Cum funcționează o supapă de proporție a frânei?

Ce face o supapă de proporție a frânei - Răspunsul scurt

O supapă de proporție a frânei limitează presiunea hidraulică trimisă către frânele din spate în raport cu frânele din față. Când acționați frânele puternic, greutatea se deplasează înainte, reducând tracțiunea roților din spate. Fără controlul presiunii, roțile din spate se blochează înaintea celor din față, provocând învârtirea vehiculului sau coada de pește. Supapa de proporție previne acest lucru prin plafonarea presiunii de frână spate la un prag calibrat - de obicei undeva între 30% și 50% din presiunea totală a sistemului , în funcție de designul vehiculului și de distribuția greutății.

Această componentă se află în linia de frână hidraulică dintre cilindrul principal și etrierele de frână spate sau cilindrii roții. Nu afectează frânarea față. Frânele față gestionează cea mai mare parte a forței de oprire - la majoritatea vehiculelor de pasageri, axa față absoarbe între 60% și 80% a energiei totale de frânare în timpul unei opriri dure. Frânele din spate ajută, dar trebuie ținute sub control pentru a evita blocarea prematură.

Înțelegerea modului în care funcționează o supapă de proporție a frânei înseamnă înțelegerea fizicii transferului de sarcină. O supapă de proporție nu este o restricție pasivă - este un dispozitiv sensibil la presiune care răspunde la presiunea reală a conductei de frână în timp real.

Mecanica internă: cum este controlată presiunea

În interiorul unei supape de proporție standard, există un piston cu arc cu un punct de despicare calibrat. Sub un prag de presiune setat - adesea numit "punctul genunchiului" sau "punctul de despicare" - supapa transmite presiunea maximă către frânele din spate. Odată ce presiunea din conductă depășește acest prag, pistonul se mișcă pentru a restricționa creșterile suplimentare de presiune către circuitul din spate.

Iată ce se întâmplă pas cu pas în timpul aplicării frânei:

1. Șoferul apasă pedala de frână, crescând presiune în cilindrul principal.
2. Inițial, presiunea curge în mod egal către ambele circuite din față și din spate.
3. Când presiunea din circuitul din spate atinge punctul de genunchi (de obicei 400 până la 600 psi la multe autoturisme), pistonul supapei proporționale se schimbă.
4. Supapa reduce rata de creștere a presiunii în circuitul din spate, permițând presiunii din față să continue să crească fără împiedicare.
5. La efortul maxim al pedalei, frânele din față pot primi 1.200 psi sau mai mult în timp ce partea din spate este ținută la o fracțiune din aceasta.

Raportul dintre presiunea din spate și presiunea din față deasupra punctului genunchiului se numește raportul de pantă. Un raport de pantă de 0,3, de exemplu, înseamnă că pentru fiecare creștere de 100 psi a presiunii frontale dincolo de punctul de împărțire, presiunea din spate crește doar cu 30 psi. Acest raport este conceput pentru a se potrivi cu greutatea vehiculului, ampatamentul și centrul de greutate.

Tipuri de Supape de frână auto Folosit pentru proporționarea presiunii

Nu toate supapele de frână auto care controlează presiunea din spate funcționează în același mod. Au fost folosite mai multe modele pentru diferite tipuri și epoci de vehicule:

Supapă de proporționare fixă

Acesta este cel mai simplu design. Punctul de împărțire și raportul de pantă sunt fixate la producție. Nu ține cont de modificările încărcăturii vehiculului. Un camion pick-up de jumătate de tonă care este gol are nevoie de un echilibru diferit al frânei din spate decât atunci când transportă 800 de lire de marfă - o supapă fixă ​​nu se poate adapta. Acestea sunt frecvente la mașinile de pasageri mai vechi și la vehiculele mai ușoare, unde variația de încărcare este minimă.

Supapă de proporție cu senzor de sarcină (LSPV)

Supapa proporțională cu senzor de sarcină se conectează mecanic la suspensia spate printr-o tijă de legătură. Pe măsură ce vehiculul este încărcat și suspensia se comprimă, levierul reglează preîncărcarea arcului supapei, ridicând punctul genunchiului. Acest lucru permite o presiune mai mare la frânarea spate atunci când puntea spate suportă mai multă greutate - exact atunci când mai multă frânare din spate este sigură. Acest design este utilizat pe scară largă în camioane, camionete și SUV-uri. O camionetă complet încărcată poate vedea limita de presiune a frânei din spate deplasându-se 200 până la 400 psi comparativ cu starea neîncărcată.

Supapă combinată

Multe vehicule din anii 1970 până în anii 1990 au folosit o supapă combinată care integrează trei funcții într-o singură carcasă: o supapă de dozare, un comutator diferențial de presiune și o supapă de proporție. Supapa de măsurare întârzie ușor cuplarea frânei cu disc din față pentru a permite frânelor cu tambur din spate să se aplice mai întâi în timpul frânării ușoare, senzație de echilibrare. Comutatorul diferențial de presiune declanșează lampa de avertizare a frânei dacă un circuit pierde presiune. Secțiunea de proporție gestionează limitarea presiunii din spate așa cum este descris mai sus. Acest design economisește spațiu și simplifică instalarea.

Distribuție electronică a forței de frânare (EBD)

Vehiculele moderne echipate cu ABS înlocuiesc de obicei proporția mecanică cu distribuția electronică a forței de frânare. EBD folosește senzori de viteză a roților, unitatea de control hidraulic ABS și ECU al vehiculului pentru a modula dinamic presiunea frânei din spate. Se ia în considerare alunecarea reală a roții, nu doar presiunea liniei. EBD poate răspunde în milisecunde și se poate adapta simultan la diferite suprafețe ale drumului, acțiuni de direcție și condiții de încărcare. În acest sistem, supapa de proporție mecanică este fie eliminată, fie reținută doar ca o rezervă sigură.

Unde se află supapa de proporție în sistemul de frânare

Supapa de proporție este poziționată în linie pe linia de frână care alimentează puntea spate. La vehiculele cu un circuit de frânare divizat în diagonală (unde fiecare circuit controlează unul față și unul opus spate), funcția de proporție poate fi încorporată în cilindrul principal în sine sau poate fi duplicată pentru fiecare linie din spate. La sistemele mai vechi split față/spate, o singură supapă gestionează întregul circuit din spate.

La camioane și vehicule comerciale, LSPV este de obicei montat pe carcasa axei spate sau pe cadru lângă suspensia spate, cu un braț de legătură conectat direct la punte. Măsurarea cursei suspensiei oferă supapei informații în timp real despre sarcina din spate, fără senzori sau electronice.

Relația dintre supapa de proporție și alte supape de frână auto din sistem este secvențială:

• Cilindru principal — generează presiune hidraulică de la intrarea pedalei
• Booster de frână — amplifică forța pedalei înainte de a ajunge la cilindrul principal
• Supapa de dozare — întârzie cuplarea discului frontal la opriri luminoase (în supape combinate)
• Supapa de dozare — limitează presiunea circuitului din spate peste punctul de despicare
• Modulator ABS — intervine la nivelul individual al roții în condiții de blocare

Fiecare dintre aceste supape și componente de frână auto îndeplinesc o funcție distinctă, dar trebuie să fie compatibile și adaptate în mod corespunzător cu caracteristicile de frânare ale vehiculului.

Semne ale unei defecțiuni ale supapei de proporție a frânei

O supapă de proporție defectuoasă produce simptome recunoscute. Deoarece controlează echilibrul frânei din spate, problemele apar mai ales în timpul frânării:

Blocarea roților din spate la frânare moderată

Dacă supapa eșuează în poziția deschisă, aceasta transmite presiune nerestricționată către frânele din spate. Rezultatul este blocarea roților din spate chiar și în timpul opririlor obișnuite - nu doar în timpul frânării de panică. Acesta este unul dintre cele mai periculoase moduri de defecțiune, deoarece poate face ca partea din spate a vehiculului să se balanseze. Pe suprafețe umede sau libere, acest lucru se întâmplă la viteze și mai mici.

Frânare spate slabă sau ineficientă

Dacă supapa se blochează într-o poziție închisă sau puternic restricționată, presiunea frânei din spate este întreruptă complet sau redusă la aproape zero. Frânele din spate nu contribuie aproape cu nimic. Distanțele de oprire cresc, iar estomparea frânei are loc mai rapid, deoarece toată sarcina termică este plasată pe frânele din față. Ca urmare, rotoarele frontale se pot supraîncălzi și se pot deforma prematur.

Uzura neuniformă a plăcuțelor de frână și a saboților

O împărțire disproporționată între forța de frânare față și spate provoacă modele de uzură neuniforme. Tehnicienii care efectuează inspecții ale frânelor și care găsesc plăcuțe din față uzate grav alături de pantofi sau plăcuțe din spate abia utilizați - pe un vehicul fără probleme cu ABS - ar trebui să suspecteze defecțiunea supapei de proporție.

Lampă de avertizare frână

La vehiculele cu supapă combinată, comutatorul diferențial de presiune va declanșa lampa de avertizare a frânei dacă există un dezechilibru semnificativ între circuitele față și spate. Acest lucru nu indică întotdeauna o supapă de proporție eșuată în mod specific, dar este un punct de plecare pentru diagnostic.

Scurgere de lichid la corpul supapei

Garniturile interne ale supapei se pot deteriora în timp, în special la vehiculele la care lichidul de frână nu a fost spălat la timp. Lichidul de frână este higroscopic - absoarbe umezeala din aer. După câțiva ani fără spălare, fluidul contaminat cu umiditate corodează alezajul intern și pistonul supapei, provocând defecțiunea etanșării și scurgeri externe. Lichidul de frână trebuie înlocuit la fiecare 2 ani sau la 30.000 de mile în majoritatea vehiculelor pentru a preveni acest lucru.

Proceduri de diagnostic și testare

Testarea unei supape de proporție necesită măsurarea presiunii hidraulice la circuitele din față și din spate simultan, sub aplicarea controlată a frânelor. Acest lucru se realizează folosind un set de manometru de frână cu fitinguri în T instalate pe liniile de frână față și spate.

Procedura urmează de obicei acești pași:

1. Instalați manometre la porturile de ieșire din față și din spate ale supapei de proporție sau la un punct de testare din fiecare circuit.
2. Cu motorul oprit și servofrâna epuizat, aplicați o presiune crescândă constantă pe pedala de frână.
3. Înregistrați presiunea la ambele manometre simultan, pe măsură ce forța pedalei crește.
4. Sub punctul de despicare, presiunile din față și din spate ar trebui să fie egale sau foarte apropiate.
5. Deasupra punctului de despicare, ecartamentul din spate ar trebui să arate o rată de creștere redusă în comparație cu cea din față.
6. Comparați citirile cu specificațiile producătorului vehiculului pentru punctul de împărțire și raportul de pantă.

Dacă presiunile din față și din spate rămân identice la toate forțele pedalei, supapa nu funcționează. Dacă presiunea din spate este disproporționat de scăzută la toate forțele pedalei, supapa poate fi blocată într-o poziție restrânsă. Ambele condiții necesită înlocuirea supapei.

Pentru supapele de proporție cu senzor de sarcină, trebuie verificată și reglarea legăturii. Multe LSPV au o lungime reglabilă a tijei care stabilește poziția de bază a supapei. Dacă legătura este reglată greșit - de exemplu, după o reparație a suspensiei din spate - performanța frânării din spate va fi incorectă chiar dacă supapa în sine este funcțională. Producătorul vehiculului specifică măsurarea în gol pentru lungimea legăturii.

Considerații de înlocuire și greșeli frecvente

Înlocuirea unei supape de proporție este o sarcină hidraulică simplă, dar mai multe erori sunt comune în practică:

Instalarea specificației greșite a supapei

Supapele de proporție nu sunt universale. O supapă cu punctul de despicare sau raportul de pantă greșit va produce o eroare a frânei care nu se potrivește cu vehiculul. Chiar și micile diferențe contează - un punct de împărțire care este 100 psi prea mare va permite o presiune excesivă a frânei din spate în timpul opririlor grele la o mașină ușoară. Utilizați întotdeauna numărul de piesă specificat pentru vehiculul exact, nu doar un vehicul similar din aceeași familie de modele.

Omiterea scurgerii frânei după înlocuire

De fiecare dată când circuitul hidraulic al frânei este deschis, aerul poate pătrunde. Aerul este compresibil - lichidul de frână nu. Chiar și o mică bule de aer în circuitul din spate va provoca o pedală spongioasă și un răspuns inconsecvent al frânei din spate. O purjare completă a frânei, începând de la roata cea mai îndepărtată de cilindrul principal, este obligatorie după înlocuirea supapei.

Nu se abordează cauza principală

O supapă blocată sau cu scurgeri este adesea un simptom al lichidului de frână neglijat. Înlocuirea supapei fără spălarea lichidului vechi, încărcat cu umiditate, lasă lichid coroziv în sistem. Noua supapă va eșua prin același mecanism într-o perioadă scurtă. Orice înlocuire a supapelor trebuie să fie însoțită de o spălare completă a lichidului de frână folosind lichid DOT 3 sau DOT 4 proaspăt, conform specificațiilor.

Ocolirea supapei de proporție pentru creșteri de performanță

Unele aplicații de performanță și curse îndepărtează sau ocolesc în mod deliberat supapa de proporție din fabrică în favoarea unei bare de frână reglabile. Acest lucru oferă șoferului control direct asupra divizării frânei față-spate. Pe o pistă cu șoferi experimentați și condiții controlate, aceasta este o configurație legitimă. Pe un drum public, este periculos. Scoaterea supapei de proporție dintr-un vehicul stradal fără o înlocuire calibrată corespunzător înlătură un mecanism de siguranță important și poate constitui o încălcare legală în multe jurisdicții.

Cum interacționează proporționarea cu ABS și sistemele moderne de frânare

La vehiculele echipate cu ABS, relația dintre supapa de proporție și modulatorul ABS trebuie să fie înțeleasă clar. ABS previne blocarea roților prin pulsarea rapidă a presiunii de frânare - poate elibera și reaplica presiunea la o anumită roată până la De 15 până la 20 de ori pe secundă . Acest lucru face ca blocarea spate să fie mult mai puțin probabilă într-un vehicul echipat cu ABS, ceea ce ridică întrebarea: mai contează o supapă de proporție?

Răspunsul este da, din mai multe motive:

• ABS se activează numai după ce o roată începe să alunece. Acțiunea supapei proporționale este preventivă - previne presiunea excesivă din spate înainte de apariția oricărei alunecări.
• Pe suprafețele alunecoase, ABS și proporția lucrează împreună. Supapa de proporție reduce probabilitatea ca ABS să fie nevoie să intervină asupra roților din spate, ceea ce reduce distanța de oprire pe suprafețele cu tracțiune redusă.
• Unele sisteme ABS încorporează distribuția electronică a forței de frânare ca o funcție suplimentară a supapei mecanice, nu ca o înlocuire completă. Supapa mecanică asigură un comportament sigur în cazul în care modulul ABS sau cablajul eșuează.

La vehiculele în care EBD înlocuiește complet supapa de proporție mecanică, o defecțiune a sistemului ABS/EBD poate afecta echilibrul frânei din spate. Acesta este unul dintre motivele pentru care luminile de avertizare ABS nu trebuie ignorate - o defecțiune ABS poate afecta echilibrul de frânare chiar și în absența simptomelor vizibile de frânare. Atunci când modulul ABS se defectează la astfel de vehicule, sistemul este implicit la presiunea de frânare completă, nemodulată pentru toate roțile, bazându-se pe alte marje de siguranță pentru a preveni blocarea.

Specificațiile supapelor de proporționare pentru categoriile de vehicule

Diferite categorii de vehicule necesită etalonări substanțial diferite ale supapelor de proporție. Tabelul de mai jos ilustrează modul în care parametrii de proiectare variază în funcție de tipul de vehicul:

Aceste cifre variază considerabil între producători și modele specifice. Valorile sunt menite să ilustreze gama de parametri de proiectare, mai degrabă decât să servească drept specificații de referință pentru orice vehicul anume.

De ce contează echilibrul corect al frânei spate pentru siguranță

Blocarea roților din spate în timpul frânării este unul dintre cele mai destabilizatoare evenimente pe care le poate experimenta un șofer. Când roțile din spate se opresc să se rotească în timp ce cele din față continuă să se rotească, vehiculul își pierde stabilitatea direcțională. Partea din spate urmează o cale independentă de aportul de direcție - merge oriunde o ia impulsul. La viteze de autostradă, acest lucru poate duce la o rotire completă într-o fracțiune de secundă.

Cercetările organizațiilor de siguranță în trafic au arătat în mod constant că blocarea spate indusă de frânare este un factor care contribuie la o proporție semnificativă a accidentelor cu pierderea controlului. Supapa de proporție este o protecție pasivă, mecanică, împotriva acestui mod specific de defecțiune. Nu necesită abilități ale șoferului pentru a activa, nici electronică pentru a funcționa și adaugă o complexitate neglijabilă sistemului de frânare.

Acesta este motivul pentru care supapa de proporție – în ciuda faptului că este o componentă lipsită de farmec la care majoritatea șoferilor nu se gândesc niciodată – este una dintre componentele hardware mai critice din punct de vedere al siguranței din circuitul supapei de frână a autovehiculelor. Menținerea acestuia în stare bună de funcționare, împreună cu întreținerea regulată a lichidului de frână, costă foarte puțin în raport cu protecția pe care o oferă.

Pentru oricine care modifică sistemul de frânare al unui vehicul - schimbarea compușilor plăcuțelor de frână, trecerea de la tambur la disc în spate, modificarea semnificativă a greutății vehiculului - calibrarea supapei de proporție trebuie revizuită. O conversie a discului din spate pe un vehicul care avea inițial tamburi din spate, de exemplu, necesită o supapă de proporție diferită, deoarece frânele cu disc generează mai multă forță de strângere pentru aceeași presiune hidraulică decât frânele cu tambur. Folosirea supapei originale calibrate cu tambur cu discuri din spate va duce la blocarea frânei din spate în timpul opririlor dure, chiar dacă toate celelalte componente funcționează corect.