Sredinski diferencial ali sklopka Haldex

Transcription

Sredinski diferencial ali sklopka Haldex
štirikolesni pogoni
Sredinski diferencial
ali sklopka Haldex
Volkswagnova vozila z vzdolžno
vgrajenim motorjem imajo stalni štirikolesni pogon s sredinskim
diferencialom, s prečno vgrajenim
motorjem pa štirikolesni pogon
uravnava sklopka Haldex
K učinkovitejšemu prenosu moči in
boljši stabilnosti v zavojih lahko pri
štirikolesno gnanih Audijih pripomore še športni zadnji diferencial
Oznake Quattro, 4motion, 4x4
ali 4 označujejo štirikolesni pogon
pri vozilih Audi, Volkswagen, Škoda
in Seat. Ne glede na oznako, ki pripada določeni znamki, Volkswagen
v grobem uporablja dve vrsti pogona – s sredinskim diferencialom
(Torsen) ali s sklopko Haldex.
Gre za dve različni zasnovi.
Prva je bolj ali manj mehanska
s stalnim prenosom moči na vsa
kolesa, v drugem primeru pa je
pogon speljan pretežno na sprednji kolesi in se na zadnji kolesi
prenese le, če imajo prva slabši
oprijem oziroma če zdrsnejo.
So pa seveda tudi izjeme: Audi
R8 je denimo edini Audi, čigar
pogon ima viskozno sklopko
(imajo jo sicer nekateri starejši
Volkswagnovi modeli), Audi Q7
(in njegova tehnična bratranca
Volkswagen Touareg in Porsche
Cayenne) pa ima robustnejši, za
bolj zahtevno terensko vožnjo primeren štirikolesni pogon.
Sicer pa je tip pogona – ne
glede na oznako – odvisen tudi od
načine vgradnje motorja. Vozila z
vzdolžno nameščenim motorjem
imajo pogon s sredinskim diferencialom, vozila s prečno vgrajenim
ANŽE JAMNIK
Foto Audi, Volkswagen
rencial ali dva, sklopka in podobno
– vplivajo na večjo težo vozila,
kar se med drugim pozna tudi pri
nekaj višji porabi goriva. K višji
porabi prispevajo tudi dodatni prenosi oziroma trenje in izgube v njih.
Večja teža avtomobila – ne glede
Značilnosti štirikolesnega na podlago – vpliva tudi na daljšo
zavorno pot. Seveda je štirikolesni
pogona
pogon tudi dražji od dvokolesnega
– deloma na račun dodatnih komŠtirikolesni pogon – ne glede
ponent, deloma pa tudi zaradi druna zasnovo – ima v primerjavi z
gačnih drugih delov avtomobila,
dvokolesnim številne prednosti, a
tudi nekatere manjše pomanjkljivosti kot sta denimo spremenjen izpušni
sistem ali rezervoar za gorivo.
in omejitve. Na dobro stran vsekakor lahko postavimo učinkovitejši
prenos moči in navora na podlago
Vsekakor pa še tako učinkovit
preko štirih in ne le dveh koles, kar
in izpopolnjen pogon brez dobrega
svoje prednosti pokaže predvsem
oprijema ni vreden prav veliko. Z
med vožnjo po spolzki podlagi.
drugimi besedami – brez kakovoPoleg tega je štirikolesno gnan avto- stnih pnevmatik (zimskih pnevmatik
mobil stabilnejši in zaradi prerazpo- v zimskih razmerah) kljub dobremu
reditve vlečne sile med vsa kolesa
pogonu ne bo šlo. Frenk Grilc,
omogoča večje hitrosti v zavojih.
vodja skupine za tehnično vzdrževanje pri družbi Porsche Slovenija
poudarja, da je ravno čim bolj enaPo drugi strani pa dodatne
komerna obraba pnevmatik pri štikomponente štirikolesnega pogona – pogonska gred, dodaten dife- rikolesnem pogonu še precej bolj
motorjem pa štirikolesni pogon s
sklopko Haldex. Menjalnik – bodisi
ročni bodisi samodejni ali mehanski z dvema sklopkama (S tronic
oziroma DSG) - na pogon ne vpliva.
Prvi Audi s štirikolesnim
pogonom je bil model
Quattro iz leta 1980. Imel
je klasičen sredinski diferencial z možnostjo zapore;
zaporo je imel tudi zadnji
diferencial.
4
Mehanik in voznik • januar 2013
Vozila s prečno vgrajenim motorjem imajo štirikolesni
pogon s sklopko Haldex. Zahvaljujoč elektronsko nadzorovanemu tlačnoregulacijskemu ventilu je pri zadnji generaciji te sklopke njen vklop hipen.
pomembna kot pri dvokolesnem.
Če so prednje in zadnje pnevmatike različno obrabljene, se namreč
kolesa zaradi različnih kotalnih
obsegov vrtijo z različnimi hitrostmi.
Na pogon to vpliva kot nenehno
zdrsavanje koles ene od osi, kar po
nepotrebnem obremenjuje mehanske dele oziroma zlasti razdelilno
gonilo ali sklopko. Zaradi tega je
treba dosledno upoštevati, katere
pnevmatike je dovoljeno uporabiti.
Kot zanimivost je Grilc navedel
nekega lastnika Audija R8, ki je
svoj avtomobil opremil z nehomologiranimi dimenzijami pnevmatik
in je zaradi tega viskozna sklopka
dobesedno zgorela.
Samozaporni sredinski
diferencial
Pri avtomobilih z vzdolžno
vgrajenimi motorji
uporabljajo
v koncernu
Volkswagen
povsem mehanski sistem
štirikolesnega
pogona, znan
kot Audi
Quattro. Pri
tej zasnovi za
prenos moči
na prednjo in
zadnjo os skrbi
Sklopka Haldex je zaradi boljše razporeditve
mas nameščena tik pred zadnjim diferencialom
oziroma je integrirana v gonilo zadnje preme.
Mehanik in voznik
5
Zgradba sredinskega diferenciala Torsen
Sončni zobnik na zadnji
izhodni gredi
Izhodna gred za pogon
zadnjih koles
Polžasti zobniki
Sončni zobnik na
sprednji izhodni gredi
Ohišje diferenciala
Prirobnica
Gred polžastih
zobnikov
Planetni zobniki
Izhodna gred
Izhodna gred za pogon
sprednjih koles
Votla vstopna
gred
klasičen diferencial, diferencial
Torsen ali, od Audija RS5 iz leta
2010 dalje, podoben sistem z diferencialom s kronskimi zobniki.
Pri tem načinu pogona se
moč vseskozi prenaša na vsa
štiri kolesa; pri starejših modelih
je bilo razmerje med prednjo in
zadnjo osjo 50:50, pri novejših pa
je razmerje 40:60 v korist zadnje
Enaki pogoji na sprednji in
zadnji osi:
Navor se enakomerno prenaša na prednjo in zadnjo os.
Hitrost vrtenja je enaka.
Prednja os na ledu:
Navor na prednji osi je do
3,5-krat manjši
kot na zadnji.
Prednja os se
vrti hitreje.
planetni zobniki, ki jih skupaj z nosilnim ohišjem poganja vstopna gred
oziroma pogonska gred iz menjalnika. Vstopna gred je speljana znotraj
votle gredi za pogon prednjih koles.
Ob normalnih pogojih se oba
zobnika vrtita z enako hitrostjo
kot ohišje, posebna geometrija pa
omogoča omenjeno razmerje prenosa moči na prednjo in zadnjo
os. Če ena os izgubi oprijem,
se poveča hitrost vrtenja
pripadajoče gredi in
s tem tudi hitrost
vrtenja kronskega zobnika
v diferencialu.
To pritisne ene
lamele ob druge
in ustvari trenje med njimi, zaradi
samozapornega učinka pa se
večji del navora prenese na drugi
kronski zobnik ter prek pogonske
gredi na os z boljšim oprijemom.
Diferencial Torsen
osi. Ob izgubi oprijema koles ene
osi se navor v trenutku prenese
na os z boljšim oprijemom; v
zadnji generaciji se prenese do
85 odstotkov navora na zadnjo ali
do 70 odstotkov na prednjo os.
Razdelilno planetno gonilo oziroma samozaporni sredinski diferencial s kronskimi zobniki sestavljata
dva sončna kronska zobnika – sprednji zobnik poganja prednji, zadnji
pa zadnji kolesi. Povezujejo ju štirje
Diferencial Torsen omogoča prenos moči na os z boljšim oprijemom. Na podoben način delujejo tudi naslednje generacije s
sredinskim diferencialom.
Vožnja v ovinku:
Navor na prednji osi je do
3,5-krat manjši kot na zadnji.
Prednja os se vrti hitreje.
Zadnja os na ledu:
Navor na prednji osi je
do 3,5-krat večji kot na
zadnji. Prednja os se vrti
počasneje.
Samozaporni sredinski diferencial s kronskimi zobniki prekaša (predhodni) pogon s samozapornim sredinskim diferencialom,
ker ima širše območje za prerazporeditev navora na posamezno
os in ker popolnoma mehanski
princip delovanja omogoča takojšen prenos sil in konstantno delovanje brez kakršnegakoli zamika.
Poleg tega je novi diferencial kompaktnih mer ter z maso 4,8 kg približno 2 kg lažji od predhodnika.
Samozaporni sredinski diferencial Torsen T3 je bil najprej predstavljen leta 2005 v drugi generaciji
Audija RS4 in ga zdaj uporabljajo v
številnih drugih modelih s štirikolesnim pogonom. Gre za klasično planetno gonilo s sončnim zobnikom
za pogon sprednje osi, odjemno
gred za pogon zadnje osi pa poganja planetni venec. Med njima so
planetni zobniki. Zaradi večjega delnega krožnega premera zunanjega
zobnika oziroma zobniškega venca
se pri tem pogonu običajno 60
odstotkov moči prenaša na zadnji
kolesi, preostalih 40 pa prek sončnega zobnika z manjšim delnim krožnim premerom na prednji kolesi.
Enako zgrajen pogon je vgrajen tudi v Audiju Q7, le da je tu
6
Mehanik in voznik • januar 2013
Vozila z vzdolžno vgrajenim motorjem
imajo stalni štirikolesni pogon s sredinskim diferencialom.
osnovna asimetrična porazdelitev
navora 42:58 v korist zadnje osi.
Poleg tega je diferencial nameščen
v ločenem ohišju, sončni zobnik
pa navor za prednjo premo prenaša na zgornji verižnik, ki je prosto
vrteče uležajen na zgornji odjemni
gredi. Ta s pomočjo verige poganja spodnji verižnik, ki žene gred
za pogon sprednjih koles.
Audi je štirikolesni pogon s
sredinskim diferencialom Torsen T1
predstavil leta 1986 v modelu 80
Quattro. Ima planetni zobniški sklop
z dvema sončnima zobnikoma.
Eden od njiju poganja sprednjo,
drugi pa zadnjo os (seveda vsak
prek svoje gredi), povezujejo pa ju
trije pari planetnih polžastih zobnikov. Posamezen par je med seboj
povezan s klasičnimi zobniki. Če
pride do zdrsa koles ene od osi,
se navor prenese na os z boljšim
oprijemom in sicer največ do 75
odstotkov; v običajnih pogojih je
razporeditev navora na obe osi v
razmerju 50:50.
Prvotni štirikolesni pogon v
Audiju Quattro pa je imel klasičen
sredinski
diferencial
s stalnim razmerjem prenosa
moči v razmerju 50:50.
Diferencial je bil nameščen
na votlo vstopno gred oziroma
pogonsko gred iz menjalnika in je
del navora prenašal na zadnji kolesi, del pa prek gredi, nameščene
znotraj vstopne gredi, na prednji
kolesi. Da zmogljivosti pogona ne bi
bil omejene z zmožnostjo oprijema
koles na osi s slabšo trakcijo, je imel
avtomobil možnost zapore sredinskega in zadnjega diferenciala;
sprva mehansko, od leta 1981
dalje pa elektro-pnevmatsko.
vozni dinamiki, ker med vožnjo
skozi ovinek dodaja moč zunanjemu kolesu ter s tem izboljšuje
vodenje vozila, stabilizira vozilo in
zmanjša podkrmiljenje.
del pri modelu S4.
Štirikolesni pogon, ki
ima ta diferencial, poganja vsa štiri kolesa in glede na
oprijem prednjih ali zadnjih koles
prerazporeja navor med sprednjo
in zadnjo os. Tak diferencial
pripore k boljši
Športni diferencial je sestavljen iz konvencionalnega diferenciala oziroma gonila zadnjih koles
ter dveh avtomatiziranih aktivnih
gonil (za levo in desno kolo) z
lamelnima sklopkama. Sklopki
lahko prilagajata razporejanje
moči na vsako posamezno zadnje
Športni zadnji
diferencial
Športni zadnji diferencial je Audi leta 2009 uve-
Štirikolesni pogon Quattro zadnje generacije, ki je bil leta 2010 predstavljen v
Audiju RS5, temelji na samozapornem sredinskem diferencialu s kronskimi zobniki.
Mehanik in voznik
7
Med vožnjo naravnost so
kolesa enako obremenjena,
moč nanje je enakomerno
razporejena. V ovinku se
obremenitev prenese na
zunanji kolesi. Sistem rahlo
zavre notranji kolesi in s
tem moč prenese na zunanji kolesi. Zadnji športni
diferencial poveča moč na
zadnjem zunanjem kolesu,
k stabilnosti pa prispeva
tudi zaviranje sprednjega
notranjega kolesa.
toplotnih izgub to pomeni, da se
tako na kolo za zunanji strani ovinka prenaša 73 odstotkov moči, na Prednosti štirikolesnega
pogona je Audi med drukolo na notranji strani ovinka pa
25 odstotkov moči.
gim dokazal tudi z vožnjo
Prečno vgrajeni motorji in
sklopka Haldex
kolo. Njuno delovanje nadzira
krmilna enota, elektromotor pa
poganja hidravlično črpalko, ki
ustvarja ustrezen tlak v sistemu.
prerazporedi na levo in desno
kolo, preostalih 50 odstotkov pa
na ustrezno gred, ki poganja kolo
na zunanji strani ovinka. Ob upoštevanju približno dveh odstotkov
Vsako izmed obeh dodatnih
enot gonila sestavlja dva koaksialno nameščena zobniška venca z
manjšanjem (i1 > 1) in večanjem
števila vrtljajev (i2 < 1). Razmerje
i1 in i2 skupaj pomenita približno
10-odstotno povečanje števila
vrtljajev (i<1). Lamelni sklopki sta
integrirani v dodatnih enotah gonila
z zobniškim vencem in se aktivirata
elektrohidravlično. Sklopka prenaša ustrezen moment s prve na
drugo prestavno stopnjo oziroma z
diferenciala na gred, prestavni stopnji zobniških vencev pa določata
ustrezen prekrivni moment.
50 odstotkov hodne moči se
prek diferenciala enakomerno
Športni zadnji diferencial 50 odstotkov
moči enakomerno razporedi na obe zadnji
kolesi, preostalih 50 odstotkov pa prek
lamelne sklopke na zunanje kolo.
8
Mehanik in voznik • januar 2013
Vozila s prečno vgrajenimi
motorji imajo štirikolesni pogon s
sklopko Haldex, kjer se v običajnih razmerah velika večina navora
(95 odstotkov) prenaša na prednji
kolesi. To pripomore k manjšim
izgubam pri prenosu (in k malce
manjši porabi goriva), po drugi
strani pa ta sistem (za razliko od
pogonov pri vzdolžno vgrajenih
motorjih) zahteva tudi redno servisno vzdrževanje. Vsaka tri leta
po smučarski skakalnici z
80-odstotnim naklonom.
je treba zamenjati olje, kar stane
približno 50 evrov, pri prvi generaciji pa je treba zamenjati tudi oljni
filter (dodatnih 20 evrov).
Ob običajnih voznih razmerah
se pri tem pogonu večina moči
prenaša na prednji kolesi. Če
prednja kolesa izgubijo oprijem,
pa se lahko do 100 odstotkov
moči prerazporedi na zadnjo os.
Sklopka Haldex je zaradi ugodnejše razporeditve mas nameščena
Diferencial Torsen
Prekat za olje
Vstopna
gred
Odjem za
zadnjo premo
Verižni
pogon
tik pred zadnjim diferencialom; ta
diferencial je klasičen odprt diferencial in nadgrajen z elektronsko
zaporo oziroma zaviranjem tistega
kolesa, ki se vrti v prazno.
Kardanska gred je neposredno povezana z vhodno gredjo
sklopke, z vrtenjem le-te pa rotirajo tudi valjčki obročastih batov
in delovnega bata ter zunanje
lamele. Izhodna gred je povezana
z zobnikom zadnjega diferenciala,
z njo pa so prek vzdolžnega ozobja povezane tudi notranje lamele.
Prek zunanjih in notranjih lamel se
ob običajnih voznih pogojih prenaša le 5 odstotkov navora.
Odjem za sprednjo
premo
Audi Q7 uporablja štirikolesni pogon s samozapornim sredinskim diferencialom
(Torsen T3). Torsen T3 je nameščen v posebnem ohišju, gred za pogon sprednjih koles
pa poganja prek verige.
zavrti po še mirujoči odmični
plošči izhodne gredi, valjčki pa
zaradi posebne oblike plošče
gibanje prenesejo na obročasta
bata, kar na koncu poviša tlak
olja. Olje potisne delovni bat na
valjčke, pritisno ploščo in paket
lamel. Lamele se med seboj stisnejo ter s tem vzpostavijo poveV primeru zdrsa prednjih
zavo med vhodno in izhodno
koles ter s tem povezanega
gredjo ter s tem pogon na vsa
hitrejšega vrtenja vhodne gredi
se le-ta z valjčki obročastih batov štiri kolesa.
Kotno gonilo in
diferencial
Sistem je opremljen s tlačnimi ventili in akumulatorjem za
vzdrževanje enakomernega tlaka.
Sklopka se sklene in prenese moč
tudi na zadnji kolesi takrat, ko
prednja kolesa naredijo približno
osmino zavrtljaja v prazno. Pri
pogonu 4. generacije pa razlika v
hitrostih vrtenja obeh gredi ni več
pogoj za ustvarjanje potrebnega
tlaka, ker zanj skrbi oljna črpalka.
Črpalka vzdržuje tlak 30 barov,
tlačnoregulacijski ventil pa z ustreznim tlakom uravnava lamele in s
tem potreben navor, ki ga je treba
prenesti na zadnjo os. Delovanje
ventila uravnava krmilnik štirikolesnega pogona, ki potrebne podatke dobiva s tipal sistema ABS,
položaja stopalke za plin in drugih
tipal. S tem delovanje štirikolesnega pogona prilagaja trenutnim voznim razmeram in ga vklopi tudi že
pred samim speljevanjem vozila.
Desno aktivno
gonilo
Glavne komponente športnega zadnjega diferenciala
Levo aktivno
gonilo
Hidravlična
krmilna enota
Mehanik in voznik
9