4WD Nedir? 4 Çeker Araçlar Nasıl Çalışır? Yapısı ve Özellikleri




4WD Nedir? Sürekli 4 Çeker Araçlar ve Yarı Zamanlı 4 Çeker Araçlar Nasıl Çalışır? 4x4 Yapısı Parçaları ve Özellikleri


Dört tekerden çekiş sistemi (4WD), motorda üretilen torkun (çekiş kuvvetinin), sürekli dört teker üzerinden veya seçime göre iki teker üzerinden yola aktarılabildiği sistemdir. Arazi araçlarında (off-road), gerçek SUV’lerde ve bazı pick-up’larda kullanılır. Binek otomobillerde 4wd yerine awd tercih edilmektedir.

4WD dört tekerden çekiş sisteminde bulunan  kilitlenebilir diferansiyeller ve merkezi diferansiyel (transfer kutusu); mekanik olarak, hidrolik olarak, elektrohidrolik olarak çalıştırılıp kumanda edilebilir. En güncel sistemler elektro-hidrolik sistemlerdir.
                    Dört Tekerden Çekiş Sistemi Nedir? 4WD-AWD

(Bakınız: AWD Dört Tekerden Çekiş Sistemi)  
                 

4WD Dört Tekerden Çekiş Sistemi Çeşitleri:

 Yarı Zamanlı 4WD (Part Time 4WD): 

Sürücü aracı hem dört çeker hem de iki çeker kullanabilir, bunun için sürücüye bir kumanda verilmiştir. Aynı zamanda merkezi transfer kutusunda iki kademe daha bulunur; “takviye” ve “seri” , sürücü aracın çekişini arttırmak için takviye konumunu seçebilir. Bu tip çekiş sistemi genelde arazi araçlarında kullanılır. Sürücü manuel olarak ikinci bir vites koluyla veya bir butonla seçim (4wd lock) yapabilir, aracı 2 çekerden 4 çekere geçirebilir. 4 tekerden takviyeli çekiş (4L (L:low:takviye) veya 2 tekerden takviyeli çekiş 2L seçimiyle birlikte; 4 tekerden seri 4H veya 2 tekerden seri 2H çekiş modları seçilebilir. Merkezi diferansiyel yoktur.



High (H) (seri) seçildiğinde aracın maksimum hızı artar, tork azalır. Çamurlu, karlı, buzlu yollarda, torku azaltmak gerekir, bunun için H seçilmeli.
Low (L) (takviye) seçildiğinde aracın hızı azalır, tork (çekiş kuvveti) artar. Çok dik yokuşlar, arazide tırmanma, ağır yük taşıma durumlarında L seçilmeli.

Ayrıca bazı araçlarda otomatik dört çeker (A4WD) konumu seçilebilir, çekiş sistemi kontrol ünitesi (ecu), patinaj algıladığında otomatik olarak çekişi 2 tekerden 4 teker moduna geçirebilir. Sürücü çekiş türünü seçebildiği için buna manuel 4wd de denir.

 

Sürekli 4WD (Dört Tekerden Çekiş Sistemi: Full time 4WD): 

Sürücü, çekişi modunu 2 çeker veya 4 çeker diye seçemez. Motor torku sürekli olarak 4 tekere birden aktarılır. Torkun ön ve arka tekerleklere farklı miktarlarda aktarılabilmesi için, ve ön ve arka tekerleklerin dönüş hızlarının virajlarda farklı olacağı için; transfer kutusunda bir “merkezi diferansiyel” veya bir “çok diskli kavrama” veya bir “planet dişli sistemi” kullanılır. Bu sistemde sürücü çekişi, 2 tekerden çekiş veya 4 tekerden çekiş olarak değiştiremez, hep 4 tekerden çekiş vardır. Fakat çekişi arazi modu (Low) ve seri mod (High) olarak seçebilir. Bu durum, yarı zamanlı 4wd sisteme göre, daha fazla yakıt tüketimi demektir.

AWD sistemi, sürekli 4WD sisteminden doğmuştur.





4WD Dört Tekerden Çekiş Sisteminin Çalışma Prensibi


Dört tekerden çekiş sisteminde; ön aksta bir diferansiyel, arka aksta bir diferansiyel, şanzıman çıkışında bir dağıtıcı (transfer) dişli kutusu bulunur. Virajlarda sağ ve sol tekerleklerin kaymadan farklı hızlarda dönebilmelerini sağlayan diferansiyel, hem ön hem arka aksta kullanılmıştır. Bu, tüm 4 çeker sistemleri çeşitlerinde aynıdır. Ön ve arka akslarda bulunan diferansiyeller “açık diferansiyel” olabileceği gibi, arazi araçlarında genellikle “kilitlenebilir diferansiyel” olacaktır.

Motor torkunun (çekiş kuvvetinin) hem ön hem arka akslara iletilmesi için, şanzımanın çıkışında bir transfer kutusu (dağıtıcı dişli kutusu), sisteme ilave edilmiştir. Bu transfer kutusunun yapısı, görevi ve çalışma prensibi; çekiş sisteminin karakteristiğine göre farklılık göstermektedir. Transfer kutusundan bir merkezi diferansiyel varsa bu sürekli (full time) 4WD dört tekerden çekiş sistemidir. Transfer kutusundan bir merkezi diferansiyel yoksa bu yarı zamanlı (part time) 4WD dört tekerden çekiş sistemidir.





Motorda üretilen torkun (çekiş kuvvetinin), tekerleklerden yola aktarılamadığında hiçbir anlamı yoktur. Bir araç ancak tork yola aktarılabilirse ilerler. Motorda üretilen torkun, tekerleklerden yola aktarılabilmesini, lastik-yol arasındaki sürtünme kuvveti belirler, bu sürtünme kuvvetine “çekiş” de diyebiliriz. Motordan gelen tork, lastik-yol arasındaki sürtünme kuvvetini aştığında; tekerlek patinaj yapar, yolda kayar. Demek ki motor ne kadar güçlü olursa olsun, tekerlek-yol arasındaki sürtünme kuvveti, bir eşik olarak bu güçten faydalanılmasını engelliyor.

Hareket edilmesi içim şu şart sağlanmalı:
F(Direnç Kuvveti) < F(Tahrik Kuvveti) < F(Sürtünme Kuvveti)



Örneğin araca ilk kalkışta yavaş yavaş gaz vererek kaldırıyoruz, araç yumuşak bir şekilde patinaj yapmadan kalkıyor ve ilerliyor. Peki fazla gaz vererek aniden güç verdiğimizde ne oluyor? Çekiş tekerlekleri patinaj yapıyor, ilerlemek yerine olduğu yerde bir süre kalıyor. Aynı araç, aynı tekerlekler, aynı yol şartları. Nedeni: o iki tekere çok fazla tork (döndürme kuvveti) gönderdik, bu tork, lastik-yol arasındaki sürtünme kuvvetini (tutunmayı) aştı, lastik yol üzerinde kaymaya başladı, kayma yapması demek çekişin ve yol tutuşunun kaybolması demektir. Yol tutuşunun nasıl kaybolduğunu; önden çekişli aracın patinajdayken direksiyon hareketinize tepki vermemesinden gözlemleyebilirsiniz.

Aracın hareket edebilmesi için:

*Motor gücünün, araçta hareket enerjisine dönüştürülebilmesi için, tekerlek ve yol arasında sürtünme kuvveti (tutunma) olması gerekir. Sürtünme kuvveti yoksa, hareket de yok.

*Tekerleklere gönderilen tork, lastik-yol arasındaki tutunma kuvvetinden (sürtünme kuvvetinden) BÜYÜK OLAMAZ. Büyük olursa tekerlek kayar-patinaj yapar.

*Tekerlek ile yol arasındaki sürtünme kuvveti, o tekerlek üzerinden yola aktarılabilecek çekiş kuvvetinin (torkun) sınırlayıcısıdır.


Normal yol şartlarında ve normal sürüşte zaten tork, sürtünme kuvvetini aşmıyor, araç normal (istenen) şekilde ilerliyor. Peki yol şartları; çamurlu, karlı, çok olsak, buzlu, mıcırlı vb. olduğunda ne oluyor? Lastik ve yol arasındaki sürtünme kuvveti azalıyor; sürtünme kuvveti azalınca, o tekerden yola aktarılabilecek tork da azalıyor (sınırlayıcı faktör), araç patinaj yapıyor, kayıyor. Yani motordan gelen tork arttırılmamasına rağmen, sürtünme kuvveti azaldığı için, sürtünme kuvvetini aşmış oluyor, aşmaması gerekirdi.

Aracın hareket edebilmesi için tekerleğe gönderilen torkun, tekerlek-yol sürtünme kuvvetini aşmaması gerekiyorsa,

Bu durumda iki şey yapılabilir:
*Sürtünme kuvvetini arttırmak: Sürtünme kuvveti (Fs= µ . Fkütle); sürtünme katsayısı ve kütleye (ağırlık) bağlıdır. Sürtünme katsayısını, yol şartları (kar-buz-çamur-lastik kalites vb) belirler ve sürücü bunları değiştiremez-sürekli müdahale edemez. Ağırlığı ise değiştirebilir, örneğin patinaj yapan tekerleğin üzerine ağırlık koymak, insanları oturtmak, yük atmak vb, bu pratik olsa da her zaman işe yaramaz ve kalıcı değildir. Fakat çok iyi şekilde işe yarayan bir yöntem var, Elektronik diferansiyel kilidi (Electronic Differential Lock (EDL)). Madem lastik ve yol arasındaki sürtünmeyi arttıramıyoruz (tepki kuvveti oluşturamıyoruz), öyleyse fren diskiyle sürtünme kuvveti oluşturarak, torkun yere tutunan diğer tekere akışını sağlayabiliriz. EDL sisteminde aslında diferansiyeli kilitleyen bir şey yok, diferansiyel klasik açık diferansiyel, sadece kayan-patinaj yapan tekere ABS sistemiyle frenleme kuvveti uygulanıyor, böylece tork aktarılan tork artıyor ve yere tutunan diğer tekere yönlendirilmiş oluyor, araç hareket ediyor.


*Tekerleğe gönderilen tork miktarını azaltmak: İşte çekiş sistemlerinin geliştirilmesi, bu fikre dayanıyor, motor torkunu 4 tekere paylaştırarak, her bir tekerleğe gönderilen torkun azaltılması.

4wd dört tekerden çekiş sisteminin mantığı tam olarak burada yatıyor, torku iki teker üzerinden yola aktarınca, tork %50 %50 ikiye bölünerek aktarılıyor, bu durumda bir teker üzerinden aktarılması gereken tork, sürtünme kuvvetinin azaldığı durumlarda çok fazla geliyor ve çekiş kayboluyor. Bunun yerine dört tekere bir den tork gönderilse, tork paylaşımı her bir teker için %25 olacak  ve sürtünme kuvveti aşılmayacağı için, patinajdan kaçınılmış olacak. Patinaj veya kayma olmaması; daha iyi çekiş, daha iyi yol tutuşu ve performans anlamına anlamına gelir. Tabi ilave ağırlık, ilave donanım maliyeti, ilave yakıt tüketimi gibi olumsuz etkenlerle birlikte.

Tork dağılımını daha iyi anlamak için bakınız: Diferansiyelin Çalışma Prensibi ve Tork-Hız Akışı



İki tekerden çekiş sisteminde (fwd veya rwd) aracın patinaj yapıp ilerlemesini engelleyen durum ve çözümü:
Açık diferansiyele sahip iki tekerden çekişli araçlarda (tüm ortalama binek araçlar), bir teker patinaj yaptığında, tüm çekiş kaybolur, motordan gelen gücün tamamı patinaj yapan tekerleğe gider ve burada devire dönüşür.

Bunu engellemenin yolu: Kilitli diferansiyel (bu genelde sınırlı kaymalı diferansiyeldir (lsd)) kullanmak veya bunun yerine ASR çekiş kontrol sistemiyle patinaj yapan tekerleğe fren kuvveti uygulanmasıdır. Fakat iki teker birden patinaj yapıyorsa, aracın hareket etmesi imkansızdır. 4WD dört tekerden çekiş sistemi bunun için gereklidir.



Dört tekerden (4WD) çekiş sisteminde de aracın hareket etmesini engelleyen durumlar ve çözümü:

Tek bir tekerin patinaj yapması durumu:
Dört tekerden çekişli (4wd) bir aracımız var, iki tekerden çekiş modunda kullanıyoruz. Bu aracın bir tekeri bile çamura saplansa, o araç hareket edemez. Çünkü motordan gelen güç, olduğu gibi patinaj yapan (düşük sürtünme kuvvetine maruz kalan) tekerleğe akar. Güç her zaman en az dirençle (zorlukla) karşılaştığı yolu tercih eder. Güç, tork ve devir sayısından oluşur. Motor gücü patinaj yapan tekerleği büyük bir hızla döndürerek hıza dönüşür; tork ise çok çok küçük değerlere iner çünkü patinaj yapan tekerleğe uygulanan karşı kuvvet (sürtünme kuvveti) çok azdır.

Bu durumda, arka aks diferansiyel kilidi kapatılabilir (eğer “lsd” sınırlı kaymalı kilitli diferansiye varsa kendiliğinden devreye girecektir zaten), bu durumda arka iki tekerin hızı eşitlenecek, aktarılan tork yere tutunan tekerleğe göre belirlenecektir. Araç ilerleyecektir. Ya da


Ön iki tekerin patinaj yapması durumu:
Bu durumda merkezi diferansiyel kilitlenir, çekiş kuvvetinin yarısı arka tekerleklere aktarılır, arka tekerlekler yere tutunuyorsa araç ilerleyebilir. (Bu durum part time (yarı zamanlı) 4wd sistemine sahip araçlarda geçerlidir.)

Arka iki tekerin patinaj yapması durumu:
Bu durumda merkezi diferansiyel kilitlenir, çekiş kuvvetinin yarısı ön tekerleklere aktarılır, arka tekerlekler yere tutunuyorsa araç ilerleyebilir. (Bu durum part time (yarı zamanlı) 4wd sistemine sahip araçlarda geçerlidir.)

Dört tekerin birden patinaj yapması durumu:
Bu durumda merkezi diferansiyel kilitlenir, arka diferansiyel kilidi ve ön diferansiyel kilidi kilitlenir. Merkezi diferansiyel kilidiyle çekiş kuvvetinin yarısı ön tekerleklere, yarısı arka tekerleklere aktarılır; ayrıca arka ve ön akstaki diferansiyel kilitlerinin kilitlenmesiyle sağ ve sol tekerleklere aktarılan tork da eşitlenir (%25+%25+%25+%25). İkinci bir vites kolu veya bir buton-şalter ile H (High) seri mod seçilir, bu mod tork miktarını azaltır, hızı arttırır. L (Low) arazi modu ise, torku arttırır hızı azaltır, lastiğin yere iyi tutunduğu çok dik yokuşlarda veya ağır yük taşınması durumunda kullanılır.



Merkezi diferansiyelsiz yarı zamanlı 4WD sistemi: 

4 çeker sistemin en basit hali; şanzımanın yanında bulunan bir transfer kutusu tarafından, motor torkunun ön ve arka tekerleklere eşit oranda (%50-%50) dağıtılmasıdır. Bunun için sürücü; ilave bir vites koluyla, şanzımanın çıkış milindeki dişliyi, ön şaft miline bağlı olan transfer dişlisiyle kavraştıran bir senkromeç manşonunu kilitler. Böylece motor torku ön ve arka diferansiyellere eşit miktarda iletildiği gibi, şanzıman çıkış devri de eşit miktarda iletilir, yani ön ve arka tekerleklere eşit dönüş hızı verilir. Bu bir merkezi diferansiyelsiz yarı zamanlı 4WD sistemidir. Çamur ve kaygan zeminde, arka tekerlekler patinaja kapılsa bile, ön tekerleklerde de çekiş olduğundan araç hareket edebilir (veya tam tersi durumda).

Dört tekerlekten çekişte, ön ve arka akslara (tekerleklere) eşit hız ve tork dağılımı yapılması, virajlarda farklı hızlarda dönmesi gereken ön ve arka tekerlekler açısından özellikle yüksek hızlarda (30-40km/h sonra) problem teşkil eder (patinaj ve kayma yapar). Araç viraj alırken, her zaman ön tekerlekler, arka tekerleklerden daha hızlı döner. Sistem bu haliyle sadece belirli düşük hızlarda 4 çekerde kullanılabilir. Yüksek hızlarda bu şekilde kullanıma izin verilmez. 

Merkezi diferansiyelli tam zamanlı 4WD sistemi: 

Yarı zamanlı 4 tekerden çekiş sistemini, sürekli (full time) 4 tekerden çekiş sistemine dönüştürmek için, ilk yapılması gereken şey, ön ve arka tekerleklerin virajlarda farklı hızlarda dönmeleri sebebiyle oluşan devir dengeleme problemini aşmak olmuştur. Yani sürekli 4 çeker isteniyorsa, ön ve arka aksların dönüş hızları dengelenmeli, yani ön ve arka tekerleklerin farklı hızlarda dönebilmelerine imkan verilmelidir.. Bunun için ilk geliştirilen yöntem bir “merkezi diferansiyel” kullanmaktır.

Sürekli dört tekerlekten tahrik sisteminde (full time 4WD), dört tekere de sürekli motor torkunun aktarılabilmesi için ve aracın her hızda ve yol şartında kullanılabilmesi için; transfer kutusunda bir “merkezi diferansiyel” bulunmalıdır. Merkezi diferansiyel sayesinde, ön ve arka tekerleklerin farklı hızlarda dönmeleri (devir dengelemesi) mekanik olarak sağlanmış olur, hem arazi şartlarında patinajlı sürüş hem de normal yol şartlarında (yüksek hız – virajlı sürüş) kullanım mümkün hale gelir. Merkezi diferansiyele şanzımandan dönüş hareketi giriş yapar, diferansiyel; bu dönüş hareketini ön ve arka diferansiyele bağlı olan, ön ve arka şaft miline aktarır. Merkezi diferansiyele sahip sürekli 4 çeker sisteminde sürücü, 4 çeker veya 2 çeker şeklinde seçim yapamaz, sistemi açıp kapatamaz, 4 çeker hep açıktır.

Merkezi diferansiyel, şanzımanın çıkış torkunu ön ve arka diferansiyele %50 - %50 olacak şekilde eşit dağıtır (farklı bir tork dağılımı düzeni yoksa).

Yorumlar