Freno Motore a Farfalla: Funzionamento, Confronto con Jake Brake e Vantaggi

Il freno motore a farfalla rallenta un camion inserendo una restrizione - solitamente una valvola a farfalla - nel tubo di scarico. Quando il conducente rilascia l'acceleratore e il freno si inserisce, quella valvola si chiude e intrappola i gas di scarico dietro di sé, costringendo il motore a lavorare contro un'alta contropressione a ogni corsa di scarico. Questa resistenza si trasmette attraverso i pistoni e la trasmissione come forza frenante, permettendo di mantenere la velocità in discesa senza tenere premuto il pedale del freno. È un rallentatore motore, non parte dell'impianto pneumatico, e lavora insieme - non al posto - dei freni di servizio.

Poiché rallenta il camion attraverso il motore anziché tramite i freni ad attrito, il freno a farfalla mantiene tamburi, guarnizioni e componenti pneumatici più freschi, allungando notevolmente gli intervalli tra le revisioni. Il calore è ciò che manda in crisi i freni in montagna, e ogni chilometro gestito dal motore è un chilometro in meno di usura per le ganasce.

Come funziona un freno motore a farfalla

Il cuore del sistema è una valvola montata nel flusso di scarico, tipicamente subito dopo il turbocompressore o nel tubo di discesa. In condizioni normali di guida la valvola è completamente aperta e i gas scorrono liberamente. Quando si inserisce il freno e si rilascia l'acceleratore, un attuatore chiude quasi del tutto la valvola.

Con l'uscita soffocata, i gas di scarico non possono defluire. I pistoni, nella corsa di scarico, spingono ora contro una parete di gas pressurizzato, e questa perdita di pompaggio diventa coppia frenante. Più alto il regime motore e più stretta la restrizione, maggiore la frenata ottenuta. La maggior parte dei sistemi limita la contropressione con una valvola di sicurezza o un fermo meccanico, per evitare di sovrappressurizzare il collettore di scarico e danneggiare guarnizioni o valvole.

L'azionamento è comunemente di tre tipi:

• Pneumatico - un cilindro ad aria alimentato dall'impianto pneumatico del camion aziona la valvola a farfalla. Semplice e potente; la scelta abituale sui camion già dotati di impianto ad aria.
• A depressione - presente su diesel più leggeri dotati di pompa del vuoto.
• Elettrico/elettronico - un attuatore elettrico, oppure un turbo a geometria variabile (VGT) che chiude le palette per creare lo stesso effetto di strozzamento su molti motori moderni.

Freno a farfalla vs Jake brake (a rilascio di compressione)

Molti usano "Jake brake" come termine generico, ma un vero freno motore in stile Jacobs e un freno a farfalla fanno cose fondamentalmente diverse. Un freno a rilascio di compressione apre la valvola di scarico al punto morto superiore della corsa di compressione e scarica l'aria compressa - quel forte scoppiettio che si sente in discesa in autostrada - così l'energia spesa dal motore per comprimere l'aria non torna mai al pistone. Il freno a farfalla invece soffoca il flusso in uscita per creare contropressione. Uno rilascia pressione al punto morto superiore; l'altro trattiene pressione a valle.

Nessuno dei due dispositivi utilizza i serbatoi d'aria per fermare il camion, e nessuno sostituisce una corretta frenata di servizio in un'emergenza. Sostengono il carico costante di una discesa in modo che i freni di servizio restino freddi e pronti. Per il quadro completo su come funziona il lato pneumatico, vedere come funzionano gli impianti frenanti ad aria. Per un confronto diretto tra tutte e tre le famiglie di rallentatori, il confronto Jake vs freno a farfalla vs ritarder spiega dove ciascuno dà il meglio.

Vantaggi di un freno motore a farfalla

• Maggiore durata dei freni. Il motore assorbe la discesa, quindi guarnizioni e tamburi subiscono molto meno calore e usura, allungando gli intervalli di manutenzione sui percorsi collinari.
• Protezione dal fading. Mantenere freddi i freni ad attrito previene il fading dei freni sulle lunghe discese, quando le ganasce surriscaldate perdono presa.
• Miglior controllo. Si mantiene una velocità costante in discesa con un uso leggero e dosato dei freni di servizio, invece di tenerli premuti per tutto il tragitto.
• Costo ridotto e funzionamento silenzioso. Un freno a farfalla è più economico e molto più silenzioso di un freno a rilascio di compressione, il che conta dove sono affissi i cartelli "vietato il freno motore".
• Riscaldamento a freddo. Chiudere la valvola al minimo aumenta la contropressione e aiuta un diesel freddo a raggiungere più rapidamente la temperatura di esercizio.

Dove i freni a farfalla danno il meglio

I freni a farfalla offrono il massimo valore su camion di medio tonnellaggio, autobus, furgoni e diesel di media cilindrata, dove un freno motore completo sarebbe eccessivo o non disponibile. Sui trattori pesanti Classe 8 che trainano il carico massimo lungo una montagna impegnativa, i conducenti si affidano a un freno a rilascio di compressione o a un ritarder sulla trasmissione per la potenza frenante grezza; qui il freno a farfalla è un utile complemento più che il protagonista. Molti motori moderni con turbo a geometria variabile integrano un effetto frenante simile a quello del freno a farfalla, chiudendo le palette del turbo per soffocare il flusso a comando.

Sintomi di un freno a farfalla guasto

La valvola a farfalla vive in un ambiente caldo e fuligginoso, e il suo albero, le boccole e l'attuatore ne risentono. Attenzione a questi segnali:

• Nessun effetto frenante. Se il freno non fa nulla quando inserito, la valvola è probabilmente bloccata aperta, la linea d'aria verso l'attuatore perde o è ostruita, oppure l'elettrovalvola di comando è guasta.
• Perdita di potenza o risposta lenta dell'acceleratore. Una valvola bloccata parzialmente o completamente chiusa soffoca il motore in continuazione, riducendo potenza e consumi e talvolta causando difficoltà di avviamento.
• Azionamento lento o incerto. L'accumulo di carbonio blocca l'albero, quindi la valvola si muove lentamente o si inceppa. Si può sentire l'attuatore lavorare ma percepire poca frenata.
• Perdita d'aria al cilindro. Sulle unità ad azionamento pneumatico, un diaframma o cilindro che perde scarica aria dai serbatoi e indebolisce il freno. Se l'impianto perde pressione, verificare se il cilindro del freno a farfalla è coinvolto durante il controllo del decadimento.
• Sferragliamento o perdita di scarico. Boccole usurate fanno vibrare la valvola, e un alloggiamento incrinato o una guarnizione saltata a valle della restrizione possono perdere sotto contropressione.

La diagnosi è di solito semplice: a motore spento e impianto carico, azionare il freno e osservare la valvola a farfalla chiudersi completamente e riaprirsi con la molla. Un albero rigido, una valvola che non tiene tenuta o un attuatore che non si muove indicano subito il guasto. I gruppi valvola freno motore a farfalla di ricambio sono disponibili in qualità OE per rispettare le specifiche originali di flusso e contropressione - una valvola sottodimensionata o non compatibile o non frena correttamente oppure sovrappressurizza il collettore.

Utilizzo corretto

Il freno motore a farfalla è uno strumento per discese e decelerazioni. Attivarlo prima di iniziare una discesa, scegliere una marcia sufficientemente bassa perché sia il motore a trattenere la velocità, e lasciarlo sostenere il carico usando i freni di servizio solo per correggere la velocità. Prestare attenzione su pioggia o ghiaccio - su fondo scivoloso, la frenata motore sull'asse motore può compromettere l'aderenza, motivo per cui i sistemi si interbloccano con l'ABS per disattivarsi se le ruote iniziano a slittare. Usato correttamente, è uno dei modi più economici per mantenere i freni fondamentali freschi, sicuri e duraturi.