Układy przeniesienia napędu (cz.I)

Fot. DaimlerChrysler, archiwum

Układy przeniesienia napędu

W pojazdach samochodowych mechanizmy te służą do przekazywania ruchu i momentu obrotowego z silnika na koła napędzane. Ich zadaniem jest optymalne wykorzystywanie mocy silnika do pokonywania zmiennych oporów ruchu.

W eksploatowanych obecnie samochodach osobowych stosowane są układy przekazujące napęd na koła: przednie, tylne lub przednie i tylne równocześnie. Najbardziej rozpowszechniona jest teraz konstrukcja z silnikiem umieszczonym z przodu pojazdu i napędem przekazywanym na przednią oś. Rozwiązanie to dzięki bardzo zwartej budowie umożliwia skrócenie samochodu od 10 do nawet 35 cm w stosunku do analogicznych pojazdów z tzw. klasycznym układem napędowym, czyli z silnikiem z przodu i napędem na tylne koła, a także uzyskanie większej przestrzeni pasażerskiej i bagażowej.


^{Silnik umieszczony w bezpośrednim sąsiedztwie tylnej napędzanej osi to rozwiązanie najprostsze – powszechne w konstrukcjach pionierskich i niekiedy też optymalne współcześnie (na zdjęciach: Daimler z roku 1886 i Smart)}

Przy napędzie przednich kół silnik jest zblokowany ze skrzynią biegów i przekładnią główną w jeden zespół. Ze względu na zbyt małe obciążenie przednich kół ten rodzaj przeniesienia napędu nie znalazł zastosowania w samochodach ciężarowych o dużej ładowności. Ten sam argument przemawia przeciw wykorzystywaniu przedniego napędu w samochodach dostawczych, jednak producenci tych pojazdów kierują się bardziej związaną z nim możliwością obniżenia podłogi i zwiększenia objętości przestrzeni ładunkowej.

Warianty przedniego napędu

Dawniej rozmaitość tych konstrukcji była znacznie większa, teraz stosuje się wyłącznie dwa alternatywne rozwiązania. W pierwszym (rzadziej już spotykanym) silnik umieszczony jest wzdłużnie przed przednią osią, a w drugim – poprzecznie przed przednią osią. Wzdłużne ustawienie silnika umożliwia lepsze dociążenie przedniej napędzanej osi pojazdu, co zapewnia większą stateczność ruchu przy bocznych podmuchach wiatru oraz poprawę przyczepności kół do nawierzchni, zwłaszcza w warunkach zimowych. Podłużne usytuowanie silnika sprzyja jego współpracy z automatyczną skrzynią biegów, która w porównaniu z manualną zajmuje więcej miejsca w strukturze pojazdu. Do wad tego rozwiązania trzeba zaliczyć konieczność stosowania mniej korzystnej konstrukcji układu kierowniczego, w którym przekładnia zębatkowa musi być umieszczana ponad skrzynią biegów.

Napęd tylnych kół przez silnik umieszczony z przodu uznany został za klasyczny po zastosowaniu go w 15 milionach samochodów Ford T (na zdjęciu fragment polskiej instrukcji obsługi tego modelu)

Przy poprzecznym umieszczeniu silnika uzyskuje się stosunkowo niewielki przedni zwis pojazdu. Wiąże się to jednak z dosyć ciasną przestrzenią na zabudowę silnika. Dlatego w tym układzie montowane są przeważnie silniki rzędowe o czterech najwyżej cylindrach, a rzadziej – sześciocylindrowe w układzie widlastym. Charakterystyczne dla tej konstrukcji niesymetryczne ustawienie silnika i skrzyni biegów powoduje konieczność stosowania półosi napędowych o różnych długościach, co wpływa niekorzystnie na kierowanie pojazdem.

Bez względu na usytuowanie silnika rozwiązanie z napędem na przednią oś ma wiele zalet, do których trzeba zaliczyć:

korzystne właściwości trakcyjne, zwłaszcza przy mokrej nawierzchni i w warunkach zimowych;
optymalne i w miarę stałe obciążenie kół kierowanych i napędzanych;
podsterowną charakterystykę pojazdu podczas pokonywania zakrętów;
uproszczoną konstrukcję tylnego zawieszenia;
skróconą drogę przekazywania momentu napędowego;
możliwość łatwego różnicowania rozstawu osi w poszczególnych wersjach tego samego modelu samochodu.

^{Napęd tylnych kół przez silnik umieszczony z przodu uznany został za klasyczny po zastosowaniu go w 15 milionach samochodów Ford T
(na zdjęciu fragment polskiej instrukcji obsługi tego modelu)}

Z kolei do wad tej konstrukcji należą:

konieczność stosowania większych przełożeń przekładni kierowniczej lub jej wspomagania;
gorsza zdolność ruszania, przyspieszania i pokonywania wzniesień na mokrej i śliskiej nawierzchni przy większych obciążeniach pojazdu;
skomplikowana budowa przedniego zawieszenia;
niekorzystny rozkład sił hamowania przednich i tylnych kół;
utrudnione zazwyczaj sterowanie skrzynią biegów;
ograniczony minimalny promień skrętu.

Napędy tylne

Silnik w tym rozwiązaniu konstrukcyjnym może być usytuowany pomiędzy kołami przednimi i napędzać oś tylną za pomocą wzdłużnego wału napędowego (tzw. układ klasyczny) albo za lub przed tylną osią.

Układ klasyczny, kiedyś dominujący we wszystkich rodzajach pojazdów drogowych, do dziś stosowany jest we wszystkich samochodach ciężarowych i ciągnikach siodłowych, w których tył jest dociążony przewożonym ładunkiem. W samochodach osobowych z tylnym napędem w celu większego obciążenia napędzanej osi stosuje się niekiedy, choć już coraz rzadziej, zblokowanie przekładni głównej ze skrzynią biegów.

Klasyczny wariant układu napędowego ma wiele zalet, a więc:

możliwość stosowania dłuższych silników (wielocylindrowych);
równomierne zużycie opon;
prostszą konstrukcję sterowania skrzynią biegów;
większą przestrzeń dla zabudowy układu kierowniczego;
mniej skomplikowane przednie zawieszenie.

Jego wadami są z kolei:

zwiększone ryzyko poślizgu tylnych kół na mokrej nawierzchni i w warunkach zimowych przy niepełnym obciążeniu tylnej osi;
skłonność do zmian toru jazdy podczas intensywnego zwiększania lub zmniejszania siły napędowej.

Silnik umieszczony za lub przed tylną osią napędzaną jest zwykle zblokowany ze skrzynią biegów i przekładnią główną z mechanizmem różnicowym. Tę konstrukcję spotyka się obecnie w ogromnej większości autobusów, sporadycznie w samochodach osobowych, a wręcz nigdy w dostawczych i ciężarowych. Korzyści wynikające z takiego rozwiązania są następujące:

krótka droga przekazywania momentu napędowego;
małe momenty bezwładności układu;
korzystny rozkład sił hamowania;
małe obciążenie układu kierowniczego.

Tylnemu usytuowaniu silnika towarzyszą wady, takie jak:

mała stabilność ruchu po torze prostoliniowym;
utrudnione sterowanie skrzynią biegów;
tendencje do nadsterowności;
znaczna wrażliwość na boczne podmuchy wiatru;
słabsza kierowalność na śliskiej nawierzchni;
nierównomierny rozkład obciążenia kół.

Systemy 4x4

Przenoszenie napędu na wszystkie koła może być funkcją stałą lub wykorzystywaną tylko okresowo. Przy ostatniej z tych ewentualności jedna z osi jest napędzana przez silnik stale, a napęd drugiej osi uruchamiany jest w potrzebie przez kierowcę lub automatycznie, dzięki zastosowaniu sprzęgła międzyosiowego.

Tego rodzaju układy napędowe zapewniają:

zdecydowanie lepsze własności trakcyjne, zwłaszcza w trudnych warunkach drogowych;
odporność na boczne podmuchy wiatru;
korzystny rozkład obciążenia osi;
równomierne zużycie opon;
możliwość uzyskiwania większych przyspieszeń.

Cechy niekorzystne to: