Motorbremse

Die Motorbremsung erfolgt, wenn die Bremskräfte innerhalb eines Verbrennungsmotors genutzt werden, um ein Kraftfahrzeug zu verlangsamen , anstatt zusätzliche externe Bremsmechanismen wie Reibungsbremsen oder Magnetbremsen zu verwenden .

Der Begriff wird oft mit verschiedenen anderen Bremsarten verwechselt, insbesondere mit der Kompressionsbremse oder „Jake Brake“, die einen anderen Mechanismus verwendet.

Die Verkehrsregeln in vielen Ländern schreiben vor, dass Lkw immer mit eingelegtem Gang fahren müssen, was wiederum eine gewisse Motorbremswirkung (viskose Verluste im Motoröl und in der durch den Motor gepumpten Luft sowie Reibungsverluste an den Zylinderwänden und Lagern) bewirkt, wenn das Gaspedal nicht betätigt wird.

Der Begriff „Motorbremse“ bezeichnet den Bremseffekt, der bei Benzinmotoren beim Loslassen des Gaspedals auftritt . Dadurch wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt und die Drosselklappe schließt sich nahezu vollständig, wodurch der Luftstrom, beispielsweise vom Turbolader, stark eingeschränkt wird. Diese Einschränkung erzeugt einen starken Unterdruck im Ansaugkrümmer , gegen den die Zylinder arbeiten müssen. Dadurch wird dem System mit der Zeit ein Großteil der potenziellen Energie entzogen, was den größten Teil der Motorbremswirkung erzeugt. ^{[ 1 ]} Dieser Unterdruck im Ansaugkrümmer kann oft durch Herunterschalten verstärkt werden, wodurch ein schneller drehender Antriebsstrang mit dem Motor in Eingriff kommt.

Die Motorbremse ist eine praktikable Methode, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bergab zu kontrollieren. Durch Herunterschalten bei einem Schaltgetriebe oder Aktivieren des „Low“-Modus bei einem Automatikgetriebe verringert die Motorbremse die Notwendigkeit, die Fußbremse wiederholt zu betätigen , und senkt somit das Risiko einer Bremsenüberhitzung. ^{[ 2 ]}

Ein Teil der Bremskraft entsteht zwar durch Reibung im Antriebsstrang , dieser Effekt ist jedoch im Vergleich zum Effekt des durch die Luftstrombehinderung verursachten Saugrohrvakuums vernachlässigbar.

Bei Automatikgetrieben führt die Motorbremsung oft zu einem spontanen Anstieg der Motordrehzahl, wodurch es selbst ohne Betätigung des Gaspedals zu einem plötzlichen Aufheulen des Motors kommt. Dies liegt daran, dass ein Automatikgetriebe – wie der Name schon sagt – die mechanischen Vorgänge eines Schaltgetriebes automatisiert, die normalerweise vom Fahrer durch die Betätigung von Kupplungspedal und Schalthebel mit Fuß bzw. Hand ausgeführt werden. Das spontane Aufheulen des Motors ist somit die automatisierte Nachbildung einer Fahrtechnik, die beim Schaltgetriebe als Drehzahlanpassung bekannt ist .

Die Drehzahlanpassung beim Herunterschalten (Schalten in einen niedrigeren Gang) dient dazu, die Drehzahl des neuen Gangs an die Drehzahl der bereits laufenden Antriebswelle anzupassen. Dazu muss während des Schaltvorgangs im Leerlauf kurz Gas gegeben werden. Dadurch erreicht der höhere Gang zuerst seine volle Drehzahl, bevor der Gang eingelegt wird. Ohne diese Anpassung kommt es beim Herunterschalten zu einem ruckartigen Anfahren, da die unterschiedlichen Drehzahlen gegenläufige Kräfte und Impulsrichtungen erzeugen.

Dieselmotoren in Pkw bieten nur eine geringe Motorbremswirkung, da sie nicht mit einer Drosselklappe ausgestattet sind und somit keinen Unterdruck im Ansaugkrümmer erzeugen können.

Bei Nutzfahrzeugen wird der Motor häufig so konstruiert, dass er zusätzliche Bremskraft bereitstellt, um das reguläre Bremssystem zu entlasten und eine Überhitzung der Bremsen zu vermeiden. In seiner einfachsten Form besteht dies aus einer Drosselklappe , die den Abgasstrom begrenzt. Diese sogenannte Auspuffbremse findet sich hauptsächlich in älteren Lkw. Ihre Wirkung ist begrenzt, und fortschrittlichere Systeme, wie sie im Folgenden beschrieben werden, sind bei neueren Nutzfahrzeugen nahezu Standard.

Die Dekompressionsbremse (auch bekannt als Jacobsbremse oder „Jake-Bremse“) wird häufig mit der Motorbremse verwechselt. Sie kommt hauptsächlich in großen Diesel-Lkw zum Einsatz und funktioniert, indem sie die Auslassventile am oberen Totpunkt des Kompressionshubs öffnet. Dadurch wird die in der komprimierten Luft gespeicherte Energie nicht an die Kurbelwelle zurückgeführt, sondern in die Atmosphäre abgegeben. Diese Bremsmethode ist sehr effektiv und erzeugt eine hohe Bremskraft, die die Lebensdauer von Reibungsbremsen deutlich verlängert. Ein 565 PS (421 kW) starker Dieselmotor kann bei 2100 U/min eine Bremsleistung von bis zu 600 PS (450 kW) erzeugen. ^{[ 3 ]}

Normalerweise wird beim Verdichtungstakt Energie genutzt, indem der aufwärts wandernde Kolben die Luft im Zylinder komprimiert. Die komprimierte Luft wirkt dann wie eine Feder und drückt den Kolben wieder nach unten. Bei aktivierter Motorbremse wird die komprimierte Luft jedoch kurz vor Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens abrupt freigesetzt (diese plötzliche Freisetzung erzeugt hörbare Schallwellen, ähnlich den aus einer Schusswaffe austretenden Gasen ) . Da die in der komprimierten Luft gespeicherte Energie verloren gegangen ist, gibt es keine Rückfederung, sodass der Motor zusätzliche Energie aufwenden muss, um den Kolben wieder nach unten zu drücken.

Diese Art von Bremse erzeugt ohne Schalldämpfer am Abgaskrümmer des Motors eine extreme Lärmbelästigung , die die Umgebung stark stört. Vergleichbar klingt sie mit einem Presslufthammer , allerdings ist die Lautstärke 10- bis 20-mal höher (10 bis 13 dB mehr). Zahlreiche Städte, Gemeinden und Bundesstaaten haben die Verwendung ungedämpfter Motorbremsen verboten. Diese sind in der Regel nur noch auf Straßen abseits von Wohngebieten zulässig. In Australien wurden 2008 Verkehrsüberwachungskameras getestet, die schwere Fahrzeuge mit Motorbremse automatisch fotografieren. ^{[ 4 ]}

Eine Auspuffbremse funktioniert durch eine Drosselung des Abgasstroms, ähnlich wie die Drosselklappe im Ansaugtrakt eines Benzinmotors. Vereinfacht gesagt, erhöht sie den Abgasgegendruck. Fast alle diese Bremsen sind Drosselklappen , die – sofern vorhanden – hinter dem Turbolader montiert sind.

Moderne Dieselmotoren unterliegen strengen Abgasnormen und weisen häufig zahlreiche Abgasdrosselungen auf, wodurch sich ein ähnliches Bremsgefühl wie bei Benzinmotoren bemerkbar macht. Die wichtigsten sind:

• Der Turbolader erzeugt im Stillstand einen gewissen Gegendruck.
• Das Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) leitet Abgase zurück in den Motoransaugkanal, oft durch ein verengtes/enges Rohr.
• Der Dieselpartikelfilter (DPF) ist so konstruiert, dass er Rußpartikel auffängt, die andernfalls in die Atmosphäre gelangen würden; er behindert den Abgasstrom erheblich und kann fast so viel Leistung verbrauchen wie ein kleiner Klimaanlagenkompressor.

Die Motorbremsung in einem Zweitaktmotor mit Gemischschmierung kann dem Motor erheblichen Schaden zufügen, da Zylinder- und Kolbenschmierstoff mit dem Kraftstoff vermischt in jeden Zylinder gelangt. Folglich wird der Motor beim Bremsen nicht nur nicht mit Kraftstoff, sondern auch mit Schmierstoff unterversorgt, was zu beschleunigtem Verschleiß führt. Viele ältere Zweitakt-Pkw ( z. B. Saab Automobile , Wartburg 353 ) verfügten über einen Freilauf am Getriebe, um die Motorbremsung optional zu nutzen. Die meisten Zweitakt-Motorradmotoren seit den 1970er-Jahren werden unabhängig von Drosselklappe und Kraftstoffsystem durch eine Ölpumpe geschmiert , wie beispielsweise beim Posi-Force -System von Suzuki.

Bei Elektro- und Hybridfahrzeugen erzeugen Elektromotoren den Antriebswiderstand und laden die Bordbatterie mit der Energie auf, die aus der kinetischen Bewegung des Fahrzeugs gewonnen wird und sonst ungenutzt bliebe. Bei Hybridfahrzeugen läuft der Verbrennungsmotor elektrisch, um überschüssige Energie abzubauen, sobald die Batterie vollständig geladen ist.

Sobald das Gaspedal so weit losgelassen wird, dass der Motor langsamer dreht, setzt die Motorbremse ein, solange die Räder über das Getriebe mit dem Motor verbunden bleiben. Eine durchrutschende oder ausgekuppelte Kupplung oder ein defekter Drehmomentwandler würden die Räder entkoppeln bzw. Bremsenergie absorbieren. Die Bremskraft variiert je nach Motor und eingelegtem Gang. Je niedriger der Gang, desto größer die Bremswirkung aufgrund der höheren Drehzahl und des höheren Drehmoments (in niedrigeren Gängen liefert der Motor ein höheres Drehmoment).

Die Motorbremse schont die Bremsen und hilft dem Fahrer, die Fahrzeugkontrolle zu behalten. Durch aktives Schalten in einen niedrigeren Gang lässt sich die Geschwindigkeit bei steilen und langen Bergabfahrten besser kontrollieren, wodurch die Bremsen vor Überhitzung und übermäßigem Verschleiß geschützt werden. Wird die Motorbremse vor dem Bremsen eingesetzt, bleiben die Bremsen für Notbremsungen frei. Die gewünschte Geschwindigkeit wird durch die Motorbremswirkung, die der Schwerkraft entgegenwirkt, gehalten. Möglicher Getriebeverschleiß durch die Motorbremse lässt sich durch bestimmte Techniken reduzieren. Das Schleifenlassen der Kupplung beim Herunterschalten verschleißt die Kupplungsscheibe, da es das Fahrzeug abbremst und so die Funktion der Bremsbeläge oder -backen übernimmt. Ein präzises Zwischengasgeben im gleichen Gang minimiert die Belastung der Getriebekomponenten, sodass die Motorbremse die eigentliche Bremswirkung erzielt.

Eine falsche Motorbremstechnik kann, insbesondere auf glattem Untergrund, zum Blockieren der Räder (auch Schaltblockierung genannt) führen, da die Bremskraft zu stark abbremst. Wie bei einem durch Überbremsen verursachten Blockieren erlangt das Fahrzeug erst dann wieder die Bodenhaftung, wenn sich die Räder schneller drehen können. Durch Zurückschalten in einen höheren Gang oder, bei einem Schaltgetriebe, durch Auskuppeln kann die Bodenhaftung wiederhergestellt werden.

Bei Hybridfahrzeugen wie dem Toyota Prius wird die Motorbremswirkung durch die Software simuliert, um das Fahrgefühl eines herkömmlichen Automatikgetriebes nachzuahmen. Bei längeren Bergabfahrten fungiert der „B“-Modus wie ein niedrigerer Gang. Dabei wird die höhere Drehzahl des Verbrennungsmotors genutzt, um Energie zu verbrauchen und so ein Überladen der Batterie zu verhindern. ^{[ 5 ]} Fast alle Elektro- und Hybridfahrzeuge können kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln ( Rekuperationsbremse) . Da der Verbrennungsmotor bei der Rekuperationsbremsung jedoch nicht zum Bremsen des Fahrzeugs verwendet wird, ist sie nicht mit der Motorbremse gleichzusetzen.

Die Motorbremsung ist eine allgemein anerkannte Praxis und kann den Verschleiß von Reibungsbremsen reduzieren. Sie wird sogar in einigen Motorsportarten eingesetzt, um das Risiko einer Überhitzung der Reibungsbremsen zu verringern. Darüber hinaus verbrauchen Einspritzmotoren beim Motorbremsen in der Regel keinen Kraftstoff. Dies wird als Schubabschaltung (Default Fuel Cut-Off, DFCO) bezeichnet.

Obwohl Vergasermotoren in den meisten Ländern nicht mehr produziert werden, sind noch immer viele im Einsatz, bei denen die Motorbremse weiterhin Kraftstoff verbraucht. Bei hohen Drehzahlen und geschlossener Drosselklappe saugt der hohe Unterdruck im Ansaugkrümmer durch den Leerlaufbypass mehr Kraftstoff an als im Leerlauf. Dennoch überwiegt der Sicherheitsaspekt der Motorbremse diesen minimalen Kraftstoffverbrauch fast immer.

• Dynamische Bremsung , ähnlicher Effekt bei Elektromotoren
• Verzögerer
• Bestimmte Bremsarten bei Dampflokomotiven, die konzeptionell vergleichbar sind (Bremsen durch Kompression in den Zylindern der Dampfmaschine).
  • Gegendampfbremse
  • Gegendruckbremse