Гидравлическая схема тормозной системы автомобиля

Гидравлический тормозной привод автомобилей является гидростатическим, т. е. таким, в котором передача энергии осуществляется давлением жидкости. Принцип действия гидростатического привода основан на свойстве несжимаемости жидкости, находящейся в покое, передавать создаваемое в любой точке давление во все другие точки при замкнутом объеме.
Принципиальная схема рабочей тормозной системы автомобиля:
1 — тормозной диск;
2 — скоба тормозного механизма передних колес;
3 — передний контур;
4 — главный тормозной цилиндр;
5 — бачок с датчиком аварийного падения уровня тормозной жидкости;
6 — вакуумный усилитель;
7 — толкатель;
8 — педаль тормоза;
9 — выключатель света торможения;
10 — тормозные колодки задних колес;
11 — тормозной цилиндр задних колес;
12 — задний контур;
13 — кожух полуоси заднего моста;
14 — нагрузочная пружина;
15 — регулятор давления;
16 — задние тросы;
17 — уравнитель;
18 — передний (центральный) трос;
19 — рычаг стояночного тормоза;
20 — сигнализатор аварийного падения уровня тормозной жидкости;
21 — выключатель сигнализатора стояночного тормоза;
22 — тормозная колодка передних колес

Принципиальная схема гидропривода тормозов показана на рисунке. Привод состоит из главного тормозного цилиндра, поршень которого связан с тормозной педалью, колесных цилиндров тормозных механизмов передних и задних колес, трубопроводов и шлангов, соединяющих все цилиндры, педали управления и усилителя приводного усилия.
Трубопроводы, внутренние полости главного тормозного и всех колесных цилиндров заполнены тормозной жидкостью. Показанные на рисунке регулятор тормозных сил и модулятор антиблокировочной системы, при их установке на автомобиле, также входят в состав гидропривода.
При нажатии педали поршень главного тормозного цилиндра вытесняет жидкость в трубопроводы и колесные цилиндры. В колесных цилиндрах тормозная жидкость заставляет переместиться все поршни, вследствие чего колодки тормозных механизмов прижимаются к барабанам (или дискам). Когда зазоры между колодками и барабанами (дисками) будут выбраны, вытеснение жидкости из главного тормозного цилиндра в колесные станет невозможным. При дальнейшем увеличении силы нажатия на педаль в приводе увеличивается давление жидкости и начинается одновременное торможение всех колес.
Чем большая сила приложена к педали, тем выше давление, создаваемое поршнем главного тормозного цилиндра на жидкость и тем большая сила воздействует через каждый поршень колесного цилиндра на колодку тормозного механизма. Таким образом, одновременное срабатывание всех тормозов и постоянное соотношение между силой на тормозной педали и приводными силами тормозов обеспечиваются самим принципом работы гидропривода. У современных приводов давление жидкости при экстренном торможении может достигать 10–15 МПа.
При отпускании тормозной педали она под действием возвратной пружины перемещается в исходное положение. В исходное положение своей пружиной возвращается также поршень главного тормозного цилиндра, стяжные пружины механизмов отводят колодки от барабанов (дисков). Тормозная жидкость из колесных цилиндров по трубопроводам вытесняется в главный тормозной цилиндр.
Преимуществами гидравлического привода являются быстрота срабатывания (вследствие несжимаемости жидкости и большой жесткости трубопроводов), высокий КПД, т. к. потери энергии связаны в основном с перемещением маловязкой жидкости из одного объема в другой, простота конструкции, небольшие масса и размеры вследствие большого приводного давления, удобство компоновки аппаратов привода и трубопроводов; возможность получения желаемого распределения тормозных усилий между осями автомобиля за счет различных диаметров поршней колесных цилиндров.
Недостатками гидропривода являются: потребность в специальной тормозной жидкости с высокой температурой кипения и низкой температурой загустевания; возможность выхода из строя при разгерметизации вследствие утечки жидкости при повреждении, или выхода из строя при попадании в привод воздуха (образование паровых пробок); значительное снижение КПД при низких температурах (ниже минус 30 °С); трудность использования на автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа.
Для использования в гидроприводах выпускаются специальные жидкости, называемые тормозными. Тормозные жидкости изготавливают на разных основах, например спиртовой, гликолевой или масляной. Их нельзя смешивать между собой из-за ухудшения свойств и образования хлопьев. Во избежание разрушения резиновых деталей тормозные жидкости, полученные из нефтепродуктов, допускается применять только в гидроприводах, в которых уплотнения и шланги выполнены из маслостойкой резины.
При использовании гидропривода он всегда выполняется двухконтурным, причем работоспособность одного контура не зависит от состояния второго. При такой схеме при единичной неисправности выходит из строя не весь привод, а лишь неисправный контур. Исправный контур играет роль запасной тормозной системы, с помощью которой автомобиль останавливается.

Гидравлический тип тормозной системы используют на легковых автомобилях, внедорожниках, микроавтобусах, малогабаритных грузовиках и спецтехнике. Рабочая среда — тормозная жидкость, 93-98% которой составляют полигликоли и эфиры этих веществ. Остальные 2-7% — присадки, которые защищают жидкости от окисления, а детали и узлы от коррозии.

Схема гидравлической тормозной системы

Составные элементы гидравлической тормозной системы:

• 1 — педаль тормоза;
• 2 — центральный тормозной цилиндр;
• 3 — резервуар с жидкостью;
• 4 — вакуумный усилитель;
• 5, 6 — транспортный трубопровод;
• 7 — суппорт с рабочим гидроцилиндром;
• 8 — тормозной барабан;
• 9 — регулятор давления;
• 10 — рычаг ручного тормоза;
• 11 — центральный трос ручного тормоза;
• 12 — боковые тросы ручного тормоза.

Чтобы понять работу тормозов, рассмотрим подробнее функционал каждого элемента.

Педаль тормоза

Это рычаг, задача которого — передача усилия от водителя на поршни главного цилиндра. Сила нажатия влияет на давление в системе и скорость остановки автомобиля. Чтобы уменьшить требуемое усилие, на современных автомобилях есть усилители тормозов.

Главный цилиндр и резервуар с жидкостью

Центральный тормозной цилиндр — узел гидравлического типа, состоящий из корпуса и четырех камер с поршнями. Камеры заполнены тормозной жидкостью. При нажатии на педаль, поршни увеличивают давление в камерах и усилие передается по трубопроводу на суппорты.

Над главным тормозным цилиндром расположен бачок с запасом “тормозухи”. Если тормозная система протекает, уровень жидкости в цилиндре уменьшается и в него начинает поступать жидкость из резервуара. Если уровень “тормозухи” упадет ниже критической отметки, на приборной панели начнет мигать индикатор ручного тормоза. Критический уровень жидкости чреват отказом тормозов.

Вакуумный усилитель

Тормозной усилитель стал популярный благодаря внедрению гидравлики в тормозные системы. Причина — чтобы остановить автомобиль с гидравлическими тормозами нужно больше усилий, чем в случае с пневматикой.

Вакуумный усилитель создает вакуум с помощью впускного коллектора. Полученная среда давит на вспомогательный поршень и в разы увеличивает давление. Усилитель облегчает торможение, делает вождение комфортным и легким.

Трубопровод

В гидравлических тормозах четыре магистрали — по одной на каждый суппорт. По трубопроводу жидкость из главного цилиндра попадает в усилитель, увеличивающий давление, а затем по отдельным контурам поставляется в суппорты. Металлические трубки с суппортами соединяют гибкие резиновые шланги, которые нужны, чтобы связать подвижные и неподвижные узлы.

Тормозной суппорт

Узел состоит из:

• корпуса;
• рабочего цилиндра с одним или несколькими поршнями;
• штуцера прокачки;
• посадочных мест колодок;
• креплений.

Если узел подвижный, то поршни расположены с одной стороны от диска, а вторую колодку прижимает подвижная скоба, которая движется на направляющих. У неподвижного тормозного суппорта поршни расположены по обе стороны диска в цельном корпусе. Суппорта крепят к ступице или к поворотному кулаку.

Задний тормозной суппорт с системой ручного тормоза

Жидкость поступает в рабочий цилиндр суппорта и выдавливает поршни, прижимая колодки к диску и останавливая колесо. Если отпустить педаль, жидкость возвращается, а так как система герметичная, подтягивает и возвращает на место поршни с колодками.

Тормозные диски с колодками

Диск — элемент тормозного узла, которые крепится между ступицей и колесом. Диск отвечает за остановку колеса. Колодки — плоские детали, которые находятся на посадочных местах в суппорте по обе стороны диска. Колодки останавливают диск и колесо с помощью силы трения.

Регулятор давления

Регулятор давления или, как его называют в народе, “колдун” — это страхующий и регулирующий элемент, который стабилизирует автомобиль во время торможения. Принцип работы — когда водитель резко нажимает на педаль тормоза, регулятор давления не дает всем колесам автомобиля тормозить одновременно. Элемент передает усилие от главного тормозного цилиндра на задние тормозные узлы с небольшим опозданием.

Такой принцип торможения обеспечивает лучшую стабилизацию автомобиля. Если все четыре колеса затормозят одновременно, автомобиль с большой долей вероятности занесет. Регулятор давления не дает уйти в неконтролируемый занос даже при резкой остановке.

Ручной или стояночный тормоз

Ручной тормоз удерживает автомобиль во время остановки на неровной поверхности, например, если водитель остановился на склоне. Механизм ручника состоит из ручки, центрального, правого и левого тросиков, правого и левого рычагов ручного тормоза. Ручной тормоз обычно соединяют с задними тормозными узлами.

Когда водитель тянет за рычаг ручника, центральный тросик натягивает правый и левый тросики, которые крепятся к тормозным узлам. Если задние тормоза барабанные, то каждый тросик крепится к рычагу внутри барабана и придавливает колодки. Если тормоза дисковые, то рычаг крепится к валу ручного тормоза внутри поршня суппорта. Когда рычаг ручника в рабочем положении, вал выдвигается, нажимает на подвижную часть поршня и прижимает колодки к диску, блокируя задние колеса.

Это основные моменты, которые стоит знать о принципе работы гидравлической тормозной системы. Остальные нюансы и особенности функционирования гидравлических тормозов зависят от марки, модели и модификации автомобиля.

A hydraulic brake is an arrangement of braking mechanism which uses brake fluid, typically containing glycol ethers or diethylene glycol, to transfer pressure from the controlling mechanism to the braking mechanism.

History[edit]

During 1904, Frederick George Heath (Heath Hydraulic Brake Co., Ltd.), Redditch, England devised and fitted a hydraulic (water/glycerine) brake system to a cycle using a handlebar lever and piston. He obtained patent GB190403651A for “Improvements in hydraulic actuated brakes for cycles and motors”, as well as subsequently for improved flexible rubber hydraulic pipes.

In 1908, Ernest Walter Weight of Bristol, England devised and fitted a four-wheel hydraulic (oil) braking system to a motor car. He patented it in Great Britain (GB190800241A) in December 1908, later in Europe and the USA and then exhibited it at the 1909 London Motor Show. His brother, William Herbert Weight improved the patent (GB190921122A) and both were assigned to the Weight Patent Automobile Brake Ltd. of 23 Bridge Street, Bristol when it was established in 1909/10. The company, which had a factory at Luckwell Lane, Bristol, installed a four-wheel hydraulic braking system on a Metallurgique chassis, fitted with a Hill and Boll body, which was exhibited at the November 1910 London Motor Show. Although more cars had the brake system installed and the company advertised heavily, it disappeared without achieving the success it deserved.

Malcolm Loughead (who later changed the spelling of his name to Lockheed) invented hydraulic brakes, which he patented in 1917.^[2][3] «Lockheed» is a common term for brake fluid in France.

Fred Duesenberg used Lockheed Corporation hydraulic brakes on his 1914 racing cars^[4] and his car company, Duesenberg, was the first to use the technology on the Duesenberg Model A in 1921.

Knox Motors Company of Springfield, MA was equipping its tractors with hydraulic brakes, beginning in 1915.^[5]

The technology was carried forward in automotive use and eventually led to the introduction of the self-energizing hydraulic drum brake system (Edward Bishop Boughton, London England, June 28, 1927) which is still in use today.

Construction[edit]

The most common arrangement of hydraulic brakes for passenger vehicles, motorcycles, scooters, and mopeds, consists of the following:

• Brake pedal or lever
• A pushrod (also called an actuating rod)
• A master cylinder assembly containing a piston assembly (made up of either one or two pistons, a return spring, a series of gaskets/ O-rings and a fluid reservoir)
• Reinforced hydraulic lines
• Brake caliper assembly usually consisting of one or two hollow aluminum or chrome-plated steel pistons (called caliper pistons), a set of thermally conductive brake pads and a rotor (also called a brake disc) or drum attached to an axle.

The system is usually filled with a glycol-ether based brake fluid (other fluids may also be used).

At one time, passenger vehicles commonly employed drum brakes on all four wheels. Later, disc brakes were used for the front and drum brakes for the rear. However disc brakes have shown better heat dissipation and greater resistance to ‘fading’ and are therefore generally safer than drum brakes. So four-wheel disc brakes have become increasingly popular, replacing drums on all but the most basic vehicles. Many two-wheel vehicle designs, however, continue to employ a drum brake for the rear wheel.

The following description uses the terminology for / and configuration of a simple disc brake.

Hydraulic System Design[edit]

Hydraulic system design is crucial for optimizing the performance of the braking system. Factors such as the sizing and positioning of the brake components, the hydraulic line routing, and the selection of appropriate materials can impact braking efficiency and pedal feel. Consulting with a knowledgeable professional or experienced mechanic can help ensure the hydraulic system design is tailored to your specific vehicle.

System operation[edit]

In a hydraulic brake system, when the brake pedal is pressed, a pushrod exerts force on the piston(s) in the master cylinder, causing fluid from the brake fluid reservoir to flow into a pressure chamber through a compensating port. This results in an increase in the pressure of the entire hydraulic system, forcing fluid through the hydraulic lines toward one or more calipers where it acts upon one or more caliper pistons sealed by one or more seated O-rings (which prevent leakage of the fluid).

The brake caliper pistons then apply force to the brake pads, pushing them against the spinning rotor, and the friction between the pads and the rotor causes a braking torque to be generated, slowing the vehicle. Heat generated by this friction is either dissipated through vents and channels in the rotor or is conducted through the pads, which are made of specialized heat-tolerant materials such as kevlar or sintered glass.

Alternatively, in a drum brake, the fluid enters a wheel cylinder and presses one or two brake shoes against the inside of the spinning drum. The brake shoes use a similar heat-tolerant friction material to the pads used in disc brakes.

Subsequent release of the brake pedal/lever allows the spring(s) in the master cylinder assembly to return the master piston(s) back into position. This action first relieves the hydraulic pressure on the caliper, then applies suction to the brake piston in the caliper assembly, moving it back into its housing and allowing the brake pads to release the rotor.

The hydraulic braking system is designed as a closed system: unless there is a leak in the system, none of the brake fluid enters or leaves it, nor does the fluid get consumed through use. Leakage may happen, however, from cracks in the O-rings or from a puncture in the brake line. Cracks can form if two types of brake fluid are mixed or if the brake fluid becomes contaminated with water, alcohol, antifreeze, or any number of other liquids.^[6]

An example of a hydraulic brake system[edit]

Hydraulic brakes transfer energy to stop an object, normally a rotating axle. In a very simple brake system, with just two cylinders and a disc brake, the cylinders could be connected via tubes, with a piston inside the cylinders. The cylinders and tubes are filled with an incompressible liquid. The two cylinders have the same volume, but different diameters, and thus different cross-section areas. The cylinder that the operator uses is called the master cylinder. The spinning disc brake will be adjacent to the piston with the larger cross-section. Suppose the diameter of the master cylinder is half the diameter of the slave cylinder, so the master cylinder has a cross-section four times smaller. Now, if the piston in the master cylinder is pushed down 40 mm, the slave piston will move 10 mm. If 10 newtons (N) of force are applied to the master piston, the slave piston will press with a force of 40 N.

This force can be further increased by inserting a lever connected between the master piston, a pedal, and a pivot point. If the distance from the pedal to the pivot is three times the distance from the pivot to the connected piston, then it multiplies the pedal force by a factor of 3, when pushing down on the pedal, so that 10 N becomes 30 N on the master piston and 120 N on the brake pad. Conversely, the pedal must move three times as far as the master piston. If the pedal is pushed down 120 mm, the master piston will move 40 mm and the slave piston will move the brake pad by 10 mm.

Component specifics[edit]

(For typical light duty automotive braking systems)

In a four-wheel car, the FMVSS Standard 105, 1976;^[7] requires that the master cylinder be divided internally into two sections, each of which pressurizes a separate hydraulic circuit. Each section supplies pressure to one circuit. The combination is known as a tandem master cylinder. Passenger vehicles typically have either a front/rear split brake system or a diagonal split brake system (the master cylinder in a motorcycle or scooter may only pressurize a single unit, which will be the front brake).

A front/rear split system uses one master cylinder section to pressurize the front caliper pistons and the other section to pressurize the rear caliper pistons. A split circuit braking system is now required by law in most countries for safety reasons; if one circuit fails, the other circuit can still stop the vehicle.

Diagonal split systems were used initially on American Motors automobiles in the 1967 production year. The right front and left rear are served by one actuating piston while the left front and the right rear are served, exclusively, by a second actuating piston (both pistons pressurize their respective coupled lines from a single foot pedal). If either circuit fails, the other, with at least one front wheel braking (the front brakes provide most of the braking force, due to weight transfer), remains intact to stop the mechanically damaged vehicle. By the 1970s, diagonally split systems had become common among automobiles sold in the United States. This system was developed with front-wheel-drive cars’ suspension design to maintain better control and stability during a system failure.

A triangular split system was introduced on the Volvo 140 series from MY 1967, where the front disc brakes have a four-cylinder arrangement, and both circuits act on each front wheel and on one of the rear wheels. The arrangement was kept through subsequent model series 200 and 700.

The diameter and length of the master cylinder has a significant effect on the performance of the brake system. A larger diameter master cylinder delivers more hydraulic fluid to the caliper pistons, yet requires more brake pedal force and less brake pedal stroke to achieve a given deceleration. A smaller diameter master cylinder has the opposite effect.

A master cylinder may also use differing diameters between the two sections to allow for increased fluid volume to one set of caliper pistons or the other and is called a «quick take-up» M/C. These are used with «low drag» front calipers to increase fuel economy.

A proportioning valve may be used to reduce the pressure to the rear brakes under heavy braking. This limits the rear braking to reduce the chances of locking up the rear brakes, and greatly lessens the chances of a spin.

Power brakes[edit]

The vacuum booster or vacuum servo is used in most modern hydraulic brake systems which contain four wheels, the vacuum booster is attached between the master cylinder and the brake pedal and multiplies the braking force applied by the driver. These units consist of a hollow housing with a movable rubber diaphragm across the center, creating two chambers. When attached to the low-pressure portion of the throttle body or intake manifold of the engine, the pressure in both chambers of the unit is lowered. The equilibrium created by the low pressure in both chambers keeps the diaphragm from moving until the brake pedal is depressed. A return spring keeps the diaphragm in the starting position until the brake pedal is applied. When the brake pedal is applied, the movement opens an air valve which lets in atmospheric pressure air to one chamber of the booster. Since the pressure becomes higher in one chamber, the diaphragm moves toward the lower pressure chamber with a force created by the area of the diaphragm and the differential pressure. This force, in addition to the driver’s foot force, pushes on the master cylinder piston. A relatively small diameter booster unit is required; for a very conservative 50% manifold vacuum, an assisting force of about 1500 N is produced by a 20 cm diaphragm with an area of 0.03 square meters. The diaphragm will stop moving when the forces on both sides of the chamber reach equilibrium. This can be caused by either the air valve closing (due to the pedal apply stopping) or if «run out» is reached. Run out occurs when the pressure in one chamber reaches atmospheric pressure and no additional force can be generated by the now stagnant differential pressure. After the run out point is reached, only the driver’s foot force can be used to further apply the master cylinder piston.

The fluid pressure from the master cylinder travels through a pair of steel brake tubes to a pressure differential valve, sometimes referred to as a «brake failure valve», which performs two functions: it equalizes pressure between the two systems, and it provides a warning if one system loses pressure. The pressure differential valve has two chambers (to which the hydraulic lines attach) with a piston between them. When the pressure in either line is balanced, the piston does not move. If the pressure on one side is lost, the pressure from the other side moves the piston. When the piston makes contact with a simple electrical probe in the center of the unit, a circuit is completed, and the operator is warned of a failure in the brake system.

From the pressure differential valve, brake tubing carries the pressure to the brake units at the wheels. Since the wheels do not maintain a fixed relation to the automobile, it is necessary to use hydraulic brake hose from the end of the steel line at the vehicle frame to the caliper at the wheel. Allowing steel brake tubing to flex invites metal fatigue and, ultimately, brake failure. A common upgrade is to replace the standard rubber hoses with a set which are externally reinforced with braided stainless-steel wires. The braided wires have negligible expansion under pressure and can give a firmer feel to the brake pedal with less pedal travel for a given braking effort.

The term ‘power hydraulic brakes’ can also refer to systems operating on very different principles where an engine-driven pump maintains continual hydraulic pressure in a central accumulator. The driver’s brake pedal simply controls a valve to bleed pressure into the brake units at the wheels, rather than actually creating the pressure in a master cylinder by depressing a piston. This form of brake is analogous to an air brake system but with hydraulic fluid as the working medium rather than air. However, on an air brake air is vented from the system when the brakes are released and the reserve of compressed air must be replenished. On a power hydraulic brake system fluid at low pressure is returned from the brake units at the wheels to the engine-driven pump as the brakes are released, so the central pressure accumulator is almost instantly re-pressurised. This makes the power hydraulic system highly suitable for vehicles that must frequently stop and start (such as buses in cities). The continually circulating fluid also removes problems with freezing parts and collected water vapour that can afflict air systems in cold climates. The AEC Routemaster bus is a well-known application of power hydraulic brakes and the successive generations of Citroen cars with hydropneumatic suspension also used fully powered hydraulic brakes rather than conventional automotive brake systems. Most large aircraft also use power hydraulic wheel brakes, due to the immense amounts of braking force they can provide; the wheel brakes are linked to one or more of the aircraft’s main hydraulic systems, with the addition of an accumulator to allow the aircraft to be braked even in the event of a hydraulic failure.

Special considerations[edit]

Air brake systems are bulky, and require air compressors and reservoir tanks. Hydraulic systems are smaller and less expensive.

Hydraulic fluid must be non-compressible. Unlike air brakes, where a valve is opened and air flows into the lines and brake chambers until the pressure rises sufficiently, hydraulic systems rely on a single stroke of a piston to force fluid through the system.
If any vapor is introduced into the system it will compress, and the pressure may not rise sufficiently to actuate the brakes.

Hydraulic braking systems are sometimes subjected to high temperatures during operation, such as when descending steep grades. For this reason, hydraulic fluid must resist vaporization at high temperatures.

Water vaporizes easily with heat and can corrode the metal parts of the system. Water which enters brake lines, even in small amounts, will react with most common brake fluids (i.e., those which are hygroscopic^[8][9]) causing the formation of deposits which can clog the brake lines and reservoir. It is almost impossible to completely seal any brake system from exposure to water, which means that regular changing out of brake fluid is necessary to ensure that the system is not becoming overfilled with the deposits caused by reactions with water. Light oils are sometimes used as hydraulic fluids specifically because they do not react with water: oil displaces water, protects plastic parts against corrosion, and can tolerate much higher temperatures before vaporizing, but has other drawbacks vs. traditional hydraulic fluids. Silicone fluids are a more expensive option.

«Brake fade» is a condition caused by overheating in which braking effectiveness reduces, and may be lost. It may occur for many reasons. The pads which engage the rotating part may become overheated and «glaze over», becoming so smooth and hard that they cannot grip sufficiently to slow the vehicle. Also, vaporization of the hydraulic fluid under temperature extremes or thermal distortion may cause the linings to change their shape and engage less surface area of the rotating part. Thermal distortion may also cause permanent changes in the shape of the metal components, resulting in a reduction in braking capability that requires replacement of the affected parts.

See also[edit]

References[edit]

External links[edit]

• Nice, Karim (16 August 2000). «How Brakes Work». How Stuff Works. Retrieved 18 June 2010.
• «Hydraulic Brakes». Integrated Publishing. Archived from the original on 30 March 2010. Retrieved 18 June 2010.
• Erjavec, Jack (2004). Automotive Technology: A Systems Approach, Delmar Cengage Learning. ISBN 1-4018-4831-1
• Allan and Malcolm Loughead (Lockheed) Their Early Lives in the Santa Cruz Mountains including the invention of the hydraulic brake.

Patents[edit]

• US 2746575 Disc brakes for road and other vehicles. Kinchin 1956-05-22
• US 2591793 Device for adjusting the return travel of fluid actuated means. Dubois 1952-04-08
• US 2544849 Hydraulic brake automatic adjuster. Martin 1951-03-13
• US 2485032 Brake apparatus. Bryant 1949-10-08
• US 2466990 Single disk brake. Johnson Wade C, Trishman Harry A, Stratton Edgar H. 1949-04-12
• US 2416091 Fluid pressure control mechanism. Fitch 1947-02-12
• US 2405219 Disk brake. Lambert Homer T. 1946-08-06
• US 2375855 Multiple disk brake. Lambert Homer T. 1945-05-15
• US 2366093 Brake. Forbes Joseph A. 1944-12-26
• US 2140752 Brake. La Brie 1938-12-20
• US 2084216 V-type brake for motor vehicles. Poage Robert A. and Poage Marlin Z. 1937-06-15
• US 2028488 Brake. Avery William Leicester 1936-02-21
• US 1959049 Friction Brake. Buus Niels Peter Valdemar 1934-05-15
• US 1954534 Brake. Norton Raymond J 1934-04-10
• US 1721370 Brake for use on vehicles. Boughton Edward Bishop 1929-07-16
• DE 695921 Antriebsvorrichtung mit hydraulischem Gestaenge…. Borgwar Carl Friedrich Wilhelm 1940-09-06
• GB 377478 Improvements in wheel cylinders for hydraulic brakes. Hall Frederick Harold 1932-07-28
• GB 365069 Improvements in control gear for hydraulically operated devices and particularly brakes for vehicles. Rubury John Meredith 1932-01-06

Тема 11

Жидкости
для тормозной системы

Для гидротормозной системы автомобиля (рис. 1)
производят тормозные жидкости на касторовой и гликолевой основе.

Рис. 1. Схема гидравлического привода тормозной системы автомобиля:

1 — главный
цилиндр; 2 — поршень главного цилиндра; 3 — резервуар
с жидко­стью; 4 — трубопровод; 5 — рабочий цилиндр; 6
— поршни рабочего цилиндра.

Тормозные
жидкости

Тормозные
жидкости (жидкости для гидравлического привода тормозного механизма) служат в
качестве рабочего элемента для передачи усилия от педали тормозного механизма
до колодок.

К
тормозным жидкостям предъявляются следующие требования:

—
не должны вызывать коррозии металлических деталей, набухания и разрушения
резины;

—
должны обладать хорошими вязкостно-температурными и смазывающими свойствами;

—
иметь высокую температуру кипения;

—
быть стабильными (не расслаиваться и не выделять осадки, не вспениваться).

Тормозные
жидкости производят на касторовой и гликолевой основе, их свойства улучшают
присадками.

Тормозные
жидкости на касторовой основе представляют собой растворы спиртов и касторового
масла. Они имеют хорошие смазывающие свойства и не вызывают набухания и
разрушения резиновых деталей.

Тормозные
жидкости на касторовой основе

БСК
— 50 % бутилового спирта и 50 % касторового масла.

ЭСК
— 40 % этилового спирта и 60 % касторового масла.

АСК
— 60 % изоамилового спирта и 40 % касторового масла.

Жидкости
марок БСК, ЭСК, АСК рекомендуется применять при температуре не ниже —20 °С, так
как при более низких температурах происходит расслоение спирта и касторового
масла. Их температура кипения 115 °С, цвет от красного до оранжевого.

Тормозные
жидкости на гликолевой основе

ГТЖ-22М
— смесь гликолей с противокоррозионной присадкой, имеет хорошие
низкотемпературные свойства, легко смешивается с водой и при обводнении не
теряет работоспособности, однако обладает недостаточными смазывающими
свойствами; температура кипения не ниже 190 °С; работоспособна до температуры
—50 °С; имеет зеленый цвет, прозрачная.

Тормозные
жидкости с аналогичными свойствами — «Томь» и «Роса», их температуры кипения
220 и 260 °С соответственно, имеют светло-желтый цвет.

Тормозная
жидкость «Нева» имеет температуру кипения 190 °С, работоспособна до температуры
—50 °С, цвет — желтый.

Все
тормозные жидкости гигроскопичны. В процессе эксплуатации из-за колебаний
температуры в тормозную систему проникает влага через резиновые уплотнители, в
результате снижается температура кипения тормозной жидкости. Для тормозной
жидкости «Нева» температура кипения становится критической примерно через год,
для тормозной жидкости «Томь» — примерно через два года, а для тормозной
жидкости «Роса» — через три года. Снижение температуры кипения при интенсивном
пользовании тормозными механизмами приводит к образованию паровых пробок в
тормозной системе и ее отказу. Регулярная замена тормозной жидкости является
гарантией работоспособности тормозной системы.

Гликолевые
тормозные жидкости ядовиты и при работе с ними нужно соблюдать такие же меры
предосторожности, как и при работе с низкозамерзающей жидкостью.

Нельзя
смешивать между собой спиртокасторовые и этилен-гликолевые тормозные жидкости,
так как они полностью теряют свои качества и становятся непригодны к работе.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРА
КИПЕНИЯ

Основным
параметром тормозной жидкости является ее температура кипения — чем она выше,
тем лучше для тормозной системы. Закипевшая тормозная жидкость пузырится и
эффективность тормозной системы снижается.

Чем
она выше, тем меньше вероятность образования паровой пробки в системе. При
торможении автомобиля рабочие цилиндры и жидкость в них нагреваются. Если
температура превысит допустимую, ТЖ закипит, и образуются пузырьки пара.
Несжимаемая жидкость станет «мягкой», педаль «провалится», а машина не
остановится вовремя.

Пузырьки
пара вытесняют некоторую ее часть в расширительный бачок ГТЦ. В системе
остается жидкость, перемешанная с пузырьками пара. Но если сама жидкость
несжимаема, то микроскопические пузырьки как раз хорошо сжимаются. И теперь
передаваемое давление в первую очередь пойдет на сжатие пузырьков во всем
объеме. Как это будет выглядеть для водителя: педаль тормоза станет мягкой,
провалится, а торможения нет.

Температура
кипения тормозной жидкости напрямую зависит от содержания в ней воды, и с
повышением ее концентрации снижается. Поэтому тормозная жидкость должна
обладать минимальной гигроскопичностью (влагопоглощением). Кроме этого, влага в
системе способствует коррозии цилиндров, а в холодное время — и образованию
ледяных пробок.

Наличие
в тормозной жидкости всего 2-3 процентов воды снижает температуру ее кипения
примерно на 70 градусов. На практике это означает, что при торможении DOT-4,
например, закипит, не разогревшись и до 160 градусов, в то время как в «сухом»
(то есть без влаги) состоянии это произойдет при 230 градусах. Последствия
будут такие же, как если бы в тормозную систему попал воздух: педаль становится
колом, тормозное усилие резко ослабевает.

ВЯЗКОСТЬ

Характеризует
способность жидкости прокачиваться по системе. Температура окружающей среды и
самой ТЖ может быть от минус 40°С зимой в неотапливаемом гараже (или на улице)
до 100°С летом в моторном отсеке (в главном цилиндре и его бачке), и даже до
200°С при интенсивном замедлении машины (в рабочих цилиндрах). В этих условиях
изменение вязкости жидкости должно соответствовать проходным сечениям и зазорам
в деталях и узлах гидросистемы, заданным разработчиками автомобиля.

Замерзшая
(вся или местами) ТЖ может блокировать работу системы, густая — будет с трудом
прокачиваться по ней, увеличивая время срабатывания тормозов. А слишком жидкая
— повышает вероятность течей.

А
что будет если жидкость не обладает достаточной морозостойкостью, то есть резко
меняет свои свойства при понижении температуры или просто замерзает?

Наиболее
критичным параметром при этом становится вязкость — если она увеличится, то
заметно возрастет время срабатывания тормозов.

В
стандарте, разработанном Международным объединением инженеров транспорта (SAE),
прямо указано, что вязкость тормозной жидкости при -40С не должна превышать
1800 сСт (мм²/с).

ВОЗДЕЙСТВИЕ
НА РЕЗИНОВЫЕ ДЕТАЛИ

Уплотнения
не должны разбухать в ТЖ, уменьшать свои размеры (давать усадку), терять
эластичность и прочность больше, чем это допустимо. Распухшие манжеты
затрудняют обратное перемещение поршней в цилиндрах, поэтому не исключено
подтормаживание автомобиля. С усевшими уплотнениями система будет негерметичной
из-за утечек, а замедление — неэффективным (при нажатии педали жидкость
перетекает внутри главного цилиндра, не передавая усилие тормозным колодкам).

ВОЗДЕЙСТВИЕ
НА МЕТАЛЛЫ

Детали
из стали, чугуна и алюминия не должны корродировать в ТЖ. Иначе поршни
«закиснут» или манжеты, работающие по поврежденной поверхности, быстро
износятся, а жидкость вытечет из цилиндров либо будет перекачиваться внутри
них. В любом случае гидропривод перестает работать.

СМАЗЫВАЮЩИЕ
СВОЙСТВА

Чтобы
цилиндры, поршни и манжеты системы меньше изнашивались, тормозная жидкость
должна смазывать их рабочие поверхности. Царапины на зеркале цилиндров
провоцируют течи ТЖ.

СТАБИЛЬНОСТЬ

Устойчивость
к воздействию высоких температур и окислению кислородом воздуха, которое в
нагретой жидкости происходит быстрее. Продукты окисления ТЖ разъедают металлы.

ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ

Склонность
тормозных жидкостей на полигликолевой основе поглощать воду из атмосферы. В
эксплуатации — в основном через компенсационное отверстие в крышке бачка. Чем
больше воды растворено в ТЖ, тем раньше она закипает, сильнее густеет при
низких температурах, хуже смазывает детали, а металлы в ней корродируют
быстрее.

Тормозные жидкости классифицируют по
температуре закипания и вязкости по нормам DOT (Department of Transportation),
принятым министерством транспорта США. При этом учитывается температура кипения
жидкости без примесей влаги (сухой), и содержащей до 3,5% воды. Вязкости — два
показателя при температуре +100°C и –40°C. Смотрите таблицу ниже, где эти
показатели представлены (соответствуют американскому федеральному стандарту).
Сходные требования предъявляются и другими, международными и национальными
стандартами, – ISO 4925, SAE J1703 и другие. В странах СНГ единого стандарта,
регламентирующего показатели качества тормозных жидкостей, не существует,
поэтому производители работают по своим техническим условиям.

Типы
тормозных жидкостей

Тормозные жидкости –
высокотехнологичный продукт, который состоит из основы (ее доля 93-98%) и
различных добавок, присадок, иногда красителей (2-7%).

1.    
Гликолевые (DOT 3, DOT 4, DOT 5.1)

Тормозные
жидкости, имеющие в качестве основы полигликоли и их эфиры – группы химических
соединений на основе многоатомных спиртов. У них высокая температура кипения,
хорошие вязкостные и удовлетворительные смазывающие свойства. Основным
недостатком гликолевых жидкостей является гигроскопичность – склонность
поглощать воду из атмосферы.

В
эксплуатации это в основном происходит через компенсационное отверстие в крышке
бачка главного тормозного цилиндра. Чем больше воды растворено в тормозной
жидкости, тем ниже ее температура кипения, больше вязкость при низких
температурах, хуже смазываемость деталей и сильнее коррозия металлов.

2.    
Минеральные

Представляют
собой различные смеси в пропорции 1:1 касторового масла и спирта, например
бутилового (красно-оранжевая жидкость «БСК»). Такие жидкости обладают хорошими
смазывающими и защитными свойствами, негигроскопичны, не агрессивны к
лакокрасочным покрытиям. Но они не соответствуют международным стандартам по
основным показателям: имеют низкую температуру кипения (их нельзя применять
на машинах с дисковыми тормозами) становятся слишком вязкими уже при минус
20°С.

3.    
Силиконовые (DOT 5)

Изготавливаются
на основе кремний-органических полимерных продуктов. Их вязкость мало зависит
от температуры, они инертны к различным материалам, работоспособны в диапазоне
температур от –100 до +350°С и не адсорбируют* влагу. Их применение в частности
ограничивают недостаточные смазывающие свойства.

Силиконовые
жидкости класса DOT 5 следует отличать от гликолевых DOT 5.1, так как сходство
наименований может привести к путанице. Для этого на упаковке дополнительно
обозначают:

DOT 5 – SBBF («silicon
based brake fluids» — тормозная жидкость, основанная на силиконе)

DOT 5.1 – NSBBF («non
silicon based brake fluids» — тормозная жидкость, не основанная на силиконе).

Применение
различных классов тормозных жидкостей:

— DOT 3 –
на относительно тихоходных автомобилях с тормозами барабанного типа или
передними дисковыми;
— DOT 4 – на современных быстроходных автомобилях с дисковыми тормозами на всех
колесах;
— DOT 5.1 – на спортивных автомобилях, с более значительными тепловыми
нагрузками. Жидкости этого класса на обычных автомобилях практически не
применяются.

ПРОВЕРКА И
ЗАМЕНА

На
современных автомобилях в основном применяются гликолевые тормозные жидкости,
которые имеют целый ряд преимуществ. Но, к сожалению, за год гликоль заберет из
воздуха до 2-3% влаги, и жидкость приходится периодически менять, причем
заблаговременно, пока она стала представлять опасности для надежной работы
тормозной системы. (см. рис). Периоды замены обычно указывают в инструкции по
эксплуатации автомобиля, которые составляют от 1 до 3 лет.

Дать
объективную оценку свойствам тормозной жидкости можно только в лабораторных
условиях, поэтому для экономии времени состояние тормозной жидкости оценивается
визуально. Оценивается ее прозрачность, однородность, отсутствие осадка. Есть
также приборы для определения температуры кипения тормозной жидкости и степени
ее увлажнения.

Поскольку
жидкость в системе не циркулирует, то ее состояние в бачке (месте проверки)
может отличаться от той, что находится в колесных цилиндрах. В бачке она может
набирать влагу из воздуха, а в тормозных механизмах — нет. Но там жидкость
нагревается сильнее, иногда чрезмерно, и ее свойства могут ухудшиться.

Если
просто добавлять новую тормозную жидкость при прокачке системы после ремонтных
работ, то ситуацию это практически не исправит, значительная часть объема не
поменяется.
Жидкость нужно менять полностью. Последовательность и особенности замены
тормозной жидкости, например при прокачке с работающим двигателем, зависит от
конструкции тормозной системы (тип усилителя, наличие антиблокировочных устройств
и т.д.). Такую информацию можно найти в руководстве по эксплуатации автомобиля.

Контрольные
вопросы

1.
Какие требования предъявляются к тормозным жидкостям?

2.
Назовите марки тормозных жидкостей. Что является их основой?