Zblokowany układ napędowy

Często się mówi, że zblokowany układ napędowy to napęd przedni. Nic bardziej mylnego.

Zblokowany układ napędowy to taki, w którym główne jego elementy połączone są w jedną całość, a moment obrotowy silnika dociera do napędzanych kół jezdnych w bezpośredniej jego bliskości. Ponieważ nie ma potrzeby przekazywać momentu obrotowego ze skrzyni biegów do oddalonego mostu napędowego, zblokowany układ napędowy nie posiada wału napędowego. Jest to najbardziej charakterystyczna cecha tego układu, dzięki niej jest on łatwo rozpoznawalny. Większość układów napędowych budowanych jest w ten sposób, że silnik, sprzęgło i skrzynia przekładniowa są ze sobą razem skręcone. Wynika to z tego, że dla właściwego przeniesienia momentu obrotowego przez rozłączne sprzęgło stosuje się w nim sprężyny śrubowe lub sprężynę centralną o dużej sztywności. Rozłączenie sprzęgła przez kierowcę podczas ruszania z miejsca oraz przełączania biegów wyzwala bardzo duże siły osiowe. Gdyby silnik był osobnym podzespołem i sprzęgło osobnym, zamocowanymi niezależnie, to wspomniane siły osiowe pokonujące sztywność sprężyn sprzęgła powodowałyby wyrywanie zamocowania silnika i sprzęgła, a ustalenie niezmiennych luzów montażowych i eksploatacyjnych pedału sprzęgła stałoby się niemożliwe. W zblokowanym układzie napędowym sprzężenie w jedną całość głównych jego podzespołów ułatwia zamontowanie w pojeździe i zwiększa zwartość konstrukcji. W poprzednim artykule, opisując klasyczny układ napędowy, przedstawiłem kolejność elementów w nim występujących. Ważną informacją charakterystyczną tego układu jest to, że kolejne elementy układu przeniesienia napędu oddalają się od silnika. Zatem wał napędowy jest dalej niż skrzynka przekładniowa, a most napędowy jest oddalony jeszcze bardziej. W zblokowanym układzie napędowym zauważymy zupełnie inną sytuację. Moment obrotowy przechodzi przez sprzęgło do skrzynki przekładniowej, w niej ulega przemianie, a następnie zostaje skierowany ponownie w stronę silnika. Dzieje się tak, ponieważ przekładnia główna i mechanizm różnicowy, będące elementami mostu napędowego, są umieszczone w zblokowanym korpusie, w przestrzeni pomiędzy sprzęgłem a skrzynką przekładniową, lub w pobliżu tej przestrzeni. To charakterystyczna cecha wszystkich zblokowanych układów napędowych.
W zależności od koncepcji całego pojazdu zblokowany układ napędowy może znajdować się:
- z przodu pojazdu i napędzać koła przednie,
- z tyłu pojazdu i napędzać koła tylne,
- w centralnej części pojazdu i napędzać koła tylne.
Z racji tego, że rozwiązania drugie i trzecie występują obecnie rzadko, nie będziemy się nimi szerzej zajmować.
W rozwiązaniach napędu przedniego dodatkowo rozróżnia się sposób umieszczenia silnika względem podłużnej osi symetrii samochodu. Występują więc układy z silnikiem umieszczonym:
- wzdłużnie przed osią przednią,
- poprzecznie przed osią przednią.
Warto zwrócić uwagę na to, że w drugim rozwiązaniu występują dwie odmiany:
- silnik znajduje się poprzecznie, ale zajmuje część komory silnikowej po stronie prawej (pasażera),
- silnik znajduje się poprzecznie, ale zajmuje część komory silnika po stronie lewej (kierowcy).

To drugie rozwiązanie zastosowano np. w aucie Hyundai Pony, a zaczerpnięte jest z Japonii, kraju z ruchem lewostronnym. Mając przed sobą sprzęgło i skrzynkę biegów, ma bliższą i łatwiejszą (z konstrukcyjnego punktu widzenia) drogę od pedałów do mechanizmów sterowania tych podzespołów. To samo dotyczy pojazdów w ruchu prawostronnym. Dlatego właśnie silnik znajduje się po stronie pasażera; i tak zbudowane są europejskie samochody osobowe z silnikiem umieszczonym poprzecznie, oczywiście za wyjątkiem pojazdów brytyjskich. W zblokowanym napędzie przednim silnik, sprzęgło i skrzynka przekładniowa stanowią jeden zespół umieszczony w okolicy osi przedniej. Może on być umieszczony przed, nad lub za osią przednią. Zwartość konstrukcji umożliwia skrócenie długości samochodu o 100 do 300 mm w porównaniu z samochodem z klasycznym układem napędowym. Jest to szczególnie istotne w autach kompaktowych, gdzie pozwala to na wygospodarowanie więcej miejsca dla pasażerów i bagażu.
Niezależnie od ustawienia silnika zblokowany układ napędowy z silnikiem umieszczonym z przodu pojazdu ma liczne zalety. Należą do nich:
- duże bezpieczeństwo jazdy, szczególnie na mokrej nawierzchni i w warunkach zimowych – samochód jest ciągnięty, a nie pchany;
- dobra zdolność rozpędzania i wystarczająca zdolność pokonywania wzniesień przy małym obciążeniu;
- podsterowna charakterystyka podczas jazdy na zakręcie i w związku z tym zdolność samoczynnego wytłumiania zaburzeń ruchu;
- mała wrażliwość na wiatr boczny;
- prosta konstrukcja tylnego zawieszenia nawet do postaci sztywnej osi;
- możliwy większy rozstaw osi, dzięki czemu większy komfort jazdy;
- krótsza droga przekazywania momentu obrotowego, ponieważ silnik, skrzynia przekładniowa i most napędowy tworzą jeden zespół;
- oszczędności materiałowe ze względu na brak ciężkiego wału napędowego i pochwy mostu napędowego;
- płaska podłoga nadwozia;
- duży bagażnik z korzystnie ukształtowaną strefą zgniotu;
- cały układ napędowy pod jedną maską;
- na etapie produkcji samochodu niższy nakład pracy potrzebny do zamontowania układu napędowego.
Przedni zblokowany układ napędowy nie jest pozbawiony wad. Niektóre z nich to:
- przy całkowitym obciążeniu pogorszenie zdolności rozpędzania i pokonywania wzniesień, szczególnie na mokrej i śliskiej nawierzchni. Z tej przyczyny przednich napędów nie stosuje się w pojazdach ciężarowych. Dociążony ładunkiem lub naczepą tył samochodu powoduje odciążenie osi przedniej, przez co spada zdolność przekazania na drogę siły napędowej bez poślizgu kół napędzanych;
- w przypadku silników o większej mocy wpływ napędu na kierowalność;
- ograniczona przestrzeń komory silnika dla jednostek większej mocy zamocowanych poprzecznie;
- przy dużym obciążeniu przedniej osi wymagane duże przełożenie przekładni kierowniczej lub wspomaganie układu kierowniczego;
- obciążenie giętne układu wylotowego na skutek przemieszczeń poprzecznego zespołu napędowego podczas rozpędzania i hamowania silnikiem;
- przy miękkim zawieszeniu fale poprzeczne na drodze pobudzają zespół napędowy do drgań rezonansowych;
- ograniczenie minimalnego promienia skrętu i promienia zawracania przez dopuszczalny kąt załamania przegubów nieprzekraczający 50°;
- nierównomierne zużywanie opon, ponieważ koła przednie są jednocześnie skręcane i napędzane;
- niekorzystny rozkład sił hamowania (ok. 75 proc. przód i 25 proc. tył) możliwy do skorygowania poprzez przesunięcie daleko w tył osi tylnej, jak zrobiono
w modelu Citroen XM. Uzyskano w ten sposób efekt 65-35 proc. rozładu sił.
Wszystkie wymienione i pominięte w tym opracowaniu wady zblokowanych układów napędowych nie odstraszają konstruktorów do ich stosowania w pojazdach. Wprost przeciwnie – coraz częściej obserwuje się tendencję do ich stosowania nawet w pojazdach klasy średniej wyższej, a zastosowanie takich rozwiązań w pojazdach dostawczych właściwie staje się normą.

mgr inż. Ireneusz Kulczyk