Technika motoryzacyjna / Technika motoryzacyjna

Sprzęgło Haldex cz. 5.

29.5.2017

Piąta generacja napędu na wszystkie koła ze sprzęgłem Haldex miała premierę w 2013 roku w Volkswagenie Golfie siódmej generacji 1.6 TDI oraz 2.0 TDI. W odniesieniu do wcześniejszej, czwartej generacji – zakres kontroli nad trakcją pojazdu uległ znacznej poprawie. W nowej wersji układ napędowy pozwala na łatwą zabudowę w tylnej osi, charakteryzuje się również lżejszą kompaktową konstrukcją i szybszym czasem transferu momentu napędowego między osiami pojazdu.

Układ napędu na wszystkie koła ze sprzęgłem Haldex piątej generacji (ilustracja 1) umożliwia przeniesienie maksymalnie do 3600 Nm momentu obrotowego, czyli ponad 1200 Nm więcej niż napęd poprzedniej generacji. Wartość przenoszonego momentu uzależniona jest od siły docisku zestawu płytek sprzęgła i może być regulowana praktycznie w zakresie od 0% do 100% między osiami pojazdu.

Maksymalne ciśnienie jakie jest w stanie wygenerować pompa sprzęgła V181 wynosi ok. 50 barów. Sama pompa to nowa konstrukcja, a z układu hydraulicznego sprzęgła Haldex usunięto zawór sterujący N373, zasobnik ciśnieniowy oraz filtr oleju. Dzięki tym zmianom uproszczeniu uległ obieg hydrauliczny, co bezpośrednio przyczyniło się do redukcji masy zespołu napędu na cztery koła. W grupie mechanicznej (ilustracja 2) zakres przeprowadzonych modyfikacji okazał się najmniejszy, dzięki czemu zespół ten wygląda podobnie, jak w układzie poprzedniej generacji.

Współpraca Haldexa piątej generacji z układami bezpieczeństwa czynnego stała się jeszcze bardziej efektywna dzięki zastosowaniu nowego sterownika napędu J492 oraz wyeliminowaniu zaworu sterującego stopniem otwarcia sprzęgła N373 i zastąpieniu go specjalnym hydrauliczno-elektronicznym regulatorem odśrodkowym napędzanym przez skokowo-tłokową pompę sprzęgła Haldex V181. Do układu dodano ciśnieniowy zawór upustowy zabezpieczający poszczególne komponenty na wypadek przekroczenia ciśnienia roboczego powyżej 44 barów. Dzięki tym wszystkim modyfikacjom elektroniczna regulacja sprzęgła Haldex jest niemal natychmiastowa, co pozwoliło na sterowanie sprzęgłem zależnie od sytuacji podczas jazdy.

Grupa podzespołów mechanicznych sprzęgła Haldex piątej generacji

Podzespoły mechaniczne (ilustracja 2), w skład których wchodzą sprzęgło wielopłytkowe, sprężyna talerzowa i talerzowy tłok roboczy, umieszczone są w obudowie tylnego napędu, dzięki czemu konstrukcja jest kompaktowa i ma znacznie mniejszą liczbę podzespołów mechanicznych niż poprzednie generacje Haldexa.

Kluczowym podzespołem grupy mechanicznej jest sprzęgło wielopłytkowe obejmujące piastę napędową, napędzaną za pośrednictwem wału napędowego. Płytki cierne sprzęgła zespolone są z piastą napędową za pośrednictwem wewnętrznego uzębienia. Z kolei płytki stalowe dzięki uzębieniu zewnętrznemu osadzone są na koszu sprzęgła. Na wielowypuście wałka atakującego tylnej osi osadzony jest kosz sprzęgła Haldex przenoszący moment napędowy na tylne koła. W przesyłaniu ciśnienia na zestaw płytek sprzęgła poprzez łożysko igiełkowe pośredniczy pierścieniowy tłok roboczy. Tłok nie ma możliwości obracania się, więc rolę tę wykonuje zestaw płytek, obracając się zgodnie z kierunkiem i prędkością napędu. W fazie gdy pierścieniowy tłok roboczy zostaje zasilany olejem, zestaw płytek sprzęgła jest ściskany i następuje przeniesienie momentu obrotowego wprost proporcjonalnego do ciśnienia docisku zawierającego się w zakresie od 0 do 44 barów.

Grupa podzespołów elektrohydraulicznych sprzęgła Haldex piątej generacji

Elektrohydrauliczna grupa podzespołów (ilustracja 2 i 3) zawiera: pompę sprzęgła Haldex V181, sterownik sprzęgła J492, hydrauliczno-elektroniczny regulator odśrodkowy, ciśnieniowy zawór upustowy.

Pompa sprzęgła Haldex V181 o konstrukcji skokowo-tłokowej posiada sześć tłoczków, napędzana jest za pośrednictwem wałka przez silnik elektryczny. Wysterowanie silnika elektrycznego następuje za pośrednictwem sterownika Haldex J492. Przy natężeniu prądu równym 3500 mA pompa wytwarza ciśnienie robocze 10 barów, gdy prąd sterujący osiągnie wartość 5500 mA ciśnienie wyniesie 20 barów. Maksymalne ciśnienie robocze pompy V181 wynosi około 50 barów. Uszkodzenie pompy spowoduje wyłączenie możliwości transferu momentu obrotowego między osiami, napęd przekazywany jest w takiej sytuacji tylko na przednie koła pojazdu. Sterownik sprzęgła Haldex J492 reguluje prace pompy V181 za pomocą charakterystyki zapisanej w swojej pamięci. Dane o trakcji pojazdu (sygnały z czujników prędkości kół i kąta obrotu koła kierownicy oraz sensorów przyśpieszeń wzdłużnych i poprzecznych) są na bieżąco analizowane i wymieniane ze sterownikiem układu ABS J104 za pośrednictwem magistrali CAN. Sterownik silnika J623 przesyła informacje o momencie obrotowym jednostki, opcjonalnie sterownik automatycznej skrzyni biegów J743 dostarcza dane o aktualnym przełożeniu i statusie przekładni.

Hydrauliczno-elektroniczny regulator odśrodkowy to opatentowany przez firmę BorgWarner zespół, którego zadaniem jest regulacja ciśnienia oleju dostarczanego przez skokowo-tłokową pompę sprzęgła Haldex. Siła odśrodkowa działająca na trzy ramiona regulatora steruje otwarciem kanałów olejowych i zaworami kulowymi w korpusie regulatora odśrodkowego.

Proces wytworzenia i regulacji ciśnienia roboczego sprzęgła Haldex piątej generacji

Fazę wytworzenia i regulacji ciśnienia oleju przedstawiono na ilustracji 4. Olej hydrauliczny pod ciśnieniem wygenerowanym przez pompę Haldex V181 dostarczany jest do komory zespołu regulatora odśrodkowego.
Następnie strumień wyregulowanego ciśnienia oleju przesyłany jest do pierścieniowego tłoka roboczego, powodując jego przesunięcie i ściśnięcie zespołu tarcz sprzęgła Haldex. Wartość ciśnienia docisku jest wprost proporcjonalna do momentu obrotowego jaki zostanie przeniesiony na tylną oś pojazdu. Proces regulacji hydrauliczno-elektrycznego regulatora odśrodkowego jest zależny od prędkości obrotowej silnika pompy V181, a co za tym idzie od siły odśrodkowej działającej na zestaw trzech dźwigni regulatora sterującej otwarciem kanałów przepływowych oleju. Kanały te mogą przesłać strumień oleju hydraulicznego do przestrzeni tłoka roboczego lub w kierunku miski olejowej. Ciśnieniowy zawór upustowy zabezpiecza obieg przed wzrostem ciśnienia powyżej wartości 44 barów, otwierając bypass łączący przestrzeń pierścieniowego tłoka roboczego z miską olejową.

Interwał wymiany oleju hydraulicznego w zespole napędowym wynosi 3 lata bez względu na liczbę przejechanych kilometrów. Podczas prac serwisowych prowadzących do wymiany pompy sprzęgła Haldex V181 lub sterownika sprzęgła J492 wymagane jest przeprowadzenie procedury kalibracji sprzęgła Haldex przy ciśnieniu roboczym w zakresie od 0 do 44 barów. Kalibracja ta określa wartość prądu sterującego pompą V181 niezbędną do wytworzenia zadanego ciśnienia roboczego.

Układ napędu na cztery koła ze sprzęgłem Haldex piątej generacji pozwala na szybki wzrost momentu obrotowego dzięki elektronicznej regulacji według zadanych parametrów. Zmiany konstrukcyjne obejmujące pompę sprzęgła i zastosowanie specjalnego regulatora odśrodkowego w miejsce zaworu sterującego stopniem otwarcia sprzęgła znacząco uprościły obieg hydrauliczny oraz umożliwiły bardziej płynne przekazanie napędu pomiędzy osiami. Możliwości konfiguracji nowego napędu są ogromne i jego współpraca z systemami ESP, ABS i pochodnymi oraz programowymi trybami jazdy typu Normal, Sport, Snow nie stanowi dla inżynierów żadnego problemu. Warto na koniec dodać, że Audi TT trzeciej generacji (produkowane od 2014 roku) posiada układ napędu na cztery koła ze sprzęgłem Haldex piątej generacji sygnowany logiem Quattro.