Jak to działa: Układ napędowy
Niezależnie od tego, czy jeździsz sportowym samochodem o mocy 500 KM, czy ekonomicznym hatchbackiem o mocy 96 KM, cała ta moc drzemiąca pod maską Twojego samochodu lub ciężarówki jest bezużyteczna, jeśli moment obrotowy silnika nie dociera do kół napędowych poprzez skomplikowany labirynt przekładni.
W rzeczywistości, układ napędowy może być najmniej zrozumiałą częścią pojazdu. Nowe innowacje w dziedzinie napędu na cztery i wszystkie koła tylko pogorszyły to zamieszanie dla wielu kierowców. Oto przewodnik, który pomoże wyjaśnić tę tajemnicę pod płytą podłogową: co tak naprawdę dzieje się po naciśnięciu pedału gazu.
Napęd na przednie koła
Chociaż przedni napęd można znaleźć w takich klasykach jak Cord z 1929 roku, to przeważająco popularna współczesna konfiguracja bazuje na Mini z 1959 roku. Jego twórca, Sir Alec Issigonis, umieścił mały silnik poprzecznie – na boki – pod maską, zamontował skrzynię biegów i mechanizm różnicowy w jednej jednostce zwanej transaxle, i zainstalował ją pod i z tyłu silnika. Niektóre samochody przednionapędowe mają układ napędowy montowany wzdłużnie, ale wszystkie elementy są nadal z przodu. Ponieważ przednie koła muszą kierować, a także napędzać, są połączone z półosiami za pomocą złożonych przegubów uniwersalnych, zwanych przegubami o stałej prędkości, które mogą płynnie przenosić moc, gdy są mocno przegubowe.
PRO
– Więcej miejsca dla ludzi i ładunku.
– Większa oszczędność paliwa dzięki mniejszej masie.
– Lepsza trakcja na mokrej nawierzchni dzięki masie nad kołami napędowymi.
KONIECZNE
– Większe zużycie przednich opon i zawieszenia.
– Ciasna komora silnika utrudnia serwisowanie.
– Ograniczenia do ilości mocy, jaką mogą obsłużyć przednie koła bez powodowania nieprzewidywalności układu kierowniczego.
– Zmniejszona trakcja na mokrej nawierzchni na modernizacjach.
Transaxle
Działanie każdego transaxle jest dokładnie takie samo jak działanie każdej skrzyni biegów. Różnica jest następująca: Zamiast być podłączonym przez długi wał napędowy do tylnej osi, wał wyjściowy skrzyni biegów napędza duże koło zębate, które zazębia się bezpośrednio z pierścieniowym kołem zębatym mechanizmu różnicowego. A sam mechanizm różnicowy (który w samochodach z napędem rwd byłby zamontowany na tylnej osi) znajduje się w obudowie skrzyni biegów, zamontowanej równolegle do skrzyni biegów. Gdy moc jest przyłożona, mechanizm różnicowy rozdziela ją na dwa przednie koła poprzez półosie.
Ciągle zmienne przekładnie (CVT)
CVT zyskują na popularności i są stosowane w kilku nowych Fordach, Saturnach i Audi. Zamiast kół zębatych, CVT wykorzystuje pas pomiędzy dwoma kołami pasowymi. Jedno z nich jest napędzane przez wał z silnika, drugie napędza wał do mechanizmu różnicowego i osi napędowych. Oba koła pasowe są podzielone w taki sposób, że ich połówki mogą przesuwać się bliżej siebie i dalej od siebie. W miarę jak pasek przesuwa się wyżej i niżej w kołach pasowych, zmieniają się efektywne przełożenia między wałem napędowym i napędzanym.
Napęd na tylne koła
Ciągle klasyczny, tylny napęd był w zasadzie jedynym układem napędowym przez wiele lat. Silnik zamontowany wzdłużnie, ze skrzynią biegów przykręconą bezpośrednio do niego, przesyła moc za pośrednictwem wału napędowego do zespołu różnicowego przy tylnej osi. Mechanizm różnicowy obraca moc o 90° i przekazuje ją na tylne koła. (Niektóre samochody sportowe, takie jak Corvettes, Ferrari i Porsche, mają z tyłu zespoloną skrzynię biegów i mechanizm różnicowy, czyli transaxle.)
Wał napędowy łączy się za pomocą przegubów krzyżakowych i wielowypustów, co pozwala na pionowe i wzdłużne ruchy zawieszenia.
PRO
– Lepszy rozkład masy przód/tył skutkuje zwinniejszym prowadzeniem.
– Łatwość serwisowania dzięki rozłożeniu komponentów.
– Mniejsze zużycie, ponieważ przednie opony nie muszą jednocześnie kierować i ciągnąć samochodu.
KONIEC
– Słaba trakcja na mokrej nawierzchni i stabilność bez wyrafinowanej kontroli elektronicznej.
– Zmniejszona przestrzeń dla pasażerów i ładunku.
Ręczna skrzynia biegów
Skrzynia biegów jest połączona z silnikiem za pośrednictwem sprężynującej tarczy sprzęgła pokrytej z obu stron materiałem ciernym. Sprzęgło musi być rozłączone, aby zmienić biegi, a skrzynia biegów musi być w położeniu neutralnym lub sprzęgło rozłączone, aby pojazd został zatrzymany, gdy silnik pracuje. Skrzynia biegów składa się z wału wejściowego od silnika i wału wyjściowego do kół napędowych. Koła zębate na wejściu mogą przesuwać się tam i z powrotem, aby zazębić się ze swoimi kolegami na wyjściu. Stożki synchronizujące pomiędzy przesuwnymi kołami zębatymi a wałem umożliwiają płynną zmianę biegów. Bieg wsteczny znajduje się na własnym wałku.
Automatyczna skrzynia biegów
Napełniony olejem przemiennik momentu obrotowego, który zwiększa moment obrotowy silnika wewnątrz obudowy skrzyni biegów, umożliwia pewien poślizg, dzięki czemu pojazd można zatrzymać, gdy silnik pracuje. Sprzęgło cierne wbudowane w środek konwertera blokuje wał wejściowy i wyjściowy do tej samej prędkości, co umożliwia jazdę po autostradzie. Sterowane komputerowo ciśnienie hydrauliczne wybiera, która kombinacja kół zębatych w kilku zestawach planetarnych może się obracać, zmieniając przełożenie między wałem wejściowym i wyjściowym.
Otwarty mechanizm różnicowy
Podczas pokonywania zakrętów koła zewnętrzne pokonują szerszy łuk niż koła wewnętrzne. Mechanizm różnicowy musi zapewnić, aby koła zewnętrzne i wewnętrzne mogły obracać się z różnymi prędkościami – stąd nazwa – jednocześnie dostarczając moc do obu kół. Podstawowa obudowa mechanizmu różnicowego zawiera dużą przekładnię pierścieniową, która zazębia się z małą przekładnią zębatą napędzaną przez wał napędowy. Współczynnik pomiędzy przekładnią pierścieniową i zębatkową jest znany jako przełożenie napędu końcowego lub przełożenie tylnej osi. Przekładnia pierścieniowa obraca również elementem nośnym zawierającym prostopadle zazębiające się koła zębate, które umożliwiają niezależne obracanie się wałów lewej i prawej osi. Wady: Koło o najmniejszej trakcji ogranicza moc przekazywaną na drogę.
Limited-Slip Differential
Koncepcja zapewnienia trakcji nieślizgającemu się kołu napędowemu za pomocą mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu sięga co najmniej późnych lat 50-tych. Chociaż obecnie istnieje wiele zmian w tym starym temacie, zasadnicze elementy pozostają takie same. Koła zębate są połączone mechanicznie, aby niezależnie od warunków dzielić się momentem obrotowym. Można to zrobić w prosty sposób, dodając sprężynowe pakiety sprzęgła, które zapobiegają obracaniu się kół zębatych. Moc płynie wtedy do obu kół do granic możliwości pakietów sprzęgła. Koła zębate mogą być również blokowane pneumatycznie lub elektrycznie, ale to nie spełnia funkcji mechanizmu różnicowego.
FOUR- & NAPĘD NA WSZYSTKIE KOŁA
Z punktu widzenia trakcji najlepsza jest sytuacja, w której zarówno przednie, jak i tylne koła napędzają pojazd. Jednak przednia i tylna oś obracają się z różnymi prędkościami, z wyjątkiem sytuacji, gdy pojazd porusza się po linii idealnie prostej. Zatem jedynym sposobem, aby obie mogły napędzać pojazd na zakrętach na suchej nawierzchni, jest różnica między nimi. (Na śliskich nawierzchniach poślizg opon kompensuje różnice w prędkości obrotowej kół.)
Wiele pojazdów z napędem na przednią oś dzieli znaczną część swojego układu napędowego z podobnymi modelami z napędem przednim, ale dodaje kompaktowy centralny mechanizm różnicowy, wał napędowy i tylny mechanizm różnicowy. Pojazdy z napędem na cztery koła wykorzystują skrzynię biegów umieszczoną za przekładnią, która w razie potrzeby przenosi moc na przednią i tylną oś. Gdy skrzynia biegów jest włączona, napędza dwa oddzielne wały napędowe, które obsługują poszczególne mechanizmy różnicowe. W pojazdach z napędem 4wd, które poruszają się w terenie w trybie 4wd, nie używa się centralnego mechanizmu różnicowego.
PRO
– Maksymalna trakcja na różnych powierzchniach.
KONIEC
– Zwiększona waga, która zmniejsza zużycie paliwa.
– Więcej rzeczy do zepsucia.
– Wyższy koszt.
Przyszły napęd
Dwie dekady od teraz, możesz się spodziewać, że moc do poruszania się Twojego pojazdu będzie elektryczna. Prawdopodobnie każdy z kół będzie wyposażony w stosunkowo niewielki silnik elektryczny, a koncepcje napędu na przednie, tylne i wszystkie koła staną się przestarzałe. Elektronika będzie w stanie skierować moc na jedno koło, na wszystkie koła jednocześnie lub na dowolną kombinację. Energii elektrycznej dostarczać będą wodorowe ogniwa paliwowe lub silnik spalinowy zasilany wodorem, obracający generator. Ponieważ koszty rozwoju ogniw paliwowych są wciąż oszałamiające, bardziej ekonomiczną alternatywą może być zastąpienie stacji benzynowych stacjami tankowania wodoru.
Sprzęgło wiskotyczne
Jest to mechanizm różnicowy bez kół zębatych. Wał wejściowy z przekładni (przy przednich kołach) i wał wyjściowy do tylnych kół przenoszą serię płyt, które są naprzemiennie splecione i blisko siebie. wszystkie płyty pływają w specjalnym płynie, który przenosi moc z płyt wejściowych na wyjściowe, gdy jest to potrzebne. Jeśli koła przedniego napędu zaczynają się ślizgać, ich wał i talerze obracają się szybciej niż pozostałe. Ta różnica prędkości w obudowie powoduje zawirowanie i podgrzanie płynu, który zagęszcza go i mocniej wiąże naprzemienne talerze. Część momentu obrotowego jest teraz wysyłana do kół o lepszej przyczepności, dopóki te, które się obracają, nie odzyskają przyczepności.
Różnica Torsena
Torsen pochodzi z 1983 roku. Od tego czasu był używany przez różnych producentów samochodów, w tym Audi i Hummer. Torsen mnoży moment obrotowy dostępny z osi, która zaczyna się obracać lub traci przyczepność, i wysyła go do wolniej obracającej się osi o lepszej przyczepności. Przekładnie umożliwiają uzyskanie stosunku momentu obrotowego 4:1, co oznacza, że mogą dostarczyć czterokrotnie więcej mocy na oś, która się nie ślizga, niż na oś ślizgającą się. Jedną z dużych zalet układów Torsena jest to, że ponieważ są one czysto mechaniczne, bardzo szybko reagują na poślizg.
Szefowa skrzyni biegów
Jest to oddzielna skrzynia biegów zamontowana za skrzynią biegów. Moc trafia do skrzyni transferowej, aby być skierowana tylko na tylne koła lub zarówno na przednie, jak i tylne. Oddzielny wał napędowy łączy skrzynię biegów z mechanizmem różnicowym w przedniej osi. Większość skrzyń biegów oferuje dwa przełożenia, dla wysokiego i niskiego zakresu. Podczas gdy wiele pojazdów nadal posiada skrzynię biegów załączaną ręcznie, kilka z nich oferuje teraz załączanie elektryczne.