Correctores de frenado

Descripción

Durante el diseño del circuito del sistema de frenos se tienen en consideración diversos factores, tanto fijos como variables. El más decisivo, dada su gran variación, es el reparto de pesos del vehículo durante la frenada.

A igualdad de condiciones de adherencia entre los cuatro neumáticos, la fuerza de frenado máxima sin deslizamiento es proporcional al peso que gravita sobre cada rueda. Por tanto, para lograr la mayor deceleración posible aplicando la mayor fuerza de frenado sin que exista deslizamiento, se debe determinar el peso que recae en cada rueda o eje. Este depende de los siguientes factores:

  • Distribución de pesos estática: es el peso soportado por cada eje con el vehículo inmóvil, viene dado por la distribución de los componentes del vehículo y suele ser mayor en el eje delantero, ya que en él suelen estar ubicados el motor y la caja de cambios.
Distribución de pesos estática y durante el frenado de un vehículo
Distribución de pesos estática y durante el frenado de un vehículo
  • Carga máxima admisible del vehículo: la posible carga del vehículo y el número de pasajeros modifican el peso que recae sobre los ejes además de suponer una mayor masa suspendida durante la frenada. Como la carga del vehículo no siempre es la misma ni afecta por igual a ambos ejes, es necesario compensar dicha variación. El aumento del peso en conjunto se compensa desarrollando una mayor fuerza de frenado por parte del conductor y el servofreno.
  • Deceleración durante la frenada: durante la frenada se produce una transferencia de pesos hacia delante, sobrecargando el eje delantero y aligerando el trasero. Cuanto mayor sea la deceleración del vehículo, más acusada será la transferencia de peso hacia la parte delantera del vehículo y mayor será el cabeceo del mismo. Además, si la trayectoria durante la frenada no es recta, las ruedas del lado exterior de la curva soportan mayor peso que las interiores.

El mayor peso sobre el eje delantero junto con la transferencia inercial de pesos proporcionan una mayor capacidad de frenado a dicho eje. Por ello, se utilizan conjuntos de fricción más grandes y émbolos hidráulicos de mayor medida en el tren delantero respecto al trasero. De este modo, aplicando la misma presión hidráulica de accionamiento, el tren delantero desarrolla mayor fuerza de fricción y por ende, mayor fuerza de frenado.

Diámetros discos diferentes delante y detrás
Diferencia de diámetros entre los discos delanteros y traseros

La transferencia de pesos libera parte de la masa soportada por el eje trasero, reduciendo su capacidad de frenado sin deslizamiento y pudiendo provocar el bloqueo de las ruedas traseras. El bloqueo de las ruedas traseras resulta doblemente peligroso puesto que disminuye la eficacia total de frenado (la rueda desliza sobre el terreno reduciendo sustancialmente su capacidad de retención) a la vez que compromete la estabilidad y capacidad de guiado lateral del vehículo.

Para evitar dicho bloqueo, la presión hidráulica suministrada a dicho eje debe regularse de forma proporcional al peso instantáneo que soporta, instalándose correctores de frenado cuya función consiste en regular o limitar la presión hidráulica que llega a los dispositivos traseros de freno en función de alguno de los siguientes parámetros: peso soportado por el eje, la presión hidráulica de frenado o la deceleración del vehículo.

Existen diferentes tipos de compensadores de frenado, aunque en la actualidad se consideran en desuso en vehículos de turismo ya que dicha función es suplida por la regulación antibloqueo de los sistemas de ABS. En vehículos mixtos, comerciales y/o de carga, su utilización sigue vigente incluso en combinación con el ABS.

Corrector de frenado de un Volkswagen Golf Mk2
Corrector de frenado de un Volkswagen Golf Mk2

Puesto que por normativa el sistema de freno está formado por dos circuitos, se equipan dos compensadores de frenada individuales, uno para cada circuito, integrados o no en el mismo conjunto.

Compensador en función de la carga

Este regulador modifica la presión hidráulica de frenado que llega al eje trasero en función del peso que soporta dicho eje. Para detectar la masa existente, el compensador se encuentra fijado a la carrocería y dispone de una unión mecánica flexible con el puente trasero. Actúa en función de la compresión o distensión de la suspensión, que es proporcional a la carga existente en dicho eje (limitación estática) y a la deceleración del vehículo (limitación dinámica).

Gráfica de funcionamiento del compensador en función de la carga
Gráfica de funcionamiento del compensador en función de la carga

El resorte exterior puede actuar en compresión o en extensión, según el diseño del sistema, siendo el elemento que conecta la suspensión con el émbolo de regulación. En posición de reposo, la fuerza transmitida por el muelle actúa sobre la palanca y esta sobre el émbolo, manteniéndolo presionado contra la base del compensador. A la vez, la válvula de bola se mantiene abierta por el vástago del asiento, permitiendo así la circulación del líquido de frenos hacia los frenos traseros.

Sección del compensador de frenada en función de la carga
Sección del compensador de frenada en función de la carga

Cuando el conductor acciona el freno, se produce un aumento de presión hidráulica que ejerce fuerza sobre el émbolo en dirección opuesta a la ejercida por el resorte exterior. Esto es debido al someter a la presión del fluido una mayor superficie en la parte inferior del émbolo respecto a la parte superior del mismo. Cuando la fuerza ejercida por el fluido supera la aplicada por el resorte exterior, el émbolo se desplaza hacia arriba cerrando el orificio de la válvula de bola e interrumpiendo el flujo de líquido hacia los frenos del eje posterior, limitando la presión que se ejerce sobre los dispositivos de frenado.

La presión hidráulica necesaria para vencer la fuerza del muelle viene determinada por la fuerza ejercida por el resorte exterior. Si la carga sobre las ruedas traseras es poca, el resorte ejerce poca fuerza sobre la palanca y en consecuencia, una mínima presión es suficiente para desplazar el émbolo. Conforme aumenta la carga en el eje trasero, mayor efecto tiene el recorrido de la suspensión sobre el resorte, aumentando su tensión y requiriendo mayor presión hidráulica para provocar el cierre del paso de fluido hacia el eje trasero, aumentando a la vez la fuerza de frenada en dicho eje.

Fase de accionamiento del compensador de frenada en función de la carga
Fase de accionamiento del compensador de frenada en función de la carga

Si la presión enviada por la bomba aumenta en la zona de entrada del fluido, se supera el valor de la presión existente en la zona de salida del líquido, sometiendo al émbolo a un esfuerzo en el mismo sentido que la fuerza ejercida por el muelle por la diferencia de secciones del mismo. De esta manera, se produce un nuevo descenso del pistón, abriendo nuevamente la válvula y permitiendo una subida de presión aplicada a las ruedas traseras. Este aumento de presión en la zona posterior ejerce nuevamente efecto sobre el émbolo, que vuelve a subir y cerrar el paso de presión hacia el eje trasero otra vez. Este proceso puede repetirse indefinidamente por cada aumento de presión que realice la bomba, obteniendo un gráfico de presión como el mostrado anteriormente.

Fase de aumento de presión del compensador de frenada en función de la carga
Fase de aumento de presión del compensador de frenada en función de la carga

Al liberar el pedal de freno, se produce una caída de presión en la zona de entrada del fluido. La diferencia de presiones entre las zonas de entrada y salida del compensador provoca el desplazamiento de la bola contra su muelle, abriendo así el paso de líquido de frenos y liberando la presión que actúa sobre los elementos frenantes. La fuerza del muelle exterior hace retornar al émbolo a su posición de reposo, con lo cual la válvula de bola queda mecánicamente abierta y libera por completo la presión.

Fase de retorno del compensador de frenada en función de la carga
Fase de retorno del compensador de frenada en función de la carga

Compensador fijo

Es el más simple y limita la presión del eje trasero a partir de un valor fijo previamente determinado por el fabricante mediante la dureza de un resorte, independientemente de cual sea la carga del vehículo o la fuerza de frenado.

Gráfica de presión durante el funcionamiento del compensador fijo
Gráfica de presión durante el funcionamiento del compensador fijo

Cuando el conductor acciona el freno, la presión hidráulica procedente de la bomba entra al compensador. Cuando la fuerza ejercida por la presión sobre la superficie del émbolo vence la resistencia del resorte, se produce el desplazamiento de dicho émbolo, cerrando el paso hacia las ruedas traseras y limitando la presión recibida por los dispositivos frenantes del tren posterior. Cuando se libera el pedal, el émbolo retorna a su posición de reposo por la acción del muelle, permitiendo el retorno del líquido y la caída de presión.

Funcionamiento del compensador fijo
Funcionamiento del compensador fijo

Compensador en función de la presión

También denominado válvula compensadora, se instala a la salida de la bomba de frenos (si es de cuatro salidas), a la salida del grupo hidráulico del ABS o intercalada en las tuberías hidráulicas del eje trasero. Al igual que el compensador simple, regula la presión que llega a los frenos traseros de forma proporcional a la existente en el eje delantero mediante la dureza de un resorte, independientemente de la carga o deceleración del vehículo.

Gráfica de funcionamiento de la válvula de presión
Gráfica de funcionamiento de la válvula de presión

Dicho compensador está formado por un cilindro mecanizado en el que se encuentra: un émbolo hueco por el que circula el líquido de frenos, el resorte de dicho émbolo mediante el cual se predetermina el valor máximo de presión que alcanzará el circuito de las ruedas traseras, la válvula de descarga cuya función es cerrar o abrir el paso de líquido a través del émbolo, y por último, el resorte de la válvula de descarga.

Vista exterior y seccionada de la válvula de presión
Vista exterior y seccionada de la válvula de presión

Cuando el sistema está en reposo o se acciona el freno de forma moderada, la presión existente no es suficiente para desplazar el émbolo, por lo que la presión se transmite íntegramente. Si se realiza una frenada intensa y se supera el valor predeterminado, la presión hidráulica vence la resistencia del resorte del émbolo, desplazándolo en dirección a la válvula de descarga. De la misma manera que en el compensador en función de la carga, el desplazamiento del émbolo se produce porque la presión hidráulica está en contacto con una mayor sección del émbolo en el lado del circuito del eje trasero respecto al lado de eje delantero. Al contactar el émbolo con la válvula de descarga se cierra el paso de presión hacia el eje trasero y, en consecuencia, se limita la fuerza de frenado en las ruedas traseras.

Funcionamiento de la válvula de presión
Funcionamiento de la válvula de presión

Al liberarse el pedal de freno se reduce la presión existente en la zona de entrada del fluido, creando una diferencia de presiones que permite el retroceso de la válvula de descarga, permitiendo de nuevo la circulación del líquido de frenos y liberando la presión existente en el eje trasero. Finalmente, la fuerza de ambos resortes retornan al émbolo y la válvula a sus respectivas posiciones de reposo.

Compensador en función de la deceleración

También conocido como compensador de inercia, utiliza la deceleración del vehículo durante la frenada para limitar la presión hidráulica que llega a las ruedas traseras. El compensador está formado por una bola de inercia que se desplaza por efecto de la deceleración del vehículo, un émbolo actuado por dicha bola, junto a la cual cierra el paso de líquido hacia las ruedas traseras, y un deflector o resorte que limita el avance del pistón. La regulación de la presión se predetermina mediante la inclinación del compensador respecto al suelo, ya que a más inclinación, mayor será la inercia necesaria para vencer la fuerza de la gravedad y desplazar la bola hasta que contacte con el émbolo.

Funcionamiento del compensador de inercia
Funcionamiento del compensador de inercia

En reposo, la inclinación con la que se ha fijado el compensador a la carrocería mantiene la bola de inercia en su apoyo. Si se produce una frenada leve, la deceleración del vehículo no es suficiente para desplazar la bola de inercia y que contacte con el émbolo. En ambos casos, el paso de líquido a través del émbolo permanece abierto y la presión de entrada es igual a la de salida.

Durante una frenada de mayor intensidad, la inercia producida será capaz de desplazar la bola hasta contactar con el émbolo, cerrando el paso de líquido de frenos e impidiendo el aumento de presión y fuerza de frenado en el eje trasero.

En este momento, la carga del vehículo modifica el punto de corte de presión, ya que durante la frenada se produce una transferencia de pesos junto con el pivote de la carrocería sobre el eje delantero y, en consecuencia, la variación de inclinación del compensador respecto al suelo. Cuanto mayor sea la carga del vehículo, menor será el cabeceo del vehículo, por lo que el ángulo de inclinación del compensador se mantendrá y se retrasará el punto de corte de la presión hacia el eje trasero. En cambio, con un vehículo con poca carga, el ángulo de pivote sobre el eje delantero será mayor, reduciendo la inclinación del compensador respecto al suelo. Por ello, la deceleración necesaria para que la bola cierre el paso de fluido y limite la frenada en el eje trasero será menor y, en consecuencia, la presión máxima en el tren trasero también.

Funcionamiento del compensador de inercia
Funcionamiento del compensador de inercia

Si la presión de frenado que llega al compensador sigue aumentando de manera que supera a la resistencia ofrecida por el deflector, se produce el desplazamiento momentáneo del émbolo, permitiendo aumentar la presión en el circuito trasero.

Funcionamiento del compensador de inercia
Funcionamiento del compensador de inercia

Una vez que se libera el pedal de freno, la deceleración disminuye y la bola retorna a su posición de reposo por efecto de la inclinación del compensador y la fuerza de gravedad, abriendo el paso a través del émbolo que permite el equilibrio de presiones.