Gépeskocsi légfékszerkezetei
A gépeskocsi legfontosabb szerkezete a főfékszelep, amellyel vezéreljük a fékkamrába jutó levegő nyomását. Az ábrán az egykörös légfékrenszer klasszikus változata látható. Működése a következő. A pedálra egyre növekvő erőt fejtünk ki. Először a zöld rugótámasz mozdul meg, majd amikor az alatta lévő rugót annyira összenyomjuk, amekkora a fő rugó előfeszítettsége, a piros dugattyú is megmozdul. Ettől kezdve mindkét alkatrész halad lefelé mindaddig, míg a dugattyú szára el nem éri a szelepet, ami mögött a tartály sűrített levegője várakozik. Amikor ezután a pedálra akkora erőtöbbletet fejtünk ki, ami elegendő a légnyomással felszorított szelep lenyomására, akkor megkezdődik a levegő beáramlása.

A levegő eljut a fékkamrákba, s megkezdődik a fékezés. De ugyanez a levegő nyomást gyakorol a piros dugattyúra is - fölfelé. Mivel a dugattyúra ható erők igyekeznek egyensúlyban maradni, ezért a pedálerő növelésével arányosan nő a levegő nyomása: a szelep mindig annyira van nyitva, hogy a éppen az arányos nyomásnövekedéshez szükséges mennyiségű levegő tudjon beáramolni. Amikor a pedálerő növelésével megállunk, a szelep abban a pillanatban mégnyitva van, de a besurranó levegő fölemeli a dugattyút, bezárva maga mögött a szelepet. Az így kialakult egyensúly marad mindaddig, míg a pedálerőt nem változtatjuk. Ha azt tovább növeljük, a szelep azonnal kinyílik, s nő a nyomás. 

Ha a pedálerőt csökkentjük, az első pillanatban semmilyen látható változás nincs. Ugyanis addig a szelepet a dugattyú szára tartotta zárt helyzetben úgy, hogy engedte azt hozzásimulni a szelepüléshez anélkül, hogy az ráfeszült volna. Először tehát a dugattyú átterheli a szelep támasztását a szelepülésre, csak azután indul fölfelé. Megkezdődik a levegő kiáramlása a fékkamrákból, ami természetesen nyomáseséssel jár, tehát a dugattyúra ható nyomóerő is csökken, állandó arányt tartva a pedálerő-csökkenéssel. Ha a pedál felengedésével közben megállunk, a dugattyú természetesen kienged még annyi levegőt, hogy a szelepig le tudjon ereszkedni - de azt nem tudja kinyitni! 

Amennyiben a fékezést fokozni akarjuk, a dugattyúnak először megint le kell feszítenie a szelepet, hogy a levegő ismét be tudjon áramolni a tartályból. 

Ha azonban nem növelni akarjuk a félig visszaengedett pedálra kifejtett erőt, hanem folytatjuk a pedál felengedését, a maradék levegő kiáramlása azonnal megkezdődik, mivel a dugattyú szára éppencsak érintette a szelepet, nincs szükség átterhelődésre.

Az egyes fázisok külön-külön láthatók itt!

Ugyanennek a szerkezetnek később megjelent a kétkörös változata is (fönti ábra). Mint látható, a két tartályból két irányba tud levegőt küldeni azonos arányban. Készültek olyan változatok is, melyben a nyomórúd nem állandóan középen nyomta a zöld "gerendát", hanem görgő segítségével lehetett a feltámasztást jobbra-balra elcsúsztatni, akár automatikusan is, a tengelyterhelések arányának változásával összhangban.

Természetesen az egyik fékkör meghibásodása esetén a másik fékkör tovább működik - minimális fékkésedelem-növekedéssel. Ugyanis ilyenkor a zöld "gerenda" meghibásodott oldali végének először fel kell ütköznie a teljesen lenyott piros dugattyú peremén, azaz meg kell tennie az a + b távolságot, csak akkor tudja nyomni a hibátlan oldal dugattyúját.

Ma a legtöbb kétkörös főfékszelep soros felépítésű, amelyben az egyik dugattyút továbbra is a pedállal nyomjuk le, a másik dugattyút azonban az a levegő-nyomás működteti, amit az első körben kialakítunk.

Itt is két kamrában (2 és 6) várakozik a tartálynyomás. 

Az I- esfékkör vezérlése megegyezik a fent leírt folyamattal, ezért azt nem ismételjük meg. 

Mint látható a rajzon, az I-es fékkörbe engedett levegő eljut a 3-as kamrába, ahol nyomást tud kifejteni a zöld dugattyúra lefelé. Az ugyanúgy elindul, mint ahogy elindult a piros dugattyú a rugóerő növelésének hatására. A lefelé haladó zöld dugattyú kinyitja az alatta lévő szelepet, s a 6-os karából levegőt enged be az 5-ös kamrába, azaz a II-es fékkörbe, de a 4-es kamrába is, ahol a nyomás egyensúlyt tart a fölötte lévő 3-as kamra nyomásával. 

Az egyes fázisok külön-külön láthatók itt!

Meg kell jegyezni, hogy az utóbbi időben a dugattyús szerkezeteket kezdik kiszorítani a membrános változatok, melyek azonban azonos elven működnek. 

Ma már követelmény, hogy a járműnek két fékrendszere legyen, az üzemi fék mellett egy másik, kézzel vezérelt, ún. rögzítőfék-rendszer, amely akkor is befékezett állapotban tartja a magára hagyott járművet, ha az összes levegő megszökik. Természetesen a rögzítőfékkel is lehessen finoman fékezni. Meglehetősen sokféle rögzítőfék-rendszer létezik, de közös jellemzőjük, hogy a fékkulcs elfordítását egy erős rugó végzi, amit alaphelyzetben sűrített levegő nyom össze. Fékezéskor ennek a sűrített levegőnek a nyomását csökkentjük, lehetőséget adva a rugónak az erőkifejtésre. Példaként nézzünk meg egy ilyen rendszert. 

A fölső 1. ábra mutatja a rendszert alaphelyzetben. Az ún. rugóerő-tárolós munkahengerben a 4-es dugattyút a levegő tartja szélső bal helyzetében. (Az 5 dugattyú az üzemi fékrendszerhez tartozik.) A rögzítőfék-szelepben a tartálynyomás a rugó ellenében fölszorítva tartja a piros (3) dugattyút, összeköttetést nyújtva a tartály és a munkahenger között. Amikor az 1 kézifék-kart elfordítjuk, a ferde pálya lehetővé teszi a rugóelőfeszítés mértékének a csökkenését (2. ábra). Ezt kihasználva, a piros dugattyú felemelkedik, először zárja a zöld szelepet, majd a szeletől is elválva, utat nyit a levegőnek a távozásra. A nyomáscsökkenés természetesen arányos a rugóerő csökkentéssel: túl gyors nyomáscsökkenés esetén a maradék rugóerő is lefelé tudná tolni a piros dugattyút, ami elzárná kiáramlás lehetőségét. Ez be is következik pillanatokkal azután, hogy a rugóerő csökkentésével (az 1 kar forgatásával) megállunk. A 3. ábra mutatja az így kialakult egyensúlyt: a 4-es dugattyú akkora erővel szorítja a fékszerkezetet, amekkorát a bent maradt levegő nyomása megenged. Ha minden levegőt kiengedünk, a fékhatás maximális lesz. Ugyanez a helyzet akkor is, ha a levegő más okoból szökik meg (4. ábra). 

Mivel a rögzítőfék a hátsó kerekekre hat, figyelembe kell venni, hogy a távolság a rögzítőfék-szelep (illetve a hozzá tartozó tartály) és a hátsó tengely között meglehetősen nagy lehet, ami túlságosan nagy fékkésedelemmel járhat. Ezen úgy lehet segíteni, hogy a hátsó tengely közelébe is rakunk tartályt, s mellé egy relészelepet szerelünk. Ezt vékony vezetékkel kötjük össze a rögzítőfék-szeleppel, ezért a relészelepben nagyon gyorsan tud a nyomáscsökkenés érvényesülni. A relépszelep hamar kinyílik, s ott rögtön ki is tudja engedni a fölösleges levegőt, nem kell annak végigmenni a járművön a rögzítőfék-szelepig. A fékezés végeztével a közeli tartályból beengedi a nagy mennyiségű levegőt a rugóerőtárolós munkahengerbe. A relészelep a következőképp működik (ábrák lent):

Addig, amíg a rögzítőfék-szelep tartja a nyomást, addig a relészelep is összeköti az ottani tartályt a a rugóerőtárolós munkahengerrel. Fékezéskor csökken a nyomás a szelepet lenyomva trató dugattyú fölött, az elindul fölfelé, lezárja az összeköttetést a tartály és a munkahenger között, majd megnyitja az utat a munkahengerből kiáramló levegőnek a szabadlevegő felé. Természetesen itt is mindig érvényesül a a dugattyúra ható erők egyensúlya. 

Az egyes fázisok külön-külön láthatók itt!

Meg kell jegyezni, hogy az üzemi fékrendszerben is ajánlatos a relészelep (és egy tartály) beépítése a hátsó tengelyhez közel. Ennek szerkezete nagyon hasonlít az előbbihez, csak fordítva működik. 

Sok magyarázatra nincs szükség: ugyanis pontosan úgy néz ki, s ugyanúgy működik, mint a fent ismertetett soros felépítésű kétkörös főfékszelep alsó része. Ott is, itt is a dugattyú fölött megjelenő nyomás működteti a dugattyút, s az alatta lévő szelepet. 

Az egyes fázisok külön-külön láthatók itt!

A hidraulikus fékekkel kapcsolatban részletesen ismertettük a különböző fékerő-korlátozó, -vezérlő, és -szabályozó szelepeket, melyekkel a hátsó kerekek fékezését lehet befolyásolni. Szinte mindegyiknek megvan a légfékes változata is, legtöbbnek a működési elvük is azonos, csak - olaj helyett levegővel működnek. Viszont ismerkedjünk meg egy olyan fékerőszabályozóval, aminek nincs hidraulikus változata. 

A rajzon látható szerkezetben a fő szerepet a zöld "libigóga" játsza: folyamatosan és terheléstől függően automatikusan egyensúlyoz az első és a hátsó kerekekhez menő nyomás között. A főfékszeleptől jövő nyomás az első kerekekhez közvetlenül eljut, a hátsó kerekekhez azonban ezen a szelepen keresztül, ami egyben a relészelep funkcióját is betöltheti, ha - egy tartállyal együtt - a hátsó tengely közelébe építik be.

Fékezéskor a főfékszeleptől jövő nyomás a lila dugattyút nyomja lefelé. Ennek kinyúló karja viszont a kis piros dugattyút is magával viszi lefelé. Ez a kis piros dugattyú az alatta lévő szeleppel tulajdonképpen egy újabb főfékszelep azzal a különbséggel, hogy az általa beengedett levegő nyomása nem közveltenül igyekszik fölfelé nyomni az egyensúly érdekében, hanem kerülő úton. A kis szelep által beengedett levegő ugyanis nem csak a fékkamrákba jut el, hanem a bal oldali lila dugattyú fölé is. Az pedig a "libigógán", egy kétkarú emelő segítségével igyekszik fölfelé nyomni a jobb oldali dugattyút, ami bűnös abban, hogy egyáltalán elidult a levegő beáramlása. 

Ha a két szélső lila dugattyú felülete egyforma, s a kétkarú emelőt éppen középen támasztjuk alá, akkor pontosan akkora nyomás megy a fékkamrákba, mint amekkora a főfékszeleptől jön. Ha a feltámasztás jobbra eltolódik, akkor a karok aránya miatt már kisebb nyomás is elegendő az egyensúlyhoz, balra eltolódva pedig nagyobb nyomásra van szükség. Az eltolás mértéke függhet a hátsó tengely és az alváz közötti távolságtól, amit egy rugó tud közvetíteni, de a rudat egy dugattyúval, vagy membránnal is lehet tologatni, összhangban mondjuk a légrugóban lévő nyomással. 

Az egyes fázisok külön-külön láthatók itt!

Végezetül néhány szót a fékezést végreható szerkezetekről. A féktípusoknál is említés történt arról, hogy légfékek esetén a fékpofákat ún. fékkulccsal feszítjük szét. A fékkulcsot membrános vagy dugattyús fékkamrába nyomott levegő forgatja.

Ma már tárcsafékeket és működtetnek légfékként. Mivel a tárcsafékekben a dugattyút nagy erővel kell a tárcsához szorítani, ezért a fékkamrában előállított erőt valamilyen módon növelni kell, ha nem akarunk túlságosan nagy átmérőjű fékkamrát alkalmazni. A két jobb oldali rajz mutat egy érdekes kialakítású, görgős csapágyazású kétkarú emelőt, ami sokszorosára növeli a membránon kialakítható erőt. A nagy áttétel nem okoz problémát, mivel nagyon kis elmozdulása van a dugattyúnak -  ha ügyelünk arra, hogy kicsi legyen a hézag a betét és a tárcsa között. Ezért különös jelentősége van itt az automatikus hézagállító szerkezetnek, olyannak, mint amilyennel a hidraulikus fékeknél is találkoztunk. 

De vannak hibrid megoldások is. 

A hidraulikus fékszervok között láthattunk olyanokat, melyek a segéderőt sűrített levegőtől veszik. De ha már van sűrített levegő a gépkocsiban, akkor nem csak szervokent lehet azt igénybe venni, hanem egy "majdnem igazi" légfékes rendszert kell kibővíteni egy hidraulikus rendszerrel. Azért majdnem igazi, mert a légfékes rendszer minden eleme megtalálható benne, csak a fékkamrában előállított erő nem a fékkulcsot forgatja, hanem a hidraulikus fékek jól ismert főfékhenger-dugattyúját nyomja. Ez nagyban csökkenti a fékkésedelmet is, mivel a légfékszerelvényeket egy kupacba lehet telepíteni, ahonnan vékony csövekben elvezetett olaj nyomásával fékezünk. 

A rugóerőtárolós munkahengerről többször volt szó. 

Az ábrák működésének különböző fázisait mutatják. A bal felső ábrán az alaphelyzet látható, mellette az üzemi fékezés. A második sor első ábráján a rugó fejt ki erőt, ami akkor lenne maximális, ha a lila dugattyú előtt teljesen megszüntetnénk a nyomást. Ez akkor is bekövetkezhet, ha például a gépjárművet javítás céljából légtelenítjük. Ilyenkor nem lehetne vonatóval sem megmozdítani a járművet. Viszont a zöld csavart kicsavarva a rugó már nem a fékpofákat nyomja, hanem házon belül rövidre záródik (jobb alsó ábra). Jobb szélen a gyári kialakítás látható, amelyikben a jobb oldali dugattyú helyett membránt alkalmaznak..

Ma már egyre jobban terjed az elektronikus fékerőszabályozás.

 És egy kis kikapcsolodás!