Usprawniamy hamulce: część 1 - teoria

O zasadzie działania układu hamulcowego już pisaliśmy na łamach Autokult.pl. Tym razem zajmiemy się usprawnianiem układu hamulcowego, tak aby był wydajniejszy i odporniejszy na temperatury. Zacznijmy jednak od teorii.

Układy hamulcowe są projektowane z myślą o konkretnych modelach w taki sposób, by odpowiadały osiągom, masie samochodu i warunkom, w jakich ma się on poruszać. Wiele modeli w zależności od wersji silnikowej ma mniejsze lub większe tarcze hamulcowe, a niektóre do tej pory wyposaża się w bębny na tylnej osi. Dotyczy to niewielkich, lekkich aut segmentu B lub terenowych i dostawczych.

Jednak producent też jest omylny i nie zawsze zaprojektuje układ hamulcowy odpowiednio. Co gorsza, ze względu na homologację teoretycznie nie możemy w żaden sposób wpłynąć na konstrukcję układu hamulcowego. Dotyczy to głównie przerabiania obwodów hamulcowych z krzyżowych na osiowe i odwrotnie. Można jednak wymieniać pojedyncze części, ale o tym później.

Do podstawowych niedomagań układu hamulcowego należą zbyt mała siła hamowania oraz niska odporność na temperatury przy założeniu, że mowa o układzie sprawnym. Niska odporność na temperatury pociąga za sobą kolejny problem, jakim jest tendencja tarcz hamulcowych do krzywienia się i tym samym pogorszenie komfortu jazdy.

Nie zawsze można powiedzieć, że hamulce są słabe, i nie zawsze można mieć o to pretensje do producenta. Zwykle hamulce okazują się za słabe nie dla samochodu, ale dla kierowcy, bo to od niego zależy, w jaki sposób auto będzie eksploatowane.

Zadaniem konstruktorów samochodów drogowych codziennego użytku (nie sportowych) jest stworzenie takiego układu hamulcowego, który w możliwie najszybszym czasie zatrzyma auto z prędkości najwyżej autostradowej i będzie sprawnie wielokrotnie zatrzymywał pojazd z prędkości 60-80 km/h. Dlaczego tylko tyle?

Otóż producenci nie przewidują, że auto będzie eksploatowane tak, jak testuje się hamulce w niektórych testach prasowych, zmuszając je do 10-krotnego hamowania z prędkości 100 km/h do zera. Jest to oderwane od rzeczywistości – nikt tak nie robi podczas zwykłej jazdy. Nikt nie hamuje więcej niż raz na autostradzie z prędkości 130-140 km/h do zera, właściwie zdarza się to tylko na bramkach, i to nie w sposób gwałtowny.

Bardzo rzadko zdarza się hamować z dużych prędkości do zera, a jeszcze rzadziej więcej niż raz z rzędu. W normalnej eksploatacji samochody poruszają się ze średnią prędkością 50-80 km/h i z tej prędkości pojazd powinien hamować najskuteczniej, a też nie zawsze do zatrzymania. Do czego dążę?

Otóż nie możemy oczekiwać od hamulców seryjnego samochodu (np. kompaktowego, z silnikiem o mocy np. 120 KM), że będą spełniać te same wymagania co układy samochodów sportowych. Hamulce przeciętnych aut mają zatrzymać pojazd nawet z dużej prędkości skutecznie, ale raz na jakiś czas.

Mają też pomagać, a nie spełniać główną rolę na zjazdach w górach i zapewniać przede wszystkim płynność, stabilność oraz komfort delikatnego hamowania, a nie brutalnego, torowego traktowania. Dlatego też czasami błędnie uznaje się układy hamulcowe za słabe, kiedy po 10 hamowaniach z rzędu tarcze się przegrzewają, krzywią, a klocki spalają.

Kiedy zatem można stwierdzić, że hamulce są słabe? Wtedy gdy droga hamowania nawet z większej prędkości (90-100 km/h) wydaje się zbyt długa. Również wtedy, gdy hamowanie z małej prędkości, rzędu 40-50 km/h, przypomina hamowanie po śliskiej lub brudnej nawierzchni.

Najczęściej okazuje się, że to nie układ hamulcowy jest przyczyną długiej drogi hamowania w normalnych warunkach z niedużych nawet prędkości. Głównym winowajcą są opony. Seryjne układy hamulcowe są w stanie od średnich prędkości 50-60 km/h hamować na tyle skutecznie, by zablokować koła. Robiłyby to, gdyby nie system ABS.

Jeśli system ABS odczuwalnie włącza się już w początkowej fazie hamowania z prędkości 70 km/h i wyższej, to należy zainteresować się stanem lub marką opon, a nie układem hamulcowym. Różnica w drodze hamowania między bardzo dobrą, nową oponą a kiepską (również nową) to, jak wykazują testy, wartości od 2 do nawet 7 m na suchej nawierzchni. Na mokrej różnica może wzrosnąć nawet do ponad 10 m, a różnice między nową oponą wysokiej klasy a kiepską oponą używaną przekraczają kilkanaście metrów!

Podsumowując: jeśli masz normalny samochód, nie wozisz nadmiernego obciążenia i jeździsz normalnie, nie sportowo, to chcąc poprawić drogę hamowania, zadbaj tylko o sprawność techniczną auta i zmień opony na lepsze. Nie jest to rzecz jasna koniec tematu, ale zatrzymajmy się w tym miejscu.

Hamulce w normalnej eksploatacji nie powinny się grzać. Jak już wspomniałem, są przewidziane na jedno mocne hamowanie i "odpoczynek", a nie serię hamowań z dużej prędkości. Również jazda w górach nie powinna zaszkodzić układowi hamulcowemu, ponieważ bardzo skutecznie samochód spowalnia skrzynia biegów, nawet automatyczna.

Automaty zawsze mają jakąś funkcję blokowania biegu, by skutecznie zwalniać na wzniesieniach. Nie ma mowy o tym, by przegrzać hamulce w mieście podczas długotrwałego, ale delikatnego hamowania. Najczęściej jest to wina niesprawności układu.

Niestety, układy hamulcowe serwisowane w niezależnych, małych warsztatach z kiepsko wykwalifikowanymi mechanikami liczącymi na łatwy i szybki zarobek są zwykle bardzo zaniedbane. Sprawny mechanik wymieni tarcze i klocki na osi w nie więcej niż 20 minut i niestety nie powinien to być dla niego powód do dumy.

Przy każdej wymianie choćby tylko klocków powinien sprawdzić stan i działanie zacisku. Po długotrwałej eksploatacji zacisk pracuje coraz mniej płynnie i ma tendencję do blokowania się w określonej pozycji. Często w miejscu, gdzie cofają się klocki hamulcowe, ale jeszcze dotykają tarczy.

Jazda z klockami ciągle trącymi o tarczę hamulcową kończy się przegrzaniem tych elementów, zwłaszcza w mieście, gdzie hamuje się często, choć łagodnie, ale długotrwale. Nie czuć tego, ale klocek i tarcza pracują tak, jakby stale, delikatnie hamowały.

Potem wystarczy raz czy dwa razy zahamować mocniej i tarcza hamulcowa zaczyna się wyginać, a klocek ma coraz słabsze właściwości ze względu na przypalenie powierzchni roboczej.

Teoria teorią, ale faktem jest, że hamulce niektórych samochodów mogłyby być bardziej odporne na temperaturę. Auta są coraz bardziej dynamiczne i trudno oczekiwać od klientów, że będą jeździli tylko łagodnie.

Przykładem są samochody japońskie z lat 90. i kolejnego dziesięciolecia, które często wyposażone w niewielkie tarcze z jednotłoczkowym zaciskiem oferowały bardzo dobrą dynamikę, zachęcającą do szybkiej jazdy. Konstruktorzy nie przewidzieli, że wiele Civiców czy Mazd 323 będzie traktowanych po latach jak samochody sportowe.

To samo dotyczy współczesnych diesli, które ważą sporo, a ich silniki skłaniają do rozwijania dużych prędkości. Problemem są też dynamiczne samochody z automatycznymi skrzyniami biegów. Dlaczego? Otóż po zatrzymaniu na światłach kierowca musi trzymać pedał hamulca wciśnięty, klocki cały czas wywierają nacisk na tarcze i oba elementy dłużej stygną, niż gdyby hamulce były w stanie swobodnym.

Przedstawię jeszcze zależność, z której nie każdy zdaje sobie sprawę lub nie każdy ją rozumie. Chodzi o zależność między dobrą dynamiką samochodu a skutecznością hamulców oraz ich odpornością na temperaturę. Wiele osób pytało, co ma wspólnego moc ze skutecznością układu hamulcowego. Dlaczego wraz ze wzrostem mocy należy stosować lepsze hamulce, skoro dla samochodu o małej mocy i tego z mocnym silnikiem hamowanie ze 100 km/h jest takie samo? Odpowiedź brzmi: tylko teoretycznie.

Wyobraźmy sobie hipotetyczną sytuację: trasę ze światłami w niewielkich odstępach lub po prostu drogę z dość ciasnymi zakrętami co 100-150 m. Gdy słabe auto jest w stanie rozpędzić się pomiędzy światłami do około 60 km/h, w tym czasie mocne auto rozpędzi się do 90 km/h bez żadnego wysiłku. Gdy oba będą musiały hamować przed światłami, nie będzie to dla nich takie samo hamowanie.

To samo dotyczy trasy z zakrętami, na której kierowca słabego auta nie będzie miał chęci przyspieszać do dużych prędkości, słuchając hałasu silnika, jeśli będzie to daremne. Jeśli zakręt pokonuje z prędkością 40 km/h, a na prostej przed następnym z trudem osiągnie 90 km/h, to prawdopodobnie będzie się rozpędzał tylko do 70 km/h.

Kierowca mocnego auta potrzebuje tylko 3-4 s i lekkiego ruchu stopy, by rozpędzić się do 90 km/h, więc prawdopodobnie będzie to robił i hamował z większej prędkości. Tak przynajmniej zakłada konstruktor mocniejszego samochodu. Większa moc zawsze oznacza częstsze rozpędzanie do większych prędkości.

Ponadto skuteczność hamulców powinna być uzależniona od prędkości maksymalnej samochodu. Wyhamowanie ze 150 km/h do zera jest już potężnym obciążeniem hamulców, które w wielu przeciętnych samochodach mocno się grzeją i potrzebują czasu na ostygnięcie.

Prawdopodobnie przy hamowaniu z 250 km/h przegrzałyby się całkowicie albo przestały działać w końcowej fazie hamowania. Tymczasem układy samochodów sportowych muszą wytrzymać pełne hamowanie z większych prędkości, do których łatwiej się rozpędzają.

W kolejnej części przedstawię najczęstsze przyczyny typowych problemów z hamulcami, z ich skutecznością, odpornością na temperaturę oraz miękkością pedału hamulca, a także wibracjami.