La maggior parte delle auto moderne ha freni su tutte e quattro le ruote, azionati da un sistema idraulico. I freni possono essere a disco oa tamburo.
I freni anteriori svolgono un ruolo maggiore nell'arresto dell'auto rispetto a quelli posteriori, perché la frenata scarica il peso dell'auto in avanti sulle ruote anteriori.
Molte auto quindi hanno freni a disco, generalmente più efficienti, all'anteriore e freni a tamburo al posteriore.
I sistemi di frenatura a tutti i dischi vengono utilizzati su alcune auto costose o ad alte prestazioni e i sistemi a tamburo su alcune auto più vecchie o più piccole.
Un circuito del freno idraulico ha cilindri principali e secondari pieni di liquido collegati da tubi.
Cilindri principali e secondari
Quando si preme il pedale del freno, si preme un pistone nel cilindro principale, forzando il fluido lungo il tubo.
Il fluido viaggia verso i cilindri slave su ciascuna ruota e li riempie, costringendo i pistoni ad azionare i freni.
La pressione del fluido si distribuisce uniformemente intorno al sistema.
L'area di "spinta" della superficie combinata di tutti i pistoni secondari è molto maggiore di quella del pistone nel cilindro principale.
Di conseguenza, il pistone principale deve viaggiare di diversi pollici per spostare i pistoni secondari della frazione di pollice necessaria per azionare i freni.
Questa disposizione consente di esercitare una grande forza da parte dei freni, allo stesso modo in cui una leva a manico lungo può sollevare facilmente un oggetto pesante per una breve distanza.
La maggior parte delle auto moderne è dotata di doppi circuiti idraulici, con due cilindri principali in tandem, nel caso uno dovesse guastarsi.
A volte un circuito fa funzionare i freni anteriori e uno i freni posteriori; oppure ogni circuito funziona sia con i freni anteriori che con uno dei freni posteriori; oppure un circuito funziona tutti e quattro i freni e l'altro solo quelli anteriori.
In caso di frenata brusca, dalle ruote posteriori può fuoriuscire così tanto peso da bloccarsi, causando eventualmente uno slittamento pericoloso.
Per questo motivo i freni posteriori sono volutamente resi meno potenti di quelli anteriori.
La maggior parte delle auto ora ha anche una valvola limitatrice di pressione sensibile al carico. Si chiude quando una frenata brusca aumenta la pressione idraulica a un livello che potrebbe causare il bloccaggio dei freni posteriori e impedisce qualsiasi ulteriore movimento di fluido verso di essi.
Le auto avanzate possono anche avere complessi sistemi antibloccaggio che rilevano in vari modi come l'auto sta decelerando e se le ruote si stanno bloccando.
Tali sistemi azionano e rilasciano i freni in rapida successione per impedirne il bloccaggio.
Molte auto sono inoltre dotate di servoassistenza per ridurre lo sforzo necessario per azionare i freni.
Solitamente la fonte di alimentazione è la differenza di pressione tra il vuoto parziale nel collettore di aspirazione e l'aria esterna.
La servounità che fornisce l'assistenza ha un raccordo in tubo al collettore di aspirazione.
Un servo ad azione diretta è montato tra il pedale del freno e il cilindro principale. Il pedale del freno spinge un'asta che a sua volta spinge il pistone della pompa freno.
Ma il pedale del freno funziona anche su una serie di valvole dell'aria e c'è un grande diaframma in gomma collegato al pistone del cilindro principale.
Quando i freni sono disinseriti, entrambi i lati del diaframma sono esposti alla depressione del collettore.
Premendo il pedale del freno si chiude la valvola che collega la parte posteriore della membrana al collettore e si apre una valvola che fa entrare aria dall'esterno.
La maggiore pressione dell'aria esterna costringe il diaframma in avanti a spingere sul pistone della pompa freno, favorendo così lo sforzo di frenata.
Se poi si tiene premuto il pedale e non si preme ulteriormente, la valvola dell'aria non immette più aria dall'esterno, quindi la pressione sui freni rimane la stessa.
Quando il pedale viene rilasciato, lo spazio dietro la membrana si riapre al collettore, quindi la pressione diminuisce e la membrana si ritrae.
Se la depressione viene a mancare perché il motore si ferma, ad esempio i freni funzionano ancora perché c'è un normale collegamento meccanico tra il pedale e la pompa freno. Ma per applicarli è necessario esercitare molta più forza sul pedale del freno.
Alcune auto hanno un servo ad azione indiretta montato nelle linee idrauliche tra il cilindro principale e i freni. Tale unità può essere montata ovunque nel vano motore invece di dover essere direttamente davanti al pedale.
Anch'esso si basa sul vuoto del collettore per fornire la spinta. Premendo il pedale del freno, la pressione idraulica si accumula dal cilindro principale, una valvola si apre e questo fa scattare il servo del vuoto.
Un freno a disco ha un disco che gira con la ruota. Il disco è a cavallo di una pinza, nella quale sono alloggiati dei pistoncini idraulici azionati dalla pressione della pompa freno.
I pistoni premono su pastiglie di attrito che si bloccano contro il disco da ciascun lato per rallentarlo o fermarlo. Le pastiglie sono sagomate per coprire un ampio settore del disco.
Potrebbero esserci più di una singola coppia di pistoni, specialmente nei freni a doppio circuito.
I pistoni si spostano solo di una piccola distanza per applicare i freni e le pastiglie a malapena liberano il disco quando i freni vengono rilasciati. Non hanno molle di ritorno.
Gli anelli di tenuta in gomma attorno ai pistoni sono progettati per consentire ai pistoni di scivolare in avanti gradualmente man mano che le pastiglie si consumano, in modo che il minimo spazio rimanga costante e i freni non abbiano bisogno di regolazioni.
Molte auto successive hanno i cavi dei sensori di usura incorporati nelle pastiglie. Quando le pastiglie sono quasi usurate, i cavi vengono scoperti e cortocircuitati dal disco metallico, accendendo una spia sul quadro strumenti.
Un freno a tamburo ha un tamburo cavo che gira con la ruota. La sua parte posteriore aperta è coperta da una piastra posteriore fissa su cui sono presenti due pattini curvi che trasportano guarnizioni di attrito.
Le ganasce sono spinte verso l'esterno dai pistoni che muovono la pressione idraulica nei cilindri delle ruote del freno, premendo così le guarnizioni contro l'interno del tamburo per rallentarlo o fermarlo.
Ogni ganascia del freno ha un perno a un'estremità e un pistone all'altra. Un pattino principale ha il pistone sul bordo anteriore rispetto alla direzione in cui gira il tamburo.
La rotazione del tamburo tende a tirare saldamente il pattino di testa contro di esso quando entra in contatto, migliorando l'effetto frenante.
Alcuni tamburi hanno due pattini principali, ciascuno con il proprio cilindro idraulico; altri hanno una scarpa principale e una posteriore, con il perno nella parte anteriore.
Questo design consente di separare le due scarpe l'una dall'altra da un unico cilindro con un pistone a ciascuna estremità.
È più semplice ma meno potente del sistema a due pattini e di solito è limitato ai freni posteriori.
In entrambi i tipi, le molle di richiamo arretrano leggermente le ganasce quando i freni vengono rilasciati.
La corsa della scarpa è mantenuta il più breve possibile da un dispositivo di regolazione. I sistemi più vecchi hanno regolatori manuali che devono essere ruotati di tanto in tanto quando le guarnizioni di attrito si usurano. I freni successivi hanno la regolazione automatica per mezzo di un cricchetto.
I freni a tamburo possono sbiadire se vengono azionati ripetutamente in breve tempo:si riscaldano e perdono la loro efficienza fino a quando non si raffreddano nuovamente. I dischi, con la loro costruzione più aperta, sono molto meno inclini a sbiadire.
A parte l'impianto frenante idraulico, tutte le vetture hanno un freno a mano meccanico che agisce sulle due ruote, solitamente quelle posteriori.
Il freno a mano fornisce una frenata limitata se l'impianto idraulico si guasta completamente, ma il suo scopo principale è quello di freno di stazionamento.
La leva del freno a mano tira un cavo o una coppia di cavi collegati ai freni da una serie di leve, pulegge e guide più piccole i cui dettagli variano notevolmente da macchina a macchina.
Un cricchetto sulla leva del freno a mano mantiene il freno inserito una volta azionato. Un pulsante sgancia il cricchetto e libera la leva.
Sui freni a tamburo, il sistema del freno a mano preme le pastiglie dei freni contro i tamburi.
