Rodzaje i zasada działania napędów quattro w samochodach Audi

Napęd quattro wprowadził wielką rewolucję w samochodach osobowych. Do dziś powstało kilka jego odmian. Nie każde quattro działa tak samo. Przedstawiamy wszystkie jego wersje.

Wbrew pozorom napęd quattro nie pojawił się po raz pierwszy w modelu Quattro. Zadebiutował on w prototypowym Audi 80. Natomiast Audi Quattro było pierwszym produkcyjnym samochodem osobowym tej firmy, wyposażonym w tego rodzaju napęd. To właśnie od niego wszystko się zaczęło.

W tym artykule poznasz:

  • Napęd quattro z blokadami mechanizmów różnicowych
  • Napęd quattro z mechanizmem Torsen
  • Ewolucję mechanizmu Torsen w napędzie quattro
  • Napęd quattro z systemem Torque Vectoring
  • Napęd quattro ze sprzęgłem Haldex
  • Napęd quattro ze sprzęgłem wiskotycznym
  • Napęd quattro z mechanizmem z kołem koronowym
  • Wirtualny napęd e-tron quattro

Prymitywne i skuteczne pierwsze quattro

Pierwsze Audi Quattro miało prymitywny, ale bardzo skuteczny napęd

Pierwszy system quattro był niesamowicie prymitywny i w tym tkwiła jego siła. Sam samochód też nie należy z dzisiejszego punktu widzenia do szczególnie przełomowych. Model Quattro odznaczał się tylko jedną innowacją – piekielnie skutecznym, stałym napędem na cztery koła.

Pierwszy napęd quattro

Przeniesienie momentu obrotowego na obie osi było realizowane przy pomocy trzech tradycyjnych mechanizmów różnicowych. Dwa z nich wyposażono w ręcznie załączane blokady. Dokładnie jak w aucie terenowym. Kierowca dźwignią mógł zablokować centralny mechanizm różnicowy, a w razie potrzeby również tylny. To proste rozwiązanie sprawiło, że stosunkowo lekki samochód (ok. 1330 kg) miał niespotykaną dotąd trakcję. Tylko wozy terenowe mogłyby się z nim równać, natomiast żadne dotąd produkowane auto osobowe nie było tak sprawne na śliskiej nawierzchni. Oczywiście zablokowanie choćby centralnego dyferencjału zmieniało charakterystykę prowadzenia, a użycie tylnej blokady było równoznaczne z utratą poręczności. Włączało się ją jednak tylko w najgorszych warunkach. Te mogły być naprawdę trudne, co potwierdzono nie tylko w tej słynnej próbie.

Torsen – samoblokowanie zamiast blokad

Rok po wprowadzeniu Audi Quattro do produkcji zastąpiono niewygodne dźwignie blokad przyciskami i systemem pneumatycznym. Znacznie ważniejszą zmianę wprowadzono jednak w 1986 roku. Stwierdzono, że zamiast międzyosiowej blokady, lepszym rozwiązaniem będzie dyferencjał o ograniczonym poślizgu. Po raz pierwszy Audi użyło mechanizmu typu Torsen, który ma właściwość samoblokowania się w przypadku wystąpienia poślizgu na jednym z wałów względem drugiego. Trzy pary ślimacznic poruszających się po walcowych kołach przedniego i tylnego wału napędowego blokowały dyferencjał w przypadku wystąpienia poślizgu pomiędzy przednią i tylną osią. Gdy auto jedzie bez poślizgu, rozdział momentu obrotowego pomiędzy osie wynosi 50:50, ale stosunek ten może zmienić się do wartości 25:75 lub 75:25.

Mechanizm różnicowy typu Torsen pierwszej generacji stosowano nie tylko w modelu Quattro, ale także w modelach 80, 100 i RS2. W niektórych wersjach pozostawiono blokadę tylnego dyferencjału, a pożegnano się z nią na stałe dopiero wraz z pojawieniem się Torsena drugiej generacji.

Sprzęgło wielopłytkowe przy dyferencjale Audi V8

Zanim jednak pojawiła się druga generacja znanego systemu quattro z Torsenem, w 1988 roku zadebiutował napęd nieco innego typu. Mowa o układzie ze sprzęgłem wielopłytkowym wspomagającym pracę międzyosiowego, planetarnego mechanizmu różnicowego. Tak jest, już w latach 80. quattro oznaczało nie tylko rozwiązanie z Torsenem. Przypominam dla jasności, że quattro to nie określenie typu napędu, a jedynie nazwa handlowa stosowana przez Audi.

Audi V8 miało w swoim czasie bodaj najbardziej zaawansowany napęd na cztery koła

Sprzęgło wielopłytkowe zadebiutowało w Audi V8. Służyło do blokowania centralnego mechanizmu różnicowego, który rozdzielał siłę napędową po równo na obie osie. Wcale nie jest to rozwiązanie gorsze. Przeciwnie — można wręcz powiedzieć, że to lepsza konstrukcja niż Torsen, ponieważ hydraulicznie aktywowane sprzęgło mogło niemal całkowicie zablokować mechanizm różnicowy. Dzięki temu prawie 100 proc. momentu obrotowego może trafić na jedną z osi w razie potrzeby. To jednak nie wszystkie możliwości Audi V8.

Rozwój napędu na cztery koła – od klasyki do automatyki [część 1]

Układy przeniesienia napędu rozwijają się w zawrotnym tempie, choć mogłoby się wydawać, że w tym obszarze wszystko już było. Tymczasem systemy 4×4…

W tylnym mechanizmie różnicowym zastosowano znany już nam dyferencjał typu Torsen, który częściowo blokował się w przypadku poślizgu jednego z kół. Wówczas był to najbardziej zaawansowany napęd na cztery koła na świecie. Później po wprowadzeniu nowszych wersji tego samochodu powrócono do międzyosiowego Torsena. Było to i tak kapitalnym rozwiązaniem ze względu na dwa mechanizmy typu Torsen.

Lifting tradycyjnego quattro i Torque Vectoring

Po wprowadzeniu do sprzedaży modelu Audi A4 przeprowadzono niewielki lifting tradycyjnego napędu quattro z międzyosiowym mechanizmem typu Torsen. Był to system, którego konstrukcja poprawiła czas reakcji i zmniejszyła generowany przezeń hałas. W modelu A4, ale także A6 i A8 miał on oczywiście funkcję samoblokowania częściowego, a o przyczepność poszczególnych osi dbał układ nazwany EDS (elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego) , pracujący na zasadzie kontroli trakcji, przez kontrolę momentu obrotowego na kołach za pomocą hamulców. Działał tylko do prędkości 40 km/h (w wersjach S do 80 km/h). Umożliwiał on ruszanie z miejsca na śliskiej nawierzchni, gdy sam Torsen nie wystarczał.

Tradycyjny Torsen na długo zadomowił się w samochodach z silnikiem umieszczonym wzdłużnie

Prawdziwą, dużą zmianą w mechanizmie Torsen było dopiero wprowadzenie jego trzeciej generacji (Torsen C) w 2005 roku wraz z debiutem Audi S4/RS4 oraz później Audi Q7. Jego konstrukcja nadal przypominała wcześniejsze rozwiązanie, a także przekładnię planetarną. Ślimacznice nie pracowały już parami, a koła słoneczne przedniego i tylnego wału napędowego miały inną konstrukcję i średnicę. Dzięki temu, rozdział siły napędowej na osie w normalnych warunkach (tzn. bez poślizgu) wynosił 40:60. Oczywiście w przypadku wystąpienia poślizgu rozdział ten się zmieniał. Na tył maksymalnie mogło trafić 80 proc. momentu obrotowego, natomiast na przód do 60 proc. Blokowanie umożliwiała nie tylko konstrukcja kół zębatych, ale także wspomagające tarcze cierne umieszczone po obu stronach całego mechanizmu, przy obudowie. Dodatkowo osiowe mechanizmy różnicowe były wspomagane rozwiniętym systemem EDC.

Sportowy mechanizm różnicowy wykorzystujący zjawisko Torque Vectoringu

Po 3 latach, do nowej generacji samochodów Audi A4 B8 oraz zupełnie nowego modelu Audi A5 przygotowano lepsze niż EDC rozwiązanie działające na osiowy mechanizm różnicowy. Sportowy mechanizm różnicowy tylnej osi przeznaczono modelom serii S i RS. Zaawansowana konstrukcja tylnego mostu ze stożkowym dyferencjałem oraz dwiema przekładniami planetarnymi, blokowanymi hydraulicznie sprzęgłami ciernymi, to ewolucja rozwiązania stosowanego w Audi V8, ale zdecydowanie dalej posunięta. Mechanizm umożliwia wykorzystanie zasady Torque Vectoringu, opisanej szerzej na łamach Autokult.pl. Generalnie chodzi o to, by umożliwić wejście i wyjście z zakrętu z większą prędkością i zniwelować podsterowność nie przy pomocy hamulców, ale lepszej przyczepności tylnej osi i przeniesienia momentu obrotowego na jedno z jej kół. Sprzęgła umieszczone na obu półosiach odpowiadają za blokowanie przekładni planetarnych i przenoszenie siły napędowej na koło o lepszej przyczepności. Rozwiązanie to jest stosowane do dziś w kilku sportowych modelach Audi, m. in. w najnowszym A4.

Haldex — napęd quattro dla tanich samochodów z silnikiem umieszczonym poprzecznie

Gdy w 1998 roku zadebiutował kompaktowy model A3, a w planach był już sportowy, lekki samochód o nazwie TT, stało się jasne, że trzeba będzie opracować napęd na cztery koła, który będzie prosty i tani. Do tego nieduży, by zmieścił się w samochodzie z silnikiem umieszczonym poprzecznie. Oczywiście w koncernie Volkswagena posiadano już odpowiednie rozwiązanie, które my znamy pod nazwą Syncro. Audi zastosowało mniej więcej to samo, ale z wykorzystaniem sprzęgła Haldex. Zresztą ten sam ruch wykonał Volkswagen w Golfie IV, ale zamiast quattro posłużył się nazwą 4MOTION (również nazwa handlowa).

Sprzęgło Haldex było koniecznością w samochodach z silnikiem umieszczonym poprzecznie. Sprawdziło się znakomicie.

Audi zamiast sprzęgła z pompą napędzaną mechanicznie, jak w Volkswagenach, posłużyło się jego ewolucją, czyli lepkościowym sprzęgłem wielopłytkowym, aktywowanym elektronicznie z pompą hydrauliczną. W przeciwieństwie do tradycyjnych sprzęgieł wiskotycznych, w sprzęgle Haldex może dojść do niemal całkowitego jego zablokowania i dzieje się to znacznie szybciej i skuteczniej. Dzięki temu, na jedną z osi może teoretycznie trafić nawet 100 proc. momentu obrotowego (w praktyce około 80–90 proc.). Zasada działania jest niemal identyczna jak w sprzęgle wiskotycznym, ale tu przy tylnej osi umieszczono elektroniczny sterownik, który reguluje ciśnienie w hydraulicznej pompie, a ta blokuje sprzęgło. To z jednej strony skuteczniejsza metoda blokowania. Z drugiej jednak sama konstrukcja jest o wiele bardziej skomplikowana, niż w pełni automatycznie działające sprzęgło wiskotyczne.

Obecnie najnowszy system quattro z Haldexem można konfigurować w taki sposób, by w odpowiednim trybie auto stało się bardziej nadsterowne

Sprzęgło Haldex i związana z nim konstrukcja napędu quattro w samochodach z silnikiem umieszczonym poprzecznie przez lata ewoluowały. Dziś mamy już sprzęgło piątej generacji, którego naprzemiennie umieszczone w obudowie tarcze nie są zanurzone w kąpieli olejowej. Najnowsze sprzęgło Haldex w warunkach rzeczywistych ma zdolność do pełnego zablokowania się w przypadku wystąpienia poślizgu jednej z osi, dzięki czemu na jedną oś może trafić do 100 proc. momentu obrotowego.

Sprzęgło wiskotyczne — najprostszy mechanizm w Audi R8

W 2007 roku, czyli niedługo przed zastosowaniem zupełnie nowego typu mechanizmu różnicowego Torsen, zaprezentowano sportowe Audi R8. Silnik umieszczono wzdłużnie z tyłu, ale napęd na tylną oś nie wystarczył projektantom R8. Koniecznie chcieli mieć napęd quattro, czyli kompilację wszystkiego co najlepsze w Audi. Wbrew pozorom, nie wybrano najbardziej zaawansowanego technicznie rozwiązania, ale najprostsze ze wszystkich, jakie kiedykolwiek pojawiło się pod nazwą quattro.

Audi R8 ma najprostszy z możliwych systemów quattro

Ze względu na oszczędność masy i brak miejsca, posłużono się klasycznym sprzęgłem wiskotycznym, prostszym od stosowanego dużo wcześniej Haldexa. Nie było też potrzeby używania lepszych rozwiązań, ponieważ za przenoszenie napędu miała odpowiadać głównie tylna oś obciążona silnikiem V8 (później V10), umieszczonym centralnie z tyłu. Zasada działania sprzęgła wiskotycznego jest wam z pewnością znana, ale przypomnę, że w uproszczeniu jest to zespół tarcz umieszczonych w obudowie, zalanej specjalnym olejem. Jego szczególną cechą jest wzrost lepkości po rozgrzaniu. Im większa jest różnica obrotów pomiędzy kołami tylnej i przedniej osi, tym większy poślizg występuje pomiędzy tarczami, a tym samym następuje wzrost temperatury i sklejenie lepkim olejem tarcz. Częściowe zablokowanie napędu umożliwia przeniesienie do 30 proc. momentu obrotowego na przód. W normalnych warunkach, różnica pomiędzy tylnym, a przednim przełożeniem generuje stały poślizg, co sprawia, że na przednie koła zawsze trafia ok. 15 proc. siły napędowej. Trudno tu jednak mówić o stałym napędzie na cztery koła, ponieważ na przednią oś trafia zbyt mało momentu obrotowego. W nowej generacji Audi R8 zastosowano już elektronicznie sterowane sprzęgło wielopłytkowe.

Koło koronowe i Torsen CSM – dążenie do prostoty

Poza sprzęgłem wielopłytkowym sterowanym elektronicznie, nadal w ofercie Audi są samochody ze stałym napędem na cztery koła, realizowanym przy pomocy przekładni mechanicznych. Obecnie stosuje się dwa rozwiązania. Jednym z nich jest mechanizm różnicowy z kołem koronowym, który w 2010 roku zadebiutował w modelu RS4 i RS5. Jego zaletą jest kompaktowa konstrukcja, niska masa własna, całkowicie mechaniczne działanie (bez udziału elektroniki) oraz zdolność do przenoszenia dużego momentu obrotowego. Mechanizm różnicowy jest niesymetryczny, zatem na przednią oś trafia 40 proc. siły napędowej. Jednak dzięki pakietowi tarcz ciernych, które pod wpływem różnicy prędkości na wałach napędowych blokują mechanizm, na przednią oś może trafić do 70 proc. momentu obrotowego, natomiast na tylną do 85 proc. Poniższe wideo przedstawia jego konstrukcję i zasadę działania.

Innym rozwiązaniem, które okazuje się równie kompaktowe jak powyższe, jest Torsen CSM najnowszej generacji. Znalazł zastosowanie w topowych modelach sportowych RS6 i RS7 oraz SQ5. Obecnie to rozwiązanie trafiło do nowego Audi A4. Rozdział momentu obrotowego jest dokładnie taki sam jak w poprzednim Torsenie, czyli tradycyjnie 40:60, a bardzo uproszczona konstrukcja wytrzymuje moment obrotowy o wartości do 900 Nm. Co ciekawe, jest ponad dwa razy lżejszy od wcześniejszego Torsena i również lżejszy niż mechanizm z kołem koronowym. Niektóre jego elementy wykonano z lekkich i drogich materiałów.

Napęd quattro z mechanizmem Torsen CSM jest bardzo kompaktowy, lekki i prosty, a do tego skuteczny i odporny nawet na potężny moment obrotowy Audi RS6 czy jeszcze większy, generowany przez model SQ7

E-tron quattro – ostatni etap?

Najnowszym rozwiązaniem quattro jest system e-tron quattro oparty o dwa zespoły napędowe, każdy dla jednej osi napędzanej. To już nie jest układ przeniesienia mocy na cztery koła w normalnym rozumieniu, lecz napęd dwusilnikowy. Dlatego to rozwiązanie najlepiej opisuje inna nazwa. Najbardziej precyzyjnym określeniem dla tego rodzaju systemu jest napęd wirtualny.

Napęd e-tron quattro to już niezbyt odległa przyszłość. Ciekawe co przyniesie…

Za napęd przedniej osi odpowiada jednostka spalinowa lub hybrydowa (motor spalinowy + elektryczny), natomiast z tyłu umieszczono silnik elektryczny. Ten dopędza tylną oś w razie potrzeby, a zarządza tym komputer sterujący układem przeniesienia napędu. Rozwiązanie to nie jest oczywiście żadną nowością. Niektórzy producenci je stosują – przykładowo Mitsubishi w Outlanderze PHEV. Jednak takiego quattro jeszcze nie było, a patrząc na wszystkie wcześniejsze konstrukcje można wierzyć, że e-tron quattro będzie najlepszy w swojej klasie.

Rozwój napędu na cztery koła — od automatyki do napędów wirtualnych [część 2]

W poprzedniej części artykułu o napędach na cztery koła mogliście przeczytać o kierunku, w którym wyewoluowały proste rozwiązania. Tym razem…

Źródło: Audi

Podziel się:

Przeczytaj także:

Także w kategorii Poradniki i mechanika:

Ekojazda w firmach - czy to możliwe? Leki zaburzające zdolność prowadzenia pojazdu [poradnik] Regeneracja wtryskiwaczy Common Rail Jaka technika jazdy na autostradzie jest najlepsza? Odłączanie cylindrów w silnikach - po co się stosuje i jak to działa? Chiptuning niejedno ma imię – nie tylko zwiększa moc silnika Do czego służy zawór EGR, co się w nim psuje i czy warto go wyeliminować? Transport zwierząt w samochodzie - jak robić to bezpiecznie i co pokryje ubezpieczenie? Co to są zwolnice i po co się je stosuje? Świadczenie kulancyjne, a regres ubezpieczeniowy Wartość rezydualna, czyli za ile sprzedamy auto [cz. 1] Serwisy autoryzowane ASO – czy są lepsze od sieci nieautoryzowanych? Co to jest stały napęd 4x4? Brud w silniku – dlaczego powstaje i jak z nim walczyć? Kiedy policjant może zatrzymać dowód rejestracyjny? Test zużycia paliwa w warunkach rzeczywistych - test specjalny Co to jest i do czego służy sprzęgło? Zakup samochodu do firmy: Fiat Tipo Co to jest i jak działa ABS? Czy trzeba demontować kulę zaczepu haka holowniczego? Uszkodzenia tarcz hamulcowych – przyczyny i skutki VAT a zakup paliwa do pojazdów firmowych [cz. 1] VAT a zakup paliwa do pojazdów firmowych [cz. 2] Serwisy nieautoryzowane lepsze od ASO?!

Popularne w tym tygodniu:

Najgorsze silniki Diesla, których nie polecamy w samochodach używanych Skutki nieodśnieżenia auta mogą być bardzo kosztowne Używane części, których nie możesz zamontować w swoim aucie Wjazd samochodem do lasu - kiedy można, a kiedy nie wolno? Czy opłaca się kupić samochód z fabryczną instalacją LPG? Analiza propozycji Opla Używany samochód z dieslem – kiedy warto kupić? Co i dlaczego psuje się w silnikach Diesla? Dlaczego silnik Diesla nie chce odpalić zimą? Jak można, a jak nie wolno wyprzedzać?