Il freno motore è una modalità di frenata in cui un veicolo viene decelerato dall'azione del suo motore . Questa tecnica è essenzialmente legata ai motori a pistoni , che si comportano come compressori d'aria quando l'alimentazione di carburante viene ridotta o addirittura eliminata, e che poi convertono l'energia cinetica in calore . Il termine viene utilizzato, tra l'altro, anche per veicoli azionati da motori elettrici quando questi funzionano come generatori e ricaricano, ad esempio, una batteria di accumulatori mediante frenata rigenerativa .
L'uso intensivo dei freni a frizione (a disco oa tamburo ) nelle lunghe discese con forte pendenza (soprattutto in montagna) porta rapidamente al loro limite di efficienza, a causa dell'eccessivo riscaldamento, o addirittura alla loro distruzione. Sotto l'effetto della temperatura, infatti, le pastiglie e le guarnizioni dei tamburi possono fondersi , mentre il fluido dell'impianto frenante può vaporizzare (formazione di bolle). Questo è un punto capitale dell'allenamento " pesi massimi " e " transito " . Le discese molto lunghe sono quindi comunemente luoghi di incidenti, ad esempio nell'Isère nella rampa di Laffrey che termina in una curva.
Per pendenze da ripide (> 10%) a molto ripide (> 14%), l'effetto di coppia resistiva (freno motore) può essere amplificato aumentando il regime del motore, grazie al cambio , scalando nella o una delle marce inferiori . Ciò aumenta la velocità del motore e la sua rumorosità, ma senza danneggiarlo, aumentando la coppia resistiva. Può sembrare uno spreco di energia (sebbene sui motori moderni l'alimentazione del carburante venga automaticamente interrotta, il che migliora l'efficienza del sistema), ma è un metodo affidabile ed efficiente per rallentare un motore a combustione. La sua realizzazione non richiede alcuna modifica al motore, a differenza di altri sistemi frenanti che sono sia complessi che richiedono manutenzione e uso misurato. Per i motori elettrici, la reversibilità porta alcune nuove applicazioni di frenatura (coppia resistiva che produce energia recuperata e immagazzinata, limitata dalla capacità di accumulo delle batterie). I rallentatori a correnti parassite esistono dal 1936, integrando altri sistemi di frenatura dei veicoli.
L'idea di frenare un veicolo a motore agendo sul motore stesso, piuttosto che sugli alberi condotti, risale all'epoca delle locomotive: nel 1865, Louis Le Chatelier sperimentò il freno a controcorrente sulle ferrovie del nord. Spagna. Questa tecnica che, dice L. Figuier, "si è diffusa su quasi tutte le reti d'Europa " , aveva però il doppio inconveniente di agire solo sulle ruote motrici (quelle della locomotiva), e dall'altro parte dallo sviluppo di enormi sollecitazioni nella lamiera metallo delle caldaie quando il vapore di un convoglio pesante lanciato a tutta velocità (circa 80 km/h intorno al 1860) veniva invertito . La fase successiva della frenatura su rotaia consistette nel combinare razionalmente la frenata controvapore e la frenatura a pattino (freno Achard poi freno Westinghouse): l' incidente ferroviario alla Gare Montparnasse (1895) testimonia le difficoltà incontrate.
Ogni principale tipo di motorizzazione ha una coppia resistiva prodotta, e quindi un diverso freno motore; il che spiega perché dovresti stare attento quando guidi un veicolo insolito. Complemento essenziale di qualsiasi veicolo, è difficile e pericoloso fare a meno di questa soluzione. Maggiore è il carico del veicolo, più deve essere utilizzato. Il suo corretto utilizzo può allungare notevolmente la vita delle pastiglie dei freni , ma anche l'affaticamento del guidatore. Anche il sistema della frizione del motore dovrebbe essere in ottime condizioni poiché scalare marcia è vitale per l'efficienza del freno motore.
I motori a combustione interna si comportano come compressori durante la fase di compressione , trasformando parte dell'energia cinetica della meccanica in calore. Un moderno motore termico è inoltre dotato di uno scarico , un filtro antiparticolato e una valvola EGR , che provocano perdite di scarico e accentuano l'effetto frenante del motore. Durante questa fase di compressione, consentono un efficiente freno motore. Tuttavia, a seconda del tipo di motore, l'efficienza di questo freno motore è diversa.
Motore diesel Il freno motore è tanto più efficace quanto la cilindrata ed il rapporto di compressione sono elevati e l'iniezione di carburante è interrotta; il motore funziona come un compressore d'aria trasformando gran parte dell'energia in calore. Motore a due tempi Poiché il rapporto di compressione è relativamente basso, lo è anche il freno motore. Inoltre, l'aspirazione del carburante viene spesso ridotta, senza essere completamente interrotta (minimo del carburatore). Motore ad accensione comandata Sui vecchi motori dotati di carburatori, la valvola a farfalla viene chiusa non appena viene rilasciato l'acceleratore (minimo), causando perdite di pompaggio ogni volta che si apre la valvola di aspirazione di ciascun cilindro. Sui motori ad iniezione (diretta o indiretta), l'alimentazione del carburante può essere completamente interrotta non appena l'acceleratore non viene più utilizzato, rendendo più efficiente ed economico l'effetto del freno motore. Motore ibrido A seconda del progetto dell'impianto e della richiesta, il freno motore elettrico può essere più o meno efficiente e modulabile, si tratta generalmente di frenata rigenerativa che ricarica la batteria di trazione ; inoltre, a seconda dell'impianto, può essere accentuato o addirittura integrato utilizzando il motore termico come con un veicolo termico convenzionale.Sui veicoli a motore il freno motore è fondamentale in discesa, dove riduce il rischio di surriscaldamento dell'impianto frenante. È più efficace con rapporti brevi, tuttavia richiede di ridurre il cambio di rapporto in modo inverso a quello utilizzato per aumentare la velocità del veicolo. Diminuire le marce troppo velocemente potrebbe causare il fuorigiri del motore , danneggiando la sua affidabilità e quella del cambio. Sui cambi automatici gestiti da computer questo rischio è assente, essendo controllati i parametri di regime minimo e massimo del motore per evitare il superamento dei limiti fissati dal costruttore.
Il freno motore è particolarmente utile sui mezzi pesanti (essendo i motori degli autocarri di grande cilindrata, il loro effetto è molto importante). Si consiglia inoltre di utilizzarlo in tutte le altre fasi di decelerazione, in quanto riduce l'usura dei freni e riduce notevolmente il consumo di carburante .
I veicoli con cambio automatico hanno un freno motore che agisce in modo specifico a seconda del tipo di cambio:
Poiché tutte le macchine elettriche (comunemente chiamate “motori elettrici”) sono reversibili e possono comportarsi sia come “motore” che come “generatore” nei quattro quadranti del piano coppia-velocità, il freno motore è l'applicazione del loro funzionamento . come generatori di energia elettrica (in due dei quadranti citati). Forniscono quindi una coppia resistiva che, opponendosi al carico che provocano, produce la frenatura (conversione dell'energia cinetica in energia elettrica ). Questa energia elettrica che deve essere "evacuata" può avvenire per dissipazione di calore per effetto Joule in una resistenza collegata ai terminali della macchina. Ma può essere recuperato anche dalla rete di alimentazione o da un accumulatore elettrico . È il caso, ad esempio, del TGV (ripristino su rete) e delle auto elettriche o ibride (ripristino a batteria). Se la coppia viene mantenuta costante, la potenza frenante è proporzionale alla velocità. Il funzionamento è generalmente assicurato completamente statico dall'elettronica di potenza .