Układ czwartej generacji sprzęgła Haldex koncern Volkswagena po raz pierwszy zastosował w modelu Tiguan, pod nazwą 4Motion, na przełomie 2007/2008 roku. Dwie pierwsze generacje systemów Haldex do wytworzenia ciśnienia roboczego sprzęgła wymagały różnicy prędkości obrotowej pomiędzy osiami, natomiast czwarta generacja układu realizację tej funkcji osiąga poprzez zastosowanie elektrycznej pompy oleju. Sama idea sprzęgła Haldex pozostała wciąż niezmienna, gdyż w dalszym ciągu to ciśnienie robocze regulowane za pośrednictwem sterownika sprzęgła Haldex dociska zestaw płytek, pozwalając w ten sposób na transfer momentu napędowego na tylną oś. Zasadnicza różnica pomiędzy dwiema pierwszymi generacjami a czwartą odsłoną układu polega na procesie generowania ciśnienia roboczego. W przypadku Haldexa generacji pierwszej i drugiej faza narastania ciśnienia oleju przebiega dzięki współpracy przesuwnej tarczy, rolek i pary tłoków równoległych, których zadaniem jest wytworzenie ciśnienia pompującego wywołującego ciśnienie robocze (szczegółowy opis zawarty jest w pierwszej części cyklu, nr 11/2016, s. 32). Cały ten proces wymaga skomplikowanego obiegu oleju hydraulicznego i większej liczby podzespołów w stosunku do Haldexa czwartej generacji, w którym ciśnienie robocze wytwarzane jest za pośrednictwem pompy elektrycznej. Wymagany moment obrotowy przenoszony na tylną oś określany jest poprzez zawór regulacyjny stopnia otwarcia sprzęgła Haldex, który kontrolowany jest za pośrednictwem  sterownika sprzęgła Haldex. Czwarta generacja tego układu napędowego do aktywowania i działania nie wymaga różnicy prędkości obrotowej pomiędzy przednią a tylną osią. Zastosowane elektrohydrauliczne wielopłytkowe sprzęgło Haldex pozwala na uzależnienie jego sterowania od specyficznych sytuacji podczas jazdy. Dodatkowo zapewniona może zostać niemal stała możliwość przeniesienia napędu poprzez tylną oś oraz jego szybki wzrost bazujący na kontrolowanym wysterowaniu sprzęgła względem ustalonych charakterystyk trakcyjnych zapisanych w sterowniku sprzęgła.

Budowa układu napędowego na cztery koła ze sprzęgłem Haldex czwartej generacji

Silnik umieszczony poprzecznie przekazuje moment obrotowy do skrzyni biegów, gdzie za pośrednictwem mechanizmu różnicowego napędzane są koła przedniej osi. Jednocześnie moment obrotowy z mechanizmu różnicowego przedniej osi przenoszony jest na dzielony wał napędowy za pomocą przekładni kątowej. Zastosowanie przekładni kątowej pozwala na zredukowanie średnicy wału napędowego poprzez zwiększenie prędkości obrotowej na wyjściu z przedniego mechanizmu różnicowego. Wał napędowy jest podzespołem dzielonym z przegubem środkowym wtłaczanym na prasie (brak możliwości rozdzielenia) oraz podporą łączony za pomocą przegubów. Tylna tarcza przegubu posiada tłumik drgań skrętnych pozwalający na wyeliminowanie niekorzystnych drgań generowanych przez zespół napędowy. Wyważenie przekładni tylnej osi wraz z wałem napędowym jest realizowane fabrycznie, co pozwoliło na pominięcie wyważania w całości układu napędowego. Stopień otwarcia sprzęgła Haldex (umieszczonego pomiędzy napędami przedniej i tylnej osi) zabudowanego w obudowie napędu tylnej osi decyduje o transferze momentu napędowego na tylne koła pojazdu.

Budowa sprzęgła Haldex czwartej generacji

Komponenty sprzęgła Haldex czwartej generacji prezentują dwie podstawowe grupy: grupę podzespołów mechanicznych oraz grupę podzespołów elektrohydraulicznych układu napędowego ze sprzęgłem typu Haldex.

Grupa podzespołów mechanicznych sprzęgła Haldex

Podzespoły mechaniczne, w skład których wchodzą: sprzęgło wielopłytkowe, sprężyna talerzowa i tłok roboczy, umieszczone są wewnątrz obudowy tylnego napędu dzięki czemu konstrukcja jest bardziej zwarta i posiada znacznie mniejszą liczbę komponentów mechanicznych aniżeli układy pierwszych generacji Haldexa. Wzrósł również moment obrotowy zdolny do przeniesienia siły napędowej pomiędzy osiami, którego górny limit w przypadku czwartej generacji wynosi 2400 Nm.

Głównym podzespołem grupy mechanicznej jest sprzęgło wielopłytkowe, w skład którego wchodzi piasta napędowa, poruszana za pośrednictwem wału napędowego. Płytki cierne sprzęgła za pośrednictwem wewnętrznego uzębienia zespolone są z piastą napędową. Natomiast płytki stalowe dzięki uzębieniu zewnętrznym osadzone są na koszu sprzęgła. Kompletny zestaw płytek składa się z naprzemiennie ułożonych płytek stalowych i ciernych, dodatkowo na początku i końcu zestawu dodane są tarcze nadbiegowe.

Kosz sprzęgła Haldex osadzony jest na wielowypuście wałka atakującego tylnej osi, przenosząc moment napędowy na  tylne koła. Pierścieniowy tłok roboczy pośredniczy w przesyłaniu ciśnienia poprzez łożysko igiełkowe na zestaw płytek sprzęgła. Sam tłok nie ma możliwości obracania się, więc rolę tę wykonuje zestaw płytek,  obracając się zgodnie z kierunkiem i prędkością napędu. Zadanie sprężyny talerzowej umieszczonej po stronie ciśnieniowej tłoka roboczego polega na skasowaniu luzu zestawu płytek sprzęgła Haldex, jak i łożysk igiełkowych oraz wytworzenie wstępnego naprężenia oddziaływającego na tłok roboczy. W momencie gdy pierścieniowy tłok roboczy zostanie zasilony olejem, zestaw płytek sprzęgła zostaje ściskany i następuje przeniesienie momentu obrotowego wprost proporcjonalnego do ciśnienia docisku.

Grupa podzespołów elektrohydraulicznych sprzęgła Haldex

Elektrohydrauliczna grupa podzespołów zawiera: pompę sprzęgła Haldex V181, zawór sterujący stopniem otwarcia sprzęgła N373, zasobnik – akumulator ciśnienia oraz filtr oleju.

Pompa sprzęgła Haldex V181 o konstrukcji skokowo-tłokowej generuje ciśnienie oleju poprzez wysterowanie sterownikiem sprzęgła Haldex J492. Sposób montażu w dolnej części obudowy napędu tylnej osi pozwala na ciągłe napełnianie zasobnika olejem. Awaria pompy powoduje wyłączenie możliwości transferu momentu obrotowego pomiędzy osiami, napęd przekazywany jest w takiej sytuacji tylko na koła przednie pojazdu. Bezobsługowy filtr oleju posiada zawór zwrotny uniemożliwiający cofanie się ciśnienia do pompy, a włókna, z jakich zbudowany jest wkład filtrujący, zapewniają jego lepszą skuteczność. Zadaniem akumulatora/zasobnika ciśnienia oleju jest utrzymywanie stałego ciśnienia oleju na poziomie 30 barów.  

Konstrukcja akumulatora ciśnienia bazującego na trzech równoległych sprężynach pozwala na pełną stabilizację w komorze ciśnieniowej zasobnika.   

Sterownik sprzęgła Haldex J492 kontroluje w pełni czas włączania pompy oleju V181 oraz steruje zaworem regulacyjnym stopnia otwarcia sprzęgła Haldex N373. Ciśnienie działające na zestaw płytek sprzęgła za pomocą  pierścieniowego tłoka roboczego jest wysterowywane właśnie poprzez zawór regulacyjny N373. Wymiana danych pomiędzy sterownikiem sprzęgła Haldex J492 a sterownikiem silnika, układu ESP/ABS lub automatycznej skrzyni biegów realizowana jest za pomocą magistrali CAN. Ciśnienie i stopień otwarcia sprzęgła Haldex są ustalane na podstawie aktualnej sytuacji w czasie jazdy, jak i żądań kierowcy, co w pełni pozwala na szybką reakcję i adaptację układu napędowego mającą na celu zapewnienie bezpieczeństwa podróżujących. Ingerencja któregoś z systemów bezpieczeństwa czynnego np. układu ESP, powoduje nawiązanie komunikacji sterownika ESP ze sterownikiem sprzęgła Haldex J492 w celu przeprowadzenia korekty toru jazdy, uwzględniając regulację stopnia otwarcia sprzęgła Haldex, czyli rozkładu napędu pomiędzy osiami pojazdu.

Bezpośrednie uszkodzenie sterownika J492 lub przerwanie jego komunikacji z zaworem regulującym N373 powoduje natychmiastowe otwarcie sprzęgła Haldex, co skutkuje brakiem napędu tylnej osi.

Zawór sterujący stopniem otwarcia sprzęgła Haldex N373 kontroluje wartość ciśnienia roboczego oleju kierowanego do pierścieniowego tłoka roboczego. Proces ten jest regulowany natężeniem prądu wysyłanym do cewki elektromagnesu tłoczka sterującego przepływem oleju w kierunku tłoka pierścieniowego. Istnieje zależność pomiędzy wytworzonym ciśnieniem oleju, a natężeniem prądu cewki elektromagnesu regulatora N373. Pompa sprzęgła Haldex V181 generuje ciśnienie oleju, które utrzymywane jest na stałym pułapie ok. 30 barów w zasobniku. Ciśnienie to jest dostarczane do komory regulacyjnej zaworu N373, gdzie następuje dokładne wysterowanie cewki elektromagnetycznej i uzyskanie zadanego ciśnienia zamknięcia/otwarcia sprzęgła Haldex. Gdy kierowca rozpoczyna hamowanie, sprzęgło pozostaje otwarte, a więc cewka elektromagnetyczna nie jest zasilana prądem. W przypadku uszkodzenia zaworu sterującego stopniem otwarcia sprzęgła N373 napęd na tylną oś jest niemożliwy. By zapewnić bezawaryjną pracę układu napędowego na wszystkie koła ze sprzęgłem Haldex, należy bezwzględnie przestrzegać terminów wymiany oleju hydraulicznego oraz pamiętać o jego właściwej specyfikacji.