Повний привід на автомобілях Volkswagen має давні традиції, якщо навіть не брати до уваги модель Iltis та автомобілі з двигунами повітряного охолодження. У процесі розвитку був зроблений перехід від приводу Syncro з муфтою в'язкості до приводу 4MOTION з муфтою Haldex. Востаннє в'язкісна муфта встановлювалася на автомобілі Transporter попередньої моделі. Повнопривідні автомобілі Transporter та Golf модельного року 2004 оснащуються приводом 4MOTION з муфтою Haldex другого покоління.

Привід Syncro з в'язкісною муфтою

Компонування цього приводу практично не змінювалося протягом тривалого часу. Електроніка для управління муфтою в'язкості не використовувалася. Нормальна робота системи ABS була можлива лише при застосуванні обгінної муфти.

Привід 4MOTION із муфтою Haldex першого покоління

Переваги муфти Haldex у порівнянні з в'язкістною муфтою полягають у можливості регулювання переданого крутного моменту в залежності від режиму руху автомобіля. При цьому відпадає необхідність застосування обгінної муфти, яка повинна забезпечувати нормальну роботу системи ABS.

Муфта Haldex модельного року 2004

При переході від першого покоління до другого принципу дії муфти Haldex не змінився, проте її конструкція була покращена. При цьому було змінено розташування електричних та гідравлічних компонентів.

Загальна конструкція

Передні колеса наводяться, як завжди, через передній диференціал. Передача потужності до задніх колес здійснюється через кутову передачу, з'єднану з коробкою переднього диференціала, карданний вал і муфту Haldex, встановлену на редукторі заднього моста.

Повний привід 4MOTION автомобіля Golf моделі 2004 року

Повний привід 4MOTION автомобіля Transporter моделі 2004 року

Кутова передача автомобіля Golf моделі 2004 року

Кутова передача автомобіля Golf моделі 2004 забезпечує привід карданного валу з підвищенням частоти обертання в 1,6 рази. Так як переданий момент, що крутить, при цьому відповідно зменшується, можна використовувати карданний вал меншого діаметру. У редукторі заднього моста частота обертання знову знижується у вказане вище число разів.

Кутова передача із проміжним валом автомобіля Transporter моделі 2004 року

Зважаючи на великі значення крутного моменту, що передається через трансмісію автомобіля Transporter, частота обертання карданного валу підвищується в 2,5. Для цього кутова передача доповнена проміжною передачею. У редукторі заднього моста проводиться зниження частоти обертання її величини на передніх колесах.

Передача потужності через трансмісію автомобіля Golf моделі 2004 року

На карданний вал потужність передається з веденої шестерні головної передачі через коробку диференціала, порожнистий вал і шестерню ведучу конічної передачі.

Передача потужності через трансмісію автомобіля Transporter моделі 2004 року

З веденої шестерні головної передачі потужність передається на порожнистий вал через коробку диференціала. Порожнистий вал жорстко з'єднаний із коробкою диференціала. На вал карданний потужність передається через проміжний вал і ведену шестерню конічної передачі.

Карданний вал. Автомобіль Golf моделі 2004 року

Карданний вал автомобіля Golf моделі 2004 оснащений двома (пружними) дисками Харді та одним шарніром рівних кутових швидкостей.

Автомобіль Transporter моделі 2004 року

Карданний вал автомобіля Transporter моделі 2004 складається з трьох частин, між якими і по його кінцях встановлені шарніри рівних кутових швидкостей. Через велику загальну довжину валу передбачена проміжна опора, закріплена на кузові. Тому виходять відносно великі кути перегину карданного валу. Щоб забезпечити рівномірність передається крутного моменту, довелося застосувати шарніри рівних кутових швидкостей.

Муфта Haldex

Муфта Haldex з'єднує карданний вал із редуктором заднього мосту. Вона починає діяти вже за частоті обертання валу двигуна 400 об/хв. Блок управління муфтою регулює переданий нею крутний момент таким чином, що при прямолінійному русі автомобіля вона працює практично без прослизання. Це досягається за рахунок відповідного стиснення пакетів муфти дисків. На автомобілях Golf та Transporter моделей 2004 року застосовуються муфти ідентичної конструкції. Вони відрізняються лише числом дисків та елементами з'єднання з карданним валом.

Нові елементи в муфті Haldex модельного року 2004

У конструкцію муфти Haldex модельного року 2004 були введені такі зміни:

Муфта Haldex може бути знята та замінена окремо від провідної шестерні редуктора заднього моста, яка залишається при цьому у його корпусі. У разі відпадає необхідність у проведенні регулювання редуктора після заміни муфти.
Замість двопозиційного електромагнітного клапана керування робочим тиском застосований регулятор тиску керування муфтою з пропорційно діючим золотниковим клапаном.
Датчики тиску та температури масла об'єднані в одному корпусі.
Паперовий фільтр замінений на фільтр з елементом з нетканого матеріалу.
Нова муфта Haldex органічно вбудована у редуктор заднього моста.
Збільшено кількість масла, що заливається в муфту, і відповідно подовжені інтервали його зміни.

Детали и узлы муфты Haldex модельного года 2004

Редуктор заднього мосту. Автомобіль Golf моделі 2004 року

У автомобіля Golf 4MOTION моделі 2004 механізм блокування заднього диференціала відсутня. Передатне відношення підвищує кутовий передачі дорівнює 1,6.

Автомобіль Transporter моделі 2004 року

До складу повного приводу 4MOTION автомобіля Transporter моделі 2004 року входять муфта Haldex, редуктор заднього моста і механізм блокування диференціала, що встановлюється на замовлення. Передатне відношення редуктора заднього моста дорівнює 2,5.

Конструкції приводів заднього мосту автомобілів Golf і Transporter моделей 2004 відрізняються в наступному:

у автомобіля Golf не передбачено блокування диференціала,
передавальні відносини приводів різні,
ємності для олії конструктивно відрізняються,
різні елементи з'єднання з редуктором заднього моста,
число дисків у муфті.

Пристрій муфти Haldex

Повний привід 4MOTION автомобілів Golf та Transporter моделей 2004 оснащується муфтою Haldex другого покоління. Нижче наведено схематичний малюнок, що пояснює її пристрій.

Умови включення муфти Haldex модельного року 2004

Пакет пластин муфти Haldex починає передавати момент, що крутить, при відмінності в кутах повороту передніх і задніх коліс всього на 10°, а при відмінності в 20° може бути переданий повний момент.

Принцип дії муфти Haldex

При відмінності частот обертання передніх і задніх коліс провідний вал муфти обертається разом з роликом роликом насосного поршня щодо кулачкової шайби, з'єднаної з веденим валом. При цьому ведений вал обертається повільніше за ведучий вал.

Знакозмінні поступальні переміщення штовхаючого ролика передаються насосному (провідному) поршню, рух якого використовується для подачі масла, що використовується як робоча рідина.

Олія нагнітається в канал, через який воно підводиться до робочого (відомого) поршня. Під дією тиску олії робочий поршень переміщається вправо, стискаючи пакет дисків.

Внаслідок стиснення пакета дисків провідний вал муфти з'єднується з веденим валом. Таким чином здійснюється привід на всі колеса автомобіля з передачею моменту, що крутить, на задні колеса.

Деталі та вузли муфти Haldex модельного року 2004

Компоненти муфти Haldex утворюють три системи, а саме:

механічні,
гідравлічну та
електронну (електричну).

Механічна частина муфти

До основних деталей муфти Haldex відносяться провідний вал з барабаном, ведучі диски, що знаходяться з ним в зачепленні, ведучі маточини з кулачковою шайбою і ведомі диски, що знаходяться з нею в зачепленні. До основних деталей належить також робочий поршень. На наступній здвоєній сторінці наведено малюнок, на якому показано практично всі деталі механізму муфти.

Насосні поршні, що подають масло в систему приводяться за допомогою роликів. Розрізняють зовнішній і внутрішній поршні, кожен з яких спирається на три ролики, розташовані по колу через 120 °. Насосні поршні здійснюють по три повні ходи за один оборот кулачкової шайби. Ролики зовнішнього та внутрішнього поршнів зміщені на 30°, завдяки чому подовжується фаза подачі олії під тиском. Цей захід сприяє скороченню затримки спрацьовування муфти. Пакет дисків, що стискає, робочий поршень також спирається на три ролики, рознесені по колу через 120°.

Розташовані по периметру зовнішні зуби провідних дисків перебувають у зачепленні із зубчастим вінцем барабана муфти. Ведені диски забезпечені внутрішніми зубами, що знаходяться в зачепленні із зовнішніми зубцями маточини. Усі диски виготовляються із сталі.

На кулачковій шайбі передбачені виступи та западини, що викликають переміщення насосних поршнів, що подають масло в систему.

Загальний вигляд

Робочий поршень і обидва насосні поршні мають кільцеву (тороїдальну) форму. При відмінності частот обертання на вході і виході муфти виступи шайби кулачкової набігають на ролики насосних поршнів, змушуючи їх переміщатися вперед і назад. При цьому насосні поршні подають олію під тиском, що передається на робочий поршень. Зусилля, що створюється робочим поршнем, передається через ролики на завзятий диск багатодискового пакета, стискаючи останній.

Щоб при вимкненій муфті максимально знизити сили тертя, що діють між дисками, останні додатково розтискаються тарілчастою пружиною. Пружина розтискає диски доки немає тиску масла, створюване насосними поршнями.

Деталі гідравлічної системи

До гідравлічної системи відносяться клапани та гідроакумулятор. Загалом у конструкції муфти передбачено 5 клапанів, які відкриваються або закриваються під дією пружин. Це:

два впускні клапани,
два нагнітальні клапани,
один запобіжний клапан.

Гідравлічний контур

Усі компоненти гідравлічної системи зображені на наведеному нижче малюнку. Щоб полегшити розуміння, малюнок спрощений: замість трьох пар роликів насосних поршнів показано лише дві пари роликів, що наводяться від кулачкової шайби. Насправді три пари цих роликів розташовані по колу через 120 °.

Гідроакумулятор

Оснащений пружиною гідроакумулятор служить для стабілізації тиску масла в живильній магістралі. У автомобіля Golf моделі 2004 цей тиск підтримується на рівні 3,2 бар, а у автомобіля Transporter моделі 2004 року - на рівні 3,8 бар.

За відсутності тиску в живильній магістралі пружина акумулятора максимально розтиснута і масло через акумулятор з живильної магістралі не скидається. Підвищення тиску живильної магістралі обмежується на заданому рівні за рахунок перепуску масла з неї через акумулятор в ємність для його збору. При зниженні тиску пружина акумулятора розтискається, зменшуючи або повністю припиняючи скидання олії в ємність.

Запобіжний клапан

Запобіжний клапан запобігає підйому тиску керування понад 100 бар, захищаючи деталі муфти від перевантажень. Клапан відкривається, якщо тиск на його запірний орган тиск долає зусилля попередньо стиснутої пружини. При підвищенні тиску до 100 бар клапан відкривається, перепускаючи масло в живильну магістраль і в ємність через гідроакумулятор. В результаті тиск олії в системі знижується до заданого рівня.

Впускні клапани

Впускні клапани замикають магістраль живлення, з'єднуючи її із насосними циліндрами. Клапани оснащені пружинами, що допускають їх відкриття під час всмоктування. Під час нагнітання впускні клапани закриваються, забезпечуючи підйом тиску в циліндрах насосів і відповідно під робочим поршнем.

Нагнітальні клапани розташовані у магістралі між насосними циліндрами та робочим циліндром. До цієї магістралі підключений контур із запобіжним клапаном та регулятором тиску управління муфтою N373. Пружини нагнітальних клапанів відрегульовані таким чином, що клапани відкриваються при перевищенні тиску під ними над тиском живильної магістралі. Після відкриття клапанів на робочий поршень передається тиск, який створюється насосними поршнями. Одночасно з цим порожнини насосів повідомляються з регулятором тиску управління муфтою N373. Від величини цього тиску залежить ступінь замикання муфти. При зворотному ході насосного поршня (на бігу кулачка, що діє на нього) відповідний йому нагнітальний клапан закривається, запобігаючи падіння тиску, що передається на робочий поршень.

Система керування муфтою. Датчики

Система керування муфтою. Виконавчі пристрої

Електричні та електронні компоненти

До електричних та електронних компонентів муфти відноситься датчик тиску та температури олії G437, електронасос V181 та регулятор тиску управління муфтою N373. Крім них муфта Haldex знаходиться під контролем власного блоку керування, відомим як блок керування повним приводом J492.

Блок керування повним приводом (J492)

При переході до муфти Haldex другого покоління блок управління повним приводом J492 був підключений до шин силового агрегату CAN. Завдяки цьому вдалося підвищити ефективність регулювання муфти при використанні невеликої кількості власних датчиків (зокрема датчика тиску та температури олії). Блок управління отримує інформацію з датчика тиску і температури масла G437 і дані про режим руху автомобіля через шину CAN, аналізує їх і встановлює ступінь відповідності робочого тиску ступеня замикання муфти і моменту, що передається. При активній дії системи ESP або ABS блок керування повним приводом J492 забезпечує розмикання муфти Haldex.

Датчики, розташовані в корпусі муфти Haldex

В одному загальному корпусі датчика знаходяться чутливі елементи, що реагують на зміну тиску та температури масла. Вимірювання температури проводиться у вигляді чутливого елемента з негативним температурним коефіцієнтом. Тиск вимірюється за допомогою чутливого елемента із тензорезисторами (DMS), включеними за схемою моста. Зміна тиску призводить до зміни омічного опору (R) тензорезисторів. У діапазоні до 100 бар робочий тиск змінюється регулятором N373 відповідно до режимів руху автомобіля. Дані вимірювання тиску та температури масла використовуються при виборі режимів включення муфти.

Електронасос муфти Haldex (V181)

Електронасос V181 постійно підкачує олію в живильну магістраль, підтримуючи в ній тиск, необхідний для швидкого замикання муфти. Цей насос працює постійно в процесі експлуатації автомобіля, забезпечуючи надійне заповнення гідравлічної системи олією.

Регулятор тиску керування муфтою (N373)

Керування муфтою

Нижче розглянуті процеси, що протікають у гідравлічній системі муфти за різних режимів руху автомобіля. Спочатку описуються процеси, що відбуваються при включенні запалювання та при переведенні двигуна на повне навантаження.

Процеси в системі керування при включенні запалювання

Якщо запалення увімкнено, але сигнал про обертання валу двигуна не надійшов, тиск у гідравлічній системі керування відсутній. Пружини всіх клапанів розслаблені. Тиск у системі не створюється, олія не прокачується.

Процеси в системі керування при повному навантаженні двигуна

При повному навантаженні двигуна золотник регулятора тиску N373 повністю перекриває потік олії. При цьому регулювання робочого тиску не провадиться. На робочий поршень діє повний тиск, який створюється насосними поршнями. Впускні клапани перекривають прохід олії з насосних циліндрів у напрямку до електронасоса та гідроакумулятора. Нагнітальні клапани відкриваються при подачі масла насосними поршнями у напрямку до робочого поршня і закриваються при відході насосних поршнів слідом за кулачками, що збігають. У цьому створюється силовий зв'язок провідного валу муфти з веденим валом. Максимум робочого тиску залежить від затягування пружини запобіжного клапана. Цей клапан відкривається при тиску 100 бар, перепускаючи масло на злив через гідроакумулятор

У разі типовими режимами руху є інтенсивний розгін чи заїзд передніми колесами на лід. При цьому різко збільшується різниця частот обертання передніх і задніх коліс і виникає необхідність передачі великого крутного моменту на задні колеса.

Процеси в системі управління при роботі двигуна на холостому ході

Приведення гідравлічної системи до робочого стану:

● Увімкнення запалювання, частота обертання колінчастого валу перевищує 400 об/хв.
● Блок управління повним приводом J492 розпізнає ситуацію та виробляє команду на увімкнення електронасоса муфти Haldex V181. Насос починає працювати і піднімає тиск живлення до заданого рівня (3,2 бар у автомобіля Golf моделі 2004 року та 3,8 бар у автомобіля Transporter моделі 2004 року).
● Оскільки відсутня різниця частот обертання передніх та задніх коліс, насосні поршні не діють.
● Впускні клапани відкриваються під дією тиску живлення, що поширюється на насосні циліндри.
● Тиск живлення поширюється також через відкритий регулятор тиску керування муфтою N373 до робочого поршня.
● Диски муфти піднімаються зусиллям, створеним робочим поршнем.
● В результаті гідравлічна система швидко і повністю заповнюється маслом і таким чином наводиться в робочий стан.

Процеси в системі керування при часткових навантаженнях двигуна

Стан гідравлічної системи на робочих режимах
● У гідравлічній системі олія знаходиться під певним тиском живлення.
● За певних умов руху автомобіля виникає різниця частот обертання передніх та задніх коліс.
● Насосні поршні рухаються і нагнітають масло під тиском у керуючу магістраль.
● Під час подачі масла впускні клапани закриваються.
● Нагнітальні клапани відкриваються, пропускаючи масло під тиском до робочого поршня.
● Робочий поршень передає тиск через ролики та завзятий диск на пакет муфти, стискаючи їх.
● Регулятор тиску управління муфтою N373 перекриває керуючу магістраль або випускає частину масла з неї на злив відповідно до команд, які виробляє блок керування повним приводом J492.
● Таким чином, муфта повністю або частково замикається залежно від умов руху автомобіля. При цьому на задні колеса передається момент, що крутить, відповідно до потреби.

Читайте також про повнопривідну муфту Haldex покоління V.