4 Tekerlekten Çekiş Nasıl Çalışır?

Piyasada neredeyse 4×4 modeli kadar farklı sayıda dört tekerlekten çekiş sistemi bulunuyor. Öyle görünüyor ki üreticilerin hepsi, dört tekerleğe tork aktarmak için farklı sistemleri tercih ediyorlar. Dolayısıyla otomobil üreticileri tarafından kullanılan dil bazen biraz kafa karıştırıcı olabiliyor.
Bu yüzden 4 tekerlekten çekiş sistemini anlatmaya başlamadan önce bu terminolojiye bir göz atalım.

Dört tekerlekten çekiş (Four-wheel-drive)

Otomobil üreticileri, dört tekerlekten çekiş ifadesini kullandıklarında genellikle kısmi bir sistemi kastederler. Bu kısmi sistem, arazi şartlarında, kar ve buz üstünde ilerlerken bir çekiş kaybı olması durumunda devreye giren sistemlerdir.

Tam zamanlı (AWD – All Wheel Drive) 4×4

Bunun uluslar arası literatürdeki karşılığı “all wheel drive”dır. Bu tam zamanlı 4×4 çekiş sistemi arazi, buz, kar, yağmur gibi tüm yüzey tiplerinde yol almak için tasarlanmıştır ve bu sistemlerin bir çoğu 2 tekerlekten çekişe geçirilemez.
Tam zamanlı ve kısmi 4×4 sistemleri aynı kriterle değerlendirilebilir. En iyi sistem, tekerleğin zemin üzerinde kaymaması şartıyla mümkün olan en yüksek torku, doğru miktarlarla doğru tekerleğe gönderen sistemdir.

Tork

Tork, motorun ürettiği kuvvetin yola aktarılarak aracın ilerlemesini sağlayan moment olarak tanımlayabiliriz. Dişliler, şanzıman ve diferansiyel de bu torku arttırarak tekerleklere dağıtan mekanizmalardır. Örneğin birinci viteste tekerleklere beşinci vitesten çok daha büyük
bir tork aktarılır, çünkü tork ile çarpılan birinci vites oranı daha büyüktür.

Tork ile ilgili ilginç bir şey söylemek gerekirse, üretilebilecek maksimum tork miktarı motor tarafından değil çekiş miktarı tarafından belirlenir. Yani isterse aracınızın üzerinde bir NASCAR aracının motoru olsun eğer lastikleriniz yere yapışmıyorsa gücün hiçbir anlamı olmaz.

Çekiş

Bu yazıdaki kapsamın dışına çıkmamak için çekişi lastiğin yere kaymadan uygulayabileceği maksimum kuvvet miktarı (veya yerin lastiğe uygulayabileceği– bunların ikisi de aynıdır) olarak tanımlayabiliriz. Çekişi etkileyen bazı faktörler şunlardır:

Lastiğin üzerindeki ağırlık

Lastiğin üzerinde ne kadar fazla ağırlık olursa çekiş o kadar fazla olur. Örneğin bir araba dönüş yaparken ağırlık, dönüş yönüne göre dıştaki tekerleklere biner. Araba hızlandığında ağırlık arka tekerleklerde daha fazladır.

Sürtünme katsayısı

Bu faktör, iki yüzey arasındaki sürtünme kuvveti ile ilgilidir. Bizim konumuzda tekerlekler ile tekerleklerin üzerinde bulunduğu zemin arasındaki çekiş kuvvetidir. Bu katsayı genellikle kullanılan lastiğin tipine ve yola göre değişir. Örneğin NASCAR araçlarının lastikleri, kuru ve asfalt zemin üzerinde çok yüksek bir sürtünme katsayısı değerine sahiptir. İşte bu yüzden NASCAR araçları virajları çok yüksek hızlarda dönebilir. Tam tersine büyük ve tırtıllı off-road lastikleri de kuru zeminde o kadar yüksek bir sürtünme katsayısına sahip değildir, fakat çamur içindeyken oldukça yüksek sürtünme sağlar.

Kayma (Patinaj)

Lastiklerin yol ile iki türlü teması vardır, Bunlar; statik ve dinamiktir.

Statik temas

Lastik ve yol (veya başka bir zemin) birbiri üzerinde kaymaz. Statik temas için sürtünme katsayısı, dinamik için olandan daha yüksektir ve bu sebeple statik temas daha yüksek çekiş sağlar.

Dinamik temas

Lastik, yol üzerinde kayar. Dinamik temas için söz konusu olan sürtünme katsayısı daha düşüktür, bu sebeple çekiş de daha azdır.

Patinaj Neden Olur?

Çok basit olarak anlatırsak tekerleğe uygulanan kuvvet, lastiğin sağlayabileceği çekiş kuvvetini aşarsa patinaj gerçekleşir. Çekiş kuvveti lastiğe iki şekilde etki eder:

Uzunlamasına

Uzunlamasına kuvvetler lastiğe, motor veya fren sistemi tarafından uygulanır. Bu kuvvetler aracı hızlandırma veya yavaşlatma eğiliminde olurlar.

Yanal

Araç bir virajdan geçerken bu kuvvetler meydana gelir. Bu kuvvetler aracın yönünü değiştirmeye çalışan kuvvetlerdir. Diyelim ki oldukça kuvvetli bir motora sahip arkadan itişli bir aracınız var ve ıslak bir yol üzerinde bir virajdan geçiyorsunuz. Bu anda lastikleriniz yolun uyguladığı yanal kuvveti karşılayacak kadar çekişe sahiptir. Virajın tam ortasına geldiğinizde gaz pedalına sonuna kadar bastığınızı varsayalım (bunu yapmayın!!) bu durumda motorunuz tekerleklere daha fazla tork iletir ve bu da lastiklerinizde daha fazla uzunlamasına kuvvet oluşmasına sebep olur. Motorunuzdan gelen uzunlamasına kuvvet ve yoldan kaynaklanan yanal kuvvet bir araya geldiğinde kaymaya başlarsınız.

Diferansiyel

Bir otomobil, bir tanesi ön iki tekerleğe bir tanesi de arka iki tekerleğe bağlı olan iki diferansiyele sahiptir. Bunlar üretilen torkun tekerleklere aktarılmasını sağlarlar. Diferansiyellerin dönüş esnasında içteki ve dıştaki tekerleklerin farklı hızlarda dönmesini engelleyerek kayma oluşmasını da önler.

Şanzıman

Bu, dört tekerlekten çekişli aracınızda gücü ön ve arka tekerlekler arasında dağıtan sistemdir. Tipik bir kısmi dört tekerlekten çekişli şanzıman. Kısmi dört tekerlekten çekişli bir araçta bu şanzıman, ön dingil ile arka dingili kilitleyerek tekerleklerin aynı hızda dönmesini sağlar. Normal şartlarda (kuru ve asfalt yol) tekerleklerde patinaj olması oldukça nadir olduğunda bu sistemin normal şartlar altında kullanılması dingil bağlantılarının aşınmasına ve aracın sallantılı ilerlemesine yol açar. Bu yüzden bu sistem sadece patinaj ihtimalinin çok olduğu yani çekiş kuvvetinin düşük olduğu karlı, yağmurlu ve buzlu yollarda kullanışlıdır.

Bazı araçlarda bu şanzımana ilave edilen bir dişli sistemi ile aşırı engebeli arazi şartlarında yavaş (yaklaşık 10km/h hızla) fakat düzgün yol almayı sağlayan bir düşük vites seçeneği bulunur. Bu seçenekte motorun ürettiği çıkış çok azdır fakat tekerleklere çok yüksek bir tork iletilir ve bu da aracın engel tanımamasını sağlar.

Elektronik Sistemler

Çoğu modern dört tekerlekten çekişli ve tam zamanlı 4×4 (AWD – All Wheel Drive) araçlarda elektronik sistemler çok önemli bir role sahiptir. Bazı araçlar, en temel sistemlerden biri olarak tekerleklerin kaymasını önleyen ABS fren sistemine sahiptir. Bazıları ise tekerleklerde daha iyi bir tork kontrolü sağlayan çok özel elektronik kavrama sistemlerine sahiptir.

Şimdi kısmi 4×4 sisteminin en temel parçalarının nasıl işlediğine bir bakalım.

Temel Sistem

Genellikle dört tekerlekten çekişli pickup’larda ve eski tip ciplerde (SUV) bulunan kısmi 4×4 sistemi şu şekilde çalışır: Araç genellikle sadece arkadan itişlidir. Şanzıman direkt olarak vites kutusuna bağlıdır. Burada da bir mil ön dingili, diğer bir mil de arka dingili döndürür.

Bu sistemde 4 tekerlekten çekiş aktif hale getirildiğinde vites kutusu, ön ve arka tahrik millerini birbirine kilitler ve bu millerin her biri motordan çıkan torkun yarısını (veya aradaki dişli bağlantıya göre %40 – %60 gibi oranlarda paylaşır) alır.

Ön ve arka dingiller birer açık diferansiyele bağlıdır. Her ne kadar bu sistem iki tekerlekten çekişli bir araçtan çok daha iyi bir çekiş sağlasa da bazı dezavantajları vardır. Bunlardan birisini yukarıda ifade etmiştik: Vites kutusunun kilitlenmesi sebebiyle normal şartlarda ve asfalt zeminde kullanılması zordur.

İkinci problem ise kullanılan diferansiyel tipinden kaynaklanır. Bir açık diferansiyel milden alınan torku iki tekerlek arasında eşit olarak paylaştırır. Eğer bu tekerleklerden birisi suya girer veya buz üstüne gelirse bu tekerleğin yola aktardığı tork sıfır olur ve dolayısıyla diğer tekerlek normal bir zeminde iken ve yola tork aktarması gerekirken bunun torku da sıfıra iner.

Önceden de söylediğimiz gibi en iyi 4 çekiş sistemi her tekerleğe ihtiyacı kadar tork gönderen sistemdir. Bu kritere göre açık diferansiyel bulunan sistemler 4×4’lerin tüm ihtiyacını karşılamaz. Fakat korkmayın! Bu sistem oldukça eski araçlarda kullanılıyordu.

Bu zaafı gidermek için geliştirilen bazı diferansiyel sistemlerine bir göz atalım:

Sınırlı kayma sağlayan arka diferansiyel

Bu sistem arka tekerleklerin ne olursa olsun belirli bir tork seviyesinin altına düşmemesini ve aynı torku vermesini sağlar.

Kilitli diferansiyel

Bu diferansiyel sistemi tekerleklerden birisi havaya kalksa bile diğerinin tüm torku almasını ve gerekli çekiş kuvvetini tek tekerlekten vermesini sağlar.

Bu sistem özellikle off-road koşullarına çok uygundur. Diferansiyel sistemlerinin hemen hemen en gelişmiş örneğini incelemek için Hummer’a bir göz atalım:

En son sistem

Hummer’da bulunan sistem tam zamanlı 4×4 sistemidir. Bu sistemde de ilk başta incelediğimiz basit istemdeki gibi, şanzıman vites kutusuna doğrudan bağlıdır ve bir mil ön, bir mil de arka tekerleklere gider.

Fakat Hummer’daki vites kutusu ön ve arka milleri birbirine otomatik olarak birleştirmez. Bunun yerine birkaç tane açık diferansiyelden oluşan bir diferansiyel setinin yardımıyla sürücü tarafından kilitlenebilme özelliğine sahiptir. Açık durumda iken (miller kilitli değilken) ön ve arka dingil farklı hızlarda dönebilir ve bu da normal şartlarda asfalt bir yolda giderken problemsiz bir sürüş sağlar. Diferansiyel kilitlendiğinde eğer ön tekerlekler kaygan bir zemine girerse arka tekerlekler motordaki torkun hemen hemen hepsini alır ve sürüş emniyetinin devamı sağlar.

Hummer’ın 4×4 sistemi

Hummer’da ön ve arka diferansiyellerin ikisi de Torsen® diferansiyelidir. Bunlar özel dişli takımlarından oluşur. Bu sistemde herhangi bir tekerlekte bir çekiş kaybı (tekerleğin kaymak üzere olduğu anda meydana gelir) algılandığında tork diğer tekerleğe aktarılır. Bu, açık diferansiyellere göre büyük bir avantajdır. Fakat bu sistemde de bir tekerlek havaya kalktığında diğer tekerlekteki tork da sıfırlanır.

Bu problemi çözmek için bu sisteme bir fren çekiş kontrol sistemi ilave edilmiştir. Lastiklerden birisi kaymaya başladığında fren çekiş kontrolü devreye girer ve bu tekerleğe fren uygular. Bu da iki şeye sebep olur:

1-Tekerleğin kayması engellenir ve kullanabileceği maksimum çekiş tekerleğe gönderilir.
2-Diğer tekerleğe daha fazla tork aktarılır.

Fren çekiş kontrol sistemi, kaymak üzere olan tekerleğe oldukça büyük bir tork iletir ve bu sayede Torsen diferansiyeli diğer tekerleğe 2-4 kat arasında daha fazla tork gönderir.

Alıntı: Volkan Akkoç
Makina Mühendisi