La maggior parte degli automobilisti pensa ai freni come al sistema che ferma un’auto. Questa è solo metà della storia. L’altra metà avviene all’interno del cilindro del motore, dove l’energia cinetica viene convertita in calore attraverso la compressione. Questo meccanismo è noto come freno motore a rilascio di compressione, spesso chiamato freno Jake dal nome di Jacobs Vehicle Systems, la società che rese popolare la tecnologia negli anni ’60. Non utilizza cuscinetti o rotori di attrito. Invece, trasforma il motore diesel stesso in un compressore d’aria.
Come funziona il freno motore con rilascio della compressione
Il processo inizia quando il conducente attiva il sistema frenante. Normalmente, in un ciclo diesel a quattro tempi, la valvola di scarico si apre per far uscire i gas esausti mentre il pistone si muove verso l’alto. Questa è la fine del colpo di potenza. In un motore standard, la valvola di scarico rimane chiusa durante la corsa di compressione. L’aria viene compressa, creando resistenza che aiuta effettivamente a spostare il pistone in avanti.
Un freno motore modifica questa sequenza. Quando attivate, le valvole di scarico si aprono prematuramente. Non appena il pistone raggiunge il culmine della corsa di compressione, le valvole di scarico si aprono. Questo rilascia l’aria compressa prima che possa spingersi contro il pistone. Ma ecco il problema. Il pistone non si ferma. Lo slancio del veicolo lo spinge lungo la corsa di scarico. Ora il pistone si sposta verso il basso mentre la valvola di aspirazione è ancora chiusa. Questo crea un vuoto nel cilindro.
Il pistone deve lavorare per trattenere l’aria durante la successiva corsa di aspirazione. Questa resistenza assorbe energia dalla trasmissione. Quella energia è ciò che rallenta il veicolo. Il motore non produce potenza. Lo sta consumando per creare resistenza.
Perché i veicoli pesanti ne hanno bisogno
Le autovetture in genere non necessitano di questo livello di intervento. La loro massa è sufficientemente bassa da consentire ai freni ad attrito di gestire il carico senza surriscaldarsi. I camion, tuttavia, sono diversi. Un semirimorchio a pieno carico può pesare fino a 80.000 libbre. In discesa, la gravità accelera quella massa. Se il conducente fa affidamento esclusivamente sui freni ad attrito, le pastiglie e i rotori si surriscaldano. Si verifica la dissolvenza del freno. Arresto dei cali di potenza. Questo è pericoloso.
Un freno motore riduce la dipendenza dai freni ad attrito. Mantiene i freni di servizio freschi e pronti per gli arresti finali. Consente inoltre ai conducenti di mantenere una velocità sicura e controllata senza utilizzare costantemente la frizione o cambiare marcia. Il sistema è più efficace a regimi più elevati. È lì che la forza di compressione è più forte.
Il fattore rumore
La corteccia distintiva di un freno Jake è la sua caratteristica più famosa. Sembrano spari a fuoco rapido. Ciò accade a causa dell’improvviso rilascio di aria pressurizzata nel collettore di scarico. L’impulso di scarico è acuto e forte. Non è il motore che si accende; è l’aria che fuoriesce.
Questo rumore ha portato a regolamenti. Molti comuni hanno vietato o limitato l’uso dei freni a compressione su determinate strade o in orari specifici. La preoccupazione è l’inquinamento acustico nelle zone residenziali. Alcuni stati richiedono sistemi di frenatura dello scarico per attenuare il suono. Questi sistemi reindirizzano i gas di scarico attraverso una camera simile a un silenziatore prima che escano dal tubo di scappamento. Ciò smorza l’impulso acuto senza ridurre significativamente l’efficienza della frenata.
Integrazione con freni ad attrito
I freni del motore sono supplementari. Non sostituiscono i freni a frizione. Lavorano in tandem. Quando un conducente inserisce il freno motore, i freni a frizione vengono generalmente disinseriti per evitare un’usura non necessaria. Tuttavia, il sistema consente la frenata combinata. Se la velocità scende troppo, il freno motore diventa meno efficace. I freni ad attrito prendono il sopravvento per fermare completamente il veicolo.
L’interazione tra questi sistemi richiede abilità. Un buon driver modula entrambi senza soluzione di continuità. Usano il freno motore per controllare la velocità in discesa e applicano i freni a frizione solo quando necessario. Ciò preserva i componenti del freno ad attrito per le emergenze. Migliora inoltre il risparmio di carburante sui lunghi tragitti riducendo la necessità di cambi di marcia.
Variazioni moderne
I motori più vecchi utilizzavano sistemi puramente meccanici. Gli alberi a camme azionavano direttamente le valvole di scarico tramite bilancieri. I moderni motori diesel sono controllati elettronicamente. I sensori monitorano la velocità, il carico e la temperatura del motore. L’ECU decide esattamente quando aprire le valvole di scarico. Questa precisione migliora le prestazioni e riduce il rumore. Alcuni sistemi offrono più livelli di intensità di frenata. I conducenti possono selezionare impostazioni basse, medie o alte in base alle condizioni stradali.
I rallentatori elettrici e i freni sullo scarico sono alternative. I freni sullo scarico limitano il flusso di scarico, creando contropressione. Sono più silenziosi ma meno potenti dei freni a rilascio di compressione. I rallentatori elettrici utilizzano campi magnetici per creare resistenza sull’albero di uscita della trasmissione. Sono silenziosi ma costosi da installare. Il freno di rilascio in compressione rimane l’opzione più potente e conveniente per le applicazioni pesanti.
Sicurezza e manutenzione
Una corretta manutenzione è essenziale. Sedi delle valvole usurate o guarnizioni della testa bruciate possono rovinare la funzione di rilascio della compressione. Se i cilindri non riescono a trattenere l’aria, l’effetto frenante scompare. I conducenti dovrebbero prestare attenzione ai cambiamenti nel suono del motore. Un freno Jake più silenzioso potrebbe indicare un problema. Le ispezioni regolari del treno di valvole e del sistema di scarico prevengono i guasti.
Le normative variano in base alla regione. Alcuni paesi impongono limiti di rumore specifici.
