Płyn hamulcowy umożliwia przeniesienie siły w układzie hamulcowym od elementu sterującego, tłoka w pompie sterowanej nogą czy ręką, do elementu wykonawczego, zacisku czy cylinderka hamulcowego. Możliwe jest to dzięki ciśnieniu hydraulicznemu płynu znajdującego się w układzie i jego jednej z podstawowych właściwości, czyli nieściśliwości. Dzięki temu zachowana jest precyzja dozowania sił w całym układzie.
Płyn przedostaje się poprzez przewody hamulcowe do zacisku czy cylinderka, gdzie powoduje przesunięcie elementów ciernych w kierunku tarczy czy bębna hamulcowego.

Teraz dochodzi do sedna sprawy. Podczas tarcia następuje zamiana energii kinetycznej pojazdu na energię cieplną. Zasada jest prosta, im więcej energii kinetycznej w jednostce czasu zamienimy w cieplną, tym więcej ciepła w tym samym czasie powstanie w układzie hamulcowym. Inaczej – im mocniej hamujemy, czyli im szybciej spada prędkość, tym bardziej rozgrzewamy układ hamulcowy.

Ciepło, które jest produkowane w układzie w większości jest oddawane na zewnątrz, ale pewna jego część rozgrzewa cały układ hamulcowy, elementy okoliczne, klocki, tarcze, zaciski, a tym samym także płyn hamulcowy.

Rodzaje płynów hamulcowych i ich parametry

Tabela 1. Parametry płynów hamulcowych określone przez normy oraz przykładowe wartości rzeczywiste spełniane przez płyny hamulcowe.

W tabeli podano dla przykładu także parametry płynów wyczynowych, jednak w przypadku ich stosowania należy pamiętać, że charakteryzują się one dużo wyższymi temperaturami wrzenia suchego i mokrego, ale także znacznie szybciej chłoną wilgoć z otoczenia. Dlatego należy je wymieniać co 12 miesięcy.

Wymagania od płynu hamulcowego

Wertując literaturę, napotkamy z całą pewnością na liczne wymagania w zakresie płynu hamulcowego, np.:

• właściwości wysokotemperaturowe,
• właściwości niskotemperaturowe,
• właściwości reologiczne,
• mieszalność z wodą,
• jak najmniejsze oddziaływanie korozyjne na metale,
• jak najmniejsze oddziaływanie na gumę i elastomery,
• odporność na pienienie,
• stabilność ogólna płynu.

Które z nich będzie najważniejsze? Okazuje się, że to, które decyduje o ciągłości pracy układu. Jeżeli niespełnienie któregoś z wymagań powoduje gwałtowną utratę skuteczności hamowania, to ten parametr uznamy za najważniejszy.

Każda ciecz charakteryzuje się zjawiskiem wrzenia, a podczas wrzenia przechodzi w stan gazowy wewnątrz jej objętości. W takiej sytuacji mówimy o powstawaniu tzw. korków parowych, których ściśliwość powoduje gwałtowną utratę skuteczności hamowania.

Aby zapewnić bezpieczną pracę układu hamulcowego, musimy poznać poziom temperatur, do jakich płyn może zostać rozgrzany i zastosować taki, którego temperatura wrzenia będzie wyższa od tej wartości.

Temperatura wrzenia płynu hamulcowego

Nowoczesne motocykle wymagają wysokiej temperatury wrzenia płynu. Wymagania stawiane przez konstruktorów są analizowane przez międzynarodowe instytucje gwarantujące bezpieczeństwo ruchu pojazdów i określane na odpowiednim poziomie.

Temperatura wrzenia (na poziomie ok. 150°C uznawana powszechnie za niebezpieczną) zależy od jej składu chemicznego cieczy. Skład chemiczny płynów na przestrzeni lat mocno się zmieniał. Najstarsze płyny hamulcowe oparte były na oleju rycynowym z dodatkiem alkoholi (butanolu i diacetonu) – np. DA-1. Kolejne wymagania (DOT 3) to tlenki etylenu i eterów glikoli i poliglikoli. W międzyczasie pojawiły się układy sterowane olejami hydraulicznymi. Kolejne wymagania (DOT 4) to płyny na bazie estrów boranu. DOT 5 to kolejny wyjątek – oleje silikonowe zupełnie odmienne, stosowane m.in. w wojsku i w motocyklach Harley Davidson. Najnowsze klasy, np. DOT 5.1, to najczęściej estry boranu.

Popularne płyny klas DOT 3, DOT 4 i DOT 5.1 zawierają glikole i ich pochodne. Niestety chłoną one wilgoć z powietrza, co nazywamy higroskopijnością. Zawartość wody powoduje obniżenie temperatury wrzenia płynu. Przyjmuje się, iż 1% zawartości wody w płynie obniża temperaturę wrzenia o 50°C. Dlatego też tak ważna jest okresowa (maksimum co 2 lata) wymiana płynu hamulcowego.

W jaki sposób woda dostaje się do układu hamulcowego motocykla:

• elastyczne przewody hamulcowe (przenikliwość przewodów),
• uszczelnienia tłoków, cylinderków i zbiorniczka wyrównawczego.

Słaba mieszalność wewnątrz układu hamulcowego powoduje nierównomierny rozkład zawartości wody w różnych miejscach. Największym źródłem wchłaniania się wody są elastyczne przewody hamulcowe i uszczelnienia zacisków czy cylinderków. W ich okolicy zawartość wody może być nawet trzykrotnie większa niż w zbiorniczku płynu.

Lepkość płynu hamulcowego

Poza temperaturą wrzenia płynom hamulcowym stawianych jest wiele innych wymagań. Jednym z nich jest płynność w szerokim zakresie temperatur. To parametr gwarantujący szybką i właściwą pracę układów hamulcowych. Wymagania międzynarodowe stawiają limit maksymalnej lepkości płynu w niskich temperaturach. Bardzo wymagające pod tym względem są płyny klasy DOT 5.1. Zostały one opracowane w celu prawidłowej pracy systemów ABS w bardzo niskich temperaturach.

Dodatki antykorozyjne do płynów hamulcowych

Woda przedostająca się do układu hamulcowego grozi jego korozją. Zagrożone są wewnętrzne powierzchnie cylinderków czy zacisków hamulcowych, pomp i przewodów metalowych. Międzynarodowe wymagania jasno określają odporność korozyjną płynów. Aby to spełnić, stosuje się dodatki antykorozyjne pasywujące powierzchnie metali. Stosuje się m.in. inhibitory rdzewienia stali, najczęściej typu aminowego lub pochodne kwasu tetrapropylenobursztynowego oraz inhibitory korozji metali nieżelaznych - najczęściej pochodne 1,2,3-benzotriazolu.

Dodatki smarne do płynów hamulcowych

Wysokie naciski panujące wewnątrz układu wymagają stosowania środków ochronnych w celu zapewnienia trwałości współpracujących elementów. Jako dodatki smarne o działaniu przeciwzużyciowym stosowane są fosforany organiczne, głównie fosforan trikrezylu. Przeciętnie płyn hamulcowy zawiera nawet 20–30% tego środka smarującego.

Płyn hamulocowy a uszczelniacze

Elastomery uszczelnień i inne materiały wykonane np. z gumy muszą przez długi czas zachowywać trwałość i elastyczność. Międzynarodowe wymagania określają maksymalną wartość pęcznienia na 16%, aby zachowana była odpowiednia wytrzymałość i współpraca uszczelniających elementów. W tym momencie należy zwrócić szczególną uwagę na brak możliwości mieszania płynu hamulcowego z olejami czy rozpuszczalnikami i paliwami, ponieważ powoduje to znaczący wzrost zużycia uszczelnień, a w konsekwencji usterki w układzie hamulcowym (wycieki, zwiększone opory działania, blokowanie pomp hamulcowych, blokowanie tłoczków w zaciskach itp.).

Czym dodatkowo powinny charakteryzować się płyny hamulcowe

Płyny hamulcowe powinny charakteryzować się wysoką odpornością na pienienie. Piana zassana przez pompę hamulcową powoduje nagły wzrost ściśliwości płynu hamulcowego w układzie, co jest zjawiskiem identycznym z zapowietrzeniem układu lub wytworzeniem pęcherza gazowego na skutek przegrzania płynu. W płynach hamulcowych stosowanie dodatków antypiennych jest koniecznością.

Płyny hamulcowe dzielą się na:

• higroskopijne – absorbujące wilgoć w różnym stopniu:
  – olej rycynowy/alkohol, np. płyn DA-1,
  – DOT 3 – etery-glikole/poliglikole,
  – DOT 4, DOT 4 ISO class VI, DOT 5.1 - estry boranu/estry glikolu,
  – DOT 4+, DOT 5.1 – estry silikonu,
• niehigroskopijne – nie absorbują wilgoci i nie są mieszalne z wodą:
  – oleje mineralne i syntetyczne, np. Citroën LHM, LDS,
  – DOT 5 – silikony, np. Harley Davidson.

Wszystkie płyny higroskopijne są mieszalne z wodą i wzajemnie kompatybilne. Nie można mieszać płynów higroskopijnych z niehigroskopijnymi. Płyny niehigroskopijne są między sobą także niemieszalne, np. DOT 5 nie jest mieszalny z olejami mineralnymi czy syntetycznymi.