Il Circuito Frenante Idraulico: Funzionamento e Componenti

I freni sono senz’altro una delle parti più importanti all’interno di un veicolo, in quanto sono i principali responsabili della sicurezza sulla strada. Tutti gli appassionati di motori, la prima cosa che fanno quando vanno a vedere le caratteristiche di un’auto o una moto, sono le prestazioni, l’accelerazione, la velocità. In pochi pensano a quanto impiega un veicolo per fermarsi una volta raggiunta una data velocità. L’impianto frenante resta una delle componenti fondamentali per ogni veicolo, per la sicurezza di tutti gli occupanti.

L’impianto frenante può essere classificato in meccanico, usato agli albori dell’automobile, idraulico ancora oggi in uso, aerodinamico che fa uso si appendici alari, usato dalle più recenti supercar ed ipercar, ed ancora elettrico sempre più in voga per effetto della diffusione delle vetture ibride ed elettriche, infine pneumatici in uso su veicoli di una certa stazza come autobus e autocarri.

Componenti Principali dell'Impianto Frenante Idraulico

L’impianto frenante classico è composto da:

Un serbatoio per l’olio.
Una pompa di comando.
Tubazioni composte da elementi rigidi collegati attraverso elementi flessibili e raccordi a tamburi con ganasce, oppure dischi con pinze e pattini per l’azione frenante vera e propria.
Sistemi di controllo come correttori e regolatori di frenata.
Sistemi di controllo dell’antibloccaggio delle ruote come l’ABS.

Serbatoio del Liquido Freni

Viene spesso trascurata, ma a conti fatti si tratta di un componente fondamentale nell’intero impianto frenante di un’automobile. Ruolo: immagazzinare e proteggere il liquido dei freni. 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 il serbatoio o il suo tappo sono in cattive condizioni, l'umidità o l'aria possono contaminare il liquido dei freni.

Pompa Frenante

Partendo dalla descrizione di un circuito idraulico in questo sistema viene messo in pressione un liquido incomprimibile attraverso una pompa mediante l’azione del pilota sul comando a pedale. Oggi ci sono sistemi Wire Less in uso anche in F1 che usano il pedale come un interruttore o potenziometro non collegato meccanicamente al sistema. La pompa frenante mette in pressione il liquido stipato in un serbatoio di solito ben visibile e trasparente nel vano motore. 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.

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. Molti ricorderanno come una delle Icone delle supercar la Ferrari F40 per scelta non usava il servofreno, per la sua filosofia che la voleva vettura dura e pura sotto il controllo del pilota. Una scelta opinabile visto che il servofreno, ben tarato nella sua azione, consente di modulare più precisamente la frenata attraverso una dosaggio della forza frenante più preciso e costante.

Liquido Freni

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.

A prescindere dal livello, anche se questo rimane costante nel tempo, per preservare le sue caratteristiche principali è sempre consigliabile una sostituzione completa del liquido almeno ogni due anni. Il liquido dei freni passa attraverso delle tubazioni. Queste sono molto complesse, formate da elementi rigidi, collegate agli elementi finali flessibili. Questi ultimi sono fondamentali soprattutto per la questione dell’affaticamento. La pressione del liquido dei freni tende ad allargare la sezione flessibile del tubo, questo porta ad una riduzione della forza frenante.

La cosa diventa ancora più evidente quando l’impianto è sotto sforzo nelle condizioni di affaticamento. Questo fenomeno porta ad una riduzione della consistenza del pedale del freno, di dice che diventa spugnoso perdendo mordente, per evitare questa condizione si usano tubazioni particolari che resistono alla deformazioni per alte pressioni con il pedale del freno che rimane stabile e consistente senza perdere mordente sugli elementi finali come tamburi e dischi freno.

Freni a Disco e Pastiglie

Oggetto di molta attenzione da parte degli appassionati di automobili poiché la frenata viene fortemente influenza dal potere di attrito delle pastiglie. Più sarà l’attrito, più il rumore aumenterà. Ruolo: questi componenti sono attaccati ai mozzi delle ruote. Le pastiglie esercitano una forza d’attrito sul disco per rallentare le ruote. L'energia posseduta dal veicolo in movimento, viene trasformata dall'attrito in calore, la cui quantità è tanto maggiore quanto più è pesante e veloce l'autovettura all'atto della frenata. La pastiglia freno è composta principalmente da un materiale ad alta resistenza, come ad esempio la ceramica, la fibra di vetro o la grafite.

Freni a Tamburo e Ganasce

Le ganasce sono costituite da un arco di acciaio sul quale viene fatto aderire per sinterizzazione o tramite rivetti il materiale d'attrito. Fate molta attenzione: tutto questo non dipende dal fatto che i freni a tamburo abbiano una forza di frenata minore, anzi!

Cilindro Freni

Nei freni industriali poi non può mancare il cilindro. Si tratta di un dispositivo idraulico che ha il compito di trasformare la pressione esercitata sul pedale del freno o su un comando a distanza in pressione idraulica per le pastiglie freno. In un impianto frenante idraulico il fluido freni trasferisce la pressione generata dal cilindro alle pastiglie.

ABS (Sistema Antibloccaggio) ed ESP (Controllo Elettronico della Stabilità)

L'unità ABS è un sistema utilizzato nelle automobili dagli anni '70, dopo essere stato utilizzato per la prima volta in un'auto di Formula 1 negli anni '60. La commercializzazione del sistema è merito della Bosch. il sistema ABS sia un sistema di assistenza alla frenata che impedisce il bloccaggio delle ruote in caso di arresto improvviso su fondi scivolosi grazie alla presenza di sensori posizionati sulle singole ruote che “dialogano” con una centralina elettronica. Questa calcola la velocità di rotazione di ogni ruota e, nel caso in cui la centralina rilevi il bloccaggio di una o più ruote in frenata, interviene sulla pompa idraulica per diminuire la forza di frenata.

In una frenata improvvisa, quindi, l’automobilista dovrà soltanto preoccuparsi di premere il pedale del freno senza dover pensare all’eventuale bloccaggio delle ruote. Sarà la centralina dell’ABS a dosare correttamente la forza frenante evitando la perdita di direzionalità del mezzo. Quando l’ABS entrerà in funzione, si avvertirà una sorta di vibrazione nel pedale del freno. Come accennato, l'unità ABS fornisce un pompaggio verso la pinza, in modo che la ruota non possa bloccarsi. Questo è un processo molto veloce che si ripete decine di volte al secondo.

Il motore della pompa del sistema ABS garantisce il mantenimento della pressione sul sistema frenante. L'HCU sta per "Hydraulic Control Unit" o unità di controllo idraulica, viene chiamato anche blocco idraulico. L'HCU è un blocco di alluminio con varie valvole e canali. Quando interviene l'ABS, è importante alleviare la pressione che il sistema accumula frenando una ruota. Questo viene fatto tramite le valvole. Sulla base dei dati, ad esempio, dei sensori delle ruote e dei sensori di pressione, la centralina dell'ABS determina se l'ABS debba effettivamente intervenire.

Oltre al sistema ABS convenzionale, sempre più unità utilizzano ESP, che sta per Electronic Stability Program. Mentre l'ABS assicura che le ruote non si blocchino durante la frenata, ESP assicura che l'auto vada effettivamente nella direzione desiderata dal guidatore. Quando l'auto minaccia di diventare sottosterzante o sovrasterzante, la funzionalità ESP frena una o più ruote, in modo che l'auto rimanga dritta sulla strada.

Il Freno di Stazionamento

Ruolo: mantenere il veicolo in posizione quando il pedale del freno non può essere premuto o il conducente esce dal veicolo. Il controllo può essere meccanico (leva del freno a mano) o elettrico (pulsante nell’abitacolo).

Manutenzione dell'Impianto Frenante

Le varie componenti dell’impianto frenante, sottoposte a costante attrito, si rovinano più facilmente. Alcune di queste componenti sono consumabili: dischi dei freni, ganasce, tamburi, pastiglie vanno sostituiti quando l’usura diventa importante. Per quanto riguarda l’usura dei freni, di solito ha come conseguenza una risposta anomala del pedale, e la macchina potrebbe vibrare in fase di frenata. L'efficienza di frenata generale può essere compromessa con conseguente prolungamento degli spazi di frenata.

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. In sostanza il liquido freni non deve essere mai rabboccato, il livello torna al massimo appena si cambiano le guarnizioni frenanti, diversamente c’è una perdita e va individuata immediatamente.

Consigli sulla Manutenzione

Affidarsi a professionisti ed esperti del settore, garantisce ulteriormente l'affidabilità della vostra auto.
La passione per le quattro ruote può spingere spesso molti automobilisti ad effettuare manutenzioni fai da te. Tuttavia, questa pratica è altamente sconsigliata per diversi motivi.
Innanzitutto, se l’auto è nuova, il tagliando deve essere necessariamente affidata ad un’officina autorizzata, altrimenti correrete il rischio di invalidare la garanzia.

Direttiva Monti (EU 461/2010)

Dal 2002 i veicoli in garanzia non sono più obbligati a sottostare all'obbligo di manutenzione ordinaria e straordinaria, presso la rete di assistenza ufficiale della casa venditrice.

Freno Idraulico Integrato

Il freno idraulico integrato è un sistema oleopneumatico costituito da un cilindro pneumatico che funziona da attuatore ed un circuito oleodinamico che funziona da freno. Il cilindro pneumatico ha ingombri secondo norma ISO 15552. Può montare una o più valvole di SKIP (lento-veloce) o STOP, normalmente aperte (NO) o normalmente chiuse (NC), sia in uscita che in rientro stelo.

Inoltre, proprio per la sua concezione, questo freno è particolarmente compatto ed ha ingombri ridotti rispetto a quelli dei freni idraulici esterni serie BRK. L’ eventuale insufficienza è indicata dalla tacca di minimo livello posta sull’astina del serbatoio: con lo stelo completamente estratto, la tacca di minimo posta sull’asta non deve sporgere meno di 8/10 mm dal tappo serbatoio. Per ricaricare il circuito utilizzare olio idraulico DEXRON ATF (oppure olio compatibile).

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