Cosa fa una valvola proporzionale del freno? Funzione, segnali di guasto e specifiche

Un pick-up da mezza tonnellata con 800 libbre di piastrelle nel cassone frena bruscamente sull'asfalto bagnato. Le gomme anteriori affondano e tengono. I pneumatici posteriori, che pochi istanti prima trasportavano una buona parte del carico, si staccano e si bloccano. La coda esce e il conducente la riprende con una rapida controsterzata. Quel singolo momento è ciò che esiste per prevenire una valvola proporzionale del freno.

La risposta breve: una valvola proporzionale del freno riduce la pressione idraulica diretta ai freni posteriori una volta che la pressione di linea supera una soglia calibrata. Al di sotto di tale soglia passa la pressione con un rapporto 1:1. Al di sopra, la pressione posteriore continua a salire, ma più lentamente della pressione anteriore. Il risultato è una coppia frenante posteriore che tiene traccia del peso effettivamente appoggiato sull'asse posteriore durante una frenata brusca, non del peso che si trovava lì quando il veicolo era parcheggiato.

Sulla maggior parte dei veicoli costruiti prima della metà degli anni 2000 lo troverete come un blocco separato di ottone o ghisa filettato nella linea del freno posteriore o integrato in una valvola combinata imbullonata sotto la pompa freno. Sugli autocarri leggeri, sui furgoni e su alcuni SUV si tratta spesso di una versione con rilevamento del carico con una leva collegata all'asse posteriore. Sui veicoli con ABS a quattro ruote il lavoro viene spesso gestito elettronicamente.

Perché i freni posteriori necessitano di meno pressione rispetto a quelli anteriori

La frenata è un evento di trasferimento di peso. Più si decelera, più carico trasporta l'asse anteriore e meno carico trasporta l'asse posteriore, anche se tra loro non si muove nulla di fisico. L'aderenza degli pneumatici segue il carico, quindi gli pneumatici anteriori guadagnano trazione mentre quelli posteriori la cedono.

Prendiamo una berlina da 4.200 libbre con un passo di 118 pollici e un baricentro a circa 22 pollici sopra la strada, frenando a 0,75 g:

Se entrambi gli assi ricevessero la stessa pressione idraulica attraverso pinze di dimensioni identiche, i freni posteriori raggiungerebbero la soglia di bloccaggio molto prima di quelli anteriori. E poiché l’aderenza degli pneumatici non si adatta perfettamente in modo lineare al carico, il divario reale è ancora più ampio di quanto suggerisce la tabella. Il risultato pericoloso è rappresentato dai pneumatici posteriori bloccati: un asse posteriore scorrevole non può resistere all'imbardata, quindi il veicolo preferisce girare anziché fermarsi dritto.

Come una valvola proporzionale produce una curva a due pendenze

Una valvola proporzionale fissa è meccanicamente semplice: un foro a gradini, un pistone, una molla calibrata e una coppia di camere del fluido. Ciò che lo rende utile è che non limita semplicemente la pressione posteriore. Piega la curva della pressione.

1. Sotto il punto di divisione. Il precarico della molla mantiene il pistone nella posizione di riposo. Il fluido passa direttamente attraverso, quindi le pressioni della linea anteriore e posteriore aumentano insieme con un rapporto 1:1.
2. Al punto di divisione. La pressione in ingresso che agisce sulla faccia del pistone genera una forza sufficiente per superare la molla. Questo è il ginocchio della curva, a volte chiamato punto di divisione o punto di rottura.
3. Sopra il punto di divisione. Il pistone si muove e chiude il passaggio diretto. Qualsiasi ulteriore aumento di pressione ora agisce su un'area effettiva più ampia, quindi la pressione di uscita aumenta a una velocità ridotta stabilita dal rapporto dell'area del foro.

Cosa significano i numeri in pratica

I punti di divisione normalmente raggiungono tra 300 e 600 psi, con pendenze tipicamente comprese tra 0,2 e 0,5. Una valvola con un punto di divisione di 400 psi e una pendenza di 0,4 si comporta in questo modo: a 1.000 psi di pressione della pompa freno, la pressione della linea posteriore è 400 (1.000 − 400) × 0,4, che equivale a 640 psi. I freni posteriori stanno ancora lavorando duro, ma non così duramente come quelli anteriori.

Perché non limitare semplicemente la pressione?

Un soffitto piatto lascerebbe i freni posteriori sottoutilizzati ogni volta che il veicolo viene caricato. Una curva a doppia pendenza fa sì che i freni posteriori contribuiscano alla forza frenante totale in un intervallo più ampio di carico e decelerazione, motivo per cui il proporzionale ha sostituito la semplice limitazione nella maggior parte delle applicazioni per passeggeri.

Dosaggio, limitazione della pressione e rilevamento del carico non sono la stessa cosa

I cataloghi dei ricambi confondono queste categorie, ma si comportano diversamente sulla strada. Gli acquirenti che specificano l'hardware dovrebbero verificare quale curva stanno effettivamente acquistando.

La durata di ognuno di questi design dipende dalla molla e dalla guarnizione. Il precarico della molla imposta il punto di divisione e un precarico che si sposta di una piccola percentuale sposta l'intera curva. Questo è il motivo per cui i fornitori affidabili citano i dati di calibrazione anziché solo le dimensioni delle porte e i passi delle filettature.

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Valvole combinate, valvole dosatrici e valvola di ritegno interna

Quando una valvola proporzionale è integrata in una valvola combinata, condivide un alloggiamento con altre tre funzioni e ciascuna di esse influisce sulla sensazione del pedale:

• Valvola di dosaggio o di intercettazione: ritarda l'applicazione del disco anteriore fino a circa 75-300 psi di pressione di linea, dando ai freni a tamburo posteriori un momento per superare la tensione della molla di ritorno e iniziare a funzionare. Senza di esso, i dischi anteriori mordono per primi e il veicolo si inclina con applicazioni leggere del pedale.
• Pressostato differenziale: un pistone che si muove quando un circuito idraulico perde pressione rispetto all'altro, mettendo a massa la spia dei freni sul cruscotto.
• Valvola di ritegno pressione residua: mantiene una piccola quantità di pressione nelle linee, circa 2 psi per i circuiti a disco e fino a 10 psi per i circuiti a tamburo, per mantenere le guarnizioni della coppa posizionate contro i loro fori.

La valvola di ritegno è la più semplice del gruppo e quella più spesso confusa con una valvola proporzionale durante la diagnosi, perché entrambe risiedono nello stesso alloggiamento. Una valvola di ritegno guasta si presenta come un pedale spugnoso o uno spurgo lento della pressione anziché un bloccaggio della ruota posteriore.

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Sintomi di guasto che puoi effettivamente verificare

Le valvole proporzionali si guastano in due direzioni: smettono di ridurre la pressione o la riducono troppo. Entrambi sono diagnosticabili senza indovinare.

• I pneumatici posteriori stridono o si bloccano davanti a quelli anteriori in caso di frenata moderata, in particolare con il letto o il bagagliaio vuoti.
• Pneumatici posteriori appiattiti o sensazione di salto avvertita attraverso la carrozzeria anziché sul volante.
• I freni posteriori si consumano molto più lentamente di quelli anteriori, il che indica una valvola bloccata nella posizione di riduzione.
• Umidità o residui di fluido cristallizzato attorno al corpo valvola e ai suoi raccordi.
• Una spia dei freni che rimane accesa sui veicoli che utilizzano un interruttore differenziale di pressione.
• Blocco posteriore comparso immediatamente dopo la riparazione della sospensione, il kit di rialzo o la sostituzione della molla. Sulle valvole con rilevamento del carico si tratta quasi sempre di un collegamento che non è mai stato regolato nuovamente alla nuova altezza di marcia.

Il test definitivo è semplice: installare i manometri sullo spurgo anteriore e su quello posteriore, applicare la forza sul pedale con incrementi lenti e registrare il punto in cui la curva posteriore si allontana dalla parte anteriore. Confrontare il punto di divisione misurato con le specifiche. Ci vogliono circa venti minuti e tolgono ogni dubbio.

Dove lo stesso lavoro viene svolto sui camion con freni ad aria compressa

I veicoli commerciali con freni ad aria compressa non utilizzano valvole proporzionali idrauliche, ma il problema di fondo, ovvero mantenere la forza frenante posteriore adeguata al carico sull'asse posteriore, deve essere risolto da qualche parte. Su questi veicoli il lavoro è suddiviso in più componenti.

La valvola relè è il parente funzionale più vicino. Riceve un segnale di controllo a bassa pressione dalla valvola a pedale e fornisce la pressione del serbatoio alle camere di servizio in proporzione a quel segnale, quindi un pedale leggero produce una leggera frenata senza che il conducente debba modulare un grande volume d'aria. Le valvole di rilevamento del carico sull'asse posteriore aumentano o diminuiscono la pressione erogata in base alla deflessione della sospensione, il che è l'idea pneumaticamente equivalente a una valvola proporzionale con rilevamento dell'altezza. Le valvole di sicurezza del serbatoio svolgono un compito completamente diverso: limitano la pressione del sistema in modo che uno scaricatore o un regolatore guasto non possa sovrapressurizzare il circuito.

Poiché queste valvole si trovano nel percorso di sicurezza, le tolleranze sull'alesaggio, sulla molla di ritorno del pistone e sulla mescola della membrana sono ciò che distingue un'unità affidabile da una di breve durata. Vale la pena comprendere l'intera famiglia prima di specificare le sostituzioni per una flotta e una panoramica generale della stessa valvole relè e altre valvole freno pneumatiche è un utile punto di partenza.

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Cosa verificare prima di ordinare una sostituzione

Una valvola proporzionale è un assieme calibrato, non un raccordo. Due valvole con filettature e fori di montaggio identici possono portare curve completamente diverse. Prima di impegnarsi in un ordine di acquisto, confermare quanto segue:

1. Punto di divisione e pendenza. Richiedi la curva di calibrazione, non solo il codice prodotto. Una valvola calibrata per un peso lordo diverso del veicolo frenerà eccessivamente l'asse posteriore quando è carico o lo bloccherà quando è vuoto.
2. Compatibilità dei materiali di tenuta. Il liquido dei freni idraulici attacca rapidamente l'elastomero sbagliato. L'EPDM è la base per il servizio DOT 3 e DOT 4; qualsiasi altra cosa ha bisogno di giustificazione.
3. Consistenza primaverile. La molla imposta il punto di divisione. Una tolleranza di più o meno 5% sul precarico sposta la curva in modo misurabile, quindi chiediti cosa tiene il fornitore nella produzione e come viene verificato.
4. Collegamento con rilevamento del carico. Se la valvola è dotata di rilevamento dell'altezza, verificare se la staffa e la leva sono incluse e se il collegamento è regolabile per l'altezza di marcia target.
5. Tracciabilità dei lotti e registrazioni dei test di pressione. Per i programmi OEM e per flotte, un fornitore che non è in grado di produrre dati di prova per lotto crea un'esposizione alla garanzia che supera qualsiasi risparmio sul prezzo unitario.

Questa è la disciplina dietro l'hardware della valvola e del cilindro realizzato da ZEAST Autoparts , l'identità commerciale della Yuyao Zhedong Automotive Parts Factory a Yuyao, Zhejiang, un produttore di valvole per freni e sedi per valvole attivo dal settembre 1988. La fabbrica gestisce un proprio centro di produzione di stampi insieme a laboratori di lavorazione dei metalli, gomma e incollaggio, possiede la certificazione GB/T19001-2000 idt e ISO 9001:2000 e fornisce sedi di valvole, gruppi di valvole, parti lavorate e componenti in gomma a produttori di veicoli e assemblaggi, tra cui First Automobile Works e Dongfeng, con esportazioni in più di 30 paesi. Per gli acquirenti che acquistano componenti per il controllo della pressione, la combinazione di attrezzature interne ed esperienza di lunga data nella fornitura OEM è solitamente il fattore decisivo.

Una valvola proporzionale del freno svolge un lavoro ristretto e lo fa silenziosamente per decenni alla volta. Mantiene la pressione del freno posteriore al di sotto del livello che bloccherebbe un asse posteriore leggermente caricato, piegando la curva di pressione anziché tapparla. Quando fallisce, i sintomi si manifestano prima nelle gomme posteriori: cinguettio, appiattimenti e una coda che vuole portare il muso.

Che si tratti di diagnosticare un sistema idraulico su un veicolo passeggeri o di specificare valvole freno pneumatiche per una flotta commerciale, si applica lo stesso principio. La forza frenante posteriore deve seguire il carico sull'asse posteriore e il componente che rafforza tale relazione merita di essere selezionato in base ai dati di calibrazione, non solo alla dimensione della filettatura.