Fot. Bosch

Hydrauliczne systemy hamulcowe używane są obecnie we wszystkich samochodach osobowych i dostawczych, a także w większości jednośladów i niektórych lekkich przyczepach samochodowych.

Rozwiązanie polegające na hydraulicznym przenoszeniu siły z pedału hamulca do mechanizmów hamujących poszczególne koła pojawiło się w technice motoryzacyjnej ponad 80 lat temu i zastąpiło układy mechaniczne działające wówczas tylko na tylne koła samochodów. Nacisk wywierany na tłok pompy powodował, zgodnie z prawem Pascala, jednakowy we wszystkich kierunkach wzrost ciśnienia płynu w zamkniętym układzie rurowych przewodów, dzięki czemu oba hamulce tylnej osi, uruchamiane tłokowymi siłownikami, działały zawsze jednakowo bez konieczności częstych regulacji i niezależnie od aktualnej pozycji tylnego zawieszenia. W dodatku przy zastosowaniu średnicy tłoka mniejszej w pompie niż w cylindrach siłowników uzyskiwało się hydrauliczną przekładnię zmniejszającą potrzebną siłę nacisku na pedał za cenę wydłużenia jego roboczego skoku (w układach mechanicznych podobny, choć mniej ergonomiczny efekt dawało wydłużenie ramienia pedału). Potem wprowadzenie przewodów elastycznych umożliwiło równoczesne hamowanie przednich kół kierowanych, co więcej niż dwukrotnie zwiększyło ogólną skuteczność całego układu hamulcowego. W ten sposób ujawniły się wszystkie zalety hamulców hydraulicznych, a dalszy ich rozwój polegał już tylko na kolejnym usuwaniu ich rozmaitych wad.

Hamowanie przy zmiennym obciążeniu osi

Najpierw okazało się, że skuteczność przednich i tylnych hamulców nie powinna być jednakowa, ponieważ w trakcie hamowania przód pojazdu ulega dociążeniu, a tył – odciążeniu. Słabszy skutkiem tego docisk tylnych kół do podłoża powoduje ich blokowanie się, grożące niebezpiecznym poślizgiem bocznym, zwłaszcza na łukach drogi. Zaczęto więc montować z tyłu hamulce o mniejszej powierzchni ciernej, z siłownikami hydraulicznymi o mniejszych średnicach cylindrów albo z pojedynczymi siłownikami z tyłu przy podwójnych z przodu. Nie rozwiązało to jednak problemu całkowicie, gdyż docisk kół do nawierzchni zależy przecież także od stopnia i rozkładu obciążenia pojazdu. Inne proporcje siły hamowania przednich i tylnych kół są optymalne dla samochodu z kompletem pasażerów i bagażu, a inne – przy obciążeniu samym kierowcą. Dlatego w hydraulicznych układach hamulcowych pojawił się dodatkowy element, zwany korektorem lub ogranicznikiem siły hamowania kół tylnych. Jest to przeważnie zawór suwakowy, ograniczający dopływ płynu do tylnych hamulców na skutek działania jednego z trzech stosowanych systemów:

• mechanicznego czujnika ugięcia zawieszenia,
• bezwładnościowego czujnika zmian prędkości jazdy,
• hydraulicznego czujnika szybkiego wzrostu ciśnienia w układzie.

Pierwsze z wymienionych rozwiązań uzależnia siłę hamowania kół tylnych od statycznego i dynamicznego obciążenia pojazdu, a dwa pozostałe – od intensywności jego hamowania, co również wiąże się (pośrednio) z rozkładem obciążenia obu osi.

Ryzyko awarii

Równoczesne i równomierne działanie hydraulicznego układu hamulcowego, złożonego z jednej tłokowej pompy, czterech siłowników przy kołach pojazdu i przewodów łączących te elementy, oznacza, oprócz wspomnianych uprzednio zalet, także pewną, bardzo istotną wadę. Otóż każda utrata szczelności, niezależnie od tego, której z tych części dotyczy, wiąże się nieuchronnie z pełną awarią całego systemu. Gdy taka sytuacja ujawnia się w trakcie jazdy, przy próbie hamowania, pozostaje do dyspozycji kierowcy jedynie mechaniczny hamulec pomocniczy o niewielkiej skuteczności działania.

W związku z tym opracowano konstrukcję układu z dwoma niezależnymi obwodami hydraulicznymi, obsługiwanymi przez oddzielne sekcje podwójnej pompy hamulcowej. Ma ona dwa tłoki poruszające się współosiowo we wspólnym cylindrze. Nacisk pedału hamulca przekazywany jest na tłok zewnętrzny, a wytworzone w ten sposób ciśnienie działa zarówno na hamulce kół połączonych z pierwszym obwodem hydraulicznym, jak i na tłok wewnętrzny, który przesuwając się, zwiększa ciśnienie w hamulcach drugi ego obwodu. Ewentualna nieszczelność pierwszego obwodu sprawia, że tłok zewnętrzny, nie napotkawszy oporu płynu, wsuwa się bardziej w głąb cylindra i naciska bezpośrednio na tłok wewnętrzny, zwiększając ciśnienie w jego obwodzie. Przy nieszczelności drugiego obwodu tłok wewnętrzny podczas naciskania pedału dochodzi do końca cylindra pompy, a funkcję sprężającą pełni (dla pierwszego obwodu) wyłącznie tłok wewnętrzny. W przypadku utraty szczelności któregoś z tłoków pompy zaczyna ona działać jako jednosekcyjna: na oba obwody (gdy uszkodzone jest uszczelnienie tłoka wewnętrznego) albo tylko na obwód drugi (jeśli nieszczelny jest tłok zewnętrzny).

Obowiązek stosowania w samochodach z hamulcami hydraulicznymi układów wieloobwodowych wprowadzono w roku 1967 w Stanach Zjednoczonych, a nieco później także w Europie. Ustanowione wówczas przepisy wymagają, by awaria jednego obwodu hamulcowego nie zmniejszała całkowitej skuteczności hamowania bardziej niż do 30%.

Obwody początkowo dzielono na przedni i tylne, potem korzystniejsze okazało się łączenie hamulców po przekątnych podwozia, ale w takich układach trzeba było stosować już po dwa ograniczniki siły hamowania (po jednym dla każdego tylnego koła).

Ryzykownym elementem hydraulicznych układów hamulcowych jest również sam płyn roboczy. Najczęściej stosowane płyny poliglikolowe są substancjami higroskopijnymi, więc niezależnie od sposobu i warunków eksploatacji układu hamulcowego, a także od stopnia zużycia innych jego części, ulegają z czasem rozcieńczeniu wodą. Obniża się wówczas temperatura wrzenia płynu i rośnie (w skali bezwzględnej) temperatura jego krzepnięcia. Pierwszy z tych czynników grozi utratą skuteczności hamowania z powodu tworzenia się pęcherzyków pary wodnej w rozgrzanych siłownikach hamulcowych, drugi daje skutki podobne, gdy płyn zamarza w układzie podczas mrozów. Z tych względów konieczne jest regularne diagnozowanie (za pomocą specjalnych testerów) i cykliczna wymiana płynu hamulcowego, co komplikuje obsługę pojazdu i może (w przypadku zaniedbań) wpływać negatywnie na ogólne bezpieczeństwo ruchu drogowego.

Konieczność wspomagania

Dodatkowe urządzenia wspomagające siłę kierowcy w trakcie uruchamiania hamulców pedałem pojawiły się najpierw w samochodach luksusowych, by zwiększyć komfort ich prowadzenia. Szybko okazało się jednak, że mechanizmy wspomagające mają do spełnienia zadania znacznie poważniejsze i bardziej powszechne. Przy coraz większych prędkościach i przyspieszeniach pojazdów wszystkich kategorii, w tym także dostawczych, musiała wzrastać skuteczność ich układów hamulcowych, zależna w krytycznych sytuacjach zarówno od siły, jak i od szybkości naciskania pedału, czego nie można było poprawić za pomocą wspomnianej wcześniej zmiany przełożeń mechanicznych i hydraulicznych. Poza tym źle jest, gdy w intensywnym ruchu drogowym rzeczywista droga hamowania warunkowana jest przez indywidualne fizyczne predyspozycje kierowców.

Pierwszym rozwiązaniem tych problemów był (najpopularniejszy i obecnie) wspomagający system podciśnieniowy. Polegał on na umieszczeniu pomiędzy pedałem hamulca a pompą hamulcową siłownika przeponowego, połączonego do układu dolotowego silnika z zapłonem iskrowym. W układach tych po przymknięciu przepustnicy wytwarza się znaczne podciśnienie wywoływane ssącym działaniem tłoków. Podczas hamowania przepustnica jest z reguły przymknięta, ponieważ kierowca przekłada wówczas prawą nogę z pedału przyspieszenia na pedał hamulca. Jeśli naciśnięcie tego pedału powoduje otwarcie zaworu łączącego tylną komorę siłownika przeponowego z atmosferą przy podciśnieniu panującym w komorze przedniej, następuje ugięcie przepony i nacisk jej trzpienia na zewnętrzny tłok pompy hamulcowej.

Cofnięcie pedału wiąże się z ponownym zamknięciem zaworu i zrównoważeniem się ciśnienia po obu stronach przepony, a następnie z jej ruchem powrotnym pod naciskiem sprężyny. Awaria siłownika wspomagającego oznacza konieczność silniejszego naciskania pedału, lecz nie zakłóca działania pozostałych części układu hamulcowego.

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa