FREN SİSTEMİ 1. GİRİŞ:

Transkript

1 FREN SİSTEMİ 1. GİRİŞ: Fren sistemi aracınızdaki en önemli sistemdir. Unutmayın problem giden arabayı durduramazsanız başlar, duran araba nasıl olsa çalışır yada alternatif bir taşıt bulabilirsiniz. Eğer frenleriniz çalışmazsa sonuç korkunç olabilir. Fren sistemi aracın yavaşlamasını,durmasını veya eğimli bir yerde park edebilmesini sağlar. Bu nedenle fren sistemi aracın güvenli bir şekilde kullanılması için gerekli en önemli donanımdır. Frenler enerji değişim araçlarıdır, kinetik enerjiyi (momentum), termal enerjiye (ısı) çevirir. Fren pedalına basınca, arabanızı harekete geçiren güçten on misli daha fazla olan bir durdurma kuvvetine hükmediyorsunuz. Fren sistemi her bir frene tonlarca basınç yapar. Modern sistemlerde, fren merkez silindirine motor tarafından ilave güç verilir. Fren sistemi şu ana parçalardan oluşur: Fren merkez silindiri, hemen ön tarafta direksiyon hizasında kalır, direk olarak fren pedalına bağlantılıdır ve ayağınızın mekanik basıncını hidrolik basınca dönüştürür. Çelik "fren boruları" ve "esnek fren hortumları" merkez silindiri her bir tekerlekte bulunan "fren silindirlerine" bağlantılandırır. "Fren hidroliği" ise çok zor şartlarda çalışmak üzere tasarlanmış olup sistemi tümüyle doldurur. "Ön balatalar" ve "arka pabuç balatalar" ise fren silindirleri tarafından itilip, "ön fren disklerine" yada "arka kampanalara" sürtülülerek meydana gelen sürtünme kuvvetiyle aracın yavaşlaması sağlanır. Son yıllarda frenlerin tasarımı büyük değişikliğe uğramıştır. Yıllardır ön frenlerde kullanılan diskler, modern araçlarda arka kampanaların yerini almaya başlamıştır. Bundaki önemli etken basit tasarımları, hafiflikleri ve daha iyi performans sağlamaları olmuştur. Aşağıdaki şekilde bir fren sistemi görülmektedir. Bunun sebebi ise tasarımları gereği kampanalara göre daha çabuk soğumaları ve böylece aşırı ısınma ortaya çıkaran zor fren şartlarında çok başarılı olmalarıdır. Çabuk soğumalarının sebebi ise havalandırma kanallarının olmasıdır. Kampanalarda ise havalandırma kanalları yoktur, eğer olsaydı içlerinde su toplanarak daha başka problemlere meydan verirdiler. Disk frenler ise tasarımları gereği suyu hemen savurup atarak daha iyi havalandırma sağlarlar. Motorlu taşıtlar üzerinde oldukça farklı yapılarda değişik özelliklerde frenler kullanılmaktadır. Bunlar: a-hidrolik fren sistemleri b-mekanik fren sistemleri c-havalı fren sistemleri d-elektrikli fren sistemleri e-sürtünmeli frenler

2 2. HİDROLİK FREN SİSTEMİ Hidrolik frenlerde aracın frenleme organlarını çalıştırmak için hidrolik yağ basıncından yararlanılır. Fren sistemi Pascal ın bir kabın içine konulmuş bulunan sıvının üzerine bir kuvvet uygulandığında sıvı bunu kabın çeperlerine aynı şiddette iletir prensibine göre çalışır. Hidrolik fren sistemleri daha çok binek araçlarda kullanılır.diğer sistemlere göre tepki süresi daha kısadır.imalatı daha kolay ve sistem olarak daha ucuzdur. 2.1-FREN MERKEZ SİLİNDİRİ Fren merkez silindiri hidrolik basıncını fren sistemine uygulayan parçadır. Merkez silindiri, aracınızdaki en önemli sıvı olan fren hidroliğini saklar. Gerçekte bir pedal tarafından harekete geçirilen iki alt-sistemi kontrol eder. Böyle olmasının sebebi, sistemlerden birinde herhangi bir hidrolik kaçağı olursa öbürünün iş görebilmesidir. Her iki sistemde ayrı ayrı beslenebildiği gibi, aynı kaptaki hidroliğide kullanabilirler. Fren pedalında basınca, pedala bağlı bir itici çubuk merkez silindirin içindeki "birinci pistonu" ileri iter. Birinci piston iki alt sistemden birini harekete geçirir, ve birinci piston yayının kuvveti, ikinci pistonu hareketlendirir. Böylece meydana gelen hidrolik basıncı artar ve tekerlek silindirlerine aktarılır. Merkez silindirindeki elektronik uyarıcılar depodaki hidrolik seviyesini kontrol edip, iki altsistemde bir basınc dengesizliği oluştuğunda sürücüyü uyarırlar. Eğer fren ikaz ışığı yanmışsa, mutlaka hidrolik seviyesi kontrol edilmelidir. Sıvı azalmışsa gerekli ekleme yapılıp kaçak araştırılmalıdır. AMAN DİKKAT, ARACINIZ İÇİN DOĞRU OLAN HİDROLİĞİ KULLANIN. Eğer yanlış hidrolik cinsi kullanırsanız, buda sistemdeki bütün lastik conta ve keçeleri bozup epeyi masraf açabilir. 2.2-FREN UYARI SİSTEMİ Fren uyarı sistemi 1970 lerden beri standart ekipman olmuştur. Fren borularındaki farklılıkları kontrol eder ve dengesizlik anında bir ışık ile sürücüyü ikaz eder. 2.3-KUVVETLENDİRİLMİŞ FRENLER Motorun kuvvetini yada aküyü kullanarak aracın fren kabiliyetini arttıran frenlere kuvvetlendirilmiş fren denir. Dört yaygın tipi: havalı frenler, vakumlu, hidrolik ve elektrohidrolik frenlerdir. Bir çok otoda vakumlu tip kullanılır. Vakum ile kuvvetlendirilmiş bir gereç ayağınızla uyguladığınız kuvveti arttırıcı bir etki sağlar. Vakumlu frenlerde merkez silindiri harekete geçiren itici çubuk aynı zamanda bir vakum kontrol valfini de açarak sistemi harekete geçirmiş olur. Sonra motor vakum borusu alçak basınç vakum odası yaratır. Kontrol odasındaki atmosferik basınç diyaframı iter. Diyafram üzerindeki basınç ile ileri itilip, ana merkez pistonlarına basınç uygular. Hidrolik ile kuvvetlendirilmiş sistemler hidrolik direksiyon pompasındaki basıncı kullanır ve bu kuvveti kullanarak merkez silindirine basınç uygularlar. Bu motor stop etsede kuvvetlendirilmiş fren imkanı sağlar. Eğer dilerseniz aradaki farkı görmek için trafiğe kapalı bir yolda kontak anahtarını kapatıp (aman dikkat, sakın ha direksiyonuda kilitleyeceğiniz pozisyona getirmeyin) fren yapın. Frene sadece sizin bacağınızın kuvveti hükmediyor olduğundan yavaşladığınıda zorlukla hissedeceksiniz.

3 2.4- FREN HİDROLİĞİ Fren hidroliği, hidrolik fren sistemlerinde kullanılan özel bir sıvıdır. Çalışma şartlarında oluşacak geniş ısı aralıklarına dayanıklıdır. Aşırı fren ısınmalarında ise kaynamayacak şekilde tasarlanmıştır. Değişik sistemlerde değişik hidrolikler kullanılır ve bunlar kesinlikle birbiriyle karıştırılmamalıdır. Bir çok otomobil "DOT3" ve "DOT4" fren hidroliği kullanmaktadır. Bazı yeni araçlar ise siliconlu hidrolikler kullanmaktadır. Bunlar kesinlikle birbiriyle karıştırılıp kullanılmamalıdır çünkü fren sistemlerinin kauçuk kısımları sadece alışkın oldukları tip sıvıyla çalışabilir. Başınıza gelebilecek en kötü şeylerden biriside fren hidroliğinin karıştığı için bozulmasıdır. Bu bozulma sonucunda bütün piston keçe ve lastikleri, sistemdeki bütün lastik contalar ve hortumlar değiştirmek ister. BÜYÜK MASRAF gerektiren bu durumdan etkilenmemek için fren hidroliği olarak ne konulduğuna ÇOK DİKKAT etmelisiniz. Ayrıca fren hidroliği boyayı bozduğundan, aracınızın üzerine dökülmemesine dikkat ediniz. Şekil 2.1 de hidrolik fren mekanızması görülmektedir. şekil 2.1 hidrolik fren sistemi 2.5 FREN BORU VE REKORLARI Fren merkez silindiri ile tekerlek silindirleri arasındaki hidrolik basıncının iletilmesi fren boruları ile olur.fren boruları fren sistemi elemanlarına rekorlar ile bağlanır.fren boruları çift katlı ve korozyona ve pası önlemek için bakır ile kaplanmış kurşun ile sıvanmıştır.fren boru ve rekorları yüksek basınca ve titreşimlerden etkilenmezler. 2.6-DİSK FRENLER Disk frenler suspansiyon elemanlarına tutturulmuş "kaliperlere" yerleştirilmiş fren balatalarının diskleri bir kıskaç yada mengene gibi sıkıştırması ile bir sürtünme sağlar. Kaliperlerin içinde ise pistonlar merkez silindirinden aldıkları kuvvet ile balatalara basınç sağlarlar, balatalarda fren diskine sürtünüp aracı yavaşlatırlar. Disk frenler ile bisiklet frenleri aynı prensiplerle çalışırlar. Disk frenler, diğer birçok otomotiv buluşları gibi, oto yarışları için geliştirilmişlerdir, fakat şimdilerde bütün araçlarda standart parça haline gelmiştir. Bir çok araçta ön frenler disk tipi olup, arkalar ise kampana tipi frenlerdir. Kampana tipi frenler iki tane yarım daire şekilde pabuç balata kullanır ve bu pabuçlarda dışarı doğru açılıp, kampanaların iç yüzeylerine basınç uygularlar. Eski araçların dört tekerinde de kampana tipi fren varken şimdilerde birçok otomobillerde dört tekerde disk fren uygulanmaktadır. Disk frenler suları kampana tipi frenlere göre daha kolay savurduğundan ıslak şartlarda daha iyi bir performans gösterirler. Ama bu sudan etkilenmedikleri anlamına gelmemelidir. Eğer bir su birikintisine hızla girip ve de fren yapmaya kalkarsanız, ilk birkaç saniye frenleriniz çalışmayabilir! Disk frenler daha iyi hava soğutması sağladıklarından performansları daha iyidir. Bazı disklerde ise performansı daha da arttırmak için hava kanalları da bulunabilir FREN KALİPERLERİ Kaliper balataları diskin üzerine çimdikler gibi sıkıştıracak şekilde çalışır. Hidroliği "fren silindirinin" pistonlarına taşır. Kaliperlerin herbiri tekerleğin suspansiyon elemanlarının üzerine monte edilmiştir. Genelde dingile monte edilmiş kaliper, tekerin bükülme kuvvetini

4 kontrol kolları ile şasiye iletir. Fren hortumları ise kaliperi merkez silindirine bağlayan fren borularına birleştirir. Her kaliperin üzerinde ise sistemdeki havayı almak üzere "hava tahliye rekoru" bulunur. 2.7-FREN KAMPANALARI Fren kampanası üstü düz olan bir silindir şeklindedir.bu sistemde, fren pabuçları fren tablası üzerine yerleştirilmiştir. Fren silindirlerine etki eden hidrolik basınçla fren pabuçları(balatalar) kampana yüzeyine sıkıştırılarak frenleme yapılır. Fren yapıldığında pabuç balatalar kampananın iç yüzeyine sürtünerek tekerleklerin dönüşünü yavaşlatırlar. Frenlemeden sonra geri getirme yaylarının etkisiyle pabuçlar eski konumuna getirilerek frenleme sona erdirilir. Fren pedalına basıldıktan sonra fren merkez silindirinde oluşan basınçlı hidrolik fren tekerlek silindirine gelir.basınçlı hidrolik fren silindirinin içindeki pistonu dışa doğru iterek fren pabuçlarının dışa doğru açılmasını ve kampanaya temas etmesini sağlar.pabuçlara çakılmış olan balatalar kampana iç yüzeyi arasında bir sürtünme meydana gelir ve frenleme sağlanmış olur.frenleme esnasında aracın hareketli oluşundan dolayı meydana gelen kinetik enerji ısı enerjisine dönüşür.bu ısı kampananın hava ile temasta olan dış yüzeyi tarafından havaya iletilir ve bir kısmı fren pabuçları üzerinde kalır LİMİTÖR VEYA KOMPANSATÖR Frenleme anında arcın arka tarafından ön tarafına doğru bir yük transferi gerçekleşir ve aracın ağırlık merkezi öne doğru kayar.dolayısıyla ön tekerleklere gelen yük arka tekerleklere gelen yükten fazla olur.buda ön tekerleğin frenleme ihtiyacının fazla olduğunu gösterir.eğer herhangi bir düzenleme yapılmaz ise ön ve arka tekerleklere aynı fren basıncı gönderildiğinde arka tekerlekler kilitlenir ve araç kaymaya başlar.araç kaymaya başladığın da arka taraf savrulma eğilimi gösterir. Bunu önlemek için arka taraflara giden hidroliğin azaltılması gerekir.bu işlevi yerine getirmek için klasik tip dağılımlı fren sistemlerinde limitör,çapraz dağılımlı fren sistemlerinde kompansatör kullanılır 2.8-TEKERLEK SİLİNDİRLERİ Teker silindirleri, yada "fren silindirleri", içlerindeki hareket halindeki pistonlarla hidrolik fren basıncını mekanik kuvvete çevirirler. Ortaya çıkan hidrolik basıncı ise balataların veya pabuçların disk yada kampanalara sürtünmesini sağlar. Kampana fren silindirleri, silindir şeklindeki döküm gövdenin içinde iki piston, bir basınç yayı, iki lastik kapak, iki tane yuvarlak lastik pabucdan oluşur. İki lastik kapak silindirin içine su, çamur gibi dış etkenlerin girmesini engeller. Bu tip fren silindiri herbir pistonun dışında bulunan lastik pabuçlara değen itici çubuklar ile pabuç balataları iterler. Disk frenlerde ise fren silindiri kaliperin içine monte edilmiştir. Bütün fren silindirlerinin sistemin havasını almaya yarayan "hava tahliye rekorları" vardır. Fren pedalına basınca, ana merkezdeki pistonlar itilir ve fren hidroliği borulara doğru gönderilir. Bu hidrolik basıncı fren silindiri pistonlarını harekete geçirir buda fren balatalarını ve pabuçları fren disklerine ve fren kampanalarına sürtünmeye zorlar. Kampanalar pistonları geri çekmek için yaylar kullanırlar. Kaliperlerde ise piston keçeleri frenin yavaşça bırakılmasını sağlar.

5 2.9-PARK VEYA EL FRENİ El freni, bir çelik kablo ile frenlerin belli bir sıkışlıkta tutulmasını sağlarlar. El freni aracınızın arka frenlerini harekete geçirirler. Burada hidrolik basınç yerine, bir kablo (mekanik) bağlantı ile frenleme yapılır. El freni çekildiğinde çelik bir kablo, fren balata yada pabuçlarının disk yada kampanalara sıkıca yapışıp tutunmalarını sağlar. El freni kendinden ayarlamalıdır. Pabuçlarınız aşındıkça otomatik ayarlayıcı aradaki farkı karşılar ve gene aynı kuvvetle tutunmayı gerçekleştirir. Sadece pabuçlar değiştiğinde el fren ayarının servis tarafından manuel yapılması gerekir. El freni yokuş çıkarken çok faydalıdır. Eğer bir yokuşta durmak zorunda kalırsanız, aracınızı tekrar harekete geçirirken, yerinden kalkma işlemini el frenini yavaş yavaş bırakırken araca gaz vererek debriyajdan ayağınızı kaldırarak yapabilirsiniz. Böylece el freninin sağladığı güvenceyle otonuzu geri kaydırmamış olursunuz. Biraz alıştırma ile bunu kolayca gerçekleştirebilirsiniz. Aman unutmayın, tepeyi çıkarken bir aracın arkasında durmak zorunda kalırsanız, aracın biraz geri kayabileceğini düşünerek arada mesafe bırakın (özellikle önünüzdeki araç kamyon ise). ÖNEMLİ :Ara sıra el frenini kontrol ettirmeyi UNUTMAYIN, çünkü bir gün olur frenleriniz tutmazsa bakımlı bir el freni hayatınızı kurtarabilir 3- DENEYLERİN YAPILIŞI Deney yapılırken kullanılan fren test cihazı tertibatinda; bir tahrik motoru, fren dinamometre tertibatlı frenleme simülatörü, tandım ana fren silindirli, fren takımlı bir levha, pedal dinamometresi,fren sistemi basınç göstergesi,sıcaklık göstergesi,kampana ve disk ile takma aparatları bulunmaktadır. Bu deney düzeneğinde fren sistemindeki pedal kuvveti değişimlerine göre kampanalarda ve disklerde oluşan torkların ölçülmesi için kullanılmaktadır. NOT: Yapılan 6 deneyde de pedal kuvvetleri 25,50,75,100,125,150 (N) uygulanmıştır. 3.1-FREN TEST CİHAZINDA YAPILAN DENEYLER 1. Kampanalı vakumlu 1. pabuç devre dışı, 2. Kampanalı vakumlu 2. pabuç devre dışı, 3. Kampanalı vakumlu ve her iki pabuç devrede, 4. Diskli vakumsuz 1. yönünde, 5. Diskli vakumlu 1 yönünde, 6. Diskli vakumlu 2 yönünde, Deneyler yapılmıştır. Kampanalı fren tertibatı test cihazına uygun şekilde monte edilir. DENEY 1 Kampanalı vakumlu 1. pabuç devre dışı 1. Test cihazının fişi takılır. 2. sabitleme pimi ile 1. pabuç devre dışı bırakılır.

6 3. cihazın şalteri 1 konumuna getirilir. 4. pedal kuvveti sırasıyla tablodaki değerlere getirilir. 5. göstergelerden okunan basınç, frenleme kuvveti ve sıcaklık değerleri tabloya yazılır. DENEY -2 Kampanalı vakumlu 2. pabuç devre dışı: 1. Sabitleme pimi kampananın 2. pabucunu (sağdaki) devre dışı bırakılır. 2. pedal kuvveti verilen değerler sırasıyla uygulanır. 3. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya aktarıldı. DENEY -3 Kampanalı vakumlu her iki pabuç devrede 1. Sabitleme pimi çıkarılır. 2. Pedal kuvveti sırasıyla verilen değerlere getirilir. 3. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır. DENEY -4 Diskli vakumsuz 1 yönünde 1. Kampanalı fren tertibatı sökülerek diskli fren tertibatı uygun şekilde yerine takılır. 2. Vakum borusu vakum pompası tarafından sökülür. 3. Test cihazı şalteri 1 konumuna getirilir. 4. Pedal kuvveti sırasıyla verilen değerlere getirilir. 5. Göstergelerden okuma frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır. DENEY-5 Diskli vakumlu 1 yönünde 1. Vakum borusu vakum pompasına tekrar takılır. 2. Test cihazı şalteri 1 konumuna getirilir. 3. Pedal kuvveti verilen değerlere getirilir. 4. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır. DENEY -6 Diskli vakumlu 2 yönünde 1. Test cihazı şalteri 2 konumuna getirilir. 2. Pedal kuvveti sırasıyla verilen değerlere getirilir. 3. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır.

7 3.2-KAMPANALI DENEY SONUÇ TABLOSU 25 0, , ,5 75 0, , , , , PABUÇ DEVRE DIŞI: Bu deneyde kampanalı fren sisteminde tek pabucun devrede iken oluşan frenleme kuvveti tespit edilmiştir.frenleme kuvvetinin max 940 N kadar yükseldiği gözlenmiştir PABUÇ DEVRE DIŞI: 25 0, , , , , , , Bu deneyde frenleme kuvvetinin biraz daha arttığı görülmüştür.frenleme kuvveti max 1570 N kadar yükselmiştir İKİ PABUÇ DEVREDE İKEN 25 0, , , , , ,

8 Bu deneyde her iki pabucunda devrede olduğu konumdaki frenleme kuvveti incelenmiştir.frenleme kuvveti her iki pabucunda birlikte çalışması ile birlikte max 1940 N kadar yükseldiği görülmüştür 3.3-DİSK ÜZERİNDE YAPILAN DENEY SONUÇLARI VAKUMSUZ 25 0, ,5 50 0, , , , , , ,1 Bu deney sonucunda pedal kuvvetinin attırılması ile fren kuvvetinin vakumsuz test olduğu için çok küçük bir eğimle dalgalı bir şekilde artmaktadır.yani sistem basıncı aracı güvenli bir şekilde durduracak kadar yükselememektedir VAKUMLU 1 YÖNÜNDE 25 0, , , , , , Bu deneyde sistem basıncının ve fren kuvvetinin vakum etkisinden dolayı aracı durduracak kadar yükseldiği görülmektedir.ayrıca vakumun yapılan deneyde sistem basıncını ortalama beş katına çıkardığı görülmektedir.

9 VAKUMLU 2 YÖNÜNDE 25-0, , , , , , Bu deneyde dönüş yönünün ters seçildiği ve negatif yani ters yönde bir frenleme kuvvetinin oluştuğu görülmektedir. 3.4-DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ A)-Diskli Fren Sistemi Deneyleri: Diskli fren sisteminde hem güç ünitesi devredeyken hem de güç ünitesi devre dışı iken testler yapılmış ve bazı sonuçlar elde edilmiştir. Diskli fren sisteminde güç ünitesi oluşturmak için gerekli olan fren kuvveti belli değerdeyken güç ünitesinin vakum borusunu sökerek devre dışı bıraktığımızda aynı fren kuvvetini oluşturabilmek için gerekli olan fren kuvveti vakum yardımındaki değerden çok daha fazla olmuş ve frenleme zorlaşmıştır. Buradanda çıkan sonuç güç ünitesinin oldukça yüksek bir oranda frenleme kuvvetinin yeteri kadar yükselmesine yardımcı olmaktadır. B)-Kampanalı Fren Sistemi Deneyleri: Kampanalı fren sisteminin diğer deneylerinde ise dönüş yönüne göre balatalardaki self enerjinin etkisi görülmektedir. Bu self enerji tekerleğin dönüş yönündeki balatada oluşmaktadır. Bu saptama tekerleğin dönüş yönüne göre sırası ile ön ve arka balataları kilitlemek suretiyle fren kuvvetinde meydana gelen değişimler ışığında varılmıştır. Kampanalı ve diskli sistemlere ait veriler toplandığında ikisi arasında bir karşılaşma yapılabilmektedir. Sonuçlara göre aynı pedal kuvveti her iki sisteme de uygulandığında diskli fren sisteminde çok daha büyük değerde fren kuvveti oluşmaktadır. Yani diskli fren sistemi kampanalı fren sistemine oranla çok daha verimli ve etkili bir sistem olduğu ortaya çıkmıştır. Deneyler esnasında dikkat edilen bir faktör ise sıcaklık artışına bağlı olarak değişen değerlerdir. Sıcaklık artıkça sürtünme yüzeylerinde kayma oranı da artığından fren etkinliği azalmaktadır. 4- SONUÇLAR: Yapılan deneyler sonucunda diskli fen sistemlerinin daha yüksek frenleme kuvvetine sahip olduğu görülmüştür.bundan dolayı günümüz taşıtlarında frenleme kuvvetinin yüksek olmasını istediğimiz ön tekerleklerde diskli fren sistemi arka tekerleklerde de kampanalı fren sistemi kullanılmaktadır. Ayrıca oluşan sıcaklık diskli sistemde daha çabuk dışarı atılmaktadır. Ve su ile temasında da balataların ıslanmasını önleyerek suyu kolayca dışarı atabilmektedir. Buna karşın diskli sistemler daha çabuk ısınmaktadır.

10 Ayrıca bazı lüks araçlarında arka tekerleklerinde diskli fren sisteminin kullanılması yaygınlaşmaktadır.