با سیستم ترمز موتور آشنا شوید

در اینجا به بررسی و آشنایی با سیستم های ترمز موتور یا (Engine brake) خواهیم پرداخت.

شاید شما نیز به صدای مهیب و غرشی که یک کامیون در هنگام ترمزگیری ایجاد می‌کند علاقه مند باشید. اما در هنگام ترمزگیری در این نوع وسائط نقلیه دقیقا چه اتفاقی می‌افتد؟ در خودروهای سنگین، تجاری و کامیون‌ها برای کاهش سرعت از سیستم‌هایی با نام ترمز موتور یا (Engine Brakes) استفاده می‌شود. این ترمزها در کشورهای انگلیسی زبان گاهی با نام (Jake brake) نیز شناخته می‌شوند و دلیل آن این است که بسیاری از بزرگ‌ترین تولیدکننده‌های خودروهای سنگین از این نوع سیستم ترمز موتوری که ساخت شرکت (Jacobs‌Vehicle‌ Systems) هستند، استفاده می‌کنند.

استفاده از سیستم ترمز معمولی خودرو باعث استهلاک بالا و صدالبته تولید حرارت زیاد می‌شود. افزایش دمای سیستم ترمز به خصوص در خودروی سنگینی که در حال پایین آمدن از یک شیب است می‌تواند باعث بیش از حد داغ شدن ترمزها و از کار افتادن آن‌ها شود. کم کردن دنده و استفاده از دنده‌ی معکوس نیز در خودروهای سنگین به آن اندازه که در خودروهای سواری شاهد هستیم مؤثر نیست و دلیل آن هم وزن بسیار بالاتر خودروهای تجاری است.

استفاده از سیستم ترمز موتور به دلیل اینکه برای کاهش سرعت از خود پیشرانه استفاده می‌کند، خطر بروز مشکل در سیستم ترمز اصلی را کاهش می‌دهد. همچنین این سیستم‌ها میزان کارایی سیستم ترمز را نیز در هنگام کاهش سرعت بهبود می‌بخشند؛ ضمن اینکه کاهش سایش تایرها و سیستم ترمز و بهبود ایمنی ترمز‌گیری نیز از دیگر نقاط مثبت استفاده از ترمز موتور است.

گرچه ترمز موتور یک عامل حیاتی برای افزایش ایمنی خودرو است اما در برخی از محدوده‌های شهری و سکونی با استفاده از آن‌ها مخالفت می‌شود و ممکن است در برخی نقاط تابلوهایی در خصوص ممنوعیت استفاده از ترمز موتور نصب شده باشد (البته این مورد شاید بیشتر در اروپا و امریکا مشاهده شود).

در این مقاله ما به تشریح ساختار داخلی ترمز موتور، ترمز اگزوز و قوانین مربوط به استفاده از این سامانه‌ها خواهیم پرداخت.

اساس کار ترمز موتور
به زبان ساده در یک خودروی بنزینی متداول زمانی که شما پای خود را بر روی پدال گاز قرار می‌دهید و آن را می‌فشارید در حقیقت دریچه‌ی باز یا گلویی را باز کرده و به پیشرانه اجازه‌ی دور گرفتن می‌دهید. حال زمانی که شما پدال گاز را رها می‌کنید دریچه ی گاز بسته می‌شود و موتور دیگر توانایی دور گرفتن خود را از دست داده و دور موتور کاهش پیدا می‌کند. در هنگام پایین آمدن از یک شیب شما پای خود را از روی پدال گاز برمی‌دارید و این یک حالت ترمز موتوری ایجاد کرده و از افزایش سرعت جلوگیری می‌کند. اگر شیب مسیر حرکت خیلی تند باشد برای پیشگیری از استفاده از ترمز گاهی مجبور خواهید شد که دنده را نیز کاهش دهید.

اما در کشنده‌ها و کامیون‌ها برداشتن پا از روی پدال گاز به آن شدتی که در خودروهای سواری اتفاق می‌افتد سبب کاهش سرعت نمی‌شود. همچنین استفاده از سیستم ترمز به تنهایی در مسیرهای سراشیبی طولانی و شیب‌های تند نیز ممکن است کارایی لازم را در اختیار راننده قرار ندهد حتی در صورتی که راننده اقدام به دنده‌ی معکوس نیز بکند قضیه خیلی نمی‌تواند تفاوتی داشته باشد. برای متوقف کردن یک تریلر که می‌تواند وزنی در حدود 40 تن داشته باشد به نیرویی بسیار بیشتر از این نیاز است.

در یک پیشرانه ی دیزلی هوا از طریق سوپاپ ورودی وارد سیلندر می‌شود و سپس با حرکت پیستون به سمت بالا، هوا فشرده شده و احتراق صورت می‌گیرد، در مرحله‌ی بعدی پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند که این نیرو به چرخ‌ها انتقال پیدا می‌کند.

اما چگونه می‌توانید سرعت خودرو را کم کنید؟ یکی از راه‌ها استفاده از ترمز موتورهایی است که دارای مکانیزم رهاسازی کمپرس موتور هستند. در این حالت زمانی که راننده تصمیم به کاهش سرعت بگیرد یک سوئیچ را در داخل کابین فعال می‌کند. با فعال شدن سیستم سیلندرهایی که برای خاموش شدن و مکانیزم ترمزی در نظر گرفته شده‌اند هوا را دریافت کرده و فشرده می‌کنند اما پیش از آنکه این هوای فشرده شده نیرویی را تولید کند و به میل لنگ و به دنبال آن به چرخ‌ها ارسال کند، سیستم هوای فشرده شده را از راه سوپاپ اگزوز رهاسازی می‌کند. این مکانیزم می تواند به شکل مؤثری سرعت خودرو را کاهش دهد.

ترمز اگزوز نیز سرعت خودرو را کاهش می‌دهد اما روش کار آن کاملا متفاوت با ترمز موتور است که با آن نیز خواهیم پرداخت.

البته ترمز موتور گاهی ممکن است نتواند سرعت خودرو را به میزان لازم کم کند و باعث حادثه شود. یک نمونه از این حوادث در آگوست سال 2008 در جنوب ایالت یوتای امریکا اتفاق افتاد که یک کامیون کشنده که در حال حمل خوک بود به یک پیچ نزدیک شد، راننده در هنگام ورود به پیچ نتوانست سرعت خود را به میزان لازم کم کند و همین مورد باعث بروز حادثه برای کامیون شد. گرچه راننده از این حادثه جان سالم به دربرد اما بدبختانه بسیاری از خوک‌ها جان خود را از دست دادند.

ترمز اگزوز
ترمز اگزوز با نام انگلیسی (Exhaust brake) شناخته می‌شوند و در ایران البته نام ترمز اگزوز کم‌تر مورد استفاده قرار گرفته و با نام ریتاردر نیز می‌شناسند که البته واژه ی درست تر همان ترمز اگزوز است. با استفاده از این نوع از سیستم ترمز موتوری می‌توان در هنگام پایین آمدن از یک سراشیبی از داغ شدن سیستم ترمز اصلی خودرو جلوگیری کرد، چون یکی از چیزهایی که می‌تواند در عملکرد ترمز اصلی خودرو ایجاد اختلال کند افزایش حرارت بیش از اندازه ی آن‌ها است. به گفته ی وب سایت گروه صنعتی جاکوبز از ترمز اگزوز حداکثر می توان تا 3 دقیقه به طور متوالی استفاده کرد.

ترمز اگزوز در حقیقت نیروی پیشرانه‌ی دیزلی را پس می‌زند و اصطلاحا ریتارد می‌کند. اما روش کار آن کاملا متفاوت با ترمز موتور است. کاری که سیستم ترمز موتور انجام می‌دهد رهاسازی کمپرس موتور با استفاده از سوپاپ دود است اما ترمز اگزوز جلوی گازهای خروجی از اگزوز را گرفته و با ایجاد فشار سرعت میل لنگ را کم می‌کند که این کاهش سرعت میل لنگ سبب کاهش سرعت حرکت خودرو نیز می‌شود.

ترمز اگزوز معمولا در قسمت خروجی توربوشارژر قرار گرفته است و جلوی خروج دود اگزوز را می‌گیرد. این سیستم مجهز به یک سوپاپ پروانه‌ای است (چیزی با ظاهر و مکانیزگی شبیه به دریچه‌ی گاز خودروهای بنزینی) است که در مسیر گازهای اگزوز قرار دارد و تا زمانی که ترمز اگزوز را فعال نکنید این سوپاپ به طور کامل باز است. زمانی که راننده ترمز اگزوز را فعال می‌کند این سوپاپ بسته شده و جلوی گازهای خروجی را می‌گیرد. بسته شدن این سوپاپ باعث می‌شود که پیستون در مرحله‌ی تخلیه، گازهای اگزوز را به سمت ترمز اگزوز بفرستد در حالی که مسیر آن ها بسته است و این مانع باعث دفع شدن انرژی می‌شود. اگر درک عملکرد این سیستم برایتان سخت است می‌توانید این روش را امتحان کنید، یک نفس عمیق بکشید، سپس سعی کنید در حالی این هوا را از شش‌های خود بیرون دهید که با دست خود جلوی دهان را گرفته و راه خروج هوا را بسته‌اید. با این کار شما عملکرد یک ترمز اگزوز را شبیه‌سازی کرده‌اید.

برخلاف ترمز موتور (Jake Brake) که صدایی همانند شلیک مسلسل دارد، سیستم ترمز اگزوز صدای بلندی تولید نمی‌کند یا شاید بهتر بگوییم که اصلا صدای تولید نمی‌کند. ترمزهای اگزوز طوری طراحی شده اند تا در هر شرایطی بتوانند کار کنند و وارد عمل شدن آن ها در برخی خودروها نیازی با فرمان راننده نداشته و به صورت خودکار است. اگر از ترمز اگزوز به صورت صحیح استفاده شود می‌تواند هزینه ی سرویس و نگهداری سیستم ترمز اصلی خودرو را به شدت کاهش دهد و همچنین ایمنی خودرو نیز در هنگام پایین آمدن از سراشیبی حفظ می‌شود. در شکل زیر می‌توانید اجزای مختلف ترمز اگزوز را مشاهده کنید.

حالا که با طرز کار سیستم ترمز موتور و ترمز اگزوز آشنا شدید به سراغ قسمت بعدی مقاله می‌رویم تا با کارکرد این سیستم‌ها نیز آشنا شویم. این را نیز باید ذکر کرد که ترمز اگزوز در همه‌ی خودروهای دیزلی وجود ندارد. پیشرانه‌هایی که به این سیستم مجهز می‌شوند حتما باید از موادی مستحکم و مقاوم ساخته شده باشند و ساختار آن‌ها دارای استحکام کافی برای تحمل فشار وارده به پیشرانه را در هنگام استفاده از ترمز اگزوز داشته باشد. اگر خودروی دیزلی شما مجهز به سیستم ترمز اگزوز نیست می‌توانید با شرکت سازنده و یا یک مکانیک خبره مشورت کرده و در صورتی که مشکلی در این زمینه وجود نداشته باشد می‌توانید این سیستم را روی خودرو نصب کنید.

استفاده از سیستم ترمز موتور
سیستم ترمز موتور در کامیون‌ها و کشنده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و در هنگامی که نیاز به کاهش سرعت اما نه توقف کامل باشد (همانند یک مسیر سراشیبی) می‌توان از این سیستم استفاده کرد. این سیستم در خودروهای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• خودروهای تجاری همانند اتوبوس‌ها
• کامیون‌ها و کشنده‌ها
• ماشین آلات راه‌سازی و خودروهای فوق سنگین

سیستم ترمز موتور را نیز همانند سیستم ترمز اگزوز باید به صورت مداوم مورد استفاده قرار داد و این طور نیست که تنها در شیب‌های تند از آن استفاده کنید. استفاده از ترمز موتور می‌تواند استهلاک قطعات سیستم ترمز اصلی را کم‌تر کند و در هنگام تعویض لنت‌های ترمز خودرو خواهید دریافت که ترمز موتور تا چه میزان توانسته در هزینه‌های شما صرفه جویی کند.

زمانی که در محیط‌های شهری و یا در اتوبان ترمز موتور را فعال می‌کنید می توانید صدای نعره ی بلند آن را که از ساختمان‌ها و خودروهای اطراف نیز بازتاب می‌شود بشنوید. صدای بلند سیستم ترمز موتور سبب مخالفت‌ها و بروز اعتراضاتی در خصوص استفاده‌ی آن شده است. در هنگام استفاده‌ی کامیون از ترمز موتور صدای بلند تالاپ تالاپ شنیده می‌شود، دلیل تولید چنین صدایی این است که هوای فشرده شده توسط پیستون از طریق سوپاپ اگزوز از داخل سیلندر خارج می‌شود.

شرکت صنایع خودرویی جاکوبز که بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی سیستم ترمز موتور در جهان است در مورد صدای تولیدی توسط ترمز موتور می‌گوید صدای تولیدشده توسط ترمز موتورهای مافلر دار (خفه کن) اصلی این شرکت به میزان 80 الی 83 دسی بل است که 10 الی 13 دسی بل بلندتر از صدای انسان است. شرکت جاکوبز ادعا می‌کند که صدای تولیدی بسیار بلند در برخی مدل‌ها به دلیل استفاده از مافلر اگزوز غیر اصلی و یا با طراحی نادرست در آن‌ها است. یک سیستم اگزوز مستقیم صدای در حدود 16 الی 22 دسی بل بیش از سیستم اگزوز مافلر‌دار دارد.

قانون گذاران در برخی ایالات و کشورها استفاده از ترمز موتور را در برخی جاده‌ها و مناطق ممنوع کرده اند اما شرکت‌ها تغییراتی را برای همخوانی با این قوانین در سیستم‌های خود ایجاد می‌کنند که یک نمونه‌ی آن استفاده از مافلر توسط جاکوبز است. اما برای درک بهتر مسئله ی صدا بد نیست بدانید که صدایی در حدود 80 الی 83 دسی بل که توسط سیستم ترمز موتور مافلر دارد تولید می‌شود تقریبا با صدایی برابر است که توسط یک ماشین حمل زباله، یک دستگاه مخلوط کن خانگی یا یک سواری در حال حرکت با سرعت 64 کیلومتر بر ساعت تولید می‌شود.

مساله ی قانون گذاری در خصوص ترمز موتور
اساس قانونی که آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) تصویب کرده است تمامی کامیون‌هایی پس از سال 1988 تولید شده‌اند باید از فاصله ی 15.2 متری حداکثر صدایی معادل 80 دسی بل داشته باشند. این عدد شامل صدای تولیدی از سیستم اگزوز نیز می‌شود. آژانس حفاظت محیط زیست همچنین حذف قطعات کاهنده‌ی صدا را از روی هر نوع اتومبیلی ممنوع کرده است.

البته ترمز موتورها خیلی در هدف اتهام قرار ندارند چون اول اینکه دائما در حال استفاده نیستند و دوم اینکه بیشتر در جاده ها از آن ها استفاده می‌شود. اما سیستم‌های اگزوز نامناسب همواره مشکل ساز بوده‌اند و بسیاری از ایالات امریکا اقدام به تصویب قوانینی کرده‌اند که چند نمونه از آن‌ها را در زیر می‌آوریم:

• در سال 2003 ایالت مونتانا قانونی را به تصویب رساند که بر اساس آن تمامی خودروهای تجاری که مجهز به سیستم ترمز موتور هستند باید از مافلر استفاده کنند. کسانی که این قانون را نقض کنند باید جریمه‌ای به مبلغ 500 دلار پرداخت کنند.
• در سال 2000 ایالت کلرادو لایحه‌ای را تصویب کرد که طبق آن تمامی خودروهایی که به سیستم ترمز موتور مجهز هستند باید از مافلر نیز برخوردار باشند. خاطیان از این قانون نیز جریمه ی 500 دلاری را خواهند پرداخت.
• بر اساس توافقنامه‌ی حمل و نقل بزرگراه‌ها که بین ایالت‌های آریزونا، آیداهو، مونتانا، نوادا، نیومکزیکو، اورگون، یوتا، واشنگتن و وایومینگ امضا شد، این ایالات با الهام از قانون تصویب شده در کلرادو، استفاده از مافلر را برای تمامی خودروهای مجهز به ترمز موتور اجباری کردند. طبق این توافقنامه افراد متخلف باید جریمه‌ی 500 دلاری را پرداخت کنند.

تابلوی ممنوعیت استفاده از ترمز موتور
در برخی ایالات به جای کلمه‌ی ترمز موتور یا (Engine Brake) از اصطلاح (Jake Brake) استفاده می‌شود و به جای آنکه بر روی تابلو نوشته شده باشد که استفاده از ترمز موتور ممنوع است نوشته شده است که از (Jake Brake) استفاده نکنید و حتی از جمله‌ی استفاده از ریتاردر ممنوع نیز استفاده می‌شود.