10. sistema de mado y asistencia

1;

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".:

\··"10Los frenos: sistemas de mando:

Circuitos. Asistencias

10.1. SISTEMAS. DE MANDO DE LOS FRENOS~. ~..' .

-Denominamossisternas de mando de Ios frenos al conjunto de órganos que sirven paratransmitir, en un sistema de freno .progresivo , el. esfuerzo desarrollado por el conductor,que puede ser producido enteramente por él, o bien con un sistema de asistencia.

Como ya se ha visto, el sistema principal de frenos es activado por un pedal situado enel interior del vehículo, que, gobierna el conductor con su pie derecho, El esfuerzo ejerci-do sobre el pedal es transmitido a los frenos-por un medio hidráulico, en el que se disponeun cilindro maestro o bomba de frenos, donde se crea la presión del líquido por el esfuer-zo del conductor, Por medio de canalizaciones, esta presión es transmitida a los cilindrosreceptores en las ruedas, que accionan los frenos. " , ' "

Este sistema hidráulico de' mando es el utiliia:dc,' actualmente en 'la totalidad de losvehículos de turismo. Antiguamente se empleaba un sistema de mando mecánico, en elque se lograba la expansión de las zapatas por medio de una leva situada entre ellas, queera movida por un sistema de palancas y varillas accionado por el pedal de freno. Actual-mente, el mando hidráulico de los frenos sustituye con múltiples ventajas al mecánico,pues resulta silencioso en su funcionamiento y asegura esfuerzos idénticos en las ruedasde ambos lados del vehiculo. Los sistemas de mando mecánicopresentaban el gran incon-venien te de los acoplamientos de palancas y varillas, sobre todo para las ruedas directrices,y con el uso 'adquirían holgura s excesivas que limitaban grandemente su efectividad. Porestas razones, su uso ha quedado limitado al mando del freno de mano.

La figura 10.1 muestra la disposición d~ un circuito hidráulico de frenos, constituidopor una bomba y los correspondientes cilindros receptores (uno en cada' rueda), interco-nexionados entre sí por medio de canalizaciones. E~esfuerzo f ejercido por el conductorsobre el pedal de frenos, desarrolla una 'fuerza. F en la bomba, que es .transrnitida .por ellíquido a los cilindros de rueda, en proporción a las secciones (o los, diámetrósjde.Ios ém-bolos de los.mismos. ,,', , , ' , '

Así, para un cilindro maestro de diámetro D, en el 'que se logra una fuerza F, obtendré-mas en los cilindros teteptoresesfuerzos2F, 3.F" 4E.:~,~según que la relación de los.d iáme-tros sea 2D, 3D, 4D ... , respectivamente, Consecuentemente, los volúmenes de líquido des-:plazados por los pistones de los cilindros receptores, sumados, serán iguales al volumendesplazado por el émbolo del cilindro maestro.

La carrera total del pedal de mando comprende las siguientes fases:a) Una carrera muerta, del orden de 15 a 20 mrn, necesaria para evitar todo frotamien-

to continuo de las guarnituras cuando el freno no está activado.,,"

,,209:'.

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO, CIRCUITOS, AS1STENC1AS

b) Una carrera de aproximación o de puesta' en contacto de las superficies de fricción,que depende del sistema de transmisión del esfuerzo y de la distancia que guardan,'entre sí las superficies de fricción, en su posición de reposo. " ,

'e)' Uriacárrera activa relativamente corta, durante la que se desarrollan las fuerzas defrenado, que depende de la rigidez del sistema de mando y de la comprensibilidad

,de las guarnituras. " ,A la relación entre el desplazamiento necesario para poner en contacto las superficies

de fricción y el desplazamiento aceptable del sistema de mando, se le denomina desmulti-plicación, la cual, de otra parte, permite obtener la fuerza de frenado necesaria con un es-fuerzo aceptable realizado por el conductor, que generalmente se estima en 40 kg máximoen los vehículos de turismo. Para frenadas de intensidad media, es convenientenoexigirun esfuerzo superior a 2Okg.

Los dos aspectos de la desmultiplicación expuestos, son ínterdependientes, ya que larelación .de los desplazamientos condiciona la relación de fuerzas y viceversa.

, Cuándo la 'relación conveniente para los desplazamientos del pedal de mando, no per-mite obtener una relación aceptable de los esfuerzos, resulta necesario recurrir a un siste-ma de, asistencia, corno es el servofreno .

.•Además de lo 'hasta aquí citado; el sistema de mando de los frenos debe cumplir lascualidades siguientes:

1)Asegurar una repartición del esfuerzo de frenado' entre los ejes del vehículo, tenien-do encl,lenta los pesos soportados por los mismas durante la acción de frenado, conel-fin de aprovechar la adherencia de una manera adecuada.

2)ASegurar'úna reparticton igual de los esfuerz~s de aplicacion de las superficies defricción de los frenos dé las ruedas de un mismo eje. ".

3) Garantizar eventualmente un inicio del. frenado del eje delantero sobre el trasero.4) Resultar de fácil reglaje.Estos requisitos los cumplen adecuadan'ie,nte los sistemasde mando hidráulico, con los'

que se obtiene una conveniente desmultiplícación.Bi S 'representala superficie total de los

Relación en el pedal- esfuerzo del conductor f--'esfuerzo sobre la bomba F

cilindroreceptor

TRASERO'

BOMBADiámetro DEsfuerzo' F

,~,

210

Fig. 10.1 ,

LOS FRENOS: SISTI::MAS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENCIAS

pistones receptores y d el desplazamiento de los mismos, necesario para establecer el con-tacto. de las superficies frenantes,. el' cilindro maestro debe enviar durante la carrera deaproximación un volumen de Iíquido igual a S . d. . " .

Si s representa la superficie del pistón del cilindro maestro y D,su desplazamiento, secumple que:

b·sa·S

S· d·=s· D

Si a y b (Fig. -10.2) representan los' brazos'de palancá del mando, Iacérrerac del mando"necesaria para obtener Des:

a-Db·

. Finalmente, la d esmultiplicación d/c vale:

Fig.1O.2

. De otra parte, si T representa el esfuerzoejercido por el conductor sobre el pedal para que las. superficies de frotamiento entren encontacto, el esfuerzo total E de aplicación de estas superficies vale:

T·ca-S- .-d~ ó bien E=T~.

De todo lo expuesto podemos concluir que las relaciones establecidas precedentemen-te, muestran que la carrera de aproximación es (para un determinado.valor de la relaciónb]a), tanto más corta, cuanto más grande sea s con respecto a S. Por el contrario, la fuerzade aplicación de las guarnit uras es, tanto más grande, cuanto mayor sea S con-respecto as.

Id- La carrera activa depende de la compresibilidad del líquido y de las guarnituras y de laA. elasticidad de las tuberías. "

10.2. BOlY1BADE FRENOS\ . '.

La bomba de frenos ccilindro maestro es la encargada de .proporcionar la debida pre-sión al líquido, enviándolo a los cilindros. de rueda, donde producirá' la aplicación de lassuperficies .rozantes, . . . ,

En la figura 10.3 se muestra el despiece de una bomba de frenos.iconstituida por el cí-lindro A, al que llega el líquido de frenos desde un depósito acoplado al orificio B,: ypue-

. Fig. 10.3

,,,,. ,

r.

211

1:

F .Fig. 10.4

WS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENCIAS

de salir por e, D y E a los ciliridros de rueda. En F se monta rascado un interruptor mano-métrico para el·mando de las luces de stop;

Dentro del cilindro A se desliza el pistón H, provisto de una copela de gornaZ, alojada.en una garganta del pistón, que realiza la estanqueidad necesaria entre éste y el cilindro.La. brida J y arandela K marcan eltope de recorrido hacia atrás del pistón, que apoya enellas en posición de reposo -Ó: Por delante del mismo se sitúa la copela primaria L, el muelle

. M,ja,válvula de doble acción N y el asiento de goma O. .El pistónes accionado parla varilla de mando P, que poi su extremo opuesto se acopla

al pedal del freno. '. " . . . .

La figura lOA muestra en esquema la disposición de este mismo cilindro maestro, re-presentado ensu posición de reposo, en cuyas condiciones, la cámara Q está llena de lí-quido que entra por el orificio R, llamado de compensación. En esta cámara reina ahora la .presión atmosférica, debido a su comunicación con el depósito a través del orificio R, elcual se halla sometido a esta misma presión. El muelle M mantiene retirado contra su topeal pistónH y aplicada contra su asiento a la válvula N, por cuya causa, no existe comuni-cación entre la cámara Q y las canalizaciones de los cilindros de rueda. Por el orificio Sentra líquido a la cámara T, llamada de compensación; que proporciona un deslizamientosuave del pistón. .

J ,

o

Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la varilla P empuj a al pistón H a la derecha,el cual, arrastra consigo a la copela 'primaria L, que se abre de su periferia adaptándose per-fectamente a las paredes del cilindro, evitando así las fugas hacia atrás del líquido ence-rrado en la cámara Q que, durante el desplazamiento del pistón, va siendo comprimido.En este mismo espacio de tiempo, el muelle M aplica contra su asiento O a la válvula N,cada vez más fuertemente, _ .

Mientras la copela L no tape el orificio de compensación R, por él sale un poco de lí-quido hacia el depósito, lo qué supone una compensación que evita brusquedad en elacctonamiento de los frenos. Una veztapado este orificio', el consiguiente desplazamientodel pistón hace subir la presión en la cámara Q y, llegado un cierto instante, el valor depresión alcanzado es suficiente para abrir la válvula N; .cuya guarnición de goma U es de-formada dejando libres los orificios V, por los que puede salir el líquido a las canalizacio-nes, a través de e y demás conductos dé salida.

Como las canalizaciones y los cilindros de rueda se encuentran llenos de este mismo lí-quido, al abrirse la válvula N se transmite la presión obtenida en Q a los cilindros de rue-da, que producirán bajo. este efecto la aproximación de las superficies rozantes. Cuantamás fuerza 'se ejerza en el pistón H,. mayor será la presión alcanzada en la cámara Q, queal transrnitirse a los cilindros de rueda producirán una acción de frenado más enérgica.

La presiónejercida en el líquido produce el desplazamiento de los pistones de los cilin-dros de rueda, que aplicarrIas zapatas contra el tambor. El espacio que van dejando libreen su desplazamiento, va siendo llenado por el líquid o que es enviado 'desde la bomba.

212

. J,F .Fig. lOA

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CIRCUITOS, ASISTENCIAS

de salir por e, D y E a los cilindros de rueda. En F se monta roscado un interruptor mano-métrico para el-mando de las luces de stop.

Dentrodelcilindro A se desliza el pistón H,provisto de una copela de gornaZ, alojada.en una garganta del pistón, que realiza la estanqueidad necesaria entre éste y el cilindro.La,brida J y arandela' K marcan el tope de recorrido hacia atrás del pistón, que apoya enellas en posición de reposo. .Por delante del mismo se sitúa la copela primaria L, el muelle

, M, laválvula de doble acción N y el asiento de goma o.El pistóries accionado 'poda varilla de mando P, que poi su extremo opuesto se acopla

al pedal del freno. ' , .' . , . .La figura lOA muestra en esquema la disposición de est~ mismo cilindro maestro, re-

presentado en .su posición de reposo, en cuyas condiciones, la cámara Q está llena de lí-quido que entra por el orificio R, llamado de compensación. En esta cámara reina ahora la .presión atmosférica, debido a su comunicación con el depósito a través del orificio R, elcual se halla sometido a esta misma presión. El muelle M mantiene retirado contra su topeal pistónH y aplicada contra su asiento a la válvulaN, por cuya causa, no existe comuni-cación entre la cámara Q y las canalizaciones de los cilindros de rueda. Por el orificio Sentra líquido a la cámara T, llamada de compensación'; que proporciona un deslizamientosuave del pistón. '

Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la varilla P empuja al pistón H a la derecha,el cual, arrastra consigo a la copela primaria L, que se abre de su periferia adaptándose per-fectamente a las paredes del cilindro, evitando así las fugas hacia atrás del líquido ence-rrado en la cámara Q que, durante el desplazamiento del pistón, va siendo comprimido.En este mismo espacio de tiempo, el muelle M aplica contra su asiento O a la válvulaN,cada vez más fuertemen te..

Mientras la copela L no tape el orificio de compensación R, por él sale-un poco de lí-quido hacia éldepósito, lo que supone una compensación que evita brusquedad en elaccionamiento de los frenos. Una veztapado este orificio', el consiguiente desplazamientodel pistón hace subir la presión en la cámara Q y, llegado un cierto instante, el valor depresión alcanzado es suficiente. para abrir la válvula N;'cuya guarnición de goma U es de-formada dejando libres los orificios··V, por los que puede salir el líquido a las canalizacio-nes, a través de e y demás conductos de salida.

Como las canalizaciones y los cilindros de rueda se encuentran llenos de este mismo lí-quido, al abrirse la válvula N se transmite la presión obtenida en Q a los cilindros de rue-da, que producirán bajo este efecto la aproximación de las superficies rozantes. Cuantamás fuerza 'se ejerza en el pistón H"mayor será la presión alcanzada enla cámara Q, queal transrnitirse a los cilindros de rueda producirán una acción de frenado más enérgica.

La' presión, ejercida en el1íquido produce el desplazamiento de los pistones de los cilin-dros de rueda, que aplican -Ias zapatas contra el tambor.El espacio que van dejando libreen su desplazamiento, va siendo llenado por el líquido que es enviado 'desde la bomba.

212

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENCIAS

Durante el desplazamiento del pistón H del cilindro maestro, la cámara de compensa-ción T permanece en comunicación con el depósito de líquido a través del orificio S y,por tanto, aja presión atmosférica.

Un estudio detallado, de la acción de frenado nos permitedistinguir tresfases:,En'la,primera, (Fig . .I0.S)!. cuan~o i~icia su movir:ziento el pedal dez.tr~no, elo,:ifido decom-pensacion o dilatacion esta abierto y la varilla de mando del piston tadavia no ha despla-zado a éste, pues debe existir una guarda de al menos 1 mm. Cuando es absorbido estehuelgo (fase segunda), comienza la carrera muerta del pistón, que dura hasta que se tapael orificio de compensación, en cuyo instante comienzan la carrera de aproximacióny la carrera act.iva (tercera fase):. El consi,güiente ~esplaz.~mierit6 del pedal del freno.(Fig. 10.6), hace aumentar la presion en la camara de impulsión, que durante la carrera deaproximación es ligeramentesuperior ~la tensión de los muel~~sde llamada de las zapatas.Cuando las superficies de fricción estan en contacto, la preston en la bomba crece con el 'desplazamiento del pistón y se desarrolla la fuerza de frel!adb. . .,," ' . '

Fig. 10.5

Fig. 10.6 .

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'1,.:!

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Cuando se suelta el pedal-de freno (Fig. 1004); el pistón Hse desplaza a laizquierda porla acción del muelle M' y la presión alcanzada enla cámaraQ. A medidaque se:distiende.el muelle M va.siénd o menor su fuerza, con 10 íl ue llega un mo men toenq iie lap resión .rei- 'nante en lascanalizaciones.essuficiente para despegar la válvula N de su-asiento Ov permi-tiendo el retorno delliquido a la.bornba, para ocupar el espacio que va dejando vacío el·pistón en su' retrocesovEste, líquido es- empujado también por la acción de los muelles de'las zapatas.

213


Si el líquido de las canalizacionesy cilindros de rued~ no retor-na a la bomba Con la suficiente rapidez, o en la debida cantidad, elretroceso del pistón H y su copela L, crean en 'lacámara Q un va-cío, que hace doblarse -hacia adentro a - la guarnición, como

_muestra el detalle de.la figura 10.7, permitiendo que .pase líquidodesde la cámara de compensaciónZ' (Fig.lO.4) a la de presión Q,a través de los orificios X de la cabeza del pistóny los bordes de lacopela L. De esta manera, aunque existan pérdidas de liquido enlas canalizaciones o cilindros de rueda, son compensadas en la pro-

hg: ~O.7 pia bomba, yen la siguiente embolada se envía a los cilindros de, -rueda 'suficiente cantidad de líquido. -

Cuando, el pistón H-ha llegado a su posición de repasa, el líquido que sigue entrando através de.la válvula N Y su asiento O, va llenando la cámara Q, que una vez repleta, hace

_salir el líquido hacia el depósito por el orificio de compensación. Llegado un cierto mo-mento, la presión en las ámalizaciOnes es inferior a la fuerza-del muelle M, quien aplicanuevamente a la válvula N contra su asiento O, cortando la comunicación entre canaliza-ciones y cámara de presión, dejando la bomba dispuesta para una nueva acción.

Un estudio detallado de la acción de desfrenado nos permite constatar que, cuando el.conductor suelta el pedal del freno, se produce una caída de presión instantánea en la cá-mara de compresión, por cuya causa, el pistón de la bomba, bajo el empuje de su muelle;retrocede más deprisa .que los pistones de los cilindros receptores, pues la vuelta dellíqui-do a la bomba es frenada por su rozamiento en las canalizaciones. Así pues, aparece unadepresión en la cámara de impulsión de. la pamba, que provoca el paso de líquido haciaella desde la cámara de- compensación,· a través de los taladros de la cabeza del pistón y laperiferia de la copela primaria. ..

Al final del recorrido de retroceso del pistón, se destapa el orificio de compensación,reinando en la cámara de impulsión nuevamente la presión atmosférica. El muelle mantie- -ne.el pistón eri su posición de reposo y la válvula aplicada contra su asiento. El tarado delmismo es tal, que en las canalizaciones subsiste una presión residual de 0,7 bar. Ello per-mite interceptar toda entrada de aire al circuito, de manera que si existe una fuga, se tra-duciría en una pérdida de líquido y no en una entrada de aire. De otra parte, esta presiónresidual mantiene apoyados los labios de las copelas de los cilindros receptores, dificultan-do las posibles fugas por falta de estanqueid ad.

El orificio decompensaciónproducé una acción, como su nombre indica, de compensa-cióndeladilatdción del líquido que se produce con el calentamiento del mismo comoconsecuencia de una utilización persistente de los frenos.

Es de' hacernotar que en los frenos de disco es suprimida la válvula doble de la: bombade frenos, pues-en este caso no es necesario mantener presión residual en las canalizacio-nes. Otras veces se disponen las salidas de las canalizaciones de manera que las pertene-cientes a lasruedas traseras (frenos de tambor) estén conectadas a través de la válvula co-rrespondiente, mientras quejas delanteras (fre-nos de disco) toman directamente de la cá-mara de impulsión..

10.3. CIRCUITOS DE FRENO INDEPENDIENTES

Aunque los elementos de un sistema de frenos, como la bomba, cilindros receptores,canalizaciones, etc., están estudiados y-fabricados de manera que soporten perfectamen-te las presiones elevadas puestas en juego en la acción-de frenado, no seexcluye una posi-'ble avería, sea por fuga delíquído en acoplamiento "de tuberías, desgaste de un tubo por:\!rozamiento eón una pieza metálica del chasis, o deterioro de- alguna copela del cilindro?

.maestro o cilindros de rueda. . ., .:j

Par~paliar el grave inconveniente de los frenos, de que cuando hay fugas de líquido en:;cualquier punto de la instalación queda inutilizado el si_stema,se idearon los circuitos de ;;

214

LOS FRENOS: SISTEM AS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENCIAS

freno indep~ndi"entes, consistentes generalmente en dos circuitos hidráulicos indepenciien-tes, que aCCIOnan por 'separ~do los frenos' d~lan,ter?s y los traseros en la n::ayor parte de] s casos. De esta rnanera.vsr hay una fuga .de líquido en los frenos traseros, por ejemplo,l~s delanteros siguen funcionando y-el vehículo no se queda totalmentesin Jréno,§ ",. Igualmente pueden.disp,onerse los circuitos en equis, es d~c.ir, uno paT~;'Iarwida dela!l-rera derecha Y traseral.zqmerda y el otro J?,aralas dos restantes. Otras veces, un? de los CIT-. uitos acciona la totalidad de los frenos y el otra, en el caso de los frenos de diSCO, mueve~n sistema adicional de pastillas en los frenos delanteros. . . '. ':.' ,

En cualquiera de los casos, para disponer de doble 'circuito independiente de.frenos, esnecesaria una bomba tandem, como la ..representada en la figura 10.8, consistente en uncilindro A, den tro del cual se alojan los pistones J3vC. El pistón B es accionado directa-mente por el pedal del freno, mientras que el Clo es por la presión que ejerce en el Iíqui-do el.pist6n B, Por las canalizaciones D y E llega ellíquido a los cuerpos ,de bomba F y G

. desde el depósito de líquido de frenos, y de estos cuerpos salen las canalizaciones H paralas ruedas delanteras el paralas traseras, o bien, para losdoscircuitos conectados en cual-quier otra disposición de las 'citadas. .... . . • . . .'.

" '

E

Fig. 10.8

" .:

Cuando el conductor pisa el pedal del freno,el pistón Bse desplaza-a la derecha, com-primiendo el líquido en el cuerpo de bomba F. La presión obtenida se transmite-a las rue-das delanteras porH y, al mismo tiempo, empuja al pistón Chacia la derecha, el cual com-prime el líquido del cuerpo de bomba G, obteniéndose en él una presión que se aplica alas ruedas traseras por l.

Como puede verse en el, esquema, esta doble bomb.a equivale a dos simples, pues cada.'cuerpo tiene su propio pistón.vcopelas, muellevorificio compensador.-etc. como en una

bomba corriente; pero presenta la ventaja de que si hay fugas en uno de los circuitos, elotro sigue funcionando. '.. . ., "

Efectivamente, si la fuga se produce en H, .aunque se desplace el émbolo B no se creapresión en el cuerpo de bomba F y, por tanto, los frenos delanteros no actúan; pero cuan-do el pistón B llega a su tope con el e, al mismo 'tiempo que se desplaza empuja a éste úl-timo, que Crea presión en el cuerpo de bomba G, la cual se transmite por I a los frenos tra-seros. Si la fuga ocurriese en l, el desplazamientodelémbolo Bcrearía presión en F, quese transmitiría a los frenos delanteros, mientras que esta misma presión empujaría al pis-tón e hasta el final de su recorrido (pues no hay oposición por existir fuga), sin que secreara presión en el cuerpo de bomba G; por 10 cual rro actuarían 16s frenos traseros ..

~ó.r corisiguien te; esta bomba de frenos presenta la gran ventaja deque, aunque hayauna fuga de líquido en algunacanalizacióno bornb ín.ie] vehículo no se quedatotalmentesin frenos; pór eso, en la actualidad hay grarinúmero de vehículos equipados' de esta rna-nera, e incluso las reglamentaciones de diversos países exigen esta disposición en los vehí-culos comercializados; en ellos, . '. ',

• 'j"

.:215

LOS FRENOS; SISTEMAS DE MANDO, CIRCUITOS, ASISTENCIAS

En la figura 10.9 se muestra la disposición de una bomba tandem para circuitos inde-pendientes defrenos, donde los émbolos primario 1 y secundario 2 se alojan en el cilindrouno .en prolongación de otro, .siendo mantenidos en posición porlos muelles 5 y 6 respec-tivamente.d.a interconexión de ambos se realiza por elpulsador deslizante 3, que a partirde una determinadaposición del recorrido.delémbolo primario l/hace tope y obliga adesplazarse,simultáneamente al émbolo secundario 2." La-po~ción de' reposo 'se establece en el émbolo secundario 2 por medio del tornillo

tope J3 y. en el primario 1 por la fijación 14, similar a la de una bomba convencional.

¡'

1S 6 8 2 13 5 3 7

X 10.4. LOS CORRECTORES DE FRENADo

Sabido es que cuando se 'frena un vehículo, se transfiere parte de su peso hacia el eje de-lantero, quedando el trasero deslastrado. Por este motivo, la fuerza de frenado aplicada aambos ejes no debe-ser igualy, aunque ya se disponen los cilindros receptores de ruedamayores en las,delanteras.para obtenerallí más fuerza de frenado; se hace necesario utili-zar unmecanismo correctorde frenada que corrija la presión aplicada a las ruedas traseras'en función de las circunstancias en que se efectúa el frenado.

Un corrector de frenado ideal, deberá realizar una repartición de, ia fuerza de frenadotal, que para cualquier rueda, esta fuerza sea igual al producto del peso que descansa sobreella, por el coeficiente de adherencia que exista en el momento del frenado, todo ello,cualquiera que sean la carga y la 'deceleración. Este corrector ideal suprimiría todo riesgode blocaje de la rueda, permitiendo además, obtener la más alta deceleración,

Este resultado solamente es posible de lograr disponiendo en cada rueda un mecanismoque detecteel inicio de blocaje, o 10 que es igual, el deslizamiento de la rueda sobre, elpiso-para, en"tales condiciones, corregir la fuerza de frenado aplicada a esa rueda. Tal me-canismo no existe en la actualidad más que en la imaginación de los fabricantes.

También es conocido que el blocaje de las ruedas en el frenado resulta más peligrosocuando se produce enlas traseras, por cuya causa, los correctores de frenado actuales tra-tan de adecuar la fuerza de frenado de las ruedas traseras, al valor más conveniente encada caso; pero una disminución de, esta fuerza en el eje trasero, implica una pérdida deeficacia en los frenos, con el consiguiente aumento dela' distancia de parada. Ello, no obs-tante, resulta conveniente en beneficio de una mayor estabilidad en el frenado, queaumenta la seguridad de marcha del vehículo.

De otra parte, es necesario adecuar la fuerza de frenado a las condiciones de carga delvehículo y a la deceleraciónlograda; por lo cual, resulta imprescindible disponer de circui-tos independientes de frenado para las ruedas delanteras y las traseras, que permitan co-rregirla presión hidráulica enfuncion de la carga estática y, repartir la fuerza de frenado,ientre los ejes delantero y trasero en función de la deceleración.

Para adecuar la repartición de la fuerza de frenado a la carga, puede tomarse como refe-rencia la variación .de la distancia del eje trasero a la carrocería, o de ésta al suelo, paramodificar la .presión máxima .aplicada a este eje en función del citadoparámetro.

" ,

216

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENqAS

",La corrección de la fuerza de frenado en función de la decéleración, puede encornen-, 'darse a-un mecanismo que. actúe deacuerd o con la inclinación que toma el vehículo. Ge-

neralmente consiste en una bola que se desplaza sobre un plano inclmadovcortando lapresión aplicada a las ruedas traseras a partir de una determinada inclinación del vehículo.

A pesar de todo lo expuesto, los correctores de frenado no suprimenlosriesgos deblo-caje que se producen cuando-la fuerza de .frenado se hace superior 'a la de adherencia, encuyo caso, todas las ruedas serán blocadas simultáneamente. Tampoco eliminan el-riesgode blocaje que existe por diferencia de adherencia entre lás dos ruedas de un mismo eje,ni por desequilibrio de las fuerzas de frenado que actúen sobre ellas, debido a defectos defuncionamiento (pérdidas de líquido, engrasado de guarniciones, desgastes, etc.). \ .

Dada la complejidad de lo hasta aquí tratado, los fabricantes de automóviles han dirigi-do sus esfuerzos hacia la puesta a punto de correctores de frenado, cuya 'misión sea la decorregir la fuerza de frenadodelas ruedas traseras, considerando que, si bien todo blocajeresulta peligroso, el de las ruedas traseras lo es mucho más. A este efecto citaremos lossiguientes dispositivos: . '

a) Repartidor de simple efectoJ.

!

Tiene por misión evitar al circuito trasero de frenostodo aumento de presión proceden-te de la bomba, por encima de un valor determinado, manteniendo el circuito delanteroinamovible, de manera que su presión siga las.variaciones de la bomba. Con ello se adoptauna repartición fija de las fuerzas de frenado tal que,' cualquiera que sea la repartición depesos, solamente puede producirse el blocaje en eltren delantero.. . .

Este sistema se aplica generalmente a los vehículos donde la repartición de los pesos es-táticos y la altura del centro de gravedad varían poco con la carga. Consiste en una válvula(Fig. 10.10) provista de un muelle tarado, a la que llega por su parte inferior la presión dela bomba, saliendo hacia cada una de las ruedas por los laterales. Cuando .la 'presión 'en elcircuito sube por encima del valor de tarado del muelle.Ja válvula se levanta obstruyendolas salidas para las ruedas, lo que no impide que siga subiendo en la bomba.

. . . ..:"

Presi6n

Ruedas delanteras

Esfuerzo en pedal

oFig.10.10 'Fig, 10.11

.De esta manera, .se consigue limitar la fuerza de fren~do aplicada .a las ruedas traseras,tal como muestra elgráfico de la figura 10.11. 'El repartidor Se sitúa generalmente en laproximidad del eje trasero y fijado a la carrocería del vehículo.. .

b) Repartidor de doble .efecto

Como ya se ha dicho; la transferencia de pesoen el frenado es función de la velocidad.del vehículo 'y de la: intensidad de la frenada. No obstante, puede existir un importante

"

217

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO, CIRCUITOS, ASISTENCIAS¡ :

,

desequilibrio entre dos casos dados, como son una fuerte frenada y una velocidad escasa,:EIi el último supuesto, la adherencia de las ruedas traseras tiene un buen nivel, resultandoposible en cierta medida, subir el valor de la presión aplicada a las' ruedas traseras, paraaumentar la eficacia del frenado. Ello se consigue mediante la utílización 'de una válvulaacoplada a] circuito trasero de frenos (Fig, 10.] 2), en la quelas dos primeras fases de fun-

, 'cionamiento' resultan similares .a'las del .repartidor de simple efecto, El pistón Pl compri-me el muelle Rl hasta hacer contacto con 'su tope, cortando la comunicación con las rue-das, a las que ya no se aplica mayor presión; sin embargo, en un tercer tiempo, la presión 'desplaza, 'al pistón P2, 'que comprime el muelle R2 permitiendo él envío de Un suplemento ,',:

.-depresión a l~s ruedas. ' , " ):','

'1

R1

Q (J

2

, P1P2

!:

'" "",'

,D,~-.

Fig, 10.12,

'La 'figura 10.13 muestra el gráfico de.corrección de la presión que se obtiene en estecaso. A partir de un cierto nivel de la misma enviado por la bomba, la aplicada al tren tra-sero crece en menor proporción que la del delantero, correspondiendo este valor aproxi-madamente a150% . '

2

Ruedas delanteras

. r :.

P~e$i6n.t,·',

, ....

-,', {

Esfuerzo en 'pedal

,Fig: 10.13 Fig. 10,14

Otra tipo de repartidor de doble efecto es el representado en la figura 10.14, constitui-do esencialmente por un .ciliDdra 8, en cuyo interior se aloja el pistón diferencial 5. Laparte .del cilindro de 'menor diámetro, forma lacámarazí de alta presión, a la que llega ellíquido desde la bomba de frenos por 9, mientras que la parte de mayor diámetro formala cámara B de baja presión, comunicada por 1 con los cilindros receptores de las ruedastraseras.

, Estas .dos cámaras .pueden estar comunicadas entre sí por medio de la válvula 14, dis-puesta en.el. pistón diferencial 5; -' ,

218

LOS fRENOS: SISTEMAS DE MANDO, CIRCUITOS, ASISTENCIAS

¿in este dispositivo se .logra una disminución de la presión en la cámara B, debida a laerencia de:sección de la superficie activa del pistón 5.;En la cárnara.zl se aloja el muelle tarado 17, que aplica el pistón 5 contra.elasiento 10,tnteniéndolo' en esta situación en posición de reposo, en la cual, la válvula 14 es mante-

nida abierta por el tope hueco 4, contra la acción del muelle 15; estableciendola comuni-1;áclón entre ambas cámaras. , . . . , . . '.' . .' .'~~f':Cuando se acciona el pedal del freno, e.l,liquid~ fluyea través ~elaválvula 14,. de la

,,'cámara A a la B. Con el aumento de la presion, la diferencia de la misma.que se manifiesta',;'sobre ambas caras del pistón, debido a su diferente sección, es capaz de producir el despla-

':i;,,~zarniento del mismo hacia la derecha, venciendo la acción del muelle 17, con 10 cual, que-j (da libre el tope 4 y se cierra la válvula 14 por la acción del muelle 15, determinando el'~!n:cierre completo cuando la presión de envío alcanza un determinado valor.:f~.·" ._

"" . En estas condiciones, la comunicación entre lasdos cámaras. está cortada y la presiónde envío actúa solamente sobre la cara de menor diámetro. del pistón; resultando que lapresión en la cámara B es inferior a la de.Ia A, por lo que la presión aplicada a las ruedases proporcionalmente inferior a la enviada por la bomba. ..::.,, Un posterior aumento de la presión de envío, determina nuevamente el desplazamientodel pistón 5 hacia la izquierda, provocando la apertura de la válvula 14, que permite elpaso de cierta cantidad de líquido desde la cámara A a laB. Ello comporta un aumento depresión en el circuito de frenos de las ruedas traseras y el nuevo cierre de la válvula 14,restab1eciéndose de nuevo la diferencia de presiones entre este circuito y la enviada por labomba, que está aplicada directamente a las, ruedas delanteras.

Cuando se suelta el pedal del freno, desaparece la presión en la cámara A y el pistón 5vuelve a suposición de reposo abriendo nuevamente la válvula 14, que permite el retroce-so del líquido desde las ruedas hacia la bomba de frenos:' .,

e) Limitador de tarado variable'

Para cierto tipo de vehículos, la carga es un factor predominante en la eficacia del fre-nado, como ocurre en los de motor ytraccióndelanteros, cuyo ejetrasero apenas soportapeso en vacío y, sin embargo, descansa sobre él, a vehículocargado, más de150% del pesototal. En estos casos, las condiciones de frenado han variado fundamentalmente y resultanecesaria la utilización de un limitador capaz de variar la presión de corte para las ruedastraseras,'en función de/peso que sobre ellas descansa.

El funcionamiento resulta similar al del repartidor de simple. efecto, con la salvedad de".-que la fuerza del muelle antagonista seharávariar en función de la carga, para 10 cual se

instala elrriecanisrno corno muestra la figura 10.15, donde el muelle 'antagonista aplicauna tensión T sobre la.válvula de corte, que varía en función del peso P que soporta el ejetrasero. Para una mayor carga, la tensión ejercida sobre el muelle es más alta y, por ello, elcorte para las ruedas traseras se produce a una mayor presión de envío.

Se obtiene de esta forma la curva representada en la figura 10.16, donde se muestrantres puntos P particulares del corte de presión; pero en la realidad existe un punto P paracada valor de la carga. '

La figura 10.17 muestra la implantación de este tipo de limitador en un vehículo, don-de puede verse que está fijado a la propia carrocería, mientras que la varilla de mando Aque modifica la presión del muelle antagonista se une alejetrasero,

djCompensador de frenada' ":

Su funcionamiento 'es .similar al del repartidor de doble-efecto, con Ia variable ..de que.aquí, el muelle antagonista no tiene un tarado fijo, sino que su .tensión depende del pesoque carga sobre el eje trasero.

219

Huedas delanteras

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LOS FRENPS': SISTEMAS DE M~NDO. ClR(,:UITOS. ¡\SISTENCIAS

~------------'-- ..,---'--'-'----"-"-'

, ...~"",

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\i.:r '0".~T,.~i.·CL , {r -0> i2't

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·1

Fig.1.O.15

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En la figura 10.18 se muestra la disposición de un compensador de frenado,. dond~ lafuerza antagonista. está encomendada a los muelles 1 y 2, que aplican una fuerza Flal pis-tón' 3, sometido a la presión hidráulica de accionamiento de losfrenos traseros, A su vez,esta.fuerza Fi es función del peso' que carga:sobre el eje trasero, puesto que la tensión delosmuelles viene determinada por la altura dela carrocería al suelo. '. " ¡;. En';;posición de reposo; el pistón 3 está en contacto con el tope 4 por la acción de lafuerza F1: En estas condiciones, la presión hidráulica que llega de la bomba de frenos, seaplica directamente a los bombines traseros.

~ J; •

En el frenad o.Ta presión (fe envío ejerce sobre la sección SJ. del pistón, un esfuerzo F2opuesto a 1(1 fuerza Fl. Superado el valor de esta última, el pistón 3 sube y la válvula debola se cierra cortando la comunicación con los bombines traseros, lo que constituye unIímite.d e la presión de frenado aplicada.

Pr",16n

220

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO: ClRCUITOS. ASISTENCIAS

Bornbinestraseros

PresiónRuedas delanteras

.-:-

.•• C; .••. ,.,'" 'l.. •..

/,. •.. ;;,,(.... ..." ~ .•...•.." •..tI",," Huedas traseras",...•

'" f:¡>'"" Esfuerzo en pedal

Fig. lQ-.18 . Fíg. 10.19

Si la presión enviada por la bomba sigue aumentando, se crea en el pistón 3 un esfuerzoF3, debido a la diferencia de las secciones S1 y S2 del pistón. De esta manera se produceun descenso del pistón, que abre nuevamente la válvula, permitiendo una subida de la pre- ,sión aplicada a las ruedas traseras. Este nuevo aumento de presión actúa también sobre lasección S1, obligando a subir, otra vez al pistón, -que corta nuevamente la comunicacióncon los bornbines traseros. :'

Este' ciclo se repite indefinidamente 'para cada aumento d e-Ia .presíónde enví.ode labomba, obteniéndose así un gráfico de Iaprésiónde corte corno el represen tado en.la fi-gura 10.19, dondecada punto P corresponde ala modificación de la, presión aplicada' alos frenos traseros, en función de la presión de envíoy de la carga soportada por las me-'das traseras. " ' ' "

Cuando cesa la acción de frenado; la' caída de presiÓne~ la,b6mba de 'frenos.hace retor-nar al pistón a su posición de reposo, restableciéndose la comunicación con los frenos tra-seros, que permite el retorno del líquido a la bomba. '" ,

e) Compensador para doblecircuito

Como ya se hadicho, algunos vehículos disponen de un circuito doble de frenos, dondelas ruedas traseras son comandadas por circuitos independientes desde la bomba doble(circuito en equis), uno de cuyos érnbolos envía la presión a las ruedas delantera derechay trasera izquierda, mientras el otro cuerpo de bomba activa los frenos de las ruedas de-lantera izquierda y trasera derecha, tal como se muestra en la figura 10.20.

Para estos casos,se hace' necesario disponer de un compensador doble, como el repre-sentado en sección en la figura '10.21, donde el cuerpo A' dispone de dos pistones e aloja-dos en sendos cilindros, que son mantenidos en la posición de reposo que determina eldispositivo de palancas L, en función de la carga soportada por el eje trasero. A cada unode estos émbolos les llega presión dela bomba por el conducto K, para alcanzar la' cámaraD, pudiendo pasar el líquido hacia la salida H y las ruedas traseras,' a través de la válvulaG, posicionada por el tp~e 1. ,',' ," , '

Así, pues, este compensador posee un diseño de cámara doble, 'cada una de las cualesdispone de sus propias lumbreras.de entrada y salida de líquido, para acomodar el sistemade frenos de circuitos independientes, funcionando ambos Circuitos 'simultánemente. ,

La figura 10.22 muestra en esquema la disposición de una de estas cámaras en posiciónde reposo. Cuando se aéciona el pedal del freno, lapresión de la bomballega por B, aplí-

221

NIVN· 1

. '.. ~..====:=== .' ===- .

~:":':"'"

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•.••.•• : .1"",

'.

Circuito de tuberías de frenos·.,_""",,,,_ .. _. delantero derecho/trasero izquierdo_. Órcuitode tuber ías d~ frenos -

delantero izquierdo/trasero derecho

. Fíg. 10.20

'~.1.~· .~•.••._~,D5r.Ji"_fp!W~·~~~~'''.:till·~~''''''''-'2"'''''''~:';'"''-'''''''··'·..•..., -· ...·'!":'!~L·· .-. ",.

',,a...~,,,,,,,,_4,. •.. :-.., .....:.....-._~_ .••...:.__ ~ ••--....Iu.-- .•._ .•.""'-" _-~~&' ..- _: ..,.~ ---,-",,~,


c~'dose a los frenos trasen?s por e, puesto-queJa~fválvula permanece abierta, dado que el.éinbolo está desplazad? a la derecha p<?r la fuer-í'á'F del muelle e,xten<:>r, que es función .de la~c'argasoportada por el eje trasero. .,''·<lJl .'

.úhCon el aumento de presión, se llega a un pun-:~.fto.en que se, vence la acción de la fuerza F

ii'(Fig. 10.23), desplazándose el pistón hacia la iz-:t'quierda, con lo que.se cierra la válvula ,de bola, .''';cortando todo aumento de presión para los fre-~~~'iios traseros; pero si la presión enviada por la~~Lbomba sigue en aumento, la diferencia de sec-.,"Ciones del pistón, determina un nuevo desplaza- ','.:'-miento de éste a la derecha, con la consiguiente-'

:apertura de la válvula (como ya se explicó en Fig. 10.21 ."otros modelos de compensador similares) y elaumento consiguiente de la presión aplicada alos frenos traseros.

El funcíonamientosimultáneo de los dos circuitos de este compensador, determina una'acci6n de frenado similar en ambas ruedas traseras ..

Fig.1O.22 Fig. 10.23

f) Compensador activado por inercia

En algunos vehículos, la presión aplicada a las ruedas traseras está gobernada por uncompensador, cuya acción es funcián de Ia.deceleracion obtenida en el frenado. Este tipode compensador se fijaal chasis del vehículo en.una posición bien determinada, y en lascercanías de la bomba de frenos.como muestra' lafigura 10.24. '

Fig, 10.24

223

" ,:~~r'o',;r;':",-:

O" o~j\o' '

Fig.1O.25

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO, CIRCUITOS, ASISTENCIAS" , :,

El dispositivo lo constituye una válvula de bola posicionada con un cierto ángulo A(Fig. 10.25) con respecto a la horizontal. Cuando se acciona el freno, el líquido llega porB, pasando a través del difusor e y alreded or de la bola D, hasta el conducto F, alcanzan-do la salida E pira los frenos traseros. - ,

A medida qu« :se 'aplica mayor presión, la deceleracion aumenta de tal manera, que labola sedesplazaa la izquierda a pesar del ángulo de inclinación de su alojamiento, quiendetermina la deceleracion necesaria para que se produzca el desplazamiento. En ese ins-tante, queda cerradoelconducto F. . ,

Este es elllamado punto de conexión, a partir del cual.iquedalimitáda en principio lapresión aplicada a los frenos traseros, que está actuando sobre la sección G del pistón,almismotiempo que elmuelle antagonista.";": '

Si la presión enviada por la bomba continúa aumentando, su aplicación sobre la secciónH del pistón determina un instante en que éste sedesplaza hacia laizquierda, contra laacción de su muelle y la presión reinante en la cara posterior. Con este movimiento seobtiene la apertura del conducto F y la presión de envío de la bomba se aplica nuevamen-te a los frenos traseros. hasta que se produce otra vez el cierre, motivado, por el aumentode presión.vqueactúa sobre fa sección G. del émbolo, desplazándolo nuevamente a la dere-cha-Esta secuencia ~erepite.en.función de ladeceleracíón obtenida y la fuerza de frenadoaplicada. " , ,

,Cuando se d'ejaqe accionar el pedal del freno, cae la presión de envío de la bomba y ladeceleración del vehículo 'disminuye bruscamente, con 10 que la bola D regresa a su posi-ción dereposo, p'eIJ11HiendC2el retorno del líquido de los frenos traserosa la bombá .

. ': ','

g) Indicador de caída de presión

Algunos sistemas de freno adoptan una disposición (i~l ci¡'cuito trasero gobernada porun dispositivo corrector, capaz de indicar una eventual diferencia de presión hidráulicaentre los circuitos de frenado delantero y trasero; corrigiendo la presión aplicada a estosúltimos cuando se produce una anomalía en los primeros.

Lafigura 10~26muestra esta disposición, donde puede verse que las salidasdeIíquídode la bomba doble sellevan al dispositivo corrector, del cual, a su vez,' parten los conduc-tos del freno delantero por un lado, y del freno trasero por otro, a través del compensadorde frenado concretamente. En el dispositivo corrector; se acopla un .círcuito auxiliar e,que desemboca en la salida del compensador, es decir, se une directamente a las ruedastraseras. También en él, se dispone un circuito eléctrico capaz de encender una lámpara 'indicad ora , situada en el tablero de instrumentos del vehículo. ". ' ,

o o o , • o '-:. 00 _ "0 , o, " • o

224

LOS FRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CrRCUITÓS. ASISTENCIAS

....:

.' .

.¡Fig. 10.26

. ,~-

Hg. 10,27 .

;;i~ifigura 10.27 muestraesquemáticamenteeste' dispositivo en su posición de reposo,'~'la 'cual, el doble pistón 3 se mantiene ensuposición central, equilibrado por la accióncjélosmuelles 4, manteniendo aislado eléctricamente el conectar 1, por el que se cierra elcircuito eléctrico de la lámpara de control.?, Si el funcionamiento del sistema de frenos es correcto, cuando se acciona el pedal del

:freno, las presiones de los circuitos primario y secundario son idénticas y, por ello, los:~\'~mbolos permanecen en posición de equilibrio (Fíg. 10.28). La válvula unida a ellos esta-::;~'blece la comunicación normal del circuito trasero de frenos, que: es activado a través del:\:icorrespondiente compensador de frenado. Sin embargo; cuando' se produce un incidentef:";:en el circuito delantero (fuga de líquido, aire en canalizaciones, etc.), el descenso de la::"presi6n en éste, determina el desplazamiento haeia la derecha de los.pistones (Fig, 10.29),

que arrastran consigo a la válvula, la cual destapa el conducto e, permitiendo que el líqui-do llegue por él a los frenos traseros sin pasar por el cornpensador de frenado, por cuyacausa, ya no está limitada la presión que sobre ellos actúa,permitiendo aumentar la fuerzade frenado en ellos para compensar.la disminución deéfícaciasufrída en los delanteros

.. , como consecuencia del incidente.

Tornillode purga

....Jf+

-Hacla los. ~R¡~~~~~jI~bomblnes de A .las ruedas Ytraseras, másabajo delcorrector de frenad0L.f--~----.c;::;::::;::~

Hacia los cilindrosde las ruedas traseras, .más abajo del corrector

Fig, 10.28 Fig. 10.29

,Al mismo tiempo, con el desplazamiento de los pistones se logra estable'cer el contactoeléctrico, encendiéndose la' lámpara irrdicadora, qué' advierte al conductor de la anomalía.

10.5'. CANALIZACIONES Y LIQUIDO DE FRENOS. . '.~. " , .

'pára llevar el líquido 'de frenos, desde la bomba alosbornbines de las ruedas.se emplean. unas canalizaciones como las representadas eríIafigura 10.30,. de cobre; hitón ode acero

225

Por cuanto se refiere al líquido de frenos utilizad~ en losautomóviles, deberá poseerunas características muy definidas. Este líquido resultaconiplejo en cuanto a su composi-ción y responde a las normas SAE y Europeas de constructores. ,

Actualmente ~e utilizan aceites vegetales o minerales, que Ofrecen ,una 'gran estabilidadpara las condiciones' cada d ía más severas de presión y temperatura a las que van a estarsometidos. " r , '. . ' . .... . .

. ., .

Un líquido de frenos debe cumplidas exigencias siguientes: .. "a) Deberá poseer una temperatura de ebullición elevada; que en general, oscila entre

230 y240 o e paridíqtúdonuevo.··, '

:~.


protegido por un revestimiento, que se unen a la salida dela bomba con avellanados suje-tos por tornillos taladrados en su eje, como se ve en Ade la figura. En la uniónacada unade las ruedas .se.dispone un "latiguillo" flexible: de goma B, protegido por un revestimien-to metálico .e. textil, para que pueda adaptarse a los distintos movimientos de las ruedas.Lascanalizaciónes se fijan al chasis por medio de presillas como e y los-latiguillos quedanen voladizo, para permitir las oscilaciones de las ruedas y su orientación en el caso de lasdirectrices,

.. ! .. ,'

La unión de los,latiguillo s a los bombines de rueda se realiza a rosca, con interposicióndearandelas de cobre como la D.:En. el caso representado en la figura, de la bomba de fre-nos sale una .canalización para cada rueda delantera y otra para las dos traseras, bifurcán-dose el liquido para cada una de ellas en el compensador E.

Las canalizaciones deben poder resistir las presiones que se desarrollan en el frenado,que alcanzan valores de hasta 150 bares. Para garantizar la ausencia de fallos, las utilizadasson capaces de soportar presiones de hasta' 400 bares.

, ..

Fig. 10.30

226_. __ .--.. .....0..- __ .


L b)Ellíquido' de frenos es ·hidroscópico, es decir, capaz.de absorber.humedad rporcuyn·'.í· causa, si .el contenido de agua supera el 3%, la temperatura de ebullición desciende..

. de 80 a 90 o e, 10 que implica la sustitución del líquido y supone qu~ .:¡odebe utili-,\~;:':' zarse u~o nuevo que se haya mantenido durante un tiempo pr~longa~ en contacto

i.;r~.' con el arre.. . . .. . ,. . .. . . " '. . . .c) Dado que e11íquido de frenos está en contacto permanente.con los componentes del

circuito (caucho,' cobre, acero, eto.), deberá poseer propiedades anticorrosivas queimpidan la interacción química entre ellos; quesupone el deterioro de los compo-nentes.Por esta razón no deben mezclarse jamás un Iíquidomineral con otro sin-

,f tético. . '.

10.6. DISPOSITIVOS DE ASISTENCIA: SERVOFRENOS -,-'

Se designa por servofreno todo mecanismo capaz de poner en juego una energía auxi-. liar que se sume a la proporcionada por elconductor en la ac.ción de frenado, 'con el fin deque el esfuerzo desarrollado por éste quede por debajo de unos límites aceptables, cual-quiera que sea la energía cinética a absorber. .

Los servofrenos han venido siendo implantados en los casos en que el esfuerzo necesa-rio para' accionar las superficies de fricción, no puede ser obtenido con un esfuerzo acep-table del conductor sobre el mando, lo,que se produce generalmente cuando el peso totalen carga del vehículo excede de un cierto valor, o bien, en los vehículos ligeros equipadoscon frenos de no muy alta eficacia, pero de gran estabilidad, como los frenos de disco o~sdetamboL . . .

Así, pues, la misión de este mecanismo, es la de facilitar la acción de frenado, permi-tiendo que para una eficacia de frenad o dada, el conductor deba desarrollar un menor es-fuerzo sobre el pedal.

De una manera general, la asistencia necesaria la presta la propia depresión creada en elmotor o una bomba de vacío.

En los vehículos equipados con motor de gasolina, la depresión necesaria para la asís-tencia del servofreno se toma del propio colector de admisión. Esta depresión es variabley depende esencialmente de la velocidad de rotación del motor. Esté inconveniente puedeser evitado utilizando un depósito de vacío, cuya capacidad sea aproximadamente diez ve-ces la cilindrada del motor. De esta manera, reemplazamos las depresiones instantáneaspor una depresión media, de lo que resulta una acción más regular del servofreno y, sobretodo, existe la posibilidad de utilizarlo durante la parada del motor.

En los vehículos de motor Diesel, donde la admisión de aire es constante, la depresiónen el colector de admisión es baja, resultando necesaria una bomba de vado para el accio-namiento del servofreno. Aquí se hace casi imprescindible la utilización de un depósito devacío, dado que la acción de 'la bomba esmenos instantánea que la de una toma de vacíoen el colector de admisión.

En cualquier caso, la utilización de un depósito de vacío implica el emplazamiento deunaválvula de retención entre el motor y el depósito, con el fin de impedir .toda entradade aire, de-manera que solamente pueda ser abierta enel sentido de la aspiración .. '

En los automóviles de turismo, se utilizanfiecuenteme~te dos 'tipos de servof;eno': elMastervac, que se acopla entre el pedal del freno y la bomba, lo cual supone 111implanta-ción en elvehículoen un determinado lugarvimpuesto por la situación del pedal del fre-no; por el contrario, el Hydrovac, se instala entre la bomba de frenos 'y los cilindros re-ceptores, 10 que implica que puede situarse en cualquier lugar del vehículo. ' ..

Cualquiera que sea su tipo, losservofrenosson diseñados de tat forma, que el esfuerzodelconductor puede ejercerse siempre sob.re.el ctrcuiio defrenos; en caso de defecto delsistema de asistencia. En el Mastervac, esta seguridad está garantizada. mecánicamente, yen el Hydrovac, hidráulicamente. .

227

,1,

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LOS FR.ENO,S: SISTE,MAS DE MANDO,. 9IRCUI,T?S, ASISTENCIAS

1 3 4 ,..2 ,6 7Válvula de control

7, ..lO 8 9 11

: .,

4!+-'--:!c;l1+",-~~~--,- __ 18

Cilindro de servicio18 16

,••.•.• o'. 13/,'\----./,,~,'.''>J

!/.···· . 15 14 17

Fig. 10.31 '

La.figura IQ)lmuestl'a,un 'serV,ofreno Hydrovac, constituido por un cilindro, cuyopistón 3·Jorma las cámaras independientes 1 y 2, comunicadas entre' sí por el conducto 6y la válvula de control 8. A su' vez, la cámaraZ .está en comunicación con el colector deadmisión del motor a través de la válvula 5, por la que se transmite la depresión ala~~ . '

El muelle dé recuperación 4, mantiene el émbolo 3 en la posición de reposo represen-tada en la figura, permitiendo que el líquido de frenos pueda llegar por el conducto 17desde la bomba, para salir hacia las ruedas por 19 en la acción de frenado.

La válvula: de control comprende el filtro de aire 20, el pistón de mando 7 y la membra-na 8, que porta una válvula hueca 10" mantenida abierta en posición de reposo por elmuelle 9. Frente a esta válvula se dispone otra de presión atmosférica 11, con su corres-pondiente muellederecuperación 12: ' .

El cilindro de servicio comprende el vástago de empuje 13, unido al émbolo 3, que porsu otro extremoséacópla al pistón 14, de manera que la unión entre ambos tenga un cier-to huelgo, lo que se logra eón: la grupilla15, libre en el alojamiento del pistón. De esta ma-nera, la aguja 16 forma una válvula' con la extremidad del pistón. '

El canal '18 comunica hidráulicamente la llegada del líquido 17 con el pistón.? .'Así,' pues.venpósicióndereposo, la válvula 5 está abierta, con 10 que la depresión del

motor se manifiesta, en la cámara 2, llegando a alcanzar también la cámara 1 por mediodel canal 6 y el interior' hueco de la válvula 10,' cuya membrana 8 permanece desplazadahacia la izquierda, bajo la acción de su muelle 9. Las dos cámaras quedan así sometidas ala misma depresión, con lb que él pistón 3 se mantiene desplazado hacia,la izquierda bajola acción del muelle 4. " ' -- , ' '. .

En esta posición, ,la'~guja'16 permanece retirada de su asient~, estableciendo una comu-nicación directa entreJos conductos 17 y 19, "quepermite el envío deIíquido hacia las :~:fruedas en caso de que el servofreno estuviese averiado. ¡. . ~

Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la .acción de frenado: seproduce de la si-guiente manera: ' .

.'"

228 ...'i-

LOS FRENOS: SÍSTEMAS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENCIAS

Úipresión enviada poda bomba de frenos por 17, alcanza el canal 19 eintenta despla-·':al pistón 7. A partir de un cierto nivel de esta presión, la fuerza aplicadavence la

lc.~!?ndel muel1e~9,entrando el pistón en contacto con la válvula·11, cb~and?.'ia comuni-aClOn entre las cam~ras 1y 2. . .:¿ ...[si persiste la acción de frenado, la presión enviada poda bomba sigue aumentando, lle-ando a un nivel en que se abre la válvula 11 (Fig. '10.32), permitiendo la entrada de airela presión atmosférica h~cia el canal 6 y oámara 1 (ver también Fig, 10.31).

~!Esiando ahora la cámara 1 a presión atmosféricay la 2 en depresión.te] pistón 3 se en-~/·cuentra en desequilibrio y, por ello, se desplaza haciala derecha empujando al vástago 13,t:'él cual, produce el cierre de la válvula de aguja 1q (Fig. 1033);·cortando la comunicación·r:entre·el canal de llegada 17 y el de salida 19.:~.;:;·¡"El·posterior desplazamiento del pistón empuja el líquido de ias canalizaciones hacia las~fuedas, produciéndose la acción de frenado. . .. . -'

En las condiciones de activación descritas (Fig. 10.34), la membrana 8 recibe sobre su. cara derecha la tensión del muelle. 9 y la acción de la presión atmosférica; mientras por laizquierda se manifiesta la depresión del motor y la presión del liquido aplicada al pistón7. De ello resulta que la membrana está sometida a una diferencia de presiones.

Si el esfuerzo sobre el pedal-del freno permanece ahora constante, la válvula de controltoma una posición de equilibrio tal, que la válvula 11 se cierra, impidiendo la llegada demás aire a presión atmosférica. Si aumenta el esfuerzo sobre el pedal, la válvula se abre denuevo y comienza una nueva fase de frenado,.

Al soltar el pedal del freno, la presión desaparece y el pistón 7 se desplaza hacia la iz-quierda, al igual que la membrana ~, con lo cual, la válvula 11 se cierra y la 10 se abre. Enestas condiciones, la Cámara! queda de nuevo sometida a la depresión del motor y elpistón 3 se desplaza hacia la izquierda bajo la acción de! muelle 4, arrastrando consigo alvástago 13, con lo cual, la aguja 16 se despegade suasiento.vpemitiendo el retorno del.Iíquido a la bomba. .. . .'..'. :. ., -, ..

Con esta sucesión. de efectos en la acción de frenado, se ha conseguido, mediante unpequeño esfuerzo sobre el pedal de freno (elsuficiente para que la presión de la bomba. - '. - ' .. - . .- .'

t)-6 11

Fig. 10.32·

•12

i ..

13

2 4

Fig. 1.0.33 Fig. 10.34

229


desplace al pistón 7), una gran fuerza de frenado, puesto que el émbolo 3, de gran superfi-cie, ejerce una fuerza importante sobre el cilindro de servicio quien, a su vez, crea una ele-vada presión en el líquido impulsado hacia las ruedas. .

La asistencia lograda con este servofreno, solamente se obtiene con el motor en mar-cha, como puede deducirse de las explicaciones dadas.

Cuando las características constructivas del vehículo lo permiten, se instalan servofre-nos del tipo Mastervac, donde la bomba de frenos está emplazada en el propio servofreno,La figura 10.35 muestra un modelo de este tipo, constituido como en el caso anterior porun émbolo 10, montado sobre un diafragmade caucho, que forma dos cámaras indepen-dientes.vintercornunicadas entre sí en la posición de reposo y sometidas a la depresión delmotor que llega por la válvula 3. Para; esta posición, la válvula de comunicaci6n 1 está des-pegada de su asiento 2, permitiendo la aplicación de la 'depresión a la cámara de la izquier-da por los canales 4 y 6, pOI lo cual, el pistón es mantenido en posición de reposo por laacción del muelle 11. .

...•.•...

1. 2 4

10 11

Fig, 10.35

. Cuando. el conductor acciona el pedal del freno '(Fig. 10.36), el esfuerzo aplicado se:transmite al vástago 8, desplazándolo a la derecha. Con esta acción, la válvula 1 apoya en'su asiente,>2 cortando la comunicación de la depresión con la cámara de la izquierda, almismo tiempo que comprime la arandela' elástica de reacción 5. : .'

Instantes.despuésIsi co~tinúa la acción de frenado ),el prolongador 9' despega de la vál-:vula 1,10 que permite la entrada de aire a la presión atmosférica hastala cámara de la';izquierda a través del filtro 12. El desequilibrio de presiones obtenido-así.iproduce el des- (plazamiento del émbolo 10 hacia. la derecha contra la acción de su muelle antagonista.xtransmitiendo este movimiento al pistón de la bomba de frenos, que de esta rnenera envía ';~el líquido a presión hacia las ruedas. , . -~

Obtenidél,la deceleración deseada, si elc6nductormantüm~consta:~te el esfuerzo en eÚf'. pedal.iel vástago de mand.o 8 yel prOlongador 9 se mantienen fijos, pero ~l pistón se.des--::~.;!plaza .ahora un .poco,con 10 cual, .la parte central de la arandela de. reacción (que une el:~

, ." . , ;.¡.

230 1:~~

,LOS"FRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CIRCUI,TOS. ASISTENCIAS

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vástago de mando con el de accionamiento de la bomba de frenos) se estira, separándose,¡, y el prolongador retrasa la válvula 1, cortando la entrada de aire a la presión atmosférica.i Cuando el cOnductor suelta el pedal del freno, el vástago 8 retrocede bajo la acción del¡ muelle antagonista situado detrás del filtro 12 y la válvula 1 despega de .su asiento 2, per-¡ rnitiendo nuevamente la comunicación de ambas.cámaras.-queasíquedan sometidas a laI depresión del motor. En estas condiciones, el pistón 10 retrocede .hasta la posición de re-~ poso bajo la acción del muelle antagonista 11, cesando el empuje sobre el pistón de lai bomba de frenos, que permite el retroceso del líquido desde las ruedas. , ' :~

,10.7. FRENOS DE AIRE COMPRIMIDO

En algunos vehículos industriales se utiliza un sistema de frenos, cuya asistencia se lo-gra con aire comprimido. La figura 10.37 muestra básicamente el esquema de una insta-lación de este tipo, donde pueden distinguirse dos circuitos: el ,de alimentación y el deutilización. ' , , '

El circuito de alimentación esta constituido por un compresor, que es arrastrado porel motor y envía el aire a presión hasta un depósito, en el que se almacena a una determi-nada presión. Una válvula ',de seguridad impide que pueda ser sobrepasada esta presión.En el circuito se instala también un regulador, que interrumpe la aspiración de aire cuan-do se alcanza la presión máxima de almacenamiento. La válvula de retención, 'situada enla entrada del depósito,irhpide la salida de, aire a presión de éste cuando el compresorno actúa. ' , , ,

El circuito de utilización está formado por un sistema distribuidor, gobernado por elpedal de freno y los cilindros de rueda. El grifo distribuidores alimentado desde el depó-sito permenentemente y, cuando se pisa el pedal del freno, establece lacomunicacióncon

, los' cilindros de rueda,pennitiendo que llegue hasta ellos el aire a presión, activando losfrenos. La concepción de este grifo distribuidor permite dosificar la cantidad de aire admi-tida en los cilindros de rueda, en función de la intensidad de frenado que se desea obte-

231 (/,----

LOS 'FRENoS; SISTEMAS DE MANDÓ. CIRCUITOS. AS1STENCIAS

Filtro de aire. VélY\.ila de retancion

'nlefTuptor deaspiración

Compresor . --- ."__-'-"<

Fig.10.37

o.pós¡to ,

'" Grifo de hinchado

ner. Cuando' rse sueltael pedal del freno,el grifo distribuidor pone las canalizaciones defrenos en comunicación C0nla atmósfera, permitiendo la fuga de,presión de ellas.

Pii:a'cad~ rueda sedisponeun cilindró de mando, cuyo pistón actúa sobre las zapatasdefreno, cuando es empujado por la presiónenviada desde el depósito. Unas válvulas dedesapriete rápido, aceléranIa evacuación del aire y el retorno al reposo de las zapatas.

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10.8. FRENOS ELECTRICOS:RALENTIZADORES

Cuando un vehículo pesado circula por carreteras accidentadas, la utilización del equipode frenado puede ser muy frecuente, a pesar de la elección de una relación de la caja develocidad es seleccionada .adecuadamente.

Una utilización intensa del equipo de frenado convencional, ha~e que disminuya peli-grosamente la eficacia del frenado, a causa del inicio de aparición del fading, Por esta cau-

Larguero

Eje

Caja de velocidades

Bobina

Rotor

Puente

Aleta de refrigeración

I - I

Disco' ,

Fig.l0.3S

232

LOS fRENOS: SISTEMAS DE MANDO. CIRCUITOS. ASISTENCIAS.

),:;para estos vehículos pesados, se hace necesaria la implantación de un sistema auxiliar~'frenos de descenso, llamados comúnmente ralentizadores~-};Detodo; los utilizados, el de más aplicación es el freno electromagnético (Fig, 10.38)

iriStaladoen la transmisión, en la cual se dispone un estafar fijado al chasis, por cuyo íñte-!;{;:'riorpasa la transmisión, apoyada en cojinetes troncocónícos. En ambos laterales y monta-'~:;dossobre la propia transmisión, se disponen sendos discos de acero provistos de aletas de:!'.:'refrigeraciÓn,que giran con la tansmisión. El frenado de ésta se logra por la acción elec-

.tromagnética de unas bobinas situadas en el estator, que al pasó por ellas de una corriente. eléctrica, forman uTl campo magnético, capaz de producir el frenado de los discos por laaparición en ellos de unas corrientes de FoucauIt.

Corno el frenado se realiza únicamente por acción electromagnética, no existe contacto ..J

. entre piezas y, por tanto, no hay rozamiento ni desgaste. La activación del freno se efec-túa con un mando manual de varias posiciones, que permite enviar la corriente eléctrica aun número detenninado de bobinas, haciendo variar en función, de ello el par resistente.

10.9. FRENADO AUXILIAR CON EL MOTOR.

Como ya se ha dicho, el propio motor-del vehículo puede actuar como freno en deter-minadas condiciones de funcionamiento, en las cuales, son las ruedas las que arrastran almotor, que tiende a girar en ralentí. Si para éstas condiciones.de'funcionamiento, que seproducen fundamentalmente cuando el vehículo baja una pendiente, se corta además elsuministro de combustible, el motor actúa corno un compresor, cuya acción produce unefecto de frenado auxiliar. Este .efecto se ve aumentado grandemente si al mismo tiempose obtura el sistema de escape.

Un dispositivo capaz de realizar estas funciones, constituye un freno auxiliar, que 'seutiliza fundamentalmente en. los descensos de-pendientes. Accionando.unapalancasitua-da en el tablero de instrumentos, se produce la activación de larnariposadeestrangu-ladón situada en el tubo de escape y, al propio tiempo, el.,corte de la alimentación.delmotor, produciéndose inmediatamente 'la acción de frenado, dado que ahora funcionacomo un compresor de aire, que se opone a la rotación de los órganos de transmisión delvehículo.

Con esta acción de frenado, se evita en parte el excesivo calentamiento de los tamboresde freno y se economiza combustible. El mando de este tipo de freno suele ser electro-neumático.·-· .:

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Los frenos: verificación y control,"'O ~ ~.o.

1LL COMPROBACION DE LOS FRENOS

Dada la importanciavital que" tienen Ios frenos de un .autornóvil, en orden a la seguri-dad del mismo y de los pasajeros, se comprende que el' sistema de frenos deba mantenerseen perfecto estado de .funcionamiento durante toda la vida útil del vehículo. La compro-bación se realiza generalmente con el vehículorodando en carretera, donde se efectúan laspruebas de eficacia y comportamiento; mediante las cuales, puede diagnosticarse el estadode los cornponentes.: " " < '

La eficacia del frenado se determina midiendo la fuerza de frenado que es necesarioaplicar a las' ruedas; para detener el vehículo en el menor espacio posible, Al mismo tiern-poque se realiza esta prueba, deberáobservarse el comportamiento del vehículo -ante elfrenado,:;(tiro Iateral, bandazos etc.)>-asl como la dureza relatiya delpedal y la elasticidaddel IDisfu6." ' ,', ,.' " ,

Antes de efectuar-esta. 'prueba, deberán revisarse los neumáticos (grado de desgaste ypresión de inflado), puesto que influyen grandemente en la adherencia de la rueda alsueloy,por ello, en laeficacia del frenado. '

No basta' con que la fuerza de frenado sea grande, sino.que, además, debe estar igualadaen las ruedas del mismo eje, paraque no se produzcan bandazos, y repartida entre los dosejes para que la acción de frenado 'en cada uno de ellos sea la adecuada. Generalmente el ;"60% de la fuerzade frenado se aplica al eje delantero y el.40 % restante al trasero. t

o :te

De los síntomas encontrados en 'esta prueba, podemos deducir .las posibles averías y}aplicar los remedios correspondientes. Reparadas las averías, deberán probarse nuevamen-xite los frenos y .observar su comportamiento, con el vehículo en carretera, O con la ayuda ",fde un frenórnetro, 'que permite medir la fuerzadefrenadó en cada rueda independien-}temen te. ' , ' <.:

L~s síntomas que pueden presentarse en un sistema de.frenos son: :i..t1:° Elasticidad del pedal al frenar; que puede .ser debida a lassiguientes causas: ~ra) Presencia de aire en las cana.lizaciones. Se remedia purgando el circuito,':,~b) Entrada de.aire enla bomba, en cuyo caso, espreciso desmontarla para la revisión'r~

correspondien te y.su consiguientereparación. ",e) Líquido de frenos inadecuado. Deberá vaciarse el sistema y llenarlo nuevamente con:i~

líquido apropiado, después de soplar las canalizaciones con aíreapresión. . ~~~2:°' Los .frenos se quedan bloqueados, aún. después de soltar el pedal,debido a una de,,~

las-siguientes causas: - , '"

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10. sistema de mado y asistencia

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