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.
Öncelikle bakınız:
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. (Bakınız: Diferansiyelin Yapısı ve Çeşitleri)
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).
Ana Konu: Araç Çekiş Sistemleri - Aktarma Organları ve Tork Dağılımı
Yorumlar
Yorum Gönder