À quoi sert une valve de dosage de frein ? Fonction, signes de défaillance et spécifications

Une camionnette d’une demi-tonne avec 800 livres de tuiles dans le lit freine fort sur l’asphalte mouillé. Les pneus avant s’enfoncent et tiennent. Les pneus arrière, qui supportaient une part confortable de la charge quelques instants plus tôt, se détachent et se bloquent. La queue sort et le conducteur l'attrape avec un contre-braquage rapide. C’est ce moment unique qu’une valve proportionnelle de freinage existe pour éviter.

La réponse courte : une valve proportionnelle de freinage réduit la pression hydraulique allant aux freins arrière une fois que la pression de conduite dépasse un seuil calibré. En dessous de ce seuil, la pression passe dans un rapport de 1:1. Au-dessus, la pression arrière continue de grimper, mais plus lentement que la pression avant. Le résultat est un couple de freinage arrière qui suit le poids réellement posé sur l'essieu arrière lors d'un arrêt brutal, et non le poids qui y était lorsque le véhicule était garé.

Sur la plupart des véhicules construits avant le milieu des années 2000, vous le trouverez sous la forme d'un bloc séparé en laiton ou en fonte vissé dans la conduite de frein arrière, ou intégré dans une valve combinée boulonnée sous le maître-cylindre. Sur les camionnettes, les fourgonnettes et certains SUV, il s'agit souvent d'une version à détection de charge avec un levier lié à l'essieu arrière. Sur les véhicules ABS à quatre roues, le travail est souvent effectué électroniquement.

Pourquoi les freins arrière nécessitent moins de pression que les freins avant

Le freinage est un événement de transfert de poids. Plus vous décélérez fort, plus l'essieu avant supporte de charge et moins l'essieu arrière en supporte, même si rien de physique ne bouge entre eux. L'adhérence des pneus suit la charge, de sorte que les pneus avant gagnent de la traction tandis que les pneus arrière la cèdent.

Prenez une berline de 4 200 lb avec un empattement de 118 pouces et un centre de gravité à environ 22 pouces au-dessus de la route, freinant à 0,75 g :

Si les deux essieux recevaient une pression hydraulique identique via des étriers de taille identique, les freins arrière atteindraient leur seuil de blocage bien avant les freins avant. Et comme l’adhérence des pneus n’évolue pas de manière parfaitement linéaire avec la charge, l’écart réel est encore plus large que ce que suggère le tableau. Les pneus arrière bloqués constituent une issue dangereuse : un essieu arrière coulissant ne peut pas résister au lacet, le véhicule préfère donc patiner plutôt que de s'arrêter tout droit.

Comment une vanne de dosage produit une courbe à deux pentes

Une vanne doseuse fixe est mécaniquement simple : un alésage étagé, un piston, un ressort calibré et une paire de chambres à fluide. Ce qui le rend utile, c’est qu’il ne se contente pas de limiter la pression arrière. Cela plie la courbe de pression.

1. En dessous du point de partage. La précharge du ressort maintient le piston dans sa position de repos. Le fluide passe directement à travers, de sorte que les pressions des conduites avant et arrière augmentent ensemble selon un rapport de 1:1.
2. Au point de partage. La pression d'entrée agissant sur la face du piston génère suffisamment de force pour vaincre le ressort. Il s’agit du genou de la courbe, parfois appelé point de partage ou point de fissure.
3. Au-dessus du point de partage. Le piston se déplace et ferme le passage direct. Toute augmentation supplémentaire de la pression agit désormais sur une surface effective plus grande, de sorte que la pression de sortie augmente à un rythme réduit fixé par le rapport de la surface d'alésage.

Ce que signifient les chiffres dans la pratique

Les points de partage se situent généralement entre 300 et 600 psi, avec des pentes généralement comprises entre 0,2 et 0,5. Une soupape avec un point de partage de 400 psi et une pente de 0,4 se comporte comme ceci : à 1 000 psi de pression du maître-cylindre, la pression de la conduite arrière est de 400 (1 000 - 400) × 0,4, ce qui équivaut à 640 psi. Les freins arrière travaillent toujours dur, mais pas autant que les freins avant.

Pourquoi ne pas simplement limiter la pression

Un plafond plat laisserait les freins arrière sous-utilisés chaque fois que le véhicule est chargé. Une courbe à deux pentes permet aux freins arrière de contribuer à la force d'arrêt totale sur une plage plus large de charge et de décélération, c'est pourquoi la proportionnalité a remplacé la simple limitation sur la plupart des applications passagers.

Le dosage, la limitation de pression et la détection de charge ne sont pas la même chose

Les catalogues de pièces brouillent ces catégories, mais elles se comportent différemment sur la route. Les acheteurs spécifiant du matériel doivent vérifier quelle courbe ils achètent réellement.

La durabilité de chacune de ces conceptions dépend du ressort et du joint. La précharge du ressort définit le point de partage, et une précharge qui dérive de quelques pour cent décale toute la courbe. C'est pourquoi des fournisseurs réputés citent des données d'étalonnage plutôt que simplement des tailles de ports et des pas de filetage.

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Vannes combinées, vannes de dosage et clapet anti-retour à l'intérieur

Lorsqu'une vanne proportionnelle est intégrée à une vanne combinée, elle partage un boîtier avec trois autres fonctions, et chacune affecte la sensation de la pédale :

• Vanne de dosage ou de retenue : retarde l'application du disque avant jusqu'à environ 75 à 300 psi de pression de conduite, donnant aux freins à tambour arrière un moment pour surmonter la tension du ressort de rappel et commencer à fonctionner. Sans cela, les disques avant mordent en premier et le véhicule se renverse sur de légers appuis sur la pédale.
• Pressostat différentiel : un piston qui se déplace lorsqu'un circuit hydraulique perd de la pression par rapport à l'autre, mettant à la terre le témoin de freinage sur le tableau de bord.
• Clapet anti-retour de pression résiduelle : maintient une petite quantité de pression dans les conduites, environ 2 psi pour les circuits à disque et jusqu'à 10 psi pour les circuits à tambour, pour maintenir les joints de coupelle en place contre leurs alésages.

Le clapet anti-retour est le plus simple du groupe et celui le plus souvent confondu avec une valve doseuse lors du diagnostic, car les deux vivent dans le même boîtier. Un clapet anti-retour défaillant se manifeste sous la forme d'une pédale spongieuse ou d'une lente purge de pression plutôt que d'un blocage de la roue arrière.

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Symptômes de défaillance que vous pouvez réellement vérifier

Les vannes de dosage échouent dans deux directions : elles arrêtent de réduire la pression ou elles diminuent trop. Les deux peuvent être diagnostiqués sans deviner.

• Les pneus arrière gazouillent ou se bloquent avant les avants lors d'un freinage modéré, en particulier avec une caisse ou un coffre vide.
• Pneus arrière crevés ou sensation de sautillement ressentie à travers la carrosserie plutôt que dans le volant.
• Les freins arrière s'usent beaucoup plus lentement que les avants, ce qui indique une valve coincée en position réductrice.
• Humidité ou résidu de liquide cristallisé autour du corps de la vanne et de ses raccords.
• Un témoin de freinage qui reste allumé sur les véhicules à l'aide d'un pressostat différentiel.
• Blocage arrière apparu immédiatement après une réparation de suspension, un kit de levage ou un remplacement de ressort. Sur les valves à détection de charge, il s'agit presque toujours d'une tringlerie qui n'a jamais été réajustée à la nouvelle hauteur de caisse.

Le test définitif est simple : installez des manomètres sur un purgeur avant et un purgeur arrière, appliquez une force sur la pédale par incréments lents et enregistrez l'endroit où la courbe arrière s'écarte de l'avant. Comparez le point de partage mesuré avec la spécification. Cela prend une vingtaine de minutes et lève tout doute.

Où le même travail est fait sur les camions à freins pneumatiques

Les véhicules utilitaires équipés de freins pneumatiques n'utilisent pas de valves proportionnelles hydrauliques, mais le problème sous-jacent, à savoir maintenir la force de freinage arrière adaptée à la charge sur l'essieu arrière, doit être résolu quelque part. Sur ces véhicules, le travail est réparti sur plusieurs composants.

La vanne relais est le parent fonctionnel le plus proche. Il reçoit un signal de commande basse pression de la valve à pédale et délivre la pression du réservoir aux chambres de service proportionnellement à ce signal, de sorte qu'une pédale légère produit un léger freinage sans que le conducteur ait à moduler un grand volume d'air. Les valves de détection de charge sur l'essieu arrière augmentent ou diminuent ensuite la pression délivrée en fonction de la déflexion de la suspension, ce qui est l'idée pneumatiquement équivalente à une valve proportionnelle à détection de hauteur. Les soupapes de sécurité des réservoirs accomplissent une tâche entièrement différente : elles limitent la pression du système afin qu'un déchargeur ou un régulateur défaillant ne puisse pas surpressuriser le circuit.

Étant donné que ces vannes se trouvent dans le chemin de sécurité, les tolérances sur l'alésage, le ressort de rappel du piston et le composé de la membrane sont ce qui différencie une unité fiable d'une unité de courte durée. Il est utile de comprendre l'ensemble de la famille avant de spécifier les remplacements d'une flotte, ainsi qu'un aperçu général de vannes relais et autres vannes de freinage pneumatiques est un point de départ utile.

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Que vérifier avant de commander un remplacement

Une vanne proportionnelle est un ensemble calibré et non un raccord. Deux vannes avec des filetages et des trous de montage identiques peuvent présenter des courbes complètement différentes. Avant de vous engager sur un bon de commande, confirmez les points suivants :

1. Point de partage et pente. Demandez la courbe d'étalonnage, pas seulement le numéro de pièce. Une valve calibrée pour un poids total en charge différent du véhicule freinera sous-freiné l'essieu arrière lorsqu'il est chargé ou le verrouillera lorsqu'il est vide.
2. Compatibilité des matériaux d’étanchéité. Le liquide de frein hydraulique attaque rapidement le mauvais élastomère. L'EPDM est la base pour les services DOT 3 et DOT 4 ; tout le reste doit être justifié.
3. Consistance printanière. Le ressort définit le point de partage. Une tolérance de plus ou moins 5 % sur la précharge déplace la courbe de manière mesurable, alors demandez ce que le fournisseur détient en production et comment cela est vérifié.
4. Liaison à détection de charge. Si la valve détecte la hauteur, vérifiez si le support et le levier sont fournis avec et si la tringlerie est réglable pour la hauteur de caisse cible.
5. Traçabilité des lots et enregistrements des tests de pression. Pour les programmes de flotte et OEM, un fournisseur qui ne peut pas produire de données de test par lot crée une exposition à la garantie qui dépasse toute économie sur le prix unitaire.

C'est la discipline derrière la quincaillerie des vannes et des cylindres fabriquée par Pièces automobiles ZEAST , l'identité commerciale de Yuyao Zhedong Automotive Parts Factory à Yuyao, Zhejiang, un fabricant de soupapes de frein et de sièges de soupape en activité depuis septembre 1988. L'usine gère son propre centre de fabrication de moules ainsi que des ateliers de métallurgie, de caoutchouc et de collage, est titulaire des certifications GB/T19001-2000 idt et ISO 9001:2000, et fournit des sièges de soupape, des ensembles de soupapes, des pièces usinées et des composants en caoutchouc aux fabricants de véhicules et d'assemblages, notamment First Automobile Works et Dongfeng, avec des exportations vers plus de 30 pays. Pour les acheteurs qui s’approvisionnent en composants de contrôle de pression, cette combinaison d’outillage interne et d’expérience de longue date en matière d’approvisionnement OEM est généralement le facteur décisif.

Une valve de dosage de frein effectue un travail restreint, et elle le fait silencieusement pendant des décennies. Il maintient la pression des freins arrière en dessous du niveau qui bloquerait un essieu arrière légèrement chargé, en pliant la courbe de pression plutôt qu'en la plafonnant. En cas de panne, les symptômes apparaissent d'abord dans les pneus arrière : des gazouillis, des méplats et une queue qui veut mener le nez.

Qu'il s'agisse de diagnostiquer un système hydraulique sur un véhicule de tourisme ou de spécifier des valves de frein pneumatiques pour une flotte commerciale, le même principe s'applique. La force de freinage arrière doit suivre la charge sur l'essieu arrière, et le composant qui applique cette relation mérite d'être sélectionné sur la base des données d'étalonnage, et non uniquement sur la taille du filetage.