Hidrolik Fren Sistemi Nedir? Nasıl Çalışır?

Hidrolik Fren Sistemi Nedir? Nasıl Çalışır? Bu yazımızda bütün bu soruların cevabını alacağınızı ve bu cevapların sizleri tatmin edeceğini garanti ediyorum. Eğer taşıtlara karşı biraz ilginiz varsa zaten hidrolik fren sisteminin ne olduğu ve hidrolik fren sisteminin ne işe yaradığı hakkında genel olarak bir bilgi sahibisinizdir. Ancak biz bu yazıda hidrolik fren sistemi hakkında her şeyi en ince ayrıntısına kadar anlatmaya çalışacağız. Kısaca tanımlamak gerekirse fren sistemi hareket halindeki motorlu araçların yavaşlamasını ve durmasını sağlayan sistemdir. Aynı şekilde duran araçların ise sabit bir şekilde kalmasını sağlamaktadır. Bunu taşıttaki kinetik enerjiyi sürtünme aracılığı ile ısıya dönüştürerek başarmaktadır. Günümüzde teknolojide gelinen nokta sayesinde karşılaşılan sorunlara alternatif çözümler üretilebilmektedir. Hidrolik fren sistemi de bu çözümlerden bir tanesidir. Ucuz olması ve kolay imal edilebilir olması sebebiyle binek araçlarda kullanılan en yaygın frenleme sistemidir.

Hidrolik Fren Sistemi

Hidrolik Fren Sisteminin Tarihçesi

Binek araçlar ilk üretildiğinde odaklanılan tek şey araçların ulaşabileceği maksimum hızdı. Bu sebeple yapılan ilk çalışmalar daha çok araç aerodinamiği üzerinedir. Fakat daha sonra belirli bir hızın üzerine çıkıldığı takdirde araçların istenildiği gibi kontrol edilemediği ve durdurulmalarının oldukça güç olduğu ortaya çıktı. Bu sebeple araçlar ulaşabilecekleri hızların çok daha altında üretilemeye başlandı, çünkü durdurulamıyorlardı. Bunu gören araç üreticileri ve mühendisler araçların hızlanması kadar frenleme sistemlerinin de önemli olduğunu anladılar. Frenleme sistemleri üzerine yapılan bir dizi çalışmanın ardından hidrolik sıvıların da bu sistemlerde kullanılabileceği keşfedildi. Daha sonra 1900’lü yıllarda bu alanda yaptığı çalışmalarla Malcolm Lockheed hidrolik frenleri icat ederek tarihe geçti. 1917 yılında hidrolik fren patentini Malcolm Lockheed almıştır. “Lockheed” terimi günümüzde bile Fransızlar arasında yaygın olarak fren hidroliği için kullanılmaktadır. Lockheed hidrolik frenlerinin Fred Duesenberg tarafından 1914 yılında yarış otomobillerinde kullanıldığı bilinmektedir. Binek otomobillerde hidrolik fren sistemi ilk olarak 1921 yılında Duesenberg otomobil şirketi tarafından kullanılmıştır.

Hidrolik Fren Sistemleri Nasıl Çalışır ?

Hidrolik fren sisteminin çalışması iki temel fizik prensibine dayanır.

  • Paskal Prensibi: Bir pistonun ya da şırınganın içine su veya yağ koyup sıkıştırmaya çalışırsanız, sıkışmadığını görürsünüz. Bunun sebebi ise sıvıların molekülleri arasındaki boşluğun yok denecek kadar az olmasıdır. Sıvılar sıkıştırılamayan akışkanlardır.
  • Termodinamiğin Birinci Yasası: Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına göre, enerji yok edilemez veya yoktan var edilemez, ancak değişik fiziksel ve kimyasal işlemlerle bir enerji biçiminden diğer enerji biçimine dönüşür. Araçtaki kinetik enerjinin sürtünme enerjisi ile ısıya dönüşmesi bu şekilde açıklanabilir.

Aşağıdaki şekilde eşit kalınlıklarda ve birbirlerine sızdırmaz boruyla bağlanmış içerisinde su bulunan iki tane şırınga verilmiştir.Paskal prensibine göre sağdaki şırınga 1mm itilecek olursa soldaki şırıngada 1mm ilerler.

Pascal prensibi sıvı şırınga teknokampüs

Aynı şırınga sisteminde bu sefer de sağ tarafta 4 tane sol tarafta ise 1 tane şırınga olduğunu varsayalım.Soldaki şırınga 4mm itilecek olursa sağdaki 4 şırınganın her birinde 1mm’lik 4 eşit hareket meydana gelir.Sol taraftaki şırınganın fren pedalına basıldığı anda hareket eden pistonu, diğer dört şırınganın ise araçta bulunan 4 tekerleğe etki eden pistonları temsil ettiğini düşünelim.Araçlardaki hidrolik fren sistemlerinin temel düzeneği bu şekildedir.

Hidrolik Fren Sistemi Pascal Prensibi

Hidrolik sistemin oluşturduğu basınç tekerleklere doğrudan iletilmez. Dört eşit büyüklüğe bölünen bu basınç kaliperlerin sıkışmasını sağlar.Sıkışan kaliperler balataları, balatalar ise diskleri sıkıştırır.Balatarın diskleri sıkıştırması sonucu yüksek oranda bir sürtünme meydana gelir.Bu sürtünmenin açığa çıkardığı ısı enerjisi sayesinde aracın sahip olduğu kinetik enerji ısıya dönüşmüş olur ve araç durur.

Hidrolik Fren Sistemi Arac Duzeni

Ancak bu noktada dikkat etmemiz gereken bir detay var.Hidrolik sistemde kullanılan sıvının fren balataları ve diskleri arasında oluşacak yüksek ısıda (300°C ve daha fazlası) buharlaşmaması ve sıkıştırılamaması gerekir.Yani istediğimiz her hidrolik sıvıyı yada suyu bu sistemde kullanamayız.Araçlardaki hidrolik sistem için özel hidrolik sıvılar üretilmektedir.

Hidrolik Fren Sisteminin Çeşitleri

Klasik Hidrolik Fren Sistemi

Fren pedalına kuvvet uyguladığımız takdirde merkez silindirin pistonu basınç oluşturur.Hidrolik sıvıda oluşturulan bu basınç borular aracılığı ile tekerlek silindirlerine ulaştırılır.Tekerlek silindirlerinin pistonları açılarak frenleme sağlanmış olur.

Vakum Yardımlı Hidrolik Fren Sistemi

Aracın motorunda emme manifoldu vakumu oluşturulur. Bu vakum yardımıyla şoförün ayak kuvvetine destek bir kuvvet daha sağlanmış olur. Fren pedalına itme kuvveti uygulandığında vakum kontrol sübabı, vakumun piston merkez silindiri tarafına etki etmesini sağlar. Bu sayede pistonun bir tarafında atmosferik basınç ,diğer tarafında ise vakumun etkisi oluşur. Fren merkez silindirinin pistonu vakum ünitesinin pistonuna bağlı olduğu için o hareket ettikçe hareket edecektir ve fren merkez silindirinin içinde de basınç oluşacaktır. Bu basınç da frenleme elemanlarına etki ederek frenlemeyi gerçekleştirir. Yardımcı vakum ünitesinin adı hidrovak (westinghouse)’dır.

Hava Yardımlı Hidrolik Fren Sistemi

Hava yardımlı hidrolik frenlerde ise merkez pompasında oluşturulan hidrolik basınca ek olarak basınçlı havadan da faydalanılmıştır. Bu basınçlı hava ise motordan hareket alan kompresör tarafından sağlanmaktadır. Basunçlı hava, hava tanklarında depolanmaktadır. Sistemdeki havanın basıncını kontrol altına alabilmek için emniyet valfleri kullanılmıştır. Fren pedalına itme kuvveti uygulandığında hava tanklarındaki basınçlı havaya, itme kuvvetinin miktarıyla orantılı olarak yol verilir. Bu sayede pistonun itme çubuğu daha büyük bir kuvvetle itilerek frenleme kuvvetinin artması sağlanmış olur. Sistemin merkez pompasından sonraki kısmı klasik hidrolik fren sistemindeki gibi çalışmaktadır.

Kaynak:

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_brake

https://www.mechanicalbooster.com/2018/08/what-is-hydraulic-braking-system.html

Yazar: Yusuf Özdemir

Merhaba ben Yusuf Özdemir Tekno Kampüs sitesinin kurucusuyum.Necmettin Erbakan Üniversitesinde Makine mühendisliği okumaktayım.Yazılarımız hakkında yorum yaparak sitemizin daha verimli ve faydalı olması için katkıda bulunabilirsiniz.Yaptığınız yorumlar ve verdiğiniz tavsiyeler için teşekkür ederim.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir