ELI5: Miten jarrut jarruttavat?

Sarjassa "Explain it like I'm 5" selitämme monimutkaisia aiheita tavalla, jonka jopa 5-vuotias ymmärtää. Tällä matkalla meitä opastaa Polestarin Senior Engineer Gareth Thomas, jolla on pitkä kokemus jarrujen maailmasta.Aloitamme sarjan edellisen osan tapaan yksinkertaisella fysiikan pikakurssilla. Kun auto liikkuu, pyörissä on liikkeen muodossa energiaa, jota kutsutaan myös kineettiseksi energiaksi. Kun painat autosi jarrupoljinta, jarrut kohdistavat pyöriin kitkaa eli puristavat jarrulevyä, jolloin kineettinen energia muuttuu lämpöenergiaksi. Liikkuvan auton kineettinen energia muuttuu tämän kitkan ansiosta lämmöksi, aivan kuten hierottaessa käsiä yhteen kylmällä säällä. Tämä lämmön haihtuminen mahdollistaa auton pysähtymisen.Vaikka jarrujärjestelmiä on ollut käytössä lukemattomia versioita autojen historian aikana, niissä kaikissa on sama kitkan tarve. Jarrutusta ei ole ilman kitkaa. Jotkut jarrujen ensimmäisistä versioista olivat vain puupaloja, jotka painettiin pyörää vasten. Vaikka ne eivät olleet läheskään optimaaliset ja ne aiheuttivat huomattavaa kulumista pyörässä, ne kuitenkin toimivat sen kitkan ansiosta, jonka ne onnistuivat luomaan.

Rummut ja hydrauliset jarrut

Miten siis käytät kitkaa vahingoittamatta pyörää? 1900-luvun alun nerokkaat jarrujenrakentajat keksivät oivaltavan ratkaisun, jossa pyörään kiinnitetään rumpu. Rummun sisällä oli kaksi kuumuutta kestävää jarrupalaa, jotka painettiin rumpua vasten. Kun rumpu oli kiinnitetty pyörään, rummun hidastaminen hidasti pyörää. Näin ratkaistiin pyörän kulumisen aiheuttama ongelma, mutta muita haasteita oli vielä jäljellä.Varhaisissa autoissa käytettiin monimutkaista vaijereiden ja johtojen muodostamaa järjestelmää, jonka avulla paine saatiin siirrettyä polkimesta pyöriin. Polkimen painaminen veti pyörään kiinnitettyä jarruvaijeria. Tässä järjestelmässä oli kuitenkin kaksi ongelmaa. Sen lisäksi, että vaijereilla oli taipumus katkeilla, vaadittu tarkkuus saman jarrupaineen aikaansaamiseksi kaikkiin pyöriin oli valtava haaste. Väärin jännitetyt vaijerit johtivat siihen, että auto kääntyi, kun jarrua painettiin.Ratkaisu tähän löytyi hydraulisten jarrujen keksimisestä. Hydrauliset jarruputket yhdistävät jarrujärjestelmän pyörissä sijaitseviin rumpuihin. Nämä putket on täytetty jarrunesteellä, jota ei voi puristaa pienempään tilaan, joten ne siirtävät jarrupolkimen painamisesta syntyvän voiman eteenpäin ilman tehon menetystä. Paineistetun jarrunesteen avulla jarrupolkimen painaminen lähettää paineen samanaikaisesti kaikkiin jarruputkiin. 1950-luvulla hydrauliset jarrut olivat ainoat autoissa käytetyt jarrujärjestelmät.Nyt pyörivän pyörän liike-energia on onnistuttu muuttamaan hallitusti lämpöenergiaksi rumpujen ja hydraulisten jarruputkistojen ansiosta. Mutta entä kaikki se lämpöenergia, joka jää jäljelle?

Levyt ja jarrusatulat

Liian kuumat jarrut ovat tuhoisia jarrutuksen kannalta. Jos ne ylikuumenevat, ne eivät enää pysty muuttamaan kineettistä energiaa lämmöksi, jolloin jarrutusteho heikkenee. Ratkaisu tähän on yksinkertainen: vaihdetaan rummut jarrulevyihin ja jarrusatuloihin.Jarrulevy sijaitsee pyörän päällä ja kulkee jarrusatulan sisällä. Siinä missä rumpujarruja painetaan ulospäin, levyjarrut toimivat puristamalla. Jarrusatula puristaa levyä, jolloin syntyy… kitkaa.  Mitä suurempi levyn ja jarrusatulan yhdistelmä on, sitä parempi on jarrutusteho.Levyjarrut ovat myös ylivertaiset lämmön haihduttamisen suhteen. Tämä tapahtuu monin eri tavoin. Ensinnäkin jarrusatulaa ei ole suljettu rummun sisään, jolloin lämpö pääsee poistumaan. Toiseksi, pyöriin tehdyt reiät päästävät kuuman ilman pois. Kolmanneksi auton etuosasta jarrujen takaosaan kulkevat jäähdytyskanavat viilentävät jarruja. Aivan kuin istuisi tuulettimen edessä vilvoittelemassa kuumana päivänä.Vaikka levyjarrut tarjoavat paremman jarrutustehon, rumpujarrut eivät suinkaan ole huonot tai vaaralliset. Levyjarrut ovat paljon kalliimpia valmistaa ja vaihtaa kuin rumpujarrut. Ne voivat myös kärsiä korroosiosta, jos niitä ei käytetä usein tai jos auto on ollut pitkään pysäköitynä. Koska rumpujarrut ovat täysin suljettu järjestelmä, ne eivät ruostu samalla tavalla. Rumpujarrut voivat toimia myös seisontajarruina, mikä yksinkertaistaa jarrujärjestelmää.

Kuluminen

Keskeinen tapa varmistaa jarrujen mahdollisimman pitkä käyttöikä on välttää liikaa energiamäärää järjestelmässä. Tämä tarkoittaa, että sen sijaan, että jarrutat kovempaa ja myöhemmin, yritä käyttää jarruja aikaisemmin ja pienemmällä voimalla. Tämä aiheuttaa vähemmän painetta jarrujärjestelmässä ja vähentää kitkaa jarrun ja jarrulevyn välillä, mikä tarkoittaa, että energia haihtuu hellävaraisemmin.Kylminä kuukausina jotkut saattavat huomata, että seisontajarru "jäätyy", jos auto pysäköidään ulos hyvin kylmiin olosuhteisiin. Pysäköi auto mahdollisuuksien mukaan autotalliin, jossa hieman korkeammat lämpötilat voivat estää tämän.Toivomme, että tämä pikakurssi on opettanut sinulle hieman lisää jarruista. Jos haluat oppia enemmän, paina alla olevaa nuolta saadaksesi lisätietoja jarruistamme ja maailmankuulusta yhteistyökumppanistamme Brembosta.