Perché i freni di scarico sono così efficaci sui veicoli diesel.
I motori diesel controllano la velocità e la potenza del motore limitando la quantità di carburante iniettato nel motore. Un diesel non ha acceleratore d’aria. Poiché non ha acceleratore d’aria, un motore diesel non offre praticamente nessuna frenata del motore quando il conducente solleva il pedale dell’acceleratore. Non c’è solo una perdita di pompaggio per ritardare la velocità del motore mentre il pistone scende sulla corsa di aspirazione., L’aria è libera di entrare nel cilindro, limitata solo dalla capacità di flusso del filtro dell’aria, del compressore turbocompressore, dell’intercooler, del collettore di aspirazione, della porta della testata e dell’apertura della valvola di aspirazione. Questo può essere sconcertante per un conducente che viene utilizzato per la frenata del motore prodotta da un motore a benzina, e può essere decisamente snervante per il conducente di un pick-up diesel pesantemente caricato o camper su un grado in discesa, soprattutto se i freni di servizio del veicolo cominciano a surriscaldarsi e dissolvenza. Ecco perché i freni di scarico, come il freno delle banche, sono diventati così popolari per tali veicoli diesel.,
Prima di andare oltre, dovremmo menzionare che un freno di scarico non è un freno a compressione rumoroso o un freno “Jake” come usato su grandi impianti diesel e autocarri con cassone ribaltabile. Un freno Jake funziona utilizzando la pressione idraulica per aprire momentaneamente la valvola di scarico alla fine della corsa di compressione, sfiato fuori l’aria compressa nel sistema di scarico. Ecco da dove viene tutto il rumore. La frenata di un Jake brake si verifica a causa della perdita di pompaggio comprimendo l’aria e quindi eliminando il “rimbalzo” dell’aria compressa sulla corsa di potenza., Inoltre, c’è una perdita di pompaggio mentre il pistone scende sulla corsa di potenza con entrambe le valvole chiuse e senza combustione.
Un freno di scarico è un dispositivo che crea essenzialmente una restrizione importante nel sistema di scarico e crea una sostanziale contropressione dello scarico per ritardare il regime del motore e offrire una frenata supplementare. Nella maggior parte dei casi, un freno di scarico è così efficace che può rallentare un veicolo pesantemente caricato su un downgrade senza mai applicare i freni di servizio del veicolo., Ma cosa succede davvero all’interno del motore quando viene attivato un freno di scarico, e in che modo la contropressione dello scarico rallenta il motore con una forza sufficiente a rallentare l’intero veicolo?
Per capire come funziona un freno di scarico, dobbiamo prima capire come un diesel produce potenza – o più specificamente, coppia. Dopo che un diesel ha ingerito aria sulla corsa di aspirazione e l’ha compressa sulla corsa di compressione, il carburante viene iniettato direttamente nel cilindro. Il calore di compressione accende il combustibile e la combustione avviene rilasciando più calore per aumentare la pressione dell’aria compressa nel cilindro., Questa pressione spinge quindi il pistone verso il basso sulla corsa di potenza per generare coppia sull’albero motore. Più carburante viene bruciato, più calore viene generato e maggiore è la pressione che agisce sul pistone. E, naturalmente, più pressione significa più coppia.
Ora diamo un’occhiata alla corsa di scarico per il nostro diesel. Normalmente il pistone spinge lo scarico oltre la valvola di scarico aperta e attraverso i restanti condotti di scarico fino a quando i gas di scarico raggiungono l’atmosfera., Quando il conducente rilascia l’acceleratore del carburante, quasi nessun carburante viene iniettato nei cilindri, quindi c’è poco più dell’aria che è stata inizialmente ingerita sulla corsa di aspirazione per essere espulsa sulla corsa di scarico. Infatti, se mettiamo un sensore di pressione nel sistema di scarico, scopriremmo che la pressione di scarico è molto vicina allo zero durante la decelerazione perché il sistema di scarico può facilmente gestire il flusso di scarico., Ciò significa che la pressione nel cilindro è anche molto vicina allo zero sulla corsa di scarico in queste condizioni di decelerazione, e la pressione zero sulla parte superiore del pistone durante la corsa di scarico non offre alcuna resistenza al pistone mentre sale.
Ora aggiungiamo un freno di scarico a valle del turbocompressore. Un freno di scarico è fondamentalmente una valvola che può essere chiusa nel sistema di scarico per limitare (ma non completamente chiudere) flusso di scarico. Questa valvola si chiude quando il conducente rilascia l’acceleratore del carburante., In queste condizioni, il flusso di scarico dai cilindri viene bloccato e aumenta rapidamente la pressione nel sistema di scarico a monte del freno di scarico. A seconda del regime del motore, questa pressione può facilmente raggiungere fino a 60 PSI pressione massima di esercizio. La pressione massima di esercizio è limitata come parte della progettazione di un freno di scarico. In questo esempio, lo stesso 60 PSI rimane anche nel cilindro per l’intera corsa di scarico (valvola di scarico aperta) ed esercita 60 PSI sulla parte superiore del pistone per resistere al suo movimento verso l’alto. Possiamo pensare a questo come coppia negativa, rallentando il motore per un effetto frenante., Potremmo anche pensare a questo come esattamente l’opposto del colpo di potenza, e in effetti, lo è. Pertanto, è possibile vedere che la semplice limitazione del flusso di scarico può generare una frenata sostanziale. Questo è ciò che rende un freno di scarico così efficace.
L’esempio sopra è semplificato e fornisce una buona illustrazione di come funziona un freno di scarico, ma c’è un po ‘ di più che dovresti sapere. Teoricamente, se chiudessimo completamente il percorso di scarico, potremmo costruire una pressione di scarico molto alta per agire sul pistone durante la corsa di scarico per una frenata ancora maggiore., Potremmo, almeno in teoria, sbattere sul freno di scarico fino al punto di far scorrere le ruote posteriori – non è un buon piano quando si rimorchiano un rimorchio in discesa. Di conseguenza, vogliamo temperare l’azione del freno di scarico per un grado di frenata ragionevole e controllato. Inoltre, un freno di scarico non può chiudere completamente il sistema di scarico per una serie di altri buoni motivi. Se lo scarico è completamente chiuso, la pressione nel sistema di scarico continuerà a salire fino alla rottura del sistema di scarico o al danneggiamento del motore., Infatti, secondo le fabbriche, lasciare che la pressione nel sistema di scarico superi 40 PSI per i diesel Ford, 55 PSI per la Chevy / GM DuraMax, o 60 PSI per i diesel Cummins, può effettivamente danneggiare un motore diesel. Ecco come. Se la pressione nel sistema di scarico, che sopporta anche contro la parte posteriore delle valvole di scarico chiuse in un motore multicilindrico, supera la capacità delle molle delle valvole di tenere le valvole sulle loro sedi, le valvole di scarico sarebbero forzate aperte e i pistoni potrebbero colpire le valvole, causando gravi danni al motore., Di conseguenza, un freno di scarico deve sfogare un certo flusso di scarico attraverso il sistema di scarico per mantenere la pressione di picco del sistema al di sotto del punto di pericolo. La pressione alla quale le valvole di scarico possono essere aperte dipende dalla pressione della sede della molla della valvola e dalla dimensione (area della testa della valvola) delle valvole utilizzate. Si tratta di un’impostazione attentamente progettata su tutte le applicazioni dei freni delle banche: viene effettuata un’attenta determinazione per produrre la massima frenata pratica senza causare danni al motore., Se non fosse per i potenziali problemi di rottura del valvetrain o del sistema di scarico, l’impianto frenante di scarico potrebbe essere progettato per creare un’incredibile forza frenante del motore, teoricamente arrivando a bloccare il motore!
Ok, ora che sappiamo come funziona un freno di scarico, consideriamo un paio di altre cose che sono legate ai freni di scarico e questa linea di pensiero., In primo luogo, se la creazione di contropressione nel sistema di scarico genera coppia negativa e frenatura del motore, qualsiasi restrizione del sistema di scarico che impedisce il flusso di scarico libero durante le condizioni di crociera o il funzionamento a tutto gas riduce effettivamente la potenza e il risparmio di carburante nello stesso modo. È come un freno di scarico leggermente efficace che è sempre acceso. Questo è il motivo per cui i pezzi del sistema di scarico a flusso libero in tutti i sistemi di alimentazione delle banche, da Git-Kit a PowerPack®, inclusi i sistemi di scarico Monster, sia per il gas che per il diesel, hanno un impatto così positivo sia sulla produzione di energia che sul risparmio di carburante.,
In secondo luogo, quando è chiuso, un freno di scarico blocca la sezione della turbina del turbocompressore. Il freno di scarico deve aprire prima che il turbo può spool di nuovo per fornire spinta su richiesta. Il freno delle banche è progettato per aprirsi a velocità inferiori a 15 MPH, quando è comunque disponibile una frenata di scarico molto piccola, per accelerare la risposta del turbo quando il conducente fa nuovamente un passo sul pedale del carburante. Solo il freno delle banche ha questa funzione computerizzata. Questa è solo una delle funzioni del CBC (computerized brake controller)., E proprio come notato sopra, qualsiasi restrizione nel sistema di scarico a valle del turbocompressore influenzerà negativamente la capacità del turbo di generare spinta in condizioni di guida normali, e specialmente a tutto gas. Anche in questo caso, il freno delle banche, progettato per migliorare effettivamente il flusso di scarico dalla turbina in posizione aperta, migliora sia la potenza che il risparmio di carburante, oltre a una frenata supplementare quando necessario.
Stai vedendo un modello qui e perché i prodotti Banks sono progettati come sono? È tutto legato al flusso d’aria e all’efficienza di pompaggio del motore. Alle banche, conosciamo diesel., Siamo ingegneri. Lo facciamo bene!
