OFF-ROAD PL MAGAZYN 4x4 | CHALLENGE&INDEPENDENCE
Search
Logo OFF-ROAD.PL magazyn 4x4

Na bazie układu wzdłużnego. Skrzynie rozdzielcze cz. I

Potocznie nazywamy je reduktorami, co tylko w części oddaje ich funkcje. Zadaniem skrzyni rozdzielczej w samochodzie terenowym i SUVie jest bowiem przede wszystkim rozdział momentu obrotowego na mosty; realizacja więcej niż jednego przełożenia jest coraz częściej funkcją dodatkową. Co więcej, w nowoczesnych SUVach coraz trudniej wyodrębnić skrzynię rozdzielczą jako taką…

0wejscie

Przez klasyczną skrzynię rozdzielczą rozumiemy odrębny podzespół wchodzący w skład układu przeniesienia napędu. Znajduje się on pomiędzy skrzynią biegów a mostami napędowymi, z którymi łączy się poprzez wały napędowe z przegubami bądź bezpośrednio połączeniami wielowypustowymi. Takie rozwiązanie jest właściwym dla pojazdów wywodzących koncepcję układu napędowego od klasycznej wzdłużnej. O ile w samochodach tylnonapędowych napęd – poprzez wał – przekazywany był do przekładni głównej i mechanizmu różnicowego tylnego mostu, o tyle w samochodach 4WD napęd ze skrzyni biegów „wędrował” do obydwu mostów za pośrednictwem skrzyni rozdzielczej. Na tym etapie rozwoju zaczęły pokazywać się rozwiązania łączące skrzynię biegów ze skrzynią rozdzielczą (np. skrzynia LT95 Land Rovera). Dziś we wzdłużnym napędzie 4WD coraz częściej dochodzi do łączenia w jeden zespół skrzyni biegów, elementu rozdziału napędu, przekładni głównej i mechanizmu różnicowego przedniego mostu. Tego typu rozwiązania znajdziemy choćby w samochodach Subaru i Audi. W pierwszej części materiału skupimy się właśnie na rozwiązaniach wzdłużnych układów napędowych 4WD.

001-000

Wzdłużne układy napędowe 4WD wciąż są wciąż stosowane w samochodach luksusowych, klasycznych SUVach oraz konstrukcjach o aspiracjach terenowych

 

Ze względu na sposób rozdziału i przekazywania napędu reduktory dzielą się na trzy podstawowe grupy:

– stale przekazujące napęd na obie osie (bez możliwości rozłączenia),
– umożliwiające włączenie napędu na przednią oś i jazdę z napędem 4×4 w każdych warunkach,
– umożliwiające włączenie napędu na przednią oś i jazdę z napędem 4×4 tylko po nawierzchniach mało zwięzłych, śliskich lub grząskich.

001-006

Obok mechanizmów różnicowych stożkowych i walcowych stosowane są dyferencjały z zazębieniem ślimakowym. Typowym przedstawicielem jest mechanizm Torsen (kilka różnych generacji i rozwiązań) stosowany zarówno w samochodach osobowych (np. Audi), SUVach (np. Toyota Land Cruiser) jak i w pojazdach terenowych (Hummer, Bucher Duro)

Full time

Skrzynie pierwszej grupy wykorzystują zazwyczaj mechanizm różnicowy: symetryczny stożkowy – gdy chodzi o równy podział momentu obrotowego, niesymetryczny walcowy – gdy potrzebny jest nierówny podział momentu. Oprócz mechanizmów o zazębieniu walcowym i stożkowym stosowane są również mechanizmy o zazębieniu ślimakowym, bądź ślimakowym i walcowym, przy czym mogą realizować zarówno równy jak i nierówny podział momentu obrotowego. Dodatkowo, zazębienie ślimakowe wprowadza dodatkowe tarcie wewnętrzne mechanizmu, przez co swoją konstrukcją dyferencjał wprowadza pewien poziom sprzężenia typowy dla LSD. W klasycznych mechanizmach stosowane są w tym celu dodatkowe sprzęgła wiskotyczne (bądź inne wprowadzające tarcie wewnętrzne).Zwykle też taki międzyosiowy mechanizm różnicowy wyposażany jest w blokadę kłową.

Nowoczesna prostota i skuteczność: dwubiegowa skrzynia rozdzielcza systemu Rock-Trac Jeepa. Reduktorem jest przekładnia obiegowa, napęd przedni jest dołączalny i przekazywany na wałek zdawczy łańcuchem wielorzedowym

Nowoczesna prostota i skuteczność: dwubiegowa skrzynia rozdzielcza systemu Rock-Trac Jeepa. Reduktorem jest przekładnia obiegowa, napęd przedni jest dołączalny i przekazywany na wałek zdawczy łańcuchem wielorzedowym

Typowymi przedstawicielami grupy mechanizmów z zazębieniem ślimakowym są mechanizmy [su_tooltip style=”youtube” position=”north” size=”1″ content=”Oprócz Torsena można spotkać inne rozwiązania, wprowadzające moment tarcia zależny zarówno od różnicy prędkości obrotowych jak i przenoszonego momentu obrotowego, np. Detroit True-trac.” class=”dymek”]Torsen*.[/su_tooltip]

001-005

Quadra-Trac II – skrzynia zastosowana w Jeepach pod koniec lat dziewięćdziesiątych wykorzystująca sprzęgło wielotarczowe do automatycznego sprzęgania przedniego napędu. Układ sterujący oparto na hydraulice, w odróznieniu od rozwiązania Borg-Warner/ Ford ControlTrac gdzie sprzęgło obsługiwane było siłownikiem elektromagnetycznym

Skrzynie rozdzielcze realizujące stały napęd wszystkich kół wykorzystuje się powszechnie od końca lat sześćdziesiątych. W samochodach amerykańskich lat siedemdziesiątych (Ford, GM, Dodge) standardem była skrzynia NP203 z centralnym symetrycznym dryfem. W 1973 roku Jeep zastosował stały napęd w samochodach serii SJ, a trzy lata później w CJ7. System o nazwie Quadra-Trac wykorzystywał skrzynię Borg-Warner model 1339 (z LSD), a następnie New Process model 219 i 249 oraz New Venture Gear 249. Land Rover wprowadził stały napęd wszystkich kół z początkiem lat siedemdziesiątych skrzynią LT95, by w latach osiemdziesiątych przejść na model LT230 stosowany do dziś w Defenderach. W drugiej połowie lat siedemdziesiątych schemat stałego napędu z centralnym mechanizmem różnicowym wykorzystano w Ładzie Nivie oraz w HMMWV (z Torsenem). W drugiej połowie lat osiemdziesiątych do grona „międzyosiowców” dołączyli: Toyota (J8), Mercedes/Puch (G463) czy szwajcarski Bucher (Torsen). Aktualnie stały napęd z centralnym mechanizmem różnicowym stosowany jest przez: Jeepa, Land Rovera, Toyotę, Mercedesa, Volkswagena, Audi, Subaru, Suzuki. Skrzynie wykorzystują zarówno mechanizmy symetryczne stożkowe, jak i walcowe czy ślimakowe (symetryczne i niesymetryczne) otwarte, jak i blokowane (także przez LSD czy Visco). Różnice względem starszych konstrukcji dotyczą głównie sterowania.

Schemat napędu opartego na rozwiązaniu przelotowym na przykładzie systemu Selec-Trac Jeepa (skrzynia NV242) oraz widok na zespół napędowy Land Rovera Defendera (skrzynia LT230) w układzie równoległym

Schemat napędu opartego na rozwiązaniu przelotowym na przykładzie systemu Selec-Trac Jeepa (skrzynia NV242) oraz widok na zespół napędowy Land Rovera Defendera (skrzynia LT230) w układzie równoległym

002-014

Part time

Najprostszy system przekazywania napędu na koła, bazujący na układach wzdłużnych, realizuje napęd kół tylnych albo wszystkich kół bez udziału mechanizmu różnicującego. Jest tańszy i prostszy konstrukcyjnie, przez to lżejszy, potencjalnie mocniejszy i mniej awaryjny. Napęd przedni jest dołączany sztywno z wszelkimi tego konsekwencjami. Stosowany był powszechnie praktycznie we wszystkich samochodach 4WD, aktualnie dominuje w samochodach tańszych i o charakterze użytkowym. W SUVach o ambicjach terenowych oraz wyższej półki dominują układy z mechanizmami różnicowymi, w SUVach o charakterze drogowym oraz w większości kompaktowych 4WD standardem stały się układy poprzeczne zblokowane wykorzystujące jako układy sprzęgające i różnicujące sterowane sprzęgła wielopłytkowe.

Nawet najbardziej tradycyjni producenci samochodów 4WD odchodzą od dwubiegowych skrzyń rozdzielczych. W nowym Range Roverze Sporcie znalazła się opcja jednobiegowa (na zdjęciach); inni producenci (np. Volkswagen czy Mercedes) proponują skrzynie dwubiegowe w ramach pakietów terenowych

Nawet najbardziej tradycyjni producenci samochodów 4WD odchodzą od dwubiegowych skrzyń rozdzielczych. W nowym Range Roverze Sporcie znalazła się opcja jednobiegowa (na zdjęciach); inni producenci (np. Volkswagen czy Mercedes) proponują skrzynie dwubiegowe w ramach pakietów terenowych

002-009

Full time/part time

W przyrodzie znajdziemy też rozwiązania systemów rozdziału napędu łączące stały i dołączalny napęd. W zasadzie mamy do czynienia z dwoma znanymi szerzej konstrukcjami. Pierwsza – znana handlowo pod nazwą Selec-Trac – to skrzynia New Process model 242 stosowana od początku lat 80 w Jeepie Cherokee. Wykorzystywała ona walcowy mechanizm różnicowy (z możliwością blokowania) do napędu wszystkich czterech kół, który jednak mógł być „pominięty” przy wykorzystaniu wyłącznie napędu kół tylnych. Podobne rozwiązanie, tyle że wykorzystujące stożkowy dyfer z wiskotycznym LSD i pełną blokadą, zastosowała Mitsubishi w opcji napędu Pajero o nazwie Super Select.

Torque-on-demand

Podsumowując klasyczne układy napędowe rozbudowane o napęd przedni, trzeba wspomnieć skrzynie, w których konstrukcyjnie tylny most sprzęgnięty był sztywno z napędem, przedni dopędzany poprzez sprzęgło wielopłytkowe. Klasycznym i jednym z pierwszych przykładów tego typu rozwiązania był układ [su_tooltip style=”youtube” position=”north” size=”1″ content=”Ten automatyczny system trafił najpierw do Explorera w 1995 roku, a następnie do większego Expedition i Lincolna Navigatora. Rozwiązanie Borg Warnera – Torque on demand – zostało również wykorzystane w innych samochodach, jak choćby Isuzu Vehicross.” class=”dymek”]ControlTrac*[/su_tooltip] opracowany dla Forda przez firmę Borg Warner. Wielopłytkowe sprzęgło dopędzało koła przednie wg algorytmu wpisanego w komputer sterujący siłownikiem elektromagnetycznym.

W klasycznym układzie wzdłużnym skrzynia rozdzielcza jest niezależnym elementem (GMC). W nowoczesnych rozwiązaniach samochodów osobowych bywa zintegrowana ze skrzynią biegów (Subaru Impreza)

W klasycznym układzie wzdłużnym skrzynia rozdzielcza jest niezależnym elementem (GMC). W nowoczesnych rozwiązaniach samochodów osobowych bywa zintegrowana ze skrzynią biegów (Subaru Impreza)

W 1999 roku analogiczny system wykorzystał Jeep w modelu Grand Cherokee stosując skrzynię systemu Quadra Trac II – New Venture Gear model 247. Sprzęgło blokujące regulowane było siłownikiem hydraulicznym, sterowanym układem różnicowym ciśnień, odpowiadającym różnicy prędkości obrotowych przedniego i tylnego wału. Kolejna wersja rozwojowa tej skrzyni to NV245 oraz jednobiegowe NV147 i NV140.

002-018

Skrzynie tego typu funkcjonują analogicznie do układów zblokowanych poprzecznych dopędzających koła tylne. Wyposażane w przekładnie redukcyjne dawały więcej trybów pracy, w tym także możliwość zablokowania sprzęgła (zawsze na przełożeniu zredukowanym).

Przelotowo i równolegle

Układy rozdziału napędu będące rozwinięciem układu tylkonapędowego, wykorzystywały tzw. układ przelotowy. Oznaczało to, że wałek wejściowy i zdawczy tylnego napędu znajdowały się w jednej osi. Taka konfiguracja zwykle wymuszała bezpośrednie przełożenie drogowe. Rozwiązanie to dotyczyło zarówno konstrukcji stałego napędu, dołączalnego napędu, jak i systemu Torque-on-demand. Inna koncepcja architektury skrzyni – równoległa – dotyczyła zwykle konstrukcji powstających specjalnie dla potrzeb samochodów 4WD. W nich obydwa wałki wyjściowe (przedni i tylny) znajdowały się w jednej linii (Land Rover, Suzuki SJ/Samurai, Łada Niva, Tarpan Honker, Mercedes G, GAZ 69). W tym przypadku przełożenie drogowe zwykle nie było już przełożeniem bezpośrednim.

Koła i łańcuchy

Zarówno układy redukcyjne, jak i rozdziału napędu mogły być oparte za zespołach wałków (także rurowych) oraz kół zębatych lub łańcuchów zębatych. Historyczne pierwszeństwo mają koła zębate. W latach sześćdziesiątych do użycia weszły wielorzędowe łańcuchy zębate. W skrzyniach przelotowych wykorzystywano je do napędu wałków zdawczych przedniego napędu, w równoległych – rzadziej – najczęściej do napędu centralnych mechanizmów różnicowych. Łańcuchy upraszczały konstrukcję i masę skrzyń eliminując wałki pośrednie.

002-008

Reduktory

Skrzynie rozdzielcze samochodów terenowych zwykle wyposażano w przełożenie zredukowane, w wyniku czego otrzymywano skrzynie dwubiegowe. Wykorzystywano do tego celu przekładnie o osiach stałych – co powodowało konieczność wprowadzenia wałka pośredniego) bądź przekładni obiegowych (przelotowych). W przekładniach obiegowych koło koronowe było nieruchome względem korpusu, moment wejściowy podawany był na koło słoneczne, wyjściowy odbierany z jarzma satelitów.

Wybór przełożenia zwykle następował przez zazębienie sprzęgłem kłowym wałka z odpowiednią parą kół; w starszych konstrukcjach zamiast sprzęgieł wykorzystywano przesuwne koła zębate o zębach prostych (zwykle w konstrukcjach przelotowych do realizacji przełożenia zredukowanego). Bardzo rzadko sprzęgła posiadały synchronizację umożliwiającą przełączanie reduktora podczas jazdy (Mercedes G, Tarpan Honker ze stałym napędem, Subaru).

Bardzo rzadko decydowano się też na jednobiegowe rozwiązanie skrzyni rozdzielczej. W takim przypadku wymagany był bardzo elastyczny silnik i skrzynia biegów o dużej rozpiętości. Zwykle bieg pierwszy był biegiem terenowym nie wykorzystywanym podczas jazdy drogowej (np. Muscel). Jednobiegowe rozwiązania zaczęto upowszechniać w kompaktowych samochodach 4WD od końca lat osiemdziesiątych (np. Daihatsu Feroza ze stałym napędem); następnie trafiły do SUVów bez aspiracji terenowych. Aktualnie, ze względu na wysokie możliwości silników i automatycznych skrzyń biegów coraz częstszą praktyką jest wyposażanie podstawowych wersji w skrzynie rozdzielcze jednobiegowe i pozostawianie opcji dwubiegowych np. w pakietach terenowych (np. Volkswagen, Mercedes).

Najczęściej spotykane oznaczenia sterowania pracą skrzyni rozdzielczej

  • 2H – napęd przekazywany tylko na tylne koła
  • 4H – przełożenie drogowe, napęd przekazywany na cztery koła
  • 4L – przełożenie terenowe (L – „low”)
  • N – napęd rozłączony, skrzynia rozdzielcza w pozycji tzw. „luz”
  • LOCK – zblokowany centralny mechanizm różnicowy
Zdjęcia: Daimler, Land Rover, Jeep, GM

...a może to też Cię zainteresuje: