Technique : Le servo-frein

Le servofrein est un dispositif commandé par la pédale de frein qui a pour fonction de multiplier la valeur de l'effort exercé par le conducteur sur la pédale même.

L'origine du servofrein remonte aux années vingt, lorsque l'on commença à monter sur un certain nombre de voitures de luxe des servo- freins de type mécanique, qui multipliaient l'effet de freinage au moyen d'un système de leviers. Par la suite furent adoptés les servo- freins hydrauliques avec commande à dépression et ceux constitués par une pompe à plusieurs étages comportant une série de cylindres de sections différentes, permettant de multiplier l'effort de freinage.

Les servofreins les plus répandus sur les voitures automobiles sont du type dit « à dépression », ainsi appelés parce qu'ils utilisent la dépression, créée dans le moteur, dans les conduits d'aspiration pour multiplier l'action de freinage.

Ils sont composés de trois organes fondamentaux :

- un corps pneumatique principal ;

- une pompe ;

- un groupe de réglage.

Une tubulure du dispositif est reliée au collecteur d'admission avec l'interposition d'une petite soupape de non-retour ; une fois le moteur mis en marche, une dépression se crée dans le collecteur.

Dès que la pédale du frein est actionnée, l'huile sous pression est refoulée à travers le circuit hydraulique et engendre l'action de freinage. En même temps l'huile appuie sur le petit cylindre se trouvant à l'intérieur du groupe de réglage du servofrein.

Ce type de servofrein était utilisé au cours des années vingt sur un certain nombre de grosses voitures, telle la Rolls Royce. La force de freinage était fournie par un embrayage relié à l'arbre de transmission. L'entraînement dépendait de la vitesse de rotation de l'arbre de transmission, c'est-à-dire de celle du véhicule, et cessait lorsque la voiture était arrêtée. Le système fonctionnait également en marche arrière.

Ce petit cylindre, en se déplaçant, provoque l'ouverture d'une soupape qui communique avec l'extérieur. L'air, après avoir traversé un filtre, entre dans une des deux chambres à dépression, séparées par une membrane, qui composent le corps principal du servofrein.

Après l'admission de l'air, une des deux chambres se trouve alors à la pression atmosphérique, cependant que l'autre chambre reste à une pression plus faible. La membrane de séparation a tendance alors à se déplacer et à vaincre la résistance d'un ressort.

On a reproduit ici les trois phases de fonctionnement. Les flèches de couleur rouge matérialisent l'action du liquide de freins commandée par la pédale. Les flèches de couleur bleue indiquent l'action de la pression atmosphérique et le mouvement de l'air (en bleu clair). La zone colorée en rose correspond aux parties en dépression reliées au collecteur d'admission.

Lorsqu'on appuie sur la pédale, la pompe primaire envoie l'huile dans la chambre à basse pression, qui, à travers un trou pratiqué dans le piston de commande, peut atteindre directement les freins.

En appuyant fortement sur la pédale, on provoque également l'ouverture de la soupape d'air et celui-ci commence à envahir la chambre postérieure du servofrein. La pression atmosphérique étant supérieure à la dépression existant dans le collecteur d'aspiration, la membrane se déplace en poussant la tige qui, à son tour, commande le piston de la pompe. La pression atteint ainsi des valeurs très élevées. La soupape de non-retour sert à maintenir en dépression le servofrein, même lorsque le moteur est arrêté. Toutefois, cette réserve s'épuise après deux ou trois freinages.

Un petit arbre se déplace en même temps que la membrane et va comprimer le petit piston du deuxième étage de la pompe du circuit hydraulique, multipliant ainsi l'effort exercé.

Au fur et à mesure que la membrane se déplace, la valeur de la pression dans la chambre à dépression augmente jusqu'à atteindre celle existant dans le conduit d'admission du moteur ; c'est alors que s'ouvre la soupape de non-retour qui rétablit ainsi la même dépression que celle existant dans le conduit d'aspiration. La pression atmosphérique continue à agir sur un côté de la membrane, de sorte que le petit arbre qui est relié à cette dernière continue à agir sur le petit piston de la pompe.

Dans ces conditions on obtient une action constante sur les freins indépendamment de la course de la pédale. En cessant d'appuyer sur la pédale du frein, la pression hydraulique devient nulle dans le premier étage de la pompe, ce qui provoque la fermeture de la soupape communiquant avec l'extérieur.

De cette façon la communication entre les deux chambres séparées par la membrane est rétablie et, partant, se rétablit également l'équilibre de la pression à l'intérieur des deux chambres.

Sous l'action du ressort, la membrane ainsi que le petit arbre reviennent à leur position de repos en annulant la pression hydraulique dans le deuxième étage de la pompe et en faisant cesser l'action de freinage. En même temps, sous l'effet de l'aspiration du moteur, la dépression maximale, atteinte par ce dernier au cours de son fonctionnement, se rétablit dans toutes les chambres.

Dans ces conditions le servofrein est prêt pour assurer le freinage suivant ; il se trouve en phase de dépression avec la soupape de non-retour fermée.

Les causes de mauvais fonctionnement d'un servofrein peuvent être nombreuses. Il faut surtout vérifier : le groupe de réglage, la soupape de non-retour et le diaphragme placé à l'intérieur du corps principal et veiller tout particulièrement, dans le groupe de réglage, au fonctionnement de l'entrée de l'air, à l'état de la membrane, au fonctionnement du petit piston de commande de la soupape, aux éventuelles fuites (dans la chambre au bas de la membrane il ne doit pas y avoir de traces de liquide de freins).

Une autre source de mauvais fonctionnement est la mauvaise étanchéité des conduits de caoutchouc reliant le servofrein au collecteur d'admission et le groupe de réglage au corps principal.

Il faut préciser qu'en général le non-fonctionnement du servofrein n'empêche pas un freinage normal du véhicule, au prix, évidemment, d'un effort beaucoup plus grand. La capacité du servofrein d'augmenter l'effort de freinage est donnée par un indice d'augmentation de la force de freinage. L'indice est égal à 1 lorsque l'action du servofrein est nulle.

Dans les servofreins à dépression pour voitures automobiles, cet indice peut varier de 1,9 à 4, ce qui signifie approximativement que l'effort de freinage peut être ramené au quart de l'effort qui serait nécessaire sans assistance.

Pour les voitures très lourdes et les camionnettes, on adopte des servofreins à deux chambres et à deux membranes disposées en tandem qui agissent sur un seul petit arbre de poussée.

L'effet du servofrein peut être augmenté en adoptant un corps et une membrane de plus grandes dimensions; très souvent, en effet, la puissance du servofrein est désignée par le diamètre externe du corps principal, exprimé en pouces. Le servofrein peut être relié au circuit hydraulique.