Jak działa sprzęgło wielopłytkowe w dołączanym napędzie 4x4?

Sprzęgła wielopłytkowe stosowane od dawna w układach przeniesienia napędu przeżywają od kilku lat prawdziwy renesans. O ile jeszcze w latach 90. stały napęd na cztery koła realizowany przez mechanizm różnicowy był uznawany za standardowe, choć drogie rozwiązanie w samochodach osobowych, o tyle dziś takim standardem jest automatycznie dołączany napęd jednej z osi – zwykle tylnej – za sprawą sprzęgieł wielopłytkowych różnej konstrukcji. Jest to bowiem konstrukcja prostsza i tańsza.

Sprzęgła wielopłytkowe można podzielić pod względem sposobu aktywowania na:

• wiskotyczne - lepkościowe (m.in. Syncro),
• hydrauliczne (Haldex I, II i III gen. – m.in. samochody Grupy VW),
• elektrohydrauliczne (Haldex IV i V gen. – m.in. samochody Grupy VW i Ford),
• elektromagnetyczne (GNK – m.in. japońskie crossovery),
• elektromechaniczne (m.in. BMW xDrive).

Ogólna zasada działania sprzęgieł wielopłytkowych jest podobna niezależnie od sposobu aktywowania. Jeżeli sprzęgło służy do przenoszenia napędu z jednej osi na drugą, to jego konstrukcję stanowią dwa wały napędowe - zdawczy i odbiorczy - zamknięte w obudowie, która jest na stałe połączona z wałem zdawczym (najczęściej, więc tak przyjmijmy).

Wewnątrz obudowy znajduje się wał odbiorczy. Na obu wałach, wewnątrz obudowy są dwa zespoły tarcz ciernych, które umieszcza się naprzemiennie i w ten sam sposób mocuje do obudowy i do wału odbiorczego. Jeden zespół tarcz łączy się z wałem zdawczym po obwodzie, natomiast drugi na wale odbiorczym jest zamocowany wewnętrznie na wielowypuście.

Łatwiej to sobie wyobrazić w ten sposób, że obudowa sprzęgła jest wałem przenoszącym moc na drugi wał, znajdujący się w jego wnętrzu. Oba wały co do zasady nie są ze sobą w żaden sposób połączone, a zatem pracują niezależnie. Ma to miejsce tylko do momentu wystąpienia poślizgu na osi, która jest napędzana stale (zwykle przedniej). Sprzęgło pozostaje wyłączone wówczas, gdy obie osie (oba wały) kręcą się z tą samą prędkością.

Sytuacja inna niż powyższa powoduje aktywację sprzęgła. Gdy oś napędzana stale (obudowa sprzęgła) zaczyna się kręcić szybciej niż oś nienapędzana (wał odbiorczy) różnica prędkości aktywuje system odpowiedzialny za włączanie sprzęgła. System ten blokuje sprzęgło na stałe lub włącza je częściowo zbliżając do siebie tarcze.

Dzięki temu, że tarcze zamocowane do obudowy sąsiadują z tarczami przymocowanymi do wału wewnątrz, następuje przeniesienie momentu obrotowego na wał odbiorczy. Z chwilą ustania poślizgu jednej z osi względem drugiej, sprzęgło zostaje wyłączone.

Specyficznym rodzajem sprzęgła wielopłytkowego jest sprzęgło wiskotyczne, które nie ma żadnego mechanizmu aktywującego. Jego miejsce zajmuje olej silikonowy znajdujący się w obudowie, w którym kąpią się tarcze sprzęgła. Ma on specyficzną cechę polegającą na wzroście lepkości pod wpływem wzrostu temperatury.

Aktywacja sprzęgła następuje w tej samej sytuacji – różnica prędkości obrotowej wałów – ale pod wpływem wzrostu temperatury oleju, który rozgrzewają poruszające się z dużą prędkością względem siebie tarcze. Gdy obie osie kręcą się z tą samą prędkością tarcze sprzęgła również, a zatem względem siebie prawie stoją w miejscu.

Zaletą sprzęgła wiskotycznego jest brak urządzeń zewnętrznych do sterowania napędem, a zatem jest to najprostsza konstrukcja. Sprzęgła wiskotyczne są niezależnym podzespołem, którego nawet się nie otwiera i do niczego poza wałami nie podłącza. Natomiast wadą tego rozwiązania jest niska szybkość reakcji sprzęgła na poślizg i brak możliwości pełnego zablokowania, ponieważ olej silikonowy nigdy nie zamieni się w ciało stałe.

W układach napędowych najczęściej stosuje się sprzęgła wielopłytkowe zamiast międzyosiowych mechanizmów różnicowych. Jednak nie tylko do tego służą.

Jedno lub dwa sprzęgła wielopłytkowe mogą stanowić blokadę mechanizmu różnicowego, tzw. szpera LSD lub aktywny mechanizm różnicowy. Ponadto sprzęgieł wielopłytkowych używa się w mechanizmach z systemem Torque Vectoring.