リターダ（機械工学）

リターダは、通常は大型車両に装備されている、主要な摩擦ベースのブレーキ システムの機能の一部を補強または置き換えるために使用される装置です。リターダは、車両の速度を落としたり、坂を下るときに一定の速度を維持したり、不均一な勾配の路面を走行しているときに車両が意図せずまたは制御不能に加速するのを防ぐのに役立ちます。通常、車両を停止させることはできません。車両の速度が低下すると効果が低下するためです。代わりに、通常は車両を減速させるための追加補助として使用され、最終的なブレーキは従来の摩擦ブレーキ システムによって行われます。リターダが提供できるもう 1 つの利点は、特に高速走行時に摩擦ブレーキが使用される頻度が減るため、摩擦ブレーキの耐用年数が長くなることです。さらに、空気作動ブレーキは空気圧を節約するという 2 つの役割を果たします。

摩擦ベースのブレーキ システムは、長期間にわたって頻繁に使用するとブレーキ フェードが発生しやすく、ブレーキ性能が車両を停止させるのに必要なレベルを下回ると危険です。たとえば、トラックやバスが長い下り坂を下っている場合、安全に停止するにはランナウェイ トラック ランプなどが必要になります。このため、このような大型車両には、摩擦ベースではない補助システムが装備されることがよくあります。

リターダは道路を走る 自動車に限定されず、鉄道システムでも使用できます。英国の 試作型 先進旅客列車(APT) では、純粋な摩擦ベースのシステムが実現不可能であったため、油圧リターダを使用して、高速列車が標準的な低速列車と 同じ距離で停止できるようにしました。

ディーゼルエンジンは、燃焼室に噴射される燃料の量とタイミングのみで出力を調節します。ガソリンエンジンでは、吸気行程ごとにスロットルを閉じて部分的な真空状態を作り出すことでエンジンブレーキが発生しますが、ディーゼルエンジンを搭載した車両には適用されません。ディーゼルエンジンは完全に「フリーランニング」だからです。しかし、カミンズエンジンカンパニーの創設者であるクレシー・L・カミンズは、ピストンがパワーストロークの終わりではなく上死点に達したときにシリンダー排気バルブを開くことで、シリンダー内に蓄積された圧縮空気を、ピストンを再び下方に押し下げる「バネ」として機能する前に排出できることに気付きました。これにより、エンジンは空気圧縮機として機能し、トランスミッションからのエネルギーが空気を圧縮するために使用され、車両が減速します。トランスミッションから抽出される電力量は、特定のエンジンではエンジンの定格電力の最大90％になります。^[要出典]

ターボチャージャー付き内燃機関の圧縮解放エンジンブレーキシステムでは、エンジンが高速回転しているときに、エンジンの圧縮行程の上死点付近でエンジンの排気バルブを開くことに関連する過度のストレスが、吸気マニホールド圧力をその高速時の圧力よりも下げることによって防止されます。これは、ターボチャージャーを遅らせて、その速度が高エンジン速度のときよりも低くなるようにすることで行われます。^[1]

このタイプのリターダーは、圧縮リリース エンジン ブレーキまたは「ジェイク ブレーキ」として知られています。このシステムの欠点は、特に排気マフラーに障害がある場合に動作中に非常に騒音が大きくなることです。そのため、一部の地域では使用が禁止されています。エンジン ブレーキの効率を証明するには、タイプ 2A テストが必要です。

排気ブレーキはエンジンブレーキよりも操作が簡単です。基本的に、車両の排気管はバルブによって制限されます。これにより排気システム内の圧力が上昇し、エンジンはシリンダーの排気行程でより激しく作動するようになります。そのため、エンジンは再び空気圧縮機として機能し、空気を圧縮するために必要な力が排気管から抑制され、車両が減速します。排気ガスの流れを制限するターボチャージャーリターダーも、排気圧を高めて同じ目的を達成するのに役立ちます。^[2]

油圧リターダは、液体で満たされたチャンバー内の動翼と静翼の間の粘性 抵抗力を利用して減速を実現します。標準的なトランスミッションオイル（ギアオイル）、別のオイル供給、水、またはオイルと磁気遅延の混合物を使用できるいくつかの異なるタイプがあります。^[3]磁気リターダは、以下で説明する電気リターダに似ています。

シンプルなリターダは、クラッチとロードホイールの間のトランスミッション ドライブシャフトに取り付けられたベーンを使用します。また、ドライブシャフトからギアを介して個別に駆動することもできます。ベーンは、オートマチック トランスミッションの場合と同様に、チャンバーの壁 (ベーンも取り付けられます) との隙間が小さい静的チャンバーに収められています。減速が必要な場合は、流体 (油または水) がチャンバーに送り込まれ、粘性抵抗によって車両が減速します。作動流体は加熱され、通常は冷却システムを通じて循環されます。減速の程度は、チャンバーの充填レベルを調整することで変更できます。

油圧リターダは非常に静かで、エンジンの作動音で聞こえないことが多く、エンジンブレーキに比べて動作音が特に静かです。^[4]

電動リターダは、電磁誘導を利用して減速力を生成します。電動リターダ ユニットは、車軸、トランスミッション、またはドライブラインに取り付けることができ、車軸、トランスミッション、またはドライブラインに取り付けられたローターと、車両シャーシにしっかりと取り付けられたステーターで構成されます。ローターとステーターの間には接触面はなく、作動流体もありません。減速が必要な場合、ステーターの電気巻線が車両バッテリーから電力を受け取り、 ローターが移動する磁場を生成します。これにより、ローターに渦電流が誘導され、ステーターに対して反対の磁場が生成されます。反対の磁場によってローターが減速し、ローターが取り付けられている車軸、トランスミッション、またはドライブシャフトも減速します。ローターには内部ベーン (通気式ブレーキ ディスクのような) が組み込まれており、独自の空冷機能を備えているため、車両のエンジン冷却システムに負荷がかかりません。システムの動作は極めて静かです。

ハイブリッド車のドライブトレインは、電気減速を使用して機械ブレーキを補助し、エネルギーをリサイクルします。電気牽引モーターは、バッテリーを充電する発電機として機能します。バッテリーに蓄えられた電力は、車両の加速に利用できます。

回生ブレーキと渦電流ブレーキは、電気ブレーキの別の種類です。回生ブレーキは、モーターの既存のローター/ステーター ペア以外に追加の物理的ハードウェアを使用しないため、リターダーとして分類されない場合があります。車両 (車輪) の運動量によってローターに伝達されるローター/ステーターの回転慣性によって生成される電界を使用してブレーキをかけます。コントローラー内の追加回路は、ステーター巻線からバッテリーへのこの電流フローを管理するために使用されます。その一部は、コントローラーの回路内で熱として放散されます。

対照的に、渦電流リターダ ブレーキは、動力用ではなくブレーキと熱の放散を目的として車両に明示的に追加される、別個の専用静的アーマチュアとローターで構成されます。つまり、モーターとは異なる専用システムです。

最後に、「ダイナミック」ブレーキは、コントローラブレーキの複雑な使用法です。コントローラは、回生ブレーキに使用したり、回路を切り替えて電流を抵抗器に供給したりすることができます。この後者の方法で、「レオスタティック」ブレーキを実現できます。渦流ブレーキは、渦電流を利用して磁気抵抗を発生させ、その一部が熱として偶発的に放散されるのに対し、レオスタティックブレーキは、電流によって運ばれる電気エネルギーを熱として直接放散するコントローラ回路抵抗器に依存します。ダイナミックブレーキ車両の中には、レオスタティックブレーキを「プラグ」ブレーキと呼ぶものもあります。特に、フォークリフトのダイナミックブレーキは、このタイプのブレーキと、車両の方向を素早く逆転させるのに特化したコントローラを組み合わせる利点を活用するために開発されました。

動力ブレーキと回生ブレーキは、電気機関車またはディーゼル電気 機関車で使用される場合、通常は車輪の駆動に使用される電気モーターを、下り坂では車輪によって駆動される発電機として使用することを意味します。回生ブレーキでは、生成された電流は通常、電源（架線、第三軌条）にフィードバックされ、他の機関車で使用したり、後で使用するために蓄えたりすることができます。このようにして、機関車は平地または上り坂を走行している間は電流を受け取りますが、ブレーキをかけると電流供給源として機能し、下り坂を走行することで生じる運動エネルギー（または、頻度は低いですが、平地を走行することで生じる前進運動量を変換）を電気に変換します。ディーゼル電気では、電源は遠隔で生成されて電源から収集されるのではなく、車載の原動機（エンジン）によって直接生成され、モーターに送られます。現時点では、後で使用するために電気を蓄える方法はほとんどないため、代わりにモーターを発電機として使用して車輪の回転を遅らせ、発生した電力を機関車の屋根に取り付けられた抵抗器に送り、熱エネルギーに変換して（電熱素子のように）、大型ファンで大気中に放出します。これには、下り坂で発生したエネルギーを再利用しないという欠点がありますが、機械式ブレーキのようにブレーキフェードや摩耗が発生しにくい、強力で安全な減速システムを実現します。

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