¿Qué hace una válvula proporcional de frenos? Función, señales de falla y especificaciones

Una camioneta de media tonelada con 800 libras de baldosas en la plataforma frena con fuerza sobre asfalto mojado. Los neumáticos delanteros se hunden y aguantan. Los neumáticos traseros, que momentos antes llevaban una cómoda parte de la carga, se sueltan y se bloquean. La cola sale y el conductor la atrapa con un rápido contraviraje. Ese único momento es para lo que existe una válvula dosificadora de frenos.

La respuesta corta: Una válvula proporcional de freno reduce la presión hidráulica que llega a los frenos traseros una vez que la presión de la línea supera un umbral calibrado. Por debajo de ese umbral, pasa presión en una proporción de 1:1. Por encima de él, la presión trasera sigue aumentando, pero más lentamente que la presión delantera. El resultado es un par de freno trasero que rastrea el peso que realmente se encuentra sobre el eje trasero durante una parada brusca, no el peso que estaba allí cuando el vehículo estaba estacionado.

En la mayoría de los vehículos fabricados antes de mediados de la década de 2000, lo encontrará como un bloque separado de latón o hierro fundido roscado en la línea del freno trasero, o integrado en una válvula combinada atornillada debajo del cilindro maestro. En camionetas ligeras, furgonetas y algunos SUV suele ser una versión con sensor de carga con una palanca conectada al eje trasero. En los vehículos con ABS en las cuatro ruedas, el trabajo suele realizarse electrónicamente.

Por qué los frenos traseros necesitan menos presión que los delanteros

El frenado es un evento de transferencia de peso. Cuanto más desaceleras, más carga lleva el eje delantero y menos lleva el eje trasero, aunque nada físico se mueve entre ellos. El agarre de los neumáticos sigue la carga, por lo que los neumáticos delanteros ganan tracción mientras que los neumáticos traseros la ceden.

Tomemos como ejemplo un sedán de 4200 libras con una distancia entre ejes de 118 pulgadas y un centro de gravedad aproximadamente a 22 pulgadas sobre la carretera, con un frenado de 0,75 g:

Si ambos ejes recibieran presión hidráulica idéntica a través de pinzas de tamaño idéntico, los frenos traseros alcanzarían su umbral de bloqueo mucho antes que los delanteros. Y debido a que el agarre de los neumáticos no aumenta de manera perfectamente lineal con la carga, la brecha real es incluso más amplia de lo que sugiere la tabla. Los neumáticos traseros bloqueados son el resultado peligroso: un eje trasero deslizante no puede resistir el giro, por lo que el vehículo quiere girar en lugar de detenerse en línea recta.

Cómo una válvula dosificadora produce una curva de dos pendientes

Una válvula dosificadora fija es mecánicamente simple: un orificio escalonado, un pistón, un resorte calibrado y un par de cámaras de fluido. Lo que lo hace útil es que no limita simplemente la presión trasera. Dobla la curva de presión.

1. Debajo del punto de división. La precarga del resorte mantiene el pistón en su posición de reposo. El fluido pasa directamente, por lo que las presiones de las líneas delantera y trasera aumentan juntas en una proporción de 1:1.
2. En el punto de división. La presión de entrada que actúa sobre la cara del pistón genera suficiente fuerza para superar el resorte. Esta es la rodilla de la curva, a veces llamada punto de división o punto de grieta.
3. Por encima del punto de división. El pistón se mueve y cierra el paso directo. Cualquier aumento adicional de presión ahora actúa sobre un área efectiva más grande, por lo que la presión de salida aumenta a una velocidad reducida establecida por la relación del área del orificio.

Qué significan los números en la práctica

Los puntos de división comúnmente aterrizan entre 300 y 600 psi, con pendientes típicamente entre 0,2 y 0,5. Una válvula con un punto de división de 400 psi y una pendiente de 0,4 se comporta así: a 1000 psi de presión del cilindro maestro, la presión de la línea trasera es 400 (1000 − 400) × 0,4, lo que equivale a 640 psi. Los frenos traseros todavía funcionan con fuerza, pero no tanto como los delanteros.

¿Por qué no simplemente limitar la presión?

Un techo plano dejaría los frenos traseros infrautilizados cuando el vehículo estuviera cargado. Una curva de dos pendientes mantiene los frenos traseros contribuyendo a la fuerza de frenado total en un rango más amplio de carga y desaceleración, razón por la cual la proporción reemplazó la limitación simple en la mayoría de las aplicaciones de pasajeros.

Proporcionar, limitar la presión y detectar la carga no son lo mismo

Los catálogos de repuestos desdibujan estas categorías, pero se comportan de manera diferente en la carretera. Los compradores que especifiquen hardware deben comprobar qué curva están comprando realmente.

La durabilidad de cualquiera de estos diseños se reduce al resorte y al sello. La precarga del resorte establece el punto de división, y una precarga que se desvía un pequeño porcentaje desplaza toda la curva. Es por eso que los proveedores acreditados citan datos de calibración en lugar de solo tamaños de puertos y pasos de rosca.

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Válvulas combinadas, válvulas dosificadoras y válvula de retención en el interior

Cuando una válvula dosificadora se integra en una válvula combinada, comparte carcasa con otras tres funciones, y cada una afecta la sensación del pedal:

• Válvula dosificadora o de retención: retrasa la aplicación del disco delantero hasta aproximadamente 75 a 300 psi de presión de línea, dando a los frenos de tambor traseros un momento para superar la tensión del resorte de retorno y comenzar a trabajar. Sin él, los discos delanteros muerden primero y el vehículo se inclina con aplicaciones ligeras del pedal.
• Interruptor diferencial de presión: un pistón que se mueve cuando un circuito hidráulico pierde presión con respecto al otro, poniendo a tierra la luz de advertencia de freno en el tablero.
• Válvula de retención de presión residual: Mantiene una pequeña cantidad de presión en las líneas, alrededor de 2 psi para circuitos de disco y hasta 10 psi para circuitos de tambor, para mantener los sellos de copa asentados contra sus orificios.

La válvula de retención es la más simple del grupo y la que más a menudo se confunde con una válvula dosificadora durante el diagnóstico, porque ambas viven en la misma carcasa. Una válvula de retención defectuosa se manifiesta como un pedal esponjoso o una purga de presión lenta en lugar de un bloqueo de la rueda trasera.

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Síntomas de falla que realmente puedes verificar

Las válvulas dosificadoras fallan en dos direcciones: dejan de reducir la presión o la reducen demasiado. Ambos son diagnosticables sin adivinar.

• Los neumáticos traseros chirrían o se bloquean antes que los delanteros al frenar moderadamente, especialmente con la plataforma o el maletero vacíos.
• Neumáticos traseros pinchados o sensación de salto en la carrocería en lugar de en el volante.
• Los frenos traseros se desgastan mucho más lentamente que los delanteros, lo que indica una válvula atascada en la posición reductora.
• Humedad o residuos de líquido cristalizados alrededor del cuerpo de la válvula y sus accesorios.
• Una luz de advertencia de frenos que permanece encendida en vehículos que utilizan un interruptor diferencial de presión.
• Bloqueo trasero que apareció inmediatamente después de una reparación de la suspensión, un kit de elevación o un reemplazo de resortes. En las válvulas de detección de carga, este casi siempre es un varillaje que nunca se reajustó a la nueva altura de manejo.

La prueba definitiva es sencilla: instale manómetros en un purgador delantero y trasero, aplique fuerza al pedal en incrementos lentos y registre dónde se separa la curva trasera desde la delantera. Compare el punto de división medido con la especificación. Tarda unos veinte minutos y despeja todas las dudas.

Dónde se realiza el mismo trabajo en camiones con frenos neumáticos

Los vehículos comerciales con frenos de aire no utilizan válvulas dosificadoras hidráulicas, pero el problema subyacente, mantener la fuerza de frenado trasera adaptada a la carga del eje trasero, debe resolverse en alguna parte. En estos vehículos el trabajo se divide en varios componentes.

La válvula de relé es el pariente funcional más cercano. Recibe una señal de control de baja presión de la válvula del pedal y entrega presión del depósito a las cámaras de servicio en proporción a esa señal, por lo que un pedal ligero produce una aplicación de freno ligera sin que el conductor tenga que modular un gran volumen de aire. Luego, las válvulas de detección de carga en el eje trasero aumentan o disminuyen la presión entregada de acuerdo con la deflexión de la suspensión, que es la idea neumáticamente equivalente a una válvula proporcional de detección de altura. Las válvulas de seguridad del depósito realizan un trabajo completamente diferente: limitan la presión del sistema para que un descargador o regulador defectuoso no pueda sobrepresurizar el circuito.

Debido a que estas válvulas se ubican en el camino de seguridad, las tolerancias en el orificio, el resorte de retorno del pistón y el compuesto del diafragma son lo que diferencia a una unidad confiable de una de corta duración. Vale la pena comprender la familia completa antes de especificar reemplazos para una flota, y una descripción general de válvulas de relé y otras válvulas de freno neumáticas es un punto de partida útil.

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Qué verificar antes de solicitar un reemplazo

Una válvula dosificadora es un conjunto calibrado, no un accesorio. Dos válvulas con roscas y orificios de montaje idénticos pueden tener curvas completamente diferentes. Antes de comprometerse con una orden de compra, confirme lo siguiente:

1. Punto de división y pendiente. Solicite la curva de calibración, no solo el número de pieza. Una válvula calibrada para un peso bruto del vehículo diferente frenará demasiado el eje trasero cuando esté cargado o lo bloqueará cuando esté vacío.
2. Compatibilidad del material del sello. El líquido de frenos hidráulicos ataca rápidamente al elastómero equivocado. EPDM es la base para el servicio DOT 3 y DOT 4; cualquier otra cosa necesita justificación.
3. Consistencia primaveral. El resorte fija el punto de división. Una tolerancia de más o menos 5% en la precarga mueve la curva de manera mensurable, así que pregunte qué tiene el proveedor en producción y cómo se verifica.
4. Enlace con detección de carga. Si la válvula detecta la altura, confirme si el soporte y la palanca vienen con ella y si el varillaje es ajustable para la altura de manejo objetivo.
5. Trazabilidad de lotes y registros de pruebas de presión. Para los programas de flotas y OEM, un proveedor que no puede producir datos de pruebas por lote crea una exposición a la garantía que supera cualquier ahorro en el precio unitario.

Esta es la disciplina detrás del hardware de válvulas y cilindros fabricado por Autopartes ZEAST , la identidad comercial de Yuyao Zhedong Automotive Parts Factory en Yuyao, Zhejiang, un fabricante de válvulas de freno y asientos de válvula que opera desde septiembre de 1988. La fábrica tiene su propio centro de fabricación de moldes junto con talleres de metalurgia, caucho y unión, cuenta con las certificaciones GB/T19001-2000 idt e ISO 9001:2000, y suministra asientos de válvulas, conjuntos de válvulas, piezas mecanizadas y componentes de caucho a fabricantes de vehículos y conjuntos, incluido First. Automobile Works y Dongfeng, con exportaciones a más de 30 países. Para los compradores que se abastecen de componentes de control de presión, esa combinación de herramientas internas y una larga experiencia en suministro de OEM suele ser el factor decisivo.

Una válvula dosificadora de frenos hace un trabajo limitado y lo hace silenciosamente durante décadas seguidas. Mantiene la presión del freno trasero por debajo del nivel que bloquearía un eje trasero ligeramente cargado, doblando la curva de presión en lugar de limitarla. Cuando falla, los síntomas aparecen primero en los neumáticos traseros: chirridos, puntos planos y una cola que quiere adelantarse al morro.

Ya sea que esté diagnosticando un sistema hidráulico en un vehículo de pasajeros o especificando válvulas de freno neumáticas para una flota comercial, se aplica el mismo principio. La fuerza de frenado trasero debe seguir la carga en el eje trasero, y el componente que impone esa relación merece seleccionarse basándose en los datos de calibración, no solo en el tamaño de la rosca.