Nel panorama sempre più complesso e tecnologico dell’automotive, due componenti rivestono un ruolo cruciale nella sicurezza e nel comfort di guida: il servofreno e il servosterzo. Il servofreno assicura una frenata potente ed efficace con il minimo sforzo, mentre il servosterzo facilita la sterzata, permettendo manovre precise e senza fatica anche a basse velocità.
Cos'è il Servofreno?
Il servofreno è un dispositivo ausiliario nei sistemi frenanti dei veicoli che utilizza la forza generata dal motore per aumentare la pressione esercitata dal conducente sul pedale del freno, rendendo così la frenata più efficace e meno faticosa. Il servofreno, noto anche come amplificatore di frenata, è un dispositivo essenziale nel sistema frenante di un veicolo, progettato per ridurre lo sforzo necessario per azionare i freni. 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.
Principio di Funzionamento
Il servofreno sfrutta il principio della differenza di pressione per amplificare la forza esercitata dall’automobilista. Il sistema è costituito da una camera a doppia membrana divisa in due sezioni: una collegata al collettore di aspirazione del motore (o alla pompa del vuoto) e l’altra all’atmosfera. Quando il conducente preme il pedale del freno, una valvola si apre e permette all’aria di entrare nella sezione a pressione atmosferica, creando una differenza di pressione tra le due sezioni della camera. Ciò genera una forza che amplifica l’azione del conducente, trasferendola al cilindro maestro del freno e infine ai freni stessi.
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. 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.
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.
Il servofreno è composto da un cilindro separato dal pistone di lavoro in due corpi. 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. 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. 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). Sullo stantuffo si verifica una differenza di pressione che aumenta la forza di spostamento verso sinistra. 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.
Evoluzione del Servofreno
Nel corso degli anni, il servofreno ha subito significative innovazioni. I più moderni, quelli elettrici, ad esempio, offrono un controllo più preciso e affidabile rispetto ai sistemi tradizionali a depressione.
Servofreno a Depressione
Il servofreno a depressione, in particolare, è il tipo più comune di servofreno utilizzato nelle automobili. Funziona sfruttando la depressione (vuoto) creata nel collettore di aspirazione del motore a combustione interna. Questa depressione viene utilizzata per creare una differenza di pressione da un lato all’altro di un diaframma all’interno del servofreno. Quando il conducente preme il pedale del freno, il sistema riduce la pressione su un lato del diaframma utilizzando la depressione del motore, mentre l’altro lato rimane alla pressione atmosferica. 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.
Il Ruolo del Servofreno nell'Impianto Frenante Idraulico
L’impianto frenante idraulico, si basa sulla premessa che deve sfruttare l’azione di pressione su un liquido incomprimibile. Questo è formato da una olio particolare che utilizza degli additivi antischiuma con determinate caratteristiche ben definite. Per evitare fenomeni di affaticamento soprattutto per un uso intenso dell’impianto si deve evitare che si formino bolle di vapore per effetto dell’aumento della temperatura del liquido, quindi deve avere un elevato punto di ebollizione almeno a 260°C, inoltre deve avere una viscosità tale da funzionare bene anche alle basse temperature, e non deve avere elementi chimici al suo interno che possono danneggiare tubazioni e guarnizioni dell’impianto, infine deve aver anche capacità lubrificanti per facilitare il movimento delle guarnizioni e dei cilindretti per gli elementi frenanti veri e propri.
La pompa frenante mette in pressione il liquido stipato in un serbatoio di solito ben visibile e trasparente nel vano motore. Il liquido presente nel serbatoio fa parte di un circuito sigillato, di conseguenza se cala il suo livello, può dipendere solo dall’usura degli elementi frenanti che modificando la loro posizione in funzione dello stato facendo scendere il livello del liquido. Se questo scende sotto un livello minimo i casi sono due, o si è giunti al limite di usura degli elementi frenanti o c’è un problema di perdita da qualche parte nell’impianto.
La pompa quindi mette in pressione il liquido che per effetto del fatto che è incomprimibile trasferisce il carico sugli elementi frenanti che faranno azione o sulle parti interne del tamburo, o esterne mordendo il disco freno. Ovviamente nei comandi meccanici, oggi ancora largamente diffusi, la pressione sul pedale determina anche quella sugli elementi frenanti. Per aumentare la forza frenante con un minore sforzo sul pedale da parte del conducente si usa un servofreno.
Quello usato dalla maggioranza dei veicoli moderni è di tipo a depressione. Nel caso si tratti di un motore benzina o ciclo otto, il sistema utilizza la depressione fornita dal collettore di aspirazione, mentre per i motori diesel la depressione viene prodotta da una pompa di vuoto specifica. In sostanza quando il conducente aziona il pedale, il servofreno utilizzando la depressione di uno dei due sistemi sopracitati, amplifica la potenza, che può arrivare anche la doppio della forza impressa sul pedale. Il servofreno classico è formato da due camere, una anteriore ed una posteriore divise da una membrana elastica.
Un tubo collega il servofreno al collettore o la pompa di vuoto, controllato da una valvola di non ritorno. Il servofreno viene collegato direttamente al pedale e su di esso viene anche montata la pompa. I più attenti monteranno allo spegnimento del motore, un netto indurimento del pedale del freno che torna ad essere direttamente collegato alla pompa senza ausilio intermedio. Ci sono sistemi che consentono di tenere un serbatoio di vuoto in modo da consentire almeno qualche frenata prima del netto indurimento del pedale del freno, che per inciso non perde ancora la sua efficacia, ma va solo azionato con maggiore veemenza per fermare il veicolo a motore spento.
Durante una frenata, la pompa freni ha la funzione di convertire 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 servofreno a depressione, collegato al collettore di aspirazione del motore, sfrutta la depressione (vuoto) generata dal motore in funzione per amplificare la forza che agisce sul cilindro della pompa freno.
Il collettore di aspirazione, all’interno del quale la pressione è minore rispetto a quella atmosferica, è collegato attraverso una tubazione con l’interno del servofreno . Quando si aziona il pedale del freno e l’asta spinge il diaframma, si viene a creare una differenza di pressione dovuta al vuoto creatosi su un lato del diaframma e la pressione atmosferica presente sul lato opposto. Le valvole fanno infatti entrare l’aria in una delle due parti in cui il diaframma divide il servofreno, creando una depressione. Il servofreno si trova subito dietro il pedale del freno.
Importanza del Servofreno
Il servofreno è un alleato imprescindibile per la tua macchina, garantendo una frenata affidabile e potente. Chi ha guidato un’auto senza assistenza avrà il ricordo di un legame diretto fra il pedale del freno e la decelerazione al prezzo però di una certa fatica: con il servofreno e servofreno a depressione la frenata sarà potente anche se non si preme con forza sul pedale. Tutte le auto, anche quelle di fascia più bassa, sono oggi equipaggiate con il servofreno, aumentando il comfort di guida e facilitando la frenata.
Con la diffusione in larga scala dei sistemi di frenata rigenerativa molti costruttori hanno adottato servofreni elettroidraulici, in particolare sui modelli ibridi. Un problema al servofreno potrebbe anche essere associato ad una frenata “lunga”, essendo compromessa l’efficacia dell’intero sistema frenante che non reagisce più correttamente alla pressione del conducente sul pedale. Una perdita di pressione nel servofreno potrebbe inoltre portare ad un’eccessiva aspirazione del vuoto dal motore per compensare l’insufficiente pressione. Questo potrebbe addirittura portare allo spegnimento del motore quando si va a premere il freno. Rumori insoliti potrebbero segnalare una perdita d pressione. Non è infrequente che il malfunzionamento del servofreno sia dovuto ad un distacco del tubo del vuoto o dalla valvola di controllo che non funziona correttamente.
Riconoscere i Sintomi di un Servofreno Guasto
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! Un rapidissimo test per verificare se il servofreno è rotto è il seguente. Con il motore spento, premere ripetutamente il pedale del freno fino a che diventa duro. Successivamente si avvia il motore con il pedale premuto. Riconoscere i sintomi di malfunzionamento del sistema frenante e mantenere il sistema in buone condizioni è fondamentale per la sicurezza del veicolo.
È inoltre possibile che la spia controllo motore si accenda perché alcune automobili sono dotate di un sensore di depressione del servofreno, che rileva e segnala eventuali perdite del vuoto.
Manutenzione e Revisione
La revisione del servofreno è un passo cruciale per assicurare il corretto funzionamento e la sicurezza del tuo veicolo. In caso di guasto del servofreno, è fondamentale rivolgersi a un professionista esperto per la diagnosi e la riparazione. Sul nostro store, potrai trovare i migliori servofreni sia nuovi che rigenerati.
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