Impianto Frenante Idraulico: Funzionamento e Componenti

L’impianto frenante garantisce il rallentamento e l’arresto dell’auto durante la marcia. Garante della sicurezza, deve operare nelle migliori condizioni. L’impianto frenante è una parte essenziale della vettura, nel senso che regola la velocità della macchina. Per rallentarlo o fermarlo, basta applicare una pressione sufficiente sul pedale del freno. Per garantire un’efficienza ottimale, la potenza frenante deve essere 7,5 volte maggiore della velocità della vettura.

Componenti Principali dell'Impianto Frenante Idraulico

L’impianto frenante è costituito da più parti ad incastro. In altre parole, tutti gli elementi del freno sono interconnessi. 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.
Tamburi con ganasce, oppure dischi con pinze e pattini per l’azione frenante vera e propria.

Inoltre ci sono sistemi di controllo come correttori e regolatori di frenata, e di controllo dell’antibloccaggio delle ruote come l’ABS.

Il Liquido dei Freni

Il liquido dei freni è un componente essenziale il cui ruolo è quello di mantenere il sistema in buone condizioni. La frenata funziona grazie al liquido freni e all’impianto idraulico trasmesso ai 4 cilindri freno. Questo è formato da un 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.

La Pompa Freno

Il pedale del freno è collegato alla pompa freno, che, come accennato in precedenza, ha la funzione di convertire la forza esercitata sul pedale del freno in pressione idraulica. 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. Ovviamente nei comandi meccanici, oggi ancora largamente diffusi, la pressione sul pedale determina anche quella sugli elementi frenanti.

Il Cilindro Maestro

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).

Il Servofreno

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.

Freni a Tamburo e a Disco

Il sistema del freno a tamburo, invece, è posto all’interno della ruota ed è composto da cilindri ruota, e ganasce. Il cilindro e il segmento si allontanano durante la frenata per riunire le ganasce all’interno del tamburo.

Il disco, solidale alla ruota attraverso il mozzo o il semiasse, gira passando fra le due pastiglie alloggiate nella pinza, a una distanza di circa 0,2mm. 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.

L'importanza dell'ABS e dell'ESP

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.

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. In un impianto dotato di ESP, il modulo idraulico può azionare i freni anche senza che il guidatore prema il pedale.

Manutenzione dell'Impianto Frenante

Essendo un equipaggiamento di sicurezza, i freni dovrebbero essere controllati regolarmente. La frequenza di sostituzione dipende dall’uso del veicolo, sapendo che le nuove pastiglie devono essere installate ogni 40.000 km circa. È previsto un cambio del disco del freno quando mostra un’usura del 15%.

Le perdite sono i problemi principali dell’impianto frenante. Si riconoscono da un pedale che arriva a terra o da una spia sul cruscotto. Poiché possono danneggiare l’intero sistema, le perdite devono essere controllate rapidamente. Anche l’usura delle pastiglie dei freni è un problema comune. Deriva dall’uso ripetuto dei freni. Le pastiglie usurate sono indicate da un rumore metallico, sapendo che c’è attrito a livello del disco. Inoltre, in caso di dischi freno usurati, l’auto potrebbe fermarsi in modo insolito.

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. 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.

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.

Consigli Utili

Un cilindro maestro difettoso non deve mai essere trascurato: anche un lieve malfunzionamento può compromettere seriamente la sicurezza del veicolo.
Dopo l’installazione, è essenziale effettuare lo spurgo dell’intero impianto frenante per eliminare eventuali bolle d’aria, che comprometterebbero la capacità di frenata.

Direttiva Monti

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.

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