Układy napędowe samochodów

1. Określenie układu napędowego i typy układów napędowych.

Spróbujmy sobie na początek w jakiś sposób określić co właściwie nazywamy układem napędowym. Można stwierdzić, że są to wszystkie mechanizmy i elementy przenoszące moc z silnika na koła pojazdu i umożliwiające uzyskanie dla tego pojazdu różnych prędkości jazdy i różnych momenty obrotowe.
Możemy zatem powiedzieć, że w skład typowego układu napędowego wchodzą:

• sprzęgło główne

• skrzynia biegów

• przekładnia główna z mechanizmem różnicowym

• półosie napędowe

• koła jezdne napędowe

Elementy wymienione powyżej mogą być w samochodzie umieszczone razem tworząc tzw. zespolone układy napędowe. Mogą też być umieszczane oddzielnie. Wtedy do połączenia poszczególnych elementów stosujemy dodatkowo wały napędowe z przegubami.
W poniższych rozważaniach zajmę się jedynie układami napędowymi samochodów osobowych bez autobusów i ciężarówek.
Dla samochodów osobowych możemy wyróżnić 4 rodzaje układu napędowego. Klasyfikacja zależy od miejsca usytuowania silnika i pozostałych elementów układu napędowego. Przyjrzymy się od razu wadom i zaletom poszczególnych rozwiązań. Mamy więc:

2. Klasyczny układ napędowy.

Jest to układ napędowy z silnikiem, sprzęgłem i skrzynią biegów umieszczonymi z przodu samochodu i napędzaną osią tylnią. Przykładem może tu być stary poczciwy Polonez, Opel Omega czy przeważająca większość modeli BMW

ZALETY:

• nieograniczona długość silnika (można budować układy 6, 8, 12 cylindrów)

• małe obciążenie elementów zawieszenia i prostsza konstrukcja zawieszenia kół

• dobre dociążenie kół tylnych przy ruszaniu pod górę (tę cechę wyraźnie widać przy śliskich podjazdach w zimie)

• długi układ wydechowy (lepsze tłumienie, miejsce na swobodne umieszczenia katalizatora)

• korzystna strefa zgniotu

WADY:

• niestateczność ruchu przy jeździe na wprost

• słabe dociążenie kół jezdnych przy niepełnej ładowności (przez niektórych humorystycznie nazywane tzw. zjawisko worka ziemniaków w bagażniku, gdyż często w zimie właściciele Polonezów wozili w bagażniku właśnie worek ziemniaków, tak aby zwiększyć dociążenie tylnej, napędzanej osi i umożliwić ruszanie na płaskiej, śliskiej nawierzchni)

• usytuowanie wału napędowego wzdłuż całego auta (wał powoduje zmniejszenie miejsca na nogi zwłaszcza dla środkowego pasażera tylnej kanapy)

3. Przedni układ zespolony.

Jest to układ napędowy z silnikiem, sprzęgłem i skrzynią biegów umieszczonymi z przodu samochodu i napędzaną osią przednią. Przykładem może tu być np. Seicento, Fiat Panda, Fiat Doblo, Skoda Felicia, Fiat Punto itd. Jest to aktualnie chyba najbardziej rozpowszechniony typ układu napędowego.

ZALETY:

• dobre dociążenie kół kierowanych i napędowych

• większa stateczność ruchu (z reguły podsterowność)

• prosta konstrukcja tylnego zawieszenia

• krótka droga przenoszonego momentu czyli mniejsze starty momentu

• płaska podłoga nadwozia czyli więcej miejsca w kabinie pasażerskiej oraz duży bagażnik

• długi a więc bardziej korzystny układ wydechowy

• niższy koszt całkowity układu napędowego

WADY:

• gorsza zdolność rozpędzania i pokonywania wzniesień (Sam pamiętaj, jak próbowałem podjechać pod spore wzniesienie Cinquecento. Jadąc pod górę przednia oś napędowa zostaje odciążona i zmniejsza się styk opony z jezdnią. Wystarczy niewiele śniegu i bez łańcuchów nie ma szans.)

• większe obciążenie elementów przedniego zawieszenia

• ograniczona długość silnika

• duża masa i przez to zwiększone zużycie przednich opon

4. Tylny układ zespolony.

Jest to układ napędowy z silnikiem, sprzęgłem i skrzynią biegów umieszczonymi z tyłu samochodu i napędzaną osią tylnią. Przykładem może tu być np. Porsche 911. Aktualnie układ napędowy tego typu stosowany jest rzadko przede wszystkim w samochodach z najwyższej półki cenowej.
Wady i zalety są w tym przypadku niejako odwrotne w stosunku do przedniego układu zespolonego. Wymienię zatem jedynie te najważniejsze.

ZALETY:

• dobre dociążenie kół napędowych zwłaszcza przy jeździe na wzniesieniu

• więcej miejsca na konstrukcję przedniego zawieszenia

• krótka droga przenoszonego momentu czyli mniejsze starty momentu

WADY:

• większe obciążenie elementów tylnego zawieszenia

• duża masa i przez to zwiększone zużycie tylnych opon

• brak miejsca na duży bagażnik z tyłu pojazdu

4. Układ 4 x 4.

Na wstępie należy wspomnieć o tym, że stały napęd 4 x 4 musi spełniać warunek bezpiecznego toczenia się auta na zakręcie, tzn. koła osi przedniej i tylnej muszą obracać się z różnymi prędkościami. Układ napędowy 4 x 4 buduje się w oparciu o podstawowy układ napędowy w danym samochodzie przy pomocy jednego z następujących mechanizmów:

1. mechanizmu różnicowego o stałym rozdziale momentu 50:50 (mechanizm stożkowy symetryczny z dodatkową blokadą mechaniczną, sprzęgłem lepkościowym lub elektromagnetycznym)

2. mechanizmu różnicowego o stałym nierównym rozdziale momentu 30:70 (przekładnia obiegowa z dodatkowym sprzęgłem blokującym przy poślizgu)

3. mechanizmu różnicowego o zmiennym rozdziale momentu, który rozdziela moc w stosunku 50:50 przy braku poślizgu, natomiast w momencie wystąpienia poślizgu jednej osi rozdziela moc nierównomiernie w stosunku 25:75 (mechanizm różnicowy ślimakowy Thorsena)

4. w oparciu o stały napęd 4 x 4 tylko stosując sprzęgło wiskotyczne Fergussona. W tym przypadku napędzana jest stale jedna oś, a w momencie wystąpienia poślizgu włącza się sprzęgło a tym samym napęd drugie osi.

ZALETY:

• lepsze własności trakcyjne w każdych warunkach

• większa zdolność pokonywania wzniesień

• mniejsza wrażliwość na boczny wiatr

• równomierne zużycie opon

WADY:

• większy koszt układy napędowego

• mniejsza prędkość maksymalna

• większa masa

• większe zużycie paliwa