Servofreno

Es el elemento que se utiliza para ayudar al conductor en la acción de frenado. La acción del servofreno se suma a la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal de freno, con el fin de mejorar la frenada. El servofreno se fue implantando en todos los vehículos a medida que estos ganaban en peso y potencia.

El servofreno funciona por medio del vacío generado en el colector de admisión del propio motor del vehículo. En los motores otto este vacío es suficiente para el funcionamiento del servofreno, pero en los motores Diesel, la depresión reinante en el colector de admisión no es suficiente y se necesita de una bomba de vacío auxiliar.



En los automóviles se utilizan principalmente dos tipos de servofreno: el "Hidrovac" que se instala entre la bomba de frenos y los cilindros receptores y el "Mastervac" que se instala entre el pedal de freno y la bomba. El Mastervac se tiene que ubicar teniendo en cuenta la situación del pedal de freno, mientras que el Hidrovac se puede instalar en cualquier sitio del vano motor.

Cualquiera que sea el tipo de servofreno utilizado, se tiene que garantizar que en caso de fallo de éste, el sistema de frenos tiene que seguir funcionando. En caso de avería del servo, los frenos son accionados únicamente por la fuerza del conductor sobre el pedal.


Servofreno Hidrovac

Este servofreno tiene ventaja principal que puede ubicarse en cualquier parte del vehículo, ya que puede ser accionado hidráulicamente a distancia. Este conjunto esta constituido (figura inferior) por tres elementos básicos de funcionamiento, formados por: un cilindro hidráulico, un cuerpo de vacío y una válvula de control.

Cilindro hidráulico

El cilindro hidráulico está formado por un cuerpo de bomba (1), que se comunica con la válvula de control por el conducto (23), y los orificios de entrada (5) y salida del líquido (6), procedente de la bomba principal de frenos, hacia las canalizaciones de las ruedas. Por su interior se desplaza un émbolo (2) unido mecánicamente, por medio del vástago (10), al plato (8) situado en el cuerpo de vacío, que se mantienen en su posición de reposo por medio del muelle (12) situado en la parte anterior del plato.

Cuerpo de vacío

El cuerpo de vacío, formado de chapa y cerrado herméticamente, lleva en su interior al plato (8) que hace de émbolo y separa herméticamente las dos cámaras de vacío (A) y (B) por medio de la junta (7). Estas dos cámaras se comunican con la toma de vacío a través de la válvula de control.



Válvula de control

La válvula de control está formada por un cuerpo de válvulas unido con tornillos a la tapa (11) del cuerpo de vacío. En su interior se forman dos cámaras (C) y (D), separadas por una membrana elástica (15), que se comunican a través de una válvula (17) unida al pistón (16) accionado por el líquido de frenos. Ambas cámaras se comunican a su vez con la toma de vacío y con las cámaras formadas en el cuerpo de vacío. La válvula (18) pone en comunicación la parte superior del cuerpo de válvulas con el aire exterior a través de un filtro (21) y se mantiene cerrada en su posición de reposo por la acción del muelle (19).


Funcionamiento

Posición de reposo
En su posición de reposo (figura inferior) el plato (8) y el pistón (2) se encuentran situados, por la acción del muelle (12), en la parte posterior del servofreno (parte derecha del dibujo), mientras que las cámaras anterior (A) y posterior (B) del cuerpo de vacío se encuentran sometidas a la depresión creada por el vacío interno en ellas.

En esta posición, el circuito hidráulico procedente de la bomba que llega al circuito hidráulico del servofreno, pasa por el interior del pistón (2) a través de la válvula (3), situada en él, y que permanece abierta por la presión del líquido a las canalizaciones de las ruedas. De esta forma, si se produce una avería en el servofreno o fallos en el circuito se vacío que impide el funcionamiento del mismo, el sistema hidráulico queda establecido a través del émbolo, funcionando, en este caso, como un sistema simple sin el servofreno.

Posición de frenado

Al accionar los frenos (figura inferior) el liquido a presión, procedente de la bomba, entra por el orificio (5), pasa por el conducto (23) y actúa sobre el émbolo (16) de la válvula de control, que cierra la válvula (17) incomunicando las dos cámaras de la válvula (C) y (D). A su vez abre la válvula de aire (18) pasando éste a la cámara posterior (B) del cuerpo de vacío, a través del conducto (22), mientras que la cámara anterior (A) sigue sometida al vacío.

La depresión existente en la cámara anterior (A), ayudada por la presión atmosférica, al entrar en la cámara posterior (B), hace avanzar el plato (8) en el sentido indicado, desplaza el pistón (2) del cilindro hidráulico que cierra la válvula e impulsa el liquido a presión hacia los bombines de las ruedas.

Como se puede observar, sobre el émbolo del cilindro hidráulico actúan la fuerza de empuje del servofreno y la presión del líquido transmitido por la bomba, por lo que la presión total de salida del líquido hacia los bombines de las ruedas es la suma de ambos efectos.


Presiones de frenado

En la gráfica inferior se pueden ver las curvas de presión de frenado; "con" o "sin" servofreno para una misma fuerza ejercida sobre el pedal de freno. En la gráfica podemos destacar tres zonas de funcionamiento:

Presión comprendida entre 0 y 6 kgf/cm2; que resulta ser presión mínima de funcionamiento del servo; la válvula de control no actúa y la presión transmitida a los bombines de las ruedas es la suministrada por la bomba.

Presión comprendida entre 6 y 25 kgf/cm2; la presión de salida a las canalizaciones es la correspondiente a la acción combinada del servofreno y la bomba, cuyos esfuerzos se suman aumentado progresivamente.

Presiones superiores a los 25 kgf/cm2; las líneas siguen paralelas, ya que el servo no transmite más presión por haber llegado al límite máximo de vacío (unos 500 mm de mercurio).


Reversibilidad de frenado

El efecto de funcionamiento del servofreno es reversible, ya que como los desplazamientos del liquido, por efecto de un mayor recorrido del émbolo en el cilindro hidráulico son mayores que los desplazamientos en la bomba, el resultado obtenido se transforma en un menor recorrido del pedal y, por tanto, exige un menor esfuerzo por parte del conductor para obtener el mismo efecto de frenado.


Servofreno Mastervac

Este sistema se emplea cuando las condiciones de instalación lo permiten, ya que es posible simplificar la instalación al ir unida la bomba y el pedal de freno al servofreno (figura inferior).



Al igual que en el sistema Hidrovac, la depresión actúa en el interior de su cilindro de depresión en la situación de reposo, penetrando aire a la depresión atmosférica solo durante el frenado. El vástago (1) se une al pedal del freno (15) y el vástago (11) empuja al pistón del cilindro principal (10) que va acoplado al servofreno.

Las partes principales de este mecanismo son:

Una cámara de vacío.
Una válvula de control.
Un cilindro principal o bomba.

Posición de reposo

Cuando el vehículo está en marcha y los frenos en reposo la depresión obtenida del colector de admisión se transmite por las cámaras (A) y (B) a través del émbolo de vacío (12) y de la válvula de control.

Con la válvula en la posición de reposo el orificio (14) de paso de aire a la presión atmosférica está cerrado y el orificio (2) de entrada de la depresión a través del émbolo de vacío esta abierto, permitiendo así el paso de la depresión de la cámara (A) a la (B). La membrana (16) del émbolo de vacío (12) está entonces equilibrada por el vacío y a la vez es mantenida en la posición de reposo por el resorte de retroceso (4).
Posición de funcionamiento

Cuando se accionan los frenos (figura inferior), la varilla de empuje (1) y el émbolo válvula (3) se desplazan hacia la derecha, dentro del émbolo de vacío (12), cerrando el orificio (2) de comunicación de la depresión y abriendo al mismo tiempo el de entrada de presión atmosférica (14), lo que permite la entrada de aire en la parte izquierda del émbolo de vacío o cámara (B), a través del filtro de aire (17) y de la válvula de control.

Al existir depresión en la parte derecha (cámara A) y presión en la parte izquierda (cámara B) de la cámara de vacío, se produce un desequilibrio que empuja hacia la derecha al émbolo de vacío (12), al vástago de empuje (11) del cilindro principal (10) y al émbolo que, a su vez, produce una fuerte presión en todo el circuito de frenos.

Durante la aplicación de la presión hidráulica por el cilindro principal, una fuerza de reacción actúa, por medio del vástago de empuje (1) y del disco de reacción (13), sobre el émbolo válvula (3), que tiende a cerrar el paso de entrada de la presión atmosférica y abrir la comunicación de vacío.

Como esta fuerza está en oposición a la fuerza aplicada sobre el pedal de freno por el conductor, permite regular y medir la fuerza aplicada a los frenos. La fuerza de reacción es proporcional a la presión hidráulica existente en el circuito de frenos.

Posición de equilibrio

Durante el frenado, la reacción contra el émbolo válvula (3) tiende constantemente a cerrar la entrada de aire y a abrir la comunicación de vacío de la válvula .

Cuando los dos orificios están cerrados se dice que el Mastervac está en posición de equilibrio.

Retorno a la posición de reposo

Soltando el pedal de freno (figura inferior) la varilla de empuje (1) retrocede por la acción de su resorte y arrastra con ella el émbolo válvula (3), el cual cierra el orificio de entrada de la presión atmosférica y abre la comunicación de vacío. A partir de este momento las dos cámaras (A) y (B) están de nuevo en comunicación, la depresión vuelve a pasar de uno a otro lado del émbolo de vacío (12), el cual, empujado por su resorte (4), vuelve a la posición de reposo.



Montaje del servofreno

El montaje de este elemento en los vehículos debe realizarse de forma que quede protegido lo más posible del polvo y de la suciedad. Las tomas de líquido y vacío, así como los elementos de purga y engrase, deben estar colocados de forma que sean fácilmente accesibles para una manipulación en el entrenamiento y conservación del mismo. El cilindro hidráulico debe quedar en posición horizontal y con los purgadores hacia arriba.

En los automóviles, la toma de vacío se realiza directamente del colector de admisión por medio de un suplemento colocado entre el carburador y su asiento en el colector para los vehículos con motor Otto, o directamente del colector de admisión en los vehículos con motor Diesel.

Este montaje tiene la ventaja de su fácil aplicación a cualquier tipo de vehículo. Sin embargo el funcionamiento del servo está supeditado al funcionamiento del motor, ya que el vacío se realiza por la succión efectuada en los cilindros. El grado de vacío en el servo está en función del número de revoluciones del motor, lo que quiere decir que a motor parado el servofreno no actúa, quedando el circuito de frenos solamente con su circuito hidráulico.

Como se dijo anteriormente la depresión en los motores Diesel no es suficiente para un buen funcionamiento del servofreno, por lo que se recurre a una bombas de vacío o depresores (figura inferior). Estas bombas de vacío suelen estar acopladas en la culata del motor, recibiendo movimiento del árbol de levas del motor.