Il servofreno è un componente essenziale per garantire prestazioni di frenata sicure ed efficienti. Questo dispositivo è progettato per moltiplicare la forza esercitata sul pedale del freno, consentendo al guidatore di frenare con minor sforzo e ottenere una frenata più efficace.
Cos'è il Servofreno e Come Funziona
Il funzionamento del servofreno si basa sulla differenza di pressione al suo interno, che agisce come una leva idraulica. Esso è costituito da una capsula pneumatica divisa in due vani e un pistone di lavoro con una membrana elastica.
Il servofreno è composto da un cilindro separato dal pistone di lavoro in due corpi. È composto da una capsula pneumatica separata in due vani e da un pistone di lavoro su cui è agganciata una membrana elastica. Il primo dei due vani è a “ pressione variabile ” e l’altro a “pressione costante”.
Tramite l’innesto dotato di valvola di non ritorno, la camera a pressione è connessa al collettore di aspirazione del motore, nel caso in cui l’accensione sia comandata dallo stesso. Quando il motore è acceso e il servofreno è rilassato, i due vani sono in connessione e, di conseguenza, in depressione fra loro.
La depressione si esercita nel vano di sinistra tramite il collegamento, connettendolo con la pressione esterna e la valvola a depressione nel corpo di destra. Quando il motore è acceso e il servofreno è rilassato, i due vani sono collegati e in depressione fra loro.
La valvola di controllo della pressione dell’aria esterna assicura che il pistone di lavoro abbia la stessa pressione su entrambe le facce. Questo elemento è capace di aumentare del quadruplo la forza frenante impressa dall’autista sul pedale del freno utilizzando quella che comunemente viene anche chiamata “leva idraulica”. Potremmo quantificare questa forza come se il conducente esercitasse un’azione condizionata da circa 200-300 kg.
Meccanismo di Azionamento
L’energia impressa sul pedale del freno induce il movimento dell’asta di comando verso sinistra, facendo convergere lo stantuffo verso sinistra grazie alla differenza di pressione. Sullo stantuffo si verifica una differenza di pressione che aumenta la forza di spostamento verso sinistra.
Se il pedale del freno viene azionato parzialmente, avviene un intervento tra il vano a depressione e la camera di lavoro. Il disco di reazione si dilata quando il puntalino si ferma, spingendo in avanti il pistoncino della valvola e chiudendo la valvola dell’aria esterna. Durante questa fase l’energia, sia sul puntalino che sul pistone, è costante fino all’interruzione della pressione sul pedale.
La depressione si crea nel vano di sinistra quando il sistema è a riposo, attraverso il collegamento. Ciò consente la connessione con la pressione esterna e la valvola a depressione nella camera di lavoro (anche nel corpo di destra).
In questo processo, lo stantuffo della pompa tandem si comprime, inserendo liquido in pressione alle ruote e completando l’azione frenante. Mantenendo costante l’energia impressa sul pedale del freno, la risposta dello stantuffo idraulico incide sullo schiacciamento della valvola a disco elastico.
In seguito alla chiusura della valvola dell’aria proveniente dall’esterno. Così lo stantuffo si stabilizza in una posizione intermedia. In conclusione, quando termina l’azione sul pedale, lo stantuffo converge verso destra sotto l’energia della molla.
Limitazioni e Guasti del Servofreno
Il servofreno a depressione non può funzionare a motore spento perché sfrutta il vuoto generato dal motore. Si tratta di un componente fondamentale per una frenata sicura e potente, ma necessita dell’energia generata dal motore per offrire una prestazione corretta. Quando il motore è spento, purtroppo, questo tipo di servofreno non può svolgere la sua azione assistita, rendendo la frenata meno efficace e più impegnativa per il guidatore.
In caso di guasto del servofreno, è fondamentale rivolgersi a un professionista esperto per la diagnosi e la riparazione. Un servofreno rotto può compromettere seriamente la tua sicurezza alla guida.
Presta attenzione a sintomi come una pedaliera dura e resistente, difficoltà nel frenare o un suono sospetto durante la frenata. Se noti uno di questi segnali, non aspettare!
Cilindro Maestro (Pompa Freno): Componente Chiave del Sistema Frenante
Il cilindro maestro dei freni, conosciuto anche come pompa freno, è uno dei componenti fondamentali del sistema frenante di un’automobile. Sebbene nascosto alla vista, è il cuore idraulico che permette a tutto il circuito frenante di entrare in azione ogni volta che il conducente preme il pedale del freno.
Il cilindro maestro è un componente idraulico che converte la pressione meccanica esercitata sul pedale del freno in pressione idraulica, la quale viene poi trasmessa ai freni delle ruote. È costituito principalmente da un corpo in metallo (solitamente alluminio o ghisa), al cui interno si trovano uno o più pistoncini (nei sistemi a doppio circuito) e molle di ritorno.
Quando il conducente preme il pedale del freno, una forza meccanica viene trasmessa tramite un’asta di spinta al pistone interno del cilindro maestro. Questo pistone avanza nel suo alloggiamento e comprime il liquido freni, spingendolo attraverso le tubazioni verso le pinze freno (nei freni a disco) o i cilindri ruota (nei freni a tamburo).
Funzionamento in Sinergia con il Circuito Frenante
Il cilindro maestro lavora in stretta sinergia con tutto il circuito frenante. Nei veicoli moderni è generalmente di tipo a doppio circuito, per garantire la sicurezza: in caso di guasto in un circuito, l’altro continua a funzionare, assicurando una frenata minima. Altro componente strettamente connesso è il servofreno (o servomeccanismo), che moltiplica la forza esercitata dal conducente grazie alla depressione creata nel collettore d’aspirazione del motore (o tramite una pompa del vuoto nei veicoli diesel e ibridi).
Il fluido in pressione, spinto dal cilindro maestro, viaggia attraverso tubi metallici e flessibili verso i freni a disco o tamburo.
Varianti e Tecnologie Avanzate
Il cilindro maestro (o pompa freno) ha lo stesso principio di funzionamento di base in tutti i veicoli: convertire la forza meccanica del pedale in pressione idraulica per azionare i freni. Nei veicoli sprovvisti di ABS, il cilindro maestro è collegato direttamente alle quattro ruote tramite le linee idrauliche. Il sistema è completamente meccanico-idraulico, senza componenti elettroniche che modulino la pressione frenante. La frenata avviene in modo lineare: più si preme il pedale, maggiore è la pressione esercitata sui freni. In caso di frenata brusca, però, le ruote possono bloccarsi, causando perdita di aderenza e controllo, soprattutto su fondi scivolosi.
Nei veicoli dotati di ABS, il circuito idraulico è interrotto dal modulo ABS, un’unità elettroidraulica posta tra la pompa freno e le ruote. La funzione dell’ABS è modulare automaticamente la pressione frenante per evitare il bloccaggio delle ruote durante una frenata d’emergenza. In questo contesto, la pompa freno ha ancora il compito di generare pressione idraulica, ma non controlla più direttamente la quantità di pressione inviata a ciascuna ruota. Questo compito è gestito dalla centralina ABS, che riceve i segnali dai sensori di rotazione delle ruote e aziona rapidamente delle valvole interne per modulare la pressione in tempo reale.
L’ESP (chiamato anche ESC o DSC a seconda del costruttore) è un’evoluzione dell’ABS: non solo previene il bloccaggio delle ruote in frenata, ma agisce attivamente sulla dinamica del veicolo, correggendo eventuali “sbandate”. In un impianto dotato di ESP, il modulo idraulico può azionare i freni anche senza che il guidatore prema il pedale. Per farlo, ha bisogno di un sistema in grado di fornire e regolare pressione in modo indipendente.
Per questo motivo, nei veicoli con ESP, il circuito frenante diventa ancora più complesso. La pompa freno, in questi casi, è integrata in un sistema che comprende sensori di pressione, valvole elettroidrauliche e talvolta una pompa di ricircolo, che consente di mantenere la pressione anche quando il guidatore non esercita forza sul pedale. Inoltre, la pompa può essere progettata per funzionare in tandem con il modulo ESP in condizioni particolari.
Manutenzione e Risoluzione dei Problemi
Come ogni componente meccanico e idraulico, anche il cilindro maestro è soggetto a usura e malfunzionamenti. Il problema più comune è il deterioramento delle guarnizioni interne (solitamente in gomma o materiale sintetico), che può portare a trafilaggi interni di liquido e perdita di pressione.
La sostituzione del cilindro maestro è una procedura delicata che richiede attenzione. Dopo l’installazione, è essenziale effettuare lo spurgo dell’intero impianto frenante per eliminare eventuali bolle d’aria, che comprometterebbero la capacità di frenata. Un cilindro maestro difettoso non deve mai essere trascurato: anche un lieve malfunzionamento può compromettere seriamente la sicurezza del veicolo.
La Pompa dei Freni: Trasmissione della Forza Frenante
La pompa dei freni è un componente idraulico che consente di trasmettere la forza impressa sul pedale del freno dal conducente alle pinze dei freni che operano sui dischi freno per frenare o rallentare il vicolo. La pompa freni converte di fatto la pressione meccanica esercitata sul pedale in pressione idraulica attraverso il liquido dei freni. Ciò avviene per mezzo di un cilindro con un pistone che si muove all’interno.
Il liquido freni trasmette questa pressione alle pinze attraverso i tubi freno: in questo modo le pinze spingono le pastiglie dei freni contro il disco freno creando l’attrito necessario a frenare. Premendo il pedale del freno, la forza generata sul pedale viene trasmessa tramite la forcella al pistone presente all’interno del corpo della pompa. Il movimento del pistone mette in pressione il liquido dei freni, che attraverso le linee dei freni trasmette tale pressione fino alle pinze dei freni.
I componenti delle pompe freni devono essere tutti in buona stato e lavorare in sinergia per assicurare il funzionamento del sistema frenante. La pompa dei freni è montata nella parte anteriore del vano motore lato del conducente.
Di forma cilindrica e in materiale metallico, è collocata sul pannello firewall che separa abitacolo da vano motore, collegata al pedale del freno da un’asta di collegamento. Il collegamento diretto tra pedale e pompa consente di massimizzare e non disperdere la forza meccanica che viene applicata sul pedale, a favore di un’ottimale risposta in frenata. Dalla pompa dei freni si dirimano le linee dei freni (tubature rigide metalliche) che portano il liquido in pressione dei freni verso le pinze, attivandole e permettendo alle pastiglie di premere sui dischi freno.
Rilevamento di Guasti e Manutenzione
Il cilindro e il pistone all’interno delle pompe freno possono nel tempo danneggiarsi o usurarsi, rendendo più difficile mantenere la pressione idraulica necessaria. La rottura o il malfunzionamento della pompa freni sono facilmente identificabili nel momento in cui si avverte il pedale del freno troppo morbido e che va fino in fondo senza opporre la necessaria resistenza, con frenate troppo lunghe.
E’ in primis il conducente dell’auto, quando si accorge che l’auto non frena come dovrebbe, a rendersi conto di un potenziale problema alla pompa freni, che verrà poi appurato dal meccanico. Alcuni segnali includono:
- perdita liquido freni: una guarnizione o una tenuta consumata della pompa potrebbero provocare un trafilamento di olio freni.
- Pedale freno poco reattivo: una scarsa risposta del pedale del freno potrebbe essere causata anche dalla presenza di aria nel sistema frenante idraulico.
A differenza del liquido del freno, l’aria è infatti comprimibile e questo potrebbe creare l’inadeguata risposta del pedale. Come si è visto, la presenza di aria nel sistema frenante potrebbe compromettere l’efficace pressione idraulica generata dalla pompa freno. Il controllo del liquido dei freni è ovviamente la prima cosa che occorre verificare quando si avverte qualche problema in frenata. Se il liquido è insufficiente la pressione idraulica non è adeguata e l’intero sistema frenante non lavora efficacemente. La verifica periodica del livello dei liquido freni e l’eventuale rabbocco sono dunque operazioni essenziali per non incorrere in conseguenze peggiori. È inoltre fondamentale attenersi agli intervalli di sostituzione del liquido dei freni indicati dal Costruttore.
Anche una guarnizione usurata potrebbe essere la causa di perdite di liquido freni. In questo caso occorre verificare l’usura delle guarnizioni della pompa freni ed eventuali danni ai componenti interni della pompa.
Quando una pompa freni, oltre all’usura delle guarnizioni, presenta anche un’ usura importante dei suoi componenti si rende necessaria la sostituzione della pompa freni. In molti casi, quando il chilometraggio è elevato e si verifica l’usura delle guarnizioni, è comunque consigliabile procedere alla sostituzione della pompa per non incorrere in conseguenze più serie.
Per sostituirla con una pompa freni di ricambio è necessario scaricare il liquido dei freni prima di smontare la pompa e scollegarla dalle linee dei freni e dal pedale. Dopo l’installazione, il sistema va nuovamente caricato con il nuovo liquido dei freni.
Freno Motore per Trattrici Agricole di Nuova Generazione
Il presente lavoro di tesi è rivolto allo sviluppo e ottimizzazione di un freno motore su trattrici agricole di nuova generazione. Ovvero del lavoro di testing e validazione di un sistema innovativo, per cui non esiste ancora una chiara legislazione omologativa.
Quanto richiesto dall’azienda SDF era lo studio della parte idraulica del sistema e dell’implementazione del giunto elettro viscoso. A seguito delle prime prove sperimentali tuttavia si è avuto evidenza delle potenzialità offerte dalla trasmissione a variazione continua di tipo idrostatico presente sul veicolo.
Congiuntamente all’input proveniente dall’utente di voler decelerare il veicolo è possibile agire sulla centralina in modo che contemporaneamente si abbia: una riduzione del rapporto di trasmissione, l’ingaggio della parte idraulica e l’ingaggio della ventola di raffreddamento.
Questa possibilità è stata vagliata con prove sperimentali previa lo studio analitico del sistema ed ha condotto ad importanti contributi in termini di potenza frenante e di estensione dei tempi di ingaggio.
Infine il complesso delle soluzioni adottate per i tre componenti del freno motore è stato testato in modo intensivo in condizioni reali. A seguito di queste prove si è verificata l’affidabilità del sistema e si sono perfezionate le logiche di funzionamento. Questo elaborato è la base teorica e sperimentale che ha portato alle modifiche software implementate a bordo veicolo.
TAG: #Idraulico