Co dělá proporcionální ventil? Jak to funguje, proč na tom záleží a znamení selhání

Lehce naložená dodávka prudce zabrzdí, když do jejího pruhu na mokrém kruhovém objezdu vjede auto. Příď klesá, zadní pneumatiky ztrácejí přilnavost a zadní část se začíná kývat doširoka. Tento výkyvný pohyb je přesně to selhání, k jehož zastavení byl navržen brzdový proporcionální ventil.

Proporcionální ventil je malá hydraulická součástka, přesto rozhoduje o tom, jakou brzdnou sílu může zadní náprava použít. Když je špatně slícované nebo rozbité, vozidlo, které by mělo zastavit v přímém směru, se může otočit, sklouznout do stran nebo zastavit příliš dlouho.

Co vlastně dělá proporcionální ventil

Mezi hlavním válcem a okruhem zadní brzdy je umístěn proporcionální ventil. U většiny osobních a lehkých nákladních vozidel je našroubován do výstupu hlavního válce, namontován na rámu nebo zabudován do kombinovaného ventilu, který také obsahuje spínač tlakového rozdílu pro výstražné světlo brzd.

Ventil není jednoduchý vypínač. Jedná se o tlakově citlivý hydraulický omezovač se záměrným dělicím bodem zabudovaným do jeho kalibrace. Jeho úkol lze shrnout do jednoho pravidla:

Během jemného a mírného brzdění ventil umožňuje, aby se plný hydraulický tlak dostal k zadním brzdám. Když tlak v potrubí stoupne za bod zapnutí, ventil omezí další průtok, takže tlak zadní brzdy roste mnohem pomaleji než tlak přední brzdy.

V jednoduchém inženýrském jazyce je zadní okruh „připnut“ nad nastaveným vstupním tlakem. Pod bodem zářezu se ventil chová jako rovná trubka. Nad bodem zapnutí začne ventil klesat procento vstupního tlaku. Kroutící moment zadní brzdy se proto při prudkém zastavení záměrně stává slabší než točivý moment přední brzdy.

Tato funkce je často zaměňována s posilováním brzd, protiblokovací modulací nebo elektronickou kontrolou stability. Tyto systémy působí na brzdy poté, co se kolo již začalo chovat nebezpečně. Proporční ventil funguje před tímto bodem tak, že tvaruje křivku hydraulického tlaku tak, že v první řadě je mnohem méně pravděpodobné, že dojde k zadnímu zablokování.

Proč vozidlo potřebuje omezení tlaku na zadních brzdách

Brzdění není jen otázka tvrdšího upnutí na protáčející se kolo. Schopnost pneumatiky přenášet brzdnou sílu závisí na tom, jak velká svislá hmotnost na ni tlačí. Při jakémkoli silném zastavení přenos hmotnosti dramaticky změní rovnici.

Zvažte vozidlo, které zpomaluje dostatečně silně na to, aby se jeho nos viditelně ponořil. Přední odpružení se stlačí, zadní odpružení se odlehčí a značná část hmotnosti vozidla se přesune směrem k přední nápravě. Výsledkem je, že zadní pneumatiky mají k dispozici menší přilnavost, zatímco přední pneumatiky mají k dispozici větší přilnavost.

Pokud by brzdový systém posílal stejný tlak na každé kolo, zadní brzdy by se zablokovaly jako první, protože by jim došla přilnavost pneumatik mnohem dříve než přední. Proporční ventil napravuje tuto nerovnováhu tím, že odmítá posílat nadměrný tlak do zadního okruhu.

Co se stane, když se zadní kola zablokují dříve než přední

Kolo, které je aretované a posuvné, nemá téměř žádnou boční nebo směrovou přilnavost. To má vážné následky při přímém nouzovém zastavení:

Zadní část vozidla může přerušit trakci a otočit se kolem přední nápravy, což způsobí roztočení nebo švih podobný zvedacímu noži.
Vstup do řízení je mnohem méně účinný, protože zadní náprava již nestabilizuje dráhu vozidla.
Brzdná dráha se prodlužuje, protože zablokovaná kluzná pneumatika generuje menší brzdnou sílu než pneumatika, která se stále otáčí blízko své hranice přilnavosti.
Teplo a defekty poškozují zadní pneumatiky, zvláště když je vozidlo často prázdné nebo málo naložené.

Stejný princip platí pro dodávku, pick-up, lehký užitkový podvozek nebo osobní automobil s přívěsem. Čím více se mění zatížení zadní nápravy mezi naloženým a prázdným stavem, tím důležitější je správně kalibrovaný proporcionální ventil.

Jak ventil vytváří dvoustupňovou tlakovou křivku

Uvnitř proporcionálního ventilu je pružinové uspořádání pístu nebo talířového talíře. Při lehkém brzdění prochází hydraulická kapalina ventilem nejsnadněji. Vnitřní píst zůstává mimo své sedlo a výstupní tlak téměř přesně odpovídá vstupnímu tlaku.

Když řidič prudčeji zabrzdí, rostoucí hydraulický tlak tlačí na vnitřní píst ventilu. Při předem nastaveném tlaku síla kapaliny překoná kalibrační pružinu, píst se pohybuje a průchod kapaliny je částečně uzavřen. Od tohoto okamžiku se k zadním brzdám dostane pouze kontrolované množství dodatečného tlaku – často mezi zhruba 30 a 50 procenty dodatečného vstupního tlaku.

Graf tohoto chování není přímá proporcionální čára přes celou dráhu pedálu. Je to křivka se dvěma sklony s ohybem známým jako bod kolena nebo bod rozdělení. Inženýři zvolí tento bod a sekundární sklon tak, aby odpovídaly rozložení hmotnosti vozidla, zdvihu odpružení, rozvoru kol a typu zadní brzdy.

Chcete-li si chování lépe představit, vezměte ventil se zapínáním na 300 psi a sekundárním tlakovým poměrem 40 procent:

Příklad tlakového vztahu pro proporcionální ventil s bodem zapnutí 300 psi a 40% sekundárním sklonem. Skutečná kalibrace se liší podle vozidla.
Vstup hlavního válce (psi)	Výstup zadního obvodu (psi)	Stav ventilu
100	100	Plný průtok
200	200	Plný průtok
300	300	Zařezávací bod
400	340	Omezený tlak
500	380	Omezený tlak
600	420	Omezený tlak
800	500	Omezený tlak

Přesná čísla se u jednotlivých rodin vozidel liší, protože zadní bubnové brzdy, zadní kotoučové brzdy a zadní nápravy pro velké zatížení potřebují různé profily tlaku. Co se nemění, je logika: nad kolenem musí zadní tlak stoupat mírnějším tempem než tlak vpředu, takže zadní pneumatiky nikdy nedostanou větší točivý moment, než mohou fyzicky využít.

Proč ABS nečiní proporční ventil zastaralým

Protiblokovací brzdové systémy monitorují rychlost kola a uvolňují brzdný tlak, když se kolo začne zablokovat. To zní podobně jako práce proporcionálního ventilu, ale tyto dvě součásti fungují v úplně odlišných bodech procesu brzdění.

ABS reaguje na kolo, které již ztratilo přilnavost. Proporční ventil zabraňuje tomu, aby zadní kola dosáhla této nebezpečné úrovně v první řadě při většině normálních a středních panikových zastávek. Když se ABS aktivuje, na proporčním ventilu stále záleží, protože určuje hydraulickou základní linii, ze které musí modulátor ABS pracovat.

Vozidlo s těžkým brzdovým pedálem, lepkavými zadními brzdami nebo nesprávně kalibrovaným ventilem přinutí systém ABS pracovat mnohem intenzivněji, než bylo zamýšleno. Výsledkem jsou delší brzdné dráhy, větší hluk a pulzace pedálů a zbytečné opotřebení čerpadla ABS a ventilů modulátoru. Správně fungující proporcionální ventil udržuje hydraulický základ vyvážený, takže elektronické systémy musí zvládnout pouze posledních několik procent prokluzu kol.

Jak se stejná logika objevuje u vzduchem brzděných užitkových vozidel

Většina výsledků vyhledávání o proporcionálních ventilech pochází ze světa osobních automobilů, protože hydraulické brzdové okruhy používají přesně tento název součásti. Technici, kteří pracují na těžkých nákladních vozidlech a autobusech, vidí stejný problém – zablokování zadní nápravy, když je vozidlo mírně naloženo – ale řešení v plně pneumatickém brzdovém systému je navrženo s jiným hardwarem, jako jsou regulační ventily snímající zatížení a reléové ventily.

Reléový ventil v systému vzduchové brzdy přijímá malý řídicí tlak z ventilu nožní brzdy a používá jej k uvolnění stlačeného vzduchu ze zásobníku přímo do brzdových komor. Nesnižuje tlak přesně stejným způsobem jako hydraulický proporcionální ventil, ale provádí stejný druh vyvažovacího úkonu pro uspořádání těžkého vozidla: zkracuje dobu odezvy, tvaruje nárůst tlaku na zadní nápravě a musí být přizpůsoben konfiguraci nápravy vozidla a rozsahu zatížení.

Pro technika pohybujícího se mezi třídami vozidel je metoda odstraňování problémů užitečnější než název součásti. Pokud lehce naložený nákladní vůz při prudkém zastavení zablokuje zadní nápravu, inspektor zkontroluje, zda je brzdový ventil na této nápravě správně namontován, zda byl seřízen zdvih tlačné tyče a zda tlak dodávaný do zadních komor odpovídá zamýšlené charakteristice. Praktické pozadí v rodinách pneumatických brzdových ventilů pomáhá objasnit, kde spolu hydraulické a vzduchové systémy nesouhlasí.

Když si týmy údržby objednají náhradní jednotky pro vzduchem bržděná užitková vozidla, často se namísto přestavby kazet na vozidle používají kompletní sady reléových ventilů, protože pouzdro, kalibrace a montážní prvky jsou vybírány společně pro konkrétní uspořádání nápravy.

Complete Relay Valve Kit for Pneumatic Brake Systems

Kompletní sada reléových ventilů pro pneumatické brzdové systémy Tato sada obsahuje pouzdro, kalibraci a montážní součásti pro vzduchem bržděná užitková vozidla a nabízí náhradu připravenou k instalaci, která je v souladu s konkrétním uspořádáním náprav a pomáhá vyhnout se nesouladu kalibrace. Zobrazit produkt →

Stejný standard přizpůsobení ventilu k vozidlu platí bez ohledu na to, zda je okruh naplněn brzdovou kapalinou nebo stlačeným vzduchem. Špatná kalibrace není jen problémem výkonu; je to bezpečnostní riziko, které se objeví v nejhorší možnou chvíli.

Příznaky selhání proporčního ventilu

Proporční ventil obvykle selže jedním ze tří způsobů: zasekne se v plně otevřené poloze, zcela zablokuje zadní okruh nebo prosakuje kapalina přes jeho těsnění. Každý režim poruchy vytváří zřetelnou řidičskou stížnost.

Zadní kola se při prudkém brzdění zablokují. Když je ventil zaseknutý otevřený, neomezuje zadní tlak nad bodem zapnutí. Zadní náprava dostává příliš velký brzdný moment a zadní část vozidla může klouzat nebo vystupovat na mokré nebo suché vozovce.
Zadní brzdy téměř nereagují. Pokud nečistoty nebo koroze drží vnitřní píst uzavřený, tlak nemůže dosáhnout zadního okruhu. Vozidlo se při brzdění naklání dopředu, brzdná dráha stoupá a zadní bubny nebo kotouče zůstávají po prudkém zastavení znatelně chladnější než přední.
Kapalina uniká z těla ventilu nebo jeho spojů. Netěsný ventil snižuje hladinu kapaliny, v průběhu času vytváří měkký pedál a zanechává viditelnou korozi kolem zmáčknutého švu kombinovaného ventilu.
Výstražná kontrolka brzdy svítí nebo opakovaně vypíná. Mnoho kombinovaných ventilů obsahuje tlakový diferenciální spínač, který detekuje rozdíl mezi předním a zadním okruhem. Zaseknutý dávkovací ventil může udržet tento spínač mimo střed i po opravě původní netěsnosti nebo poruchy válce kola.
Tah brzd, který se objeví pouze při prudkém brzdění. Některé proporcionální ventily jsou v lehkých komerčních aplikacích kombinovány se zadním spojem pro snímání výšky nebo zatížení. Pokud je tento spoj odpojený nebo zrezivělý, ventil může mít špatnou kalibraci a přimět vozidlo táhnout k jedné straně.

Diagnostika proporcionálního ventilu před jeho výměnou

Proporční ventil je zřídka první částí, která by měla být obviňována z reklamace brzd. Znečištění brzdové kapaliny, zadřené válce kol, příliš seřízené zadní čelisti a opotřebované zavěšení, to vše vyvolává podobné příznaky. Nejchytřejší diagnostická sekvence se pohybuje od jednoduchých kontrol k tlakovým testům.

Ověřte, zda jsou samotné zadní brzdy v dobrém stavu. Proveďte údržbu bubnů nebo kotoučů, vyměňte opotřebovaný třecí materiál a ujistěte se, že se válce zadních kol nebo třmeny volně pohybují.
Zkontrolujte seřízení zadních brzdových čelistí. Pokud jsou přetaženy nebo nesprávně nastaveny, budou vytvářet falešný dojem selhání dávkovacího ventilu.
Proveďte řízené zastavení při nízké rychlosti na prázdném, suchém pozemku. Pokud se zadní část zablokuje pouze při prudkém sešlápnutí pedálu, je chyba pravděpodobně spíše na straně systému omezující tlak než v třecích částech.
Použijte manometr. Nainstalujte manometr do zadního odvzdušňovacího otvoru, pevně sešlápněte brzdový pedál a porovnejte naměřenou hodnotu s tlakem hlavního válce. Zdravý ventil udržuje zadní tlak pod vstupním bodem za bodem zapnutí; zaseknutý otevřený ventil dodává vstupní tlak celou cestu.
Zkontrolujte těleso ventilu, zda nevykazuje pruhy kapaliny, korozi a rozdrcené brzdové potrubí. U kombinovaných ventilů ověřte, že se tlakový diferenciální spínač po jakékoli předchozí hydraulické opravě znovu vystředil.
Vyměňte ventil za jednotku kalibrovanou pro stejný rozsah zatížení zadní nápravy a poté odvzdušněte všechny čtyři rohy pomocí výrobcem specifikované sekvence odvzdušnění.

Hodnoty tlaku by měly být vždy shromažďovány s plně nabitým brzdovým systémem a pomocníkem, který drží pedál stálou silou. Okamžité údaje získané pomocí rychlopedálových pump mohou být zavádějící, protože proporční ventil potřebuje stabilní vstupní tlak, aby dosáhl čistého bodu zapnutí.

Když vše funguje, proporční ventil dělá svou práci neviditelně. Řidič jednoduše sešlápne pedál, vozidlo se nakloní dopředu a všechna čtyři kola se bez dramatizace podělí o práci při zastavení. Ve chvíli, kdy ventil selže, se ale i jinak zdravý brzdový systém stává nebezpečným při panickém zastavení.

To je důvod, proč brzdoví inženýři považují kalibraci proporcí spíše za nedílnou součást designu vozidla než za příslušenství. Ať už vozidlo používá hydraulický ventil na pickupu nebo pečlivě sladěný reléový ventil na vzduchem brzděném komerčním podvozku, cíl je vždy stejný: udržet zadní nápravu stabilní a nechat přední brzdy dělat těžkou práci.