Λύσεις — Σύστημα Πέδησης (Βασικά) (σελ. 388) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Σύστημα Πέδησης (Βασικά)

Λύσεις στις 11 ερωτήσεις της ενότητας: σκοπός/ενέργεια πέδησης, μηχανικά/υδραυλικά φρένα, χειρόφρενο, δισκόφρενα, δίδυμος κεντρικός κύλινδρος, σερβομηχανισμός, κατανομή έργου πέδησης.

Προορισμός συστήματος πέδησης

Ερώτηση: Ποιος είναι ο προορισμός του συστήματος της πέδησης;

Απάντηση:

• Ποιος είναι ο προορισμός του συστήματος της πέδησης;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σκοπός (προορισμός) του συστήματος πέδησης ή φρένων είναι να επιτρέπει στον οδηγό να μειώνει προοδευτικά την ταχύτητα του οχήματός του, να το σταματά τελείως όταν αυτό κινείται, ή να το αποτρέπει από αυτόματη και ανεπιθύμητη εκκίνηση, όταν είναι σταματημένο, ανεξάρτητα από την κλίση του δρόμου. Η λειτουργία του βασίζεται στην τριβή: σταθερές επιφάνειες τριβής, συνδεδεμένες με τα ακίνητα μέρη των αξόνων των τροχών, πιέζονται με μεγάλη δύναμη πάνω σε κινούμενες επιφάνειες, με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται ισχυρή τριβή που εξουδετερώνει την κινητική ενέργεια του οχήματος, μετατρέποντάς την σε θερμότητα, η οποία στη συνέχεια απάγεται στο περιβάλλον.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Να επιτρέπει τη μείωση ταχύτητας, την ακινητοποίηση, ή την αποτροπή ανεπιθύμητης εκκίνησης, μέσω μετατροπής κινητικής ενέργειας σε θερμότητα λόγω τριβής

Είδη συστημάτων πέδησης

Ερώτηση: Πόσα και ποια είδη συστημάτων πέδησης χρησιμοποιούνται;

Απάντηση:

• Πόσα και ποια είδη συστημάτων πέδησης χρησιμοποιούνται;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ανάλογα με τον τρόπο μεταφοράς της δύναμης πέδησης στις επιφάνειες τριβής, τα συστήματα πέδησης διακρίνονται σε: το μηχανικό σύστημα, όπου η δύναμη μεταφέρεται με μηχανικά μέσα (μοχλούς και ελκυστήρες/ντίζες), και χρησιμοποιείται σήμερα αποκλειστικά στο χειρόφρενο, και το υδραυλικό σύστημα, όπου η δύναμη μεταφέρεται με υδραυλικά μέσα (υγρό φρένων υπό πίεση, σύμφωνα με τον Νόμο του Πασκάλ), και είναι το κύριο σύστημα πέδησης των σύγχρονων οχημάτων. Επιπλέον, σε βαριά φορτηγά, λεωφορεία, αλλά και σε ορισμένα μικρότερα επιβατικά, το υδραυλικό σύστημα ενισχύεται με βοηθητικά συστήματα πέδησης (σερβομηχανισμούς), που χρησιμοποιούν είτε το κενό του κινητήρα, είτε πεπιεσμένο αέρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μηχανικό (μόνο στο χειρόφρενο) και υδραυλικό (κύριο σύστημα), συχνά ενισχυμένο με βοηθητικά συστήματα (σερβομηχανισμό)

Μέρη χειρόφρενου

Ερώτηση: Ποια είναι τα κυριότερα μέρη του χειρόφρενου;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα κυριότερα μέρη του χειρόφρενου;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα κυριότερα μέρη μιας γενικής διάταξης χειρόφρενου είναι: ο μοχλός ενεργοποίησης του χειρόφρενου μαζί με την οδοντωτή καστάνια (που τον κρατά στη θέση που τραβήχτηκε), η ντίζα του χειρόφρενου με τις σχετικές αρθρώσεις, τα συρματόσχοινα, και η βάση στήριξης. Η εντολή ενεργοποίησης ξεκινά από τον μοχλό και, μέσω της ντίζας, του συρματόσχοινου και του βραχίονα ενεργοποίησης/έντασης, φτάνει στη δευτερεύουσα σιαγόνα του κάθε οπίσθιου τροχού, ενώ μέσω συνδετικής ράβδου εκτόνωσης μεταφέρεται και στην πρωτεύουσα σιαγόνα, ώστε να ανοίγουν και οι δύο σιαγόνες, ακινητοποιώντας τους οπίσθιους τροχούς.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μοχλός ενεργοποίησης με καστάνια, ντίζα με αρθρώσεις, συρματόσχοινα, βάση στήριξης

Αρχή λειτουργίας υδραυλικού συστήματος

Ερώτηση: Να αναφέρετε, με λίγα λόγια, την αρχή λειτουργίας του υδραυλικού συστήματος πέδησης.

Απάντηση:

• Να αναφέρετε, με λίγα λόγια, την αρχή λειτουργίας του υδραυλικού συστήματος πέδησης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το υδραυλικό σύστημα πέδησης λειτουργεί με βάση τον Νόμο του Πασκάλ, σύμφωνα με τον οποίο η πίεση που ασκείται σε ένα σημείο ενός υγρού μέσα σε κλειστά και συγκοινωνούντα δοχεία, μεταδίδεται εξίσου σε όλα τα σημεία της επιφάνειάς του. Όταν ο οδηγός πιέζει το πεντάλ, το βάκτρο κινεί το έμβολο μέσα στον κεντρικό (εντολοδότη) κύλινδρο, δημιουργώντας πίεση στο υγρό φρένων. Η πίεση αυτή μεταδίδεται αναλλοίωτη, μέσω των σωληνώσεων, στα έμβολα των εντολοδόχων κυλίνδρων (κύλινδροι τροχών), τα οποία σπρώχνουν τις σιαγόνες πάνω στα τύμπανα ή τα τακάκια πάνω στους δίσκους. Έτσι δημιουργείται τριβή, η κινητική ενέργεια του οχήματος μετατρέπεται σε θερμότητα και επιτυγχάνεται το φρενάρισμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Βασίζεται στον Νόμο του Πασκάλ: η πίεση από το πεντάλ στον κεντρικό κύλινδρο μεταδίδεται αναλλοίωτη μέσω σωληνώσεων στους κυλίνδρους των τροχών, ενεργοποιώντας τις επιφάνειες τριβής

Δίσκοι-τακάκια αντί τυμπάνων-σιαγόνων

Ερώτηση: Ποιος λόγος επέβαλε να αντικατασταθούν τα τύμπανα με δίσκους και οι σιαγόνες με πέδιλα (τακάκια);

Απάντηση:

• Ποιος λόγος επέβαλε να αντικατασταθούν τα τύμπανα με δίσκους και οι σιαγόνες με πέδιλα (τακάκια);

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο λόγος ήταν ότι στο σύστημα πέδησης με τύμπανο και σιαγόνες δεν υπάρχει αρκετός αερισμός στα σημεία όπου αναπτύσσεται η τριβή, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται υπερθέρμανση στις επιφάνειες αυτές, ιδίως σε περίπτωση εντατικής χρήσης ή σε μεγάλες κατηφορικές διαδρομές που απαιτούν συνεχή πέδηση, προκαλώντας το φαινόμενο Fading (μείωση του συντελεστή τριβής λόγω υπερθέρμανσης και συνεπώς μείωση της αποτελεσματικότητας της πέδησης). Η αντικατάσταση με δίσκους (που περισφίγγονται από πλακίδια/τακάκια μέσω δαγκάνας) βελτίωσε σημαντικά τον αερισμό και την ψύξη, επιτρέποντας την άσκηση μεγαλύτερων δυνάμεων πέδησης, σε μικρότερο χρόνο, χωρίς την επικίνδυνη υπερθέρμανση που θα επέφερε επιβράδυνση στη λειτουργία της πέδησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο ανεπαρκής αερισμός/υπερθέρμανση στα τύμπανα-σιαγόνες (φαινόμενο Fading) — οι δίσκοι-τακάκια ψύχονται πολύ καλύτερα

Δίδυμος κεντρικός κύλινδρος

Ερώτηση: Ποιος λόγος επέβαλε να χρησιμοποιηθεί ο δίδυμος κεντρικός κύλινδρος στα υδραυλικά συστήματα φρένων;

Απάντηση:

• Ποιος λόγος επέβαλε να χρησιμοποιηθεί ο δίδυμος κεντρικός κύλινδρος στα υδραυλικά συστήματα φρένων;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο λόγος ήταν το σοβαρό μειονέκτημα των απλών υδραυλικών συστημάτων φρένων: αν παρουσιαζόταν διαρροή υγρού σε οποιοδήποτε σημείο των σωληνώσεων ή των κυλίνδρων, αχρηστευόταν ολόκληρο το σύστημα πέδησης και το όχημα έχανε τη δυνατότητα φρεναρίσματος (εκτός από το χειρόφρενο, το οποίο όμως δεν επαρκεί για απότομη ακινητοποίηση σε ταχύτητα). Για να εξαλειφθεί αυτό το μειονέκτημα, οι κατασκευαστές επινόησαν τον δίδυμο κεντρικό κύλινδρο, ο οποίος διαθέτει δύο ανεξάρτητους χώρους κατάθλιψης και δύο έμβολα, καθένα τροφοδοτούμενο από ξεχωριστή δεξαμενή και τροφοδοτώντας ξεχωριστό ανεξάρτητο κύκλωμα σωληνώσεων (π.χ. πρόσθιο-οπίσθιο, χιαστί, L-L ή Η-Η). Έτσι, ακόμη και σε διαρροή του ενός κυκλώματος, εξασφαλίζεται τουλάχιστον η ομαλή λειτουργία του άλλου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το μειονέκτημα ότι μια διαρροή αχρήστευε ολόκληρο το απλό σύστημα· ο δίδυμος κύλινδρος εξασφαλίζει λειτουργία του ενός κυκλώματος σε διαρροή του άλλου

Σκοπός βοηθητικών συστημάτων πέδησης

Ερώτηση: Για ποιον σκοπό χρησιμοποιούνται συστήματα φρένων με βοηθητική δύναμη και ποια είναι αυτή η βοηθητική δύναμη;

Απάντηση:

• Για ποιον σκοπό χρησιμοποιούνται συστήματα φρένων με βοηθητική δύναμη και ποια είναι αυτή η βοηθητική δύναμη;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα φρένων με βοηθητική δύναμη χρησιμοποιούνται σε βαριά φορτηγά, λεωφορεία, ακόμη και σε μικρότερα επιβατικά αυτοκίνητα, όπου η δύναμη πέδησης που μπορεί να καταβάλει ο οδηγός δεν επαρκεί, ή είναι κοπιαστική η προσπάθειά του, ώστε να μεγαλώσει η τελική δύναμη πέδησης και να γίνει η οδήγηση όσο το δυνατόν πιο ανετότερη. Η βοηθητική αυτή δύναμη είναι συνήθως το «κενό» (η υποπίεση/αναρρόφηση) που δημιουργείται στους αγωγούς εισαγωγής κατά τη λειτουργία του κινητήρα, ενώ σε ορισμένα βαριά οχήματα χρησιμοποιείται πεπιεσμένος αέρας ως βοηθητική δύναμη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Για να μεγαλώνει η δύναμη πέδησης με μικρότερη κόπωση οδηγού· βοηθητική δύναμη είναι το «κενό» (υποπίεση) του κινητήρα ή, σε βαριά οχήματα, πεπιεσμένος αέρας

Σερβομηχανισμός φρένων

Ερώτηση: Τι είναι ο σερβομηχανισμός των φρένων;

Απάντηση:

• Τι είναι ο σερβομηχανισμός των φρένων;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο σερβομηχανισμός (σερβόφρενο) είναι ένα βοηθητικό σύστημα κυλίνδρου-εμβόλου, με το οποίο εκτελείται ευκολότερα η εργασία της πέδησης. Το έμβολό του συνδέεται, άμεσα (ενιαίο σύστημα) ή έμμεσα (έμμεσο σύστημα), με το έμβολο του κεντρικού κυλίνδρου, ώστε στη δύναμη που καταβάλλει ο οδηγός στο πεντάλ να προστίθεται η βοηθητική δύναμη του σερβομηχανισμού, με αποτέλεσμα το φρενάρισμα να γίνεται πιο αποτελεσματικό και λιγότερο κοπιαστικό. Χρησιμοποιεί συνήθως ως πηγή βοηθητικής δύναμης το «κενό» της πολλαπλής εισαγωγής του κινητήρα, το οποίο, μέσω ελεγκτικής βαλβίδας, δημιουργεί διαφορά πίεσης σε ένα έμβολο-διάφραγμα όταν πιεστεί το πεντάλ. Σε περίπτωση βλάβης του σερβομηχανισμού, τα φρένα εξακολουθούν να λειτουργούν, αλλά ο οδηγός πρέπει να καταβάλει πολύ μεγαλύτερη δύναμη (όχι μεγαλύτερη από περίπου 700 Ν για αποτελεσματική πέδηση).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Βοηθητικό σύστημα κυλίνδρου-εμβόλου που προσθέτει δύναμη (από το κενό του κινητήρα) στη δύναμη του οδηγού στο πεντάλ

Εξαρτήματα σερβομηχανισμού

Ερώτηση: Ποια είναι τα κυριότερα εξαρτήματα του σερβομηχανισμού;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα κυριότερα εξαρτήματα του σερβομηχανισμού;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα κυριότερα εξαρτήματα ενός σερβομηχανισμού με «κενό» είναι: το ακροσωλήνιο σύνδεσης με την πολλαπλή εισαγωγής (πηγή του «κενού»), το έμβολο-διάφραγμα που χωρίζει το σερβό σε δύο θαλάμους, ο θάλαμος υποπίεσης (κενού) και ο θάλαμος ατμοσφαιρικής πίεσης, η ελεγκτική βαλβίδα (η οποία ανοιγοκλείνει τις διόδους υποπίεσης και ατμοσφαιρικού αέρα προς τους δύο θαλάμους), το ελατήριο επαναφοράς, και το βάκτρο του εμβόλου που συνδέεται με το έμβολο του κεντρικού κυλίνδρου. Στο άκρο του κεντρικού κυλίνδρου υπάρχει επίσης η βαλβίδα ενεργοποίησης των φώτων STOP.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Έμβολο-διάφραγμα, θάλαμος υποπίεσης, θάλαμος ατμοσφαιρικής πίεσης, ελεγκτική βαλβίδα, ελατήριο επαναφοράς, βάκτρο σύνδεσης με τον κεντρικό κύλινδρο

Αποτελεσματικότερη πέδηση

Ερώτηση: Πότε γίνεται η καλύτερη και πιο αποτελεσματική πέδηση;

Απάντηση:

• Πότε γίνεται η καλύτερη και πιο αποτελεσματική πέδηση;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θεωρητικά, το καλύτερο και πιο αποτελεσματικό φρενάρισμα γίνεται όταν η δύναμη τριβής ολίσθησης είναι ίση με το βάρος του οχήματος, δηλαδή όταν ο συντελεστής τριβής (μ) πλησιάζει την τιμή 1, γιατί τότε η επιβράδυνση προσεγγίζει την τιμή της επιτάχυνσης της βαρύτητας (g). Στην πράξη αυτό επιτυγχάνεται όταν αναπτύσσεται η μέγιστη δυνατή τριβή μεταξύ τροχών και οδοστρώματος, χωρίς όμως να φτάσει σε πλήρες μπλοκάρισμα (ολίσθηση 100%) των τροχών, αφού το μπλοκάρισμα ελαττώνει δραματικά τον συντελεστή τριβής ολίσθησης, αυξάνει τη διαδρομή πέδησης και προκαλεί απώλεια της κατευθυντικότητας του οχήματος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Όταν η δύναμη τριβής ολίσθησης προσεγγίζει το βάρος του οχήματος (μ→1) χωρίς πλήρες μπλοκάρισμα των τροχών

Κατανομή έργου πέδησης

Ερώτηση: Πώς πρέπει να γίνεται η κατανομή του έργου πέδησης, από ποιον μηχανισμό, και πώς αυτός λειτουργεί;

Απάντηση:

• Πώς πρέπει να γίνεται η κατανομή του έργου πέδησης, από ποιον μηχανισμό, και πώς αυτός λειτουργεί;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κατά το φρενάρισμα μεταφέρεται σημαντικό μέρος του βάρους από τον οπίσθιο στον πρόσθιο άξονα (μπορεί να φτάσει το 75%), οπότε μια ίση κατανομή του έργου πέδησης ανάμεσα στους δύο άξονες δεν θα ήταν η καλύτερη λύση. Στην πράξη, οι κατασκευαστές δέχονται ως λογική αναλογία κατανομής το 60 προς 40 (πρόσθιος-οπίσθιος άξονας) για επιβατικά αυτοκίνητα, ενώ για φορτηγά και λεωφορεία, όπου το μεγαλύτερο μέρος του βάρους πέφτει στον οπίσθιο άξονα, η αναλογία μπορεί να είναι 30 προς 70. Πρέπει επίσης να εξασφαλίζεται ότι, σε περίπτωση ακινητοποίησης των τροχών, ακινητοποιούνται πρώτα οι πρόσθιοι (που προκαλούν μόνο οριζόντια αιώρηση) και μετά οι οπίσθιοι (των οποίων η ακινητοποίηση προκαλεί πλαγιολίσθηση ή και πλήρη αναστροφή/ανατροπή, φαινόμενο «Μπάκ Χέαντ»). Την κατανομή αυτή πραγματοποιεί η «βαλβίδα κατανομής πίεσης» ή «κατανεμητής», η οποία διαθέτει κλιμακωτό έμβολο (δύο διαφορετικών διαμέτρων) συνδεδεμένο, μέσω ρυθμιστικού ελατηρίου, με την αντιστρεπτική δοκό του οπίσθιου άξονα. Καθώς το οπίσθιο μέρος του αυτοκινήτου ανασηκώνεται κατά το φρενάρισμα, η δοκός στρέφεται μειώνοντας την τάση του ρυθμιστικού ελατηρίου, με αποτέλεσμα να κλείνει η βαλβίδα ελέγχου του κατανεμητή και να περιορίζεται η πίεση του υγρού προς τους κυλίνδρους των οπίσθιων τροχών, αποτρέποντας το πρόωρο μπλοκάρισμά τους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αναλογία 60/40 (επιβατικά) ή 30/70 (φορτηγά)· ρυθμίζεται από τη βαλβίδα κατανομής πίεσης (κατανεμητής), με κλιμακωτό έμβολο συνδεδεμένο στην αντιστρεπτική δοκό του οπίσθιου άξονα, που περιορίζει την πίεση στους οπίσθιους τροχούς ανάλογα με το φορτίο τους