Układ napędu na cztery koła ze sprzęgłem Haldex IV

Haldex IV

Haldex IV

Układ napędu na cztery koła ze sprzęgłem Haldex jest montowany w samochodach od 1998 roku. Przez ten czas przeszedł kilka modyfikacji. Występująca obecnie w najnowszych samochodach jego wersja jest już czwartą generacją. Haldex IV wszedł do użytku na przełomie roku 2007/2008 i wprowadził dość istotną zmianę. Pomimo kilkuletniego już „stażu” Haldexa IV w samochodach wciąż spotykam się z problemami dotyczącymi rozumienia jego działania.

Wreszcie jest! | Audi RS3 oficjalnie [wideo]

Temat powrócił w rozmowach przy okazji premiery nowego Audi RS3, które będzie wyposażone właśnie w napęd na cztery koła ze sprzęgłem typu Haldex IV. Tak jak zresztą jego kuzyni: Audi TT RS oraz Volkswagen Golf R. Na rysunku poniżej przedstawione jest sprzęgło Haldex IV w różnych konfiguracjach, zależnych od samochodów, w których są montowane. Zasada działania w każdym przypadku jest jednak taka sama.

Haldex jest typem mokrego, wielopłytkowego sprzęgła ciernego, umieszczonego pomiędzy wałem napędowym a mechanizmem różnicowym tylnej osi. W poprzednich jego generacjach było ono sterowane ciśnieniem powstałym na skutek różnic prędkości obrotowych przedniej i tylnej osi. Przenoszony moment napędowy zależał od wartości ciśnienia, z jakim są ściskane tarczki sprzęgła. W ten sposób tylne koła w wyniku poślizgu przednich zaczynały się obracać.

W najnowszej generacji Haldexa ciśnienie hydrauliczne ściskające tarczki sprzęgła wytwarzane jest za pomocą pompy elektrycznej. Przenoszenie momentu napędowego reguluje sterownik napędu na cztery koła za pośrednictwem elektrozaworu regulacji stopnia otwarcia sprzęgła. Różnica prędkości obrotowych kół przedniej i tylnej osi nie jest już podstawą załączenia sprzęgła Haldex IV generacji.

Dzięki temu rozdział momentu na poszczególne osie oraz koła zależny jest od sposobu jazdy oraz sytuacji podczas jazdy. W przypadku ekstremalnego poślizgu przednich kół sprzęgło to jest w stanie przenieść cały moment napędowy na tylną oś.

Zobacz również: Goodyear - konferencja

I w tym momencie zaczynają się komplikacje. Producent twierdzi dokładnie to, co napisałem powyżej. Praktycy warsztatowi twierdzą, że jest to niemożliwe z uwagi na budowę takiego układu napędu na cztery koła. Według nich rozdział momentu może występować jedynie w zakresie od 100–0 na przód do 50–50.

To w końcu może znaleźć się na tylnej osi 100% momentu napędowego, czy nie? Kto ma rację? Żeby to wyjaśnić, trzeba najpierw poznać zasadę działania układu napędowego na cztery koła ze sprzęgłem Haldex IV generacji. No to zaczynamy.

Spójrzmy na początek, jaką drogę „pokonuje” moment napędowy generowany przez jednostkę silnikową. W pierwszej kolejności trafia oczywiście na koła zębate skrzyni biegów, skąd przez czołowe koło zębate przekazywany jest do mechanizmu różnicowego przedniej osi. Ten natomiast połączony jest z przekładnią kątową, która przekazuje moment dalej na wał napędowy.

Bardzo dobrze ilustruje ten etap rysunek pod spodem. Dalej pozostaje już tylko nierozbieralny przegub równobieżny, który łączy krótszy wał napędowy z wałkiem wejściowym sprzęgła Haldex.

Znając schemat układu napędu na cztery koła z wykorzystaniem sprzęgła Haldex, przejdźmy zatem do samej jego budowy. Tę postaram się opisać na podstawie sprzęgła Haldex montowanego w Skodzie Octavia II, w której stanowi część przekładni tylnej osi.

Pod względem funkcjonalnym można w sprzęgle Haldex wyróżnić dwa układy: mechaniczny oraz elektrohydrauliczny. W tym artykule postaram się w miarę dokładnie opisać układ mechaniczny, działanie zespołu tarczek oraz tłoka roboczego. W przypadku układu elektrohydraulicznego ograniczę się do najistotniejszego elementu w sprzęgle Haldex czwartej generacji, czyli elektrozaworu regulacji stopnia otwarcia sprzęgła.

Układ mechaniczny zapewnia siłowe połączenie między napędem przedniej i tylnej osi. Tłok roboczy, który ściska pakiet tarczek sprzęgła, jest dociskany w wyniku ciśnienia generowanego przez pompę hydrauliczną. Siła, z jaką dociskane są tarczki, definiuje wielkość momentu napędowego przenoszonego na koła tylnej osi.

W przypadku Skody Octavii II maksymalna wartość momentu napędowego, jaką może przenieść sprzęgło Haldex IV generacji, to 2000 Nm. Jak widzimy, w przypadku ekstremalnych modyfikacji silnika prędzej poukręcamy półosie i zmielimy skrzynię biegów, niż „klęknie” nam Haldex.

VW Golf R w zimowej scenerii

Sercem Haldexa jest wielotarczowe sprzęgło mokre, składające się z wałka wejściowego, pakietu tarczek oraz kosza sprzęgła. Wałek wejściowy jest połączony z wałem napędowym. Pakiet tarczek składa się z na przemian ułożonych tarczek ciernych i stalowych. Tarczki cierne mają żeby na wewnętrznym obwodzie i są nasunięte na wałek wejściowy. Z kolei tarczki stalowe mają zęby na zewnętrznym obwodzie i są połączone z koszem sprzęgła. Liczba tarczek zależy od modelu samochodu.

Kosz sprzęgła na swoim wewnętrznym obwodzie ma wytłoczone rowki – rodzaj wielokarbu. Dzięki nim połączony jest z wałkiem wyjściowym, który przekazuje moment napędowy na mechanizm różnicowy tylnej osi. Oprócz tego kosz sprzęgła połączony jest także z tarczkami stalowymi poprzez ich zęby na zewnętrznym obwodzie.

Tarczki dociskane są przez tłok roboczy (zielony kolor). Jako że ten jest nieruchomy, a tarczki cierne umieszczone na wałku wejściowym obracają się razem z nim, to pomiędzy tłokiem a tarczką oporową (która zamyka pakiet tarczek z każdej strony) znajduje się łożysko igiełkowe (kolor żółty). W momencie załączenia sprzęgła tarczki są ściskane z pewną siłą.

Wraz ze wzrostem tej siły tarcie pomiędzy tarczkami ciernymi i stalowymi rośnie, a co za tym idzie — obroty wałka wyjściowego (połączonego z koszem, a dalej z tarczkami stalowymi) wyrównują się z obrotami wałka wejściowego (połączonego z tarczkami ciernymi). W przypadku maksymalnego ciśnienia działającego na tłok roboczy prędkość obu wałków jest taka sama.

Układ mechaniczny zasadniczo nie przeszedł dużych zmian w porównaniu z poprzednią generacją sprzęgła Haldex. Jest on bardzo podobny i jego działanie wciąż pozostaje takie samo. Główną nowością, tak jak wspomniałem na początku, jest sterowanie ciśnieniem oleju, który dociska tłok roboczy. W tym momencie wkracza do pracy cały układ elektrohydrauliczny.

W jego skład wchodzą: pompa sprzęgła, filtr oleju, akumulator ciśnienia oleju, sterownik napędu na cztery koła i elektrozawór regulacji stopnia otwarcia sprzęgła. Tłokowa pompa elektryczna zapewnia wytwarzanie ciśnienia oleju w sprzęgle poprzez zasilanie akumulatora ciśnienia oleju.

Pompa włączana jest w zależności od potrzeb przez sterownik napędu na cztery koła. Akumulator ciśnienia oleju ma niewielkie wymiary. W jego wnętrzu znajdują się trzy sprężyny umieszczone współosiowo, które napierając na tłok znajdujący się wewnątrz, zapewniają utrzymywanie ciśnienia na poziomie 3 Mpa.

Elektrozawór regulacji stopnia otwarcia sprzęgła reguluje ciśnienie oleju doprowadzanego do tłoka roboczego. Wartość ciśnienia zależy od natężenia prądu sygnału sterującego. Każdej wartości prądu odpowiada ściśle określone ciśnienie oleju. Spójrzmy na sposób działania elektrozaworu.

Pompa wytwarza ciśnienie 3 Mpa, które jest gromadzone w akumulatorze ciśnienia. Prąd przepływający przez cewkę elektromagnetyczną w elektrozaworze powoduje wciąganie rdzenia elektromagnesu do środka. Siła, z jaką jest on wciągany, zależy od natężenia prądu. W wyniku przesuwu rdzenia tłok również się przemieszcza, umożliwiając tym samym przepływ oleju pod ciśnieniem do tłoka roboczego sprzęgła.

Po osiągnięciu zadanego ciśnienia roboczego wytwarza się równowaga sił działających na tłok regulacyjny i następuje zamknięcie zarówno dopływu, jak i odpływu oleju. Zadane ciśnienie działające na tłok roboczy jest utrzymywane na stałym poziomie.

Ciśnienie robocze działa na tłok regulacyjny poprzez komorę regulacyjną. Siła nacisku sprężyny oraz ciśnienie, które napiera na tłok w tym samym kierunku, przeciwdziałają sile wytwarzanej przez elektromagnes. Jeśli przez cewkę elektromagnesu przepływa maksymalny prąd, przepływ oleju pozostaje stale otwarty i na tłok roboczy działa pełne ciśnienie oleju.

W momencie wyłączenia sprzęgła tłok regulacyjny wraca na swoją pozycję spoczynkową w wyniku przerwania przepływu prądu przez cewkę elektromagnetyczną. Odpływ oleju do zbiornika zostaje otwarty, przez co ciśnienie robocze spada.

Ważnym elementem całego układu napędu na cztery koła z użyciem sprzęgła Haldex jest oczywiście sterownik napędu, który decyduje o włączaniu pompy sprzęgła oraz steruje pracą elektrozaworu. Sterownik napędu na cztery koła podłączony jest do magistrali CAN, dzięki czemu potrzebne było zastosowanie tylko jednego dodatkowego czujnika – czujnika temperatury oleju.

Wartość przenoszonego momentu na tylną oś nie zależy już tylko od różnicy prędkości obrotowych obu osi, a od konkretnej sytuacji na drodze. Sterownik czyta informacje m.in. z czujników ESP, ABS itd. Na podstawie ich analizy decyduje o stopniu otwarcia elektrozaworu i tym samym o wartości momentu napędowego, jaki ma być przeniesiony na tylną oś.

Znając zatem konstrukcję oraz działanie układu napędowego ze sprzęgłem Haldex IV generacji, postaram się wyjaśnić praktyczne jego zastosowanie.

Genewa 2009: Audi TT RS

Z reguły kiedy mówimy o samochodach z napędem na cztery koła, pojawia się pytanie o rozdział momentu napędowego. Mówiąc 40:60, mamy na myśli przypadek, kiedy 60% momentu przekazywane jest na tył, a reszta na przód. I zazwyczaj myślami uciekamy do sytuacji, w której podczas poślizgu tylne koła obracają się szybciej niż przednie, a samochód pięknie sunie bokiem. W przypadku Haldexa IV jest nieco inaczej, bo pomimo możliwości realizacji takiego podziału momentu (przekazywania większej jego części na tylne koła), tylne koła nigdy nie będą obracały się szybciej od przednich.

Z konstrukcji Haldexa jasno wynika, że prędkość obrotowa kół może się zmieniać w stosunku od 100:0 do 50:50 (przód:tył). Nie ma fizycznej możliwości, aby tylne koła kręciły się szybciej niż przednie, bo nie ma centralnego mechanizmu różnicowego. Istnieje za to możliwość, aby większość momentu przekazywana była na tylną oś.

W przypadku Haldexa IV rozdział momentu napędowego może osiągać wartość 10:90. Dzieję się tak w przypadku, kiedy przednie koła znajdują się na lodzie, a tylne na nawierzchni o większej przyczepności. Na przednie koła trafia tylko tyle momentu, ile jest potrzebne do pokonania sił tarcia na lodzie oraz ich obracania z tą samą prędkością co kół tylnych. Na te z kolei trafia reszta momentu napędowego generowanego przez silnik. Wszystkie koła obracają się z taką samą prędkością, ale prawie cały moment trafia na tył, który znajduje się w warunkach lepszej przyczepności i "pcha" samochód do przodu. Jasne i klarowne.

Wreszcie jest! | Audi RS3 oficjalnie [wideo]

Źródło: Haldex

Zobacz więcej artykułów z serii: Układ napędowy

Podziel się:

Przeczytaj także:

Także w kategorii Poradniki i mechanika:

Leki zaburzające zdolność prowadzenia pojazdu [poradnik] Regeneracja wtryskiwaczy Common Rail Smarowanie mechanizmów różnicowych - czy wymiana oleju jest konieczna? Eksploatacja świec zapłonowych – ocena wyglądu świecy Łańcuchy tekstylne - lepsza alternatywa dla stalowych? Świece zapłonowe - budowa i zasada działania Jak eksploatować samochód z instalacją gazową? Tramwaj czy auto - kto ma pierwszeństwo? Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia - ciecze magnetoreologiczne Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia - sterowanie zaworami elektromagnetycznymi Porównanie napędu Mazda SKYACTIV kontra Škoda TSI&DSG Opony zimowe - na co zwrócić uwagę Škoda Octavia 1,2 TSI - którą wersję silnika i jaką skrzynię lepiej wybrać? Amortyzatory o zmiennej charakterystyce tłumienia Jak dbać o oświetlenie pojazdu? Jaka prędkość na autostradzie jest najlepsza? Strefa ruchu i strefa zamieszkania - czym się różnią? Dlaczego opona zimowa lepiej sprawdza się podczas zimy? Jak kupować używane auto z instalacją LPG? – strona techniczna Czujniki ciśnienia w oponach TPMS – jak to działa? Czy zakup oszczędnego silnika się zwróci? Wtryskiwacze Common Rail – zasada działania Jak zabezpieczyć auto przed solą? Światła w samochodzie - kiedy włączyć jakie?

Popularne w tym tygodniu:

Jak wybrać mechanika i o co zadbać, oddając mu samochód? Geometria samochodu: kiedy warto ją sprawdzić? Fabryczne instalacje gazowe w Fiatach. Czy to się opłaca? Najlepsze opony do najpopularniejszych samochodów Jak kupić samochód używany - poradnik dla początkującego Ile kosztuje podstawowy serwis przeciętnego samochodu? Assistance z „naprowadzaniem” Ubezpieczenie opon jest tanie, ale czy ma sens?