Motorbremse

Als Motorbremse wird der mechanische Widerstand bezeichnet, den ein Motor einem von außen aufgezwungenen Drehmoment entgegensetzt.

Zweck

Zweck ist, die Bewegungsenergie durch entgegenwirkende Reibungs- und Kompressionskräfte in Wärme oder andere Energieformen umzuwandeln.

Dabei wird der innere Widerstand der mitlaufenden Antriebsmaschine für die Abbremsung genutzt (siehe Schleppleistung).

Ausführungen

Einfache Anwendungen

Die Bremswirkung beruht einzig auf der Wegnahme der Treibenergie.

Verbrennungsmotoren

Die Bremswirkung erfolgt durch Nullförderung, also Absperren der Treibstoffzufuhr.

Bei herkömmlichen PKW mit Einspritzmotoren wird die Motorbremse durch das Vermindern bzw. Aussetzen der Kraftstoffinjektion in ihrer Wirkung gesteigert (Schubabschaltung), gleichzeitig wird der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch ebenfalls verringert. Fällt die Drehzahl unter einen gewissen Wert, so wird wieder eingespritzt. Die Wirkung der Motorbremse ist bei hohen Drehzahlen größer, weshalb ein Herunterschalten auf einen kleineren Gang die Geschwindigkeit weiter drosselt.

Dampfmaschinen

Die Bremswirkung erfolgt durch Absperren der Dampfzufuhr.

Elektromotor

Bei einem möglichen Generatorbetrieb wird die kinetische Energie in elektrische Energie gewandelt und entweder über einen elektrischen Widerstand als Wärme abgeführt (Widerstandsbremse) oder in ein Stromnetz oder einen Speicher zurückgespeist (Nutzbremse).

Wirkungsgesteigerte Ausführungen

Die Bremswirkung durch innere Reibung ist im Vergleich zu den nachfolgend beschriebenen Arten der Umwandlung kinetischer Energie vergleichsweise gering, bei denen die Wirkung der Motorbremse durch weitere Maßnahmen gesteigert wird.

Motorstaubremse

Auspuffklappenbremse bei einem Dieselmotor

Speziell bei LKW und Autobussen gibt es das System Motorstaubremse (auch Auspuffklappenbremse genannt), bei dem die Bremsleistung in Verdichtungsarbeit ohne anschließende Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung umgesetzt wird. Während bei der Motorbremse ein Wegnehmen des Fußes vom Gaspedal genügt, muss die Motorstaubremse extra betätigt werden. Einmal angeschaltet, ist es besonders im dichten Verkehr sehr praktisch für den Fahrer, da er den Fuß nicht immer zwischen Gaspedal und Bremse hin und her wechseln muss, sondern bereits ein starker Bremseffekt durch bloße Wegnahme des Fußes vom Gas einsetzt. Beim Betätigen wird die Einspritzpumpe auf Nullförderung zurückgenommen und eine Klappe im Auspuff geschlossen. Die Bremsleistung kann über ein Ventil im Abgasstrang geregelt werden. Diese Form der Bremse wird vor allem bei Bergabfahrten verwendet. Es verringert die Belastung der konventionellen Bremsen, reduziert deren Erwärmung und verringert die Gefahr von Bremsfading.

Bei Neufahrzeugen ist es nicht mehr erlaubt, die Motorstaubremse so auszulegen, dass die Auspuffklappen komplett geschlossen werden und die Treibstoffzufuhr auf Null reduziert wird, da es sonst bei zu langem Betätigen dieser Bremse zum Stillstand des Motors kommt, wobei alle Zusatzaggregate wie Servolenkung ausfallen und das Fahrzeug nur sehr schwer zu manövrieren ist. Früher war der Stillstand des Motors ein gewünschter Nebeneffekt, weil so die Motoren abgestellt wurden. Bei modernen LKW-Motoren wird die Motorstaubremse elektro-pneumatisch betätigt, was ebenfalls den Stillstand des Motors verhindert. So wird z. B. bei einem Hersteller unterhalb einer Motordrehzahl von ca. 800 Umdrehungen pro Minute die Auspuffklappe automatisch geöffnet und die Einspritzpumpe auf Leerlaufdrehzahl gebracht.

Mittlerweile gibt es Systeme, bei dem die Klappen nur bei einem der vier Motortakte öffnen. Dies bewirkt einen ähnlichen Bremseffekt, jedoch wird dabei der Geräuschpegel spürbar gesenkt.

Bei dieselmechanisch angetriebenen Eisenbahnfahrzeugen wird die Motorstaubremse als Zusatzbremse für den Steilstreckenbetrieb verwendet. Bekanntestes Beispiel hierfür sind die Schienenbusse der Baureihe 798.

Dekompressionsbremse

Eine weitere Möglichkeit, das Bremsmoment des Motors zu erhöhen, besteht darin, die vom Motor im Verdichtungstakt geleistete Arbeit für den folgenden Takt ungenutzt zu lassen. Hierfür werden am Ende des Verdichtungstakts die Auslassventile oder ein zusätzlich eingebautes Ventil geöffnet und damit der Druck im Zylinder abgebaut (dekomprimiert). Dadurch kann im Expansionstakt keine Arbeit mehr an die Kurbelwelle abgegeben werden, da die für die Kompression aufgewendete Energie durch das Entspannen bereits abgeführt wurde.

Das Verfahren, die komprimierte Luft über die Auslassventile zu entspannen, ist in Nordamerika weit verbreitet und dort unter dem Namen "Jake Brake" oder "Jacob Brake"^[1] bekannt. Im Frankokanadischen heißt dieses Bremssystem "freins jacob". Das schlagartige Entspannen der komprimierten Luft führt zu einer sehr hohen Lärmbelästigung und übersteigt ohne zusätzliche Schalldämpfer den Lärmpegel von Presslufthämmern problemlos. An vielen Ortseingängen in Québec wird daher darauf hingewiesen, dass die Benutzung solcher Bremsen wegen der starken Lärmentwicklung nicht erlaubt ist, ebenso in vielen Orten der USA („No jake braking“, "No engine brakes", "Engine brake mufflers required").

Bei Einsatz der Konstantdrossel wird ein zusätzliches Ventil mit kleinem Querschnitt parallel zu den Auslassventilen nicht nur am Ende des Kompressionstaktes, sondern während des gesamten Motorbremsbetriebs geöffnet^[2]. Die Dekompression erfolgt so kontinuierlich, aber aufgrund des kleinen Querschnitts bei weiterhin hohem Gegendruck. Auch in der folgenden Expansionsphase ist eine hohe Motorbremswirkung vorhanden, da die Luft wieder gegen den Widerstand der Konstantdrossel in den Zylinder einströmt.

Kombination von Motorstaubremse und Dekompressionsbremse

Die Bremsenergie des Motors kann weiter verbessert werden, indem man Motorstaubremse und Dekompressionsbremse kombiniert (z. B. EVB®/Exhaust Valve Brake).

Einzelnachweise

1. ↑ jakebrake.com Erläuterung der Compression Release Brake auf der Homepage des Herstellers Jacobs Vehicle Systems
2. ↑ motorlexikon.de, Eintrag Motorbremse mit Erläuterung der Konstantdrossel