Napęd na cztery koła stanowił początkowo przywilej zarezerwowany dla pojazdów wojskowych i terenowych. Jego najgłośniejszy debiut w pojazdach osobowych przypadł w latach 80-tych. W przeszłości tworzenie skomplikowanego układu napędowego dla zwykłych aut wydawało się mniej uzasadnione, ponieważ jego eksploatacja była nieopłacalna. Jednak w ostatnich dziesięcioleciach względy bezpieczeństwa zyskały bardzo na znaczeniu, dlatego podjęto decyzję o montażu napędu tego typu w coraz większej ilości pojazdów. To skłoniło producentów samochodów do opracowania szeregu nowych rozwiązań, z których jedno stanowi temat dzisiejszego artykułu – napęd Haldex.

Wprowadzenie

Stale rosnące rozmiary pojazdów i szybki rozwój SUV-ów (Sport Utility Vehicles – pojazdy sportowo-użytkowe) przyczyniły się do rozpowszechnienia napędów na cztery koła. Przeszkodą dla producentów były początkową coraz bardziej restrykcyjne normy emisyjne. Dzięki temu nie ustawali oni w wysiłkach, by stworzyć napęd na cztery koła, który nie jest stały i nie wymaga od kierowcy ręcznego włączania i wyłączania.

W latach 70. bardzo popularne było rozwiązanie typu VISCO, można było dzięki niemu uzyskać zmienny moment obrotowy. System ten był jednak obarczony szeregiem mankamentów. Jednym z nich był brak możliwości elektronicznej regulacji, a także utrudniona współpraca z układem ABS, do której konieczne było dodatkowe koło pasowe. To toporne rozwiązanie zostało wyparte przez systemy Haldex opracowane w Szwecji dla nowszych układów napędowych, które były już kompatybilne z systemem ABS i zapewniały możliwość elektronicznego sterowania. Wynalazek ten stanowił własność firmy BorgWarner.

System opiera się na zasadzie sprzęgła mokrego uzupełnionego o układ elektroniczny i hydrauliczny. Sprzęgło Haldex jest załączane, gdy między przednimi i tylnymi kołami występuje różnica prędkości przewyższająca zadaną wartość. Charakterystyczną cechą tej instalacji jest to, że przenosi ona moment obrotowy na drugą, pierwotnie nienapędzaną oś. Obecnie produkowana jest jego piąta generacja.

Pierwsza generacja

Napędem współpracującym z opisywanym tu systemem jest silnik w konfiguracji poprzecznej, który przenosi napęd na skrzynię biegów, a tam wytwarzany jest moment obrotowy napędzający mechanizm różnicowy przedniej osi. Z tego miejsca wał kardana przenosi napęd na tylną oś za pośrednictwem wału rurowego i stożkowych kół zębatych. Ten ostatni element może składać się z kilku części, a w zależności od konstrukcji, w napędzie może znajdować się nawet kilka homokinetycznych, czyli kardanowych przegubów. System Haldex może być umieszczony w kilku miejscach, w prezentowanym przypadku znajduje się bezpośrednio przed tylną osią. Wał kardana obraca tzw. tarczę skokową, a obudowa pomp połączona jest z tylnymi kołami. Znajdujące się wewnątrz obudowy pompy są wyposażone w zawory ssące i tłoczące. Dwie tarcze pompy w kształcie pierścienia wytwarzają ciśnienie wymagane do ściśnięcia tarcz sprzęgła. Proces wspomaga elektryczna pompa olejowa, dzięki czemu sprzęgło może działać nawet wtedy, gdy nie ma różnicy prędkości między przednimi a tylnymi kołami, co szczególnie przydaje się podczas ruszania z miejsca.

Bieżące ciśnienie oleju jest regulowane przez sterowany elektronicznie zawór dławiący. Ciśnienie to jest proporcjonalne do przenoszonego momentu obrotowego. W celu odpowiednio wczesnego ograniczenia przeciążenia układu, w systemie zainstalowany jest zawór ograniczający, którego ciśnienie otwarcia wynosi 100 barów.

Podczas hamowania system jest odłączany, dzięki czemu nic nie stoi na przeszkodzie kontroli ABS od strony napędu, a przeniesienie momentu obrotowego na tylną oś jest minimalne, nawet przy dużych prędkościach. System ten był dostępny na rynku od 1998 r.

Druga generacja

Jeśli chodzi o samą zasadę działania, to nie było tutaj żadnych znaczących różnic w porównaniu z pierwszą generacją, ale wzrósł przenoszony moment obrotowy. Od 2004 r. Volkswagen wbudował tę wersję w Golfa i Transportera (4Motion), w przypadku tego ostatniego wraz z blokadą mechanizmu różnicowego.

Może ona załączać się przy prędkościach poniżej 45 km/h za pomocą zaworu podciśnieniowego i jest połączona z elektroniką ABS i ESP. Układ ESP nie działa, gdy blokada jest załączona.

Zaletą tej generacji jest łatwość serwisowania i wymiany, a także brak konieczności skomplikowanych ustawień. Ilość pobieranego oleju jest większa, a okres wymiany – dłuższy.

Trzecia generacja

Trzecia generacja pojawiła się na rynku mniej więcej w tym samym czasie co czwarta i zadebiutowała w modelu Land Rover Freelander 2. Trzecia generacja nie była przeznaczona do użytku drogowego. W późniejszym czasie instalowano ją w gamie produktów Volvo pod nazwą Instant Traction.

Czwarta generacja

Była to pierwsza wersja systemu Haldex, która posiadała również możliwość monitorowania pozycji (kąta) kierownicy, dzięki czemu mogła uwzględniać to, w jaki sposób kierowca prowadził samochód.

Moment obrotowy jest zawsze rozdzielany między cztery koła, ale proporcje stale się zmieniają w zależności od warunków jazdy. Podczas zakrętu tylko 4 procent momentu obrotowego trafia na tylne koła. Wszystko jest regulowane przez ciśnienie oleju, a dzięki dobrze zwymiarowanemu zbiornikowi ciśnienia i pompie, system jest bardziej ekonomiczny i reaguje bardziej dynamicznie. Co za tym idzie: poślizg kół jest mniejszy, a samochód można holować z podniesioną przednią osią pomimo ciągłego rozdziału momentu obrotowego.

Piąta generacja

Dekada 2010-2019 przyniosła również nowe wyzwania dla komponentów napędowych. Samochody stawały się coraz cięższe, więc masę i przestrzeń trzeba było oszczędzać na wszystkie możliwe sposoby. Dlatego też w tym typie Haldexa nie stosowano już zbiornika ciśnieniowego i zaworu sterującego, lecz pompę zasilaną elektrycznie, która wytwarza – i jednocześnie reguluje – ciśnienie robocze. Ta osiowa pompa tłokowa jest napędzana silnikiem elektrycznym napędzanym prądem stałym, w którym stały magnes jest zainstalowany w stojanie, a komutator w wirniku.

Działanie

Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku sprzęgieł Haldex należy zwrócić uwagę na interwał wymiany oleju określony przez producenta – zwykle jest to 60.000 km. Do smaru dostają się bowiem cząstki metalu, które stopniowo pogarszają jego właściwości.

Zaniechanie wymiany oleju może spowodować zatkanie z powodu nagromadzenia cząstek stałych, co może doprowadzić do niesprawności całego układu. Warto wtedy wykonać pełne płukanie układu hydraulicznego.

Ciekawostką jest, że temperatura pracy tego układu może spaść do -20 °C, a poniżej tej wartości może pracować tylko w ograniczonym zakresie.