Prévia do material em texto
MECâniCa autoMotiva guia dE ESTudOS frEios Federação das Indústrias do Estado do Paraná - FIEP Rodrigo Costa da Rocha Loures Presidente Ovaldir Nardin Superintendente Corporativo do Sistema FIEP Henrique Ricardo dos Santos Superintendente dos Serviços SESI/SENAI/IEL SENAI - Departamento Regional do Paraná João Barreto Lopes Diretor Regional frEios Adaptação técnica JOACIR GOMES apoio: realização: CENTRE D’ÉLABORATION DES MOYENS D’ENSEIGNEMENT DU QUEBEC C394f CEMEQ Freios / CEMEQ; Gomes, Joacir (Adapt.) Senai-PR, 2004. 168 p.; il. 1. Freio a tambor. 2. Freio ABS. I. Título. II. Gomes, Joacir (Adapt.) CDU: 62-59 Elaborado por Dina Yassue Kagueyama Lermen Direitos reservados: CEMEQ - Centre d’Élaboration des Moyens d’Enseignement du Québec 2955, boulevard de l’Université, 7e étage Sherbrooke (Québec) J1K2Y3 Tél.: (819) 822-6886 Téléc.: (819) 822-6892 E-mail: cemeq@cemeq.qc.ca © 2004. SENAI - DEPARTAMENTO REGIONAL DO PARANÁ Os direitos de reprodução, de adaptação ou de tradução deste guia são reservados ao SENAI - Departamento Regional do Paraná, inclusive a reprodução por procedimento mecânico ou eletrônico. SENAI/DR CAEPE - Coordenadoria de Alianças Estratégicas e Projetos Especiais CEMEQ Centre d’Élaboration des Moyens d’Enseignement du Québec Este material foi elaborado por uma equipe, cujos nomes encontam-se relacionados na folha de créditos. SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Paraná Avenida Cândido de Abreu, 200 - Centro Cívico CEP 80530-902 - Curitiba/PR Telefone: (41) 350-7000 Telefax: (41) 350-7101 E-mail: senaidr@pr.senai.br O Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial do Paraná, SENAI/PR, por meio da Diretoria de Educação e Tecnologia, assinou em 2002 uma parceria com o Centro de Elaboração dos Meios de Ensino do Quebec/Canadá, CEMEQ. Esta parceria levou a elaboração do material para os cursos semipresenciais, que contempla sete módulos na área de mecânica e eletroeletrônica veicular: Freios, Motor, Suspensão/ Direção, Transmissão Convencional, Transmissão Automática e Eletroeletrônica Veicular e Gerenciamento Eletrônico do Motor. A parceria realizada entre o SENAI e o CEMEQ tem como iniciativa atender às exigências de um mercado cada vez mais competitivo, dinâmico e inovador, desta forma, tendo em vista a qualidade do material didático produzido para os cursos semipresenciais, e a necessidade de disponibilizá-lo também para cursos presenciais, o SENAI/PR lançou em fevereiro de 2007 cursos presenciais dos módulos de Freios, Motor, Eletroeletrônica Embarcada e Gerenciamento Eletrônico do Motor. Neste módulo presencial de Motor você receberá um Guia de Estudos, que trata do funcionamento dos motores e de seus componentes. Os conhecimentos técnicos são únicos e foram elaborados com informações fornecidas diretamente pelos principais fabricantes de motores da indústria automobilística. Vamos lá! apresentação sumário PRINCíPIOS FíSICOS DA FRENAGEM Frenagem por atrito ................................................... |15 Inércia ...................................................................... |15 Fricção ..................................................................... |15 Coeficiente de atrito .................................................. |15 Massa do corpo ....................................................... |16 Materiais .................................................................. |16 Superfícia de contato ................................................. |17 Natureza da superfícia. .............................................. |17 Formas de energia .................................................... |17 Energia cinética ......................................................... |17 Energia térmica ......................................................... |18 Fade ........................................................................ |18 Coeficiente de atrito estático e de deslizamento ........... |18 Eficácia da frenagem ................................................. |18 Conceitos básicos de hidráulica ................................. |19 Incompressiblidade dos fluidos ................................... |19 Pressão ..................................................................... |19 Força ....................................................................... |20 Outros fatores ........................................................... |21 FREIOS A TAMBOR Componentes e funcionamento dos freios a tambor ..... |25 Sistemas de comando ................................................ |25 Disposição das sapatas .............................................. |26 Ancoragem fixa ......................................................... |26 Ancoragem flutuante ................................................. |27 Cilindro da roda ....................................................... |28 Funcionamento do cilindro da roda ............................ |28 Tambor de freio ......................................................... |29 Guarnições do freio (lonas) ........................................ |29 Pó de amianto .......................................................... |31 Regulagem das guarnições (lonas) e molas ................. |32 Mecanismo de regulagem única ................................. |33 Mecanismo de regulagem progressiva para os freios de ponto de ancoragem fixa ............................. |33 Mecanismo de regulagem progressiva para freios de sapatas flutuantes ....................................... |34 Mecanismo comandado pelo freio de estacionamento .... |35 Freios de estacionamento ........................................... |36 aula 1 aula 2 sumário Tipos de freios de estacionamento .............................. |36 Freio de estacionamento integrado aos freios do tambor traseiro ..................................................... |36 Freio a tambor .......................................................... |37 Vantagens ................................................................. |37 Desvantagens ........................................................... |37 FREIOS A DISCO Princípio de funcionamento ........................................ |41 Funcionamento dos freios a disco ............................... |41 Tipos de freios a disco ............................................... |42 Freios a disco com pinça fixa ...................................... |43 Freio a disco com pinça flutuante ............................... |43 Freios a disco traseiro ................................................ |44 Pistão de freios a disco .............................................. |45 Disco de freio ........................................................... |45 Pastilhas de freio ....................................................... |46 Características essenciais das lonas e das pastilhas de freio ....................................................... |46 Resistência ao fade .................................................... |46 Recuperação ............................................................. |47 Existência de fade retardado ...................................... |48 Sensibilidade à velocidade ......................................... |48 Estabilidade .............................................................. |48 Sensibilidade à água ................................................. |49 Mínima sensibilidade à umidade ................................ |49 Mínimo desgaste de lonas e de pastilhas ..................... |50 Mínimo desgaste dos tambores e dos discos de freio .... |50 Freio de estacionamento auxiliar empregado com um sistema de freios a disco traseiro ................... |51 Freio de estacionamento com pinças integradas mecanicamente ......................................................... |51 Vantagens dos freios a disco ...................................... |52 CIRCUITO HIDRÁULICO DOS SISTEMAS DE FRENAGEM Componentes do circuito hidráulico dos sistemas defrenagem ............................................................ |55 Cilindro-mestre ......................................................... |56 Cilindro-mestre simples .............................................. |57 Cilindro-mestre duplo ................................................ |58 aula 4 aula 3 sumário sumáriosumário Cilindro-mestre duplo escalonado ou de ação rápida . |60 Válvula de retenção de pressão interna do cilindro-mestre ......................................................... |62 Válvula de pressão residual externa do cilindro-mestre . |62 Reservatório .............................................................. |63 Tubulação hidráulica ................................................. |63 Tubulação flexível ...................................................... |63 INDICADOR DA QUEDA DE PRESSãO E VÁLVULAS AUxILIARES Indicador de queda de pressão .................................. |67 Limitador de frenagem ............................................... |68 Compensador de frenagem........................................ |68 Válvulas corretoras de frenagem sensíveis a carga ....... |69 Fluido de freio .......................................................... |70 Características .......................................................... |70 Normas relativas ao fluido de freio ............................. |71 Troca do fluido de freio .............................................. |71 Contaminação .......................................................... |71 Manipulação e armazenagem do fluido de freio .......... |71 SISTEMA DE FREIO ASSISTIDO Válvula de retenção ................................................... |75 Servofreio a depressão .............................................. |75 Tipos de servofreios ................................................... |76 Válvula de controle .................................................... |76 Sistema de frenagem assistida hidraulicamente ............ |78 Funcionamento ......................................................... |79 Funcionamento do acumulador .................................. |80 Sistema de assistência hidrovácuo .............................. |82 FREIOS ABS Histórico ................................................................... |87 Itens de segurança .................................................... |87 Funcionamento ......................................................... |88 Fatores de influência .................................................. |90 aula 5 aula 6 aula 7 sumáriosumário aula 11 DIFERENCIAçãO DOS SISTEMAS ABS Sistema de quatro canais ........................................... |95 Sistema de três canais ................................................ |96 Sistema de dois canais ............................................... |96 Sistema de um canal ................................................. |97 UNIDADE DE COMANDO ELETRôNICO DO SISTEMA DE FREIO ABS Unidade de comando eletrônico................................ |102 Desempenho da unidade de comando no funcionamento geral do sistema ................................ |105 UNIDADE DE COMANDO HIDRÁULICO DO SISTEMA DE FREIOS ABS Central hidráulica ..................................................... |109 Bomba .................................................................... |110 Anomalias previsíveis ................................................ |111 Acumulador ............................................................. |111 Eletroválvula principal ............................................... |112 Anomalias previsíveis da eletroválvula principal .......... |113 COMPONENTES ELÉTRICOS DO SISTEMA DE FREIO ABS Comando das eletroválvulas ..................................... |117 Anomalias previsíveis no comando das eletroválvulas ... |119 Monocontato ........................................................... |119 Interruptor da lâmpada de advertência do nível do fluido ................................................................. |120 Sensores de velocidade das rodas ............................. |120 Anomalias previsíveis dos sensores de velocidade das rodas ................................................................ |123 Relé......................................................................... |123 Luzes de advertência do sistema ................................ |124 Interruptor das luzes de freio ..................................... |124 FUNCIONAMENTO DOS FREIOS ABS Etapas de funcionamento do sistema ABS................... |129 aula 12 aula 10 aula 9 aula 8 sumário sumáriosumário aula 13 aula 14 anexo 1 anexo 2 Aumento da pressão ................................................. |130 Manutenção da pressão ........................................... |131 Redução da pressão ................................................. |131 Sistema ABS de tipo integral ...................................... |133 Ausência de freios .................................................... |133 Freios normais.......................................................... |134 Freios ABS ............................................................... |135 Principais fabricantes ................................................ |136 SISTEMA ANTIPATINAGEM ASR Funcionamento ........................................................ |139 Anomalias previsíveis ................................................ |140 SISTEMA DE CONTROLE DIRECIONAL ESP Função .................................................................... |147 PRINCíPIOS BÁSICOS DE METROLOGIA Micrômetro .............................................................. |155 Paquímetro .............................................................. |156 Relógio comparador ................................................. |159 PRINCíPIOS BÁSICOS DE USO DO MULTíMETRO Multímetro ............................................................... |165 CRÉDITOS ............................................................... |169 sumário Pr in cí pi os F ís ic os d a Fr en ag em | 1 3 Nesta aula você estudará os principais conceitos físicos da frenagem por atrito, tais como inércia, fricção e coeficiente de atrito. Estudará também as formas de energia empregadas na dinâmica dos freios e os conceitos básicos de hidráulica, incluindo a incompressibilidade dos fluidos, pressão e força. FR EI O S | 1 4 Pr in cí pi os F ís ic os d a Fr en ag em | 1 5 PRINCíPIOS FíSICOS DA FRENAGEM frenagem por atrito O princípio da frenagem por atrito data do início do século xIx. Efetivamente, as carroças que percorriam o interior utilizavam uma sapata, ou cunha triangular, ancestral das sapatas de hoje, que pressionava, com a ajuda de uma alavanca, a bandagem de ferro da roda, a fim de diminuir a velocidade e imobilizar o veículo. Para compreender o que se passa durante a frenagem por atrito, ou como se freia, estudaremos alguns princípios que envolvem a base do funcionamento de todos os sistemas atuais de frenagem. inércia Define-se inércia como a propriedade que todos os corpos têm de se opor, por uma força interior, à modificação de seu estado de movimento ou de repouso. Por exemplo, é a inércia que faz os ocupantes de um veículo se projetarem para trás no momento da partida, e para frente se esse veículo pára bruscamente. Em outras palavras, um corpo é incapaz de se colocar em movimento, ou, se já está em movimento, de modificar sua velocidade, sua direção ou de se imobilizar sem a ajuda de uma força exterior. A inércia de um corpo é diretamente proporcional à massa desse mesmo corpo. fricção A fricção consiste na resistência a um movimento entre duas superfícies em contato. Ela provém do deslizamento de um objeto sobre outro; sem fricção não poderíamos parar um carro. Coeficiente de atrito O atrito é definido como uma força que se opõe ao deslizamento de uma superfície sobre uma outra. Só existe fricção quando ocorre atrito de uma superfície sobreoutra. FIGURA 1 - ESQUEMA DO FREIO DE UMA CARROçA FR EI O S | 1 6 Os fatores que influenciam o atrito são: a massa da carga a se deslocar, a natureza e a rugosidade das superfícies. Para determinar o coeficiente de atrito é preciso dividir o valor da força necessária para manter o deslocamento pela massa do objeto a se deslocar. Por exemplo, o coeficiente de atrito de um bloco de madeira que desliza sobre uma superfície de ferro fundido é elevado, uma vez que se impõe uma força de aproximadamente 45,36 kg para deslocar um bloco de madeira de uma massa de 90,72 kg, seja 45,36 kg / 90,72 kg = 0,5. Se substituirmos a madeira por bronze, o coeficiente de atrito torna-se mais baixo, seja 18,4kg/ 90,72 kg = 0,2. O coeficiente de atrito depende então de diferentes fatores, notadamente da massa e da temperatura. Para assegurar uma frenagem adequada, o coeficiente de atrito das guarnições deve oscilar entre limites estreitos de temperatura. Tanto é que, se a temperatura do material de fricção dos freios se mantiver nesses limites, as guarnições, trabalhando na temperatura determinada pelo fabricante, assegurarão uma frenagem satisfatória; por outro lado, se o coeficiente de atrito diminuir muito, a temperatura excederá ao valor determinado pelo fabricante. Massa do corpo Sabemos que quanto mais se aumenta a massa de um corpo, mais força será necessária para deslocar essa massa (figura 2). A massa influencia, assim, diretamente, a pressão de uma superfície sobre outra, da mesma forma a resistência ao deslocamento, ou a fricção, também se torna maior. O sistema de frenagem utiliza este princípio: quanto mais pressionamos o pedal de freio, mais a pressão é elevada e mais a resistência oferecida pelo atrito aumenta. Em resumo, a pressão do pé sobre o pedal é transformada em pressão hidráulica, que é transformada em fricção. Essa fricção gera calor e provoca a redução da velocidade. Materiais A natureza do material exerce um efeito importante sobre a fricção. Por exemplo, para movimentar um bloco de borracha com massa de 23 kg sobre uma superfície de cimento, deveremos exercer uma força de aproximadamente 16 kg. Por outro lado, uma força de 1 kg é suficiente para deslocar um bloco de gelo de 23 kg sobre a mesma superfície. Isso demonstra que o material utilizado no sistema de frenagem deve oferecer um coeficiente de atrito elevado, habitualmente entre 0,3 e 0,5, sem apresentar um travamento prematuro da roda. Trata-se de um material composto de fibras, de ligas e de outros materiais. FIGURA 2 - INFLUêNCIA DA MASSA borracha 23kg gelo 23kg superfície de cimento FIGURA 3 - NATUREzA DOS CORPOS Pr in cí pi os F ís ic os d a Fr en ag em | 1 7 Superfície de contato (Área) A superfície de contato do bloco com a superfície sobre a qual ele desliza influencia também o atrito. A distribuição da massa sobre uma superfície maior reduz a pressão exercida pelo bloco sobre a superfície; isso significa que o aumento da superfície de contato com uma pressão constante, produzirá maior resistência ao atrito; esse princípio tem grande importância no sistema de frenagem. Se o coeficiente de atrito for baixo, a frenagem será de má qualidade. Assim, a qualidade do revestimento do chão, dos pneus, o desenho da banda de rodagem, a pressão do ar e as condições atmosféricas influenciam muito na qualidade da frenagem. Formas de energia Energia cinética A energia cinética consiste na energia dos corpos em movimento. Uma pedra que cai e um automóvel percorrendo uma estrada possuem uma certa quantidade de energia cinética. Na frenagem, a força da inércia tende a fazer com que as rodas continuem girando, até que a energia cinética do veículo seja transformada em calor pelo sistema de frenagem. Considerando que a distância de frenagem deve sempre ser mais curta que aquela da aceleração, é preciso então muito mais força (quer dizer, de trabalho em decorrência do tempo) para parar um veículo que para colocá-lo em movimento. Natureza da superfície A rugosidade ou a aspereza das superfícies em contato influenciam também o atrito; quanto mais rugosas as superfícies, mais intenso é o atrito. Por exemplo, o coeficiente de atrito de um pneu sobre o chão recoberto de asfalto, de pedra, de neve ou de gelo varia enormemente: pode passar de 0,6 para 0,01. FIGURA 4 - SUPERFíCIE DE CONTATO (ÁREA) FIGURA 5 - NATUREzA DA SUPERFíCIE DE CONTATO FR EI O S | 1 8 Energia térmica O atrito de uma superfície sobre outra produz calor, ou seja, energia térmica. Diante desse fato, os tambores, os discos, as sapatas, as pastilhas e as pinças de freio assim como o fluido de freio devem resistir às temperaturas elevadas para manter o rendimento do sistema; a temperatura dos freios de um carro rodando a 95 km/h pode atingir 230 ºC durante uma parada de emergência. Fade Quando há um aquecimento excessivo do sistema de freios, ocorre um efeito conhecido como fade ou fading, que é a redução do atrito e, consequentemente, a perda da eficiência da frenagem. O termo fade significa fadiga em inglês, e é utilizado na grande maioria das literaturas técnicas. Coeficiente de atrito estático e de deslizamento O coeficiente de atrito estático é estabelecido levando-se em conta a força necessária para vencer a aderência se opondo ao deslocamento de um corpo imóvel. O coeficiente de atrito de deslizamento é determinado considerando-se a força necessária para manter um corpo em movimento: é a aderência em movimento. O coeficiente de atrito de deslizamento é ligeiramente mais fraco que o do atrito estático. Eficácia da frenagem A frenagem resulta do atrito entre as partes fixas e as partes móveis do sistema de freios de um automóvel. O meio mais eficaz de parar um automóvel consiste em pressionar o pedal do freio com força suficiente para obter o máximo de fricção entre o pneu e o revestimento do solo. Tal condição se produz justamente antes que as rodas bloqueiem e comecem a deslizar. Se houver deslizamento, a perda de aderência entre o pneu e o chão reduzirá a eficácia do sistema de frenagem, além de o condutor perder a estabilidade e a dirigibilidade do veículo. O sistema de frenagem ABS (Anti-lock Brake System) elimina o bloqueio das rodas e permite o máximo de eficácia da frenagem. P = 100kg P = 100kg FIGURA 6 - ATRITO ESTÁTICO FIGURA 7 - ATRITO DE DESLIzAMENTO Pr in cí pi os F ís ic os d a Fr en ag em | 1 9 Vimos os princípios fundamentais relativos à diminuição de velocidade dos corpos por atrito. Para compreender o que se produz verdadeiramente na frenagem de um veículo, devemos combinar esses primeiros princípios com outros princípios fundamentais, tais como o de hidráulica e aqueles que movem as alavancas de multiplicação de força. Os sistemas de frenagem dos automóveis utilizam uma combinação desses princípios que veremos a seguir. Conceitos básicos de hidráulica ar líquido líquido 50kg 50kg FIGURA 8 - INCOMPRESSIBLIDADE DOS LíQUIDOS (wAGNER) FIGURA 9 - PRESSãO IGUAL NUM CIRCUITO FECHADO (wAGNER) Incompressiblidade dos fluidos Para compreender o funcionamento dos freios, é necessário lembrar os princípios de hidráulica. O primeiro grande princípio que é preciso lembrar aqui é que os fluidos são incompressíveis: pouco importa a pressão aplicada sobre um fluido, seu volume permanecerá o mesmo. É isso que diferencia o fluido de um gás ou do ar, porque os dois últimos são compressíveis. Se o ar é introduzido dentro do sistema hidráulico, adquire um aspecto menos rígido, tipo “esponjoso”. É isso que pode ser produzido quando o pedal de freio torna-se mole ou quando se desloca por um longo trajeto. Pressão O segundo princípio demonstra que a pres- são se aplica igualmente sobre todos os pontos do sistema. Em outras palavras, se estabelecermos uma pressão de 50 kg/cm² na saída do cilindros-mestre, esses mesmos 50 kg se aplicarão instantaneamente em todos os sentidos do sistema hidráulico.A pressão consiste na quantidade de força aplicada sobre uma superfície específica e se mede em libras por polegadas quadradas (lb/po²), em kilopascal (kPa), em kg/cm² ou em bar. Quando dizemos que existem 10 lb de pressão em um sistema, é que, na reali- dade, existem 10 lb/po² de pressão. FR EI O S | 2 0 força Em um sistema hidráulico, quando uma pressão é aplicada sobre um pistão, a pressão interna é proporcional à área do pistão (figura 10), isso significa que com a força igual aplicada aos pistões, quanto menor o pistão, maior a pressão no cilindro, uma vez que sobre o pistão maior a força é distribuída sobre uma superfície maior em todos os pontos, assim: P= pressão F= força A= área ou superfície Em um circuito hidráulico fechado, se um pistão é deslocado por uma força exterior (o pé, por exemplo), um outro pistão estará ligado ao primeiro e deverá se deslocar, porque os fluidos não podem ser comprimidos. Então, considerando que o volume ou a quantidade de fluido deslocado é o mesmo de uma parte e de outra, o movimento dos pistões será proporcional ao da sua respectiva superfície (figura 11). P = FA FIGURA 10 - RELAçãO PRESSãO-ÁREA OU SUPERFíCIE (wAGNER) entrada saída 1po² 1po² |<1po>| |<1po>| 2po² 1po² |<1po>| |<2po>| FIGURA 11 - DESLOCAMENTO DOS PISTõES (wAGNER) Pr in cí pi os F ís ic os d a Fr en ag em | 2 1 outros fatores Peso do veículo O peso do veículo apresenta-se como um outro fator importante na aplicação dos freios. Se os freios foram dimensionados para um veículo de 1 000 kg e for sobrecarregado com 2 000 kg, os freios não poderão absorver nem dissipar o calor excessivo que é produzido, portanto serão ineficazes. Velocidade Define-se velocidade como uma grandeza física associada ao movimento de um corpo, que representa a rapidez com que sua posição se altera em relação a um determinado referencial. Classicamente é definida como a relação entre o espaço percorrido durante um determinado tempo. A velocidade é ainda mais importante que o peso do veículo. Quando dobramos a velocidade de um veículo, quadruplicamos a energia necessária para imobilizar esse mesmo veículo. 100 lb/po² 100 lb/po² 200 lb/po² 100 lb/po² 50 lb/po² 2po² 1po² 1/2po² 100 lb/ po² 100 lb/ po² 100 lb/ po² FIGURA 12 - RELAçãO TRABALHO-TRABALHO (wAGNER) Isso significa que para uma dada pressão (dentro de um sistema) aplicada sobre superfícies diferentes, os movimentos e as forças produzidas serão diferentes. A figura 12 representa bem essa situação, juntamente com a decomposição da fórmula de pressão, onde F = P x A. Pontos-chave O atrito diminui a velocidade das rodas trocando a energia cinética de um veículo por energia térmica (calor); o atrito dos pneus sobre o chão pode parar esse veículo; A diminuição de velocidade do carro depende da pressão (peso) exercida sobre o pedal de freio bem como da aderência dos pneus no solo; A incompressibilidade dos fluidos, a pressão, a força e a velocidade identificam-se como as variáveis que sempre se aplicam na frenagem. Fr ei os a T am bo r | 2 3 O uso de freios a tambor é bastante difundido nos automóveis de hoje, e são utilizados principalmente por uma questão de custo e de robustez. Nesta aula você estudará os componentes e o funcionamento dos freios a tambor, do cilindro de roda, além da disposição das sapatas, guarnições de freios e freio de estacionamento. FR EI O S | 2 4 Fr ei os a T am bo r | 2 5 FREIOS A TAMBOR Componentes e funcionamento dos freios a tambor Um freio a tambor elementar é mais utilizado nos freios traseiros dos veículos. Esse freio é constituído de duas sapatas, de um tambor, de um espelho de fixação dos componentes, de um came de acionamento e de um dispositivo de regulagem, que pode ser automático ou não. O tambor de freio móvel (A) é solidário à roda. As sapatas (B) são instaladas sobre um espelho de fixação também chamado de back plate (C), que, por sua vez, é solidário à manga de eixo, ou ao eixo, dependendo do fabricante. Em repouso, as sapatas são mantidas pressionadas sobre o came de acionamento (D) por uma mola de retorno (E) e tal posicionamento evita o atrito da guarnição sobre o tambor. Para o conjunto não girar com o tambor, as sapatas são presas no espelho de fixação por um ponto de ancoragem (F). Sob a ação do came de acionamento (D), o comando pode ser mecânico, hidráulico, pneumático, ou conjugado em arranjos entre os acionamentos. As sapatas movimentam-se em sentidos contrapostos e entram em contato com a parede interna do tambor; a fricção entre os elementos móveis e fixos diminui a velocidade do veículo. Se repousamos o came de acionamento, a mola retorna às sapatas para a posição de repouso e libera o tambor. Sistemas de comando Nos primeiros automóveis, o came era acionado por um varão de ferro, por cabos e por alavancas, que necessitavam de numerosas regulagens e provocavam freqüentemente uma frenagem desigual e pouco eficaz, em razão do grande número de articulações que compunha o sistema. tambor (A) came de acionamento (D) sapata (B) ancoragem (F) sapata (B) flange (C) mola de retorno (E) FIGURA 13 - VISTA DE UM FREIO A TAMBOR ELEMENTAR FIGURA 14 - SISTEMA DE FRENAGEM COMANDADO POR HASTES E ALAVANCAS FR EI O S | 2 6 Hoje, o uso do came é limitado aos grandes caminhões e o seu comando é assegurado por um cilindro pneumático; o volume e a pressão do ar são controlados pelo pedal de freio. Em todos os automóveis, um cilindro instalado na roda é responsável pelo comando hidráulico que substitui o came como meio separador das sapatas. Disposição das sapatas A disposição das sapatas de freio sobre o espelho de fixação pode ocorrer de duas formas, de acordo com a ancoragem: fixa ou flutuante. Cada um desses métodos possui suas particularidades, bem como vantagens e desvantagens. FIGURA 15 - SISTEMA DE FRENAGEM POR COMANDO HIDRÁULICO Ancoragem fixa Os freios com sapatas de ancoragem fixa se agrupam em duas categorias, seja a sapata de cilindro único (figura 16), conhecida como simplex, seja a de cilindro duplo (figura 17) conhecida como duplex. O ponto em comum é que uma das extremidades de cada sapata é pressionada sobre uma ancoragem fixa no espelho de fixação, enquanto que um ou dois pistões hidráulicos comandam a segunda extremidade, que é móvel. Esses dispositivos favo- recem a auto-energização das sapatas ou de uma parte das sapatas, minimizando o trajeto percorrido pelo pedal do freio e aumentando a eficácia do movimento das sapatas. FIGURA 16 - SAPATAS DE ANCORAGEM FIxA COM UM CILINDRO DE RODA (wAGNER) Sistema com cilindro único de roda (simplex) Em um sistema com um só cilindro de roda de duplo efeito, a sapata dianteira, ou sapata primária, beneficia-se do efeito da auto-energização. Esse fenômeno resulta da fricção entre a sapata e o tambor; a força existente em uma extremidade dessa sapata produz uma segunda força que tende a arrastar e a empurrar a outra extremidade comprimida no raio da superfície do tambor. Graças à auto-energização, a pressão aplicada sobre a sapata no raio do tambor é mais importante que a força de abertura das sapatas imprimidas pelo cilindro de roda. Por outro lado, o efeito é contrário sobre a segunda sapata (traseira), e a pressão é então reduzida Fr ei os a T am bo r | 2 7 pelo sentido de rotação. Por conseguinte, o uso das guarnições é desigual, se comparado com o da sapata primária que habitualmente sofre um desgaste mais rápido, porque suporta um esforço de frenagem mais intenso. Sistema com dois cilindros de roda (duplex) Em um sistema de dois cilindros de roda de efeito simples, cada sapata sofre dupla influência. A extremidade da sapata sobre a qual o pistão pressiona sofre o efeito de auto-energização, e aquela de ancoragem sofre efeito inverso. O desgaste das sapatas é maior sobre as partes em que se aplica a auto-energização.A eficiência da frenagem em marcha para frente é melhor que sobre o freio com sistema simplex, mas inferior na marcha a ré, já que o efeito da auto-energização não está presente. Ancoragem flutuante O segundo tipo de ancoragem, denominado de sapatas flutuantes ou sapatas interativas, não possui um ponto fixo de ancoragem no sistema. Quando os freios são aplicados e o automóvel está em marcha para frente, a sapata dianteira (primária) entra em contato com o tambor e é contraído pela força da fricção (figura 18). Sob o efeito da rotação, a sapata primária apóia-se sobre a sapata secundária, que gera em sua volta um movimento de rotação até que ela entre em contato com o ponto de ancoragem. Esses movimentos de rotação favorecem a auto-energização das duas sapatas, melhorando a eficácia da frenagem e distribuindo melhor o esforço para tal realização; dessa forma, podemos observar um uso mais uniforme das sapatas. Por outro lado, a necessidade de contato total com o jogo de sapatas dentro do sistema necessita de um maior curso do pedal de freio. FIGURA 17 - SAPATA DE ANCORAGEM FIxA COM DOIS CILINDROS DE RODA (wAGNER) sapata primária fechamento da sapata primária PARA FRENTE fechamento da sapata secundária pela sapata primária PARA FRENTE auto-energização da sapata secundária PARA FRENTE LADO DIREITO LADO DIREITO FIGURA 18 - FASES DO FECHAMENTO DE UM FREIO COM SAPATAS FLUTUANTES (FORD) FR EI O S | 2 8 Cilindro da roda O cilindro de roda funciona como um pequeno macaco hidráulico: um fluido pressurizado empurra para o exterior do cilindro a gaxeta e o pistão, em cuja extremidade estão pressionadas as sapatas de freio; a amplitude do movimento é proporcional ao volume do fluido deslocado. É esse deslocamento que força as sapatas de freio a se pressionarem contra o tambor de freio. Existem diferentes modelos e diferentes diâmetros de cilindros de roda, que podem ser de efeito simples, de duplo efeito ou de duplo efeito com pistões de diâmetros diferentes. Um parafuso de sangria, situado no ponto mais elevado do cilindro, permite expulsar o ar aprisionado decorrente de algum trabalho de reparo no sistema de freios onde há a necessidade de esgotar o sistema hidráulico. Os elementos de um cilindro de efeito simples são: um pistão, uma gaxeta, uma mola, um parafuso de sangria e um guarda-pó. O cilindro de roda do tipo efeito duplo é mais empregado em freios modernos; conta com dois pistões, duas gaxetas, dois guarda-pós e uma só mola entre as duas gaxetas (figura 20). O cilindro de roda do tipo efeito duplo com pistões com diâmetros diferentes às vezes é empregado em sistemas sem servofreio. Sua construção é semelhante à do cilindro de efeito duplo, mas a diferença de superfície dos pistões gera uma força desigual sobre as sapatas. Este sistema não é utilizado no Brasil. Funcionamento do cilindro de roda O funcionamento do cilindro de roda é relativamente simples. O espaço situado entre as gaxetas está sempre cheio de fluido. Quando aplicamos o pé sobre o pedal de freio, um volume adicional do fluido é impelido ao cilindro e empurra as gaxetas e os pistões para fora. O deslocamento dos pistões força as sapatas a friccionarem os tambores. A estanqueidade do cilindro é assegurada por gaxetas cuja forma obriga a pressão interna a forçar as bordas dessas gaxetas a se comprimirem contra a parede do cilindro. Em repouso, quando a pressão estiver relaxada, elas serão mantidas no lugar por uma mola e por uma pressão residual que ajudarão a garantir uma boa vedação. pinoguarda-pó pistão gaxeta cilindro pino guarda-pó pistão gaxeta mola parafuso de sangria FIGURA 20 - COMPONENTES DE UM CILINDRO DE RODA DE EFEITO DUPLO (GENERAL MOTORS) de efeito simples gaxeta de duplo efeito mola pistão parafuso de sangria guarda- pó pequeno diâmetro grande diâmetro pistões de diâmetros diferente FIGURA 19 - CILINDROS DE RODA (wAGNER) Fr ei os a T am bo r | 2 9 Tambor de freio O efeito de frenagem resulta diretamente da fricção das guarnições sobre a parede interna dos tambores. Essa ação produz calor, que os tambores devem absorver e dissipar rapidamente. Se o calor tornar-se excessivo, produzirá uma deformação no tambor e uma diminuição do efeito de frenagem, freqüentemente chamado fade. A superfície de fricção de ferro fundido deve permanecer redonda e lisa, apesar da dilatação. O cubo de montagem do tambor é habitualmente fabricado com ferro fundido no próprio tambor, com aço ou com alumínio (figura 21). Alguns tambores possuem aletas para dissipar o calor; outros são cercados por uma mola que atenua as vibrações. O tambor é ligado à roda por intermédio de um flange (normalmente com o cubo de roda) solidário ao tambor de freio. Guarnições do freio (lonas) As sapatas de freio servem de suporte às guarnições de fricção. O material empregado para a guarnição exerce uma grande influência sobre a qualidade da frenagem. Não existe guarnição “universal”, e a escolha dessa peça está ligada às características do veículo. A troca de uma guarnição por outra poderá se revelar perigosa e comprometer a segurança dos passageiros. De maneira geral, uma guarnição se compõe principalmente de: fibras de reforço: que utilizavam, até recentemente, amianto branco (crysotile) ou silicato de magnésio, que se revelaram causadoras de doenças profissionais, tais como amiantose e mesotelioma; outros materiais fizeram sua aparição no mercado: fibras aramidas (kevlar), aço, vidro, cerâmica, grafite que resistem melhor ao uso e posssuem um coeficiente de atrito mais elevado. elementos metálicos: desempenham a tarefa de dissipar o calor gerado durante o uso do material de fricção. redutores de atrito: cumprem a função de contrabalancear a ação do abrasivo a fim de evitar que o material se torne agressivo ao disco. catalizadores: consolidam a resina no seu processo de cura. compostos orgânicos: em alguns casos, servem como aglomerantes ou material de liga entre os componentes. abrasivos: fornecem o atrito. corantes: melhoram a estética do material. tambor de freio tambor de freio ponta de eixo cubo parafuso FIGURA 21 - TAMBOR DA RODA FR EI O S | 3 0 As lonas de freio, que equipam a grande maioria dos eixos traseiros dos automóveis, têm seu coeficiente de atrito calculado na engenharia levando-se em conta a relação da área de atrito entre lonas e tambor, peso, potência e a utilização a que se propõe ao veículo. Além da escolha do material, a compactação dada à guarnição determinará as características do atrito e do desgaste. Se essa compactação for macia, o coeficiente de fricção será muito elevado, o que provocará um desgaste rápido e um risco de travamento precoce dos freios. Por outro lado, se for dura, tenderá a reduzir o coeficiente de atrito, impedindo consideravelmente o desgaste das guarnições. Este tipo de guarnição demanda um esforço adicional sobre o pedal de freio e proporciona uma frenagem menos eficaz, acelerando o desgaste das pastilhas usadas no eixo dianteiro. A guarnição do freio deve igualmente dispor das seguintes características: ser influenciada o menos possível pela umidade; não absorver a poeira do tambor; funcionar silenciosamente e sem odor quando aquecida e exigida; possuir resistência ao fade; dispor de rápida recuperação pós-aquecimento; não apresentar retardado de fade; reagir a uma mínima sensibilidade à velocidade; possuir boa estabilidade de atrito durante a maior parte de sua vida útil; apresentar um mínimo desgaste do material de fricção. O superaquecimento pode acelerar a deterioração das guarnições e provocar o vidramento, o que reduzirá tanto a resistência à fricção quanto o efeito de dureza do pedal. Ambas as guarnições são freqüentemente usadas apresentando comprimentos diferentes. Veremos mais adiante, em pastilhas de freio, um texto que detalhará melhor as particularidades dos materiais de fricção das guarnições/lonasde freio e das pastilhas, que devem possuir as mesmas características. Pó de amianto Muitas guarnições e pastilhas de freios possuem em sua fabricação, ainda hoje, fibras de amianto que o atrito transforma em poeira tóxica. A exposição repetida e a inalação de pó de amianto constituem um perigo para a saúde. É importante tomar todas as precauções para evitar que a poeira acumulada sobre tambores das rodas e sobre os espelhos de fixação se espalhem pelo ar durante a limpeza a seco. A poeira suspensa no ar, liberada após uma limpeza com ar comprimido ou com uma escova seca, é extremamente perigosa. Por isso, atualmente, é recomendada a utilização de aparelhos especiais, evitando-se que a poeira permaneça suspensa (figura 22). A poeira deve ser colocada em sacos herméticos, mencionando-se a natureza do seu conteúdo antes de dispensá-la, respeitando-se as normas em vigor. Por conseqüência, é muito importante jamais utilizar uma pistola de ar para retirar a poeira dos freios, porque ela é muito mais perigosa quando se encontra em suspensão no ar. Fr ei os a T am bo r | 3 1 Quando um aspirador equipado com um saco adequado para a recuperação de poeira não for utilizado, a limpeza deve ser efetuada com um líquido especial encontrado no mercado em forma de spray ou com álcool desidratado. Como esse procedimento pode colocar a poeira tóxica em suspensão no ar, recomendamos que a pessoa utilize uma máscara de proteção. Existe também a possibilidade de proceder a lavagem utilizando pincel e solvente adequado (como o álcool), sempre cuidando para não levantar a poeira tóxica e inalá-la. Quando temos que intervir sobre um sistema qualquer, é muito importante seguir à risca os métodos de manutenção e de reparação descritos pelo fabricante, uma vez que toda pessoa que ignora as recomendações enunciadas no manual de reparação pode comprometer sua segurança e a dos outros, bem como danificar o veículo. FIGURA 22 - APARELHO DE RECUPERAçãO DAS POEIRAS DE AMIANTO FIGURA 23 - APARELHO QUE SERVE PARA LAVAGEM DOS ESPELHOS DE FIxAçãO FR EI O S | 3 2 OUTROS PERIGOS Além dos riscos para a saúde ocasionados pela poeira de amianto, outros perigos se associam em procedimentos de reparação dos freios. Entre eles, mencionamos a desmontagem das molas de retorno, que possuem alta pressão. É necessário retirá-las e recolocá-las durante a manutenção dos freios (figura 24). A utilização de ferramentas especiais (figura 25) diminui muito os riscos de ferimentos nas mãos durante esse procedimento. A manipulação do fluido de freio representa um outro perigo à saúde, especialmente para os olhos. A utilização de óculos de proteção é prescrita quando há um trabalho sobre o sistema de frenagem. O fluido de freio compõe-se de uma mistura de poliéster e de glicol que pode danificar a pintura do automóvel. Por essa razão, é preciso sempre enxaguar o local em que o fluido de freio tenha sido, acidentalmente, derramado. Regulagem das guarnições (lonas) e das molas A folga entre o tambor e a guarnição destaca-se como um desgaste de extrema importância. Os sistemas de regulagem automática ou manual, devem prevenir uma regulagem adequada a fim de manter uma folga mínima entre a guarnição e o tambor, tal disposição garantirá sempre um pedal de freio com a altura correta para assegurar um bom funcionamento dos freios. As molas possuem grande influência na regulagem das guarnições; as molas de retorno são empregadas para devolver as sapatas ao seu alojamento, outras servem para reter as sapatas (conhecidas como molas centralizadoras) perto do espelho de fixação dos freios e compõem os dispositivos de regulagem automática que variam muito conforme os modelos oferecidos pelos fabricantes. Os principais tipos de mecanismos de regulagem automática montados nos freios a tambor são os seguintes: de regulagem única; de regulagem progressiva para freios com ponto de ancoragem fixa; FIGURA 24 - VISTA DE UM ESPELHO DE FIxAçãO DE FREIO TRASEIRO COM SAPATAS E COM MOLAS FIGURA 25 - FERRAMENTAS ESPECIAIS PARA A RETIRADA E PARA A COLOCAçãO DE MOLAS Fr ei os a T am bo r | 3 3 de regulagem progressiva para freios com sapatas flutuantes; comandados pelo freio de estacionamento. Mecanismo de regulagem única O mecanismo de regulagem única (figura 26) é montado em certos freios a tambor dotados de ponto de ancoragem fixa. A regulagem única é efetuada desde que o coeficiente de desgaste entre as guarnições e o tambor seja atingido. Mecanismo de regulagem progressiva para os freios de ponto de ancoragem fixa O segundo tipo de mecanismo de regulagem automática encontra-se também nos freios a tambor de ancoragem fixa. É efetuada uma regulagem progressiva durante a frenagem quando a folga de desgaste é suficientemente importante para permitir que a alavanca do mecanismo possa transpassar um dente da roda estrelada. A regulagem se efetua dirigindo o veículo por uns três metros em marcha para frente; depois, fazendo marcha a ré, atuando sobre o pedal de freio para deter completamente o veículo. Os pistões do cilindro da roda separam as duas sapatas uma da outra. Sob o efeito desse movimento, a mola de retorno do parafuso do dispositivo de regulagem puxa a alavanca, que transpassa um dente da roda estrelada (figura 27). Quando o desgaste das guarnições atinge um certo coeficiente em relação à regulagem precedente, a alavanca atravessa um dente e se engrena com a roda estrelada. Quando os freios estão soltos, o dispositivo de regulagem livra a alavanca, que gira para baixo e faz virar a roda estrelada, que afasta as sapatas. A roda estrelada é deslocada em um dente a cada vez que o desgaste das guarnições atinge um dado valor. Esse mecanismo de auto-regulagem mantém uma folga apropriada das sapatas, apesar do desgaste das guarnições. Ainda que o princípio de funcionamento permaneça o mesmo, a disposição dos componentes desse mecanismo pode variar de um fabricante para outro. haste de apoio haste de apoio dispositivo de regulagem FIGURA 26 - MECANISMO DE REGULAGEM úNICA (FORD) mola do dispositivo de regulagem haste de acionamento roda dentada sapata secundária FIGURA 27 - MECANISMO DE REGULAGEM PROGRESSIVA DE UM FREIO DE PONTO DE ANCORAGEM FIxA (FORD) FR EI O S | 3 4 Mecanismo de regulagem progressiva para freios de sapatas flutuantes O terceiro tipo de mecanismo de regulagem igualmente progressiva é montado nos freios de sapatas flutuantes (figura 28). Seus principais elementos são uma alavanca, um cabo e um guia. Uma extremidade do cabo é fixada na alavanca do dispositivo de regulagem e a outra é presa no eixo de ancoragem. O cabo passa por um guia solidário da sapata secundária. A regulagem se efetua automaticamente quando os freios são acionados durante a marcha a ré do veículo. A extremidade superior da sapata primária é forçada contra o eixo de ancoragem pelas forças do atrito (figura 28). O cilindro da roda afasta tanto a extremidade superior da sapata secundária quanto o guia do cabo do eixo de ancoragem. Sob o efeito desse movimento, o cabo puxa a alavanca de regulagem para o alto, para cima do dente da roda estrelada. Quando a sapata secundária é usada em um certo coeficiente em relação à regulagem precedente, a alavanca atravessa um dente e se engaja na roda estrelada. Quando os freios estão soltos, a mola do dispositivo de regulagem puxa a alavanca para baixo, isto faz girar a roda estrelada para afastar as sapatas (figura 29). Novamente a disposição dos componentes pode variar de um fabricante para outro; é assim que a alavanca ou as hastes desempenham, às vezes, a mesma função do cabo e da alavanca do dispositivo anterior (figura 30). pino de ancoragem guia sapata secundária cabo dispositivo de acionamento roda dentada mola do dispositivo de regulagem FIGURA 28 - MECANISMO DE REGULAGEM PROGRESSIVA DE UM FREIO DE SAPATAS FLUTUANTES (FORD) FIGURA29 - AçãO DE UMA ALAVANCA SOBRE RODA ESTRELADA (FORD) Fr ei os a T am bo r | 3 5 Mecanismo comandado pelo freio de estacionamento Os mecanismos de regulagem comandados pelo freio de estacionamento funcionam de modo comparável àqueles de regulagem única. O mecanismo de recuperação da folga pode localizar-se na haste de acionamento do freio de estacionamento (figura 31); a separação das sapatas permite uma distância suficientemente importante para transpassar um dente da roda estrelada ou da cunha de regulagem, o que aproxima as sapatas do tambor. alavanca de comando alavanca do dispositivo de regulagem alavanca alavanca do dispositivo de regulagem roda dentada alavanca anti-ruído alavanca anti-ruído mola neutralisadora mola neutralizadora DISPOSITIVO QUE EVITA UMA REGULAGEM MUITO APERTADA DURANTE UMA DEFORMAçãO DO TAMBOR DISPOSITIVO QUE EVITA UMA REGULAGEM MUITO APERTADA DURANTE UMA FREIADA BRUSCA hastes alavanca de articulação hastes alavanca de articulação haste alavanca de comando do reguladorroda dentada alavanca de comando do regulador mola antisobrecarga articulação roda dentada FIGURA 30 - DIFERENTES VERSõES DE UM MESMO PRINCíPIO DE REGULAGEM (FORD) alavanca distância alavanca do freio de estacionamento mola de retorno da alavanca FIGURA 31 - MECANISMO DE REGULAGEM COMANDADA PELO FREIO DE ESTACIONAMENTO (wAGNER) FR EI O S | 3 6 Freios de estacionamento Esta seção apresenta os principais tipos de freios de estacionamento e também o funcionamento de cada um deles. O freio de estacionamento apresenta-se como um freio de comando mecânico que imobiliza o veículo quando ele está estacionado; ele pode ser acionado com a ajuda do pé ou da mão e o seu comando é totalmente independente do circuito hidráulico. Tipos de freios de estacionamento Os freios de estacionamento freqüentemente mais empregados são: o freio de estacionamento integrado aos freios do tambor traseiro; o freio de estacionamento auxiliar a tambor, integrado com o sistema de freios a disco traseiro; o freio de estacionamento sobre a transmissão, independente dos freios traseiros, também chamado freio da árvore de transmissão; o freio de estacionamento sobre os freios do disco traseiro (o acionamento das pinças se faz mecanicamente). Freio de estacionamento integrado aos freios do tambor traseiro Quando se puxa a alavanca do freio de estacionamento, o cabo dianteiro levanta um equalizador que estende os dois cabos de freios traseiros. Esses cabos são fixados nas alavancas no interior dos tambores de freios traseiros (figura 32). A alavanca e as hastes empurram as sapatas e as guarnições contra os tambores e freiam o veículo. As sapatas são mantidas nessa posição até que relaxemos o freio por meio da alavanca, ou do pedal do freio de estacionamento. ponto de ancoragem na alavanca ponto de ancoragem no espelho de freio ponto de ancoragem no eixo traseiro FIGURA 32 - REPRESENTAçãO DE UM TIPO DE FREIO DE ESTACIONAMENTO (FORD) Fr ei os a T am bo r | 3 7 freio a tambor vantagens concepção simples e de grande confiabilidade; o fenômeno de auto-energização, próprio deste tipo de freio, reduz todo o esforço, aumentando o efeito de frenagem; seus elementos estão localizados no interior do disco de roda, ao abrigo de projeções externas; facilidade de montar um freio de estacionamento de comando mecânico. Desvantagens a dimensão dos freios a tambor é limitada pelo diâmetro da roda; a substituição das guarnições toma mais tempo que a de um freio a disco; os dispositivos de regulagem automática dos jogos de guarnições são mais complexos; a evacuação da poeira resultante da abrasão e do calor se faz com dificuldade; tendência particular ao superaquecimento, também denominado fade, em decorrência do projeto construtivo. FIGURA 33 - PEçAS DE UM FREIO DE ESTACIONAMENTO - PARTE DA RODA (GENERAL MOTORS) eixo do mecanismo braço de reaçãosapata alavanca do freio de estacionamento FR EI O S | 3 8 Pontos-chave O sistema de freio a tambor era utilizado no começo do século nos primeiros automóveis; O princípio de frenagem permaneceu o mesmo; somente os meios de aplicação modificaram-se com o tempo; Os principais componentes de um freio a tambor são duas sapatas, um tambor, um espelho de fixação, um came de acionamento e um dispositivo de regulagem; No momento da frenagem, o came comanda as sapatas, que entram em contato com o tambor, diminuindo a velocidade do veículo. O relaxamento do came força o retorno das sapatas para sua posição inicial; Distinguimos dois tipos de montagem de sapatas de freio: de ancoragem fixa, com um ou dois cilindros de roda; de sapatas flutuantes. O cilindro da roda age como um pequeno macaco hidráulico, seu deslocamento serve para pressionar as sapatas de freio sobre o tambor; As guarnições de freio devem possuir as seguintes características: serem influenciadas o menos possível pela umidade; não absorver a poeira do tambor; funcionar silenciosamente e sem odor quando ocorrer aquecimento; permanecer eficaz por um período razoável. Os sistemas de regulagem das guarnições deve garantir que elas mantenham-se a uma distância miníma do tambor; As molas são elementos fundamentais nos mecanismos de regulagem, devolvendo as sapatas ao seu lugar ou retendo-as perto do espelho de fixação; Os tipos de freios de estacionamento mais empregados são: integrado aos freios do tambor traseiro, integrado com o sistema de freios a disco traseiro, freio da árvore de transmissão e sobre os freios do disco traseiro. Fr ei os a D is co | 3 9 Os freios a disco começaram a surgir em automóveis no início dos anos 50 como um opcional, sendo instalados nos veículos com alto desempenho para a época. A principal proposta do freio a disco era dissipar melhor o calor, já que seus elementos de fricção ficavam expostos ao ar e, conseqüentemente, a retomada dos freios era muito mais rápida. Nesta aula você estudará as vantagens dos freios a disco, os diferentes tipos de freios a disco e funcionamento de cada um desses tipos, assim como a questão do fluido de freio e a das pastilhas de freio. FR EI O S | 4 0 Fr ei os a D is co | 4 1 FREIOS A DISCO Princípio de funcionamento Quando aplicamos sobre o pedal do freio uma força, a pressão hidráulica proveniente do cilindros-mestre chega aos pistões da pinça e força as pastilhas a comprimirem os dois lados de um disco, girando juntamente com a roda de modo semelhante ao freio de uma bicicleta. Obtemos, assim, uma grande força de frenagem em decorrência do efeito de punho. O emprego de uma pastilha de cada lado do disco permite muitas paradas sucessivas sem diminuição da eficácia desses freios. Cada lado permanece limpo e seco em decorrência da rotação do disco de freio. Encontramos os freios a disco em quase todos os automóveis, sobretudo nos eixos dianteiros e, às vezes, nos eixos traseiros. Encontramos também cada vez mais nos caminhões. Os freios a disco permitem uma frenagem muito mais uniforme, com menos tendência ao fade. Funcionamento dos freios a disco O princípio do funcionamento de todos os freios a disco é similar: consiste em imobilizar um disco entre duas pastilhas instaladas em uma pinça. A ação produzida é comparável àquela de duas paredes de uma morsa que comprimem uma peça. Como as pastilhas agem perpendicularmente ao disco em rotação, o fenômeno de auto-acionamento não existe, e a força de aplicação provém somente da pressão hidráulica. Para produzir uma frenagem eficaz, a pressão é muito importante, ela é a razão que explica a presença de pistões de grande diâmetro e o uso associado, na maioria dos casos, com um servofreio. A técnica adotada para prensar as pastilhas contra o disco é ligeiramente diferente e varia conforme a pinça,que pode ser fixa ou flutuante. No primeiro caso, encontramos um pistão, às vezes dois, montados na pinça de cada um dos lados do disco. A pinça é fixada rigidamente na manga do eixo e não interfere no acionamento dos freios. A pinça deve ser centrada em relação ao disco; ou seja, a pressão exercida sobre as pastilhas é equivalente dos dois lados e o disco não deve sofrer nenhuma deformação lateral (figura 35). porta pinça de freios parafuso-guia pinça de freios pastilha de freio parafuso guia defletor guarda-poeira disco FIGURA 34 - ESQUEMA DE UM FREIO A DISCO (wAGNER) FIGURA 35 - PRINCíPIO DO FUNCIONAMENTO DE UMA PINçA FIxA E DE UMA PINçA FLUTUANTE (FORD) FR EI O S | 4 2 No segundo caso, a força é produzida por um só pistão de um só lado. O pistão força a pastilha contra a superfície do disco e, por reação, a pinça se desloca e puxa a pastilha do lado oposto (figura 35). O deslocamento da pinça flutuante se efetua sobre guias corrediças ou sobre as partes modeladas denominadas guia escorregador. Ao contrário dos freios a tambor, os freios a disco não contam com nenhuma mola de retorno. A tarefa de contrair o pistão, no repouso do pedal, é assumida pelo anel de vedação do pistão. Além de assegurar a vedação entre o cilindro e o pistão, o anel de vedação se deforma e realiza assim o retorno do pistão. Quando a pressão hidráulica diminui, o anel de vedação tende a retomar sua forma e age como uma mola de retorno para contrair o pistão (figura 36). Além disso, à medida que se usam as pastilhas, ocorre um deslocamento mais longo do pistão para recuperar automaticamente a folga em razão do desgaste. Como a força exercida pelo anel de vedação é menor que aquela produzida pelas molas de retorno, é importante que as guias corrediças estejam em bom estado; caso contrário, as pastilhas continuarão friccionando o disco depois do repouso do pedal. Um guarda-pó inserido entre a pinça e o pistão impede a introdução de água ou de impurezas no interior do cilindro da pinça. O deslocamento reduzido do pistão e a força limitada de retração do anel de vedação são dois fatores que tornam o funcionamento do pistão muito vulnerável à presença de corpos estranhos. Um guarda-pó não calafetado pode provocar, em curto tempo, um deslizamento difícil do pistão na pinça e um mau funcionamento dos freios tanto em acionamento como em repouso. Um pistão engripado limita a pressão sobre as pastilhas na frenagem ou dificulta o retorno das mesmas quando o pedal é desacionado. Essas irregularidades provocam um superaquecimento dos componentes e contribuem para uma demora na frenagem do veículo. Tipos de freios a disco Existem muitos tipos de freios a disco, sendo que os mais empregados são os de pinça fixa e de pinça flutuante. pistão pistão o vedador se contrai ao retornar o pistão pinça guarda-pó pinça o vedador se deforma ao avançar o pistão FIGURA 36 - AçõES DO ANEL DE VEDAçãO DO PISTãO (FORD) Fr ei os a D is co | 4 3 Freio a disco com pinça fixa Os freios a disco com pinça fixa possuem dois pistões, ou mais, sendo um conjunto de cada lado do disco (figura 37). Esses pistões empurram as pastilhas sobre o disco, comprimindo- as. Cada pistão recebe uma pressão hidráulica equivalente, e, quando é empurrado sobre as pastilhas, não gera nenhuma deformação lateral do disco. A pinça é mantida solidária à manga de eixo e somente os pistões se deslocam. Freio a disco com pinça flutuante (punho) Em um freio a disco, a superfície de fricção das pastilhas é muito menor que aquela de um freio a tambor. Isso ocorre porque empregamos um pistão mais grosso a fim de compensar a diferença de superfície e obter a mesma força. As pastilhas também são mais espessas. O freio a disco de pinça flutuante utiliza somente um pistão para exercer toda a pressão sobre as pastilhas, para obter uma pressão igual de cada lado do disco; a pinça flutuante comporta-se como um punho sobre um dos lados sobre qual é necessário colocar um apoio capaz de contrapor-se à força a ser aplicada do lado oposto da pinça (figura 38). parafuso da pinça molas pistão pastilha pastilha meia-pinça parafuso de retenção lingüeta anel disco guarda póanel meia-pinça FIGURA 37 - VISTA GERAL DE UM FREIO A DISCO DE SUPORTE FIxO pastilha inferior anel de vedação pistão pressão hidráulica pastilha exterior parafuso da pinça FIGURA 38 - ESQUEMA DE UM FREIO DE PINçA FLUTUANTE (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 4 4 A pinça é instalada na manga de eixo sobre o disco; uma pastilha de freio é fixada no pistão e a outra é fixada na pinça. O fluido proveniente do cilindros-mestre age sobre o pistão, provocando um movimento da pastilha em direção ao disco. Quando a pastilha entra em contato com o disco, a pressão do fluido é exercida na superfície da pinça, arrastando e deslocando essa pinça até que a pastilha exterior entre também em contato com o disco. Nesse momento, a pressão age sobre as duas superfícies (pistão e pinça), assegurando o fechamento das pastilhas contra o disco, o que promove a frenagem. Freios a disco traseiro O uso de freios a disco traseiro tornou-se emprego comum. A construção e o funcionamento desses freios são parecidos com os de freios a disco montados na dianteira. Existe uma exce- ção a esta regra: em certos veículos, a pinça fecha um mecanismo de comando de pastilhas, que, além de assegurar uma frenagem regular, desempenha também a função de freio de estacionamento (figura 39). A alavanca é comandada pelo cabo de freio de estacionamento, que é ligado ao mecanismo do freio dentro do alojamento da pinça. A alavanca provoca a rotação do eixo, que comporta três entalhes nas quais as esferas repousam quando o freio de estacionamento é desativado. Quando o eixo gira, as esferas saem dos entalhes e empurram o parafuso maciço em direção ao pistão, que empurra as pastilhas contra o disco. Quando a alavanca do freio está desativada, as esferas retornam para os entalhes e o pistão se retrai. O mecanismo do freio de estacionamento conta com um dispositivo encarregado de recuperar automaticamente a folga do desgaste das guarnições das pastilhas. dispositivo de regulagem automática pistão mecanismo do freio de estacionamento alavanca de comando eixo esfera fuso de compensação FIGURA 39 - VISTA EM CORTE DE UMA PINçA UTILIzADA COMO FREIO DE ESTACIONAMENTO (FORD) Fr ei os a D is co | 4 5 Pistão de freios a disco Você sabe que a frenagem com os freios a disco resulta do atrito das pastilhas dispostas em cada lado de um disco. Esse atrito depende da pressão hidráulica aplicada sobre o pistão na pinça. Além do pistão, o freio comporta um guarda-pó e uma vedação específica, concebida de maneira a assegurar a vedação entre o pistão e o cilindro, e a agir como mola de retorno do pistão após a frenagem (figura 40). A vedação se deforma quando ocorre o deslocamento do pistão pela frenagem e, quando a pressão diminui, ela retoma sua forma e age como uma mola, retraindo o pistão, o que afasta as pastilhas do disco. Disco de freio O disco de freio é fabricado com ferro fundido cinzento, mas também com fibra de carbono, tais como os utilizados nos veículos de Fórmula 1 e nos carros superesportivos. Quanto aos tipos, podem ser dois: com forma maciça, usada nos primeiros carros com esse dispositivo e, atualmente, nos freios traseiros em modelos não muito potentes, que são bem menos exigidos. O disco ventilado se identifica como aquele que possui uma série de furos entre as superfícies de fricção para ajudar no resfriamento do disco; ou, ainda, pode dispor de vários furos ou rasgos na própria superfície dos discos que, conforme a velocidade do componente, aumenta sua ventilação que flui através desses orifícios, dissipando o calor do ar que circula pelo disco de freio (figura 41). FIGURA 40 - AçãO DA JUNTA DO PISTãO DO FREIO A DISCO (GENERAL MOTORS) vedadorguarda-pó pistão sem aplicação freiosaplicados freios desaplicados disco ventilado em direção ao exterior disco sólido em direção ao exterior FIGURA 41 - ESQUEMA DE UM DISCO VENTILADO E DE UM DISCO PLENO (wAGNER) FR EI O S | 4 6 Pastilhas de freio As pastilhas funcionam como um suporte de aço sobre o qual fixamos uma guarnição de fricção por colagem ou por rebites (em desuso). De acordo com a natureza do material empregado, a guarnição se classifica em duas categorias: semimetálica ou orgânica. A guarnição semimetálica é formada de materiais de fricção metálicos, sob forma de pó ou de partículas ligadas por resinas sintéticas. A primeira função do metal é a de assegurar uma boa transferência de calor, e a escolha depende parcialmente da quantidade de calor a ser dissipado. Habitualmente, os metais mais duros, como o ferro e o aço, são empregados sobre as pastilhas destinadas aos automóveis de caráter esportivo. Nos carros de passeio, a concentração de metais duros é inferior e fazemos o uso dos metais mais moles, como o cobre ou o bronze. Para as guarnições orgânicas, os materiais de fricção são notadamente a cerâmica, o carbono e a fibra de carbono (usados em carros esportivos), já os aglutinantes são orgânicos. A maior parte das pastilhas possui um dispositivo de aviso de desgaste, que pode ser sonoro ou eletromecânico. Quando a pastilha atinge uma dada espessura, um barulho estridente se faz ouvir na frenagem, ou um aviso luminoso se acende no painel do veículo. Características essenciais das lonas e das pastilhas de freio As lonas e as pastilhas de freio devem possuir determinadas características, de forma a garantir segurança e bom desempenho. São nove as características mais importantes e estão descritas a seguir: Resistência ao fade Fade é o termo utilizado para designar o efeito de perda de atrito de uma lona ou de uma pastilha, provocado pelo calor gerado durante as frenagens. Qualquer lona ou pastilha de freio, quando submetida a altas temperaturas, apresentará fade. Portanto, a principal diferença entre lonas e pastilhas de qualidade, e lona e pastilhas inferiores reside na resistência ao fade. Assim, lonas e pastilhas de qualidade suportam temperaturas mais elevadas que lonas e pastilhas de baixa qualidade.Quando atinge o ponto de fade, a lona e a pastilha de boa qualidade perdem gradualmente sua eficiência, exigindo que o motorista passe a pressionar com mais intensidade o pedal do freio. O fade gradual passa, assim, a ser um mecanismo de aviso, possibilitando, ainda, um controle adequado sobre o veículo. As lonas e as pastilhas de baixa qualidade, por sua vez, ao atingirem uma temperatura elevada, apresentam o fade repentinamente e sem nenhum aviso, condição em que o motorista facilmente poderá perder o controle do veículo. Fr ei os a D is co | 4 7 recuperação A recuperação consiste em uma característica das lonas e das pastilhas de voltarem rapidamente à condição original de atrito, depois de esfriar, quando submetidas a elevadas temperaturas. Somente lonas e pastilhas de qualidade repetem essa recuperação de atrito depois de qualquer condição severa de aquecimento. GRÁFICO 1 - RESISTêNCIA AO FADE FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.6. GRÁFICO 2 - RECUPERAçãO FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.6. Existência de fade retardado A existência de fade retardado apresenta-se como uma característica muito perigosa. Ela aparece durante o período de recuperação ou de esfriamento da lona e da pastilha. As lonas e as pastilhas começam a voltar à condição normal de atrito e, de repente, sem aviso, os freios retornam à condição de fade. Esta característica, muito comum em veículos que utilizam lonas e pastilhas de baixa qualidade, pode acarretar sérios riscos aos condutores desses veículos. temperatura do tambor (em °C) co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de boa qualidade = resistência ao fade lona ou pastilha de qualidade inferior= baixa resistência ao fade temperatura do tambor (em °C) co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de boa qualidade = recuperação rápida lona ou pastilha de qualidade inferior = lenta recuperação FR EI O S | 4 8 Sensibilidade à velocidade As características de atrito de uma lona ou de pastilha de qualidade não devem variar em razão da velocidade do veículo. As lonas e as pastilhas de baixa qualidade, quando submetidas a variações de velocidade, passam a frenar o veículo a distâncias cada vez maiores. Com as atuais condições de altas velocidades em algumas de nossas estradas, é importante o uso de lonas e pastilhas de qualidade, capazes de assegurar paradas em distâncias mínimas. GRÁFICO 3 - ExISTêNCIA DE “FADE” RETARDADO FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.6. Estabilidade A estabilidade é, sem dúvida, uma das características das lonas e das pastilhas de boa qualidade. É importante que as lonas e as pastilhas mantenham sempre o mesmo poder de frenagem ao longo de sua vida útil. As lonas e as pastilhas de baixa qualidade, apesar do desempenho satisfatório quando novas, sofrem ruptura química (desagregação) durante o seu uso, em virtude da utilização de aglomerantes (agentes ligantes) que não possuem boa resistência térmica. temperatura do tambor (em °C) co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de boa qualidade não apresenta “fade” retardado lona ou pastilha de qualidade inferior apresenta “fade” retardado GRÁFICO 4 - SENSIBILIDADE à VELOCIDADE FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.7. velocidade (km/h) co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de boa qualidade = mínima sensibilidade à velocidade lona ou pastilha de qualidade inferior = máxima sensibilidade à velocidade Fr ei os a D is co | 4 9 Sensibilidade à água A sensibilidade à água é outra importante propriedade de segurança. Quando os freios, equipados com lonas e com pastilhas de qualidade, são submetidos a uma excessiva quantidade de água, uma garantida margem de atrito é assegurada por elas. Já lonas e pastilhas de baixa qualidade promovem pouco ou nenhum atrito quando molhadas. Mínima sensibilidade à umidade Os efeitos da umidade atmosférica podem ser opostos aos da umidade excessiva. Baixo teor de umidade, como o orvalho, por exemplo, pode aumentar substancialmente o coeficiente de atrito nas primeiras frenagens. Esse detalhe é muito comum em lonas e em pastilhas de baixa qualidade é, geralmente, conhecido como “doença matinal”. GRÁFICO 5 - ESTABILIDADE FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.7. quilometragem rodada (km) co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de boa qualidade = estabilidade lona ou pastilha de qualidade inferior= pouca estabilidade GRÁFICO 6 - SENSIBILIDADE à ÁGUA FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.7. co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de qualidade inferior= máxima sensibilidade à água saturação seco absorção de água lona ou pastilha de boa qualidade = mínima sensibilidade à água FR EI O S | 5 0 Mínimo desgaste de lonas e de pastilhas O uso de lonas e de pastilhas de boa qualidade está ligado não só à segurança, mas também à economia. O uso deve ser associado à quantidade de trabalho executado pelos freios. Uma lona ou pastilha que se desgasta muito rapidamente pode tornar o freio sensível e irregular. É por isso que os freios devem ser verificados periodicamente para inspeção de desgaste das lonas e das pastilhas. Mínimo desgaste dos tambores e dos discos de freio Questões de segurança em relação a tambores e discos são muitas vezes negligenciadas. O tambor é tão importante quanto a lona ao se frear um veículo. O mesmo cuidado se aplica à pastilha e ao disco. Ambos devem estar isentos de riscos (sulcos) e de pontos duros. Um tambor ou um disco muito fino deformam-se e nãopodem suportar o calor da frenagem. Uma lona ou uma pastilha de boa qualidade não danificam os tambores, nem os discos, porque não há em sua composição elementos prejudiciais. GRÁFICO 7 - MíNIMA SENSIBILIDADE à UMIDADE FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.8. umidade (% umidade relativa) co ef ic ie nt e de a tri to lona ou pastilha de boa qualidade não é sensível à umidade lona ou pastilha de qualidade inferior é sensível à umidade GRÁFICO 8 - MíNIMO DESGASTE DE LONAS E PASTILHAS FONTE: COBREQ. Apostila técnica automotiva. São Paulo, s.d. p.8. quilometragem rodada (km) de sg as te (e m m m ) lona ou pastilha de boa qualidade desgaste lento lona ou pastilha de qualidade inferior desgastam-se rapidamente Fr ei os a D is co | 5 1 Freio de estacionamento auxiliar empregado com um sistema de freios a disco traseiro O uso de freio a disco traseiro modifica o mecanismo tradicional do freio de estacionamento. Utilizamos habitualmente um disco, que integra um tambor, ou um dispositivo mecânico para fechar as pastilhas da pinça. No primeiro caso, o centro do disco de freio forma um tambor específico para o freio de estacionamento. O funcionamento se compara àquele de um freio de estacionamento a tambor clássico, no qual o comando das sapatas se efetua mecanicamente por meio de um sistema de cabo (figura 42). pinça sapatas do freio de estacionamento molas de retorno disco FIGURA 42 - FREIO DE ESTACIONAMENTO A TAMBOR INTEGRADO AO DISCO (CHRYSLER) Freio de estacionamento com pinças integradas mecanicamente Encontramos também um sistema para os freios a disco traseiros cujas pinças e pastilhas são utilizadas tanto em freio de serviço quanto em freio de estacionamento. Um mecanismo espe- cífico montado no interior de cada pinça fecha mecanicamente as pastilhas sobre o disco. Um parafuso interno de grande diâmetro exerce a função de compensar automaticamente a folga causada pelo desgaste das pastilhas (figura 43). A alavanca é comandada mecanicamente por um cabo. O movimento dessa alavanca promove a rotação de uma peça que comporta três entalhes onde se localizam algumas esferas quando o freio está em repouso. Quando se liga o freio de estacionamento, a peça en- talhada é acionada de modo que as esferas saiam dos entalhes e empurrem o pistão e as pastilhas de freio contra o disco. Quando o freio é desacionado, as esferas retornam para o entalhe e o pistão se retrai. pastilha interna anel de vedação fuso de compensação pastilha externa disco pistão porca alavanca do freio de estacio- namento FIGURA 43 - FREIO DE MãO COM SUPORTES MECâNICOS FR EI O S | 5 2 vantagens O freio a disco apresenta muitas vantagens em relação ao freio a tambor: a eficácia da frenagem é perceptivelmente superior; o esforço sobre as pastilhas deforma muito menos a superfície de atrito; o resfriamento do disco é melhor; não existe o problema de centralização das sapatas, e as pastilhas se desgastam menos que no freio a tambor, comparando os dois sistemas aplicados em veículos idênticos; o resfriamento dos cilindros de acionamento é melhor; a manutenção é muito mais fácil, pois não existe necessidade de regulagem. Pontos-chave O freio a disco é muito mais utilizado na dianteira dos automóveis e, também, cada vez mais nos caminhões; O freio a disco oferece muitas vantagens, se comparado ao freio a tambor, seu funcionamento é simples, eficaz e sua manutenção é mais fácil; Na frenagem, a pressão hidráulica vinda do cilindros-mestre chega aos pistões da pinça e força as pastilhas a fecharem ambos os lados de um disco que gira com a roda; Dois tipos de freios a disco são empregados: os freios de pinça fixa e os freios de pinça flutuante; Os discos de freios a disco podem ser sólidos ou ventilados; A maior parte das pastilhas de freios a disco possui um dispositivo de aviso sonoro ou eletrônico que denuncia o desgaste desses componentes; O freio de estacionamento dos carros consiste em um freio de comando mecânico que imobiliza o veículo quando ele está estacionado; O freio de estacionamento pode ser integrado aos freios a tambor ou a disco traseiro, ou, ainda, ser independente, conforme os modelos dos carros. O freio de estacionamento montado sobre a transmissão utiliza habitualmente uma cinta de freio exterior, e o tambor é solidário à árvore de transmissão. O fechamento da cinta de frenagem é comandado por um cabo e por uma alavanca. Hoje, esse sistema não é mais utilizado em automóveis. C irc ui to H id rá ul ic o do s Si st em as d e Fr en ag em | 5 3 O circuito hidráulico é constituído de quatro elementos principais: cilindros-mestre, cilindro de roda, canalizações hidráulicas e válvulas de controle de pressão. Nesta aula você estudará os componentes e o funcionamento do circuito hidráulico do sistema de freios, bem como os tipos de cilindros-mestre: simples, duplo e escalonado. Estudará também a válvula de retenção de pressão do cilindros-mestre, a válvula de pressão residual externa, a tubulação hidráulica e a tubulação flexível. FR EI O S | 5 4 CIRCUITO HIDRÁULICO DOS SISTEMAS DE FRENAGEM C irc ui to H id rá ul ic o do s Si st em as d e Fr en ag em | 5 5 Componentes do circuito hidráulico dos sistemas de frenagem Os principais elementos do circuito hidráulico são: cilindro-mestre; cilindros da roda; canalizações hidráulicas; válvulas de controle de pressão. Desde o início dos anos 70, os circuitos de frenagem são divididos em duas seções independentes, eixo dianteiro e eixo traseiro (figura 44) ou em diagonal. Se uma anomalia acontece em uma das seções, a outra permanece funcionando. Além disso, empregamos compensadores de frenagem e limitadores de frenagem nesse tipo de circuito. Os fabricantes de carros europeus foram os primeiros a usar o circuito em diagonal. Esse arranjo convém aos carros de tração dianteira, nos quais uma parte importante da carga repousa sobre as rodas dianteiras; com a divisão precedente, dianteira e traseira, dificilmente poderíamos frear o carro se acontecesse uma pane nos freios dianteiros. 1 2 3 4 5 6 7 acionando o pedal de freio forma pressão no cilindros-mestre. o servofreio amplifica a força de aplicação do freio. o cilindro-mestre transforma a força aplicada pelo pedal em pressão hidráulica e envia para as tubulações de freio. a válvula de frenagem divide a pressão entre os freios dianteiros e traseiros para uma frenagem equilibrada. as tubulações de freio encaminham a pressão para os cilindros de roda e para as válvulas de freio. a maioria dos freios a tambor são usados nas rodas traseiras, e alguns poucos nas rodas dianteiras. os freios a disco podem ser utilizados nas rodas dianteiras ou traseiras. FIGURA 44 - CIRCUITO HIDRÁULICO DE UM SISTEMA DE FRENAGEM (FORD) FR EI O S | 5 6 A repartição em diagonal (figura 45) permite uma frenagem mais uniforme, pouco importando o lado defeituoso. O dianteiro esquerdo e o traseiro direito funcionam juntos, da mesma forma o lado traseiro esquerdo e o lado dianteiro direito funcionam juntos. A divisão pode ser feita no cilindro-mestre duplo ou na válvula de efeito duplo, que reparte o fluxo do fluido de freio. Existem também outras divisões: um circuito age sobre o eixo dianteiro e sobre o eixo traseiro e outro unicamente sobre o eixo dianteiro; cada circuito age sobre o eixo dianteiro e sobre uma das rodas traseiras; cada circuito age sobre o eixo dianteiro e sobre o eixo traseiro. As pinças dianteiras das duas primeiras divisões devem contar com dois circuitos independentes, e as quatro pinças do terceiro tipo de divisão devem contar com dois circuitos independentes. Cilindros-mestre Os cilindros-mestre transformam a força aplicada pelo condutor sobre o pedal de freio em pressão hidráulica,que é transmitida pelo fluido aos cilindros de cada uma das rodas. Além do mais, esses cilindros devem assegurar a compensação do fluido que se dilata quando se aquece e que se contrai quando esfria. Os cilindros-mestre devem impedir, apesar das variações do volume do fluido, que se produzam depressões ou pressões em elementos do circuito hidráulico. As vedações de borracha previnem as perdas do fluido de freio. As molas nos cilindros-mestre devolvem o pedal para o seu ponto inicial. Outras válvulas, como o compensador de frenagem e o limitador de frenagem, regularizam a aplicação dos freios a tambor e dos freios a disco. Instala-se, às vezes, um indicador de queda de pressão nos cilindros-mestre. Com os freios a tambor é mantida uma pressão residual no sistema, de forma a impedir que o excesso de fluido volte para os cilindros-mestre, preservando assim uma fraca pressão no circuito hidráulico para assegurar a vedação das gaxetas dos cilindros da roda.Os cilindros-mestre podem ser fabricados com alumínio ou com material sintético, no entanto, tais cilindros não são muito populares, porque são mais caros, apesar de serem mais leves que os cilindros-mestres de ferro fundido. Os cilindros-mestre de alumínio são habitualmente anodizados de maneira a resistir à corrosão, à desintegração e ao desgaste. sistema diagonal sistema dianteiro/traseiro FIGURA 45 - SISTEMAS HIDRÁULICOS EM DIAGONAL DIANTEIRO-TRASEIRO (wAGNER, FORD) C irc ui to H id rá ul ic o do s Si st em as d e Fr en ag em | 5 7 Os reservatórios fabricados com material sintético são translúcidos e oferecem a vantagem de poder controlar o nível do fluido sem que se retire a cobertura e, assim, previne a introdução de sujeira. Cilindro-mestre simples Ainda que o cilindro-mestre simples esteja praticamente desaparecido, a explicação de seu funcio- namento facilita a compreensão do funcionamento dos cilindros-mestre duplos. O cilindro-mestre simples (figura 46) compõe-se de um reservatório de fluido para freio, que possui uma tampa ventilada, e de um cilindro no qual desliza um pistão. A comunicação entre o reservatório e o cilindro se faz por dois orifícios: um orifício de alimentação, maior, que serve para preencher o circuito que se encontra atrás da vedação do pistão, e um orifício de compensação, menor, que serve para o retorno do fluido ao reservatório. O curso do pistão é retido no interior do cilindro por um batente inserido em um vão atrás do cilindro. Diante desse pistão, uma válvula primária lacra o espaço da frente do pistão. Uma mola pressionada sobre a válvula força o pistão para trás e empurra a válvula de efeito duplo para mantê-la no seu lugar. A válvula de duplo efeito deixa passar o fluido sem restrição na ida, mas, na volta, uma parte é retida. Ela mantém um pressão fraca de 5 a 8 lb/po² no sistema, impedindo que o fluido suba ao reservatório, o que previne a entrada de ar nos cilindros da roda. Essa válvula é utilizada somente no sistema de freio a tambor. Quando pressionamos o pedal, a haste empurra o pistão que, por sua vez, empurra a válvula primária. Uma válvula secundária, colocada atrás do pistão, impede o líquido de escapar por trás do cilindros-mestre. A válvula primária passa na frente do orifício de compensação (pequeno furo) e, a partir desse momento, o fluido é aprisionado; o avanço do pistão pressuriza o fluido e o propaga pelo cilindro da roda por uma rede de tubulação especial. No relaxamento do pedal, a pressão sobre o líquido diminui, as molas de retorno trazem a válvula e o pistão para o batente, liberando assim o orifício de compensação para permitir que o fluido retorne ao reservatório. tampãofuro de respiro reservatório furo de compensação furo de alimentação alavanca de comando mola de retorno válvula de retenção de pressão residual gaxeta primária pistão gaxeta secundária guarda-pó Se ao pressionar o pedal faltar fluido para assegurar a frenagem, ou se houver ar no sistema, haverá a necessidade de um volume maior de fluido. Será preciso então “bombear” o pedal, quer dizer, realizar um movimento de vai-e-vem do pistão no cilindro. FIGURA 46 - FUNCIONAMENTO DE UM CILINDROS-MESTRE SIMPLES (wAGNER) FR EI O S | 5 8 Quando o pistão recua rapidamente, a pressão que ele encontra é menor que a pressão atmosférica que pesa sobre o fluido do reservatório. Há então uma transferência do fluido entre os dois lados da válvula primária, que preenche o espaço diante da válvula (figura 47). Cada vez que bombeamos o pedal, o fe- nômeno se reproduz, preenchendo mais e mais o circuito, fazendo subir gradualmente o pedal e permitindo uma melhor frenagem. Depois do “bombeamento”, no retorno do pistão para o batente, o líquido retorna ao reservatório pelo furo de compensação. Esta é a razão pela qual será preciso “bombear” de novo o pedal na frenagem seguinte. Cilindro-mestre duplo O cilindro-mestre duplo (tandem) conta com dois circuitos hidráulicos separados, que com- põem-se de dois pistões colocados um na frente do outro. O cilindro-mestre duplo poderiam ser comparados a dois cilindros-mestre simples (figura 48). FIGURA 48 - CILINDROS-MESTRE DUPLO (GENERAL MOTORS) FIGURA 47 - PASSAGEM DO FLUIDO DE FREIO NO CILINDRO (wAGNER) furo de alimentação cilindro gaxeta furo de compensação furo de alimentação secundária mola de retorno de pistão secundário gaxeta secundária pistão secundário mola de retorno do pistão primário pistão primário gaxeta primária Esse cilindro-mestre comporta dois reservatórios diferentes, cada um possuindo um orifício de alimentação e um orifício de compensação. A tampa fecha o reservatório hermeticamente com a ajuda de uma junta (membrana) de borracha. A pressão atmosférica empurra essa membrana sem que o líquido entre em contato direto com o ar. Certos cilindros têm um parafuso de batente para o pistão na frente. Esse parafuso é colocado ao lado, embaixo ou dentro do reservatório. Quando pressionamos o pedal de freio, a haste do pedal empurra o pistão primário para a frente do cilindro. O furo de compensação da câmara primária é selado pela gaxeta de vedação quando uma certa quantidade do fluido, aprisionada entre o pistão primário e o pistão secundário, torna-se “sólida” pelo fato de o líquido não ser compressível e empurra o pistão secundário. C irc ui to H id rá ul ic o do s Si st em as d e Fr en ag em | 5 9 Assistido pela mola primária, o líquido empurra o pistão secundário, fechando o furo de compensação secundária. Quando os dois furos de compensação são bloqueados, todo movimento adicional da haste do pedal contribui para aumentar a pressão sobre o líquido nas duas câmaras posteriores aos pistões. Essa pressão é transmitida às rodas por dois circuitos hidráulicos independentes. Quando desaplicamos o pedal de freio, as molas de retorno devolvem os pistões para a sua posição normal. Perda de fluido no circuito primário Caso haja perda de fluido no circuito hidráulico primário, o pistão se desloca para frente sem exercer pressão; a parte metálica do pistão primário empurra mecanicamente o pistão secundário (figura 49) e o circuito secundário funciona então normalmente. Perda de fluido no circuito secundário Caso haja fuga de fluido no circuito secundário, os dois pistões avançam até que a parte metálica do pistão secundário pressione-se contra o fundo do cilindro; o circuito primário funciona então normalmente (figura 50). Quando um sistema de frenagem apresenta um desses problemas, o pedal de freio se desloca por um trajeto muito mais longo que o normal e a luz de anomalia dos freios se acende. pistão secundário batente do pistão primário pistão primário FIGURA 49 - FALHA DO PISTãO PRIMÁRIO EMPURRANDO O PISTãO (wAGNER) batente do pistão secundário pistão primário FIGURA 50 - FALHA DO PISTãO SECUNDÁRIO PRESSIONADO NO FUNDO DO CILINDRO (wAGNER) FR EI O S | 6 0 Cilindro-mestre duplo escalonadoou de ação rápida No início dos anos 80, a General Motors introduziu no mercado um novo tipo de cilindros- mestre que tem a particularidade de deslocar um grande volume de fluido em baixa pressão com um curso muito curto do pedal. Ele foi concebido para funcionar com as pinças dos freios à disco sem fricção (zero-drag), munidos com uma junção, que não se parece em nada com o pistão, liberando, assim, completamente, a pastilha do disco. O aumento da folga entre a pastilha e o disco foi compensado na frenagem. Sem esse sistema, o curso do pedal seria essencial antes que a pastilha encontrasse o disco e que a fricção começasse. É nesse momento que um cilindros-mestre de grande volume é imprescindível. Este tipo de cilindro é disposto habitualmente com o sistema em diagonal de dois compensadores de frenagem e um indicador da queda de pressão. O cilindro desse cilindro-mestre apresenta diâmetros em duas dimensões diferentes. O diâmetro da câmara primária de baixa pressão (nº 1, na figura 51) é maior que aquele da câmara primária de alta pressão (nº 2, da figura 51). Entre o reservatório e a câmara primária de baixa pressão, sobre a parte traseira do cilindro-mestre, localiza-se uma válvula de ação rápida. Ela é constituída em duas peças de plástico com uma válvula de pressão residual (normalmente fechada). Há também uma passagem de derivação, uma grande gaxeta e uma série de pequenos furos na periferia. câmara secundária de alta pressão compensador de frenagem interruptor indicador de baixa pressão câmara secundária de baixa pressão câmara pimária de alta pressão gaxeta do pistão primário câmara primária de baixa pressão válvula de ação rápida reservatório FIGURA 51 - CILINDROS-MESTRE DUPLO ESCALONADO (wAGNER) perfurações periféricas gaxeta válvula de retenção passagem de derivação FIGURA 52 - VÁLVULA DE AçãO RÁPIDA (wAGNER) C irc ui to H id rá ul ic o do s Si st em as d e Fr en ag em | 6 1 Durante a fase inicial da frenagem, em razão da diferença de diâmetro entre os dois pistões, o pistão primário instalado do lado da baixa pressão desloca mais fluido que aquele que se encontra do lado da alta pressão. O excesso de fluido deve ser dirigido para qualquer parte; ele passa então por cima da gaxeta do pistão primário da câmara de baixa pressão à câmara de alta pressão para encontrar os circuitos hidráulicos. Como a pressão é igual ao longo de todo o circuito de frenagem, o pistão secundário deve se deslocar bastante, uma vez que possui um diâmetro inferior. Esse grande deslocamento do pistão leva-o a engrenar-se ao jogo inicial das pastilhas para pressurizar fracamente o sistema. A válvula de ação rápida é calibrada para se abrir sob uma certa pressão; quando tal pressão é atingida, o excesso de fluido retorna ao reservatório do cilindro-mestre, que funciona como um cilindroz-mestre clássico. Quando há relaxamento dos freios, o fluido retorna normalmente ao reservatório. Lembre-se de que o pistão volta mais rápido que o fluido e que o fluido deve contornar a gaxeta primária para equilibrar a pressão. Para preencher o volume liberado pelo grande pistão, o fluido entra pelos furos que existem em volta da válvula. a esfera bloqueia o furo de compensação o fluido atravessa a gaxeta primária início da aplicação (baixa pressão) FIGURA 53 - CILINDROS-MESTRE NA FASE INICIAL DE APLICAçãO (GENERAL MOTORS) o fluido retorna ao reservatório a esfera abre passagem alta pressão (mais de 1.000 psi) FIGURA 54 - CILINDROS-MESTRE EM FUNCIONAMENTO NORMAL (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 6 2 O orifício de derivação na válvula serve de furo de compensação para o pistão primário; o pistão secundário possui os furos básicos de compensação e de alimentação. o fluido vai para o reservatório funcionamento normal do orifício de compensação e derivação relaxamento FIGURA 55 - CILINDROS-MESTRE QUANDO HÁ RELAxAMENTO DO PEDAL (GENERAL MOTORS) Válvula de retenção de pressão interna do cilindro-mestre A válvula de retenção de pressão colocada no fundo do cilindro é retida no seu lugar pela mola de retorno do pistão. A mola mantém essa válvula sobre um anel de borracha que serve de junta de vedação. No acionamento dos freios, a válvula deixa passar o fluido livremente e, no retorno do freio, ela oferece uma certa resistência ao fluido para prevenir uma introdução de ar nos cilindros da roda. Se o fluido retornasse muito rapidamente sob a ação das molas de retorno das sapatas, o ar se infiltraria. Lembremos que a válvula de pressão residual mantém uma ligeira pressão de 5 a 8 lb/po² somente no circuito dos freios a tambor. No momento do retorno do fluido, essa válvula se levanta do seu lugar, e o fluido volta contornando a válvula. Válvula de pressão residual externa do cilindro-mestre O cilindro-mestre duplo alimenta um circuito de freios a tambor e conta com uma válvula de pressão residual colocada no ponto de saída do fluido do lado do cilindro-mestre, ou montada mais distante no circuito. Essa válvula cumpre o mesmo trabalho que a válvula de efeito duplo: mantém uma pressão mínima no circuito dos freios a tambor. Na aplicação dos freios, o fluido atravessa a válvula sem encontrar restrições. No retorno, o fluido empurra a válvula contra a pequena mola, liberando, assim, a válvula de borracha do seu lugar até que a pressão residual seja obtida. sede da válvula válvula de retenção mola FIGURA 56 - VÁLVULA DE PRESSãO RESIDUAL (wAGNER) C irc ui to H id rá ul ic o do s Si st em as d e Fr en ag em | 6 3 Reservatório O reservatório do fluido para freios a disco é habitualmente maior que aquele dos freios a tambor. às vezes, encontramos também reservatórios separados do cilindros-mestre e ligados por tubulações. Esses reservatórios podem ser construídos de metal ou de plástico transparente (translúcido), de modo que o usuário possa observar o nível do fluido de freio, que deve situar-se sempre entre as marcas de máximo e de mínimo. Durante toda a vida útil do freio, esse nível não deve ser completado, pois quando o volume de fluido está com nível baixo, a luz acende, sinalizando que as pastilhas de freio devem ser verificadas em razão do volume faltante no reservatório encontrar-se dentro do sistema de freios para compensar o desgaste. Tubulação hidráulica As tubulações rígidas e flexíveis funcionam como artérias da rede hidráulica: elas transmitem o fluido do cilindro-mestre aos cilindros da roda e às pinças. As tubulações rígidas (figura 57) são fabricadas com aço e possuem paredes com o dobro da espessura se comparados a canos convencionais de mesmo diâmetro. Estas tubulações são tratadas para resistirem à ferrugem. As conexões devem dispor sempre de parede dupla (figura 58). As conexões podem igualmente ser do tipo ISO (International Standard Organization). Esse tipo de ponteira, desenhado pela General Motors para seus veículos, oferece uma melhor vedação e acesso às suas conexões, sendo essa conexão mais segura e eficaz (figura 59). Tubulação flexível A ligação entre as tubulações rígidas e os elementos móveis, como é o caso para a direção e para a suspensão, é assegurada por tubulações flexíveis. Essas tubulações devem possuir características específicas, ou seja, uma grande resistência à dilatação, à tração e à deterioração sob o efeito do fluido para freio. FIGURA 57 - TUBULAçõES TIPO RíGIDAS (wAGNER) FIGURA 58 - CONExõES DE DILATAçãO DUPLA (wAGNER) FIGURA 59 - CONExãO ISO (wAGNER) FR EI O S | 6 4 Pontos-chave Nos sistemas de frenagem combinada (discos dianteiros e tambores traseiros), muitos métodos são utilizados para distribuir a frenagem entre as rodas dianteiras e traseiras. Existem muitos tipos de cilindros-mestre, eles podem ser de efeito simples ou duplo, com pistões de diâmetro diferente, e são algumas vezes fabricados com ligas diferentes. Cada modelo é construído a fim de responder às necessidadesespecíficas e se adaptar a um modelo particular de automóvel; os cilindros-mestre não são intercambiáveis. As tubulações flexíveis são constituídas de três partes: um tubo interior, que é um condutor absolutamente vedado, de diâmetro uniforme; uma armação de duas tranças, que confere às tubulações as características mecânicas requisitadas; uma capa exterior, importante para a tração e para a proteção contra os agentes externos. Em cada uma das extremidades, a tubulação possui diferentes ponteiras, para possibilitar que sejam conectadas ao circuito de frenagem. Na sua substituição, é importante assegurar-se do bom comprimento da tubulação flexível e do bom estado das pequenas arruelas de vedação. A dilatação das tubulações flexíveis, causada pela pressão, provoca um efeito esponjoso no pedal de freios. Para obter mais firmeza, utilizamos, em certos casos, como nas corridas de automóvel, tubulações de teflon reforçadas com um envelope trançado de fio de aço stainless. Assim, o rendimento da frenagem aumenta. In di ca do r d a Q ue da d e Pr es sã o e Vá lv ul as A ux ili ar es | 6 5 O indicador de queda de pressão mede a pressão de acordo com a diferença existente entre um circuito e outro, e a função da válvula corretora é distribuir a massa do veículo favorecendo o seu desempenho. Nesta aula os estudos contemplarão o indicador de queda de pressão, limitador de frenagem, compensador de frenagem e as válvulas corretoras de frenagem sensíveis à carga, além de conhecer as características gerais dos fluidos de freio. FR EI O S | 6 6 INDICADOR DA QUEDA DE PRESSãO E VÁLVULAS AUxILIARES In di ca do r d a Q ue da d e Pr es sã o e Vá lv ul as A ux ili ar es | 6 7 Indicador de queda de pressão Entre as válvulas de controle hidráulico, contamos com uma válvula denominada indicador da queda de pressão (figura 60), também conhecida pelo nome de válvula de advertência, válvula de pressão diferencial ou válvula da lâmpada de anomalia do painel. Essa válvula pode ser um monobloco ou incorporada a um conjunto de válvulas. alta pressão no circuito de frenagem interruptor aberto alta pressão vinda do cilindro-mestre baixa pressão no circuito de frenagem interruptor fechado alta pressão vinda do cilindro-mestre FIGURA 60 - INDICADOR DA QUEDA DE PRESSãO (GENERAL MOTORS) O funcionamento do indicador de queda de pressão é baseado na diferença de pressão de um circuito em relação a outro. Normalmente, a pressão hidráulica que se aplica em cada uma das extremidades da válvula é equivalente. Se a pressão em um dos circuitos cai em seguida de uma fuga, o pistão da válvula se desloca de um lado (fechando um circuito elétrico), e a lâmpada testemunha dos freios acende. Essa válvula pode ser mantida centrada com a ajuda de molas colocadas em cada extremidade (figura 61). contato pistão vedadores mola mola FIGURA 61 - INDICADOR DE QUEDA DE PRESSãO CENTRADO POR MOLAS (wAGNER) FR EI O S | 6 8 Limitador de frenagem O limitador de frenagem (metering valve) (figura 62), também denominado válvula de restrição, válvula de retenção, ou válvula reguladora de frenagem, serve, nos sistemas com freio a disco dianteiros e a tambor traseiro, para equilibrar as forças de frenagem entre os freios dianteiros e traseiros. Essa válvula retarda a aplicação dos freios antes mesmo que uma pressão de um valor preestabelecido não se realize no sistema de frenagem. A pressão tem a finalidade de contrabalançar a tensão das molas de retorno dos freios a tambor. Graças à ação da válvula, o contato das pastilhas sobre o disco se efetua ao mesmo tempo que o contato das sapatas sobre o tambor, quando os freios são acionados de forma brusca. Compensador de frenagem O compensador de frenagem, igualmente conhecido como válvula de proporção, válvula de controle ou divisor de frenagem, é também empregado com os freios a disco dianteiros e a tambor traseiro. roda dianteira esquerda entrada do cilindro-mestre roda dianteira direita FIGURA 62 - LIMITADOR DE FRENAGEM (GENERAL MOTORS) abertura de circulação do fluido o escoamento do fluido para traseiro é obstruído alta pressão à frente do pistão o pistão se desloca a esquerda limitador de frenagem indicador de baixa de pressão compensador de frenagem FRENAGEM NORMAL FRENAGEM ENÉRGICA FIGURA 63 - COMPENSADOR DE FRENAGEM (GENERAL MOTORS) In di ca do r d a Q ue da d e Pr es sã o e Vá lv ul as A ux ili ar es | 6 9 Essa válvula é montada sobre o circuito de freios traseiros e reduz a pressão dos freios traseiros para diminuir o risco de bloqueio das rodas traseiras quando ocorre uma frenagem brusca. Encontramos também uma válvula combinada que acumula as três funções (indicador de queda de pressão, compensador e limitador de frenagem). Válvulas corretoras de frenagem sensíveis a carga De acordo com a concepção dos veículos, sua massa pode ser distribuída diferentemente, mas nunca uniformemente. Seguindo os modelos, a massa é habitualmente mais significante na frente do veículo, o que favorece um melhor manejo e um melhor desempenho na estrada. Além disso, na frenagem, uma transferência de mais de 70% da massa se faz da traseira para a dianteira do veículo. Por essas razões, as forças de frenagem mais importantes devem ser aplicadas sobre as rodas dianteiras. Além disso, se a pressão fosse aplicada uniformemente sobre todos os freios, as rodas traseiras tenderiam a bloquear prematuramente e provocar uma derrapagem. Para amenizar este problema, os fabricantes utilizam diversos métodos com o objetivo de dividir, conforme as necessidades específicas dos veículos, a frenagem entre as rodas dianteiras e traseiras. Em alguns veículos a tração da General Motors, as válvulas corretoras de pressão são habitualmente integradas ao cilindro-mestre: o sistema em diagonal utiliza duas válvulas. Encontramos em diversos modelos esses tipos de válvulas, mas essas válvulas não são intercambiáveis, já que elas são calibradas especificamente para um dado veículo. Uma válvula corretora de pressão das rodas traseiras ou um corretor de frenagem é montado em certos automóveis e camionetes. Essa válvula, fixada no chassi do veículo, é comandada por pequenas bielas presas a um ponto traseiro (figura 64). A válvula corretora de pressão das rodas traseiras dosa a pressão dos freios de modo a impedir o bloqueio das rodas traseiras quando o veículo está sem carga e de permitir uma melhor frenagem quando o veículo está carregado. mais carga na traseira menos carga na traseira válvula localização do dispositivo de carga da válvula FIGURA 64 - VÁLVULA CORRETORA DE PRESSãO OU CORRETORA DE FRENAGEM (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 7 0 Fluido de freio O fluido de freio destaca-se como um dos elementos mais importantes do sistema, uma vez que ele transmite a energia do cilindro-mestre a todos os acionadores do sistema de frenagem. Características O fluido de freio consiste em uma mistura de poliéter, de glicol e de aditivos que transmitem a pressão do cilindro-mestre ao cilindro de rodas ou às pinças. Para satisfazer a uma norma (DOT), o fluido de freio deve atender às exigências seguintes: viscosidade: permanecer líquido seja qual for a temperatura; ponto de ebulição: permanecer líquido na mais elevada temperatura de funcionamento; não-corrosão: não atacar nem a borracha nem o metal e agir como agente anticorrosão e antiferrugem; tolerância à água: absorver e reter a umidade do circuito hidráulico; lubrificação: lubrificar os pistões e as gaxetas a fim de reduzir a deterioração dessas peças; gel: permanecer fluido e circular em baixa temperatura. O fluido de freio não é um óleo, mas um fluido hidráulico concebido especificamente para os circuitos hidráulicos dos sistemas de frenagem. O fluido de freio é um fluido que foi desidratado (isento de água), por isso é recomendadoevitar expô-lo ao ar livre durante longos períodos, já que ele pode absorver a água contida no ar ambiente, e, assim, provocar a corrosão das peças internas do circuito hidráulico. Além disso, a presença de umidade no fluido baixa seu ponto de ebulição, o que pode tornar o pedal “esponjoso”. Convém então conservar esse fluido em um recipiente hermeticamente fechado. Normas relativas ao fluido de freio Uma entidade federal emitiu especificações concernentes a três tipos de fluidos de freio: DOT-3, DOT-4 e DOT-5 (DOT = Department of Transport). Cada um desses fluidos possui uma cor diferente. Os fluidos de freio DOT-3 ou SAE-J-1703 e DOT-4 são de cor âmbar a âmbar claro. FIGURA 65 - RECIPIENTE DE FLUIDO DE FREIO (wAGNER) In di ca do r d a Q ue da d e Pr es sã o e Vá lv ul as A ux ili ar es | 7 1 A diferença maior é que o DOT-4 tem um ponto de ebulição mais elevado e absorve a umidade mais lentamente que o DOT-3. O DOT-5 é um fluido violeta à base de silicone, possuindo ponto de ebulição mais elevado que aqueles do DOT-3 e DOT-4. Troca do fluido de freio Da mesma forma que o óleo de motor e o anticongelante do radiador, o fluido de freio se deteriora em contato com a umidade e com a poeira. Segundo a natureza de contaminação, o fluido pode tornar-se mais escuro e seu ponto de ebulição pode baixar. O fluido de freio deverá ser trocado conforme as recomendações do fabricante ou cada vez que for efetuada uma reparação maior. Alguns manuais pedem a substituição uma vez a cada seis meses ou a cada 10 000 km. Contaminação Todas as substâncias de base mineral ou a base de petróleo (gasolina, carbono, diluentes de pintura, carburante diesel, e outros) danificam os elementos de borracha presentes nos sistemas de frenagem. As peças de borracha amolecidas ou fragmentos de borracha dentro do fluido indicam que há contaminação. A única solução para este problema consiste em esvaziar e enxaguar o sistema e trocar todas as peças de borracha. As peças de borracha devem ser limpas apenas com fluido de freio ou com álcool desidratado. Se por erro você utilizou um solvente, lave-as meticulosamente com álcool ou com fluido de freio. Manipulação e armazenagem do fluido de freio Nunca devemos deixar o fluido de freio em embalagens quase vazias e mal fechadas, porque ele absorve a umidade rapidamente, o que baixa seu ponto de ebulição. Assim, uma taxa de umidade de 3% baixa o ponto de ebulição em 50%. A esse fenômeno denominamos de higroscopia. Podemos misturar os fluidos DOT-3 e DOT-4, mas não devemos jamais misturar o fluido DOT-5 com o DOT-3 ou com o DOT-4. FR EI O S | 7 2 Pontos-chave Os circuitos de frenagem modernos baseiam-se nos princípios hidráulicos. O fluido de freio é utilizado para transmitir a pressão exercida sobre um pistão para um outro pistão, por intermédio de uma tubulação hidráulica. Quando o condutor pressiona o pedal do freio, a força transmitida, ampliada mecanicamente pela alavanca do pedal de freio, é exercida sobre o cilindro-mestre. Essa força é comunicada do cilindro-mestre ao cilindro de roda pela pressão do fluido de freio. Muitos tipos de válvulas são utilizadas nos circuitos hidráulicos. Certas válvulas distribuem a pressão, outras regularizam, outras ainda provocam a iluminação de uma lâmpada de anomalia quando ocorre um defeito no sistema de frenagem. Si st em a de F re io A ss is tid o | 7 3 Nos veículos existem duas categorias de freios assistidos: de comando hidráulico e de comando pneumático. Nesta aula você estudará os componentes e o funcionamento do servofreio, a válvula de retenção, a válvula de controle, o sistema de frenagem assistido hidraulicamente, o funcionamento do acumulador e o sistema de assistência hidrovácuo. FR EI O S | 7 4 SISTEMA DE FREIO ASSISTIDO Si st em a de F re io A ss is tid o | 7 5 Válvula de retenção Uma válvula de retenção (check valve), também denominada válvula de segurança, é habitualmente colocada junto ao servofreio. Essa válvula se abre quando a depressão na entrada da válvula é maior que aquela existente dentro da câmara do reservatório do servofreio; em situação inversa, isto é, quando a depressão na entrada for inferior, a válvula fecha a passagem. Essa condição pode acontecer se: houver tanto uma quebra de uma tubulação de alimentação de vácuo, um defeito na bomba de vácuo, ou uma fraca depressão quando solicitada uma grande abertura da borboleta de aceleração, ou, ainda, quando o motor estiver desligado. Servofreio a depressão O servofreio a depressão destaca-se como o meio de assistência para a frenagem mais empregado nos automóveis e nos utilitários. Existem muitas marcas e muitos modelos, às vezes de aparência diferente, porém seu modo de funcionamento é sempre semelhante. O servofreio a depressão se insere entre o pedal do freio e o cilindro-mestre. Ele fornece um esforço proporcional à pressão exercida sobre o pedal do freio, e é constituído de um cilindro de grande diâmetro dividido em duas câmaras por uma membrana; de um disco de reação; de uma haste cuja uma das extremidades está ligada no pedal e a outra no disco de reação; e de uma segunda haste ligando o cilindro-mestre à membrana. Em repouso, uma possante mola mantém o disco de reação em uma extremidade do seu trajeto, e a depressão é então apresentada no interior do cilindro sobre as duas faces da membrana. Quando os freios estão acionados, a admissão da pressão atmosférica sobre uma só face da membrana gera um desequilíbrio, que força o deslocamento do disco de reação e da haste do cilindro-mestre. Quando os freios encontram-se desaplicados, a depressão é restabelecida sobre as duas faces, a mola leva o disco de reação e a haste do cilindro-mestre ao seu ponto de partida, relaxando os freios. A importância da força exercida sobre a haste do cilindro-mestre depende diretamente da diferença da pressão sobre cada uma das duas faces da membrana. A ação do servofreio é tão importante que a diferença é sentida nitidamente; a ampliação da força sobre o pedal do freio é então função da diferença das superfícies das câmaras divididas pela membrana e da diferença de pressão entre as câmaras. A depressão necessária ao funcionamento do servofreio é retirada diretamente do coletor de admissão ou produzida por uma bomba a vácuo comandada pelo motor do veículo ou por um motor elétrico. Um motor a gasolina em bom estado cria uma depressão de um valor de 8 a 14 po Hg (200 a 350 mm/Hg), isto é em torno de 4 a 7 lb/po² (28-48 kPa) inferior à pressão atmosférica. Como o valor da depressão no coletor de admissão varia conforme a posição da borboleta de aceleração, o circuito conta, às vezes, com um reservatório encarregado de suprir uma insuficiência momentânea de depressão. A reserva de depressão é suficiente para permitir algumas frenagens assistidas sem a alimentação de depressão ao servofreio. FR EI O S | 7 6 Nos motores a diesel são utilizados recursos externos ao motor como bomba de vácuo, essas podem ser de palhetas, de membranas acionadas pelo motor, de transmissão ou ainda acionadas eletricamente. Além disso, em caso de pane, é sempre possível acionar o sistema de frenagem por uma ligação mecânica permanente; o acionamento dos freios nessa condição exige, todavia, um grande esforço por parte do motorista sobre o pedal de freio. Tipos de servofreios Para converter em trabalho as interações da depressão e da pressão atmosférica, utilizamos dois tipos de servofreios: de membrana ou de pistão. Os servofreios de membrana contam com uma ou duas membranas (tandem). A vantagem ligada ao emprego de duas membranas é a de dobrar a superfície de trabalho e a potência sem aumentar a acumulação (figura 66). Quando utilizamos um acionador de pistão, empregamos habitualmente uma gaxeta de borracha retida na parede exterior do servofreio por um anel de bloqueio (figura66). É preciso cuidado para não confundir este último pistão com o disco de reação utilizado juntamente com os acionadores da membrana. Entretanto, vamos abordar com mais detalhes os servofreios com membrana, que são mais utilizados pela indústria automobilística nacional. Válvula de controle Uma válvula de controle é incorporada ao servofreio e ligada à haste do pedal. Essa válvula dosa a assistência ou a suprime de acordo com a pressão exercida sobre o pedal de freio. Todas as válvulas de controle dispõem de três posições: de acionamento, de retenção e de relaxamento. Elas dispõem também de uma seqüência de funcionamento similar. A válvula é constituída de duas válvulas de sentido único (one way check valve) solidárias; uma comunica-se com a fonte de depressão e a outra, com a atmosfera. Uma válvula por vez fica em posição fechada, salvo em posição mediana de retenção em que as duas válvulas permanecem na posição fechada. Na prática, a abertura e o fechamento das válvulas são comandados pela ação da membrana do pistão. As figuras 67, 68 e 69 da página 75 mostram a válvula nas três posições. entrada de depressão vinda do motorválvula de retenção diafragma cilindro-mestre válvula de entrada de ar diafragma cilindro-mestre válvula de entrada de ar acionador a pistão MEMBRANA SIMPLES MEMBRANA DUPLA (TANDEM) FIGURA 66 - ACIONADORES (GENERAL MOTORS) Si st em a de F re io A ss is tid o | 7 7 O mecanismo possui molas que estabilizam e aliviam a ação da válvula. O funcionamento desse mecanismo se efetua sempre em conjunto com o pedal de freio. Durante o acionamento dos freios, o mecanismo fecha inicialmente a válvula de depressão, depois abre a segunda válvula que deixa a pressão atmosférica penetrar na câmara traseira do cilindro. A pressão atmosférica desloca a membrana e comanda o cilindro-mestre. A resistência oferecida pela haste do cilindro- mestre tende a fechar a válvula de admissão de ar e a abrir a de depressão, essa reação dosa a potência da frenagem. Se o condutor pressionar o pedal de freio em dada distância e depois o mantiver imóvel, ambas as válvulas se fecharão e a reação da pressão hidráulica exercida sobre a haste do cilindro-mestre equilibrará o esforço exercido sobre o pedal; a membrana se estabilizará em posição de equilíbrio. Qualquer outro movimento do pedal, tanto de funcionamento como de relaxamento, comandará o mecanismo para abrir a válvula de ar ou a de depressão. A maior parte dos servofreios a depressão possuem pra t icamente os mesmos componentes; constatamos apenas ligeiras diferenças nos desenhos e na construção. Os principais fabricantes são as companhias Bendix, Delco-Moraine, Varga, Bosch e Midland Ross. haste do cilindro- mestre válvula de depressão fechada pressão atmosférica haste do pedal de freio válvula de pressão aberta depressão depressão do coletor válvula de depressão fechada pressão atmosférica haste do pedal de freio haste do cilindro-mestre válvula de pressão fechada depressão membrana válvula de depressão aberta pressão atmosférica válvula de retenção haste do cilindro-mestre haste do pedal disco de reação válvula de pressão fechada depressão base FIGURA 67 - VÁLVULA DE CONTROLE EM POSIçãO DE ACIONAMENTO (wAGNER) FIGURA 68 - VÁLVULA DE CONTROLE EM POSIçãO RETENçãO (wAGNER) FIGURA 69 - VÁLVULA DE CONTROLE EM POSIçãO DE RELAxAMENTO (wAGNER) FR EI O S | 7 8 Sistema de frenagem assistido hidraulicamente (Hydroboost) O sistema de frenagem assistido hidraulicamente é composto de um servofreio hidráulico e de um acumulador ligado ao circuito da direção assistida, ou pela bomba, ou pelo reservatório, ou pelas peças de um sistema de frenagem clássica. Duas versões desse sistema são empregadas pelos fabricantes de automóveis. O hidroboost 1 (figura 70) possui um acumulador a mola ou a gás solidário do chassi principal. O acumulador serve de reserva caso a pressão da direção assistida venha a faltar. Quanto ao hidroboost 2 (figura 71), ele possui menos peças e o acumulador está incorporado ao pistão principal. A reserva de fluido pressurizado do acumulador é suficiente para permitir a frenagem advinda de uma interrupção da alimentação da bomba. alojamento vedador do acumulador acumulador anel trava do acumulador FIGURA 70 - ACUMULADOR PRESO AO CHASSI PRINCIPAL (wAGNER) guarda-pó suporte vedador válvula de alívio arruela entrada de retorno aba da válvula de alívio mola de retorno da válvula de alívio arruela bujão da válvula de alívio porca cobertura pistão do acumulador vedador vedador de saída vedador do pistão parafuso alojamento mola de retorno do pistão anel de retenção da válvula de alívioanel de retenção FIGURA 71 - VISTA ExPLODIDA DE UM HIDROBOOST COM UM ACUMULADOR INTEGRADO (wAGNER) Si st em a de F re io A ss is tid o | 7 9 funcionamento O servofreio hidráulico compõe-se principalmente: de uma válvula carretel central aberta instalada em uma cavidade, de um sistema de alavancas, de uma haste de entrada, de um pistão servofreio, de uma haste de saída e de um acumulador. Ele é montado no veículo na mesma posição que um servofreio a depressão. Um cilindro-mestre duplo é parafusado antes do servofreio hidráulico, e o pedal do freio é ligado a uma haste de entrada do dispositivo. A bomba da direção assistida é padrão, salvo aquela que possui um reservatório maior e uma segunda conexão ligada para o retorno do fluido do servofreio hidráulico. Quando o motor funciona sem que os freios sejam solicitados, o fluido pressurizado entra no servofreio, e a válvula carretel dirige esse fluido diretamente para a caixa de direção pelas tubulações exteriores (figura 72). O fluido pressurizado da direção assistida que circula no servofreio hidráulico é controlado pela válvula carretel. O carretel dessa válvula dispõe de furos calibrados e de faces. Os diferentes circuitos alimentados pelo fluido dependem da posição da válvula carretel em sua cavidade (figura 73). Em tal posição do carretel, o fluido pressurizado entra pelo orifício A, depois encontra a válvula que o dirige para o orifício B. O movimento da válvula impede o líquido de entrar no orifício C. Se a válvula for deslocada para a esquerda, ela fechará a passagem para B e abrirá passagem para C. O ajuste da válvula carretel no alojamento deve ser de grande precisão, a fim de impedir a fuga do fluido entre os dois elementos. Quando pressionamos o pedal de freio, o pistão se desloca da válvula carretel no mesmo momento, acionado por uma alavanca, fecha o orifício de retorno do servofreio à bomba e abre uma passagem que deixa o fluido entrar na câmara de pressão e acionar o pistão que comanda o cilindro-mestre. Quando o pedal de freio está relaxado, a mola de retorno repõe a válvula na posição, permitindo o retorno do fluido da bomba para o reservatório, cortando assim a pressão no pistão do servofreio. reservatório e bomba cilindro-mestre corpo de válvulas freio dianteiro a disco freio traseiro a tambor ou a disco direção hidráulica servofreio hidráulico FIGURA 72 - SERVOFREIO HIDRÁULICO (wAGNER) face da válvula válvula cavidade da válvula face da válvula C BA FIGURA 73 - VÁLVULA DE CONTROLE DO FLUIDO (wAGNER) FR EI O S | 8 0 Posição de repouso A figura 74 mostra a posição da válvula e a circulação do fluido quando não ocorre frenagem. A pressão do fluido que sai da bomba oscila entre 100 e 150 Ib/po². O fluido pressurizado é encaminhado da bomba para uma passagem interior até a válvula carretel. Nessa posição, a válvula envia a totalidade do fluido diretamente à caixa de direção por um condutor exterior, e a câmara de pressão se comunica com o reservatório pelo centro oco da válvula carretel. Posição de acionamento Na frenagem, a haste do pedal desloca a válvula carretel pela intervenção da alavanca, de modo a obstruira passagem de retorno ao reservatório e a dirigir o fluido pressurizado da bomba para a câmara de pressão situada atrás do pistão do servofreio. A pressão empurra o pistão para frente, arrastando a válvula de saída que empurra os pistões do cilindro-mestre, acionando assim os freios (figuras 75 e 76). Durante a frenagem, o deslocamento da válvula carretel reduz a abertura do orifício para a caixa de direção. Essa restrição reduz o consumo do fluido, mas a circulação nunca é bloqueada saída para o reservatório entrada da bomba saída para a direção válvula saída para o reservatório entrada da bomba saída para a direção válvula válvula alavanca eixo B mola de retorno do pistão pistão do servofreio batente de parada eixo A haste de entrada haste do pedal saída para a direção saída para a bomba FIGURA 74 - VÁLVULA CARRETEL EM POSIçãO DE REPOUSO (wAGNER) FIGURA 75 - POSIçãO DA VÁLVULA CARRETEL DURANTE UMA FRENAGEM (wAGNER) FIGURA 76 - POSIçãO DOS ELEMENTOS INTERNOS DURANTE UMA FRENAGEM (wAGNER) Si st em a de F re io A ss is tid o | 8 1 completamente. Ao provocar a restrição, a bomba de direção assistida aumenta a pressão no circuito. A pressão aumenta, porque o consumo da bomba é constante, por conseqüência, o volume do fluido deslocado em cada etapa é sempre o mesmo. Quando não há restrição no sistema, o fluido circula livremente e a bomba mantém uma pressão de 100 a 150 lb/po². Todavia, quanto mais resistência for oferecida pela restrição, mais a pressão aumentará, até que se abra a válvula de segurança. A calibragem da válvula permite à bomba atingir as pressões que podem se elevar até a 1 450 lb/po². A aplicação de uma tal pressão sobre o pistão do servofreio melhora a frenagem, exigindo um esforço muscular menor por parte do condutor. Posição de equilíbrio Quando o condutor pressiona o pedal de freio, a haste do pedal empurra a válvula carretel para frente utilizando uma alavanca fixada com a ajuda do eixo B (figura 77). O deslocamento da válvula dirige a alta pressão para trás do pistão servofreio que, ao se deslocar para frente, arrasta com ele o eixo A. Isso provoca a rotação do alto da alavanca para a direita e, também, o movimento da válvula carretel. A mesma se coloca em posição tal (figura 77) que consegue manter a pressão interna da câmara de pressão em circuito fechado, o que equilibra a frenagem e permite que a pressão vinda da bomba seja dirigida para a caixa de direção. O equilíbrio será mantido enquanto o pedal de freio permanecer imóvel. Posição de relaxamento Quando relaxamos o pedal de freio, a mola de retorno da válvula recua a alavanca e a haste da válvula. O pistão servofreio permanece imóvel porque as forças hidráulicas se equilibram. Quando a válvula abre a passagem de retorno para o reservatório (figura 78), a pressão exercida sobre o pistão é liberada, permitindo à mola chamar o pistão servofreio à sua posição inicial, relaxando assim os freios. Funcionamento do acumulador O servofreio hidráulico possui uma reserva de fluido pressurizado para o caso de falta de assistência hidráulica. O acumulador deve guardar quantidade suficiente de fluido pressurizado para permitir o acionamento dos freios, mesmo se a alimentação da bomba for interrompida. saída para o reservatório entrada da bomba saída para a direção válvula FIGURA 77 - VÁLVULA CARRETEL EM POSIçãO DE EQUILíBRIO (wAGNER) saída para o reservatório entrada da bomba saída para a direção válvula FIGURA 78 - VÁLVULA CARRETEL EM POSIçãO DE RELAxAMENTO (wAGNER) FR EI O S | 8 2 O sistema utiliza um acumulador a gás (azoto) ou à mola. Durante a marcha normal, o acumulador é carregado pelo fluido que chega da bomba antes de atingir a válvula carretel. O fluido pressurizado comprime o gás ou a mola até que a pressão atinja um dado valor. Um pistão comprime o azoto ou a mola para estabilizar uma carga sobre o fluido. Na falta de assistência da bomba, essa carga é utilizada como assistente para a frenagem. reservatório bomba reservatório servo-hidráulico terminais módulo interruptor relés tambor bomba a motorinterruptor entrada saída FIGURA 79 - CIRCUITO DE FRENAGEM DE SERVOFREIO HIDRÁULICO (GENERAL MOTORS) Sistema de assistência hidrovácuo A assistência se efetua pela inserção de um dispositivo chamado hidrovácuo, em um circuito de frenagem clássico. Esse dispositivo utiliza, como comando hidráulico, um cilindro-mestre de origem e oferece como vantagem poder ser montado em qualquer lugar no veículo. Emprega-se esse dispositivo sobretudo nos caminhões de peso leve e médio de fabricação antiga. válvula de retenção de pressão saída do coletor de admissão linha de entrada de pressão reservatório de pressão unidade de servofreio hidrovácuo cilindro-mestre filtro de ar saída para o sistema das rodas FIGURA 80 - SISTEMA HIDRO-VÁCUO O princípio que se utiliza para fornecer assistência à frenagem é similar ao utilizado em servofreios a depressão. A principal diferença provém do fato de a válvula de controle não ser acionada Si st em a de F re io A ss is tid o | 8 3 diretamente pela haste do pedal mas, pela pressão hidráulica proveniente do cilindro-mestre quando se pressiona o pedal de freio. Essa pressão age e permite que uma longa haste flexível ligue o pedal à válvula de controle; ela comanda a abertura da válvula de pressão atmosférica e fecha aquela de depressão, provocando assim o deslocamento de uma membrana. Um dos motivos que justificam a utilização do servofreio hidráulico é a obrigação de satisfazer a uma norma que exige que o fabricante equipe o veículo com um sistema de frenagem eficaz, que exija somente um esforço normal sobre o pedal de freio. Uma solução possível seria aumentar o diâmetro do servofreios a depressão, mas o espaço necessário nem sempre está disponível. Além disso, uma retirada importante de depressão pode, às vezes, prejudicar o funcionamento de certos motores, além de outros elementos influenciados por essa depressão. Motores de pequena cilindrada que possuam um cruzamento acentuado nas válvulas contribuem também como opção para este sistema. Além disso, a assistência hidropneumática adapta-se bem aos motores a diesel, que funcionam sem criar depressão. Em certos casos, o sistema de servofreio hidráulico substitui, por diversos motivos, o servofreio a depressão. É então o fluido hidráulico pressurizado pela bomba da direção assistida que fornece a assistência à frenagem. O servofreio compõe-se de uma válvula carretel central aberta, que dosa a pressão hidráulica da bomba durante a frenagem. Pontos-chave Os circuitos de frenagem modernos são baseados nos princípios hidráulicos; O fluido de freio é utilizado para transmitir a pressão exercida de um pistão para um outro pistão, tendo por intermediário uma tubulação hidráulica preenchida com fluido; Quando o condutor pressiona o pedal do freio, a força transmitida, ampliada mecanicamente pela alavanca do pedal de freio, é exercida sobre o cilindro-mestre; Essa força é comunicada do cilindro-mestre ao cilindro de roda pela pressão do fluido de freio; Existem muitos tipos de cilindros-mestre, eles podem ser de efeito simples ou duplo, com pistões de diâmetro diferente, e são algumas vezes fabricados com ligas diferentes; Cada modelo é construído de forma a responder às necessidades específicas e adaptar-se a um modelo particular de automóvel; os cilindros-mestre não são intercambiáveis; Em sistemas de frenagem combinada (discos dianteiros e tambores traseiros), muitos métodos são utilizados para distribuir a frenagem entre as rodas dianteiras e traseiras; Muitos tipos de válvulas são utilizados nos circuitos hidráulicos; Certas válvulas dividem a pressão, outras regularizam, outras ainda provocam a iluminação de uma lâmpada de anomalia em casos de ocorrência de um defeito do sistema de frenagem. Fr ei osA BS | 8 5 Os freios ABS surgiram primeiramente na área da aviação. Na década de 60 foram utilizados pelos americanos nos veículos topo de linha, e só em 1992 chegaram no Brasil. Nesta aula você estudará a respeito da história do sistema de freios ABS, o seu funcionamento e os fatores externos que influenciam o seu desempenho. FR EI O S | 8 6 Fr ei os A BS | 8 7 FREIOS ABS Histórico Os primeiros sistemas de freios ABS apareceram na área da aviação. Já em 1947, os bombardeiros americanos B-47 dispunham de tal dispositivo, inteiramente mecânico, funcionando com a ajuda de malhadores comandados por força centrífuga. Gradualmente os dispositivos elétricos substituiriam os elementos mecânicos, e alguns protótipos de veículos foram equipados com tais sistemas. Desde 1954, na Inglaterra, um número limitado de automóveis da marca Lincoln foi equipado com um sistema de freios ABS. No final dos anos 60, alguns fabricantes americanos ofereceram, sem grande sucesso, sistemas ABS limitados às rodas traseiras nos seus modelos topo de linha. Na Europa, no fim da década de 70, graças à abertura da eletrônica, os primeiros sistemas ABS verdadeiramente eficazes foram montados em automóveis de série. O custo relativamente elevado limitava sua instalação aos carros de luxo. Em razão da sua eficácia, a popularidade dos sistemas ABS aumentou rapidamente e, no fim dos anos 80, mais e mais fabricantes ofereciam essa opção para seus veículos. Na América do Norte, Mercedez-Benz, BMw e Audi introduziriam os sistemas fabricados pela Bosch. Em 1985, a Ford colocou um sistema da marca Teves em equipamento de série denominado Mark VII. Hoje, um importante volume de sistemas produzidos contribui para reduzir seu custo, o que permite à maioria dos automóveis beneficiar-se dos dispositivos ABS. A maior parte dos fabricantes utiliza sistemas de freios ABS fabricados por empresas especializadas; atualmente, as principais são Bosch, Teves, Delco-Moraine, Kelsey-Hayes, Bendix e Sumitomo. No Brasil, o primeiro sistema de freios ABS a ser introduzido como equipamento disponível para veículos nacionais ocorreu em 1992, trazido pela Volkswagen, no modelo Santana topo de linha e como equipamento opcional. Itens de Segurança A razão pela qual foi desenvolvido o sistema de freios ABS é uma só: SEGURANçA. Os itens de segurança agem antes e durante uma situação de emergência, cujo objetivo é proteger a integridade dos ocupantes do veículo. Os seus itens são divididos em função da modalidade de sua segurança: segurança ativa: são os sistemas e dispositivos que agem de forma a previnir que os acidentes aconteçam, como os freios gerenciados eletronicamente: o ABS, ASR, ESP entre outros. segurança passiva: são os sistemas que são acionados durante a ocorrência de um acidente, por exemplo: o air bag, barras de reforços de proteção da porta entre outros. FR EI O S | 8 8 funcionamento Um condutor de veículo tem pleno conhecimento de que evitar o bloqueio das rodas constitui a técnica mais eficaz tanto para reduzir a distância de frenagem quanto para assegurar um bom domínio direcional. Todavia, em certas situações, é muito difícil, até mesmo impossível atingir esse objetivo. Pesquisas e numerosos testes demonstraram que se pode obter a potência máxima dos freios quando o deslizamento da roda sobre o chão se situa entre 8% e 25%. Esse valor varia conforme o revestimento da rua e as características dos pneus do carro. O deslizamento é mínimo (0%) quando a roda gira livremente e máximo (100%) quando ela está bloqueada (figura 81). É essa inércia do veículo que fornece a energia cinética necessária durante o deslizamento do pneu sobre o chão (figura 82). Para reduzir ou interromper o movimento de um automóvel, o sistema de freios transforma a energia cinética, proporcional à velocidade e à massa do veículo, em energia calorífica. Conforme a reação das rodas, o calor gerado pela fricção, quando aplicados os freios, pode se dissipar por dois locais. Quando as rodas giram, o atrito se situa entre os elementos do sistema de freios (discos, tambo- res e guarnições) que absorve a energia e a dissipa sob a forma de calor, porém se as rodas são bloqueadas, o deslizamento sobrevém entre a banda de rodagem dos pneus e o piso. A energia cinética acumulada se transforma também em calor, e a energia calorífica liberada equivale de novo à potência de freios necessária para parar o veículo. Evidentemente, os elementos do sistema de freios resistem melhor que os pneus à alta temperatura e geram uma força de freios superior. Isso explica a razão pela qual a distância das frenagens aumenta consideravelmente quando os freios são aplicados bruscamente e, conseqüentemente, com as rodas bloqueadas (figura 82). a roda gira livremente = 0% de deslizamento a roda está bloqueada= 100% de deslizamento inércia a força de inércia empurra o pneu que não está girando FIGURA 81 - RODAS EM SUAS SITUAçõES DE FREIOS (GENERAL MOTORS) roda livre roda travada % de deslizamento do pneu ef ic ác ia d a fre na ge m melhor frenagem menos eficaz falta de controle do veículo (deslizamento) sem frenagem FIGURA 82 - COMPARAçãO ENTRE A DISTâNCIA DE FREIOS E A PORCENTAGEM DE DESLIzAMENTO DE UMA RODA (GENERAL MOTORS) Fr ei os A BS | 8 9 A quantidade de energia absorvida pelo sistema de freios para imobilizar um veículo em movimento é muito importante. Por exemplo, para parar um automóvel com uma massa de 1 800 kg andando a 100 km/h, o sistema de freios deve absorver uma quantidade de calor equivalente a uma potência de 640 hp. Os condutores experientes conseguem reduzir o bloqueio das rodas dosando a pressão dos freios. Obtém-se tal dosagem “bombando” rapidamente o pedal de freio, uma ação que ocorre sempre nas quatro rodas. Na maior parte dos casos, a queda de pressão se aplica também a uma roda cuja aderência é elevada, reduzindo então a eficácia da frenagem. No ideal, a pressão aplicada sobre cada uma das rodas deveria poder ser comandada individualmente. Este objetivo é atingido graças aos sistemas de freios ABS, freqüentemente designados pelas abreviações ABS (Anti-Lock Brake System). O domínio direcional do veículo depende diretamente da aderência da banda de rodagem dos pneus ao piso. Quando uma roda está bloqueada a 100%, ela se comporta como um esqui e desliza; o motorista pode então perder o domínio do seu carro. Os traços pretos, freqüentemente em forma de oito, e visíveis em vários lugares na estrada, indicam uma perda do domínio que termina freqüentemente por uma saída da estrada ou uma colisão. O sistema ABS é concebido para impedir o deslizamento excessivo dos pneus, ele contribui então para assegurar um bom domínio direcional durante a frenagem. Em princípio, as marcas sobre a estrada deixadas por um sistema de freios comandado pelo modo ABS deveriam se limitar a um curto pontilhado em linha reta. As curtas marcas visíveis provêm do breve deslizamento, inferior a 25%. direção das rodas direção do deslizamento FIGURA 83 - COMPORTAMENTO DE UM VEíCULO EM MUDANçA COM AS RODAS BLOQUEADAS (GENERAL MOTORS) Para que o sistema de freios ABS ofereça o rendimento esperado quando em paradas rápidas, o motorista deve manter uma pressão constante sobre o pedal de freio. As pulsações ou as vibrações percebidas no pedal durante o funcionamento da maior parte dos sistemas ABS são normais. Quando a função ABS está em ação, um ciclo muito rápido modula a pressão hidráulica muitas vezes por segundo. Os fabricantes tentam, na medida do possível, reduzir as vibrações e as pulsações transmitidas pelo fluido ao pedal de freio. FR EI O S | 9 0 A função ABS de um sistema de freios entra em ação somente quando utilizamos a máxima potência dos freios. Os veículos equipados com esse dispositivo são normalmente concebidos para que, na ocorrência de uma eventual anomalia, existente na função ABS, não se modifiqueem nada a eficácia do sistema de freios tradicional. Fatores de influência Vários fatores influenciam o desempenho dos freios (figura 84). Os principais são os seguintes: revestimento do piso (areia, cascalho, pedregulho, asfalto, concreto); modificações súbitas do revestimento do piso (poça de óleo ou de água, placas de gelo ou de areia); estado do piso (rugoso, polido, úmido, seco); massa do veículo; carga sobre as rodas durante a frenagem; movimentos da direção; diferença de estado entre os freios do veículo; pneus. peso do veículo pneus movimentos da direção superfície de rodagem mudança brusca condições da superfície de rodagem carga aplicada às rodas durante a frenagem FIGURA 84 - FATORES QUE INFLUENCIAM O DESENVOLVIMENTO DOS FREIOS (GENERAL MOTORS) Fr ei os A BS | 9 1 A modificação de um só, ou de vários destes fatores, torna quase impossível o domínio perfeito do veículo durante uma frenagem de emergência. Desde a implantação de microcomputadores nos automóveis, os dispositivos eletrônicos dos circuitos ABS comandam o comportamento das rodas, assegurando uma frenagem otimizada e um bom domínio direcional na maior parte das situações. Esses sistemas possuem a capacidade de modular ou de “bombar” a pressão hidráulica exercida sobre uma roda várias vezes por segundo. Pontos-chave Os primeiros sistemas de freios ABS (Anti-Lock Brake Sistem) foram utilizados em aviões e eram totalmente mecânicos; O sistema de freios ABS é um item de segurança dos veículos; O bloqueio das rodas durante a frenagem causa o deslizamento e consequentemente a perda de domínio do veículo; O sistema de freios ABS comanda individualmente a pressão aplicada sobre cada uma das rodas durante a frenagem, impedindo o deslizamento excessivo dos pneus; As pulsações percebidas no pedal de freio durante o funcionamento do sistema ABS são normais, e são causadas pela rápida mudança da pressão hidráulica; A função ABS de um sistema de freios entra em ação somente quando uma das rodas ultrapassa um dado valor de deslizamento. D ife re nc ia çã o do s Si st em as A BS | 9 3 O sistema de freios ABS pode ser explorado de acordo com diferentes técnicas. Essas diferenças normalmente dizem respeito ao número de canais e de sensores adotados pelo fabricante. Nesta aula você conhecerá os quatro tipos de sistemas ABS existentes, identificando a sua construção e os princípios de acionamento. FR EI O S | 9 4 DIFERENCIAçãO DOS SISTEMAS ABS D ife re nc ia çã o do s Si st em as A BS | 9 5 Ainda que o princípio do sistema ABS permaneça o mesmo, os fabricantes exploram diferentes técnicas para atingir melhores resultados. Os fatores que influenciam as escolhas são especialmente o custo e as características do veículo. Os meios adotados para modular a pressão, o número de canais e de sensores são normalmente os elementos que diferenciam os sistemas. O comando da pressão se efetua por comutação, por meio de eletroválvulas, ou, gradualmente, por um dispositivo de deslocamento linear (figura 85). Denominamos canal uma seção do circuito hidráulico comandada por uma eletroválvula ou por um dispositivo de deslocamento linear. Os sistemas hoje utilizados podem contar com dois a quatro canais. Quanto aos sensores, seu número varia também de um a quatro; eles medem a velocidade de rotação das rodas e transmitem através das vias um sinal elétrico proporcional à unidade de comando. Sistema de quatro canais O sistema de quatro canais conta com um sensor e um dispositivo de regulagem para cada uma das rodas. Em princípio, essa disposição faz do sistema ABS o mais evoluído. A unidade de comando eletrônica vigia o comportamento de cada uma das rodas do veículo e comanda a pressão necessária para cada uma delas. Conforme as características dos automóveis, o sistema de freios se divide em circuitos dianteiros-traseiros ou em diagonal (figura 86). A divisão em diagonal impõe a utilização de duas eletroválvulas para as rodas traseiras, e a comutação da pressão às rodas traseiras se efetua de acordo com a função denominada “seleção baixa”. A função da “seleção baixa” significa que o acionamento do circuito de rodas traseiras se efetua quando a roda emite um sinal de desaceleração mais rápida. bobina bobina motor elétrico FIGURA 85 - ELETROVÁLVULA TIPO E DISPOSITIVO DE DESLOCAMENTO LINEAR (GENERAL MOTORS) sistema 4 vias, 4 canais sistema 4 vias, 4 canais, sistema diagonal sensor solenóide FIGURA 86 - ESQUEMA DO PRINCíPIO DE SISTEMAS ABS DE QUATRO CANAIS FR EI O S | 9 6 Sistema de três canais Os veículos longos e com massa relevante são menos sensíveis ao ziguezague no momento da frenagem. Para esses automóveis, um sistema de três canais assegura geralmente um rendimento satisfatório (figura 87). A unidade de comando comuta simultaneamente a pressão das duas rodas traseiras e o canal para cada uma das rodas dianteiras. Estas últimas são comandadas separadamente, porque elas apresentam um coeficiente de aderência mais elevado no momento da frenagem. Nos veículos com sistema de três canais, o sensor traseiro é normalmente montado ou sobre o pinhão, ou sobre a coroa do diferencial, ou sobre o eixo secundário da transmissão (cardan). 3 vias e 3 canais Sistema de dois canais Nos sistemas de freios de dois canais (figura 88), o desempenho é menor que no sistema de quatro canais no que diz respeito à dirigibilidade e à manutenção da trajetória na estrada sobre um piso irregular durante uma frenagem. A unidade de comando modula uma pressão comum às rodas dianteiras depois que os sinais são transmitidos pelos sensores. sensor solenóide sistema de 3 vias, 3 canais FIGURA 87 - ESQUEMA DO PRINCíPIO DE UM SISTEMA ABS DE TRêS CANAIS 2 canais, 3 vias 2 vias, 2 canais 2 canais, 2 vias,sistema diagonal sensor solenóide FIGURA 88 - ESQUEMAS DO PRINCíPIO DOS SISTEMAS ABS DE DOIS CANAIS D ife re nc ia çã o do s Si st em as A BS | 9 7 Sistema de um canal O sistema de um canal (figura 89) não constitui verdadeiramente um sistema ABS, uma vez que ele garante bom comportamento somente quando a frenagem ocorre em linha reta e sobre uma rua regular. No Brasil este sistema é conhecido como ABS traseiro de um canal. O domínio direcional não é assegurado, o sistema não tem a capacidade de intervir se uma das rodas dianteiras bloquear-se durante a frenagem sobre um piso deslizante. Encontramos normalmente essa configuração em caminhões ou em camionetes leves. Normalmente, o número de sensores difere, conforme o sistema que se encontra em um veículo de duas ou de quatro rodas motrizes; quando o bloqueio do diferencial central é acionado, o sistema ABS é desabilitado do circuito. Essa condição é necessária, já que a modulação da pressão das rodas dianteiras, independentemente daquela das rodas traseiras, torna-se impraticável em tal situação, devido há uma ligação mecânica entre as rodas dos eixos diferentes. Pontos-chave Os meios adotados para modular a pressão, o número de canais e o número de sensores, são normalmente os elementos que distinguem os sistemas ABS fabricados por diferentes empresas; Os sistemas hoje utilizados podem contar com um a quatro canais, e com um a quatro sensores; Canal é uma seção do circuito comandada por uma eletroválvula ou por um dispositivo de deslocamento linear; Os sensores medem a velocidade de rotação das rodas e transmitem um sinal elétrico proporcional à unidade de comando. 1 canal, 1 via 1 canal, 2 vias sensor solenóide FIGURA 89 - ESQUEMAS DO PRINCíPIO DE SISTEMAS ABS DE UM CANAL U ni da de d e C om an do E le trô ni co d o Si st em a de F re io A BS | 9 9 Embora haja diferenças no número de componentes de um sistema de freio ABS para outro, dependendo do fabricante, existem componentes em comum. Osquatro principais componentes de um sistema de freio ABS são: unidade de comando eletrônico, central hidráulica, sensores de velocidade das rodas e luz de advertência de anomalia no painel. Nesta aula você estudará a unidade de comando eletrônico. FR EI O S | 1 00 aula 9 aula 9 UNIDADE DE COMANDO ELETRôNICO DO SISTEMA DE FREIO ABS U ni da de d e C om an do E le trô ni co d o Si st em a de F re io A BS | 1 01 Antes de aprofundar o estudo do funcionamento dos sistemas ABS, é importante conhecer o papel e o funcionamento de cada um dos elementos que compõe este sistema. Ainda que o número de componentes difira de um sistema e de um fabricante para outro, os sistemas possuem vários componentes comuns dos quais os principais são os seguintes (figura 90): VISTA G vista C vista B vista E vista A vista D vista F vista G interruptor do sistema ASR VISTA B VISTA A VISTA C módulo de comando do sistema ASR sensor de velocidade roda dianteira roda dentada fônicaVISTA D VISTA E VISTA F roda dentada central hidráulica conector de diagnóstico interruptor do pedal de freio roda dentada sensor de velocidade roda traseira sensor de velocidade roda traseira com freio a disco cilindro-mestre FIGURA 90 - LUGAR DOS PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UM SISTEMA ABS (FORD) FR EI O S | 1 02 unidade de comando eletrônico; central hidráulica; sensores de velocidade das rodas; luz de advertência de anomalia no painel. Unidade de comando eletrônico A unidade de comando contém os circuitos eletrônicos que analisam os dados provenientes de diferentes sensores e comandam o funcionamento do sistema todo o tempo; ela é o “cérebro” do dispositivo de freios ABS. As unidades de comando (controller antilock brake) se dividem em duas categorias, conforme o circuito interno da unidade, podendo ser do tipo analógico ou digital. As unidades do primeiro tipo funcionam com variações de tensão, enquanto as segundas, hoje as mais utilizadas, contêm microprocessadores funcionando com sinais digitais. As unidades de comando atuais contêm diferentes componentes eletrônicos, são blindadas e não reparáveis. Um conector, que dispõe de um número diferente de pinos conforme os fabricantes e a versão dos sistemas, conecta a unidade de comando a um conjunto do circuito (figura 91). A colocação da unidade de comando no veículo varia de acordo com o modelo dos veículos. FIGURA 91 - IDENTIFICAçãO DOS PINOS DO CONECTOR DE UMA UNIDADE DE COMANDO TIPO (CHRYSLER) U ni da de d e C om an do E le trô ni co d o Si st em a de F re io A BS | 1 03 Para garantir o máximo de segurança, a unidade de comando recorre normalmente a dois microprocessadores, programados de modo idêntico e processando os mesmos dados de entrada. Por exemplo, o sinal de entrada do sensor de velocidade de uma roda é transmitido simultaneamente aos dois microprocessadores (figura 92). Os dois microprocessadores tratam os dados conforme instruções idênticas inscritas no seu programa e geram sinais internos e externos. Assim, a velocidade do veículo é um sinal interno enquanto o comando das eletroválvulas é um sinal externo. Na saída dos blocos lógicos dos microprocessadores, os sinais internos são submetidos a duas comparações distintas. Se os sinais não concordam, as funções ABS são invalidadas. Na saída de cada um dos microprocessadores, os sinais externos são, por sua parte, aplicados diretamente a um primeiro comparador e indiretamente a um segundo por transistores de cumulação e por um circuito de retroação. Se os sinais externos a cada um dos dois comparadores não concordam, a unidade de comando invalida a função ABS e acende a luz de advertência no painel de instrumentos. A unidade de comando não controla somente o funcionamento interno, mas também aquele dos principais elementos do sistema ABS, sejam as eletroválvulas, sejam os relês, sejam os sensores de velocidade das rodas. Normalmente, quando a chave de contato é colocada em posição de marcha (+15), as lâmpadas do sistema de freios se acendem e, após alguns segundos, se apagam. Durante esse período, a unidade de comando controla o sistema. Em seguida, conforme os modelos, o dispositivo entra em ação quando o veículo trafega em velocidade variando de dois a dez km/h. O controle das eletroválvulas se efetua pela aplicação de pulsos de controle muito curtos durante a condução e durante as frenagens normais. A duração reduzida dos pulsos não é suficiente para acionar as eletroválvulas, mas permite à unidade de comando controlar o estado do circuito elétrico. Além disso, no momento de frenagem em que o dispositivo ABS FIGURA 92 - ESQUEMA FUNCIONAL DE UMA UNIDADE DE COMANDO TIPO (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 1 04 é acionado, a unidade controla a coerência dos sinais, comparando o efeito dos sinais de saída lançados nas eletroválvulas com os sinais de entrada provenientes dos sensores de velocidade das rodas correspondentes. Desde que uma falha qualquer ocorra no dispositivo ABS (falta de sinal elétrico, na alimentação ou massa, no desaparecimento do sinal do sensor de velocidade de uma roda), a unidade de comando invalida automaticamente a função ABS e adota o modo de freios normal do veículo. Normalmente é possível, quando o condutor é atento, detectar o momento em que as eletroválvulas são acionadas através dos ruídos emitidos para o funcionamento da bomba. A seção de tratamento da unidade de comando filtra os sinais dos sensores de velocidade das rodas, a fim de compensar as variações causadas pelas irregularidades temporárias em decorrência de uma diferença de diâmetro entre os pneus. Essa seção estabelece, então, uma velocidade de referência e determina as acelerações, as desacelerações e os valores de patinagem das rodas. A seção lógica calcula em seguida os parâmetros, depois lança os sinais adequados para o comando da central hidráulica. As intervenções da unidade eletrônica, que consistem em modular a intensidade da corrente nas bobinas das eletroválvulas, têm por objetivo manter a velocidade de rotação das rodas de acordo com um dado afastamento da velocidade de referência calculada. Finalizando, acrescentamos que a iluminação de uma lâmpada de cor âmbar no painel sinaliza para o condutor a presença de uma anomalia. A maioria dos sistemas recentes possuem a capacidade de memorizar um código correspondente à maior parte das anomalias previsíveis. Por essa razão nunca devemos trocar os pneus dos veículos por outros de medidas diferentes aos originais, para não alterar a reação e o tempo de resposta do sistema ao comando do motorista em frenagens de emergência. velocidade de referência calculada velocidade do veículo velocidade da roda intensidade da corrente na bobina da senóide pressão hidráulica no cilindro de roda intensidade máxima intensidade média sem intensidade FIGURA 93 - RELAçãO ENTRE AS INTERVENçõES DA UNIDADE DE COMANDO E A VELOCIDADE DE UMA RODA (AUDI) U ni da de d e C om an do E le trô ni co d o Si st em a de F re io A BS | 1 05 Desempenho da unidade de comando no funcionamento geral do sistema A unidade de comando rege durante todo o tempo o funcionamento global do dispositivo de freios ABS. Para assumir corretamente essa tarefa, a unidade de comando deve conhecer precisamente o valor dos diferentes parâmetros, obtidos em consonância com os sinais de entrada emitidos pelos sensores de velocidade das rodas. O tratamento dos dados permite claramente determinar se a velocidade de rotação de uma roda difere das outras (figura 94). Desde que a análise dos dados revele o bloqueio iminente de uma roda, a unidade de comando adota o modo ABS e coloca sob tensão as eletroválvulas apropriadas. A alimentação das eletroválvulas modula a pressão dos freios exercida sobre a roda e previne o bloqueio. Conforme a configuração dos sistemas, as intervenções são realizadas independenteou simultaneamente sobre as rodas dianteiras e traseiras. As irregularidades imprevisíveis, tais como aquaplanagem ou piso deformado, podem produzir importante diferença de velocidade entre as rodas quando o sistema de freios encontra-se inativo. Para prevenir a entrada em ação do dispositivo ABS em tais condições, o ciclo somente é acionado na recepção do sinal do interruptor do pedal de freio, a fim de permitir a parada completa do veículo; a ação do sistema ABS cessa quando a velocidade do veículo é de aproximadamente cinco km/h. Chave ligada Circuito bomba Aplicação do freio Estado dos relés Entrada do conector de diagnóstico Sensor dianteiro esquerdo Sensor dianteiro direito Sensor traseiro esquerdo Sensor traseiro direito Solenóide dianteiro direito Solenóide dianteiro esquerdo Solenóide traseiro direito Solenóide traseiro esquerdo Relé de alimentação dos solenóides Relé da bomba de retorno Lâmpada de anomalia (ABS) Relé suplementar Comunicação serialU N ID AD E D E C O M AN D O FIGURA 94 - ENTRADAS E SAíDAS DE UM CIRCUITO TIPO FR EI O S | 1 06 Pontos-chave Os principais componentes dos sistemas ABS são; unidade de comando eletrônico, central hidráulica, sensores de velocidade das rodas e luz de advertência de anomalia no painel; As unidades de comando podem ser do tipo analógico ou digital, sendo que as últimas são mais utilizadas atualmente; Para garantir o máximo de segurança, dois microprocessadores, no interior das unidades de comando, processam os dados enviados pelos sensores de velocidade das rodas simultaneamente; Se os sinais comparados nos dois microprocessadores não concordam entre si, as funções ABS são desabilitadas; Caso ocorra uma falha qualquer no dispositivo ABS, a unidade de comando invalida automaticamente esta função e adota o modo de freios convencional, neste caso, uma luz de cor âmbar é acesa no painel. U ni da de d e C om an do H id rá ul ic o do S is te m a de F re io A BS | 1 07 Na aula 9 você estudou o funcionamento da unidade de comando eletrônico, nesta aula você conhecerá os principais componentes da central hidráulica do sistema de freio ABS, assim como os princípios de funcionamento de cada componente e sua interdependência no sistema. FR EI O S | 1 08 UNIDADE DE COMANDO HIDRÁULICO DO SISTEMA DE FREIOS ABS U ni da de d e C om an do H id rá ul ic o do S is te m a de F re io s AB S | 1 09 Central hidráulica A colocação da central hidráulica determina se o sistema de freios ABS é do tipo independente ou integral. No primeiro caso, a central é autônoma e conectada ao sistema pelas tubulações, em seguida de um servofreio clássico. A pressão da saída do cilindro-mestre é dirigida para a central (figura 95). No segundo caso, o conjunto acumula as funções do servofreio hidráulico e do sistema ABS (figura 96). A assistência nos freios provém da alta pressão criada por uma bomba rotativa a pistão acionada por um motor elétrico. Diferente dos sistemas clássicos, os pistões do cilindro- mestre são desconectados mecanicamente do pedal do freio. Um simulador de trajeto serve para dosar a assistência proporcional à pressão aplicada sobre o pedal de freio (sistema não aplicado no Brasil). lâmpada de anomalia abs unidade de comando cilindro-mestre e servofreio clássicos central hidráulica central hidráulica relés unidade de comando acumulador tubulação de alta pressão cilindro-mestre haste de acionamento corpo de eletroválvula motor da bomba eletroválvula principal monocontato FIGURA 95 - LUGAR DOS ELEMENTOS DE UM SISTEMA ABS DE CENTRAL HIDRÁULICA SEPARADA DO SERVOFREIO (GENERAL MOTORS) FIGURA 96 - ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE FREIOS COM CENTRAL HIDRÁULICA INTEGRAL (GENERAL MOTORS) FIGURA 97 - ELEMENTOS DE UMA CENTRAL HIDRÁULICA DO TIPO INTEGRAL (FORD) FR EI O S | 1 10 Para compreender o funcionamento global das centrais hidráulicas é preciso inicialmente co- nhecer seus principais componentes (figura 97). Os dois tipos de centrais hidráulicas contam com elementos comparáveis, mas que, às vezes, efetuam tarefas diferentes. Bomba As bombas podem ser rotativas ou a pistão e acionadas por um motor elétrico. A bomba pode ser solidária à central ou conectada a ela por tubulações de alta pressão. Nos sistemas do tipo independente (figura 98), a bomba retorna o fluido expulso dos cilindros da roda para o cilindro-mestre durante a etapa de redução da pressão do ciclo ABS. A unidade comanda a ação da bomba pela intervenção de um relé, quando a função ABS é acionada. A bomba dos sistemas de tipo integral é ligada ao acumulador, que alimenta o circuito com fluido de freio sob pressão, e é concebida para funcionar brevemente em intervalos aproximados. Na colocação em marcha do veículo, a bomba pode colocar o circuito sob pressão em prazo muito curto, normalmente em menos de um minuto. Para prevenir uma perda da assistência em caso de pane da unidade de comando, a bomba possui seu próprio circuito de alimentação elétrica. conjunto motor elétrico e bomba tubulação e conexão de alta pressão FIGURA 98 - BOMBA INDEPENDENTE DA CENTRAL HIDRÁULICA (CHRYSLER) FIGURA 99 - CIRCUITO DE ALIMENTAçãO DO MOTOR ELÉTRICO DA BOMBA (CHRYSLER) U ni da de d e C om an do H id rá ul ic o do S is te m a de F re io A BS | 1 11 Anomalias previsíveis A unidade de comando eletrônico controla indiretamente as anomalias elétricas, mecânicas ou hidráulicas que podem ocorrer na bomba. A unidade de comando monitora continuamente as flutuações de tensão ou de intensidade (corrente elétrica), compara os dados com os parâmetros que armazena na memória e denuncia uma anomalia se perceber uma diferença considerável em alguns parâmetros. Desde que constate que os parâmetros correspondem a uma anomalia, a unidade de comando memoriza um código, acende a luz âmbar no painel e invalida a função ABS. As unidades de comando dos sistemas de freios ABS atuais oferecem normalmente a possibilidade de comandar o funcionamento da bomba por meio do teclado de uma ferramenta de diagnósticos, a fim de verificar se ela funciona convenientemente. Acumulador Nos sistemas do tipo independente, o acumu- lador, também chamado redutor de pressão, absorve o fluido expelido dos cilindros de roda no decorrer do processo de modulação das eletroválvulas, durante a etapa da redução da pressão. Os acumuladores permitem uma queda imediata da pressão do fluido expeli- do e contribuem para o amortecimento das pulsações desse fluido. Esses acumuladores são montados no circuito de retorno, entre os cilindros das rodas e da bomba (figura 100). O volume do fluido que o acumulador pode receber elimina a necessidade de recorrer a uma bomba de consumo mais elevado para absorver instantaneamente o fluido expelido. Nos sistemas do tipo integral, o acumulador assume uma tarefa diferente: mantém uma reserva do fluido sob pressão como previsão de uma frenagem eventual. O acumulador é constituído de uma unidade de comando blindada, dividida em duas câmaras por uma membrana ou por um pistão. O acumulador de membrana possui forma esférica (figura 101), enquanto o acumulador de pistão tem aspecto de um cilindro com azoto gasoso, com uma pressão superior a 8.000 kPa (1.200 Ib/po²) e preenche uma das câmaras. Quando a bomba elétrica expele o fluido de freio na câmara inferior, a pressão do fluido empurra a membrana ou o pistão e comprime o azoto gasoso na câmara superior. Quando a pressão predeterminada é atingida, a bomba pára, e o azoto comprimido mantém bomba de retorno eletroválvula retorno acumulador unidade de comando FIGURA 100 -POSIçãO DO ACUMULADOR EM UMA CENTRAL DO TIPO INDEPENDENTE (AUDI) (NãO APLICÁVEL NO BRASIL) acumulador azoto sob pressão membrana de separação fluido de freio FIGURA 101 -ACUMULADOR DE MEMBRANA DE UM SISTEMA INTEGRAL (FORD) FREI O S | 1 12 uma pressão muito elevada dentro do sistema (de 14 000 a 18 000 kPa). Essa pressão alimenta o circuito no momento da frenagem. Caso se verifique uma pane da bomba elétrica, a ocorrência denuncia que o acumulador está completamente carregado, uma vez que a reserva acumulada basta para fornecer até vinte frenagens com assistência. Muitos sistemas possuem dois acumuladores, um para o modo de freios assitidos normal e outro para o modo de freios ABS. Um acumulador carregado contém fluido sob alta pressão. É preciso sempre assegurar a liberação da pressão antes de proceder aos trabalhos a respeito do conjunto, e consultar o manual de reparação a fim de conhecer o procedimento para desativar a bomba e liberar a pressão. Além disso, não se deve aquecer nem furar o acumulador. Eletroválvula principal A maior parte dos sistemas do tipo integral possuem uma eletroválvula chamada de eletroválvula principal ou de isolamento, dependendo do fabricante. Seu papel e sua posição podem diferir ligeiramente de uma marca e de um modelo de central hidráulica para outro. Em suma, a eletroválvula isola o reservatório do cilindro-mestre do circuito hidráulico durante a frenagem no modo ABS. Certos fabricantes montam duas eletroválvulas de isolamento, uma para o circuito primário do cilindro-mestre e outra para o circuito secundário. No modo de freios tradicional, a eletroválvula abre a passagem entre o reservatório e o cilindro-mestre. Essa eletroválvula é, às vezes, denominada de comporta de enchimento (figura 102). interruptor do acumulador de pressão bomba acumulador mecanismo de nível de intensidade de frenagem solenóide de isolação corpo de válvulas e solenóides pistões cilindro- mestre FIGURA 102 -LUGAR DE UMA ELETROVÁLVULA DE ISOLAMENTO (BOSCH) U ni da de d e C om an do H id rá ul ic o do S is te m a de F re io A BS | 1 13 Anomalias previsíveis da eletroválvula principal As anomalias previsíveis dizem respeito ao estado da bobinagem e à fixação da eletroválvula. Assim, a resistência da bobinagem pode ser muito fraca ou muito elevada. A unidade de comando monitora o funcionamento da eletroválvula e memoriza um código de anomalia desde que uma situação anormal sobrevenha. Pontos-chave No sistema ABS do tipo independente, a central hidráulica é autônoma e conectada ao sistema pelas tubulações, em seguida de um servofreio clássico; No sistema ABS do tipo integral, o conjunto acumula as funções do servofreio hidráulico e do sistema ABS; Os principais componentes das centrais hidráulicas são: acumulador, tubulação de alta pressão, haste de acionamento, cilindro-mestre, corpo de eletroválvula, eletroválvula principal, monocontato e motor bomba; Nos sistemas do tipo independente, o acumulador também é chamado de redutor de pressão e absorve o fluido expelido dos cilindros de roda no decorrer do processo de mudulação das eletroválvulas; Nos sistemas do tipo integral, o acumulador assume uma tarefa diferente: mantém uma reserva de fluido sob pressão como previsão de uma frenagem eventual; A eletroválvula de isolação separa o reservatório do cilindro-mestre do circuito hidráulico durante a frenagem no modo ABS. C om po ne nt es E lé tri co s do S is te m a de F re io s AB S | 1 15 Nesta aula veremos os principais componentes elétricos do sistema de freio ABS, tais como: sensores de velocidade das rodas e lâmpada de advertência da anomalia do painel. FR EI O S | 1 16 aula 11 aula 11 COMPONENTES ELÉTRICOS DO SISTEMA DE FREIO ABS C om po ne nt es E lé tri co s do S is te m a de F re io s AB S | 1 17 Comando das eletroválvulas A unidade de comando de eletroválvulas compõe-se de um conjunto solidário da central hidráulica que reagrupa as eletroválvulas. Os fabricantes adotam dois tipos diferentes de eletroválvulas para comandar o consumo do fluido de freio pelos cilindros de roda. Em certos casos, um par de eletroválvulas comanda cada um dos canais do sistema (figura 103). Cada par é constituído de uma eletroválvula de entrada, normalmente aberta, e uma eletroválvula de saída, normalmente fechada. Essas eletroválvulas são produzidas com uma bobinagem fixa e com um pistão móvel. eletroválvula traseira eletroválvula dianteira direita conector de 3 vias eletroválvula dianteira esquerda eletroválvula principal corpo de válvulas par de eletroválvulas FIGURA 103 -DISPOSIçãO DAS ELETROVÁLVULAS DE DUAS UNIDADES DE COMANDOS DE ELETROVÁLVULAS (GENERAL MOTORS, FORD) eletroválvula de manutenção de pressão normalmente aberta eletroválvula de alívio de pressão normalmente fechada FIGURA 104 -SISTEMA DE FREIOS COMANDADO POR PARES DE ELETROVÁLVULAS (FORD) FR EI O S | 1 18 No modo de freios normal, o deslocamento do pedal de freio envia o fluido hidráulico sob pressão até os cilindros de roda pelas eletroválvulas de entrada normalmente abertas (figura 104). Quando o sistema passa ao modo ABS, a unidade de comando alimenta a bobinagem das eletroválvulas de entrada e de saída apropriadas, a fim de comandar o circuito de freios e de prevenir o bloqueio das rodas. Em outros sistemas, é um distribuidor 3/3 que desempenha o papel de um par de eletroválvulas (figura 105). O uso de eletroválvulas deste tipo exige um comando em duas etapas a fim de que a válvula possa adotar uma das três posições possíveis. Nos circuitos munidos com eletroválvulas de três posições e com uma bobinagem, é a intensidade da corrente circulante no rolamento que determina a posição da válvula de gaveta. Uma mola limita o trajeto do núcleo ou do mergulhador para cada uma das duas intensidades possíveis do campo magnético. Essa unidade de comando determina o estado da extremidade do circuito da eletroválvula ligada à massa (figura 106). Encontramos também eletroválvulas de três posições contando com duas bobinagens, uma para a etapa de manutenção da pressão e outra para a redução da pressão (figura 107). O circuito de comando do módulo dirige a corrente para o rolamento correspondente e para a posição desejada. Em repouso, no modo de freios comum, uma mola mantém o pistão da eletroválvula em posição que deixa aberta a passagem entre o cilindro-mestre e o cilindro de roda. FIGURA 105 -REPRESENTAçãO SIMBóLICA DE UM DISTRIBUIDOR 3/3 manutenção redução manutenção redução manutenção redução seção da unidade de comando FASE DE AUMENTO DE PRESSãO A eletroválula esta desenergizada e uma mola a mantém no seu alojamento. FASE DE MANUTENçãO DE PRESSãO A eletroválvula é energizada com uma corrente de aproximadamente dois ampères no seu circuito. FASE DE REDUçãO DE PRESSãO A eletroválula é energizada com uma corrente de cinco ampères no seu circuito. FIGURA 106 -CIRCUITO DE COMANDO DA ELETROVÁLVULA DE TRêS POSIçõES (GENERAL MOTORS) passagem fechada núcleo bobina de redução de pressão desenergizada pistão passagem aberta bobina de manutenção de pressão do cilindro- mestre FIGURA 107 -ELETROVÁLVULA DE TRêS POSIçõES E COM DUAS BOBINAGENS C om po ne nt es E lé tri co s do S is te m a de F re io s AB S | 1 19 monocontato motor da bomba Anomalias previsíveis no comando das eletroválvulas As anomalias previsíveis dizem respeito ao estado da bobinagem ao funcionamento livre do pistão da eletroválvula. Os problemas ligados à bobinagem ocorrem na resistência, que pode ser muito baixa ou muito elevada. A unidade de comando vigia o funcionamento das eletroválvulas e inscreve um código de anomalia (DTC) próprio para cada tipo de anomalia, caso uma condição anormal predeterminada sobrevenha. A maior parte dos sistemas oferece também a possibilidade de comandar o funcionamento das eletroválvulas por meio do teclado de um scanner. Por exemplo, é possível controlar a função de redução da pressão de uma eletroválvula seguindo as etapas seguintes: solicitar a uma outrapessoa para acionar o pedal de freio; comandar a função “redução de pressão” por meio de um teclado de scanner; tentar girar a roda manualmente; se o comando de redução da pressão funciona corretamente, a roda deverá girar. De acordo com os fabricantes, é possível controlar várias anomalias previsíveis. Monocontato O monocontato encontra-se nos sistemas do tipo integral. Ele comanda o circuito de alimentação elétrica da bomba (figura 108). O monocontato, dotado de um jogo de contatos duplos, é instalado sobre a unidade de comando do acumulador, ele funciona independentemente da unidade de comando. Essa disposição tem o objetivo de manter uma alimentação continuada da bomba, mesmo que ocorra pane na unidade de comando. Quando a pressão atinge um valor determinado, o monocontato de alta pressão se abre e corta o circuito de massa do relé da bomba, fazendo que ela pare. Se a pressão no acumulador torna-se inferior ao valor de referência, o monocontato de baixa pressão se fecha, restabelecendo o circuito de massa do relé; a corrente alimenta de novo a bomba, que entra em funcionamento (figura 109). Certos fabricantes utilizam somente um monocontato para comandar ambas as pressões. Em tal caso, o dispositivo reage aos valores máximo (alto) e mínimo (baixo) da pressão. FIGURA 108 -MONOCONTATO DO ACUMULADOR (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 1 20 Interruptor da lâmpada de advertência do nível do fluido De acordo com os sistemas, o interruptor da lâmpada de advertência possui um ou dois pares de contato. O par superior acende a lâmpada de advertência vermelha de freios, se o nível de fluido descer sob um nível predeterminado. O par inferior transmite um sinal à unidade de comando eletrônica, que acende a lâmpada de advertência âmbar e invalida a função ABS. Sensores de velocidade das rodas Os sensores de velocidade das rodas (wheel speed sensors) informam para a unidade de comando a velocidade de rotação (desaceleração) das rodas. Os sensores magnéticos são os mais utilizados em razão não apenas de sua construção simples, mas também do número reduzido de fios e, ainda, de sua resistência elevada aos abalos transmitidos pelas rodas. Os elementos principais desse tipo de sensor são um imã permanente inserido no interior de uma bobina e uma roda dentada, também chamada roda fônica ou “relutor”, fabricada com um material ferroso. FIGURA 109 -PLANO ELÉTRICO DO CIRCUITO DE UM MONOCONTATO TIPO (GENERAL MOTORS) C om po ne nt es E lé tri co s do S is te m a de F re io s AB S | 1 21 Conforme a configuração dos sistemas, encontramos a roda dentada instalada em diferentes pontos (figura 110). Os principais são os seguintes: sobre uma junta homocinética; solidária ao cubo de roda; prensada sobre o eixo do pinhão do diferencial; prensada sobre a árvore de saída da unidade de comando de câmbio. As duas extremidades da bobinagem do sensor são ligadas à unidade de comando pela intervenção de conectores. O valor da resistência de bobinagem dos sensores varia de um fabricante para outro, e também em razão de sua posição em um mesmo veículo. O diâmetro dos pneus de origem e a relação do diferencial são fatores que determinam o número de dentes da roda dentada. A montagem de pneus de diâmetros diferentes pode comprometer o bom funcionamento do sistema, assim como alterações na relação e na transmissão. O deslocamento da roda dentada em frente ao núcleo magnético modifica tanto a intensidade do campo magnético quanto o valor da tensão na bobina do sensor. Além disso, a direção da tensão elétrica produzida pelo sensor, depois transmitida à unidade de comando, alterna- se continuamente. A tensão se eleva quando um dente se aproxima do núcleo magnético e cai quando ele se afasta. Para uma volta da roda dentada, o número de ciclos corresponde exatamente ao número de dentes do rotor. O sensor de velocidade de uma roda magnética se comporta como um minúsculo alternador; portanto, a tensão do sinal é proporcional à velocidade da roda. Conforme o circuito interno das unidades de comando, é a freqüência ou a tensão do sinal que exerce a função de estabelecer a situação real da roda. A unidade de comando compara os sinais recebidos de diferentes sensores e determina o estado de cada uma das rodas. Uma desaleração muito rápida anuncia um bloqueio iminente. sensor roda dentada sensor roda dentada sensor roda dentada sensor usado no cubo de roda sensor usado na junta homocinética sensor solidário ao cubo de roda sensor roda dentada solidária ao pinhão sensor prensado sobre alojamento do pinhão diferencial FIGURA 110 -DIFERENTES PONTOS DE INSTALAçãO DO SENSOR DE VELOCIDADE DAS RODAS FR EI O S | 1 22 Como você sabe, conhece-se por entreferro a folga existente entre a extremidade do núcleo magnético do sensor e um dente da roda dentada; esta folga é, às vezes, regulável. Como o sinal gerado por esse tipo de sensor é muito fraco, é importante respeitar as recomendações do fabricante no momento da inspeção ou da substituição. Além disso, a credibilidade do sinal torna o sensor vulnerável à indução de tensões parasitas no circuito; as tensões bastam para tornar um sistema inoperante. Uma atenção particular deve então ser dada à posição, ao estado e às conexões dos fios. A fim de reduzir os riscos ligados à indução, os condutores dos circuitos são torcidos (figura 111) ou munidos de uma blindagem magnética. Os circuitos torcidos contribuem para reduzir o efeito de indução magnética, que influencia igualmente os dois condutores. FIGURA 111 - INTERRUPTORES DOS SENSORES NA UNIDADE DE COMANDO (GENERAL MOTORS) C om po ne nt es E lé tri co s do S is te m a de F re io s AB S | 1 23 Anomalias previsíveis dos sensores de velocidade das rodas As anomalias que ocorrem nos sensores de velocidade das rodas se manifestam normalmente pela ausência de sinais ou pelas flutuações excessivas dos sinais transmitidos. As anomalias de natureza elétrica são freqüentemente provocadas por conexões frouxas, por fios quebrados, por um isolamento deficiente, por fios mal colocados ou por uma resistência inadequada da bobinagem. Mecanicamente, as variações de entreferro provocadas por um rolamento de roda defeituosa podem também levar a irregularidades de sinal. A unidade de comando vigia o funcionamento dos sensores e memoriza um código próprio à anomalia e ao que ocorre no sensor desde que uma condição anormal predeterminada seja estabelecida. Relé A maior parte dos sistemas ABS possui no mínimo dois relés: um relé principal de alimentação e o relé da bomba. O circuito do relé principal conta, em certos casos, com o uso de diodos zener, encarregados de proteger o sistema contra as sobretensões. Você já sabe que a utilização de dois relés e de circuitos independentes tem a função de assegurar a autonomia da bomba no caso de uma anomalia no circuito principal. Em outros casos, as eletroválvulas são alimentadas por relés suplementares que são ligados na extremidade positiva da linha de comando (bobina borne 86) do relé, enquanto a unidade de comando comuta a extremidade negativa (borne 85) (figura 112). Para facilitar sua identificação, os fabricantes utilizam freqüentemente relés de cores diferentes. FIGURA 112 -CIRCUITO DE COMANDO DAS ELETROVÁLVULAS DE DUAS BOBINAGENS (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 1 24 Luzes de advertência do sistema Os veículos munidos de um sistema de freios ABS contam normalmente com duas lâmpadas no painel para informar o motorista a respeito do estado do sistema. Uma luz é vermelha e outra âmbar, e elas assumem funções específicas: a luz vermelha, como nos veículos de sistema de freios convencionais, indica anomalias no circuito hidráulico, tais como um nível do fluido inferior ao limite ou uma pressão muito baixa no acumulador; a luz âmbar da função ABS se acende, desde que a unidade de comando detecte uma anomalia em um dos elementos eletroeletrônicosdo sistema de freios ABS. Com a iluminação da luz âmbar, a unidade de comando invalida normalmente todas as funções dos freios ABS. O comando das luzes é efetuado pela unidade de comando de acordo com parâmetros recebidos e conforme a sua programação. A comutação da luz pode ser realizada diretamente pela unidade de comando ou pela intervenção de um relé específico (figura 113). Interruptor das luzes de freio O interruptor clássico das luzes de freio, normalmente montado sobre o suporte do pedal de freio, serve também para transmitir um sinal de acionamento dos freios (brake input) à unidade de comando (figura 113). Sem esse sinal, o sistema ABS não entra em ação. C om po ne nt es E lé tri co s do S is te m a de F re io s AB S | 1 25 FIGURA 113 -PLANO ELÉTRICO DE UM SISTEMA ABS TIPO (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 1 26 Pontos-chave As eletroválvulas comandam o fluxo de fluido de freio aos cilindros de rodas, quando a função ABS está operante; O monocontato, encontrado nos sistemas do tipo integral, comanda o circuito de alimentação elétrica da bomba; Os Wheel Speed Sensors (sensores de velocidade das rodas) informam para a unidade de comando a velocidade de rotação das rodas; O sensor de velocidade de uma roda funciona como um minúsculo alternador: a tensão do sinal é proporcional à velocidade da roda; Nos sistemas dotados de um canal, uma desaceleração muito rápida das rodas indica um bloqueio eminente; Entreferro é a folga existente entre a extremidade do núcleo magnético do sensor e um dente da roda dentada; A luz vermelha do painel indica anomalias no circuito hidráulico nos sistemas de freios convencionais; A luz âmbar indica a invalidação de todas as funções dos freios ABS; O interruptor das luzes de freio serve também para transmitir um sinal de acionamento do sistema ABS. Fu nc io na m en to d os F re io s AB S | 1 27 Após termos visto os componentes do sistema de freio ABS, veremos, nesta aula, as etapas de funcionamento do sistema e a dinâmica do veículo durante a frenagem. FR EI O S | 1 28 aula 12 FUNCIONAMENTO DOS FREIOS ABS Fu nc io na m en to d os F re io s AB S | 1 29aula 12 Conforme as situações, o sistema de freios ABS adota três modos distintos de funcionamento: ausência de freios (pedal em repouso): nenhuma pressão sobre o pedal de freio; freios normais: o circuito funciona normalmente como um sistema de freios assistidos convencional (figura 114); freios com ABS: a unidade de comando detecta a iminência do bloqueio de uma ou de várias rodas e modula a pressão dos freios a fim de impedir o bloqueio. Etapas de funcionamento do sistema ABS Para cada um dos sistemas ABS produzidos, os fabricantes adotam estratégias que lhes são próprias. Apesar da diversidade dos sistemas e das necessidades particulares de cada um dos veículos, permanece possível dividir em três etapas de funcionamento o conjunto dos sistemas de ABS (figura 115): aumento de pressão; manutenção da pressão; redução da pressão. cilindro-mestre o pistão da eletroválvula é mantido na posição aberta pela ação da mola central hidráulica eletroválvula desenergizada unidade de comando FIGURA 114 -TRAJETO SEGUIDO PELO FLUIDO DURANTE FRENAGEM NORMAL (AUDI) FR EI O S | 1 30 Aumento da pressão Durante a etapa de aumento da pressão, que corresponde à frenagem convencional, as eletroválvulas da central hidráulica não são alimentadas e a mola mantém o pistão na sua posição inferior; o fluido pode percorrer livremente para os cilindros de rodas (figura 116). A pressão no sistema dos freios é criada pelo esforço exercido sobre o pedal de freio. A força de freios aumenta e, por conseqüência, a roda desacelera e reduz sua própria velocidade em relação à do veículo. A velocidade diminui a um tal valor que a aderência dos pneus sobre o solo pode ser comprometida. esfera sede para o cilindro de roda aumento de pressão manutenção de pressão redução de pressão FIGURA 115 -POSIçãO DO PISTãO DE UMA ELETROVÁLVULA EM CADA UMA DAS TRêS ETAPAS DE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA ABS (GENERAL MOTORS) cilindro-mestre relé fio fusível unidade de comando manutenção redução circuito de massa abertoa mola mantém o pistão na posição de repouso coincidindo as aberturas enviado para a unidade de comando sensor de velocidade FIGURA 116 -ESQUEMA FUNCIONAL DE UM SISTEMA ABS DURANTE A ETAPA DE SUBIDA DA PRESSãO (GENERAL MOTORS) Fu nc io na m en to d os F re io s AB S | 1 31 Manutenção da pressão Durante a etapa de manutenção da pressão, a análise dos dados pela unidade de comando demonstra uma tendência ao bloqueio iminente de uma roda. Seguindo as instruções inscritas no seu programa, a unidade de comando lança um sinal de saída para a eletroválvula da roda com iminência de bloqueio. A alimentação da bobina da eletroválvula por uma corrente de uma intensidade de aproximadamente 2 A leva o deslocamento do pistão a sua posição central e a comunicação entre o cilindro-mestre e o cilindro de roda é cortada (figura 117). A pressão no cilindro de roda é mantida no valor atingido anteriormente, qualquer que seja a força agora exercida sobre o pedal de freio. Se o sinal emitido pelo captador de velocidade da roda demonstra que a manutenção da pressão não basta para restabelecer a aderência do pneu, a unidade de comando aciona a etapa de redução de pressão. Redução da pressão Na etapa de redução de pressão, a unidade de comando percebe a tendência ao bloqueio da roda, apesar do seu isolamento em relação ao cilindro-mestre. A unidade de comando dirige a eletroválvula apropriada, que adota uma posição adequada para permitir tanto o retorno do fluido quanto uma queda na pressão no cilindro da roda com tendência de bloqueio. A bobina da eletroválvula é então alimentada com uma corrente de uma intensidade de aproximadamente 5 A. A comunicação entre o cilindro-mestre e o cilindro de roda permanece cortada, enquanto se abre uma passagem entre o cilindro de roda, o acumulador e a bomba de retorno (figura 118 da página 126). FIGURA 117 -ESQUEMA FUNCIONAL DE UM SISTEMA ABS DURANTE A ETAPA DE MANUTENçãO DA PRESSãO (GENERAL MOTORS) relé fio fusível unidade de comando manutenção redução circuito de massa abertoo equilíbrio entre a pressão da mola e o campo magnético mantém o pistão na posição central da válvula isolando a passagem enviado para a unidade de comando sensor de velocidade FR EI O S | 1 32 Durante essa etapa, a ação do acumulador permite uma queda imediata da pressão do fluido de freio. As válvulas do circuito da bomba isolam o cilindro-mestre do circuito dos cilindros de roda. Simultaneamente, a unidade de comando faz a bomba entrar em funcionamento e enviar para o cilindro-mestre uma pequena quantidade de fluido que provém do circuito de freios, de modo a reduzir a pressão. Esse fluido age contra a pressão exercida sobre o pedal. A bomba de retorno permanece em função durante o resto do ciclo ABS, daí a rumorosidade descrita anteriormente, sentida pelo condutor do veículo durante a aplicação dos freios, em que o ABS entra em ação. A pressão cai, a aderência aumenta e a roda começa a girar. A unidade de comando analisa o sinal proveniente do sensor de velocidade da roda para cortar a corrente da eletroválvula e a mola dessa eletroválvula empurra o pistão para a sua posição de repouso. O fluido sob pressão proveniente do cilindro-mestre atinge novamente o cilindro de roda com tendência ao bloqueio. A seqüência de modulação da pressão em três etapas pode se produzir, conforme as condições, até vinte e três vezes por segundo. O funcionamento da bomba pode ser sentido sobre o pedal de freio durante a etapa de redução da pressão. Esse fenômeno é normal durante a intervenção do dispositivo ABS das rodas. A descrição precedente consiste mais especificamente em um sistemade central hidráulica independente, fabricado pela companhia Bosch e identificado pela abreviação ABS II. Tal sistema encontra-se instalado em diferentes marcas de veículos. Certos fabricantes adotam uma montagem diferente: eles utilizam conjuntamente uma eletroválvula (solenoid valve) e uma válvula de regulagem de fluxo do fluido (flow control valve) (figura 119). cilindro-mestre o campo magnético mantém o pistão em sua posição mais alta acumulador bomba de retorno relés unidade de comando máxima corrente sobre a eletroválvula manutenção redução fio fusível FIGURA 118 -ESQUEMA FUNCIONAL DE UM SISTEMA ABS DURANTE A ETAPA DE REDUçãO DA PRESSãO (GENERAL MOTORS) Fu nc io na m en to d os F re io s AB S | 1 33 A eletroválvula não comanda diretamente a pressão dos cilindros de rodas, modula muito mais a pressão de uma das extremidades da válvula de regulagem de pressão. O desequilíbrio entre as pressões e uma mola comandam o deslocamento do pistão da válvula e modulam a pressão conforme as etapas do ciclo ABS (não aplicável no Brasil). sistema ABS do tipo integral Nas páginas que seguem, você analisará os modos e as etapas de funcionamento de um sistema ABS do tipo integral da marca Teves, munido de um par de eletroválvulas por canal. Nesse sistema, você constatará certas diferenças em relação ao precedente, especialmente a assistência proveniente do fluido colocado sob pressão pela bomba do sistema. Ausência de freios Quando a chave de contato está em posição de marcha (on), a bomba elétrica de pistão mantém uma pressão constante de 14 000 a 18 000 kPa no acumulador. Essa pressão se exerce sobre a válvula do servocomando hidráulico. Quando os freios estão inativos, a válvula do comando impede o fluido sob pressão do acumulador de acessar a traseira do pistão de assistência. A pressão do fluido de freio nas passagens corresponde à pressão dentro do reservatório, ou seja, à pressão atmosférica. As eletroválvulas de entrada são abertas e as de saída são fechadas. A unidade de comando monitora os sinais emitidos pelos sensores de velocidade das rodas e permanece monitorando os índices de um bloqueio iminente. Simultaneamente, autrocontrola e aplica as impulsões de controle às eletroválvulas para assegurar que funcionam corretamente. FIGURA 119 -ESQUEMA DE UM SISTEMA ABS DE TRêS CANAIS DE “SELEçãO BAIxA” (MAzDA) ABS sensor de velocidade válvula de controle válvula de controle ABS sensor de velocidade ABS sensor de velocidade ABS sensor de velocidade válvula de controle válvula de controle solenóide da válvula solenóide da válvula solenóide da válvula válvula proporcionadora bomba fre nt e FR EI O S | 1 34 freios normais Durante uma frenagem normal, a assistência provém da pressão do fluido do acumulador. O movimento do pedal de freio é transmitido à válvula de comando por intermédio do simulador de trajeto. A pressão do fluido do acumulador é exercida então sobre o pistão de assistência na câmara traseira do servofreio proporcionalmente ao trajeto do pedal (figura 120). O fluido sob pressão do acumulador atravessa a eletroválvula de entrada normalmente aberta e o compensador de freios para, finalmente, atingir os freios traseiros. Durante esse modo de freios, as eletroválvulas, normalmente fechadas, permanecem fechadas. A pressão do fluido do acumulador que é exercida sobre o pistão de assistência empurra, para a esquerda, os pistões do cilindro-mestre. Esse movimento sobre o pistão de assistência dirige a propulsão mecânica da haste de acionamento. Os pistões do cilindro-mestre se deslocam então para a esquerda, e a pressão gerada pelos seus movimentos se exercem sobre os freios dianteiros graças a dois circuitos distintos que passam pelas duas eletroválvulas de entrada, normalmente abertas. A unidade de comando permanece sempre no monitoramento dos sinais anunciadores de um bloqueio, caso em que o motorista apoiará muito fortemente sobre o pedal de freio. Além disso, o autocontrole prossegue sempre com o monitoramento. válvula de comando simulador de curso câmara traseira do servofreio pistão de assistência eletroválvula de entrada compensador de frenagem eletroválvula de saída eletroválvula de entrada pistão do cilindro-mestre FIGURA 120 -ESQUEMA DO CIRCUITO DURANTE FRENAGEM NORMAL (FORD) Fu nc io na m en to d os F re io s AB S | 1 35 Freios ABS Depois da análise dos sinais provenientes de um ou de vários sensores, a unidade de comando percebe o bloqueio iminente de uma roda. Durante a primeira etapa deste modo de funcionamento, a unidade de comando fecha a eletroválvula de entrada, normalmente aberta, correspondente à roda, para impedir um aumento da pressão dos freios. Se o bloqueio persistir, a pressão de freios deverá baixar; abre-se uma outra eletroválvula de saída, normalmente fechada, com tendência de bloqueio. Este comando libera uma passagem direta entre o circuito de freios e o reservatório do fluido (figura 121). O fluido sob pressão é direcionado para o reservatório; a pressão no circuito diminui e a roda recupera a aderência. Simultaneamente, a eletroválvula principal é alimentada e abre uma passagem para o fluido sob pressão do acumulador, que atinge a zona situada na traseira dos pistões do cilindro- mestre. Para aumentar de novo a pressão da frenagem, a unidade de comando da abertura da eletroválvula de entrada, e do fechamento da eletroválvula de saída das rodas, aciona um bloqueio. Para substituir o fluido expelido durante a etapa de redução da pressão, o fluido de freio sob pressão circulante pela abertura da eletroválvula principal passa por cima, no exterior dos anéis de vedação primários dos pistões do cilindro-mestre, e atinge o circuito dos freios dianteiros (figura 121). O espaço anterior ao ocupado pelo cilindro-mestre é agora submetido à pressão do fluido do acumulador, que empurra o anel de reação para a direita. Tal ação desloca o pistão de assistência que, por sua vez, faz recolher a haste de acionamento do pedal do freio, o qual retorna quase a sua posição de início. O trajeto do pedal é suficiente para assegurar frenagem normal em caso de falha do dispositivo ABS. O motorista pode sentir a reação do dispositivo passagem direta pistão de assistência haste de acionamento zona traseira dos pistões eletroválvula principal eletroválvula de entrada N.A. eletroválvula de saída N.F. luva de reação pistão do cilindro-mestre FIGURA 121 -ESQUEMA DO CIRCUITO NO MOMENTO DE FRENAGEM ABS (FORD) FR EI O S | 1 36 sobre o pedal do freio. No retorno do modo de freios convencional, a unidade de comando corta a alimentação da eletroválvula principal e restabelece a ação dos freios. As luzes vermelhas dos freios e a âmbar do dispositivo ABS acendem se a pressão do fluido do acumulador situar-se abaixo de um limite julgado seguro. Quando o nível do fluido no reservatório abaixa, o interruptor da luz do nível do fluido comanda a iluminação da luz vermelha. Se o nível continuar baixo, a unidade de comando acende a luz âmbar e invalida a função ABS. No caso de uma perda da pressão do fluido do acumulador, o pedal pode agir sobre todo o seu trajeto e frear o veículo com segurança. A pressão produzida pela ação do tronco de empurrada sobre os pistões do cilindro-mestre se exerce, todavia, somente sobre os freios dianteiros, e o motorista deve exercer uma pressão mais forte sobre o pedal. Em tal situação, as lâmpadas vermelhas e âmbar se acendem. Principais fabricantes O número de fabricantes de sistemas de freios ABS é limitado. As principais marcas conhecidas no mercado são Bosch, Bendix, Delco-Moraine, Kelsey-Hayes e Teves. Certos fabricantes utilizam seu próprio sistema, como é o caso da Honda. Existem várias semelhanças entre esses sistemas, mas, conforme as necessidades dos veículos nos quais eles são montados, encontramos diferentes versões em uma mesma marca. Pontos-chave Durante a etapa de aumentode pressão, as eletroválvulas não são alimentadas e o fluido percorre livremente para os cilindros de rodas; Durante a etapa de manutenção da pressão a comunicação entre o cilindro-mestre e o cilindro de roda é cortada; Durante a etapa de redução da pressão, abre-se uma passagem entre o cilindro de roda, o acumulador e a bomba de retorno; Esta seqüência de modulação pode-se repetir até vinte e três vezes por segundo; No sistema ABS do tipo integral, durante uma frenagem normal, a assistência provém da pressão do fluido do acumulador. Si st em a An tip at in ag em A SR (A nt i S lip R eg ul at or ) | 1 37 Além do sistema convencional e do sistema de freios ABS, outros sistemas são utilizados na frenagem dos veículos. Nesta aula você conhecerá o princípio de funcionamento do sistema antipatinagem ASR e seus componentes internos. FR EI O S | 1 38 SISTEMA ANTIPATINAGEM ASR (ANTI SLIP REGULATOR) Si st em a An tip at in ag em A SR (A nt i S lip R eg ul at or ) | 1 39 A presença da eletrônica e da informática nos veículos de hoje abre novas possibilidades, sem que seja necessário juntar novos elementos. Os sistemas antipatinagem são os exemplos concretos da exploração, com fins diferentes, dos dispositivos já empregados. Os sistemas antipatinagem agora são montados em série ou ofertados como opção em diversos veículos equipados com um sistema de freios ABS. A presença do sistema ABS é um pré-requisito essencial para a instalação de um dispositivo antipatinagem, uma vez que os dois sistemas compartilham a maior parte dos elementos. Para prevenir uma perda de aderência das rodas motrizes em aceleração ou em marcha normal, os fabricantes recorrem a duas estratégias: reduzir a potência ou frear as rodas. funcionamento O funcionamento dos freios de uma ou de várias rodas se efetua por intermédio dos elementos do sistema ABS. Os principais elementos necessários, ou seja, a central hidráulica e os captadores de velocidade das rodas, já estão colocados. Basta normalmente juntar um programa na unidade de comando, um acionador da borboleta de gás e duas eletroválvulas. O novo programa permite que a unidade de comando vigie a velocidade de rotação das rodas motrizes e interfira desde que uma roda acelere em relação a outra roda do mesmo eixo, ou a uma roda não motriz. Os meios utilizados para reduzir a potência preocupam-se normalmente em atrasar o ponto da ignição, além de reduzir a alimentação de combustível ou de comandar o fechamento da borboleta de aceleração. Os dois primeiros meios não exigem a adição de nenhum componente, todas as intervenções se efetuam pela intervenção do programa e da comunicação entre as unidades de comando (figura 123). O último meio adotado por certos fabricantes exige a montagem de um dispositivo (traction assist throttle cable control motor) que comanda o fechamento progressivo da borboleta de aceleração, sem modificar a posição do acelerador. Esse dispositivo, inserido entre o acelerador e o corpo da borboleta, intervém em um só sentido, ou seja, comandar o fechamento da borboleta; ele não pode nunca comandar a borbolela promovendo uma abertura maior que aquela determinada pela posição do acelerador e decidida pelo motorista. No caso dos veículos equipados com um acelerador “eletrônico”, o comando da borboleta não exige a junção de nenhum elemento. As intervenções são efetuadas diretamente pela troca de dados entre o microcomputador da unidade de comando do sistema ABS e o da unidade de comando do motor. O sistema antipatinagem entra no modo de espera quando a chave de ignição estiver ligada (+15), desde que o motorista não tenha escolhido desativá-lo por meio de um interruptor específico, presente em alguns modelos. Normalmente, o sistema se reativa automaticamente no acionamento seguinte da ignição. FR EI O S | 1 40 Antes de acionar o dispositivo antipatinagem, a unidade de comando isola o circuito de freios das rodas motrizes daquele das rodas não motrizes. Tomada tal medida, o sistema pode acionar os freios das rodas motrizes sem interferir em outras seções do circuito hidráulico. Quando a unidade de comando percebe uma patinagem da roda motriz, comanda o acionamento da bomba do sistema ABS, que produz a pressão hidráulica para a frenagem. Nos sistemas do tipo integral, a pressão provém do fluido do acumulador. A natureza da intervenção realizada para frear a roda que patina é a mesma que aquela efetuada durante a frenagem ABS; trata-se de modular a abertura e o fechamento das eletroválvulas, caso a velocidade de rotação da roda não corresponda à velocidade calculada pela unidade de comando (figura122). Ainda que o meio adotado seja o mesmo nas duas situações, o efeito desejado é, todavia, contrário: no modo ABS, a intervenção se encarrega de elevar a velocidade de rotação da roda à velocidade calculada, enquanto no modo antipatinagem procura-se reduzir a velocidade de rotação para que essa mesma rotação se aproxime da velocidade calculada. Com o objetivo de prevenir um superaquecimento dos freios, a unidade de comando anula a função antipatinagem depois de um período dado de utilização. Durante todo o tempo, a prioridade destaca um ajustamento tanto do sistema de freios quanto ao sistema antipatinagem, que é desativado caso a unidade de comando receba um sinal do interruptor do pedal de freio. A maior parte dos sistemas antipatinagem conta com duas lâmpadas. A primeira se ilumina para sinalizar o acionamento do sistema, e a segunda, para indicar sua desativação para o motorista quando disponível. Na figura 123 da página 136 há um exemplo de diagrama elétrico do sistema ASR. A observação da seqüência da iluminação das lâmpadas dos sistemas ABS e antipatinagem fornece freqüentemente um código de piscadas para a realização de um diagnóstico. O manual de reparação faz uma descrição precisa das anomalias correspondentes e da ativação do código de piscadas. Anomalias previsíveis As anomalias e os procedimentos de diagnóstico do estado do sistema antipatinagem são similares àqueles do sistema ABS, visto que eles compartilham a maior parte dos elementos. Os códigos de anomalia são oferecidos para a maioria das anomalias previsíveis. A assistência no diagnóstico não elimina a necessidade de se proceder a um controle visual atento e compreender o funcionamento do sistema para seguir a lógica adotada no procedimento proposto pelo fabricante. Si st em a An tip at in ag em A SR (A nt i S lip R eg ul at or ) | 1 41 FIGURA 122 -ESQUEMA ELÉTRICO DE UM SISTEMA ANTIPATINAGEM TIPO (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 1 42 FIGURA 123 -COMUNICAçãO ENTRE AS UNIDADES DE COMANDO (GENERAL MOTORS) Si st em a An tip at in ag em A SR (A nt i S lip R eg ul at or ) | 1 43 Pontos-chave Os ASR (Anti Slip Regulator) são montados em série ou ofertados como opção em diversos veículos equipados com um sistema de freios ABS; A presença do sistema ABS é um pré-requisito essencial para a instalação de um dispositivo antipatinagem, pois os dois sistemas compartilham a maior parte dos elementos; Para reduzir a potência do veículo, os sistemas antipatinagem atrasam o ponto de ignição, reduzem a alimentação do combustível ou comandam o fechamento da borboleta de aceleração; Para frear a roda que esta patinando, é utilizado o mesmo princípio do sistema ABS: modula-se a abertura e o fechamento das eletroválvulas, de modo que a velocidade de rotação da roda aproxime-se da velocidade calculada pelo sistema; O sistema antipatinagem é desativado caso a unidade de comando receba um sinal do interruptor do pedal de freio; A maioria dos sistemas antipatinagem conta com duas lâmpadas que sinalizam o acionamento do sistema e sua desativação. FR EI O S | 1 44 Si st em a de C on tro le D ire ci on al E SP (E st ab ili ty S ys te m P ro gr am )| 1 45 Outro sistemade frenagem é o sistema de controle direcional ESP. Nesta aula você conhecerá o princípio do funcionamento deste controle e seus componentes internos. O sistema de controle direcional ESP (estability system program) inscreve-se na continuidade dos sistemas ABS e de antipatinagem, aproveitando então os elementos já colocados. O sistema do controle direcional constitui um exemplo concreto da nova tendência e favorece a integração dos sistemas. FR EI O S | 1 46 SISTEMA DE CONTROLE DIRECIONAL ESP (ESTABILITY SYSTEM PROGRAM) Si st em a de C on tro le D ire ci on al E SP (E st ab ili ty S ys te m P ro gr am )| 1 47 função O ESP (Estability System Program) é um sistema eletrônico totalmente automático que, através de sensores, compara a trajetória real do veículo com aquela pretendida pelo condutor e restabelece-a. Os sistemas de controle direcional são montados em série em algumas marcas dos veículos topo de linha, naturalmente equipados com sistemas de freios ABS e de antipatinagem. A presença desses dois sistemas é um pré-requisito essencial para a instalação de um dispositivo de controle direcional, visto que este aproveita a maior parte dos elementos daqueles sistemas (figura 125). Os componentes próprios são, normalmente, um sensor de aceleração lateral, um sensor de torção da carroceria em relação ao eixo longitudinal, também chamado sensor da torção (laço) (yaw-rate sensor), e o sensor de posição do volante de direção. O movimento torção é um movimento de oscilação de um veículo em torno de um eixo vertical que passa pelo seu centro de gravidade (figura 124). Mede-se a aceleração lateral pela flexão de uma haste provocada pela inércia de uma massa (figura 125); um sensor de efeito hall transforma o deslocamento da massa em um sinal proporcional à aceleração lateral. O sensor do movimento de torção (yaw-rate sensor) mede o afastamento do eixo vertical, entre o eixo longitudinal do veículo e o ângulo de giro das rodas diretrizes. A unidade de comando trata as informações transmitidas pelo conjunto de sensores, depois lança as instruções ao sistema de freios e ao motor a fim de restabelecer a trajetória em mudança. De acordo com os fabricantes, as intervenções realizadas sobre o sistema de freios se limitam às rodas dianteiras, ou ocorrem nas quatro rodas. eixo vertical eixo longitudinal rotação (laço) FIGURA 124 -POSIçãO DOS EIxOS VERTICAL E LONGITUDINAL DE UM VEíCULO (BOSCH) massa imã permanente eixo flexível sensor de efeito Hall sinal massa FIGURA 125 -PRINCíPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM SENSOR DE ACELERAçãO LATERAL (GENERAL MOTORS) FR EI O S | 1 48 Para o microcomputador da unidade de comando, a tomada de decisão repousa então na comparação entre a trajetória real seguida pelo veículo e aquela comandada pelo motorista. A informação que diz respeito à trajetória desejada pelo motorista provém normalmente dos cálculos baseados em dados emitidos pelos sensores do pedal de freio, do acelerador, do ângulo de giro do volante e da velocidade do veículo. Para determinar a trajetória real, o microcomputador analisa os dados transmitidos pelos sensores de aceleração lateral e pelo laço (figura 126). A partir do resultado desses cálculos, e da consulta das suas tabelas de calibragem, o microcomputador determina se o veículo está em situação sobesterçante ou sobreesterçante. FIGURA 126 -ESQUEMA ELÉTRICO DE UM SISTEMA INTEGRADO ABS E DE CONTROLE DIRECIONAL (MITCHELL) Si st em a de C on tro le D ire ci on al E SP (E st ab ili ty S ys te m P ro gr am )| 1 49 O veículo está provavelmente em situação sobesterçante quando os resultados demonstram que a curva seguida durante a mudança é maior que as informações transmitidas pelos sensores de aceleração lateral e do laço. Ao inverso, o veículo estará sobreesterçante se as informações provenientes dos sensores, influenciadas diretamente pelas intervenções do motorista, mostrarem uma curva menos pronunciada que aquela correspondente aos sinais emitidos pelo sensor de aceleração lateral. O sistema monitora continuamente o comportamento do veículo, mas intervém somente em uma situação sobesterçante ou sobreesterçante, ainda que a trajetória seguida seja diferente daquela desejada. O objetivo da intervenção é o mesmo para todos os veículos, mas os meios utilizados para atingi-lo são às vezes diferentes. Regra geral, o sistema freia uma ou duas rodas situadas nas posições adequadas para restabelecer a trajetória escolhida. Os elementos que explicam as diferenças são especialmente a distribuição da massa do veículo, o modo de transmissão do poder de tração e de propulsão e as características da suspensão. A técnica de freios de uma roda lembra o método adotado pelas crianças para corrigir a trajetória do seu trenó descendo um declive: elas simplesmente colocam uma mão na neve do lado adequado para conduzir seu “veículo” em boa direção. Por exemplo, um sistema corrige a tendência sobesterçante modulando a potência do motor ao frear a roda traseira situada no interior da curva. Na mesma situação, o sistema de um veículo de configuração diferente começa a reduzir a potência do motor, depois freia a roda interior traseira se necessário (figura 127). Em ambos os casos, essas intervenções deveriam levar o veículo para a trajetória desejada. frenagem da roda traseira interna a modulação da potência da frenagem da roda traseira traz o veículo na trajetória desejada FIGURA 127 -TIPOS DE INTERVENçõES PARA CORRIGIR A SUB-CURVATURA Em uma situação sobes-terçante, a unidade de comando pode modular a potência do motor para modificar o torque aplicado às rodas motrizes, e frear a roda exterior dianteira para levar o veículo para a trajetória desejada a fim de prevenir um cavalo de pau (figura 128). A estra- tégia adotada por certos fabricantes inclui também a frenagem das rodas traseiras para reduzir a velocidade do veículo. FR EI O S | 1 50 As intervenções do sistema se efetuam em uma freqüência elevada e, na maioria dos casos, uma lâmpada se acende para assinalar o funcionamento. Todos os veículos equipados com um sistema de controle direcional possuem um interruptor para desativá-lo. Pontos-chave O ESP (Estability System Program) é um sistema totalmente automático que, através de sensores, compara a trajetória real do veículo com aquela pretendida pelo condutor e restabelece-a; Os sistemas ABS e ASR são pré-requisitos essenciais para a instalação de um dispositivo de controle direcional; O sistema ESP possui como componentes próprios (que não são compartilhados pelos sistemas ABS e ASR) um sensor de aceleração lateral, um sensor de torção da carroceria em relação ao eixo longitudinal e um sensor de posição do volante de direção; Durante uma curva, caso haja necessidade de uma intervenção do sistema, uma ou duas rodas do veículo são freadas para restabelecer a trajetória pretendida pelo motorista. frenagem da roda dianteira externa a modulação de frenagem da roda dianteira traz o veículo para a trajetória desejada trajetória desejada FIGURA 128 - INTERVENçõES TIPOS PARA CORRIGIR A SOBRECURVATURA Pr in cí pi os B ás ic os d e M et ro lo gi a | 1 51 ANExOS FR EI O S | 1 52 Pr in cí pi os B ás ic os d e M et ro lo gi a | 1 53 Segundo o dicionário Aurélio, metrologia é o conhecimento dos pesos e medidas e dos sistemas de unidades de todos os povos, antigos e modernos. No entanto, metrologia pode também designar a ciência da medição que abrange todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da ciência ou tecnologia. A metrologia enquanto ciência surgiu da necessidade de se ter unidades de medidas definidas e aceitas convencionalmente por todos. O Brasil segue as diretrizes da Conferência Geral de Pesos e Medidas e adota as unidades definidasno SI - Sistema Internacional de Unidades - como padrão para as medições. Neste pequeno texto não estaremos nos aprofundando no histórico da metrologia e nem nas diversas unidades de medida, mas estaremos apenas abordando as principais características de alguns instrumentos de medição utilizados mais assiduamente neste curso de Mecânico Reparador de Freios de Automóveis: o micrômetro, o paquímetro, e o relógio comparador. FR EI O S | 1 54 anexo 1 Pr in cí pi os B ás ic os d e M et ro lo gi a | 1 55anexo 1 PRINCíPIOS BÁSICOS DE METROLOGIA MiCrÔMEtro O micrômetro é um instrumento de precisão que consta basicamente de um fuso micrométrico capaz de se mover ao longo do próprio eixo; é empregado para medir espessuras de discos de freios e lâminas. É feito por uma peça de aço em forma de U — ou estribo. Em uma das extremidades está ligada um batente fixo, no lado oposto está uma porca fixa na qual se desloca um fuso micrométrico cuja extremidade pode apoiar-se na esfera. O manípulo do fuso é constituído por um tambor, normalmente dividido em 50 ou 100 partes iguais. Sobre a porca está gravada uma escala retilínea com intervalos iguais de 1 mm. ou 0,5 mm. Quando a ponta do fuso está em contato com o batente fixo, o tambor cobre toda a escala, e o zero de graduação do tambor deve coincidir com o traço zero da escala retilínea (ou principal). Leituras O princípio de medição do micrômetro baseia-se no sistema porca-parafuso, no qual, o fuso avança ou retrocede na porca na medida em que é girado em um sentido ou noutro. Cálculo da resolução Sabendo que cada volta completa do tambor é igual a um passo (p) no fuso micrométrico, e sabendo que a escala circular possui “n” divisões, calculamos a resolução do micrômetro como sendo igual a p/n. A - Estribo; B - Batente fixo; C - Fuso micrométrico; D - Escala retilínia; E - Porca fixa; F - Tambor. FIGURA 1 - MICRôMETRO resolução = P N FR EI O S | 1 56 Um caso típico é o micrômetro com passo de 0,5 mm e escala circular com 50 divisões, logo a resolução nesse caso é de: Resolução = p/n = 0,5/50 = 0,01 mm. Leitura da medida Verifique o zero do micrômetro: com o fuso encostado no batente a leitura deve ser zero, caso contrário, zere o micrômetro usando a ferramenta que acompanha o aparelho; Distancie o fuso do batente de forma que o objeto a ser medido caiba com folga entre as faces de medição; Gire a tambor até que o fuso encoste-se ao objeto a ser medido; Faça a leitura. PaQuÍMEtro O paquímetro é um instrumento usado para medir dimensões lineares: internas, externas e de profundidade. Consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, na qual desliza um cursor móvel. É o instrumento de medir mais utilizado na prática de oficina. É feito com aço inoxidável temperado e sua escala principal é graduada em milímetros e polegadas. O cursor ajusta-se à régua de modo a permitir sua livre movimentação, com um mínimo de folga. Ele é dotado de uma escala auxiliar, chamada de nônio ou vernier. Essa escala permite que se alcance uma maior precisão nas medidas. FIGURA 2 - PAQUíMETRO UNIVERSAL Pr in cí pi os B ás ic os d e M et ro lo gi a | 1 57 O paquímetro universal é usado, especialmente, quando a quantidade de peças que se quer medir é pequena e a precisão não é inferior a 0,02 mm. Vejamos, agora, quais os tipos de paquímetros mais conhecidos, bem como as características e os usos de cada um: Paquímetro universal É utilizado em medições externas, internas e de profundidade. Entre todos os outros, é o tipo mais usado. Paquímetro universal com relógio indicador Utilizado quando se necessita executar um grande número de medições. FIGURA 3 - PAQUíMETRO UNIVERSAL COM RELóGIO INDICADOR Paquímetro digital Fabricado em aço inox, possui um display que facilita a leitura de forma direta. Pode ser zerado em qualquer ponto e momento da escala. FIGURA 4 - PAQUíMETRO ELETRôNICO DIGITAL - 150 mm/6” FR EI O S | 1 58 Leitura da medida Para calcular a aproximação, ou seja, a sensibilidade do paquímetro (em milímetros ou polegadas) divide-se o menor valor da escala fixa (régua) pelo número de divisões do cursor. No sistema métrico, a escala fixa é dividida em intervalos de 1mm e existem Nônios com 10, 20 e 50 divisões. Tem-se, portanto, paquímetros com as seguintes sensibilidades: Nônio com 10 divisões: S = 1 / 10 S = 0,1mm Nônio com 20 divisões: S = 1 / 20 S = 0,05mm Nônio com 50 divisões: S = 1 / 50 S = 0,02mm Exemplo de Leitura A diferença, entre as divisões da escala e do Nônio, é de 0,1 que é conseguida pela divisão de 9 mm em 10 partes iguais. Ao fazermos coincidir o traço nº 1 do Nônio com o nº 1 da escala, teremos deslocado 0,1 no cursor, fazendo coincidir os traços nº 2, teremos deslocado 0,2 e assim sucessivamente. FIGURA 5 - DIVISãO DE ESCALA DE NôNIO FIGURA 6 - DIVISãO DE ESCALA DE NôNIO Na escala abaixo, temos 3 mm e fração de milímetro. Essa fração é determinada pelo traço do Nônio (5) que coincide, com o traço da escala, assim teremos 3,5 mm. Pr in cí pi os B ás ic os d e M et ro lo gi a | 1 59 rELÓGio CoMParaDor O relógio comparador é um instrumento de medição por comparação, dotado de uma escala e um ponteiro, ligados por mecanismos diversos à uma ponta de contato. O comparador centesimal é um instrumento comum de medição por comparação. As diferenças percebidas nele pela ponta de contato são amplificadas mecanicamente e irão movimentar o ponteiro rotativo diante da escala. Quando a ponta de contato sofre uma pressão e o ponteiro gira em sentido horário, a diferença é positiva. Isso significa que a peça apresenta maior dimensão do que a estabelecida. Se o ponteiro girar em sentido anti-horário, a diferença será negativa, ou seja, a peça apresenta menor dimensão que a estabelecida. Existem vários modelos de relógios comparadores. Os mais utilizados possuem resolução de 0,01 mm. O curso do relógio também varia de acordo com o modelo, porém os mais comuns são de 1 mm, 10 mm, 250” ou 1”. FIGURA 7 - RELóGIO COMPARADOR FIGURA 8 - DETALHE DA ESCALA DO RELóGIO COMPARADOR FR EI O S | 1 60 Leitura Os relógios comparadores mais utilizados possuem dois ponteiros: um grande e um pequeno. Nos relógios com precisão centesimal o display do ponteiro grande contém 100 divisões, cada divisão equivale a 0,01 mm, já o display do ponteiro pequeno possui 10 divisões, cada uma equivale a 1 mm, ou seja, uma volta do ponteiro grande. Uma volta completa do ponteiro grande corresponde a um deslocamento de 1 mm da ponta de contato. A cada volta do ponteiro grande, o ponteiro menor deslocar-se-á por uma divisão, porém no sentido inverso do ponteiro grande. Ex.: Se o ponteiro grande der seis voltas completas, o ponteiro pequeno deslocar-se-á até a marcação de seis milímetros (figura 9). Quando o ponteiro grande não percorrer vo l tas comple tas a le i tu ra se dará primeiramente pelo ponteiro pequeno e depois pela marcação do ponteiro grande (tendo o cuidado de verificar em qual sentido se deu seus deslocamentos) (figura 10). Os ponteiros do relógio comparador também podem girar em sentido contrário ao convencional quando se efetua uma comparação entre uma medida anterior e uma nova medida. Neste caso diz-se que o resultado da leitura será negativo (figura 11). A leitura será feita da mesma forma que quando os ponteiros giram no sentido convencional (ponteiro grande no sentido horário e ponteiro pequeno no sentido anti- horário), no entanto deverá ser tomado o cuidado de utilizar-se a escala interna do relógio comparador. Também é necessário observar qual foi o ponto de partida do ponteiro pequeno. No caso da figura 11, ele partiu do cinco e foi um pouco além do sete (observe a escala interna). Neste caso o cinco será considerado o “ponto zero” e a leitura será de 2,78 mm. Leitura = 6 mm. Leitura = 2,70 mm. Leitura = 2,78 mm. FIGURA9 - LEITURA NO RELóGIO COMPARADOR FIGURA 10 - LEITURA NO RELóGIO COMPARADOR FIGURA 11 - SENTIDO DE GIRO NO RELóGIO COMPARADOR Pr in cí pi os B ás ic os d e M et ro lo gi a | 1 61 Relógio comparador eletrônico Este relógio possibilita uma leitura rápida, indicando instantaneamente a medida no display em milímetros, com conversão para polegada, zeragem em qualquer ponto e com saída para mini-processadores estatísticos. A aplicação é semelhante à de um relógio comparador comum, além das vantagens apresentadas acima. FIGURA 12 - RELóGIO COMPARADOR ELETRôNICO FR EI O S | 1 62 Pr in cí pi os B ás ic os d e U so d o M ul tím et ro | 1 63 Os automóveis modernos possuem sistemas eletrônicos mais eficazes e mais sofisticados do que os automóveis de décadas anteriores; essa diferença ocorre devido à substituição de componentes tradicionais por outros mais complexos. Esses novos elementos exigem que o mecânico reparador de veículos possua conhecimentos básicos de eletroeletrônica e, consequentemente, saiba manipular um multímetro. O multímetro é um instrumento analógico ou digital que serve para efetuar diversas medições elétricas, e que incorpora diversos instrumentos de medida, num único aparelho: o voltímetro, o amperímetro, o ohmímetro, o capacímetro, o frequencímetro, o termômetro e etc. Nas próximas páginas estaremos conhecendo os princípios básicos de funcionamento deste instrumento que tem ampla utilização no setor de reparação de veículos, assim como sua aplicação no diagnóstico de problemas nos sistemas elétricos dos veículos. FR EI O S | 1 64 anexo 2 Pr in cí pi os B ás ic os d e U so d o M ul tím et ro | 1 65anexo 2 PRINCíPIOS BÁSICOS DE USO DO MULTíMETRO MuLtÍMEtro Apesar de um grande número de fabricantes possuírem uma grande gama de aparelhos, os multímetros digitais possuem muitos elementos em comum. Os principais são os displays, o conversor analógico-digital e o circuito interno. A sigla DVOM (digital voltmeter – ohmmeter - milliammeter) ou DMM (digital multimeter) serve várias vezes para designar o multímetro digital (figura 13). Display O display (figura 14) serve primeiramente para comunicar os resultados, e conforme o grau de precisão do aparelho, transmitir diversas informações tais como o estado da pilha ou o símbolo da unidade de medida. Existem vários displays que indicam o resultado digital e simulam graficamente (bar graph) uma indicação analógica. O multímetro digital é essencialmente um voltímetro com display digital dotado de um seletor rotativo de escala e de função. O seletor dirige os dados provenientes das pontas de prova de teste para os elementos a seguir: resistências para as tensões, shunts para as intensidades e, um circuito para medição da resistência. O sinal na saída de cada um desses circuitos chega ao amplificador. FIGURA 13 - MULTíMETRO DIGITAL FIGURA 14 - DISPLAY DO MULTíMETRO DIGITAL (FLUKE) FR EI O S | 1 66 Seleção das funções e das escalas Todos os multímetros possuem um seletor de função manual que permite escolher a medição de uma tensão, intensidade ou resistência. Normalmente, para facilitar a distinção entre as funções cada uma delas é representada por uma cor própria. Além disso, com objetivo de evitar erros de conexão, o mesmo código de cor aplica-se aos bornes de conexão dos fios das pontas de teste. Se a escolha das funções efetua-se manualmente para todos os multímetros digitais, a seleção de escala pode ser manual ou automática. A seleção automática tem a vantagem de sempre explorar a escala oferecendo uma grande precisão. A mudança de escala automática também reduz o número de posições do seletor. Esse modo de seleção exige uma atenção particular no momento da interpretação de resultados. A posição do ponto e o máximo da escala, mostrada em pequenos caracteres, se tornam seguidamente às únicas referências que permitem interpretar o valor obtido. Quanto ao seletor manual, ele possui uma posição para cada escala de cada uma das funções. Por isso, a função voltímetro pode sozinha possuir, por exemplo, cinco posições: 200 mV, 2, 20, 200, 1000 V. As escolhas da função e da escala sempre vão juntas na hora da conexão dos fios das pontas de teste aos bornes adequados. Os multímetros digitais normalmente possuem três ou quatro bornes. O borne identificado pela abreviação COM (comum) sempre recebe o fio da ponta de teste negativa. A medição de uma elevada intensidade, às vezes até 20A, possui uma ligação específica. Utilizamos um pino distinto a fim de evitar a passagem de uma grande corrente pelo seletor, que deveria, nesse caso, ser mais robusto. borne A (intensidade) borne volts/ohms diodos (tensão, resistência, verificação de diodos e miliàmpere) borne COM (comum) FIGURA 15 - FUNCIONALIDADE DOS BORNES DO MULTíMETRO DIGITAL Pr in cí pi os B ás ic os d e U so d o M ul tím et ro | 1 67 Os outros dois bornes mA e A servem para medir a tensão, a intensidade em miliamperes e a resistência, ou a tensão e a resistência. Normalmente, os bornes que servem para medir a intensidade são protegidos contra superaquecimento por fusíveis no interior do aparelho. A ligação das pontas de teste efetua-se respeitando a polaridade; a seleção da polaridade das correntes contínuas deve ser feita manualmente nos aparelhos mais inferiores. Na tabela reproduzida abaixo estão algumas informações essenciais sobre os cuidados ao selecionar funções, escalas e conectar bornes do multímetro: FIGURA 16 - SELEçãO DE FUNçãO EM UM MULTíMETRO FUNÇÃO ESCALA BORNES CIRCUITO LIGAÇÃO OHMíMETRO (RESISTêNCIA) Selecionar a menor escala e em seguida aumentá-la até atingir a precisão necessária. COM e VΩ desligado Em paralelo com o circuito, ou em série com um componente avulso. AMPERíMETRO (INTENSIDADE) Selecionar o maior escala e em seguida diminuí-la até atingir a precisão necessária. COM e A (para grandes correntes) COM e mA ligado Em série VOLTíMETRO Selecionar a maior escala e em seguida diminuí-la até atingir a precisçao necessária. COM e VΩ ligado Paralelo SENAI - Departamento Regional do Paraná Amilcar Badotti Garcia Coordenador de Alianças Estratégicas e Projetos Especiais Rafael Teixeira Asinelli Gerente de Projeto Joacir Gomes Adaptação técnica Jacir Alan Lopes Elaboração Tecnológica Rafael Teixeira Asinelli Tradução Márcia Donegá Ferreira Leandro Vanessa Sorda Análise Pedagógica Tatiana Albuquerque Montefusco Revisão Pedagógica José Carlos Klocker Vasconcellos Filho Tatiana Albuquerque Revisão gramatical Renata Chede Priscila Bavaresco Projeto gráfico créditos Ana Camila Marcante Iracema Bostelmann Karine Fuchs Revisão das Ilustrações Sandra Schulz Caron Editoração Sandra Schulz Caron Karine Fuchs Revisão Geral Dina Yassue Kagueyama Lermen Normalização bibliográfica Carlos Eduardo Koch Tradução Izabel Akiyoshi Loureiro Revisão gramatical Inove - Design & Comunicação Ilustração FR EI O S | 1 70 Este material foi revisado e editorado em 21 de Novembro de 2007.