Gearhead 101: comprensión del sistema de frenado

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Bienvenido de nuevo a Gearhead 101 - una serie sobre los conceptos básicos de cómo funcionan los coches para los neófitos de la automoción.


Si ha estado siguiendo Gearhead 101, sabe cómo funciona el motor de un automóvil, cómo el motor transfiere la potencia que genera a través del tren motrizy como manual o transmisión automática funciona como una especie de cuadro de distribución de energía entre el motor y la transmisión.

Hoy vamos a discutir el sistema automotriz que usa cientos de veces al día, cuya falla probablemente lo mataría o lo lastimaría gravemente.


Me refiero a tus frenos.

Convertir el movimiento en calor

La física de los frenos de los automóviles es bastante simple. Para reducir la velocidad y detener su automóvil, su sistema de frenos convierte la energía cinética (el movimiento de las ruedas) en energía térmica por medio de la fricción aplicada por los frenos a las ruedas. Una vez que los frenos han convertido toda la energía cinética de las ruedas en energía térmica, el automóvil se detiene.


Bastante simple.



Pero hay dos formas diferentes de despellejar a este gato de movimiento en energía térmica, y algunas otras partes que permiten que ambos funcionen.


Las partes del sistema de frenos de un automóvil

La ilustración muestra el sistema de freno del coche.

Pedal de freno. Estás familiarizado con el pedal del freno. Es la palanca que presiona con el pie para reducir la velocidad y detener el automóvil. El pedal de freno de la mayoría de los automóviles modernos se conecta a un. . .


Amplificador de freno. Hoy en día, la mayoría de los vehículos tienen lo que se llama 'frenos de potencia'. Los frenos de potencia aumentan la fuerza producida al presionar el pedal, que se aplica al resto del sistema de frenado. Eso significa que no tiene que presionar el pedal del freno con demasiado esfuerzo para que su automóvil reduzca la velocidad o se detenga. El servofreno es lo que hace frenos de potencia, frenos de potencia.

Hay dos tipos de servofreno: impulsores asistidos por vacío y impulsores hidráulicos. Los impulsores asistidos por vacío crean un vacío mediante una entrada de aire del motor. Este vacío amplifica la fuerza creada cuando pisa el pedal, que se aplica a los pistones en el cilindro maestro (más sobre eso en un momento). Los propulsores asistidos hidráulicamente utilizan la presión hidráulica de la dirección asistida de su automóvil para aumentar la fuerza en el cilindro maestro.


Entonces pisa el pedal del freno. La fuerza creada por esa acción es amplificada por el servofreno. El servofreno transfiere esa fuerza al. . .

Motor de coche en la ilustración.


Cilindro maestro. Si ha mirado debajo del capó de su automóvil, probablemente haya visto el cilindro maestro, pero no sabía que se llamaba así. El cilindro maestro contiene el líquido de frenos de su automóvil. El líquido de frenos corre a través de las líneas de freno hasta cada rueda de su automóvil. Cuando pisa el pedal del freno, la energía es amplificada por el servofreno, que a su vez mueve un pistón dentro del cilindro maestro, que a su vez fuerza al líquido de frenos a salir del cilindro maestro hacia las líneas de freno que van a cada rueda. Luego, el líquido activa los frenos de sus ruedas.

El cilindro maestro asegura que se envíe la misma potencia hidráulica a los cuatro frenos. Si un freno tuviera más potencia que el otro, se producirían presiones de frenado desiguales, lo que provocaría una desaceleración o una parada inseguras. Imagínese lo que le sucedería a su automóvil si sus ruedas derechas frenan más rápido que sus ruedas izquierdas. Harías una cola de pez o posiblemente voltearías el auto.

La mayoría de los cilindros maestros modernos se dividen en dos depósitos, cada uno lleno de líquido de frenos. Esto se llama sistema de freno dual. Actúa como a prueba de fallas en caso de que haya una fuga o un bloqueo de líquido en los frenos delanteros o traseros.

En los automóviles con tracción trasera, un depósito en el cilindro maestro tiene líneas que conducen a las ruedas delanteras; el otro depósito tiene líneas que van a las ruedas traseras. Si ocurre una fuga en las líneas que conducen a las ruedas delanteras, todavía tendrá líquido proveniente del depósito a las ruedas traseras.

Los automóviles con tracción delantera utilizan un sistema hidráulico dividido en diagonal. Eso es porque en los autos con tracción delantera, los frenos delanteros hacen el 90% del frenado. Si ambos frenos delanteros se apagaran en un automóvil con tracción delantera, sería muy difícil para usted disminuir la velocidad y detenerse. Para asegurarse de que haya al menos un freno delantero que detenga el automóvil en caso de una fuga o un bloqueo, la rueda delantera derecha y la rueda trasera izquierda están unidas y la rueda delantera izquierda está unida con la rueda trasera derecha.

Por supuesto si ambos los depósitos y las líneas de freno que salen de ellos tienen fugas o están bloqueados, ninguno de los frenos funcionará. Eso es lo que se llama una falla catastrófica de los frenos.

Líneas de freno. Las líneas de freno son tubos de acero que salen del cilindro maestro y van a cada uno de los cuatro frenos de las ruedas de su automóvil. Las líneas de freno transfieren el líquido de frenos a un freno de tambor o un freno de disco. La presión del líquido activa los frenos.

Vista interior del tambor de rotura.

Frenos de tambor. Hay dos tipos de dispositivos de frenado que se utilizan en los automóviles: frenos de tambor y frenos de disco. Los frenos de tambor han estado en los automóviles desde 1900 y todavía se usan hoy. Los frenos de tambor se conectan a la rueda. El interior del tambor contiene dos pastillas resistentes al calor llamadas zapatas de freno. Cuando presiona el pedal del freno, el líquido de frenos entra en el freno de tambor cilindro de rueda. A continuación, el líquido activa dos pequeños pistones dentro del cilindro de la rueda que empujan las zapatas de freno y las aprietan contra el tambor de freno. Los pads ralentizan el tambor y el tambor (que está unido a la rueda) ralentiza la rueda.

Las ventajas de los frenos de tambor son varias: son baratos de fabricar y reparar, requieren menos presión hidráulica para activarse y pueden durar más que los frenos de disco.

Como se mencionó anteriormente, los frenos de tambor todavía se usan en los automóviles en la actualidad. Si un automóvil tiene frenos de tambor, normalmente los encontrará en las ruedas traseras del vehículo.

La ilustración de un disco se rompe.

Frenos de disco. Una de las desventajas de los frenos de tambor es que son autónomos. El calor que se crea a partir de la fricción en las pastillas de freno permanece dentro de los frenos de tambor. En condiciones intensas y frenadas frecuentes, los frenos de tambor pueden calentarse muchísimo. Si los frenos se calientan demasiado, ya no pueden producir la fricción necesaria para reducir la velocidad del automóvil.

Para resolver ese problema, los ingenieros desarrollaron el freno de disco.

Los frenos de disco funcionan de una manera bastante simple. Pisas el pedal del freno y el líquido de frenos se envía a un pistón en el freno de disco. El pistón hace que las pinzas aprieten el disco o rotor. Las pastillas dentro de las pinzas crean fricción, lo que ralentiza su automóvil.

En lugar de presionar contra un tambor para reducir la velocidad del automóvil, las pinzas que se encuentran en los frenos de disco aprietan las pastillas de freno en hacia un disco de metal unido a la rueda. Apretar con las pinzas hace algunas cosas para mejorar el frenado. Primero, le permite crear más presión, lo que ayuda a aumentar la fricción. En segundo lugar, el diseño del freno de disco está abierto. Los frenos no están dentro de un tambor. Esto permite que el aire los enfríe mucho más rápidamente, lo que también aumenta la fricción. Finalmente, el diseño permite una mayor superficie de la pastilla de freno, lo que nuevamente ayuda a aumentar la fricción.

Los frenos de disco se usaron por primera vez en autos de carrera en 1951. En 1955, comenzaron a aparecer en autos producidos en serie. En la década de 1980, la mayoría de los automóviles usaban frenos de disco, al menos en las ruedas delanteras.

Cuando frena, las ruedas delanteras hacen la mayor parte del trabajo para detener el automóvil porque todo el impulso va hacia las ruedas delanteras. Debido a que las ruedas delanteras hacen la mayor parte del frenado, los fabricantes colocan frenos de disco en las ruedas delanteras porque hacen un mejor trabajo al frenar que los frenos de tambor.

Poniendolo todo junto

Así que juntemos todas las partes del sistema de frenos.

Pisas el pedal del freno. Eso activa el servofreno, que amplifica la fuerza del pedal del freno. Esa fuerza se transfiere al cilindro maestro. Un pistón en el cilindro maestro empuja el líquido de frenos a través de las líneas de freno hacia cada rueda.

Si una rueda tiene freno de tambor, el líquido de frenos enganchará un pistón en el cilindro de la rueda, lo que activará otro pistón, que empujará las pastillas de freno contra el tambor de freno. El automóvil reduce la velocidad o se detiene. Cuando suelte el pedal del freno, el líquido de frenos volverá al cilindro maestro y los frenos se soltarán.

Si la rueda tiene un freno de disco, el líquido de frenos activará un pistón que hará que las pinzas que tienen pastillas de freno se aprieten contra un disco o rotor unido a la rueda, lo que ralentizará el automóvil. Cuando suelta el pedal del freno, el líquido de frenos fluye de regreso al cilindro maestro, lo que hace que las pinzas del freno de disco se abran nuevamente.

Así es, en pocas palabras, cómo funcionan los frenos de su automóvil.

¿Qué pasa con los frenos antibloqueo?

Ilustración de un sistema antibloqueo de frenos.

Pero espera . . . hay más. Es probable que su automóvil tenga frenos antibloqueo (ABS). Antes del ABS, cuando frenaba de golpe, las ruedas se detenían por completo. Ellos encerraron. Esto hizo que sus neumáticos patinaran. Una llanta que patina le proporciona poco o ningún control para conducir el automóvil. Entonces, si condujera un automóvil en 1950 y tuviera que frenar repentinamente para evitar golpear a un niño que corrió hacia el medio de la calle, aún patinaría hacia adelante y no tendría la capacidad de conducir el automóvil. izquierda o derecha. Si quisiera evitar un derrape cuando usó los frenos en autos viejos, tendría que presionar repetidamente el freno (para soltar y bloquear repetidamente las ruedas), lo cual es más fácil decirlo que hacerlo.

Para evitar que los neumáticos patinen, el ABS utiliza una computadora y sensores cerca de cada rueda para controlar la velocidad de la rueda. Cuando aplica una fuerte presión al pedal del freno, el sistema ABS verifica la velocidad de cada rueda de forma independiente. Si una rueda va más lenta que las otras, significa que probablemente esa rueda esté bloqueada. Por lo que el sistema ABS reducirá la presión hidráulica enviada a ese freno, lo que permitirá que gire nuevamente, evitando un patinaje y permitiéndote mantener el control de la dirección.

Usted sabe que su ABS está funcionando porque cuando pisa el pedal del freno, puede sentir el freno pulsando. No se alarme. Sigue aplicando presión. No desea bombear los frenos de los automóviles con ABS o de lo contrario no funcionarán correctamente.

Cuando compra un automóvil nuevo, siempre es una buena idea familiarizarse con su sistema ABS para que no se asuste un poco la primera vez que sienta que se activa. Puede hacerlo conduciendo en un estacionamiento vacío cuando llueve o nieva (lo que provocará un poco de patinaje) y frenando de golpe.