Rodzaje napędów w samochodach 4×4 – część I

Aby układ napędowy mógł rozdzielić siłę napędową pomiędzy więcej niż jedną oś samochodu, niezbędna jest skrzynia rozdzielcza. Jest to kluczowy element samochodów z napędem obu osi.

W autach z napędem na jedną oś moment ze skrzyni biegów przenoszony jest dalej na koła już tylko za pośrednictwem przekładni głównej. Problemy zaczynają się w momencie, gdy należy przekazać napęd na więcej niż jedną oś. Aby tego dokonać, stosuje się skrzynie rozdzielcze.

Samochody terenowe potrzebują nie tylko napędu na wszystkie koła. W celu lepszego wykorzystania momentu obrotowego silnika oraz polepszenia właściwości jezdnych w terenie, w skrzyni rozdzielczej znajduje się również dodatkowa przekładnia redukcyjna.

Podział układów napędowych ze względu na rozdział momentu:
– dołączany ręcznie (2×4/4×4) – umożliwia ręczne dołączanie przedniego napędu;
– stały, symetryczny (4WD) – ma trzy mechanizmy różnicowe;
– stały, aktywny (DCCD, xDrive, ACD, ATS) – ma regulowane mechanicznie bądź elektronicznie mechanizmy różnicowe;
– stały, z aktywną blokadą (Quadra-Trac Active 4WD, Quadra-Drive Active 4WD, Terrain Response) – ma układ umożliwiający precyzyjniejszy rozdział momentu na osie, a nawet na poszczególne koła;
– okresowo dołączany (TOD, Quadra-Trac, Quadra-Drive, VCU, Haldex, Select 4WDrive) – napęd na wszystkie koła jest automatycznie włączany w zależności od wielu czynników: warunków drogowych, ustawienia napędu i danych z silnika.

Oznaczenia
Prosty reduktor z dołączanym ręcznie napędem przedniej osi umożliwia jazdę w kilku trybach. Kierowca ma duży wpływ na pracę napędu. Do ich wyboru stosowana jest zwykle jedna dźwignia mająca cztery położenia lub elektromechaniczny system sterowany za pomocą pokrętła:

2H – napęd tylko na tylne koła, przełożenie drogowe (High);

4H – napęd na cztery koła, przełożenie drogowe;

N – położenie neutralne

4L – napęd na cztery koła i przełożenie terenowe (Low).

Przełożenie terenowe pozwala zwielokrotnić siłę napędową na kołach (kosztem szybkości jazdy), co się przydaje w trudnych warunkach terenowych.

Zaletami tego typu reduktorów jest ich prosta, trwała konstrukcja oraz duża wytrzymałość mechaniczna.

Inne rozwiązania
Następną wersją „rozwojową” tych reduktorów są modele, w których zastosowano centralny mechanizm różnicowy. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe stało się uzyskanie stałego napędu na cztery koła; w celu zapewnienia odpowiednich właściwości jezdnych możliwe jest blokowanie tego mechanizmu.

Ze względu na ograniczone zastosowania off-roadowe producenci preferują rozwiązania automatycznego dostarczenia momentu obrotowego do kół drugiej z osi. Znanym rozwiązaniem jest sprzęgło wiskotyczne, czasami zwane też sprzęgłem lepkościowym. Mamy tu dwa rozwiązania: standardowe i typu Haldex.

Standard
Zasada działania rozwiązania standardowego wykorzystuje charakterystyczną cechę oleju silikonowego, polegającą na zmianie lepkości w zależności od temperatury i ciśnienia. W walcowatej obudowie umieszczone są dwa pakiety płytek stalowych: jeden zaopatrzony w nacięcia promieniowe, a drugi w okrągłe otwory. Obudowa jest szczelnie zamknięta, a całość jest wypełniona odpowiednio dobraną ilością oleju silikonowego. Pierwszy z pakietów płytek połączony jest za pośrednictwem wielowypustu z wałem napędowym, a drugi, zazębiony z obudową, połączony jest z wałkiem atakującym przekładni głównej. Płytki w pakietach są umieszczone naprzemiennie, pomiędzy nimi znajduje się olej silikonowy. W momencie, gdy nie występuje różnica w prędkości obrotowej obu wałów, płytki zostają względem siebie nieruchome, mogą się swobodnie przesuwać i nie ma przekazywania momentu obrotowego. W chwili zaistnienia poślizgu kół powodującego powstanie różnicy prędkości wałów (i płytek) na skutek tarcia następuje wzrost temperatury i ciśnienia oleju wewnątrz obudowy. Olej zaczyna przenosić siły styczne. Ich wzrost następuje wraz ze wzrostem poślizgu, co zapewnia zwiększenie wielkości momentu przekazywanego do kół tylnych (osi stale nienapędzanej).

Siła blokowania, czyli możliwość przekazywania momentu obrotowego, może być regulowana za pomocą zmiany stopnia wypełnienia olejem. Może być to jednak wykonane tylko w procesie produkcyjnym i nie ma możliwości zmiany tego w czasie jazdy czy eksploatacji pojazdu. Sam element jest nierozbieralny i nie ma możliwości wymiany w nim oleju.

Do zalet sprzęgła wiskotycznego należy stosunkowo niska cena, prostota, trwałość, bezawaryjność i bezobsługowość. Brak dostarczania momentu obrotowego bez poślizgu obniża zużycia paliwa, natomiast w terenie nie zapewnia on natychmiastowego działania – czas zwłoki ok. 1 s. Może oznaczać to zatrzymanie się pojazdu na skutek oporów ruchu zanim zadziała napęd tylnej osi.

Haldex
W celu umożliwienia kontrolowania momentu zadziałania sprzęgła oraz polepszenia jego właściwości przenoszenia momentu szwedzka firma Haldex opracowała daleko idącą modyfikację sprzęgła wiskotycznego. Oprócz właściwości oleju silikonowego układ wykorzystuje bardzo rozbudowaną elektronikę do sterowania. Różnica w porównaniu do klasycznego sprzęgła wiskotycznego polega na tym, że płytki te nie łączą siebie, lecz dwa wałki przechodzące przez sprzęgło. Cały mechanizm składa się z: tarczek wewnętrznych, tarczek zewnętrznych i dwóch płyt dociskowych. Płyty te są zintegrowane ze skrajnymi tarczkami wewnętrznymi i stanowią pompę osiowo-tłokową ściskającą wszystkie tarczki. Tylna tarcza jest ukształtowana jako płaska krzywka (tłok), która poprzez rozstawione co 120 stopni rolki napędza pompę oleju. Pompa zaczyna działać, gdy tarczki obracają się względem siebie – czyli w trakcie poślizgu. Powstałe wtedy ciśnienie dociska płyty dociskowe i wytwarza blokujące tarcie między tarczkami. W celu usprawnienia pracy oprócz mechanizmu wielotarczowego i pompy tłoczkowej zabudowana jest dodatkowa specjalna elektryczna pompa wytwarzająca ciśnienie wstępne w układzie oraz trzy zawory: ciśnieniowy, ograniczenia ciśnienia i regulacyjny – sterowane elektronicznie. Wzrost ciśnienia, które poprzez zawory i tłoki robocze ściska pakiet płytek, powodując ich zazębienie. Im większe ciśnienie, tym więcej mocy zostaje przekazane na tylną oś. W momencie ustąpienia różnicy prędkości płytki rozsuwają się i następuje rozłączenie się sprzęgła. System Haldex działa bardzo szybko a dzięki elektronicznemu sterowaniu system ten może współpracować z innymi systemami bezpieczeństwa czynnego, takimi jak: ABS, EDS, ASR, EBV czy ESP.

LSD, blokada mostu już wkrótce!

Źródło: Isuzu