Il servofreno: come amplificare l’azionante frenante

Al giorno d’oggi tutte le auto in commercio ne sono dotate: parliamo del servofreno. Ma a che cosa serve? Il servofreno serve per amplificare la forza agente sul pedale del freno. Può essere posto, a seconda dello schema progettuale, prima della pompa idraulica, oppure dopo di questa. Il funzionamento del servofreno garantisce un maggior comfort e minore sforzo da parte del guidatore associati ad una frenata più efficace.

In commercio esistono più tipi di servofreni, suddivisi principalmente in base al materiale da cui sono costituiti. Ad esempio, i più tradizionali sono in acciaio, ma salendo di prezzo è possibile scegliere anche

Funzionamento del servofreno a depressione

Il funzionamento del servofreno a depressione è legato alla differenza di pressione, che si viene ad instaurare al suo interno. Questo dispositivo è in grado di aumentare di almeno quattro volte la forza frenante impressa dal guidatore sul pedale del freno instaurando quella che comunemente viene anche detta “leva idraulica”. È costituito da una capsula pneumatica divisa in due camere e da un pistone di lavoro su cui è fissata una membrana elastica. Una della due camere è a pressione variabile e l’altra a pressione costante. Sul pistone di lavoro sono presenti dei fori che mettono in comunicazione le due camere quando il servofreno è a riposo.

La camera a pressione costante è collegata, tramite innesto dotato di valvola di non ritorno, ad uno dei collettori di aspirazione del motore, nel caso esso sia ad accensione comandata. Invece è collegato ad una pompa a depressione nel caso questo sia un motore ad accensione per compressione.
Questa si trova a pressione inferiore rispetto a quella atmosferica, mentre la camera a pressione variabile è separata dall’ambiente esterno mediante una valvola di controllo della pressione atmosferica. La valvola di controllo è a sua volta dotata di una valvola di comando e di un pistoncino, tenuti in contatto da una molla.
Quando il motore è acceso, e il servofreno è a riposo, le due camere risultano essere in depressione ed in comunicazione fra loro. Il diaframma, che è l’elemento di separazione, risulta non deformato e sulle facce del pistone di lavoro agisce la stessa pressione.

Cosa succede agendo sul freno?

Azionando il pedale del freno, l’asta di comando viene spinta in avanti. L’avanzamento dell’asta ha due effetti: il pistoncino della valvola va a premere il disco di reazione e si apre la valvola dell’aria esterna. Se il pedale viene azionato parzialmente, si crea uno squilibrio di pressione fra camera a depressione e camera di lavoro, che va ad agire sul pistone, il quale viene spinto in avanti insieme al puntalino, finché la forza di reazione della pompa non raggiunge la stessa intensità evitando un comportamento di tipo on/off.

Fermatosi il puntalino, il disco di reazione si espande, spingendo sul pistoncino della valvola e si chiude la valvola dell’aria esterna. La forza agente sul puntalino e sul pistone di lavoro rimane costante fino al rilascio del pedale. L’elemento principale è rappresentato dal cilindro, che è diviso dal pistone di lavoro in due corpi.

In condizioni di riposo, come nella figura precedente, la depressione viene trasmessa attraverso il collegamento di depressione nel corpo di sinistra. Da qui, attraverso il condotto nella camera di lavoro, che è collegato con la pressione esterna e la valvola a depressione, anche nel corpo di destra. Pertanto il pistone di lavoro, sulle cui facce non insiste differenza di pressione, è spinto dalla molla di richiamo verso destra.

Quando si agisce sul pedale del freno, un sistema di leveraggi fa spostare l’asta di comando verso sinistra determinando prima la chiusura della valvola e poi l’entrata dell’aria esterna nel corpo di destra attraverso la valvola dell’aria stessa.
Lo stantuffo è così soggetto ad una differenza di pressione che incrementa la forza di spostamento verso sinistra e spinge lo stantuffo della Pompa tandem inviando liquido in pressione ai due circuiti, cioè alle ruote.

Come termina l’azione frenante?

Se si mantiene costante l’azione sul pedale del freno, la reazione dello stantuffo idraulico determina lo schiacciamento della valvola a disco elastico. Conseguentemente la chiusura della valvola dell’aria proveniente dall’esterno. In questo modo lo stantuffo si stabilizza in una posizione intermedia. Risultano così chiusi sia il collegamento con il condotto in depressione sia il foro di passaggio dell’aria a pressione atmosferica.

Infine, quando cessa l’azione sul pedale, lo stantuffo si sposta verso destra sotto l’azione della molla. Determinando prima la chiusura della valvola dell’aria esterna e poi l’apertura del condotto in depressione.

Cos’è il depressore freni?

Il depressore che troviamo sui servofreni è quella componente che consente al motore di aspirare via l’aria dai vani del servofreno. Il depressore come già anticipato qualche paragrafo più su moltiplica la forza rendendola, non solo maggiore, ma anche stabile e ben calibrata in base alla pressione impressa.

Ti stai chiedendo quanto costa un depressore e la relativa pompa depressione? A seconda del tipo di veicolo (marca e modello) il prezzo può arrivare anche sui 230 euro.

Come capire se il servofreno è rotto e come provarlo?

Come ogni dispositivo presente su un’auto, anche il servofreno può andare in avaria. Dunque come capire che si è rotto o qualcosa non funziona? Il pedale resta sempre direttamente collegato ai freni, in modo da poter azionare sempre i freni anche con il quadro comandi e motore spenti o con un’avaria del sistema di servizio. Chiaramente, in caso di avaria, è richiesto maggiore sforzo per frenare la vettura dato che la valvola della camera stagna rimane chiusa e invece di creare una depressione per facilitare il suo azionamento si forma una pressione sempre maggiore, che limita l’azionamento del freno.

Questo difetto non è presente con i freni a tamburo o a dischi senza servofreno, per i quali la forza da esercitare sul pedale resta la medesima a motore spento o acceso. Ma come testare un servofreno e quindi come capire se è rotto? Se siamo nel caso di auto ferma con motore acceso, possiamo poggiare il piede a più riprese sul pedale del freno per svuotare la riserva di depressione. Tenendo il piede ancora sul pedale, bisogna successivamente avviare il motore. Se il pedale si indurisce leggermente, allora il servofreno è in buono stato.

Se, invece, lo si vuole testare con auto ferma ma con il motore già acceso, allora bisogna premere il pedale del freno. Se si sente un rumore di aspirazione, dei fischi oppure vengono percepite delle vibrazioni non abituali al livello del pedale, allora forse il servofreno è da cambiare. Chiaramente, poi, sarà compito di un esperto valutare il da farsi. Nel caso, un servofreno di alta qualità può costare anche intorno ai 100 euro.

Cosa può essere che il pedale del freno diventa duro?

Il freno funziona stringendo i dischi delle ruote. Affinché la frenata sia efficiente e comoda, abbiamo visto come è importante l’esistenza del servofreno. Quando la macchina è ferma, e si preme il pedale del freno, il servofreno viene scaricato dall’aria che contiene e questo succede per due o tre volte. Appena si lascia il pedale, il compressore non ricarica il servofreno perché il motore è spento, e quindi il sistema frenante non è più assistito. Questo comporta che il pedale risulti duro perché la pressione atmosferica che riempie il servofreno contrasta l’azione del pedale.

Ma se il pedale dovesse risultare eccessivamente duro, o addirittura bloccato, è possibile che ci sia una perdita di pressione da parte della valvola, la quale non si chiude correttamente facendo quindi entrare aria nella camera messa in depressione. O più semplicemente può essere sporca. In questi casi è necessario controllare periodicamente e mantenere pulite le parti idrauliche (pistoncini, pompa, tubazioni) per evitare che si otturino del tutto. Anche questo può essere uno dei motivi per cui i pedale si indurisce. Nei casi normali, il pedale del freno torna alla sua morbidezza accendendo il motore.

Si ringrazia per il contributo Edoardo Frattini.