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Brake - FRENOS PRINCIPIOS
- 1. Sistema de Frenos 1
- 2. 2Sistema de Frenos 1 Introducción
- 3. 3Sistema de Frenos 1 Principio de Funcionamiento 900N 100N Fuerza Aplicada (50N) Brazo de palanca Multiplicación de fuerza hidráulica Multiplicación de fuerza hidráulica Freno Aplicado Freno sin Aplicar
- 4. 4Sistema de Frenos 1 Esquema del Sistema de Frenos Hidráulicos Depósito de fluido de frenos Cilindro maestro Cáliper y pastilla de freno Disco de freno Conducto de freno Servofreno Pedal de freno Válvula proporcional de frenado Tambor y balata de freno Cilindro de frenos ABS/TCS/ESP HECU
- 5. 5Sistema de Frenos 1 Propósito intencional Sistema de freno de servicio Sistema de freno secundario Sistema de freno de estacionamiento Principio de operación Sistemas de freno con aplicación de energía muscular Sistema de freno servo asistido Sistema de freno de poder Construcción Sistema de freno de circuito simple Sistema de freno de doble circuito Clasificación
- 6. 6Sistema de Frenos 1 Pedal de Freno Interruptor de freno Conjunto del soporte Pedal y palanca de freno Perno Resorte de retorno Ajuste de la altura del Pedal Bajar el pedal Levantar el pedal Ajuste del interruptor de freno
- 7. 7Sistema de Frenos 1 Cilindro Maestro Frenado normal Filtración en el circuito primario de frenoProcedimiento de revisión Luz de advertencia del fluido de freno Depósito primario del fluido Depósito secundario del fluido Circuito secundario de freno Circuito primario de freno Pistón secundario Pistón primario Resorte desde el servofreno Interruptor flotador Válvula proporcional (sólo en el sistema de frenos convencional)
- 8. 8Sistema de Frenos 1 Referencia estándar para pruebas FMVSS 116 SAE J 1703 Requerimientos / Fecha DOT3 DOT4 DOT5 11.83 Mínimo °C para el punto de ebullición seco 205 230 260 205 Mínimo °C para el punto de ebullición húmedo 140 155 180 140 Viscosidad en frío a-40°C mm²/s 1500 1800 900 1800 0 1 2.2 3.2 4 5 % de peso de los componentes del agua °C 300 250 200 150 100 Temp.deebullición Nota: El fluido de frenos puede absorber suciedad a través de las tuberías del sistema, principalmente por difusión. Esta es la razón principal por lo que el líquido debe reemplazarse entre 1 a 2 años. El cambio del líquido es vital para mantener la seguridad en el frenado. Durante esta operación, debe dedicarse especial atención de extraer el aire atrapado en el sistema (purga de aire). Fluido de Freno
- 9. 9Sistema de Frenos 1 Circuito de freno simple Circuito de freno doble, división delantera/trasera Circuito diagonal de freno doble, División delantera / trasera !El procedimiento de purga de aire para cada esquema de circuito de frenos es diferente¡ Esquemas de Circuitos de Freno
- 10. 10Sistema de Frenos 1 Línea de freno a tubería de freno Cilindro maestro a la línea de freno Línea de freno a tubería de freno Tubería de freno al cáliper Tornillo de purga de aire Válvula proporcional Tubería de freno al cáliper o línea de freno al cilindro de la rueda A B C A B C D AB C DEjemplo del Manual de Servicio Procedimiento de Servicio del Circuito de Frenos
- 11. 11Sistema de Frenos 1 Válvula Reguladora de Presión 2 1 3b a 5 4 1 Desde el cilindro maestro en tandem 2 A los frenos de las ruedas 3 Varillaje mecánico 4 Resortes de control 5 Pistón escalonado a Vehículo cargado b Vehículo descargado 6 2 6 1 3 4 5 Presion de freno del eje delantero Presiondefrenodelejetrasero 1 Presion sin reducción 2 Curva ideal de presión (vehículo cargado) 3 Presion reducida (vehículo cargado) 4 Curva ideal de presion (vehículo descargado) 5 Presion reducida (vehículo descargado) 6 Punto de intercambio
- 12. 12Sistema de Frenos 1 Tambor de Freno Patín y balata de freno Tambor de freno Pistón Cilindro de freno Mecanismo del freno de estacionamiento Mecanismo de ajuste Freno libre Figura #1 Figura #2 Cable del freno de estacionamiento Plato de soporte
- 13. 13Sistema de Frenos 1 Freno de estacionamiento libre Freno de estacionamiento aplicado Freno libre Freno aplicado #1 Freno aplicado #2 Freno libre Tornillo de ajuste de la palanca de frenos Mecanismo de Ajuste Automático y del Freno de Estacionamiento
- 14. 14Sistema de Frenos 1 Patín de freno Revisión de espesor Revisión del diámetro del tambor de freno Procedimiento de Servicio del Tambor de Freno !La inhalación frecuente del polvo de la balata , prescindiendo del material de construcción, puede ser peligroso para la salud! !Nunca debe usarse aire comprimido ni escobillas para limpiar el freno!
- 15. 15Sistema de Frenos 1 Soporte Alojamiento del cáliper flotante Pistón Pastilla de freno Disco de freno Posición liberado Posición aplicado Cáliper fijo Pistón Pastilla de freno Disco de freno Revisión de las pastillas de freno Herramienta especial de servicio Cáliper del Disco de Freno Tipo flotante Tipo fijo
- 16. 16Sistema de Frenos 1 Disco de Freno Canal de enfriamiento Ventilación Interna Disco de freno sólido Revision del espesor del disco de freno Revision de desviación del disco de freno
- 17. 17Sistema de Frenos 1 Distancia de reacción Distancia de respuesta Distancia de frenado Distancia de detención Tiempo de reacción Tiempo de detención 0 2 4 6 8 α (m/s²) t (s)Tiempo de respuesta Duración del frenado Proceso de Frenado
- 18. 18Sistema de Frenos 1 Servo Freno Depósito del líquido de frenos Servo Líneas de freno Pedal de freno Al cilindro maestro Al cilindro maestro Cámara de vacío Presion atmosférica Cámara de vacío Tipo simpleTipo tandem Tipo doble rango Presión atmosférica
- 19. 19Sistema de Frenos 1 Correcto Incorrecto 1st 2nd 3rd Cuando el motor esta detenido Cuando el motor arranca Correcto Incorrecto Revisión del Servo freno de vacío Revisión de la válvula unidireccional Interruptor de vacío (sólo Diesel) Manguera de vacío Válvula unidireccional Antes de la instalación A Luz de advertencia de vacío Procedimiento de Servicio del Servo Freno
- 20. 20Sistema de Frenos 1 Filtro Varilla de entrada Disco de reacción Varilla de salida Cuerpo de la válvula Diafragma Pistón de trabajo Cámara de trabajo Cámara de vacío Servo Freno
- 21. 21Sistema de Frenos 1 Cuerpo de la Válvula (posición liberada) El conducto de entrada esta abierto El conducto de presión atmosférica esta cerrado El vacío del múltiple de admisión esta presente a ambos lados del pistón. Vacío Presión atmosférica
- 22. 22Sistema de Frenos 1 Cuerpo de la Válvula (posición aplicada) Vacío Presión atmosférica El conducto de entrada esta cerrado El conducto de presión atmosférica esta abierto La presión atmosférica empuja el pistón hacia adelante, aplicando el freno
- 23. 23Sistema de frenos 1 BOLA Y RAMPA Disco Palanca de estacionamiento Palanca de accionamiento Palanca de accionamiento Rampa 1 Bola Rampa 2 Pistón Rampa 2 Bola ΔL Rampa 2 Rampa 1 Rampa 1 Rampa 2 Θ Pistón Bola
Notas del editor
- Para incrementar la seguridad, muchos sistemas de freno modernos están divididos en dos circuitos, con dos ruedas en cada circuito. Si se produce una perdida de líquido en un circuito, solo dos ruedas quedan sin freno y el vehículo aún así puede detenerse al presionar el pedal. El cilindro maestro suministra presión a ambos circuitos del automóvil. Este es un dispositivo notable que cuenta con dos pistones dentro del mismo cilindro de forma que genera un sistema relativamente a prueba de fallas. Cuando se presiona el pedal, este empuja el pistón primario mediante una varilla. Al mantener presionado el pedal, se produce presión en el cilindro y en las líneas. La presión entre el pistón primario y el secundario fuerza al pistón secundario a comprimir el líquido en su circuito. Si el freno esta funcionando correctamente, la presión será la misma en ambos circuitos. Válvula proporcional (Compensadora de frenado) La válvula proporcional es necesaria en los vehículos equipados con discos de freno en las ruedas delanteras y tambor de freno en las traseras. La pastilla de freno esta normalmente en contacto con el disco, mientras que el patín de freno se mantiene alejado del tambor. Debido a esto, el disco de freno está en condición de responder antes que el tambor cuando se presiona el pedal. La válvula proporcional compensa esta situación, haciendo que el tambor de freno reaccione justo antes que el disco de freno. La válvula proporcional impide el paso de presión a los discos de freno hasta que se haya alcanzado el umbral de presión. El umbral de presión es bajo en comparación con la presión máxima del sistema de frenos, así que el tambor de freno actúa justo antes de que el disco responda. El accionamiento del freno trasero antes que el delantero provee bastante más estabilidad durante el frenado. Filtración Cuando se produce una filtración (por ejemplo en el circuito primario), se pierde la presión entre el cilindro primario y el secundario. Esto hace que el cilindro primario entra en contacto con el cilindro secundario. Ahora el cilindro maestro se comporta como si tuviera un solo pistón. El segundo circuito funciona normalmente, pero el conductor tendrá que presionar más el pedal para accionarlo. Debido a que sólo dos ruedas tienen presión, el poder de frenado se verá severamente reducido Procedimiento de revisión Conectar los medidores de presión a los circuitos primario y secundario del cilindro maestro. Comparar el valor medido con la especificación provista en el Manual de Servicio. Nota: El cilindro maestro es un elemento reparable, referirse al Manual de Servicio para una explicación detallada. Luz de advertencia del líquido de frenos El depósito del líquido de frenos tiene en su interior un interruptor flotador. Si el líquido cae bajo cierto nivel (debido a filtraciones o desgaste de las pastillas de freno), el interruptor flotador se conecta a tierra y se enciende la luz de advertencia.
- Debido al cambio en las fuerzas dinámica desde atrás hacia delante que acompaña al frenado del vehículo; la fuerza de frenado aplicada a las ruedas delanteras debe ser mayor que la aplicada a las ruedas traseras. Esto se debe a que los componentes de los frenos delanteros son más grandes que los traseros. Sin embargo, este cambio de peso de atrás hacia delante no es un proceso lineal. Su magnitud aumenta en función de la desaceleración. Se necesita la válvula reguladora de presión para compensar esto reduciendo la presión de los frenos de las ruedas traseras en relación a las ruedas delanteras. Se usan diferentes tipos de válvulas, por ejemplo, válvulas sensitivas de presión o de desaceleración, donde la mayoría de los fabricantes de vehículos están usando la válvula reguladora de presión de frenado sensible a la carga. Actualmente en los vehículos con ABS, la presión de frenado es controlada por la unidad del ABS. Esta función es conocida como Distribución Electrónica de la Fuerza de Frenado (EBD) y se explicará en la sección de ABS. Válvula reguladora de presión sensible a la carga La válvula reguladora de presión sensible a la carga se usa en los station wagons, en los cuales un alto factor de carga lleva a un pronunciado cambio de fuerza entre los ejes durante el frenado. El regulador de presión esta acoplado a la carrocería del vehículo, y conectado a la suspensión trasera mediante un varillaje mecánico. El desplazamiento relativo de la suspensión y la carrocería se transmite a un pistón localizado dentro del alojamiento de la válvula reguladora de presión. Este pistón responde a las variaciones en la relación de compresión de la suspensión mediante la contracción de un resorte que modifica el punto de ciclo. Este sistema adapta la presión del freno trasero para compensar la variación de las condiciones de carga.
- Mientras que la mayoría de los vehículos producidos hace bastantes años tienen discos de frenos adelante, en las ruedas traseras se utilizan tambores de frenos los que son más baratos de construir. La razón principal de esto es el accionamiento del freno de estacionamiento. En los tambores de frenos, agregar el freno de estacionamiento consiste simplemente en agregar una palanca, mientras que en los sistemas con discos de frenos, se necesita un mecanismo completo, en algunos casos, un conjunto de tambor de freno mecánico dentro del disco de freno. El freno de tambor esta compuesto por un plato de soporte, patines de frenos, tambor de freno y cilindro de la rueda; resortes de retorno y en algunos casos un sistema de ajuste automático. Cuando se aplica el freno, el líquido de freno a presión es forzado en el cilindro de la rueda, el que a su vez empuja el patín de freno para contactar con la superficie rectificada en el interior del tambor. Cuando se libera la presión, los resortes de retorno tiran los patines hacia atrás a su posición de reposo. Muchos frenos de tambor son auto actuadores. La figura 1 muestra la forma de contacto del patín de freno con el tambor, existe un sistema del tipo cuña, el que tiene un efecto de presión del patín sobre el tambor con más fuerza (figura 2). La fuerza extra de frenado provista por la acción de acuñar permite al freno de tambor usar un pistón más pequeño que el freno de discos. Resortes Debido a la acción de acuñado, los patines deben ser alejados del tambor cuando se libera el freno. Los resortes de retorno tiran el patín de freno hacia atrás a su posición de reposo después que la presión ha sido liberada del cilindro de la rueda. Si el resorte esta vencido y el patín no retorna completamente, se producirá un desgaste prematuro del tambor debido a que los patines permanecerán en contacto con el tambor. Otros resortes ayudan a mantener los patines de frenos en su lugar y tiran del brazo de ajuste después de su acción. Placa de soporte La placa de soporte es la que mantiene todos los elementos unidos. Esta anclada al eje y forma una superficie sólida que contiene el cilindro de la rueda, los patines de frenos y elementos de sujeción. Tambor de freno Los tambores de frenos están hechos de hierro y tienen la superficie interior rectificada, donde hace contacto con los patines. Tal como en los discos de frenos, los tambores de frenos mostraran signos de desgaste a medida que las balatas de frenos se asientan contra la superficie maquinada del tambor. Cuando se instalan patines nuevos, el tambor de frenos debe ser rectificado suavemente. Los tambores de frenos tienen una especificación de diámetro máximo que esta estampada en la cara exterior del tambor. Cuando se rectifica un tambor nunca debe excederse esa medida. Si la superficie no puede rectificarse dentro de ese límite, el tambor debe reemplazarse. Cilindro de frenoEl cilindro de la rueda esta formado por un cilindro con dos pistones, uno en cada extremo. Cada pistón tiene un sello de goma y un eje que conecta el pistón con un patín de freno. Cuando se aplica presión de frenado, los pistones son forzados hacia fuera empujando los patines, los que entran en contacto con el tambor. Los cilindros de ruedas deben ser reparados o reemplazados si muestran signos de filtración.
- Mecanismo de auto ajuste Como las balatas de frenos se desgastan, los patines deben recorrer una distancia mayor para contactar con el tambor. Cuando la distancia alcanza a cierto punto, un mecanismo auto ajustable reacciona automáticamente regulando la posición de reposo del patín de manera que quede más cerca del tambor. Para que el freno de tambor funcione correctamente, el patín de freno debe permanecer cerca del tambor sin tocarlo. Si quedan muy alejados del tambor (como por ejemplo en caso de desgaste del patín), el pistón necesitara mas líquido para recorrer esta distancia y el pedal del freno se hundirá cerca del piso cuando se aplique el freno. Como las balatas se desgastan, habrá mas espacio entre el patín y el tambor. Cada vez que el vehículo se detiene, el patín es empujado contra el tambor. Cuando la distancia es lo suficientemente grande, la palanca de ajuste gira lo necesario para avanzar el piñón de ajuste un diente. El sistema de ajuste tiene hilos, como un tornillo, de forma que se destornilla un poco cuando gira, alargándose para suplir el espacio. Cuando el patín de freno se desgasta un poco más, el ajustador puede avanzar nuevamente, de manera que siempre mantiene el patín ajustado con el tambor. Los componentes del sistema auto ajustable deben permanecer limpios y moverse libremente para asegurar que los frenos mantengan su ajuste durante la vida útil de las balatas. Si el auto ajuste deja de trabajar, el usuario notará que debe empujar cada vez más el pedal de freno para sentir que el freno esta actuando. Freno de estacionamiento El freno de estacionamiento (también conocido como freno de emergencia) es un sistema que controla los frenos traseros mediante una serie de cables de acero que están conectados a un selector manual o pedal. Este sistema debe ser de accionamiento totalmente mecánico e independiente del sistema hidráulico de forma que el vehículo pueda detenerse aún si existe una falla total de los frenos. En el tambor de freno, el cable tira de una palanca montada en el freno trasero y esta directamente conectado al patín de freno. El sistema con discos de freno en las ruedas traseras agrega una complicación adicional para el sistema del freno de estacionamiento. Existen dos diseños principales para incorporar un freno mecánico de estacionamiento a los discos de freno. El primer tipo usa el cáliper existente en la rueda trasera y agrega una palanca acoplada a un dispositivo giratorio de accionamiento mecánico en el interior del pistón del cáliper. Cuando el cable del freno de estacionamiento tira de la palanca, este dispositivo giratorio empuja el pistón contra las pastillas, frenando el vehículo sin utilizar el sistema hidráulico. Este tipo de sistema es utilizado en los cáliper con un pistón flotante simple, si el cáliper es del tipo de cuatro pistones fijos, entonces ese tipo de sistema no es aplicable. El otro sistema usa una unidad completa de tambor de freno mecánico al interior del disco de freno trasero. El patín de freno en este sistema esta conectado a una palanca que es accionada por el cable del freno de emergencia para activar los frenos. El “tambor” es en realidad la parte interior del rotor de freno trasero. El problema mayor es que los cables de freno tienden a corroerse y eventualmente a atascarse produciendo que el freno de emergencia no opere. Accionando el freno de emergencia regularmente, los cables permanecen limpios y funcionales. Otro problema se produce debido a que el sistema de auto ajuste, en ciertos sistemas de frenos, utiliza la acción de freno de emergencia para ajustar los frenos. Si el freno de estacionamiento no se usa nunca entonces los frenos nunca se ajustan.
- Antiguamente, cuando la mayoría de los vehículos tenían freno de tambor, no era realmente necesario el servofreno, debido a que los tambores de forma natural suministraban algo de asistencia de poder propia. Como muchos vehículos de la actualidad tienen freno de disco, al menos en las ruedas delanteras, necesitan frenos de poder. Un servofreno es un dispositivo mecánico o de vacío acoplado al cilindro maestro en el sistema de frenos de poder. En KIA se usan tres diferentes tipos de servofrenos: Tipo simple Tipo Tándem Tipo de relación doble El servofreno por vacío es un depósito de metal que contiene una válvula y un diafragma. Una varilla que atraviesa el depósito por el centro esta conectada al cilindro maestro en un extremo y al mecanismo del pedal en el otro. La función del servofreno es aumentar la potencia y efectividad del sistema de frenos. El servofreno por vacío aprovecha el vacío producido por el motor y lo usa para asistir el frenado. Todos los amplificadores están diseñados para asistir la fuerza de frenado del pedal y no para suministrar el total de la fuerza de frenado. Esto esta hecho así como medida de seguridad en caso de la detención del motor, debido a que esto interrumpiría el suministro de vacío al servofreno. El servofreno necesita una fuente de vacío para funcionar, en los automóviles a gasolina, el motor suministra el vacío necesario para el servo; en cambio como el motor Diesel no produce vacío, deben utilizar una bomba de vacío por separado. El motor crea un vacío parcial en ambos lados del diafragma dentro del servofreno. Cuando se presiona el pedas de freno, la varilla abre una válvula, permitiendo la entrada de aire al servo, en un lado del diafragma mientras sella el vacío. Esto aumenta la presión en ese lado del diafragma de manera que ayuda a empujar la varilla, la que a su vez empuja el pistón en el cilindro maestro. Al liberarse el pedal de freno, la válvula sella el suministro de aire del exterior mientras abre nuevamente la válvula de vacío. Esto restaura el vacío a ambos lados del diafragma, permitiendo que todos los elementos vuelvan a su posición original.
- BOLA Y RAMPAEl principio de funcionamiento del caliper trasero de BIR es cuando se acciona la palanca de freno de estacionamiento, la rotación y la palanca de estacionamiento del caliper hace que la rampa y la bola se muevan relativamente; luego, las mismas empujan el pistón y la pastilla de freno para crear la energía de freno de estacionamiento. Al analizar de cerca el mecanismo de estacionamiento, el accionamiento del cable de estacionamiento, la palanca de estacionamiento y la rampa 1 crea un movimiento giratorio para empujar la bola y la rampa 2 hace un movimiento en línea recta. El movimiento en línea recta de la rampa 2 hace que el conjunto del pistón empuje la pastilla de freno, la pastilla entra en contacto firme con el disco de freno para permitir el freno de estacionamiento. Además, cuando se desgasta la pastilla de freno, el mecanismo de compensación de desgaste interno del caliper se activa para mantener constante el espacio entre las pastilla y el disco. VentajasEn comparación con el tipo separado de freno de estacionamiento existente, este freno de estacionamiento de tipo integrado es de menor costo y peso, pero la capacidad de estacionamiento puede mantenerse al igual que el sistema existente.