاجة إلى الضغط المتكرر على دواسة الفرامل ، مما يقلل من خطر ارتفاع درجة حرارة الفرامل. [ 2 ]

في حين أن بعض قوة الكبح تنتج بسبب الاحتكاك في مجموعة نقل الحركة ، إلا أن هذا ضئيل مقارنة بتأثير فراغ المشعب الناتج عن تقييد تدفق الهواء.

في ناقل الحركة الأوتوماتيكي، غالبًا ما يؤدي كبح المحرك إلى زيادة سرعة دوران المحرك تلقائيًا، مما يتسبب في ارتفاع مفاجئ في عدد دورات المحرك حتى بدون الضغط على دواسة الوقود. ويعود ذلك إلى أن ناقل الحركة الأوتوماتيكي، كما يوحي اسمه، يُؤتمت العمليات الميكانيكية في ناقل الحركة اليدوي التي يقوم بها السائق عادةً بالتحكم في دواسة القابض وذراع ناقل الحركة بقدمه ويده على التوالي. وبالتالي، فإن هذا الارتفاع المفاجئ في عدد دورات المحرك هو محاكاة آلية لتقنية قيادة ناقل الحركة اليدوي المعروفة باسم " مطابقة سرعة المحرك" .

تُستخدم تقنية مطابقة سرعة المحرك عند التبديل إلى ترس أقل (Rev-matching) لمطابقة تردد دوران الترس الجديد (RPM) مع سرعة دوران عمود الإدارة المتحرك، مما يتطلب ضغطًا سريعًا على دواسة الوقود أثناء وضع ناقل الحركة على الحياد عند تغيير التروس. يؤدي ذلك بدوره إلى رفع سرعة دوران الترس الأكبر (الأقل) أولًا قبل تعشيق الترس الجديد. يؤدي التبديل إلى ترس أقل دون القيام بذلك إلى اهتزاز مفاجئ للسيارة، حيث ينتج عن اختلاف سرعات الدوران قوى واتجاهات زخم متضاربة.

محركات الديزل

توفر محركات الديزل في السيارات الشخصية كبحًا ضئيلاً للمحرك لأنها غير مجهزة بجسم الخانق وبالتالي لا يمكنها سحب فراغ في مشعب السحب.

في المركبات الثقيلة، يُصمَّم المحرك غالبًا لتوفير قوة كبح إضافية لتخفيف الضغط على نظام الفرامل الأساسي للمركبة والمساعدة في تجنب ارتفاع درجة حرارة الفرامل. في أبسط صوره، يتكون هذا النظام من صمام فراشة يُقيِّد تدفق العادم. يُشار إلى هذا النظام باسم فرامل العادم، ويوجد غالبًا في الشاحنات القديمة. تأثيره محدود، بينما تُعدّ الأنظمة الأكثر تطورًا، كما هو موضح أدناه، شائعة الاستخدام في المركبات الثقيلة الحديثة.

فرامل تحرير الضغط

ممنوع استخدام فرامل المحرك في أوناديلا، جورجيا

مكابح تحرير الضغط (المعروفة أيضًا باسم مكابح جاكوبس أو "مكابح جاك") هي نوع المكابح الأكثر شيوعًا في الخلط بينها وبين مكابح المحرك الحقيقية؛ وتُستخدم بشكل أساسي في شاحنات الديزل الكبيرة، وتعمل عن طريق فتح صمامات العادم في أعلى شوط الضغط، بحيث لا تعود كمية الطاقة الكبيرة المخزنة في الهواء المضغوط إلى عمود المرفق، بل تُطلق في الغلاف الجوي. إنها طريقة فعالة للغاية للكبح، إذ تُولّد قوة كبح كبيرة تُطيل عمر مكابح الاحتكاك بشكل ملحوظ - يمكن لمحرك ديزل بقوة 565 حصانًا (421 كيلوواط) أن يُنتج ما يصل إلى 600 حصان (450 كيلوواط) من قوة الكبح عند 2100 دورة في الدقيقة. [ 3 ]    

في الوضع الطبيعي، خلال شوط الضغط، تُستهلك الطاقة عندما يضغط المكبس الصاعد الهواء داخل الأسطوانة؛ ثم يعمل الهواء المضغوط كنابض مضغوط يدفع المكبس إلى أسفل. ولكن، مع تشغيل فرامل المحرك، يُطلق الهواء المضغوط فجأةً قبل أن يبدأ المكبس حركته إلى أسفل (يُحدث هذا الإطلاق المفاجئ للهواء المضغوط موجات صوتية مسموعة تُشبه تمدد الغازات الخارجة من فوهة السلاح الناري ) . وبسبب فقدان الطاقة المخزنة في الهواء المضغوط، لا يوجد ارتداد، لذا يجب على المحرك بذل المزيد من الطاقة لسحب المكبس إلى أسفل مرة أخرى.

يُنتج هذا النوع من المكابح مستويات عالية جدًا من التلوث الضوضائي في حال عدم وجود كاتم صوت على مشعب عادم المحرك، ما يجعله عاليًا بما يكفي لإزعاج المنطقة المحيطة. ويُقال إن صوته يُشبه صوت المطرقة الهوائية ، إلا أن مستوى ضجيجه أعلى بما يتراوح بين 10 و20 ضعفًا (أي أعلى بمقدار 10 إلى 13 ديسيبل ). وقد حظرت العديد من المدن والبلديات والولايات والمقاطعات استخدام مكابح الضغط غير المزودة بكاتم صوت، والتي يُسمح باستخدامها عادةً على الطرق البعيدة عن المناطق السكنية. وفي أستراليا، اعتبارًا من عام 2008، تم اختبار كاميرات مراقبة المرور التي تُصوّر تلقائيًا المركبات الثقيلة التي تستخدم مكابح الضغط. [ 4 ]

مكابح العادم

يعمل مكبح العادم عن طريق إحداث تضييق في مسار العادم، تمامًا كما يفعل صمام الخانق في محرك البنزين. ببساطة، يعمل عن طريق زيادة الضغط الخلفي للعادم. معظم هذه المكابح عبارة عن صمامات فراشة تشبه صمام الخانق، مثبتة بعد الشاحن التوربيني إن وجد.

انسدادات العادم

تخضع محركات الديزل الحديثة لضوابط صارمة عديدة فيما يتعلق بالانبعاثات، وغالبًا ما تحتوي على العديد من العوائق في نظام العادم، مما يجعلها تُعطي إحساسًا بوجود نوع من الكبح في المحرك كما هو الحال في محركات البنزين. ومن أهم هذه العوائق:

محركات ثنائية الأشواط

قد يكون استخدام فرامل المحرك في محرك ثنائي الأشواط يعمل بنظام الخلط المسبق للوقود ضارًا جدًا بالمحرك، لأن زيت التشحيم يُضخ إلى كل أسطوانة ممزوجًا بالوقود. ونتيجة لذلك، أثناء استخدام فرامل المحرك، لا ينقطع الوقود فحسب، بل ينقطع زيت التشحيم أيضًا، مما يؤدي إلى تآكل متسارع. كانت العديد من السيارات القديمة ثنائية الأشواط ( مثل ساب أوتوموبيل وارتبرغ 353 ) مزودة بجهاز تحرير في ناقل الحركة لجعل استخدام فرامل المحرك اختياريًا. أما معظم محركات الدراجات النارية ثنائية الأشواط منذ سبعينيات القرن الماضي، فتعتمد على مضخة زيت للتشحيم ، مستقلة عن نظام الخانق والوقود، مثل نظام بوزي فورس من سوزوكي.

المحركات الكهربائية

في المركبات الكهربائية والهجينة، توفر المحركات الكهربائية مقاومة نظام الدفع ، وتعيد شحن البطارية الداخلية باستخدام الطاقة المستعادة من الحركة الحركية للمركبة والتي كانت ستُهدر لولا ذلك. أما في المركبات الهجينة ، فيعمل المحرك بالطاقة الكهربائية لتبديد الطاقة الزائدة عند اكتمال شحن البطارية.

التطبيقات

بمجرد رفع القدم عن دواسة الوقود بما يكفي لإبطاء المحرك، يبدأ مفعول كبح المحرك طالما بقيت العجلات متصلة بالمحرك عبر ناقل الحركة. أما انزلاق أو انفصال القابض ، أو محول عزم الدوران ، فيؤدي إلى فصل العجلات أو امتصاص طاقة الكبح. وتختلف قوة الكبح باختلاف المحرك والترس المستخدم في ناقل الحركة. فكلما انخفض الترس، زاد تأثير الكبح نتيجة لارتفاع عدد دورات المحرك في الدقيقة وعزم الدوران المنقول عبر ناقل الحركة (حيث يُنتج المحرك عزم دوران أعلى في التروس المنخفضة).

يُجنّب استخدام فرامل المحرك تآكل المكابح، ويُساعد السائق على الحفاظ على السيطرة على المركبة. كما يُساعد الاستخدام الفعال لفرامل المحرك عن طريق تغيير التروس إلى ترس أقل على التحكم في السرعة أثناء القيادة على منحدرات شديدة الانحدار وطويلة، مما يحمي المكابح من السخونة الزائدة أو التآكل المفرط. وإذا تم تطبيقها قبل استخدام المكابح، فإنها تُتيح استخدامها للتوقف الطارئ. ويتم الحفاظ على السرعة المطلوبة باستخدام فرامل المحرك لموازنة تسارع الجاذبية. ويمكن الحد من تآكل ناقل الحركة الناتج عن فرامل المحرك باتباع بعض التقنيات. فعند استخدام القابض لإتمام تغيير التروس إلى ترس أقل، يتآكل قرص القابض أثناء إبطاء المركبة، مما يُؤدي وظيفة وسادات أو أحذية المكابح. ويُقلل ضبط سرعة المحرك بشكل صحيح في نفس الوضع من الضغط على مكونات ناقل الحركة، وبالتالي تُؤدي فرامل المحرك وظيفة إبطاء المركبة.

قد يؤدي استخدام تقنية كبح المحرك بشكل غير صحيح إلى انزلاق العجلات (المعروف أيضًا باسم انغلاق التروس)، خاصةً على الأسطح الزلقة، نتيجةً للتباطؤ المفرط. وكما هو الحال في الانزلاق الناتج عن الكبح الزائد، لن تستعيد السيارة تماسكها إلا بعد السماح للعجلات بالدوران بسرعة أكبر. إذا خفف السائق من قوة كبح المحرك عن طريق تغيير التروس إلى ترس أعلى، أو فصل القابض في ناقل الحركة اليدوي، فسيستعيد السيارة تماسكها.

في المركبات الكهربائية الهجينة ، مثل تويوتا بريوس ، يُحاكي برنامج الكمبيوتر كبح المحرك ليُضاهي إحساس ناقل الحركة الأوتوماتيكي التقليدي. عند القيادة لمسافات طويلة على منحدرات، يعمل وضع "B" كترس منخفض، مستفيدًا من سرعة دوران محرك الاحتراق الداخلي العالية لتبديد الطاقة، مما يمنع شحن البطارية بشكل زائد. [ 5 ] تستطيع جميع المركبات الكهربائية والهجينة تقريبًا تحويل الحركة الحركية إلى كهرباء، أي الكبح التجديدي ، ولكن نظرًا لعدم استخدام محرك الاحتراق الداخلي لإبطاء المركبة عند استخدام الكبح التجديدي، فإنه لا يُعدّ كبحًا بالمحرك.

القيود

يُعدّ استخدام فرامل المحرك ممارسةً مقبولةً عمومًا، ويُساعد على تقليل تآكل فرامل الاحتكاك. بل يُستخدم في بعض رياضات السيارات للحدّ من خطر ارتفاع درجة حرارة فرامل الاحتكاك. إضافةً إلى ذلك، لا تستهلك محركات حقن الوقود عادةً الوقود أثناء استخدام فرامل المحرك، وهو ما يُعرف بفصل الوقود عند التباطؤ (DFCO).

على الرغم من توقف إنتاجها في معظم البلدان، لا تزال هناك العديد من المحركات المكربنة قيد الاستخدام، والتي لا يزال كبح المحرك فيها يستهلك الوقود. عند دورات المحرك العالية وصمام الخانق المغلق، يسحب فراغ مشعب السحب العالي كمية أكبر من الوقود عبر صمام التجاوز في وضع الخمول مقارنةً بوضع الخمول الفعلي. ومع ذلك، فإن جانب السلامة في كبح المحرك يفوق دائمًا هذا الاستهلاك الضئيل للوقود.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ميغلي، توماس. "زيادة قوة كبح المحرك مع ضبط توقيت صمام السحب" . براءات اختراع جوجل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 ديسمبر 2019 .
  2. ↑ "التحكم في مركبتك" . القيادة الآمنة مدى الحياة . وكالة معايير السائقين والمركبات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أغسطس 2019 .
  3. ↑ "فهم أداء الشاحنات ذات المقطورة" (ملف PDF) . شركة كاتربيلر، صفحة 20. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 14 مارس 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أكتوبر 2023 . 
  4. ↑ "التقرير السنوي لعام 2007" (ملف PDF) . هيئة الطرق والمرور . 2007. تاريخ الاسترجاع: 30-06-2008 .
  5. شرح وضع B ↑