C.A.P. MAINTENANCE DES VEHICULES ET DES MATERIELS Dominante voitures particulières LE SYSTEME DE FREINAGE

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1 PRINCIPE : Un véhicule de masse M se déplaçant à une vitesse V = possède une énergie cinétique notée : E.c = 1 M. V ² 2 E.c = Energie cinétique ( en Joule ) Pour arrêter ce véhicule, il faut dissiper cette énergie. C est le rôle du système de freinage : Il transforme l énergie cinétique en énergie calorifique (chaleur) par frottement. Quelques rappels - Une masse s exprime en kilogramme (kg) - Une distance s exprime en mètre : (m) L - Une vitesse s exprime en mètre par seconde : m/s - Une accélération s exprime en mètre par seconde au carré : m/s/s ou m/s². OBJECTIFS A ATTEINDRE PAR UN SYSTEME DE FREINAGE : - Ralentir le véhicule - Arrêter le véhicule - Maintenir le véhicule à l arrêt En satisfaisant certains critères : - Confort : Avec un effort minimum pour le conducteur - Progressivité : Freinage proportionnel à l effort du conducteur - Stabilité : Conservation de la trajectoire du véhicule - Efficacité : Temps et distance de freinage minimaux Note : Le frein moteur permet lui aussi de ralentir le véhicule. Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 1

2 QU EST-CE QUE L ADHERENCE? Si la roue ralentit trop brutalement, elle se bloque et glisse sans tourner Le véhicule continue d avancer. On dit alors que la roue n a plus d adhérence. L adhérence, c est la force A qui s oppose au déplacement d un corps par rapport à la surface sur laquelle il repose. L adhérence est tributaire : A=P.f A : Adhérence en N P : Poids en N F : Coefficient de frottement APPLICATIONS A L AUTOMOBILE : L adhérence variera avec : - le poids du véhicule - le coefficient de frottement - du poids du corps P - du coefficient de frottement f Si F (voir schéma) est plus petit que A, le corps reste immobile. Si F est plus grand que A, le corps va glisser. Exemples de coefficient de frottement entre route et pneumatique (enveloppe en bon état) : f=0.9 Goudron sec, graviers enrobés f=0.5 Goudron mouillé f=0.1 Verglas tournantes Le freinage maximum est obtenu quand les pneumatiques sont à la limite de l adhérence. Plus l adhérence est grande, plus la distance d arrêt sera courte. QUE SE PASSE T-IL EN CAS DE BLOCAGE DES ROUES? - Efficacité du freinage très amoindrie - Guidage du véhicule très perturbé - Usure exagérée et irrégulière des pneumatiques Le coefficient de frottement roues bloquées vaut environ 60% du coefficient de frottement roues Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 2

3 Mise en situation du système de freinage : Complétez l image ci-dessous : FONCTION GLOBALE : En vous aidant de la première partie du cours, complétez la fonction globale du système de freinage : Energie (mécanique et pneumatique) de commande Charge sur l essieu arrière Coefficient de frottement Energie cinétique 1 Transformer l énergie cinétique en énergie calorifique Energie cinétique 2 (< Energie cinétique 1) Energie calorifique SYSTEME DE FREINAGE Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 3

4 ELEMENTS CONSTITUTIFS DU SYSTEME : D éléments de commande séparés : - Hydraulique ( système principal ) - Mécanique ( frein à main ) D éléments de freinage : - Freins à tambour - Freins à disque D éléments de liaison entre émetteur hydraulique et récepteurs : - Flexibles, tube acier ou cuivre. Il peut être complété par : - Un système d assistance - un indicateur de chute de pression - un indicateur de niveau. D éléments répartiteurs : - Limiteur ou Compensateur Maître cylindre 2 - Etrier 3 - Cylindre de roue 4 Correcteur (Limiteur ou Compensateur) 5 Assistance (Servo frein ou master vac) 6 - Indicateur de pression 7 - Plaquettes 8 - Flexibles 9 - Câble de frein à main 10 - Canalisation rigide 11 Réservoir (Bocal) 12 - Pédale de frein En cas de défaillance du frein principal, il doit pouvoir fournir une décélération minimum de 2.75 m/s² et maintenir à l arrêt le véhicule sur une pente de 18%. Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 4

5 ORGANISATION STRUCTURELLE : Frein AV.G Conducteur Pédale de frein principal. Assistance. Maître cylindre. Frein AV.D Correcteur de freinage (AR). Levier de frein de secours et de stationnement. Frein AR.G Frein AR.D Transmission hydraulique : Transmission mécanique : Le freinage consistait à créer une force s opposant à l avancement du véhicule. Cette force est obtenue par frottement : ( Ex : Plaquettes de frein sur le disque de frein) d éléments du châssis. Sur : Un élément solidaire de la roue en rotation. ( Le pneumatique ) Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 5

6 Les deux solutions adoptées : Aujourd hui il existe deux types de montage sur les véhicules. LES FREINS A TAMBOUR LES FREINS A DISQUE Situation du système : 1 Tambour 2 Flasque 3 Segment de frein 4 Cylindre de roue 1 Disque 2 Etrier 3 Plaquettes de frein 4 Cylindre récepteur 5 Liaison avec le témoin d usure TAMBOUR ELEMENTS SOLIDAIRES DE LA ROUE DISQUE Flasque Cylindre de roue Segments de frein ELEMENTS SOLIDAIRES DU CHASSIS Cylindre récepteur Plaquettes Ressorts ELEMENTS DE RAPPEL Voile du disque Joint d étanchéité Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 6

7 LE FREIN A DISQUE : 1 - Fonctionnement : Compléter la nomenclature des deux schémas ci-dessous : 1 Piston 2 Alésage 3 Joint d étanchéité 4 Capuchon de protection 5 Plaquette de frein 6 Arrivée du liquide sous pression c Course correspondant à la déformation du joint d étanchéité 3. Elle définit le recul du piston lors de la phase défreinage. AU FREINAGE : La pression générée par la maître cylindre s exerce sur la surface du piston qui se déplace et applique la plaquette sur le disque. Le déplacement du piston provoque la déformation du joint (3). La faible surface de contact entre le piston et la plaquette permet de limiter la chaleur transférée au liquide de frein. Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 7

8 AU DEFREINAGE (suite ) Lorsque la pression chute, le joint (3) reprend sa forme initiale et provoque le rappel du piston. Si la course du piston augmente (usure des plaquettes) et devient supérieure à la déformation du joint (3), celui-ci coulisse sur le joint déformé. Le jeu entre la plaquette et le disque reste constant : il y a rattrapage automatique. LES DIFFERENTS TYPES DE MONTAGE Il existe deux types de montage : LE MONTAGE FIXE LE MONTAGE FLOTTANT MONTAGE FIXE MONTAGES FLOTTANTS ETRIER FLOTTANT CHAPE FLOTTANTE 2 pistons opposés appliquent chacun une plaquette sur le disque. Dans tous les cas, le rappel des plaquettes est effectué par le voile du disque et celui des pistons par le joint d étanchéité. LE PLUS REPANDU Dans un premier temps la plaquette est repoussée par le piston contre le disque. Dans un deuxième temps le piston ne pouvant plus avancer, c est l étrier qui se déplace par rapport à la chape et qui vient appliquer la deuxième plaquette contre le disque. L étrier solidaire du porte fusée dispose de 2 pistons. L un agit directement sur l un des plaquettes, l autre agit sur la deuxième plaquette par l intermédiaire de la chape. ( Système peu employé ) Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 8

9 Le disque de frein : Il a une surface de contact importante permettant un coefficient d adhérence et de refroidissement évitant la déformation.il existe deux types de disques : - Ventilés : Meilleur refroidissement - Non ventilés L étrier : Il peut être de deux sortes : - Fixe. - Flottant Dans les deux cas il permet grâce à la pression du liquide de frein, de mettre en contact les pistons avec les plaquettes et le disque. Le piston : Reçoit la pression du liquide de frein sur la surface arrière, généralement il est creux, son étanchéité est assurée par un joint. Les plaquettes : Permettent la friction avec le disque. Elles sont équipées souvants d un témoin d usure et sont à contrôler périodiquement. 2 - Anomalies liées à la température : Avec des freins à disque, on peut atteindre des températures de l ordre de 800. Cette température entraîne de fâcheuses conséquences : LE FADING Une chute brutale du coefficient de frottement lié à l échauffement de la garniture. LE VAPOR LOCK Apparition de vapeur dans le circuit due à l ébullition du liquide de frein. LE FADING : Le fading apparaît fréquemment en cas de descente en montagne ou d utilisation intensive. Il n affecte pas les commandes qui restent bonnes mais l efficacité de freinage est très amoindrie. L apparition du fading est liée à la température et dépend de la qualité des garnitures, il est donc important de monter des plaquettes d origine sur les véhicules. Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 9

10 Pour garantir la sécurité du freinage le coefficient de frottement doit avoir : Une valeur constante quelque soit la température de fonctionnement. En pratique : il baisse légèrement avec la température. Dans le cas de coups de freins enchaînés, la température monte progressivement : 100, 200, 300, 500 C. De plus ce phénomène étant brutal, le conducteur ne s y attend pas, et se trouve sans freinage au moment ou il sollicite la pédale. LE VAPOR LOCK : Lorsqu il y a ébullition du liquide de frein, il apparaît des vapeurs dans le circuit hydraulique. Le liquide de frein est incompressible, alors que la vapeur ne l est pas. Dans ce cas on constate un allongement important et brutal de la course de la pédale pouvant aller jusqu au plancher. Il y a inefficacité totale des freins. Un liquide de frein standard neuf a un point d ébullition voisin de 250. C est un liquide hydrophile, c est à dire qu il a tendance à absorber l eau à travers les flexibles ou par le bocal. Conséquence : En vieillissant le liquide peut voir son point d ébullition baisser, il faut donc le changer tous les 3ans ou Kms. - Il ne faut pas mélanger les liquides minéraux et de synthèse sous peine de détériorer les coupelles. - La couleur brune d un liquide de frein vieilli est normale, il ne s agit pas d impureté. En cas de purge, il faut rincer jusqu à ce que le liquide soit totalement transparent. Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 10

11 MAINTENANCE CONTRÔLE DES PLAQUETTES : Fréquence de contrôle : Tous les Km. ( Voir données constructeur..) Epaisseur minimum des garnitures : Les plaquettes doivent être remplacées quand il reste 2 mm de garniture par rapport au support métallique. ( Voir données constructeur..) DIFFERENCE D USURE : On peut constater une différence d usure sur un même frein entre les plaquettes intérieures et extérieures. La différence peut aller jusqu à 20 à 30 % d écart. Différence d usure entre le coté droit et le coté gauche : Problème mécanique : Piston grippé, coulissement de l étrier etc Problème hydraulique : joint abîmé etc... Coté gauche Coté droit Usure plus importante des plaquettes intérieures : Problèmes hydrauliques (ex : mauvais retour du piston). Usure plus importante des plaquettes extérieures : Problème mécanique (ex : mauvais coulissement de l étrier). Intérieur Usure exagérée des garnitures et des disques : Problème lié à la qualité d un des deux éléments (attention aux pièces non d origine) Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 11

12 CONTRÔLE DES FLEXIBLES : Il faut remplacer les flexibles lorsqu ils présentent : Des traces d usure importantes (trace de frottement ) Des coupures Un vieillissement (flexible desséché, craquelé ou boursouflé..) On surveillera en particulier toutes les parties du flexible qui se trouvent proches des raccords. Avertissement : Attention de ne pas vriller les flexibles ou canalisation au serrage. CONTRÔLE D UN ETRIER : Après démontage et nettoyage des plaquettes, vérifier : Le fonctionnement des pistons (cas de grippage). Pour les étriers flottants vérifier : Le bon coulissement de l étrier dans ses guides. Contrôler l étanchéité du piston visuellement en soulevant les capuchons en caoutchouc. Toute présence de liquide de frein signale un suintement ou une fuite au niveau des joints d étanchéité imposant la remise en état ou le remplacement des étriers. AVERTISSEMENT : - Lorsque les plaquettes ont été déposées, ne jamais appuyer sur la pédale de frein afin d éviter que les pistons ne soient expulsés de leur alésage. - Pour éviter que le liquide de frein ne déborde du réservoir lorsque l on repousse les pistons, il est conseillé d en aspirer une partie avec une seringue. - Ne pas oublier de pomper plusieurs fois la pédale après le remontage des plaquettes pour permettre aux pistons de reprendre leur place. Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 12

13 CONTRÔLE DES DISQUES Le disque de frein est un élément de sécurité, il faut le remplacer lorsque : - L épaisseur atteint la valeur minimale fournie par le constructeur. - L usure atteint 1 mm sur chaque face pour les disques ventilés. - Le voile mesuré dépasse la valeur maximum du constructeur. - On observe des rayures et criques importantes. - On observe des coups de feu occasionnés par des chocs thermiques. - L on observe des zones de surchauffe. AVERTISSEMENT : Par souci de sécurité, il faut toujours changer en même temps les deux disques d un même essieu (risque de tirage). Lycée professionnel NJ. CUGNOT NEUILLY/Marne C.A.P. MAINTENANCE VEHICULES et MATERIELS dominante voitures particulières Page 13