IMPIANTO FRENANTE

Tutti gli appassionati di motori, la prima cosa che fanno quando vanno a vedere le caratteristiche di un’auto o una moto, sono le prestazioni, l’accelerazione, la velocità. In pochi pensano a quanto impiega un veicolo per fermarsi una volta raggiunta una data velocità. L’impianto frenante resta una delle componenti fondamentali per ogni veicolo, per la sicurezza di tutti gli occupanti. Sia in campo auto che moto, per frenare un veicolo viene trasformata l’energia che questo ha accumulato prendendo velocità, in attrito e colore mediante l’azione dei freni rallentando di fatto il mezzo. Spesso nelle nostre anteprime dei gran premi mostriamo la potenza frenante con i dati forniti da Brembo, che in talune condizioni per frenare una vettura da F1 impiegano anche 3000cv, mentre per accelerare a 300Km/h da fermo necessitano meno di 1000cv. Questa differenza indica l’importanza che hanno i freni, più di quanto possa essere percepibile dall’appassionato o dall’automobilista che usa la sua vettura quotidianamente.
 L’impianto frenante può essere classificato in meccanico, usato agli albori dell’automobile, idraulico ancora oggi in uso, aerodinamico che fa uso si appendici alari, usato dalle più recenti supercar ed ipercar, ed ancora elettrico  sempre più in voga per effetto della diffusione delle vetture ibride ed elettriche, infine pneumatici in uso su veicoli di una certa stazza come autobus e autocarri. Partendo dalla descrizione di  un circuito idraulico in questo sistema viene messo in pressione un liquido incomprimibile attraverso una pompa mediante l’azione del pilota sul comando a pedale. Oggi ci sono sistemi Wire Less in uso anche in F1 che usano il pedale come un interruttore o potenziometro non collegato meccanicamente al sistema.  L’impianto frenante classico è composto da un serbatoio per l’olio, una pompa di comando, tubazioni composte da elementi rigidi collegati attraverso elementi flessibili e raccordi a  tamburi con ganasce, oppure dischi con pinze e pattini per l’azione frenante vera e propria. Inoltre ci sono sistemi di controllo come correttori e regolatori di frenata, e di controllo dell’antibloccaggio delle ruote come l’ABS
Secondo le norme di legge vigenti da molti anni ormai gli impianti frenanti hanno due circuiti separati che comandano le ruote di un automobile. In questo modo,  che se dovesse esserci un’avaria,  almeno due ruote incrociate sono ancora in condizioni di poter frenare il veicolo. Ricordiamo che questo sistema non è la salvezza assoluta in caso di guasto. Un conducente difficilmente si accorge del problema in anticipo, e quando andrà ad azionale il pedale del freno, avrà solo la metà della forza frenante con un bilanciamento approssimativo. Quindi sapere di avere un impianto sdoppiato non toglie al conducente l’incombenza di avere cura meticolosa per l’efficienza del proprio impianto frenante. Ci sono anche altri sistemi di sicurezza oggi obbligatori come l’ABS, ovvero il sistema che impedisce il bloccaggio dei freni che tratteremo sia per funzionamento che per utilizzo in seguito.  La pompa frenante mette in pressione il liquido stipato in un serbatoio di solito ben visibile e trasparente nel vano motore. Il liquido presente nel serbatoio fa parte di un circuito sigillato, di conseguenza se cala il suo livello, può dipendere solo dall’usura degli elementi frenanti che modificando la loro posizione in funzione dello stato facendo scendere il livello del liquido. Se questo scende sotto un livello minimo i casi sono due, o si è giunti al limite di usura degli elementi frenanti o c’è un problema di perdita da qualche parte nell’impianto.  In sostanza il liquido freni non deve essere mai rabboccato, il livello torna al massimo appena si cambiano le guarnizioni frenanti,  diversamente c’è una perdita e va individuata immediatamente.
La pompa quindi mette in pressione il liquido che per effetto del fatto che è incomprimibile trasferisce il carico sugli elementi frenanti che faranno azione o sulle parti interne del tamburo, o esterne mordendo il disco freno. Ovviamente nei comandi meccanici,  oggi ancora largamente diffusi,  la pressione sul pedale determina anche quella sugli elementi frenanti. Per aumentare la forza frenante con un  minore sforzo sul pedale da parte del conducente si usa un servofreno. Quello usato dalla maggioranza dei veicoli moderni è di tipo a depressione. Nel caso si tratti di un motore benzina o ciclo otto, il sistema utilizza la depressione fornita dal collettore di aspirazione, mentre per i motori diesel la depressione viene prodotta da una pompa di vuoto specifica. In sostanza quando il conducente aziona il pedale, il servofreno utilizzando la depressione di uno dei due sistemi sopracitati, amplifica la potenza, che può arrivare anche la doppio della forza impressa sul pedale.   Il servofreno classico è formato da due camere,  una anteriore ed una posteriore divise da una membrana elastica.
Un tubo collega il servofreno al collettore o la pompa di vuoto, controllato da una valvola di non ritorno. Il servofreno viene collegato direttamente al pedale e su di esso viene anche montata la pompa. I più attenti monteranno allo spegnimento del motore, un netto indurimento del pedale del freno che torna ad essere direttamente collegato alla pompa senza ausilio intermedio. Ci sono sistemi che consentono di tenere un serbatoio di vuoto in modo da consentire almeno qualche frenata prima del netto indurimento del pedale del freno, che per inciso non perde ancora la sua efficacia, ma va solo azionato con maggiore veemenza per fermare il veicolo a motore spento. I più fortunati ricorderanno la forza che necessitava sulle vecchie utilitarie degli anni 50 e 60 per frenare l’auto quando non veniva usato il servofreno. Molti ricorderanno come una delle Icone delle supercar la Ferrari F40 per scelta non usava il servofreno, per la sua filosofia che la voleva vettura dura e pura sotto il controllo del pilota. Una scelta opinabile visto che il servofreno, ben tarato nella sua azione, consente di modulare più precisamente la frenata attraverso una dosaggio della forza frenante più preciso e costante.
L’impianto frenante idraulico, si basa sulla premessa che deve sfruttare l’azione di pressione su un liquido incomprimibile. Questo è formato da una olio particolare che utilizza degli additivi antischiuma con determinate caratteristiche ben definite. Per evitare fenomeni di affaticamento soprattutto per un uso intenso dell’impianto si deve evitare che si formino bolle di vapore per effetto dell’aumento della temperatura del liquido,  quindi deve avere un elevato punto di ebollizione almeno a 260°C, inoltre deve avere una viscosità tale da funzionare bene anche alle basse temperature, e non deve avere elementi chimici al suo interno che possono danneggiare tubazioni e guarnizioni dell’impianto, infine deve aver anche capacità lubrificanti per facilitare il movimento delle guarnizioni e dei cilindretti per gli elementi frenanti veri e propri. A prescindere dal livello,  anche se questo rimane costante nel tempo,  per preservare le sue caratteristiche principali è sempre consigliabile una sostituzione completa del liquido almeno ogni due anni. Il liquido dei freni passa attraverso delle tubazioni. Queste sono molto complesse, formate da elementi rigidi, collegate agli elementi finali flessibili. Questi ultimi sono fondamentali soprattutto per la questione dell’affaticamento. La pressione del liquido dei freni tende ad allargare la sezione flessibile del tubo, questo porta ad una riduzione della forza frenante. La cosa diventa ancora più evidente quando l’impianto è sotto sforzo nelle condizioni di affaticamento. Questo fenomeno porta ad una riduzione della consistenza del pedale del freno, di dice che diventa spugnoso perdendo mordente, per evitare questa condizione si usano tubazioni particolari che resistono alla deformazioni per alte pressioni con il pedale del freno che rimane stabile e consistente senza perdere mordente sugli elementi finali come tamburi e dischi freno. Un controllo costante ed una sostituzione periodica delle tubazioni flessibili sono fondamentali per avere un impianto frenante nella massima efficienza, di solito le tubazioni sono gli elementi più sottovalutati erroneamente dell’impianto frenante.