Nei veicoli con impianto frenante idraulico, i cilindri del freno principale e delle ruote svolgono un ruolo chiave.Leggi cos'è un cilindro del freno, quali tipi di cilindri esistono, come sono disposti e funzionano, nonché la corretta selezione, manutenzione e riparazione di queste parti nell'articolo.
Cilindro del freno: funzioni, tipi, caratteristiche
Cilindro del freno è il nome generale del controllo e degli attuatori dei sistemi frenanti dei veicoli azionati idraulicamente.Esistono due dispositivi diversi per design e scopo:
• Pompa freno (GTZ);
• Cilindri dei freni delle ruote (funzionanti).
GTZ è l'elemento di controllo dell'intero sistema frenante, i cilindri delle ruote sono attuatori che azionano direttamente i freni delle ruote.
GTZ risolve diversi problemi:
• Conversione della forza meccanica esercitata dal pedale del freno nella pressione del fluido di lavoro, sufficiente ad azionare gli attuatori;
• Garantire un livello costante del fluido di lavoro nel sistema;
• Mantenimento delle prestazioni dei freni in caso di perdita di tenuta, perdite e in altre situazioni;
• Facilitare la guida (con servofreno).
I cilindri slave hanno una funzione chiave: l'azionamento dei freni delle ruote durante la frenata del veicolo.Inoltre, questi componenti consentono un ritorno parziale della GTZ nella sua posizione originale quando il veicolo viene rilasciato.
Il numero e la posizione dei cilindri dipende dal tipo di vettura e dal numero di assi.La pompa freno è una, ma multisezione.Il numero di cilindri di lavoro può essere uguale al numero di ruote, due o tre volte di più (quando si installano due o tre cilindri sulla ruota).
Il collegamento dei freni delle ruote alla GTZ dipende dal tipo di guida del veicolo.
Nei veicoli a trazione posteriore:
• Primo circuito - ruote anteriori;
• Il secondo circuito riguarda le ruote posteriori.
Schema tipico dell'impianto frenante di un'auto
È possibile un collegamento combinato: se su ciascuna ruota anteriore sono presenti due cilindri funzionanti, uno di essi è collegato al primo circuito, il secondo al secondo, funziona insieme ai freni posteriori.
Nei veicoli a trazione anteriore:
• Primo circuito: ruote anteriori destre e posteriori sinistre;
• Secondo circuito: ruote anteriori sinistra e posteriori destra.
Possono essere utilizzate altre configurazioni di frenatura, ma gli schemi sopra riportati sono i più comuni.
Il design e il principio di funzionamento della pompa freno
Le pompe freno sono divise in due gruppi in base al numero di circuiti (sezioni):
• Monocircuito;
• Doppio circuito.
I cilindri a circuito singolo non sono praticamente utilizzati oggi, possono essere trovati su alcune vecchie auto.La stragrande maggioranza delle auto moderne è dotata di GTZ a doppio circuito: si tratta infatti di due cilindri in un unico corpo che funzionano su circuiti frenanti autonomi.Il sistema frenante a doppio circuito è più efficiente, affidabile e sicuro.
Inoltre le pompe freno si dividono in due gruppi a seconda della presenza del servofreno:
• Senza amplificatore;
• Con servofreno a depressione.
Le auto moderne sono dotate di una GTZ con servofreno a depressione integrato, che facilita il controllo e aumenta l'efficienza dell'intero sistema.
Il design del servofreno principale è semplice.Si basa su un corpo cilindrico fuso, nel quale sono montati uno dopo l'altro due pistoni che formano sezioni di lavoro.Il pistone anteriore è collegato tramite l'asta al servofreno o direttamente al pedale del freno, il pistone posteriore non ha un collegamento rigido con quello anteriore, tra loro c'è un'asta corta e una molla.Nella parte superiore del cilindro, sopra ciascuna sezione, sono presenti canali di by-pass e di compensazione, e da ciascuna sezione escono uno o due tubi per il collegamento ai circuiti di lavoro.Sul cilindro è installato un serbatoio del liquido dei freni, collegato alle sezioni tramite canali di bypass e compensazione.
GTZ funziona come segue.Quando si preme il pedale del freno, il pistone anteriore si sposta, blocca il canale di compensazione, a seguito del quale il circuito viene sigillato e la pressione del fluido di lavoro aumenta al suo interno.L'aumento di pressione provoca lo spostamento del pistone posteriore, inoltre chiude il canale di compensazione e comprime il fluido di lavoro.Quando i pistoni sono in movimento, i canali di bypass nel cilindro rimangono sempre aperti, quindi il fluido di lavoro riempie liberamente le cavità formate dietro i pistoni.Di conseguenza, la pressione in entrambi i circuiti dell'impianto frenante aumenta; sotto l'influenza di questa pressione, i cilindri dei freni delle ruote vengono attivati, spingendo le pastiglie: il veicolo rallenta.
Quando si rimuove la gamba del pedale, i pistoni tendono a tornare nella posizione originale (questo è garantito dalle molle), a ciò contribuiscono anche le molle di ritorno delle pastiglie che comprimono i cilindri di lavoro.Tuttavia, il fluido di lavoro che entra nelle cavità dietro i pistoni della GTZ attraverso i canali di bypass non consente ai pistoni di tornare immediatamente nella loro posizione originale: grazie a ciò, il rilascio dei freni è regolare e il sistema funziona in modo più affidabile.Quando ritornano alla posizione iniziale, i pistoni aprono il canale di compensazione, a seguito del quale la pressione nei circuiti di lavoro viene confrontata con la pressione atmosferica.Quando si rilascia il pedale del freno, il fluido di lavoro proveniente dal serbatoio entra liberamente nei circuiti, compensando la diminuzione della quantità di fluido dovuta a perdite o per altri motivi.
Il design della pompa freno garantisce l'operatività del sistema in caso di perdita di fluido di lavoro in uno dei circuiti.Se si verifica una perdita nel circuito primario, il pistone del circuito secondario viene azionato direttamente dal pistone del circuito primario: a questo scopo viene fornita un'asta speciale.Se si verifica una perdita nel secondo circuito, quando si preme il pedale del freno, questo pistone poggia sull'estremità del cilindro e fornisce un aumento della pressione del fluido nel circuito primario.In entrambi i casi la corsa del pedale aumenta e l'efficacia della frenata diminuisce leggermente, per cui il malfunzionamento deve essere eliminato al più presto.
Anche il servofreno a depressione ha un design semplice.Si basa su un corpo cilindrico sigillato, diviso da una membrana in due camere: quella posteriore aspirante e quella atmosferica anteriore.La camera del vuoto è collegata al collettore di aspirazione del motore, quindi al suo interno viene creata una pressione ridotta.La camera atmosferica è collegata tramite un canale al vuoto ed è anche collegata all'atmosfera.Le camere sono separate da una valvola montata sulla membrana, attraverso l'intero amplificatore passa un'asta, che da un lato è collegata al pedale del freno e dall'altro poggia sulla pompa del freno.
Il principio di funzionamento dell'amplificatore è il seguente.Quando il pedale non viene premuto, entrambe le camere comunicano attraverso la valvola, in esse si osserva una bassa pressione, l'intero gruppo è inutilizzabile.Quando viene applicata la forza al pedale, la valvola disconnette le camere e allo stesso tempo collega la camera anteriore all'atmosfera, di conseguenza la pressione al suo interno aumenta.A causa della differenza di pressione nelle camere, la membrana tende a spostarsi verso la camera a vuoto, creando così una forza aggiuntiva sullo stelo.In questo modo, il servofreno facilita il controllo dei freni riducendo la resistenza del pedale quando lo si preme.
Progettazione e principio di funzionamento dei cilindri dei freni delle ruote
I cilindri secondari del freno si dividono in due tipologie:
• Per freni a tamburo;
• Per freni a disco.
I cilindri secondari dei freni a tamburo sono parti indipendenti che vengono installate tra le pastiglie e ne garantiscono l'estensione durante la frenata.I cilindri di lavoro dei freni a disco sono integrati nelle pinze dei freni, forniscono la pressione delle pastiglie sul disco durante la frenata.Strutturalmente, queste parti presentano differenze significative.
Il cilindro del freno della ruota dei freni a tamburo nel caso più semplice è un tubo (corpo fuso) con pistoni inseriti dalle estremità, tra i quali è presente una cavità per il fluido di lavoro.All'esterno i pistoni sono dotati di superfici di spinta per il collegamento con le pastiglie, per proteggerli dalla contaminazione, i pistoni sono chiusi con cappucci elastici.All'esterno è inoltre presente un raccordo per il collegamento all'impianto frenante.
Il cilindro del freno dei freni a disco è una cavità cilindrica nella pinza nella quale viene inserito un pistone attraverso l'O-ring.Sul retro del pistone è presente un canale con raccordo per il collegamento al circuito dell'impianto frenante.La pinza può avere da uno a tre cilindri di diverso diametro.
I cilindri dei freni delle ruote funzionano semplicemente.Durante la frenata, la pressione nel circuito aumenta, il fluido di lavoro entra nella cavità del cilindro e spinge il pistone.I pistoni del cilindro del freno a tamburo vengono spinti in direzioni opposte, ciascuno di essi aziona la propria pastiglia.I pistoncini della pinza escono dalle loro cavità e premono (direttamente o indirettamente, attraverso un apposito meccanismo) la pastiglia sul tamburo.Quando si interrompe la frenata, la pressione nel circuito diminuisce e ad un certo punto la forza delle molle di ritorno diventa sufficiente per riportare i pistoni nella posizione originale: il veicolo viene rilasciato.
Selezione, sostituzione e manutenzione dei cilindri freno
Nella scelta dei componenti in questione è necessario attenersi scrupolosamente alle raccomandazioni del produttore del veicolo.Quando si installano cilindri di un modello o tipo diverso, i freni potrebbero deteriorarsi, il che è inaccettabile.
Durante il funzionamento, i cilindri principale e secondario non necessitano di manutenzione speciale e funzionano senza problemi per molti anni.Se il funzionamento dei freni o dell'intero sistema si deteriora, è necessario diagnosticare i cilindri e, in caso di malfunzionamento, semplicemente sostituirli.Inoltre, periodicamente è necessario controllare il livello del liquido dei freni nel serbatoio e, se necessario, rabboccarlo.
Orario di pubblicazione: 21 agosto 2023