Warto wiedzieć!
Silnik pojazdu wraz z mechanizmami przenoszącymi moment obrotowy, przetwarzającymi go oraz załamującymi jego przebieg tak, aby dotarł on do napędzanych kół jezdnych, tworzy układ napędowy pojazdu.
Każdy pojazd jest maszyną składającą się z wielu układów i mechanizmów. Są one zgrupowane w trzy podstawowe moduły, z których każdy pełni określone funkcje. Te moduły to:
1. Podwozie, które pełni funkcję trakcyjną, co oznacza, że jego zadaniem jest zapewnienie pojazdowi warunków właściwego toczenia się po drodze.
2. Silnik, który pełni funkcję zamiany energii zgromadzonej w paliwie na pracę mechaniczną. Wraz z innymi podzespołami pojazdu można przekształcić tę pracę w siłę napędową.
3. Nadwozie, które pełni funkcję użytkową. Pozwala przewozić ludzi i towary oraz świadczyć szereg usług.
Przeniesienie momentu obrotowego wytworzonego w silniku do napędzanych kół jezdnych jest możliwe dzięki szeregowi mechanizmów umiejscowionych w podwoziu pojazdu. Można zatem śmiało powiedzieć, że pojazd samochodowy porusza się dzięki podzespołom podwozia, a źródłem jego napędu jest silnik spalinowy lub elektryczny.
Silnik pojazdu wraz z mechanizmami przenoszącymi moment obrotowy, przetwarzającymi go oraz załamującymi jego przebieg tak, aby dotarł on do napędzanych kół jezdnych, tworzy układ napędowy pojazdu. Ponieważ sam silnik ten napęd wytwarza, można powiedzieć, że wszystkie pozostałe mechanizmy tworzą układ przeniesienia napędu. Tak więc wyraźnie możemy stwierdzić, że zachodzi zdecydowana i istotna różnica między układem napędowym a układem przeniesienia napędu. Powinni o tym pamiętać wszyscy adepci zawodów związanych z motoryzacją.
Przy okazji warto zwrócić uwagę, że taki podział mechanizmów występuje również w konstrukcjach zbliżonych do samochodowych, a mianowicie w lokomotywach i pojazdach trakcyjnych transportu kolejowego.
W skład układu przeniesienia napędu pojazdu samochodowego w zależności od jego rodzaju, wielkości i przeznaczenia mogą wchodzić następujące podzespoły:
1. Sprzęgło, które umożliwia łączenie i rozłączanie układu napędowego oraz jego zabezpieczenie przed przeciążeniami.
2. Skrzynia przekładniowa, która umożliwia zamianę wartości prędkości obrotowej wału korbowego silnika i wartości momentu obrotowego oraz dostosowanie tych parametrów do istniejących warunków trakcyjnych ruchu pojazdu.
3. Skrzynia rozdzielcza, której zadaniem jest rozdzielanie momentu obrotowego na most napędowy jednej lub dwóch osi napędzanych pojazdu, najczęściej z możliwością włączania lub wyłączania dodatkowych napędów.
4. Multiplikator lub wzmacniacz momentu, których zadaniem jest zwiększanie, najczęściej podwajanie liczby biegów dostępnych dla kierującego pojazdem.
5. Wał napędowy, którego zadaniem jest przenieść moment obrotowy na pewną odległość do mostów napędowych, z uwzględnieniem ruchów pionowych zawieszenia.
6. Retarder, czyli hamulec długotrwałego działania, którego zadaniem jest hamowanie pojazdem poprzez oddziaływanie na wirujące elementy układu przeniesienia napędu.
7. Most napędowy, którego zadaniem jest załamanie przebiegu momentu obrotowego i doprowadzenie do napędzanych kół jezdnych oraz powiązanie kół jezdnych poprzez elementy zawieszenia z nadwoziem pojazdu.
8. Przegubowe półosie napędowe doprowadzające moment obrotowy do napędzanych kół jezdnych w konstrukcjach, gdzie most napędowy jest zbudowany szczątkowo lub jest zblokowany ze skrzynią przekładniową.
9. Zwolnice, czyli przekładnie boczne, których zadaniem jest zmniejszenie prędkości obrotowej docierającej do napędzanych kół jezdnych, a tym samym zwiększenie momentu obrotowego ułatwiającego pokonanie wielkich oporów ruchu.
Oczywiście wszystkie wymienione podzespoły układu przeniesienia napędu nie występują jednocześnie w jednej konstrukcji. W pojazdach osobowych nie stosuje się najczęściej multiplikatorów, wałów napędowych, retarderów i zwolnic. Poza tym, przypisane im zadania nie są jedynymi jakie wykonują.
Wszystkie układy napędowe w zależności od konfiguracji i umiejscowienia w pojeździe przedstawionych wyżej podzespołów układu przeniesienia napędu dzielą się na dwie podstawowe grupy konstrukcyjne. Są to:
1. W klasycznych układach napędowych, charakteryzujących się oddaleniem silnika od mostu napędowego, podzespołem przenoszącym moment obrotowy jest zawsze wał napędowy (rys.1).
<001-klasyczny.jpg>
Rys. 1. Klasyczny układ napędowy.
2. Zblokowane układy napędowe, charakterystyczne dla samochodów osobowych oraz lekkich samochodów dostawczych budowanych na bazie samochodów osobowych. Cechą charakterystyczną zblokowanych układów napędowych jest brak wału napędowego (rys. 2).
<002-zblokowany.jpg>
Rys. 2. Zblokowany układ napędowy.
Należy zwrócić uwagę, że pojazdy z napędem na więcej niż jedną oś, popularnie zwane pojazdami z napędem na cztery koła, budowane są na bazie zarówno układów napędowych klasycznych, jak i układów napędowych zblokowanych. Oczywiście, te drugie z racji rozbudowania konstrukcji będą posiadać również wał napędowy.
Klasyczny układ napędowy
Podstawą tego rozwiązania jest zasada, że silnik znajduje się w przedniej części pojazdu, a napędzane są koła osi tylnej. Oczywiście można spotkać również inne rozwiązania, o których będzie mowa w dalszej części opracowania. W samochodach osobowych wyposażonych w podstawowy klasyczny układ napędowy silnik znajduje się pomiędzy kołami przednimi, nad ich osią symetrii, a koła tylne napędzane są przez wał napędowy. Aby bardziej dociążyć oś tylną i uzyskać korzystniejszy rozkład masy, w niektórych samochodach osobowych zastosowano połączenie skrzynki przekładniowej z mostem napędowym. Takie rozwiązanie zastosowały firmy Alfa Romeo, Porsche i Volvo oraz Chevrolet w modelu Corvette z 1998 roku. Rozwiązanie to pociągało za sobą konieczność rozbudowania mechanizmów sterowania skrzynką przekładniową oraz w niektórych przypadkach powodowało niekorzystny rozkład mas resorowanych do nieresorowanych. Dziś nie stosuje się w zasadzie takich rozwiązań. W grupie samochodów użytkowych, z wyjątkiem lekkich samochodów dostawczych, wszystkie samochody ciężarowe posiadają silnik umieszczony z przodu przed osią kół (tu głównie ciężarowe samochody amerykańskie), nad osią albo między osią przednią a tylną. To samochody z kabiną wagonową, najbardziej rozpowszechnione w Europie, głównie ze względu na przepisy prawa o ruchu drogowym ograniczające długość całkowitą ciągnika siodłowego z naczepą. Poza tym, daleko do tyłu wysunięta przestrzeń ładunkowa uniemożliwia zastosowanie tu innego rozwiązania (np. silnik z tyłu). To samo dotyczy ciągników siodłowych, w których znaczna część masy naczepy obciąża siodło, umieszczone ponad kołami tylnymi. Rozwiązanie z silnikiem umieszczonym w tylnej części pojazdu z powodzeniem jest stosowane w autobusach z wielu powodów, z których najważniejsze to równomierny rozkład obciążenia pojazdu przez przewożonych pasażerów oraz zmniejszenie hałasu emitowanego do pojazdu przez pracujący silnik. Jak każda konstrukcja zbudowana rękami człowieka, układy napędowe posiadają szereg zalet, które dają im możliwości zastosowania w konkretnych pojazdach oraz wady wykluczające niektóre z nich. Zalety w przypadku zastosowania zarówno w samochodach osobowych, jak i ciężarowych przedstawiają je w całkiem korzystnym świetle. Oto one:
- Możliwość stosowania silników znacznej długości, co jest korzystne dla samochodów osobowych klasy wyższej;
- Małe obciążenie elementów zawieszenia silnika, ponieważ musi ono przejąć tylko maksymalny moment obrotowy silnika pomnożony przez przełożenie najniższego biegu;
- Stosunkowo łatwa izolacja drgań silnika;
- Równiejszy rozkład mas pojazdu przy jego całkowitym obciążeniu ładunkiem, szczególnie ważny przy ciągnięciu przyczepy i w samochodach typu kombi;
- Dłuższy układ wydechowy, a dzięki temu lepsze tłumienie hałasu i łatwa zabudowa katalizatora;
- Korzystna strefa zgniotu z pochłaniającą energię zderzenia znaczną masą układu napędowego;
- Możliwość zastosowania prostej konstrukcji przedniego zawieszenia, nienarażonego na oddziaływanie obciążeń skręcających;
- Równomierne zużycie opon;
- Prosta konstrukcja układu sterowania skrzynki przekładniowej;
- Duża sprawność skrzynki przekładniowej, która na biegu bezpośrednim przenosi moment obrotowy bez udziału przekładni zębatych;
- Dużo miejsca na zabudowę układu kierowniczego;
- Dobre chłodzenie dzięki umieszczeniu silnika i chłodnicy z przodu pojazdu;
- Wydajne ogrzewanie dzięki krótkim przewodom wodnym i gorącego powietrza;
- Dobre dojście obsługowo-naprawcze do wszystkich układów silnika, również w odchylanej kabinie typu wagonowego;
- Bardzo skuteczne przeniesienie siły napędowej w pojazdach, które z założenia mają dociążoną ładunkiem tylną oś.
Wady klasycznego układu napędowego dotyczą przede wszystkim konstrukcji samochodów osobowych. Należą do nich przede wszystkim:
- Niestateczność w ruchu na wprost, co daje się jednak skorygować przez właściwy dobór kątów ustawienia kół przednich, odpowiednią konstrukcję tylnego zawieszenia i zastosowanie właściwego ogumienia;
- Niebezpieczeństwo poślizgu kół tylnych, szczególnie przy szybszym pokonywaniu zakrętów na śliskiej drodze pojazdem nie w pełni dociążonym pasażerami. Pojazd wykazuje wówczas nadsterowność;
- Tendencja do zmiany toru ruchu pod wpływem zmiany siły napędowej;
- Zmniejszenie przestrzeni pasażerskiej spowodowane koniecznością stosowania tunelu w podłodze.
Wymienione wady nie dotyczą w zasadzie samochodów ciężarowych, stąd też zastosowanie w nich takich układów napędowych jest powszechne.
mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Silnik pojazdu wraz z mechanizmami przenoszącymi moment obrotowy, przetwarzającymi go oraz załamującymi jego przebieg tak, aby dotarł on do napędzanych kół jezdnych, tworzy układ napędowy pojazdu.
Każdy pojazd jest maszyną składającą się z wielu układów i mechanizmów. Są one zgrupowane w trzy podstawowe moduły, z których każdy pełni określone funkcje. Te moduły to:
1. Podwozie, które pełni funkcję trakcyjną, co oznacza, że jego zadaniem jest zapewnienie pojazdowi warunków właściwego toczenia się po drodze.
2. Silnik, który pełni funkcję zamiany energii zgromadzonej w paliwie na pracę mechaniczną. Wraz z innymi podzespołami pojazdu można przekształcić tę pracę w siłę napędową.
3. Nadwozie, które pełni funkcję użytkową. Pozwala przewozić ludzi i towary oraz świadczyć szereg usług.
Przeniesienie momentu obrotowego wytworzonego w silniku do napędzanych kół jezdnych jest możliwe dzięki szeregowi mechanizmów umiejscowionych w podwoziu pojazdu. Można zatem śmiało powiedzieć, że pojazd samochodowy porusza się dzięki podzespołom podwozia, a źródłem jego napędu jest silnik spalinowy lub elektryczny.
Silnik pojazdu wraz z mechanizmami przenoszącymi moment obrotowy, przetwarzającymi go oraz załamującymi jego przebieg tak, aby dotarł on do napędzanych kół jezdnych, tworzy układ napędowy pojazdu. Ponieważ sam silnik ten napęd wytwarza, można powiedzieć, że wszystkie pozostałe mechanizmy tworzą układ przeniesienia napędu. Tak więc wyraźnie możemy stwierdzić, że zachodzi zdecydowana i istotna różnica między układem napędowym a układem przeniesienia napędu. Powinni o tym pamiętać wszyscy adepci zawodów związanych z motoryzacją.
Przy okazji warto zwrócić uwagę, że taki podział mechanizmów występuje również w konstrukcjach zbliżonych do samochodowych, a mianowicie w lokomotywach i pojazdach trakcyjnych transportu kolejowego.
W skład układu przeniesienia napędu pojazdu samochodowego w zależności od jego rodzaju, wielkości i przeznaczenia mogą wchodzić następujące podzespoły:
1. Sprzęgło, które umożliwia łączenie i rozłączanie układu napędowego oraz jego zabezpieczenie przed przeciążeniami.
2. Skrzynia przekładniowa, która umożliwia zamianę wartości prędkości obrotowej wału korbowego silnika i wartości momentu obrotowego oraz dostosowanie tych parametrów do istniejących warunków trakcyjnych ruchu pojazdu.
3. Skrzynia rozdzielcza, której zadaniem jest rozdzielanie momentu obrotowego na most napędowy jednej lub dwóch osi napędzanych pojazdu, najczęściej z możliwością włączania lub wyłączania dodatkowych napędów.
4. Multiplikator lub wzmacniacz momentu, których zadaniem jest zwiększanie, najczęściej podwajanie liczby biegów dostępnych dla kierującego pojazdem.
5. Wał napędowy, którego zadaniem jest przenieść moment obrotowy na pewną odległość do mostów napędowych, z uwzględnieniem ruchów pionowych zawieszenia.
6. Retarder, czyli hamulec długotrwałego działania, którego zadaniem jest hamowanie pojazdem poprzez oddziaływanie na wirujące elementy układu przeniesienia napędu.
7. Most napędowy, którego zadaniem jest załamanie przebiegu momentu obrotowego i doprowadzenie do napędzanych kół jezdnych oraz powiązanie kół jezdnych poprzez elementy zawieszenia z nadwoziem pojazdu.
8. Przegubowe półosie napędowe doprowadzające moment obrotowy do napędzanych kół jezdnych w konstrukcjach, gdzie most napędowy jest zbudowany szczątkowo lub jest zblokowany ze skrzynią przekładniową.
9. Zwolnice, czyli przekładnie boczne, których zadaniem jest zmniejszenie prędkości obrotowej docierającej do napędzanych kół jezdnych, a tym samym zwiększenie momentu obrotowego ułatwiającego pokonanie wielkich oporów ruchu.
Oczywiście wszystkie wymienione podzespoły układu przeniesienia napędu nie występują jednocześnie w jednej konstrukcji. W pojazdach osobowych nie stosuje się najczęściej multiplikatorów, wałów napędowych, retarderów i zwolnic. Poza tym, przypisane im zadania nie są jedynymi jakie wykonują.
Wszystkie układy napędowe w zależności od konfiguracji i umiejscowienia w pojeździe przedstawionych wyżej podzespołów układu przeniesienia napędu dzielą się na dwie podstawowe grupy konstrukcyjne. Są to:
1. W klasycznych układach napędowych, charakteryzujących się oddaleniem silnika od mostu napędowego, podzespołem przenoszącym moment obrotowy jest zawsze wał napędowy (rys.1).
<001-klasyczny.jpg>
Rys. 1. Klasyczny układ napędowy.
2. Zblokowane układy napędowe, charakterystyczne dla samochodów osobowych oraz lekkich samochodów dostawczych budowanych na bazie samochodów osobowych. Cechą charakterystyczną zblokowanych układów napędowych jest brak wału napędowego (rys. 2).
<002-zblokowany.jpg>
Rys. 2. Zblokowany układ napędowy.
Należy zwrócić uwagę, że pojazdy z napędem na więcej niż jedną oś, popularnie zwane pojazdami z napędem na cztery koła, budowane są na bazie zarówno układów napędowych klasycznych, jak i układów napędowych zblokowanych. Oczywiście, te drugie z racji rozbudowania konstrukcji będą posiadać również wał napędowy.
Klasyczny układ napędowy
Podstawą tego rozwiązania jest zasada, że silnik znajduje się w przedniej części pojazdu, a napędzane są koła osi tylnej. Oczywiście można spotkać również inne rozwiązania, o których będzie mowa w dalszej części opracowania. W samochodach osobowych wyposażonych w podstawowy klasyczny układ napędowy silnik znajduje się pomiędzy kołami przednimi, nad ich osią symetrii, a koła tylne napędzane są przez wał napędowy. Aby bardziej dociążyć oś tylną i uzyskać korzystniejszy rozkład masy, w niektórych samochodach osobowych zastosowano połączenie skrzynki przekładniowej z mostem napędowym. Takie rozwiązanie zastosowały firmy Alfa Romeo, Porsche i Volvo oraz Chevrolet w modelu Corvette z 1998 roku. Rozwiązanie to pociągało za sobą konieczność rozbudowania mechanizmów sterowania skrzynką przekładniową oraz w niektórych przypadkach powodowało niekorzystny rozkład mas resorowanych do nieresorowanych. Dziś nie stosuje się w zasadzie takich rozwiązań. W grupie samochodów użytkowych, z wyjątkiem lekkich samochodów dostawczych, wszystkie samochody ciężarowe posiadają silnik umieszczony z przodu przed osią kół (tu głównie ciężarowe samochody amerykańskie), nad osią albo między osią przednią a tylną. To samochody z kabiną wagonową, najbardziej rozpowszechnione w Europie, głównie ze względu na przepisy prawa o ruchu drogowym ograniczające długość całkowitą ciągnika siodłowego z naczepą. Poza tym, daleko do tyłu wysunięta przestrzeń ładunkowa uniemożliwia zastosowanie tu innego rozwiązania (np. silnik z tyłu). To samo dotyczy ciągników siodłowych, w których znaczna część masy naczepy obciąża siodło, umieszczone ponad kołami tylnymi. Rozwiązanie z silnikiem umieszczonym w tylnej części pojazdu z powodzeniem jest stosowane w autobusach z wielu powodów, z których najważniejsze to równomierny rozkład obciążenia pojazdu przez przewożonych pasażerów oraz zmniejszenie hałasu emitowanego do pojazdu przez pracujący silnik. Jak każda konstrukcja zbudowana rękami człowieka, układy napędowe posiadają szereg zalet, które dają im możliwości zastosowania w konkretnych pojazdach oraz wady wykluczające niektóre z nich. Zalety w przypadku zastosowania zarówno w samochodach osobowych, jak i ciężarowych przedstawiają je w całkiem korzystnym świetle. Oto one:
- Możliwość stosowania silników znacznej długości, co jest korzystne dla samochodów osobowych klasy wyższej;
- Małe obciążenie elementów zawieszenia silnika, ponieważ musi ono przejąć tylko maksymalny moment obrotowy silnika pomnożony przez przełożenie najniższego biegu;
- Stosunkowo łatwa izolacja drgań silnika;
- Równiejszy rozkład mas pojazdu przy jego całkowitym obciążeniu ładunkiem, szczególnie ważny przy ciągnięciu przyczepy i w samochodach typu kombi;
- Dłuższy układ wydechowy, a dzięki temu lepsze tłumienie hałasu i łatwa zabudowa katalizatora;
- Korzystna strefa zgniotu z pochłaniającą energię zderzenia znaczną masą układu napędowego;
- Możliwość zastosowania prostej konstrukcji przedniego zawieszenia, nienarażonego na oddziaływanie obciążeń skręcających;
- Równomierne zużycie opon;
- Prosta konstrukcja układu sterowania skrzynki przekładniowej;
- Duża sprawność skrzynki przekładniowej, która na biegu bezpośrednim przenosi moment obrotowy bez udziału przekładni zębatych;
- Dużo miejsca na zabudowę układu kierowniczego;
- Dobre chłodzenie dzięki umieszczeniu silnika i chłodnicy z przodu pojazdu;
- Wydajne ogrzewanie dzięki krótkim przewodom wodnym i gorącego powietrza;
- Dobre dojście obsługowo-naprawcze do wszystkich układów silnika, również w odchylanej kabinie typu wagonowego;
- Bardzo skuteczne przeniesienie siły napędowej w pojazdach, które z założenia mają dociążoną ładunkiem tylną oś.
Wady klasycznego układu napędowego dotyczą przede wszystkim konstrukcji samochodów osobowych. Należą do nich przede wszystkim:
- Niestateczność w ruchu na wprost, co daje się jednak skorygować przez właściwy dobór kątów ustawienia kół przednich, odpowiednią konstrukcję tylnego zawieszenia i zastosowanie właściwego ogumienia;
- Niebezpieczeństwo poślizgu kół tylnych, szczególnie przy szybszym pokonywaniu zakrętów na śliskiej drodze pojazdem nie w pełni dociążonym pasażerami. Pojazd wykazuje wówczas nadsterowność;
- Tendencja do zmiany toru ruchu pod wpływem zmiany siły napędowej;
- Zmniejszenie przestrzeni pasażerskiej spowodowane koniecznością stosowania tunelu w podłodze.
Wymienione wady nie dotyczą w zasadzie samochodów ciężarowych, stąd też zastosowanie w nich takich układów napędowych jest powszechne.
mgr inż. Ireneusz Kulczyk
Komentarze (0)