Quando acionamos o freio do veículo, um mecanismo de braço de alavanca multiplica a força com a qual pressionamos o pedal. Entretanto, nem sempre essa força é suficiente para que cilindro mestre exerça no fluído de freio a pressão adequada para deter o veículo. Então é empregado um componente pneumático que suplementa a força aplicada pelo braço de alavanca do pedal. O servofreio, tem formato circular, é uma câmara de ar dividida por uma membrana de borracha, geralmente concebido na cor preta, montado logo entre o pedal de freio e o cilindro mestre, é bastante destacado dentro do cofre do motor. Também chamado de hidro vácuo ou vacuum booster (em inglês) se utiliza da diferença de pressões internas para gerar uma força extra no acionamento do cilindro mestre. Além disso, também garante que em situações críticas, mesmo com o motor desligado, o motorista ainda possua a seu dispor, pelo menos, uma pedalada no pedal freio com a força suplementar do servofreio.

Tipos

No desenvolvimento de um automóvel, seja ele para a linha leve ou pesada, o sistema de freio é dimensionado para superar a demanda no qual estará submetido. Essa demanda depende da massa e da capacidade motora do veículo. De certa forma, um sistema de freio deve desenvolver cerca de quatro vezes a potência do veículo, a potência do freio, chamamos de potência de frenagem. Então o sistema de freio deve ter seus componentes proporcionais a sua demanda, com o servofreio não é diferente.

Três tipos de servofreios são conhecidos:

1. Servofreio à vácuo;
2. Servofreio pneumático;
3. Servofreio hidráulico.

Servofreio à vácuo

É o tipo mais barato e comum, funciona com base na diferença de pressão entre duas câmaras, onde uma delas está ligada através de mangueira ao coletor de admissão, logo exposta a depressão causada pelo motor quando este encontra-se em funcionamento.

Servofreio pneumático

Trata-se de um servofreio que funciona recebendo ar comprimido de um compressor, um sistema de alívio interno se encarrega de despressuriza-lo quando o pedal de freio é aliviado. Utilizado para aplicações na linha pesada.

Servofreio hidráulicos

Também aplicado para linha pesada, utiliza uma derivação do sistema de direção hidráulica para funcionar, ou seja, a partir da pressão do fluído hidráulico da mesma, este exerce pressão no servofreio para acionar o cilindro mestre.

Componentes – Servofreio à vácuo

1. Câmara de dianteira;
2. Câmara de traseira;
3. Válvula de retenção;
4. Diafragma;
5. Elemento de reação;
6. Válvula de entrada de ar;
7. Filtro de ar;
8. Haste de acionamento;
9. Haste de acionamento do cilindro mestre.

Câmara dianteira

Também chamada de câmara de depressão, pois está em constante contato com o coletor de admissão do motor. Estando, então, sobre a depressão causada pelo movimento descendente do pistão deste no tempo de admissão. A pressão no coletor de admissão (com borboleta fechada) pode chegar a 0,8 bar. Com o servofreio funcionando normalmente, a câmara dianteira nunca estará exposta a pressão positiva, pois a válvula de retenção permite o fluxo de ar apenas em um sentido, neste caso, o sentido servofreio-coletor de admissão.

Câmara traseira

Chamada de câmara de trabalho, ou câmara de pressão em algumas literaturas. Esta câmara está em contato com a câmara dianteira quando o freio não está acionado, logo está também exposta a pressão do coletor de admissão. Entretanto, a câmara traseira é exposta a pressão atmosférica quando o freio é acionado, causando o efeito diferencial de pressão entre as câmaras e gerando força suplementar para o motorista.

Válvula de retenção

Localizada na parte dianteira do servofreio, possui a função de colocar a câmara de vácuo dianteira em contato com o coletor de admissão. Esse contato, é feito através de uma mangueira que se liga a válvula de retenção. Esta permite que o fluxo de ar ocorra apenas em um sentido, do servofreio para o coletor de admissão. No caso contrário, ele fecha a passagem e isola a câmara dianteira.

Diafragma

De forma circular, possui diâmetro usual de até 250 mm, em seu centro está uma estrutura (muitas vezes chamada de êmbolo) que serve de encaixe para as hastes de acionamento, aquela também forma uma passagem entre a câmara dianteira e a câmara traseira, permitindo que as duas câmaras estejam sobre a depressão do coletor de admissão, bem como também permite a passagem de ar para a câmara traseira. O diafragma separa as duas câmaras e se movimenta de acordo com o movimento das hastes.

Elemento de reação

Também chamado de disco de reação, pois se trata de um disco, montado entre a haste de acionamento do cilindro mestre e o diafragma. Possui a função de fechar a passagem de ar para a câmara traseira quando força no pedal se mantém constante, ou seja, equilibrar os dois lados do diafragma. Dessa forma a força suplementar de frenagem se mantem constante.

Válvula de entrada de ar

Uma válvula formada no encaixe da haste de acionamento do servofreio com a estrutura do diafragma. Quando a haste se movimenta, seu ponto de encaixe a acompanha, e abre uma passagem de ar para a câmara traseira enquanto fecha o contato com câmara dianteira criando, então, a diferença de pressão entre as câmaras.

Filtro de ar

Para evitar a entrada de partículas que venham a danificar internamente o servofreio, o que levaria a sua inutilização, é utilizado um filtro de ar. Este é localizado na parte traseira do servofreio, envolta da haste de acionamento do servofreio e protegido por um coifa de borracha.

Haste de acionamento do servofreio

Está ligada a estrutura do diafragma, em uma extremidade, e a haste do pedal de freio, na outra extremidade. Recebe a força do pedal de freio e transmite à estrutura do diafragma.

Haste de acionamento do cilindro mestre

Responsável por transmitir a força aplicada ao diafragma para o cilindro mestre, mas com a devida suplementação da força pela diferença de pressão. Está montado na parte dianteira do servofreio, encaixa-se na estrutura central do diafragma, sobre o elemento de reação.

Princípio de funcionamento

Independente do tipo de servofreio utilizado, todos seguem o mesmo princípio de funcionamento, a obtenção de força suplementar através da diferença de pressão entre câmaras. Basicamente, o tipo servofreio é definido de acordo com os meios utilizados para se obter essa diferença de pressão, podendo ser pneumáticos, hidráulicos e à vácuo.

A ação do servofreio é obtida de pelo seguinte princípio. Um recipiente fechado é separado por um diafragma ou êmbolo. Do lado dianteiro do recipiente é colocada uma válvula, esta permite apenas a saída de ar. Do lado traseiro é colocada uma válvula que permite a entrada e saída de ar. Dessa forma, podemos manipular o diafragma de dentro do recipiente apenas acionando as duas válvulas citadas. Com as duas válvulas fechadas, as pressões internas são equivalentes, o diafragma permanece posicionado no centro do recipiente.

Na válvula da câmara de dianteira, acoplamos uma bomba de vácuo e ao ser ativada, também abrimos a válvula da câmara traseira. Dessa forma, criamos uma depressão na câmara dianteira e expomos a câmara traseira à pressão atmosférica (1kg/cm²). A pressão atmosférica agindo sobre a área do diafragma, de acordo com a fórmula de pressão, gera uma força que desloca o diagrama para o lado da câmara dianteira.

Nesse momento, mesmo que a bomba de vácuo pare de funcionar, a válvula da câmara dianteira não vai permitir que ar entre na câmara, assim o diafragma seria empurrado até o fim da câmara dianteira. Para que isso não aconteça, a válvula da câmara traseira é fechada, dessa forma, não há mais pressão atmosférica agindo sobre o diafragma, e este pára. Portanto, o diafragma fica deslocado para o lado da câmara dianteira, mas parado devido a ausência de forças sobre este. Perceba, que a situação acima é uma situação de equilíbrio, o diafragma está parado. Para que o diafragma avance mais, basta abrir a válvula traseira. Para que o diafragma retorne para sua posição inicial (centro do recipiente), deve haver uma força que empurre aquele para o lado contrário. Trazendo esse conceito para o servofreio (à vácuo), bomba de vácuo seria a própria (em alguns casos) ou o motor do veículo, a válvula da câmara dianteira é a válvula de retenção, a válvula da câmara traseira é a válvula de entrada de ar. Para que o diafragma retorne, deve haver uma mola de retorno, que força o diafragma de volta a sua posição inicial.

Funcionamento – servofreio à vácuo

Ao dar partida no motor, a depressão do coletor de admissão alcança a câmara dianteira do servofreio através da mangueira e da válvula de retenção. Entretanto, no diafragma, em sua estrutura central, uma passagem também expõe a câmara traseira à depressão do coletor de admissão. Dessa forma o diafragma permanece imóvel, e o cilindro mestre ausente de qualquer força sobre seu pistão. As rodas estão livres.

Durante o movimento do veículo surge a necessidade de uma parada, o motorista aciona o pedal, e a força multiplicada por este chega a haste de acionamento do servofreio. Esta empurra o diafragma pela sua estrutura central, ao mesmo tempo que fecha o canal de contato entre a câmara traseira e dianteira e abre a válvula de ar. Por esta, uma certa quantidade de ar passa pelo filtro de ar e entra na câmara traseira, a pressão atmosférica passa a agir sobre o diafragma e este se desloca para frente. A força suplementar gerada se soma a força aplicada pelo motorista ao pedal, a haste de acionamento do cilindro mestre empurra o pistão deste com força total (força do pé do motorista + força suplementar do servofreio).

Então, motorista percebe que não há necessidade de mais força sobre o pedal, e mantém a força aplicada por ele, constante. A haste de acionamento do cilindro mestre exerce uma força sobre o pistão do cilindro mestre, e este exerce um força de reação sobre aquele. Essa reação pressiona o elemento de reação, que se deforma em sua porção central e força o fechamento da válvula de ar. Fechando então, a passagem de ar para a câmara traseira. Nesse momento o diafragma se equilibra e a força de frenagem permanece constante, o motorista tem sob o pé controle total sobre a pressão do freio, basta acionar ainda mais o pedal e mais força será aplicada ao cilindro mestre. O veículo finalmente efetua a parada, o motorista libera o pedal de freio. Dessa forma, a haste de acionamento do cilindro mestre deixa de imprimir uma força do sobre o diafragma, a mola de retorno empurra este de volta a sua posição inicial, esse movimento de retorno faz fechar a válvula de ar, sessando a entrada de para câmara traseira, e abre a passagem entre as duas câmaras. Estas, agora, estão novamente sobre a depressão do coletor de admissão, o diafragma está equilibrado e nenhuma força está sendo aplicada ao cilindro mestre.

Manutenção

Atualmente o servofreio é um componente blindado, não há formas de desmonta-lo para efetuar reparos, mas alguns itens contidos neste podem ser facilmente substituídos. Estes são a válvula de retenção e o filtro de ar, que quando ficam obstruído e se deteriora ocasionam problemas de funcionamento no servofreio. O problema mais comum atribuído ao servofreio, é o grande esforço para acionar o freio do veículo. Basicamente, a troca do servofreio resolverá o problema, mas uma análise mais abrangente do mesmo pode revelar causas simples para o problema. Por exemplo, qualquer obstrução na mangueira de ar que liga servofreio ao coletor de admissão põe a perder o contato da câmara dianteira com o coletor de admissão. Sem diferença de pressão entre câmaras não há força suplementar, a única força agindo sobre o servofreio é a força aplicada no pedal, a sensação que se tem é de pedal duro, difícil de frear.

Além dessa causa para o modo de falha pedal duro, há uma outra possibilidade. Um simples filtro de ar obstruído bloqueia a passagem de ar para dentro do servofreio, gerando pouca pressão sobre o diafragma e endurecendo o pedal. Quando o filtro permite a passagem de ar, mas sem reter as partículas, estas podem danificar o diafragma, furando-o. O servofreio deixará de funcionar, mas não sem antes apresentar um sintoma no motor. Caso o diafragma esteja furado ou rasgado, além da força de frenagem ficar comprometida, sempre que o pedal de freio for acionado, o motor falha ou morre. Isso ocorre pois, o furo no diafragma acaba resultando em uma entrada falsa de ar sempre que freamos. O servofreio deve ser substituído

Mesmo estando protegido pela capsula blindada do servofreio e pelo filtro de ar, o diafragma pode se contaminar com os dois componentes nos quais o servofreio está em contato. O primeiro deles é o carburador. Em veículos carburados, uma má regulagem daquele pode gerar excesso de combustível, e este, caso alcance o servofreio, entra em contato com o diafragma, oxidando-o rapidamente.

O outro componente é cilindro mestre, caso as vedações deste se deteriorem, o fluído de freio consegue entrar no servofreio através da haste de acionamento, quando entra em contato com o diafragma, este se desgasta prematuramente e se rompe. O motivo, o diafragma é de borracha, e esta se deteriora quando em contato com fluídos derivados do petróleo. Em motores com injeção eletrônica, o alto índice de carbonização deste pode alcançar o coletor de admissão e obstruir a passagem para mangueira do servofreio, ou a própria, comprometendo a depressão que chegaria a câmara dianteira.

Todos os casos acima, levarão ao endurecimento do pedal de freio. O servofreio também deve prover, pelo menos, uma chance do motorista brecar o carro, caso este pare de funcionar em velocidade. Caso isso não seja possível, a força suplementar, mesmo com o veículo desligado, pode não está sendo produzida. Neste caso, a válvula de retenção não está bloqueando o fluxo de ar no sentido servofreio-motor. Esse problema não é perceptível enquanto o motor estiver funcionando, pois este continua criando a depressão que chega a câmara dianteira do servofreio, mas uma vez que o motor pára, o servofreio torna-se inútil. Uma forma de detectar esse problema, é desligar o motor e acionar o pedal de freio, se este estiver duro, na primeira pedalada, tem-se então uma válvula de retenção que não está funcionando e deve ser trocada.

O sistema de freio automotivo pode emitir alguns ruídos em seu funcionamento, nem sempre estes significam problemas, mas quando o ruído é algo parecido com um assobio, temos algo errado com o servofreio. Mais precisamente, o filtro de ar, que de tanto tempo sem verificação, se deteriorou e passou a permitir a entrada livre de ar atmosférico sem a devida filtração. O filtro de ar deve ser trocado, e verificado sempre a cada revisão no sistema de freio.