Universidad Politecnica Salesiana

SISEMA DE FRENOS DE AIRE

1. IntroducciónLos frenos de aire utilizan aire comprimido para funcionar y son un medio adecuado y seguro para detener vehículos pesados y grandes, pero deben tener un buen mantenimiento y ser usados de forma correcta.

En realidad, los frenos de aire están compuestos por tres sistemas de frenos: El sistema de frenos de servicio, el sistema de frenos de estacionamiento y el sistema de frenos de emergencia.

2. Objetivos Realizar la investigación sobre los sistemas de freno de aire: simple, con ABS y

electrónico EBS. Identificar cada uno de los componentes de los sistemas. Entender el funcionamiento de cada uno de los sistemas. Comprender la misión de los sistemas de frenos de aire. 3. Desarrollo3.1. Sistema de frenos de aire

El aire comprimido es una forma de energía y por tanto, capaz de producir trabajo. La circunstancia de poder ser almacenado dentro de tanques o depósitos bien cerrados, para su uso en el momento deseado, lo hace muy conveniente en ciertas aplicaciones. En los camiones grandes que hacen el transporte por carretera se utilizan los frenos neumáticos.

Para los vehículos grandes, el mando hidráulico o mecánico de los frenos requiere gran fuerza de aplicación. El servo de vacío. Combinado con los frenos hidráulicos, es una solución; pero también se usa el aire comprimido, trabajando a unos 5 Kg de presión.

El esquema de instalación de mando de los frenos por aire comprimido está representado en la Fig. 1. Un pequeño compresor de aire, colocado a un costado del motor y movido por una correa o por una cadena cubierta, aspira a través de un filtro, lo comprime y lo envía a uno o dos depósitos, donde se almacena. Una válvula reguladora de presión se abre cuando esta pasa de los 5 Kg y permite que escape al exterior el exceso de aire. El pedal del freno mueve la corredera de la válvula de freno: cuando aquel se pisa, la corredera deja pasar el aire comprimido a las tuberías que lo conducen hasta los cilindros de freno, en los que desplaza el pistón de mando de la palanca que gira la leva separadora de las zapatas. Cuando se levanta el pie del pedal, la corredera de la válvula de freno corta el paso del aire comprimido y pone en comunicación las tuberías con el aire libre, con lo que se descargan los cilindros de freno; sus pistones regresan a la posición de reposo y las levas dejan de apretar las zapatas. Un manómetro doble indica al conductor la presión del aire de los depósitos y cuando frena, indica también la presión de trabajo en las tuberías y los cilindros de freno (Fig. 1).

Frenado normal.- Cuando el conductor aplica el pedal del freno, un émbolo de empuje que está dentro de la válvula del freno de pedal se mueve, abriendo canales dentro de la válvula que permite a la presión del aire esperar ahí para que pase y sea entregada a los frenos de sistema delantero y trasero. La presión se aumenta rápidamente en las cámaras del freno y aplica fuerza a la varilla de empuje, transfiriendo la fuerza al freno de aire. Fuerzas de rozamiento disminuyen la velocidad de las ruedas y el vehículo comienza a parar.

Estacionamiento del vehículo.- Los vehículos son estacionados usando unos resortes potentes, los cuales hacen parte del ensamblaje del freno de resorte, para engranar los frenos y detener el vehículo. Cuando el conductor se prepara para mover el vehículo y suelta los frenos de estacionamiento, la fuerza del resorte es contraria a la de la presión de aire. Las caraterísticas de la válvula anti-companaje están diseñadas para ayudar a prevenir la aplicación junta, tanto del freno de servicio como del de resorte.

Frenada de emergencia.- En situaciones de emergencia, donde la presión del sistema se reduce o se pierde, las reglas del gobierno exigen que los vehículos tengan ciertas normas para las distancias de paradas especificadas. Por ejemplo, algunos diseños de sistemas para camiones de carga usan unas aplicaciones de freno de estacionamiento modulada para hacer que el vehículo se detenga.

El circuito de alimentación está constituido por un compresor que es arrastrado desde el motor y envía aire a presión hasta un depósito, en el que se almacena a una determinada presión. Una válvula de seguridad impide que pueda ser sobrepasada esta presión. En el circuito se instala un regulador, que interrumpe la aspiración de aire cuando se alcanza la presión máxima de almacenamiento.

El circuito de utilización está formado por un sistema distribuidor, gobernado por el pedal de frenos, y los cilindros de rueda. El grifo distribuidor es alimentado desde el depósito permanentemente y, cuando se pisa el pedal de rueda, establece la comunicación con los cilindros de rueda, permitiendo que llegue hasta ellos el aire a presión, activando los frenos.

3.2. Elementos principales del sistema de frenos neumáticos:

3.2.1. Compresores de aire.- El compresor de aire es la fuente de energía para el sistema de frenos de aire. Generalmente está accionado por el motor del vehículo y acumula la presión de aire para el sistema de frenos de aire. El compresor de aire es típicamente enfriado por el sistema refrigerante del motor y lubricado por el suministro de aceite del motor.El compresor recibe el movimiento por medio de correas trapezoidales o directamente de la distribución del motor, que lo hace girar continuamente mientras el motor está en funcionamiento, mandando así el aire comprimido al depósito hasta alcanzar la presión de regulación tarada en la válvula de descarga.

3.2.2. Filtro de aire.- En el aire aspirado se encuentran materias extrañas, que pueden perturbar el correcto funcionamiento de los demás equipos y por ello requieren ser eliminadas por medio de un filtro de aire. El aire entrante en la boca 1 pasa a través de la ranura anular A hasta la cámara B. Al circular por la ranura A, el aire se enfría y parte del vapor de agua contenido en el aire se condensa. El aire pasa a continuación por el filtro (a) hasta la boca 2. La presión en la cámara B abre al mismo tiempo la entrada (e) del cuerpo de la válvula (d) y el agua condensada pasa a través del filtro (f) a la cámara C. Si la presión en la cámara B desciende, se cierra la entrada (e) y se abre la salida (b). El agua condensada es expulsada ahora al exterior por la presión existente en la cámara C. La salida (b) se cierra cuando se restablece el equilibrio de presión en las cámaras B y C. Con el pasador (c) se puede controlar el funcionamiento de la válvula de descarga automática

3.2.3. Regulador de presión.- El regulador de presión debe mantener la presión en el depósito de aire comprimido. Formado por un cuerpo separador donde se condensa el agua y el aceite que puede arrastrar el aire del compresor por medio de un filtro donde pasa debidamente purificado antes de salir al depósito.

3.2.4. Las válvulas de seguridad.- Se usan en el sistema de frenos de aire para proteger contra la excesiva acumulación de presión, además tienen un sonido de alerta.El aire comprimido llega a través de la boca 1 por debajo de la válvula de disco (c). Si la fuerza resultante de presión x superficie es superior a la fuerza ajustada con el resorte de compresión (a), la válvula de disco (c) y el pistón (b) son empujados hacia arriba. El aire comprimido sobrante sale al exterior a través del escape 3 hasta que la fuerza del resorte sea mayor y la válvula de disco (c) se cierre. Al levantar el pistón (b) es posible comprobar el funcionamiento de la válvula de seguridad.

3.2.5. Secadores de aire.- El secador de aire es un sistema de filtración en línea que elimina el vapor de agua y gotas de aceite del aire de descarga del compresor, después de la salida del compresor. Esto da como resultado un aire limpio y seco, siendo suministrado al sistema del freno de aire y ayuda en la prevención de que la línea de aire y componentes se congelen en tiempo de invierno. Los secadores de aire típicamente usan un cartucho reemplazable que contiene un material desecante y un separador de aceite. La mayoría de las gotas de aceite son eliminadas por el separador de aceite cuando el aire pasa por el secador de

aire. El aire entonces se mueve a través del material desecante, el cual elimina la mayoría del vapor de agua. Cuando la presión de aire en el tanque de suministro alcanza el nivel requerido, el gobernador hace parar la carga del compresor y permite empezar el ciclo de purga del secador de aire.

3.2.6. Válvulas de protección de presión.- La válvula de protección de presión es una válvula de control sensible a la presión, normalmente cerrada. Estas válvulas pueden ser usadas en muchas aplicaciones diferentes, pero son típicamente usadas para proteger un tanque aislado de otro, cerrando automáticamente a una presión pre ajustada. La válvula es también comúnmente usada para retardar la llenada de tanques auxiliares, hasta que la presión pre ajustada se logre en los tanques primarios o de frenado. Las válvulas de protección de la presión permiten repartir el aire entre los dos tanques por encima del ajuste de cierre de la válvula. La repartición cesa cuando cae la presión por debajo de la presión de cierre de la válvula y los tanques son entonces aislados uno del otro.Cuando la presión en el depósito principal rebasa esa presión de regulación (alrededor de 150 PSI), la válvula se abre y permite el paso de aire al depósito auxiliar, llenándose conjuntamente como si fueran un solo depósito.

3.2.7. Válvula de protección de cuatro circuitos.- La válvula de cuatro circuitos asegura la presión en los siguientes circuitos:

En el freno de servicio; primer y segundo circuito. En el freno de estacionamiento y remolque; tercer circuito. En la alimentación de accesorios; cuarto circuito.

Dependiendo de la versión, los 4 circuitos están conectados en paralelo y se llenan con la misma prioridad o bien los circuitos 3 y 4 están conectados después de los circuitos 1 y 2. La válvula cuádruple de protección de circuito dispone, en función de la versión correspondiente, desde ninguno a varios orificios bypass (como máximo, tantos como circuitos), que en caso de fallo de un circuito garantizan el llenado del sistema de frenos desde 0 bar.

El aire comprimido llega desde el regulador de presión a la válvula de protección pasando por la boca 1 y llega a los 4 circuitos del sistema neumático de frenos a través de los orificios bypass (a, b, c y d) pasando por las válvulas de retención (h, j, q y r). Al mismo tiempo, bajo la superficie de las válvulas (g, k, p y s) se genera una presión que abre estas

válvulas al alcanzar la presión de apertura ajustada (= presión asegurada). Las membranas (f, l, o y t) se levantan oponiéndose a la fuerza de los resortes de compresión (e, m, n y u). El aire comprimido fluye a través de las bocas 21 y 22 a los depósitos de aire de los circuitos 1 y 2 del sistema de freno de servicio y a través de las bocas 23 y 24 a los circuitos 3 y 4. Desde el circuito 3 se suministra aire comprimido al sistema de freno auxiliar y de estacionamiento de la cabeza tractora y al vehículo remolcado; desde el circuito 4 a otros consumidores secundarios.

Si se produce un fallo en un circuito (p. ej. circuito 1), fluye el aire desde los otros tres circuitos hasta que se alcanza la presión dinámica de cierre de las válvulas en el circuito defectuoso. La fuerza de los resortes de compresión (e, m, n y u) cierra las válvulas (g, k, p y s). Si se extrae aire de los circuitos 2, 3 ó 4 y como consecuencia se produce una caída de presión, estos circuitos se llenan de nuevo hasta alcanzar la presión de apertura ajustada del circuito defectuoso.

La presión de los circuitos intactos en caso de fallo de otro circuito queda asegurada de la misma forma.

En caso de fallo de un circuito (p. ej. circuito 1) y de descenso de presión a 0 bar en los circuitos intactos (tras una parada prolongada del vehículo), al llenar el sistema de frenos el aire comprimido fluye en primer lugar a través de los orificios bypass (a, b, c y d) a los 4 circuitos. En los circuitos intactos, en las membranas (f, l y o) se genera una presión que reduce la presión de apertura de las válvulas (g, k y p). Si la presión continúa aumentando en la boca 1, se abren estas válvulas. Los circuitos 2, 3 y 4 se llenan hasta alcanzar la presión de apertura ajustada del circuito defectuoso 1 y queda asegurada a este nivel.

3.2.8. Almacenamiento de aire (o tanques de aire).- Sirven al sistema del freno de aire como un tanque de almacenamiento para el aire comprimido. El tamaño del tanque es seleccionado por el fabricante del vehículo para proveer una adecuada cantidad de aire para usar en el sistema de frenado y otros dispositivos de control.

El depósito está compuesto por una pieza central cilíndrica con fondo curvado soldado y tubuladuras roscadas para la conexión de las tuberías. El empleo de aceros altamente

resistentes con los mismos espesores de material para todos los tamaños de depósitos permite presiones de servicio superiores a 10 bar en depósitos de aire con un volumen inferior a 60 litros.

3.2.9. Válvula de control de purga manual.- Se la gira un cuarto de vuelta o se tira de un cable. Se recomienda drenar manualmente los tanques al finalizar cada día de manejo.La válvula se mantiene cerrada por el resorte (a) y la presión del depósito. Tirando o presionando lateralmente el perno de accionamiento (c) se abre la válvula de vuelco (b). El aire comprimido y el agua condensada pueden salir del depósito. Si deja de presionarse o de tirarse del perno, la válvula (b) se cierra.

3.2.10. Válvulas de control de purga con control automático.- Protección de las válvulas, tuberías y actuadores frente a la entrada de agua condensada mediante el desagüe automático del depósito de aire.

La presión procedente de la tubería entre el compresor y el regulador de presión que llega a la conexión de la línea de control 4 empuja el pistón (a) a su posición final inferior.

El agua procedente del depósito de aire accede a través de la boca 1 a la cámara colectora A pasando por los fresados del pistón (a). El agua condensada que se encuentra en la línea de control también se ve empujada a la cámara colectora A a través del orificio situado en la pared del pistón hueco (a). Al desconectar el regulador de presión, la línea de control se queda sin presión y la presión del depósito de la cámara anular B desplaza el pistón (a) a su posición final superior. El agua acumulada en la cámara colectora A puede salir al exterior pasando por los fresados (b).

Una junta toroidal con función de válvula de retención, situada en el orificio de la pared del pistón, impide un desbordamiento del condensado presente en la cámara colectora (a) y un escape parcial de la presión del depósito de aire a través del orificio hacia la línea de control, lo cual sería posible tras detener el motor del vehículo en el momento de funcionamiento con carga del compresor.

3.2.11. Manómetros.- Es un elemento destinado para medir la presión de aire comprimido que en el sistema existe en ese momento, en el sistema de frenos dentro del funcionamiento del vehículo abarca presiones de 8 bares, en que los frenos tienen una máxima eficacia.

3.2.12. Válvula de freno.- Cuando el conductor aplica los freno de servicio usando el pedal del freno, una parte de los dos émbolos se mueve dentro de la válvula del freno, cerrando el escape de la válvula y abriendo conductos dentro de la válvula que permiten que la presión de aire esperando allí, pase y sea entregada a los sistemas del freno trasero y delantero. La presión rápidamente aumenta en las cámaras del freno y aplica la fuerza a la varilla de empuje, transfiriendo la fuerza a los frenos S-Cam o de disco de aire. Las fuerzas de fricción disminuyen la velocidad de las ruedas y el vehículo se detiene. Cuando el conductor quita toda la fuerza en la válvula del freno, el resorte interno regresa a

su ubicación original y permite que el aire en la válvula y en las líneas de entrega, desfogue a la atmósfera a través del orificio de escape.

Esta válvula se intercala entre el depósito y las canalizaciones de las ruedas. Va montada sobre un soporte en el piso de la carrocería, detrás de la dirección y al alcance del pie del conductor. Está construida para admitir una fuerza con el pie inferior a 30 kgf. Está formada por un cuerpo de válvulas con un vástago de accionamiento y un muelle compensador que regula la presión de salida a las canalizaciones.

3.2.13. Válvula de retención.- Aseguran las tuberías sometidas a presión frente a una purga accidental. El aire solo puede circular en el sentido indicado por la flecha de la carcasa. La válvula de retención impide el reflujo del aire cerrando la entrada en caso de reducción de presión en la tubería de alimentación. Si aumenta la presión en la tubería de alimentación, la válvula de retención cargada por resorte vuelve a liberar el paso de forma que puede equilibrarse la presión.

3.2.14. Válvula de rebose.- Válvula de rebose con reflujo Permite el paso del aire comprimido hasta el segundo depósito de aire comprimido solamente si se alcanza la presión calculada en el primer depósito. Esto permite una disponibilidad más rápida del sistema de frenos de servicio. En caso de caída de presión en el primer depósito, se recupera aire comprimido del segundo depósito. Válvula de rebose con reflujo Permite el paso del aire comprimido hasta los consumidores secundarios (accionamiento de puertas, sistemas de frenos auxiliar y de estacionamiento, servoembrague, etc.) solamente si se alcanza la presión calculada del sistema de frenos en el último depósito de aire.

En todas las válvulas de rebose el aire comprimido llega a la carcasa en el sentido de la flecha a través del orificio (g) bajo la membrana (d), que se

mantienen en su lugar mediante el resorte de ajuste (b) y el pistón (c). Al alcanzarse la presión de rebose se supera la fuerza del resorte de ajuste (b), de forma que la membrana (d) se levanta de su asiento y deja libre el orificio (e). El aire llega directamente o tras abrir la válvula de retención (h) a los depósitos o consumidores situados en el sentido de la flecha. En el caso de la válvula de rebose con reflujo, el aire comprimido del segundo depósito puede fluir en sentido de retorno tras la apertura de la válvula de retención (f) si la presión del primer depósito ha descendido más de 0,1 bar. En el caso de la válvula de rebose sin reflujo no es posible el flujo en sentido de retorno, ya que la válvula de retención (h) se mantiene cerrada debido a la mayor presión del segundo depósito. En el caso de la válvula de rebose con reflujo limitado, el flujo del aire en sentido de retorno tiene lugar hasta alcanzar la presión de cierre de la membrana (d). Cuando se alcanza esta presión, el resorte de ajuste (b) mediante el pistón (c) presiona la membrana (d) contra su asiento e impide así el equilibrio de presiones en sentido contrario al de la flecha.

La presión de rebose puede corregirse en todas las versiones girando el tornillo de ajuste (a). Al girar hacia la derecha se aumenta la presión de rebose; girar hacia la izquierda produce el efecto contrario.

3.2.15. Actuadores.- Los actuadores convierten la presión de aire en una fuerza mecánica de la varilla de empuje que actúa sobre la base de los frenos. El aire entra al actuador y presuriza una cámara conteniendo un diafragma de caucho/ hule. El aire empuja contra el diafragma, empujando contra el resorte retractor y moviendo la lámina de empuje (y varilla de empuje) hacia adelante. Algunos tipos diferentes de actuadores usados en los sistemas del freno de aire, son: cámaras del freno, rotocámaras (con recorridos de la varilla de empuje más largos), actuadores del freno de resorte (para ejes del freno trasero) y actuadores de seguridad (con mecanismos de seguro internos).

3.2.16. Actuador de membrana.- Producción de la fuerza de frenado para los frenos de rueda mediante aire comprimido. En función del modelo, adecuado para la transmisión mecánica o hidráulica de la fuerza.

3.2.17. Válvula de freno de mano.- Accionamiento gradual preciso de la válvula de control del remolque para mantener estirado un tractor de semirremolque o un camión mediante el frenado del vehículo remolcado (freno independiente).

En la posición de marcha, la presión de alimentación existente en la boca 1 mantiene cerrada la válvula (g) con ayuda del resorte de compresión (i). En la posición de reposo de la palanca del freno (a) la leva (c) no transmite fuerza al pistón (l). Los resortes de compresión mantienen los pistones (k y l) en su posición final superior y la boca 2 unida con el escape 3. Al accionar la palanca del freno (a) la leva (c) desplaza el pistón (l) hacia abajo. Los resortes (d y e) se comprimen, con lo que el pistón (k) también se desplaza. El asiento de la válvula (h) cierra la unión entre la cámara A y el escape 3; a continuación, la válvula (g) se separa del asiento de la válvula (j). El aire de alimentación llega a la cámara A y, a través de la boca 2, a la válvula de control del remolque conectada a continuación, hasta que la presión alcanza el valor de la presión previa de los resortes (d y e). La válvula (g) cierra el asiento de la válvula de entrada (j) sin abrir el asiento de la válvula de salida (h). Se alcanza la posición de equilibrio. Debido a la nueva tensión previa del resorte, cualquier modificación posterior de la posición de la palanca provoca una presión de frenado proporcional a la fuerza ejercida por la leva (c). Del mismo modo es posible graduar la purga, bien en el rango de frenado parcial o bien para una purga completa de la línea de control de la válvula de control del remolque. La válvula del freno de mano puede estar equipada con un dispositivo que permite bloquear la palanca de freno en determinadas posiciones. El bloqueo o desbloqueo de este dispositivo se realiza mediante un pulsador (b).

3.2.18. Freno de tambor.- En este sistema es solamente el aire el responsable de obtener la fuerza completa de la frenada. Se muestra un esquema en la Figura 4, en la que se representa como se parte de un compresor (1), el aire es almacenado en un calderín (2) y su  salida del calderín se regula por medio de una válvula del pedal del freno (3), la cual determina el paso del aire hacia el cilindro de mando (4) de los frenos y, con ello el accionamiento de las zapatas.

3.2.19. Freno de disco.- A continuación, cuando presurizar el actuador de freno (16), la palanca excéntrica soportado (6) es accionado por el vástago de pistón del accionador de freno. La fuerza de accionador de freno se amplifica de acuerdo con la multiplicación de palanca en relación a la fuerza del pistón. Se transmite a la pastilla de freno (4) a través del puente (7) y los husillos roscados, atornillados en el pistón (9). Como resultado de esta transmisión, se presiona la pastilla de freno (4) sobre el disco de freno (3).

3.3. Frenos de aire controlados electrónicamente

3.3.1. Descripción y funcionamientoLos frenos de disco se accionan de forma neumática, como antes, pero el control de la presión para los cilindros de frenos se hace electrónicamente por el sistema EBS a través delos moduladores. Esta tecnología permite una respuesta de frenado mucho más rápida y uniforme que los sistemas neumáticos convencionales, lo que resulta en distancias de frenadas más cortas. El sistema ha sido desarrollado buscando mejorar la seguridad en las rutas. El pedal del freno envía señales eléctricas. Como medida de seguridad, en el caso de falla en el sistema eléctrico, el EBS cuenta con un sistema de backup neumático.

El sistema de frenos ha sido proyectado para actuar en las condiciones más severas posibles. Los componentes más expuestos poseen protección especial anticorrosión. El sistema EBS brinda muchas ventajas, tales como la reducción cuando ocurre desgaste desigual de las pastillas de freno, lo que resulta en intervalos más largos para el cambio de pastillas y discos.

Freno de disco, rueda delantera

La pinza de freno es "flotante", con cilindros de comando neumático, que accionan los frenos a través del eje excéntrico de la pinza. El eje excéntrico empuja los dos pistones de la pinza, y presiona la pastilla interna contra el disco. Como la pinza es "flotante", es decir, ella se mueve horizontalmente en el conjunto y presiona la pastilla exterior contra el disco. La pinza tiene ajuste de holgura automática. El cilindro del freno del eje delantero es de montaje radial.

La pinza de freno está equipada con dos indicadores de desgaste, uno eléctrico y otro mecánico. El indicador mecánico está compuesto por un eje plástico accionado por un resorte con cuatro marcas de desgaste (cada marca representa 25% de desgaste de la pastilla).El Sensor Eléctrico de Desgaste (LWS) envía a la unidad de control una señal proporcional al espesor de la pastilla. Un mensaje de error en la pantalla o display y una luz amarilla en el tablero de instrumentos avisan al conductor cuando resten sólo 20% de la pastilla.

Freno de disco, rueda de tracción

El cilindro del freno del eje de tracción y eje auxiliar van montados axialmente, lo que resulta en una mayor distancia del suelo, si se los compara con el sistema de montaje anterior de los vehículos con suspensión neumática. Los cilindros de los camiones con frenos a disco están mejor protegidos que los modelos anteriores con frenos de tambor y suspensión a aire. El sellado entre el cilindro y la pinza, y entre el cilindro y el vástago de accionamiento impide la entrada de agua y suciedad en el freno. Además, un tubo de respiración en el cilindro protege contra agua y suciedad. Todos los frenos de disco de los ejes de tracción y auxiliares tienen chapas de protección. En el eje con reducción en los cubos, el freno a disco no tiene chapa de protección.

Disco de freno

El disco de freno es sólido y hecho de un material muy durable, que reduce el riesgo degrietas y vibraciones, y va montado en el cubo a través de ranuras, que hacen posible laexpansión del disco en el plano radial, lo que resulta en una vida de servicio más larga yreduce el riesgo de que aparezcan grietas.Los discos de los frenos del eje delantero y del eje tracción son idénticos, mientras quelos del eje auxiliar trasero son ligeramente menores.

3.3.2. Sensor de velocidad de la rueda

Los sensores de velocidad de las ruedas delanteras, montados radialmente, controlan las rotaciones de la rueda dentada que va fijada al cubo. El sensor va puesto en un manguito, que a su vez, está sujeto en la placa de protección. Los sensores pueden ser cambiados sin precisar retirar la rueda ni el cubo, ni el disco de freno. El sensor de velocidad de la rueda está conectado directamente al modulador, que transforma la señal de rotaciones en velocidad y envía esta información a la unidad de control del EBS que usa esta velocidad para determinar la fuerza de aplicación y el comportamiento delos frenos.

Si la distancia entre el sensor de velocidad de la rueda y la rueda dentada del eje detracción sobrepasa el valor máximo, el EBS interpreta esta señal como rotaciones de la rueda. En esta situación, las cajas de cambios de comando eléctrico pueden tener problemas en los cambios de marchas. Después de algún tiempo, un mensaje de error aparece mostrando ese problema de distancia.

3.3.3. Sensor de desgaste de las pastillas de freno

Cada pinza de freno está equipada con un sensor que mide el desgaste de la pastilla de freno. Cuando la pastilla llega a menos del 20% del espesor original, se genera un código de falla. A esta función se le da el nombre de Determinación de Desgaste de la Pastilla (LWS).Se enciende entonces una luz amarilla en el tablero junto con el aviso "Verificar frenos “en el display de informaciones al conductor. El conductor debe estacionar el vehículo para anotar el código. La unidad de control monitorea el desgaste al ser conectado a la ignición y al liberar el pedal del freno tras frenar.

3.3.4. Válvula del freno de servicio

La nueva válvula del pedal de freno del EBS Generación 3 es del tipo convencional, complementada con una función eléctrica. La parte eléctrica de esa válvula consiste en dos potenciómetros que sienten la posición del pedal del freno y transmiten a la unidad de controlas señales referentes a la desaceleración requerida. Si la diferencia entre las señales de los dos potenciómetros está arriba del valor permitido, el EBS es desactivado, y los frenos son accionados con el aire comprimido que viene de la válvula del pedal de freno (señal backup).La válvula del pedal de freno va también equipada con una llave interna para la función “despertar" (6), que envía una señal a la unidad de control cuando se presiona el pedal del freno, y se activa el sistema EBS entero, aunque la llave de la ignición esté en la posición cero.

La parte neumática de la válvula del pedal de freno funciona como un sistema reserva (backup) en el caso de falla en el sistema eléctrico. La válvula del pedal de freno es alimentada con el aire comprimido de los circuitos trasero (entrada 12) y delantero (entrada 11).Al ser accionado el pedal del freno, se envían señales eléctricas a la unidad de control que, a su vez, transmite las señales para las válvulas de los moduladores, e indica el accionamiento de los frenos solicitado. La parte neumática de la válvula del pedal de freno también es activada al ser accionado el pedal del freno, enviando aire comprimido al (modulador del) eje trasero, por la salida 22, y para el modulador delantero, por la salida 21.Por ser más rápido que la neumática, la señal eléctrica es la primera a llegar a las válvulas moduladoras, que después de hacer una verificación de las señales recibidas decide si utilízala señal eléctrica o la neumática (backup).

3.3.5. Válvula moduladora de un canal

El modulador es una válvula relé eléctrica con accionamiento neumático del freno. El modulador se divide en dos partes: eléctrica y neumática. La parte eléctrica consiste de una válvula del sistema backup, válvula de alimentación, válvula de descarga y sensor de presión. La parte neumática consiste de una válvula relé. Los sensores de presión, de desgaste de la pastilla y de rotaciones de la rueda alimentan el modulador con señales de información. El modulador transfiere dichas señales para la unidad de control del sistema EBS a través de una conexión CAN. La unidad de control calcula la presión de frenado necesaria y envía una señal de control de vuelta al respectivo modulador.

Funcionamiento: A

Mientras no se acciona el pedal del freno, la alimentación de aire comprimido del tanque de aire para las válvulas del pedal del freno, de admisión y relé es constante. No hay aire yendo para los cilindros de los frenos.

B

Al ser accionado el pedal del freno, la válvula del pedal de freno emite dos señales, una eléctrica y otra neumática. La señal eléctrica va para la unidad de control y sigue, por la red CAN, para la válvula moduladora. Por ser más veloz que la neumática, la señal eléctrica ciérrala válvula del sistema backup y abre la válvula de alimentación. Al abrirse la válvula de alimentación, el aire del tanque de aire comprimido abre la válvula relé y presuriza el cilindro de freno.

C

El sensor de presión lee la presión que es enviada al cilindro del freno. Cuando la desaceleración de la rueda se iguala a la posición del pedal del freno, la válvula de alimentación se cierra. La válvula relé mantiene entonces la presión en los cilindros de los frenos. Si la desaceleración se mantiene uniforme y la posición del pedal del freno se mantiene igual, la presión de aire en los cilindros de los frenos se estabiliza.

3.3.6. Válvulas solenoides del ABS

Estas válvulas están compuestas por dos solenoides y dos membranas comandadas de forma neumática. Los solenoides reaccionan a las señales de comandos de la ECU infracciones de segundo, y actúan sobre la presión de los cilindros de freno de las ruedas delanteras y traseras:

Aumento de Presión

La presión que entra en la Puerta (1) hace que la membrana de admisión (4) se abra inmediatamente. A través de la consecuente presurización de la cámara (b) el aire comprimido fluye por la Puerta (2) para el cilindro de freno y para el canal en forma de anillo (d), sobre la membrana de salida (5). Al mismo tiempo, el aire comprimido pasa por el canal (a), y a través de la válvula (7) que está abierta para la cámara (a) y por abajo de la membrana de salida (5).Hasta que no sea enviada ninguna señal por los sensores, la válvula solenoide de regulación estará accionada. Cada aumento de presión en la Puerta (1) será transferido a la Puerta (2). De la misma forma, cada disminución de presión también será transferida.

Conservación de Presión

A través de la señal adecuada, el solenoide (II) será des energizado, la válvula (6) será cerrada y la válvula (7) será abierta. De esta forma, la presión aplicada a la Puerta (1) será

nuevamente transferida a la cámara (E) y cerrará la membrana de salida (5). La válvula solenoide de regulación alcanzará de esta forma la condición de “conservación de presión”.

Reducción de Presión

Si la rueda que viene siendo frenada rueda en condición inestable (con tendencia a trabarse), esa situación empezará inmediatamente a ser sensoriada. En esas condiciones el Solenoide (I) será energizado, la válvula (8) será cerrada y la válvula (9) será abierta. La presión aplicada a la Puerta (1) fluirá a través de la cámara (g) y del canal (h) para la cámara (k) y cerrará la membrana de admisión (4).Al mismo tiempo, el Solenoide (II) también será energizado, cerrando la válvula (7) y abriendo la válvula (6).De esta forma, la presión en la cámara (C) es descargada por la salida (3). Se abre la membrana de salida (5). La presión de frenado existente en la Puerta (2) se descarga a través de la cámara (C) y del canal (f) para la salida (3) hasta que la rueda frenada pase a rodar en la región estable (sin tendencia a trabarse) y el Solenoide ( II ) sea des energizado.

3.3.7. Unidad de control / mid 136

El EBS Generación 3 dispone de una nueva unidad de control y un nuevo software. La unidad de control posee un nuevo método de cálculo de accionamiento del freno. En vez de un movimiento específico del pedal ser equivalente a una presión específica de frenado en los cilindros de los frenos (sistema anterior), un movimiento específico del pedal emite una solicitación de una específica cantidad de desaceleración. De este modo, la presión en los cilindros de los frenos puede variar en función, por ejemplo, de cargas diferentes, pero la desaceleración y la sensibilidad del pedal permanecen inalteradas. Otro nuevo recurso de la unidad de control del EBS Generación 3 es el cálculo del peso que, ahora, tiene como base la aceleración y la carga del motor. Después de uno o más cambios para una marcha más alta, el sistema calcula la carga con base en la solicitación de potencia del motor y en la aceleración.

3.3.8. Sistema de freno del tráiler – TBS

Cuando se cambia un trailer por otro, esta función permite la inspección o regulación dela quinta rueda con seguridad. La función es activada al presionarse el botón con el vehículo en marcha a menos de 4 km/h y se desactiva cuando la velocidad pasa de los 7 km/h o al soltarse el botón. Mientras la función está activa, el Sistema EBS libera una presión constante de 4 bar para el trailer. Esta función está disponible como opcional y es activada a través de la programación del parámetro TBS del vehículo.

3.3.9. Retardador eléctrico (freno eléctrico)El retardador electrodinámico es un freno continuo que produce un efecto de frenado y un comportamiento similar al retardador hidrodinámico. El retardador se coloca intercalado en la transmisión y actúa sobre los ejes traseros.

Constitución y funcionamiento

El freno retardador electrodinámico está formado básicamente por un rotor que está acoplado a la transmisión del vehículo y a un estator fijo al chasis. En el estator se montan las bobinas inductoras con sus núcleos magnéticos. El freno eléctrico dispone de un mando con varias posiciones. El conductor des-plaza la palanca a la posición deseada: 1, 2, 3, 4...

Para frenar, se alimentan las bobinas de excitación con corriente de la batería. La corriente, al atravesar las bobinas, produce un campo magnético que induce corrientes de Foucault.

Cuando los rotores atraviesan ese campo, se genera un par de frenado. La magnitud del par de frenado dependerá de la excitación de las bobinas del estator (posición de la palanca del freno).El retardador electrodinámico, como todos los frenos, transforma la energía ciné-tica del vehículo en energía calorífica. El calor transformado se disipa en el aire gracias a las canalizaciones que el retardador dispone.

3.3.10. Retardador hidrodinámico (RETARDER E INTARDER)El retardador hidrodinámico es un dispositivo de freno continuo que se puede montar a la salida de la caja de cambios o en algunos modelos se monta integrado con la caja de cambios, como es el caso del Intárder ZF de Iveco.

Constitución y funcionamiento

Básicamente, el retardador hidrodinámico es un embrague hidráulico (véase figura 3). Los dos álabes se encuentran enfrentados. El rotor está unido a la transmisión del vehículo y el estator se encuentra fijado al cárter del conjunto y estacionario. El efecto de frenado se obtiene mediante el aceite que entra en el interior del rotor y del estator. El aceite que se encuentra en los compartimentos entre el rotor y el estator se mueve gracias a las palas del rotor, con lo que se crea un flujo de aceite de circuito cerrado entre la parte móvil y la parte fija del ralentizador. El aceite, al chocar contra las palas del estator, disminuye su velocidad, lo cual determina la frenada del rotor y, en consecuencia, del vehículo. El mando del ralentizador se efectúa a través de una empuñadura (2) (véase figura 4), de varias posiciones colocada en el tablero a la derecha del volante. El sistema dispone de la función de velocidad constante. Con esta función se puede mantener el vehículo a una velocidad constante seleccionada por el con-ductor, incluso en bajadas. En esta posición, la centralita electrónica del retar-dador selecciona automáticamente el par de frenado necesario para mantener la velocidad programada.

La desactivación de la función velocidad constante se efectúa apretando de nuevo el botón (1) (véase figura 4). Una vez desactivada, el ralentizador funciona con la selección que se realice en la palanca. Activada la palanca, la unidad de control recibe la señal eléctrica, la procesa y envía una señal de mando a la electroválvula de mando del acumulador (9), y a la electroválvula proporcional (5) (véase figura 4).La electroválvula de mando del acumulador se conmuta y deja pasar el aire a presión que actúa sobre el pistón del acumulador hidráulico que envía aceite al circuito hidráulico. La electroválvula proporcional actúa sobre la válvula de mando y determina la presión de mando. La válvula de regulación y la válvula de incremento de la presión están pilotadas por la presión del aceite que llega de la válvula de mando. Cuanta más presión tenga el aceite del circuito, mayor será el efecto de frenado del aceite en el interior del rotor y del estator. El circuito regula la presión del aceite en función de la posición de la palanca del ralentizador, 1-2-3-4-5. La presión de mando aumenta en la misma proporción y el efecto frenante del conjunto. En la posición de «0», el ralentizador se desactiva, la electroválvula de mando y la electroválvula proporcional se dejan de excitar, y la válvula de mando se conmuta determinando una presión de mando de «0» bar. Las válvulas de regulación y la válvula de aumento de la presión se descargan con la acción del muelle. La válvula de conmutación se conmuta por la acción del muelle, descargando el aceite al circuito de alimentación. En esta situación, el conjunto rotor-estator se queda sin aceite y no realiza ningún efecto frenante. La reducción de velocidad del flujo de aceite entre el rotor y el estator determinan la transformación de la energía cinética en energía calorífica o térmica. Para disipar el calor, el aceite pasa a través del intercambiador de calor, aceite-agua. En el intercambiador, el calor del aceite pasa al líquido de refrigeración y se disipa por medio del sistema de refrigeración del vehículo. Este se debe sobre dimensionar cuando se equipa un freno retardador hidroneumático.

3.4. Sistema antibloqueo de frenos (ABS)El ABS es un sistema que hace efectivo el uso de la fricción entre los neumáticos y la superficie del camino para mantener la estabilidad del vehículo mientras los frenos están siendo aplicados y para detener el vehículo. Al aplicar de manera forzada los frenos sobre una superficie de un camino deslizante puede causar que las ruedas se traben, debido a la fuerza excesiva de frenado. Esto causa que el vehículo pierda la estabilidad debido a que las ruedas trabadas pierden resistencia en dirección lateral. Más específicamente, si las ruedas frontales están trabadas, se vuelve imposible maniobrar el vehículo, y si es que las ruedas posteriores están trabadas, la parte posterior del vehículo puede bambolear de lado a lado.

Además, cuando ocurre una traba de las ruedas, no es posible usar efectivamente la fricción entre los neumáticos y la superficie del camino. Esto puede provocar que la distancia de frenado se incremente. El ABS usa los sensores de la rueda que están montados en los ejes para monitorear constantemente la rotación de las ruedas. Si cualquiera de las ruedas empieza a trabarse, la ECU del ABS envía señales hacia la válvula de control del ABS e inmediatamente ajusta la presión de frenado para prevenir una trabazón de las ruedas. De esta manera, el ABS mantiene la estabilidad del vehículo mientras se detiene haciendo más efectivo el uso de la fricción entre los neumáticos y la superficie del camino.

COMPOSICIÓN Y OPERACIÓN

El sistema ABS está integrado por unos anillos sensores montados en las ruedas, la ECU del ABS, la cual recibe señales procedentes del sensor de la rueda para monitorear la velocidad rotacional de las ruedas y emitir señales de control a fin de mantener la fuerza de frenado apropiado; las válvulas de control del ABS, que incrementan o disminuyen la fuerza de frenado, basadas en las señales de control; las luz de advertencia, la cual da una alarma si el sistema funciona mal; las tuberías, colectores de cables, etc., que conectan a las diferentes unidades que componen el sistema.

Las señales de pulso transmitidas por los anillos sensores montados en los cubos de la rueda, giran junto con las ruedas, y los sensores de las ruedas montados cerca de los anillos sensores en los ejes son enviados hacia la ECU del ABS. La ECU del ABS entonces calcula la velocidad rotacional de las ruedas, la aceleración, la desaceleración y la cantidad de deslizamiento, basado en esas señales.

Si los valores límites de la desaceleración de las ruedas o el rango de deslizamiento son excedidos, la ECU del ABS inmediatamente transmite señales hacia las válvulas de control del ABS para ajustar cualquier exceso en la fuerza de frenado.

Este sistema del ABS controla las cuatro ruedas: frontal, posterior, derecha e izquierda independientemente

3.4.1. ECU DEL ABS

Basado en las señales de pulso procedentes de los sensores de la rueda, la ECU del ABS montado en el vehículo calcula y evalúa el rango de deslizamiento y la velocidad de aceleración/desaceleración de las ruedas. Basado en estos resultados, ésta envía señales hacia las diferentes válvulas de control cuando es necesario, haciendo que ellas operen y apliquen los frenos para mantener el deslizamiento de las ruedas dentro del rango óptimo. Durante el frenado, la presión de aire aplicada a las cámaras del freno es regulada para prevenir que las ruedas se traben. Los frenos son aplicados para mantener el deslizamiento de las ruedas dentro del rango óptimo.

Sin considerar si el vehículo está detenido o siendo conducido, y si es que los frenos están siendo o no aplicados, el circuito consiste de sensores de rueda, válvulas de control, ECU del ABS, y colectores de cables que están constantemente chequeados por el circuito falla-seguridad de la ECU del ABS. Si algún tipo de malfuncionamiento ocurre, el circuito falla-seguridad advierte al conductor encendiendo la luz de advertencia del ABS. Al mismo tiempo, el sistema del ABS que está experimentando el malfuncionamiento es desconectado y empieza a funcionar la operación normal del freno (sin ABS).

3.4.2. Control de señales del ABS

3.4.3. VÁLVULAS DE CONTROL DEL ABS

Las válvulas de control del ABS están ubicadas en los circuitos de aire del freno entre las válvulas de relevo y las cámaras de freno. Basado en las señales procedentes de la ECU del ABS, ellas ajustan la presión del aire enviado hacia las cámaras de freno en uno de los tres modos: incremento de la presión, reducción de la presión o mantenimiento de la presión.

a. MODO DE INCREMENTO DE LA PRESIÓN: Cuando el conductor empuja con el pie el pedal del freno, el aire procedente de la válvula de relevo ingresa a través del puerto de entrada (6), empuja para abrir el diafragma (5), pasa a través del puerto de salida (9), y fluye dentro de la cámara del freno. En este punto, la bobina solenoide (1) no está energizada, por lo que la válvula solenoide (3) es cerrada y la cámara piloto (14) es abierta hacia la atmósfera. Además la bobina solenoide (2) tampoco está energizada, por lo que la válvula solenoide (4) está cerrada. Como resultado, el aire pasa a través del orificio piloto (10) e ingresa hacia la cámara piloto (12). Este entonces empuja hacia arriba el diafragma (11) y cierra la válvula de escape (13).

b. MODO DE REDUCCIÓN DE LA PRESIÓN: Cuando la bobina del solenoide (1) es energizada, la válvula del solenoide (3) se abre y el aire también fluye hacia la cámara piloto (14) ésta empuja hacia abajo el diafragma (5), apagando las cámaras (7) y (8), en

este momento la bobina del solenoide (2) también está energizada. Esto hace que la válvula del solenoide (4) se abra y el aire de operación desde la cámara piloto (12) pase a través del puerto de escape (15) y sea liberado hacia la atmósfera. Consecuentemente, el aire procedente del lado del puerto de salida (9) (cámara del freno) empuja hacia abajo el diafragma (11) y el aire es liberado hacia la atmósfera. Esto causa que la presión del aire en la cámara del freno disminuya.

c. MODO DE MANTENIMIENTO DE LA PRESIÓN: Cuando la bobina del solenoide (1) es energizada, la válvula del solenoide (3) se abre y el aire fluye a través de la cámara (7) y actúa sobre la cámara piloto (14). Por otro lado, puesto que la bobina del solenoide (2) no está energizada, la válvula solenoide (4) es cerrada y el aire fluye a través del orificio piloto (10) y actúa sobre la cámara piloto (12). Esto hace que los diafragmas (5) y (11) cierren sus pasos de aire, y la presión de la cámara (8); es decir que el aire actuante sobre la cámara de freno, es mantenido a la presión que estuvo presente cuando se cambió del modo de reducción de presión hacia el modo de mantenimiento de presión.

3.4.4. SENSORES DE LAS RUEDAS: Estos sensores están montados, orientados hacia los anillos del sensor en cada rueda en los ejes frontal y posterior

Los sensores de rueda son sensores electromagnéticos que consisten de un núcleo de magneto permanente con una bobina de alambre enrollado alrededor de éste. La frecuencia de las señales de pulso generadas por la inductancia magnética entre los sensores y los anillos sensores a los que ellos se orientan, es proporcional a la velocidad de rotación de las ruedas. Estas señales de pulso son enviadas hacia el ECU del ABS y son usadas para determinar el estatus rotacional de las ruedas.

3.4.5. ANILLOS SENSORES: Los anillos sensores son acoplados a presión en los interiores de los cubos de las ruedas de cada rueda en los ejes frontal y posterior, y ellos se orientan hacia los sensores de la rueda descritos en la sección precedente. Los anillos sensores están hechos de material magnético y los dientes son formados dentro de la superficie que se orienta hacia el sensor de la rueda a intervalos regulares. Además, cuando el anillo sensor efectúa una rotación completa, el sensor genera señales de pulso correspondientes al número de dientes.

3.4.6. BOCINES DE SUJECIÓN: Los sensores de las ruedas están sujetos en su lugar gracias a los bocines de sujeción que están insertados dentro de los soportes de montaje. Si ellos son ensamblados adecuadamente, los bocines de sujeción sirven para eliminar la necesidad de ajustar la holgura entre los sensores de la rueda y los anillos sensores.

3.4.7. MAZOS DE CABLES DEL SENSOR DE LA RUEDA: Cada mazo de cables del sensor de la rueda emplea un cable de alambre enroscado de conductor doble. Su función es proteger de las interferencias electromagnéticas a las señales de los sensores de la rueda, las cuales son vitales para la operación apropiada del sistema del ABS. Bajo ninguna circunstancia ninguna parte del mazo de cables del sensor de la rueda debe ser cortado o conectado a otro cable.

3.4.8. LUZ DE ADVERTENCIA DEL ABS: Esta se enciende cuando el interruptor del arrancador es girado hacia “ON” y automáticamente se apaga cuando el sistema funciona correctamente. Si ocurre un malfuncionamiento en el sistema ABS mientras el vehículo está siendo conducido, la luz se enciende para alertar al conductor.

3.4.9. RELÉ DE CORTE DEL FRENO DE ESCAPE: Cuando este relé es energizado durante la operación del ABS, el contacto del relé se abre, la

corriente hacia la válvula del solenoide para el freno de escape es desconectada, y el freno de escape es liberado.

4. Regulación antideslizamiento (ASR)

Mientras que el sistema antibloqueo de frenos ABS impide el bloqueo de las ruedas en caso de frenada reduciendo las presiones de los frenos de rueda, la regulación antideslizamiento ASR, impide en caso de propulsión que las ruedas patinen, reduciendo para ello el par motor efectivo en cada una de las ruedas propulsoras. El sistema de regulación antideslizamiento ASR actúa sobre:

1. La regulación de los frenos: Inmediatamente después de que la ignición se ha encendido y el vehículo se mueve, la ECU controla el comportamiento de rotación de todas las ruedas por encima de una velocidad de rueda de aprox. 2 km/h. Los valores de velocidad y aceleración de las ruedas motrices se comparan con los de las ruedas no accionadas. Cuando una cierta diferencia en la velocidad o el límite de deslizamiento es superada, el ASR se pone en marcha. Tan pronto como una rueda motriz supera el umbral de deslizamiento al acelerar, la ECU accionará la válvula de bloqueo del diferencial respectiva y por lo tanto controlara la presión de frenado en el cilindro de freno aplicable del freno de servicio.El par de accionamiento del motor está ahora soportada en esta rueda frenada, haciendo que la potencia de propulsión en la otra rueda aumente en mucho más hasta igualar el par con la rueda bloqueada con el bloqueo de diferencial conectado.

2. La regulación del par motor: Tan pronto como giran las ruedas motrices o el deslizamiento de una rueda ha superado un valor límite, el sistema cambia del control de freno del diferencial al control de freno del motor, lo que reduce la potencia del motor.

El control de freno diferencial ahora sólo se utiliza para sincronizar las ruedas. A una velocidad por encima de 50 km / h se utiliza ahora solamente de control del motor. Aquí, la ECU controla la válvula proporcional que mueve la palanca reguladora la bomba de inyección hacia la posición de reposo a través del cilindro de posicionamiento ASR, incluso si el conductor continúa presionando el acelerador.

Tan pronto valores del par estén por debajo del límite de deslizamiento debido al efecto de frenado del motor, la válvula proporcional expulsa el cilindro de posicionamiento de nuevo.Esto hace que el par la salida del motor aumente de nuevo hasta el nivel seleccionado por el conductor a través del pedal del acelerador, o hasta que comienza otro ciclo de regulación de velocidad.