Sistema de freio a tambor

Introdução

Os freios a tambor funcionam a partir do mesmo princípio dos freios a disco: sapatas exercem pressão contra uma superfície giratória. Neste sistema, a superfície é chamada tambor.

Figura 1 - localização dos freios a tambor

Muitos carros têm freios a tambor nas rodas traseiras e freios a disco nas dianteiras. Os freios a tambor têm mais peças que os freios a disco, sendo também mais difíceis de reparar, porém são mais baratos para fabricar e incorporam facilmente um mecanismo de freio de estacionamento.
Nesta edição, aprenderemos exatamente como o sistema de freio a tambor funciona, examinaremos a configuração de estacionamento e que tipo de manutenção os freios a tambor necessitam.

Figura 2 - freio a tambor com ele no lugar

Figura 3 - freio a tambor sem o tambor

O freio a tambor

O freio a tambor pode parecer complicado, e pode poderá parecer complicado quando você abre um. Vamos desmontá-lo e explicar o que cada peça faz.

Figura 4 - as partes de um freio a tambor

Como o freio a disco, que tem duas pastilhas, o freio a tambor tem duas sapatas de freio e um cilindro de freio com pistão, mas o freio a tambor também tem um mecanismo de regulagem, um mecanismo de freio de estacionamento e muitas molas.
Primeiro, o básico: a Figura 5 mostra apenas as peças que fornecem a força de frenagem.



 
Figura 5 - freio a tambor em operação Quando você pisa no pedal de freio, os pistões empurram as sapatas de freio contra o tambor. Isto é muito direto. Então, por que precisamos de todas aquelas molas?

É aqui que fica um pouco mais complicado. Muitos freios a tambor são auto-acionados. A Figura 5 mostra que as sapatas tocam no tambor. Há uma espécie de ação de cunha que tem o efeito de pressionar as sapatas no tambor com mais força.

A força extra de frenagem fornecida pela ação de cunha permite aos freios a tambor usarem pistões menores do que os freios a disco. Mas, por causa da ação de cunha, as sapatas têm que ser afastadas do tambor quando os freios são liberados. Essa é a razão para algumas molas. Outras são necessárias para manter as sapatas no lugar e retornar o braço de ajuste depois de ele ter atuado.

Regulador de freio

Para que os freios a tambor funcionem corretamente, as sapatas de freio devem permanecer perto do tambor sem tocá-lo. Se elas se afastarem demais (quando estão desgastadas, por exemplo), o pistão necessitará de mais fluido para cobrir essa distância, e o pedal de freio vai ficar com maior curso quando você acioná-lo. Por isso, a maioria dos freios a tambor têm regulagem automática.

Figura 6 - mecanismo de regulagem

Agora acrescentemos as peças do mecanismo de regulagem. A regulagem usa o princípio do auto-acionamento mencionado acima.






Figura 7 - regulagem automática do freio a tambor em operação    Na Figura 7 você pode ver que, com o desgaste das lonas, aumenta o espaço entre a sapata e o tambor. Cada vez que o carro pára estando dando ré, a sapata é fortemente espremida contra o tambor. Quando o intervalo fica grande o bastante, a alavanca da regulagem se move o suficiente para avançar a engrenagem da regulagem em um dente. O ajuste tem uma rosca, como um parafuso, e desenrosca um pouco quando gira, encompridando-se para preencher a folga. Quando a sapata do freio gasta um pouco mais, o ajuste pode avançar novamente, sempre mantendo as sapatas perto do tambor.
Alguns carros têm uma regulagem que é acionada quando o freio de estacionamento é usado. Tal tipo de regulagem pode levar o freio a se desajustar quando o freio de estacionamento não é usado por longos períodos de tempo. Então, se você tem regulagem deste tipo, tem que usar seu freio de estacionamento pelo menos uma vez por semana.

O freio de estacionamento

O freio de estacionamento em um carro precisa ser acionado por uma fonte de força diferente daquela usada pelo sistema de frenagem primário. O formato do freio a tambor permite um mecanismo de atuação com um simples cabo.

 Clique para ver um cabo de freio emergencial em ação.

Figura 8 - freio de emergência em operação   

Quando o freio de estacionamento é ativado, um cabo puxa a alavanca que, por sua vez, força as duas sapatas a se separarem.

Manutenção

A manutenção mais comum exigida pelos freios a tambor é a troca das lonas de freio. Alguns freios a tambor têm um furo de inspeção na parte de trás para você verificar quanto material resta na lona sem precisar remover o tambor. Elas devem ser trocadas quando chegarem a 1 mm dos rebites. Se a lona é colada (sem rebites) à sapata, como em praticamente todos os carros hoje, são as sapatas que precisam ser trocadas, mas quando restar 1,5 mm de material de atrito.

Foto cortesia de uma loja local AutoZone Figura 9 - sapata de freio

Como nos freios a disco, às vezes surgem sulcos profundos nos tambores. Se uma lona de freio gasta for usada por muito tempo, os rebites que a fixam à sapata podem ser os causadores desses sulcos. Um tambor bastante sulcado pode, muitas vezes, ser reparado mediante retífica. Tanto quanto freios a disco têm uma espessura mínima permitida, freios a tambor têm um diâmetro máximo permitido. Como a superfície de contato é dentro do tambor, quando se remove material dele, seu diâmetro fica maior.

Figura 10 - freio a tambor

Freio a disco continuação

Freios auto-ajustáveis

O freio a disco de pinça flutuante de um pistão é auto-centrante e auto-ajustável. A pinça é capaz de deslizar de um lado para o outro e se move para o centro cada vez que os freios são usados. Considerando ainda que não há mola para afastar as pastilhas do disco, elas sempre ficam em leve contato com ele (a vedação de borracha do pistão e qualquer empeno no disco podem afastar as pastilhas a uma pequena distância do disco). Isto é importante porque os pistões nos freios têm diâmetro muito maior do que os do cilindro-mestre. Se os pistões de freio se retraem para dentro dos seus cilindros, isso pode exigir diversas aplicações do pedal do freio para bombear fluido suficiente ao cilindro de freio, de modo que as pastilhas de freio readquiram contato com o disco.


Auto-ajuste do freio de disco Os carros mais antigos tinham pinças com dois ou quatro pistões. Um pistão (ou dois) em cada lado do disco empurrava a pastilha naquela direção. Este sistema foi amplamente eliminado porque os carros projetados com apenas um pistão são mais baratos e mais duráveis.

Sistema de freio do freio a disco

Localização dos freios a disco no veiculo.

Localização dos freios a disco

Os principais componentes de um freio a disco:

•  Pastilhas de freio
• Pinça, que serve de alojamento do pistão
• Disco de freio

Componentes do freio a disco

O freio a disco é muito parecido com o freio de uma bicicleta. Os freios de uma bicicleta têm um pinça, que comprime as sapatas de freio contra o aro de roda. Em um freio a disco, as pastilhas de freio comprimem o disco, em vez da roda, e a força é transmitida hidraulicamente em vez de através de um cabo. O atrito entre as pastilhas e o disco reduzem a velocidade deste último.
Um carro em movimento tem uma certa quantidade de energia cinética e os freios têm que remover esta energia do carro para que possam fazê-lo parar. Como é que os freios fazem isso? Cada vez que você freia o carro, os  freios convertem a energia cinética em calor, gerado pelo atrito entre as pastilhas e o disco.  Por isso, na maioria dos freios a disco dos carros, os discos são ventilados.

Ventilação do freio a disco

Os freios a discos ventilados têm um conjunto estruturas  entre os dois lados do disco, que também servem como canais de ventilação para prover o resfriamento.

Freio ABS

Introdução


Parar um automóvel repentinamente em uma rua escorregadia pode ser desafiador. Os sistemas de freios antitravamento (ABS, anti-lock braking system) diminuem o desafio dessa situação muitas vezes enervante. Em superfícies escorregadias, mesmo motoristas profissionais não conseguem parar tão rapidamente sem o sistema ABS se comparado a um motorista comum que conta com esse sistema.

Localização dos componentes do freio antibloqueio

Neste artigo, aprenderemos tudo sobre sistemas de freios antitravamento: por que você precisa deles, o que há neles, como funcionam, alguns tipos comuns e alguns problemas associados a ele.
Entendendo o coceito básico ABS Entender a teoria dos freios antitravamento é simples. Uma roda que desliza (a área da pegada do pneu escorrega em relação à estrada) tem menos aderência que uma roda que não está deslizando. Se você já ficou imobilizado no gelo ou na lama, sabe que se as rodas estão girando em falso, você não tem tração, o carro não sai do lugar. Isso acontece porque a área de contato está deslizando em relação ao solo . Ao evitar o deslizamento das rodas durante a frenagem, os freios antitravamento beneficiam você de duas maneiras: você irá parar mais rápido e será capaz de mudar a trajetória do carro enquanto freia.
Existem quatro componentes principais em um sistema ABS:

• sensores de velocidade
• bomba
• válvulas
• unidade controladora

Bomba do freio antitravamento e válvulas

Sensores de rotação
O sistema de frenagem antitravamento precisa saber, de alguma maneira, quando uma roda está prestes a travar. Os sensores de rotação, que estão localizados em cada roda ou, em alguns casos, no diferencial, fornecem essa informação.
Válvulas
Existe uma válvula na tubulação de cada freio controlado pelo ABS. Em alguns sistemas, as válvulas têm três posições:

• a posição um, a válvula está aberta; a pressão do cilindro-mestre é passada direto até o freio;
• na posição dois, a válvula bloqueia o tubo, isolando o freio do cilindro-mestre. Isso previne que a pressão suba mais caso o motorista pressione o pedal do freio com mais força;
• na posição três, a válvula libera um pouco da pressão do freio.

Bomba
Uma vez que a válvula libera a pressão dos freios, deve haver uma maneira de repor aquela pressão. É isso que a bomba faz: quando a válvula reduz a pressão num tubo, a bomba repõe a pressão.
Unidade controladora
A unidade controladora é um computador no automóvel. Ela monitora os sensores de rotação e controla as válvulas.
ABS em ação
Existem muitas variações e algoritmos de controle para sistemas ABS. Veremos aqui como funciona um dos sistemas mais simples.
A unidade controladora monitora os sensores de rotação o tempo todo. Ela procura por desacelerações das rodas que não são comuns. Logo antes de uma roda travar, ela passa por uma rápida desaceleração. Se a unidade controladora não percebesse essa desaceleração, a roda poderia parar de girar muito mais rapidamente do que qualquer carro pararia. Levaria cinco segundos para um carro parar, sob condições ideais a uma velocidade de 100 km/h, mas quando uma roda trava, ela pode parar de girar em menos de um segundo.
A unidade controladora do ABS sabe que uma aceleração tão rápida é impossível, por isso, ela reduz a pressão naquele freio até que perceba uma aceleração, então aumenta a pressão até que veja uma nova desaceleração. Isto pode acontecer bem rapidamente, antes que o pneu possa mudar de rotação de forma significativa. O resultado disso é que aquele pneu desacelera na mesma relação com o carro e os freios mantêm os pneus muito próximos do ponto onde eles começam a travar. Isso oferece ao sistema o máximo poder de frenagem.
Quando o sistema ABS estiver em operação você sentirá uma pulsação no pedal de freio; isso se deve à rápida abertura e fechamento das válvulas. Alguns sistemas ABS podem operar em períodos de até 15 ciclos por segundo.
Tipos de freios antitravamento
Os sistemas de frenagem antitravamento usam diferentes métodos, dependendo do tipo de freios em uso. Iremos nos referir a eles pelo número de canais - isto é, quantas válvulas são individualmente controladas - e o número de sensores de velocidade.

• Quatro canais, quatro sensores ABS - este é o melhor método. Há um sensor em todas as rodas e uma válvula separada para cada uma. Com essa configuração, a unidade controladora monitora cada roda individualmente para assegurar a máxima potência de frenagem.
• Três canais, três sensores ABS - este método, comumente encontrado em caminhonetes com ABS nas quatro rodas, tem um sensor de velocidade e uma válvula para cada roda dianteira, com uma válvula e um sensor para as duas rodas traseiras. O sensor de rotação para as rodas traseiras está localizado no eixo traseiro. Este sistema fornece controle individual das rodas dianteiras, assim ambas podem alcançar a potência máxima de frenagem. As rodas traseiras, entretanto, são monitoradas juntas; elas precisam começar a travar antes que o ABS seja ativado na traseira. Com este sistema, é possível que uma das rodas traseiras trave durante uma parada, reduzindo a eficiência da freada.
• Um canal, um sensor ABS - este sistema é bastante comum em caminhonetes com ABS nas rodas traseiras. Possui apenas uma válvula, a qual controla ambas as rodas traseiras, e um sensor de rotação situado no eixo traseiro. Este sistema opera na parte traseira da mesma maneira que um sistema de três canais. As rodas traseiras são monitoradas juntas e ambas precisam começar a travar para poder ativar o sistema ABS. Neste sistema também é possível que uma das rodas traseiras trave, reduzindo a eficiência da freada.
  Este sistema é fácil de identificar. Geralmente há uma tubulação de freio correndo ao longo de uma peça em "T" ajustada para ambas as rodas traseiras. Você pode localizar o sensor de rotação procurando por uma conexão elétrica próxima ao diferencial na carcaça do eixo traseiro.

Perguntas sobre ABS

• Eu devo bombear o pedal de freio quando estiver freando em pistas escorregadias?
  Você não deve, em absoluto, bombear o pedal de freio num automóvel com freios ABS. Bombear o freio é uma técnica usada, às vezes, em condições escorregadias para permitir que as rodas destravem, de forma que o carro permaneça relativamente reto durante uma freada. Em primeiro lugar, em um carro com ABS as rodas nunca devem travar, então bombear os freios iria apenas fazer com que você levasse mais tempo para parar. Em uma freada de emergência num carro com ABS, você deve pressionar o pedal de freio firmemente e segurá-lo enquanto o ABS faz todo o trabalho. Você sentirá uma trepidação no pedal que pode ser bastante violenta, mas isso é normal, portanto, não libere o freio.

Como Funciona o sistema de freio do automóvel e seus componentes

Introdução sistema de freios

Sabemos que quando o pedal de freio é pressionado faz com que um carro reduza progressivamente a velocidade. Mas como isso acontece? Como o pedal transmite a força do seu pé para as rodas do veículo? Como multiplica a força aplicada no pedal de modo que seja suficiente para parar o um carro?

Neste artigo, o primeiro de um­a série de seis sobre freios, seguiremos os passos que se sucedem do pedal até as rodas, explicaremos como funciona todas as partes do sistema de freio. Esta parte da série irá abordar os conceitos básicos dos sistemas de freios de um carro e examinaremos o funcionamento de um sistema de freio simples. Os os demais artigos abordam o restante dos componentes do sistema de freio de um veiculo, detalhando como cada um opera.

Disposição de um sistema de freio típico

Como os catalisadores reduzem a poluição

A maioria dos carros modernos é equipada com catalisadores de três vias. A expressão "três vias" se refere às três substâncias que eles ajudam a reduzir - monóxido de carbono, VOCs e moléculas de NOx. A peça catalisador na verdade usa dois diferentes tipos de catalisadores: um de redução e outro de oxidação . Ambos consistem em uma estrutura cerâmica coberta por um catalisador de metal, geralmente platina, ródio e/ou paládio. A idéia é criar uma estrutura que exponha o máximo da área da superfície catalisadora para o fluxo de descarga ao mesmo tempo em que se procura minimizar o trabalho dos catalisadores, pois são muito caros.

Um conversor catalisador de três vias: note os dois catalisadores separados

Há dois tipos principais de estruturas usadas em catalisadores - núcleo tipo colméia e em cerâmica porosa. A maioria dos carros usa o primeiro.

Estrutura catalítica em cerâmica tipo colméia

O catalisador de redução
É a primeira parte do catalisador. Usa platina e ródio para ajudar a reduzir a saída de NOx. Quando as moléculas NO ou NO2 entram em contato com o catalisador, ele "expulsa" o átomo de nitrogênio para fora da molécula. Com isso, o átomo fica retido e o catalisador libera o oxigênio na forma de O2. Os átomos de nitrogênio se unem com outros átomos de nitrogênio. Todos são retidos pelo equipamento, formando N2. Por exemplo:

2NO = N₂ + O₂ ou 2NO₂ = N₂ + 2O₂

O catalisador de oxidação 
É a segunda parte do catalisador. Reduz os hidrocarbonetos não-queimados e o monóxido de carbono, queimando-os (oxidação) sobre o catalisador de platina e paládio. Isso ajuda na reação do CO e dos hidrocarbonetos com o restante do oxigênio contido nos gases de escapamento. Por exemplo:

2CO + O₂ = 2CO₂

Controle da mistura ar combustível 

A terceira parte é um sistema de controle que monitora o fluxo de descarga e usa essa informação para controlar o sistema de injeção de combustível. Há um sensor de oxigênio chamado (sonda lambda)  este sensor é colocado na saida do coletor da descarga dos gases  antes do catalisador. 

 Este sensor informa ao computador do motor quanto oxigênio há no nos gases de escapamento. Sendo assim, o computador calcula o tempo de injeção dos bicos injetores podendo aumentar ou diminuir a quantidade de combustivél através de um ajuste na mistura ar-combustível. 

O controle  ar combustível, permite que o motor trabalhe mais perto da medida estequiométrica, que é a ideal razão da mistura 14,7 gramas de ar por 1 grama de gasolina e também ajuda a certificar que há oxigênio o suficiente para permitir que o catalisador de oxidação queime o restante dos hidrocarbonetos e CO.

poluentes

Poluentes produzidos pelo motor de um carro

A fim de reduzir as emissões, motores de carros modernos controlam cuidadosamente a quantidade de combustível que queimam. Eles procuram manter a mistura ar-combustível bem próxima do ponto estequiométrico, que é a proporção ideal de ar para que ocorra uma combustão. Teoricamente, nessa proporção, todo o combustível será queimado usando todo o oxigênio no ar. Para a gasolina, a proporção estequiométrica é de aproximadamente 14,7:1. Isso significa que, para cada grama de gasolina, serão queimadas 14,7 gramas de ar. Na verdade, a proporção ideal varia bastante durante o funcionamento do carro. Às vezes, a mistura de combustível pode ser pobre (proporção de ar para combustível acima de 14,7); em outros momentos, pode ser rica (proporção abaixo de 14,7). Para o álcool etílico hidratado usado no Brasil, o ponto estequiométrico é 9:1.

As principais substâncias emitidas por um motor de carro são:

• gás nitrogênio (N2) - em sua constituição, o ar tem 78% de gás nitrogênio. Grande parte dessa substância passa pelo motor do veículo;
• dióxido de carbono (CO2) - é um dos produtos da combustão. O carbono do combustível se une com o oxigênio do ar;
• vapor de água (H2O) - é outro produto da combustão. O hidrogênio do combustível se une com o oxigênio do ar.

Essas descargas são, em sua maioria, benignas (embora as emissões de CO2 (conhecido também como gás carbônico, contribuam para o efeito estufa e o aquecimento global). Porém, como o processo de combustão não é perfeito, também são produzidas substâncias prejudiciais, tais como:

• monóxido de carbono (CO) - gás venenoso, sem cor e inodoro;
• hidrocarbonetos ou compostos orgânicos voláteis (VOCs) - produzidos principalmente por combustível não queimado, que evapora. A luz solar quebra os hidrocarbonetos para formar oxidantes. Estes reagem com óxidos de nitrogênio, transformando-se em ozônio (O3), de baixa altitude, um componente importante da poluição do ar ao formar a névoa fotoquímica (smog em inglês);
• óxidos de nitrogênio (NO e NO2, quando juntos, são chamados de NOx) - contribuem para o smog e para a chuva ácida e causam irritação das mucosas humanas.

Essas são as três principais substâncias sujeitas a limites. A função dos catalisadores é reduzi-las.