Do czego służy zawór dozujący? Jak to działa, dlaczego to ma znaczenie i znak awarii

Lekko załadowany samochód dostawczy gwałtownie hamuje, gdy na mokrym rondzie samochód wjeżdża na jego pas. Przód opada, tylne opony tracą przyczepność, a tył zaczyna się szeroko wahać. Ten ruch wahadłowy jest właśnie awarią, którą zawór dozujący hamulca miał zatrzymać.

Zawór dozujący to niewielki element hydrauliczny, który jednak decyduje o tym, jaką siłę hamowania może wykorzystać tylna oś. Gdy jest źle dopasowany lub uszkodzony, pojazd, który powinien zatrzymać się na linii prostej, może obrócić się, zsunąć na boki lub zatrzymać się zbyt długo.

Co właściwie robi zawór dozujący

Zawór dozujący znajduje się pomiędzy głównym cylindrem a obwodem tylnego hamulca. W większości samochodów osobowych i lekkich ciężarówek jest on wkręcany w wylot głównego cylindra, montowany na ramie lub wbudowany w zawór kombinowany, w którym znajduje się również przełącznik różnicy ciśnień dla lampki ostrzegawczej hamulców.

Zawór nie jest prostym włącznikiem/wyłącznikiem. Jest to wrażliwy na nacisk ogranicznik hydrauliczny z celowo wbudowanym punktem podziału w kalibracji. Jego zadanie można streścić w jednej zasadzie:

Podczas łagodnego i umiarkowanego hamowania zawór umożliwia dotarcie pełnego ciśnienia hydraulicznego do tylnych hamulców. Gdy ciśnienie w układzie przekroczy punkt załączenia, zawór ogranicza dalszy przepływ, w związku z czym ciśnienie w tylnym hamulcu rośnie znacznie wolniej niż ciśnienie w przednim hamulcu.

Mówiąc prostym językiem inżynierskim, obwód tylny jest „obcięty” powyżej ustawionego ciśnienia wejściowego. Poniżej punktu załączenia zawór zachowuje się jak prosta rura. Powyżej punktu włączenia zawór zaczyna spadać o pewien procent ciśnienia wejściowego. Dlatego też podczas gwałtownego hamowania moment hamowania tylnego staje się celowo słabszy niż moment hamowania przedniego.

Funkcja ta jest często mylona ze wspomaganiem hamulców, modulacją przeciwblokującą lub elektroniczną kontrolą stabilności. Układy te oddziałują na hamulce już wtedy, gdy koło zaczyna zachowywać się niebezpiecznie. Zawór dozujący działa przed tym punktem, kształtując krzywą ciśnienia hydraulicznego w taki sposób, że prawdopodobieństwo wystąpienia tylnego zablokowania jest znacznie mniejsze.

Dlaczego pojazd potrzebuje ograniczenia ciśnienia w tylnych hamulcach

Hamowanie to nie tylko kwestia mocniejszego dociśnięcia kręcącego się koła. Zdolność opony do przenoszenia siły hamowania zależy od nacisku na nią pionowego ciężaru. Podczas każdego mocnego zatrzymania przeniesienie ciężaru radykalnie zmienia to równanie.

Rozważmy pojazd zwalniający na tyle mocno, że jego przód wyraźnie się obniża. Przednie zawieszenie ulega kompresji, tylne zostaje odciążone, a znaczna część masy pojazdu przesuwa się w stronę przedniej osi. W rezultacie tylne opony mają mniejszą przyczepność, podczas gdy przednie opony mają większą dostępną przyczepność.

Gdyby układ hamulcowy wysyłał takie samo ciśnienie do każdego koła, tylne hamulce blokowałyby się jako pierwsze, ponieważ traciłyby przyczepność opony znacznie wcześniej niż przednie. Zawór dozujący koryguje tę nierównowagę, nie wysyłając nadmiernego ciśnienia do tylnego obwodu.

Co się stanie, gdy tylne koła zablokują się przed przednimi

Koło, które jest zablokowane i ślizga się, prawie nie ma przyczepności bocznej ani kierunkowej. Ma to poważne konsekwencje w przypadku zatrzymania awaryjnego po linii prostej:

Tył pojazdu może utracić przyczepność i obrócić się wokół przedniej osi, powodując obrót lub kołysanie przypominające scyzoryk.
Sterowanie kierownicą staje się znacznie mniej skuteczne, ponieważ tylna oś nie stabilizuje już toru pojazdu.
Droga hamowania wydłuża się, ponieważ zablokowana opona ślizgowa generuje mniejszą siłę hamowania niż opona, która nadal obraca się w pobliżu granicy przyczepności.
Wysoka temperatura i plamy powodują uszkodzenie tylnych opon, zwłaszcza gdy pojazd często jeździ pusty lub lekko obciążony.

Ta sama zasada dotyczy furgonetki, pickupa, podwozia do pojazdów dostawczych lub samochodu osobowego ciągnącego przyczepę. Im bardziej zmienia się obciążenie tylnej osi pomiędzy stanem obciążonym i pustym, tym ważniejszy staje się prawidłowo skalibrowany zawór dozujący.

Jak zawór wytwarza dwustopniową krzywą ciśnienia

Wewnątrz zaworu dozującego znajduje się sprężynowy układ tłoka lub grzybka. Podczas lekkiego hamowania płyn hydrauliczny przepływa najłatwiejszą drogą przez zawór. Wewnętrzny tłok pozostaje poza swoim gniazdem, a ciśnienie wylotowe prawie dokładnie odpowiada ciśnieniu wlotowemu.

Kiedy kierowca hamuje mocniej, rosnące ciśnienie hydrauliczne naciska na wewnętrzny tłok zaworu. Przy zadanym ciśnieniu siła płynu pokonuje sprężynę kalibracyjną, tłok porusza się, a kanał płynu zostaje częściowo zamknięty. Od tego momentu do tylnych hamulców dociera jedynie kontrolowana ilość dodatkowego ciśnienia — często od około 30 do 50 procent dodatkowego ciśnienia wejściowego.

Wykres tego zachowania nie jest prostą proporcjonalną linią na całym skoku pedału. Jest to krzywa o dwóch nachyleniach z zagięciem zwanym punktem przegięcia lub punktem podziału. Inżynierowie wybierają ten punkt i nachylenie drugorzędne, aby dopasować je do rozkładu masy pojazdu, skoku zawieszenia, rozstawu osi i typu tylnego hamulca.

Aby ułatwić wyobrażenie sobie tego zachowania, weź zawór z zacięciem przy ciśnieniu 300 psi i współczynnikiem ciśnienia wtórnego wynoszącym 40 procent:

Przykładowa zależność ciśnienia dla zaworu dozującego z punktem załączenia 300 psi i nachyleniem wtórnym 40%. Rzeczywista kalibracja różni się w zależności od pojazdu.
Wejście głównego cylindra (psi)	Wyjście obwodu tylnego (psi)	Stan zaworu
100	100	Pełny przepływ
200	200	Pełny przepływ
300	300	Punkt odcięcia
400	340	Ograniczone ciśnienie
500	380	Ograniczone ciśnienie
600	420	Ograniczone ciśnienie
800	500	Ograniczone ciśnienie

Dokładne liczby różnią się w zależności od rodziny pojazdów, ponieważ tylne hamulce bębnowe, tylne hamulce tarczowe i tylne osie o dużej wytrzymałości wymagają różnych profili ciśnienia. Nie zmienia się logika: powyżej kolan ciśnienie z tyłu musi rosnąć wolniej niż ciśnienie z przodu, aby tylne opony nigdy nie otrzymały większego momentu obrotowego, niż są w stanie fizycznie wykorzystać.

Dlaczego ABS nie sprawia, że zawór dozujący staje się przestarzały

Układy przeciwblokujące monitorują prędkość kół i zwalniają ciśnienie w hamulcach, gdy koło zaczyna się blokować. Brzmi to podobnie do zadania zaworu dozującego, ale te dwa elementy działają w zupełnie różnych momentach procesu hamowania.

ABS reaguje na koło, które straciło już przyczepność. Zawór dozujący zapobiega osiągnięciu przez tylne koła niebezpiecznego poziomu przede wszystkim podczas większości normalnych i umiarkowanych zatrzymań panikowych. Kiedy ABS się aktywuje, zawór dozujący nadal ma znaczenie, ponieważ określa hydrauliczną linię bazową, według której musi działać modulator ABS.

Pojazd z ciężkim pedałem hamulca, zacinającymi się tylnymi hamulcami lub nieprawidłowo skalibrowanym zaworem zmusi układ ABS do znacznie cięższej pracy niż zamierzono. Rezultatem jest dłuższa droga hamowania, większy hałas i pulsacja pedałów oraz niepotrzebne zużycie pompy ABS i zaworów modulatora. Prawidłowo działający zawór dozujący utrzymuje równowagę hydrauliczną, dzięki czemu układy elektroniczne muszą poradzić sobie tylko z ostatnimi kilkoma procentami poślizgu kół.

Jak ta sama logika pojawia się w pojazdach użytkowych z hamulcami pneumatycznymi

Większość wyników wyszukiwania dotyczących zaworów dozujących pochodzi ze świata samochodów osobowych, ponieważ w hydraulicznych obwodach hamulcowych używana jest dokładnie ta nazwa komponentu. Technicy pracujący przy ciężkich samochodach ciężarowych i autobusach widzą ten sam problem – blokowanie tylnej osi, gdy pojazd jest lekko obciążony – ale rozwiązanie w postaci w pełni pneumatycznego układu hamulcowego obejmuje inny sprzęt, taki jak zawory sterujące wykrywające obciążenie i zawory przekaźnikowe.

Zawór przekaźnikowy w pneumatycznym układzie hamulcowym odbiera niewielkie ciśnienie sterujące z zaworu hamulca nożnego i wykorzystuje je do uwolnienia sprężonego powietrza ze zbiornika bezpośrednio do komór hamulcowych. Nie zmniejsza ciśnienia w taki sam sposób, jak hydrauliczny zawór dozujący, ale pełni tę samą funkcję równoważenia w przypadku ciężkiego pojazdu: skraca czas reakcji, kształtuje wzrost ciśnienia na tylnej osi i musi być dostosowany do konfiguracji osi pojazdu i zakresu obciążenia.

Dla technika poruszającego się między klasami pojazdów metoda rozwiązywania problemów jest bardziej przydatna niż nazwa komponentu. Jeżeli lekko obciążona ciężarówka podczas twardego zatrzymania blokuje tylną oś, inspektor sprawdza, czy zawór hamulcowy na tej osi jest prawidłowo zamontowany, czy wyregulowano skok popychacza i czy ciśnienie dostarczane do tylnych komór odpowiada zamierzonej charakterystyce. Praktyczne podstawy rodzin pneumatycznych zaworów hamulcowych pomaga wyjaśnić, gdzie systemy hydrauliczne i pneumatyczne nie zgadzają się ze sobą.

Kiedy zespoły konserwacyjne zamawiają zespoły zamienne do pojazdów użytkowych z hamulcami pneumatycznymi, zamiast regeneracji wkładów w pojeździe często stosuje się kompletne zestawy zaworów przekaźnikowych, ponieważ obudowę, elementy kalibracyjne i montażowe dobiera się wspólnie dla określonego układu osi.

Complete Relay Valve Kit for Pneumatic Brake Systems

Kompletny zestaw zaworu przekaźnikowego do pneumatycznych układów hamulcowych Zestaw ten obejmuje obudowę, elementy kalibracyjne i montażowe do pojazdów użytkowych z hamulcami pneumatycznymi, oferując gotowy do montażu zamiennik, który pasuje do określonych układów osi i pomaga uniknąć niedopasowań kalibracji. Zobacz produkt →

Ten sam standard dopasowania zaworu do pojazdu obowiązuje niezależnie od tego, czy obwód jest wypełniony płynem hamulcowym, czy sprężonym powietrzem. Niewłaściwa kalibracja to nie tylko problem z wydajnością; jest to zagrożenie bezpieczeństwa, które pojawi się w najgorszym możliwym momencie.

Objawy awarii zaworu dozującego

Zawór dozujący zwykle ulega awarii na jeden z trzech sposobów: blokuje się w pozycji całkowicie otwartej, całkowicie blokuje tylny obwód lub wycieka płyn przez uszczelki. Każdy tryb awarii powoduje odrębną skargę dotyczącą jazdy.

Blokowanie tylnych kół podczas gwałtownego hamowania. Gdy zawór jest zablokowany w pozycji otwartej, nie ogranicza ciśnienia tylnego powyżej punktu załączenia. Na tylną oś oddziałuje zbyt duży moment hamowania, przez co tył pojazdu może się ślizgać lub wypadać na mokrej lub suchej nawierzchni.
Tylne hamulce ledwo reagują. Jeśli zanieczyszczenia lub korozja powodują zamknięcie wewnętrznego tłoka, ciśnienie nie może dotrzeć do tylnego obwodu. Podczas hamowania pojazd pochyla się do przodu, droga hamowania wydłuża się, a po mocnym zatrzymaniu tylne bębny lub tarcze pozostają zauważalnie chłodniejsze niż przednie.
Wyciek płynu z korpusu zaworu lub jego połączeń. Nieszczelny zawór obniża poziom płynu, z czasem tworzy miękki pedał i pozostawia widoczną korozję wokół zaprasowanego szwu zaworu kombinowanego.
Lampka ostrzegawcza hamulców pozostaje zapalona lub zapala się wielokrotnie. Wiele zaworów kombinowanych zawiera przełącznik różnicy ciśnień, który wykrywa różnicę między obwodem przednim i tylnym. Zablokowany zawór dozujący może sprawić, że przełącznik będzie ustawiony poza środkiem nawet po naprawieniu pierwotnej nieszczelności lub awarii cylindra koła.
Ściąganie hamulca pojawiające się tylko podczas gwałtownego hamowania. Niektóre zawory dozujące są połączone z tylnym złączem wykrywającym wysokość lub obciążenie w lekkich zastosowaniach komercyjnych. Jeśli to połączenie jest odłączone lub zardzewiałe, zawór może utrzymać niewłaściwą kalibrację i spowodować ściąganie pojazdu w jedną stronę.

Diagnozowanie zaworu dozującego przed jego wymianą

Zawór dozujący rzadko jest pierwszą częścią, którą można obwinić za usterkę hamulca. Zanieczyszczenie płynu hamulcowego, zapieczone cylindry kół, nadmiernie wyregulowane tylne szczęki i zużyte zawieszenie powodują podobne objawy. Najmądrzejsza sekwencja diagnostyczna przechodzi od prostych kontroli do prób ciśnieniowych.

Sprawdź, czy same tylne hamulce są w dobrym stanie. Wykonaj przegląd bębnów lub tarcz, wymień zużyty materiał cierny i sprawdź, czy cylindry lub zaciski tylnych kół poruszają się swobodnie.
Sprawdź regulację tylnych szczęk hamulcowych. Jeśli się zaciągają lub są nieprawidłowo wyregulowane, tworzą fałszywe wrażenie awarii zaworu dozującego.
Wykonaj kontrolowane zatrzymanie przy niskiej prędkości na pustej, suchej działce. Jeżeli tył blokuje się dopiero po ostrym naciśnięciu pedału, usterka prawdopodobnie leży po stronie układu ograniczającej ciśnienie, a nie w częściach ciernych.
Użyj manometru. Zamontuj manometr w tylnym otworze odpowietrzającym, mocno wciśnij pedał hamulca i porównaj odczyt z ciśnieniem w pompie hamulcowej. Sprawny zawór utrzymuje ciśnienie tylne poniżej wartości wejściowej po punkcie włączenia; zablokowany, otwarty zawór zapewnia całkowite ciśnienie wejściowe.
Sprawdź korpus zaworu pod kątem smug płynu, korozji i zgniecionych przewodów hamulcowych. W przypadku zaworów kombinowanych sprawdź, czy przełącznik różnicy ciśnień został ponownie wycentrowany po każdej wcześniejszej naprawie hydraulicznej.
Wymień zawór na jednostkę skalibrowaną dla tego samego zakresu obciążenia tylnej osi, a następnie odpowietrz wszystkie cztery rogi, stosując sekwencję odpowietrzania określoną przez producenta.

Odczyty ciśnienia należy zawsze dokonywać przy całkowicie naładowanym układzie hamulcowym i przy pomocy pomocnika trzymającego pedał ze stałą siłą. Odczyty skokowe wykonane za pomocą szybkich pomp pedałowych mogą wprowadzać w błąd, ponieważ zawór dozujący potrzebuje stabilnego ciśnienia wejściowego, aby czysto osiągnąć punkt załączenia.

Kiedy wszystko działa, zawór dozujący wykonuje swoją pracę w sposób niewidoczny. Kierowca po prostu naciska pedał, pojazd pochyla się do przodu, a hamowanie wszystkich czterech kół odbywa się bez żadnych dramatyzmu. Jednak w momencie awarii zaworu nawet zdrowy układ hamulcowy staje się niebezpieczny w przypadku zatrzymania awaryjnego.

Dlatego inżynierowie hamulców traktują kalibrację dozowania jako integralną część konstrukcji pojazdu, a nie akcesorium. Niezależnie od tego, czy w pojeździe zastosowano zawór hydrauliczny w pickupie, czy starannie dobrany zawór przekaźnikowy w podwoziu użytkowym z hamulcem pneumatycznym, cel jest zawsze ten sam: utrzymać stabilność tylnej osi, jednocześnie pozwalając, aby przednie hamulce wykonały ciężką pracę.