История развития полного привода (4WD) в автомобилях компании HONDAКонструктивные особенности Dual Pump System (DPS)
Вступление
Две модели автомобилей компании "Хонда", продаваемых в Европе, Honda CR-V(ставшая бестселлером) и Honda HR-V, оборудованы RealTime 4-wheel Drive. Это значит - передача вращения от двигателя к задним колесам осуществляется только в тех случаях, когда это необходимо, т.е. при пробуксовке передних, постоянно ведущих, колес. Во всех остальных случаях, колеса задней оси просто катятся по дороге. Наиболее распространенный способ реализации RealTime 4-wheel Drive в автомобилях с постоянным передним приводом - установка вязкостной муфты в приводе задних колес. На автомобилях Honda CR-V и Honda HR-V впервые применена Dual Pump System или DPS (которая не имеет практически ничего общего с вискомуфтой).
Принимая во внимание популярность указанных моделей, хотелось бы еще раз остановиться на теме, интересующей многих: какова "логика" и конструкция механизма "анализирующего" условия движения (при полном отсутствии электроники) и обеспечивающего передачу мощности и крутящего момента на задние колеса автомобиля?
Мы ориентировались на широкий круг читателей и, потому, помимо изложения принципа действия, конструкции и функционирования системы DPS, первая часть статьи посвящена истории полноприводных моделей компании Honda (за исключением производившихся совместно с компаниями ISUZU и Land Rover) и изложению базового теоретического материала, необходимого для понимания дальнейшего изложения.
Эта статья - первая попытка нашей компании создания подобных "образовательных" материалов для WWW. Так как мы придерживаемся мнения "Лучше один раз увидеть и один раз прочесть", описание, приведенное ниже,содержит 34 иллюстрации и фотографии (общий размер графических файлов около 350 Kb), призванных помочь пониманию изложенного. Надеемся, Вы не пожалеете о времени, потраченном на их загрузку. Будем благодарны, если Вы пришлете свои отзывы, пожелания и замечания по адресу techno honda.com.ua. Желаем интересного времяпровождения.
История полного привода
История полного привода: Civic Shuttle '84Модели автомобилей Honda, оборудованные полным приводом, начали продаваться в Европе еще в 1984 году. Первенцем в этом направлении стал Honda Civic Shuttle имевший PartTime 4-wheel Drive.
Передача мощности на все колеса нормально переднеприводного автомобиля происходила по команде водителя. Нажатие кнопки с символом 4WD на передней панели активизировало электрическую, а затем пневматическую схемы. Исполнительное вакуумное устройство изменяло положение специальной блокирующей муфты, расположенной в коробке передач. Передача мощности и крутящего момента начинала происходить на задние колеса автомобиля. Недостатком такой конструкции было отсутствие межосевого дифференциала, что не позволяло включать полный привод на дороге с "не скользким" покрытием (назначение межосевого дифференциала будет объяснено далее).
Производство модели было прекращено в 1987 году.
История полного привода: Civic и Civic Shuttle'88.
С 1988 года, в течении 4-х лет, в автосалонах Хонда можно было увидеть (и даже купить) обновленные Civic 4d (седан), Civic 3d (хетчбек) и Civic Shuttle (универсал). Некоторые модели седана и универсала, с двухрычажной передней подвеской, двигателями 1.5 или 1.6 литра с системой последовательного впрыска топлива PGM-FI и шестнадцатиклапанным газораспределительным механизмом (16 valve), отличались наличием RealTime 4-wheel drive, выполненным на основе вискомуфты. Конструктивное исполнение полного привода, а именно местоположения вискомуфты, зависело от наличия или отсутствия антиблокировочной системы (ABS) в составе рабочей тормозной системы. На автомобилях с антиблокировочной системой вискомуфта устанавливалась вместо дифференциала, выполняя функцию межосевого и межколесного дифференциалов повышенного трения (такая конструкция позволяет автомобилю двигаться даже при диагональном вывешивании!). На автомобилях, не оборудованных ABS, не было смысла усложнять конструкцию - вискомуфта делила карданный вал на две части и передавала вращение на заднюю ось являясь, при этом, еще и межосевым дифференциалом повышенного трения.
Связь между RealTime 4-wheel Drive и ABS простая: одна система не должна мешать работе другой системы. Если функционирует ABS, автомобиль должен быть переднеприводным. Отключение механизма полного привода происходило по команде блока управления системой ABS, т.е. в состав механизма входило устройство, так называемое DogClutch, позволяющее это выполнять.
История полного привода: Civic'92. С 1992 по 1995 год включительно, Honda Civic выпускалась с кузовами седан, хетчбек и купе. В полноприводном исполнении - только седан. Реализация RealTime 4-wheel Drive не имела принципиальных отличий от моделей 1988 года.
С 1996 года модель Civic в полноприводном исполнении для европейского рынка не производилась.
Сегодня: CR-V & HR-V.
Если, повстречав на дороге Honda Civic 1984 года потерявший все эмблемы, позволяющие "идентифицировать" производителя транспортного средства, только приверженец и знаток Honda определит что это за автомобиль, то CR-V и HR-V сегодня, кажется, узнают все.
Это не внедорожники. CR-V и HR-V это многофункциональные автомобили "на каждый день", великолепно подходящие для ежедневной езды по городу, поездок за город и длительных путешествий "на краешек земли". Одна из интересных особенностей этих моделей - функция RealTime 4-wheel Drive, реализованная на основе двух "стандартных" масляных насосов и анализирующая условия движения без использования электроники.
Теория, необходимая для изучения конструкции и функционирования механизма привода задних колес:
Назначение дифференциала
Особенностью четырехколесного транспортного средства (да и не только четырехколесного) является тот факт, что при выполнении поворота, все колеса движутся по собственным, не совпадающим друг с другом, траекториям. Как показано на рисунке, все четыре колеса автомобиля (зеленое, желтое, красное и синее) оставляют собственные следы на сером полотне дорожного покрытия. Отличие в траекториях приводит к отличиям в длине пути, преодолеваемом каждым колесом, что, в свою очередь, возможно только при различных скоростях вращения последних.
Так как невозможно на одной цельной оси жестко закрепить два колеса вращающихся с разными скоростями, ось делят на две части которые соединяют между собой дифференциалом. Дифференциал позволяет передавать вращение от двигателя к ведущим колесам, вращающимся с разными скоростями. Такой дифференциал называют межколесным. В автомобилях с полным приводом, межколесных дифференциалов два: передний (1) и задний (2).
Не вдаваясь в подробности описания устройства и функционирования дифференциала, хотим заметить: скорость вращения корпуса дифференциала, к которому собственно и передается вращение от двигателя в первую очередь (и только потом к полуосям и колесам), совпадает со скоростью вращения ведущих колес, если автомобиль движется по прямой, и составляет среднеарифметическое от скоростей вращения правого и левого колес, если автомобиль движется по дуге. Если вновь обратиться к рисунку, станет очевидно: скорость вращения корпуса дифференциала 1 отличается от скорости вращения корпуса дифференциала 2 (так как передние колеса движутся по траекториям с большими радиусами, чем задние). Для обеспечения непрерывной передачи мощности от двигателя к передним и задним колесам устанавливают еще один дифференциал, называемы межосевым (3).
Из этого раздела необходимо запомнить следующее: полноприводной автомобиль должен иметь устройства, позволяющие передавать мощность от двигателя к осям или колесам автомобиля, вращающимся с разными скоростями. В противном случае, будут существовать ограничения по состоянию дорожного покрытия когда полный привод может быть включен.
Функционирование масляного насоса
Масляный насос роторного типа, как правило, состоит из трех основных частей: корпуса, внутреннего и внешнего колец. Внешнее кольцо располагается с некоторым эксцентриситетом относительно внутреннего (т.е. центры колец не совпадают). Вращение колец приводит к изменению объема каждой ячейки, образованной внутренней поверхностью наружного и внешней поверхностью внутреннего колец. Как видно из рисунка, при вращении колец по часовой стрелке, происходит образование ячейки (точка 1), ее перемещение с увеличением объема (точки 2 и 3), достижение максимального объема (точка 4), уменьшение объема (точки 5 и 6). В точке 7 ячейка практически не существует. Если в точках 1, 2 и 3 корпуса насоса выполнить канал (назовем его каналом всасывания), соединяющийся с емкостью с маслом, прохождение ячейкой этих точек будет сопровождаться ее наполнением. Далее, если в точках 5, 6 и 7 в корпусе насоса выполнить еще один канал (назовем его каналом нагнетания), прохождение ячейкой этих точек будет сопровождаться выдавливанием масла в канал. Вот мы и получили насос. Вращение колец приводит к непрерывному образованию ячеек, увеличению и уменьшению их объема, и исчезновению. Через канал всасывания будет происходить заполнение ячеек, увеличивающих свой объем, маслом. Через канал нагнетания будет происходить выход масла из ячеек, уменьшающих свой объем. Чем быстрее вращаются кольца насоса, тем интенсивнее происходит всасывание и нагнетание масла и тем выше производительность насоса.
Функционирование многодискового сцепления
Что такое сцепление? В соответствии с определением, которое можно найти в любом учебнике водителя, сцепление предназначено для кратковременного разъединения коленчатого вала двигателя и первичного вала коробки передач. Другими словами, сцепление позволяет прекратить передачу вращения (передачу мощности и крутящего момента)от двигателя к колесам автомобиля.
Устройство и функционирование сцепления легко понять представив себе два диска, прижатых друг к другу некой третьей силой и вращающихся как единое целое. Если "третья сила" перестанет действовать, диски получат возможность вращаться независимо друг от друга. Пусть один диск приводится во вращение двигателем, второй диск соединен с валом коробки передач. Прижатие одного диска к другому сделает возможным передачу вращения к валу коробки передач и, далее, к колесам.
Многодисковое сцепление представляет собой несколько наборов описанных пар дисков.
На рисунке изображено многодисковое сцепление с гидравлическим приводом. Элементы, выделенные красным цветом это ведущий вал и ведущие диски сцепления (диски обведены черной линией). Элементы, выделенные синим цветом - ведомый вал и ведомые диски сцепления (ведомые диски так же обведены черной линией). Салатовым цветом выделен гидравлический привод. Розовым цветом в гидравлическом приводе обозначен объем, куда нагнетается масло при включении сцепления.
При отсутствии гидравлического давления отсутствует "третья сила" и ведущие и ведомые диски могут вращаться независимо друг от друга. При нагнетании масла в гидравлический привод, поршень привода перемещается в направлении дисков сцепления (направление перемещения поршня указано двумя горизонтальными стрелками) прижимая диски друг к другу. Сцепление включается и начинается передача вращения от ведущего вала к ведомому.
DPS (Dual Pump System): Принцип действия
На этом рисунке изображены элементы, приводящие автомобиль в движение: двигатель, коробка передач, колеса, четыре полуоси, карданный вал, механизм привода задних колес (обозначенный буквами DPS) и полуоси. Так как предметом нашего разговора является DPS, теперь, мы точно знаем место его положения.
Более того, ранее изученной теории нам достаточно для того, чтобы самостоятельно создать
Возмем два маслянных насоса и соединим их последовательно (т.е. друг за другом).
При равной частоте вращения обоих масляных насосов имеет место "равномерная" циркуляция масла, т.е. отсутствуют области с повышенным и пониженным давлением. Измерители давления 1 и 2 показывают равное давление (поэтому весь гидравлический контур выделен одним цветом).
В случае, когда частота вращения первого насоса превышает частоту вращения второго насоса, масло, нагнетаемое первым насосом не расходуется полностью вторым насосом. Измеритель давления 2 показывает повышенное давление (трубка выделена красным цветом). На вход первого насоса должно поступать больше масла, чем нагнетается вторым насосом. Измеритель давления 1 показывает пониженное давление (трубка закрашена синим цветом).
Аналогичная ситуация возникнет, если частота вращения первого насоса будет меньше, чем частота вращения второго масляного насоса. Только теперь, измеритель давления 1 будет фиксировать повышенное давление, а измеритель давления 2 - пониженное.
Представьте, что насос номер 1 приводится во вращение передней осью автомобиля, а насос номер 2 - задней осью. При движении по прямой с постоянной скоростью по асфальтированной дороге, оба насоса вращаются с равными скоростями. В гидравлической схеме отсутствуют области пониженного или повышенного давления. Если передние колеса начинаю буксовать (например на льду), передняя ось начинает вращаться быстрее чем задняя и производительность 1-го насоса становится больше чем производительность 2-го насоса. Установив многодисковое сцепление, подобное изученному ранее, в механизме привода задних колес автомобиля и организовав подачу к нему масла из области с повышенным давлением, можно обеспечить передачу мощности (от двигателя или передней оси) к задним колесам, т.е. автомобиль станет полноприводным.
Вот так функционирует система DPS устанавливаемая на CR-V и HR-V.
DPS: конструкция
Весь последующий материал для тех, кто хочет знать больше, чем только принцип действия DPS
Определим элементы, входящих в состав механизма привода задних колес. Рисунок ниже - это разрез механизма, раскрашенный разными цветами. Тонами серого цвета выделены элементы, присущие любому заднеприводному автомобилю: главная передача, дифференциал и корпус, в котором это все находится. Красным цветом выделены полости в которых может находиться масло в процессе работы (масло не заполняет весь свободный объем). Остальные цвета (салатовый, синий и желтый) применены для выделения элементов DPS.
Вполне допускаем, что для человека не знакомого с механикой и чтением технических рисунков, приведенное изображение является больше непонятной комбинацией различных цветов нежели информативным дополнением описания. Основные знания, которые Вы должны получить после просмотра рисунка, следующие:
- существует некоторое устройство, называемое DPS, расположенное в корпусе механизма привода задних колес автомобиля.
На фотографиях, приведенных ниже, мы попытались отобразить процесс разборки механизма привода задних колес.
На рисунке показан механизм привода задних колес, устанавливаемый на модели CR-V и HR-V. Сопоставив это изображение с рисунком 12 "DPS-место положения" становятся понятными места крепления коленчатого вала и полуосей. Для вашего удобства, с точки зрения восприятия информации, мы дублируем рисунок 12 в сочетании с фотографией интересующего нас механизма.
Механизм привода задних колес, со снятой передней частью корпуса:
фланец крепления коленчатого вала (1);
основная "механическая" часть системы DPS - многодисковое сцепление с гидравлическим приводом (2);
основная "гидравлическая" часть системы DPS - устройство, внутри которого расположены передний и задний насосы и гидравлическая схема управления (3);
корпус дифференциала (4).
Снято:
ведущая часть многодискового сцепления (1);
два диска сцепления: ведущий (2) и ведомый (3).
Снято:
ведомая часть многодискового сцепления (1) устанавливаемая на шлицах на ведомый вал;
комплект дисков сцепления (2);
ведущий диск сцепления (3), устанавливаемый в комплекте дисков последним и передающий вращение к первому масляному насосу посредством втулки (на фотографии не видна).
Гидравлическая часть системы DPS отделена от корпуса дифференциала. Ведомый вал проходит сквозь гидравлическую часть, приводя во вращение задний масляный насос посредством стального штыря (на фотографии не показан).
Гидравлическая часть развернута на 90 градусов по часовой стрелке.
Снят поршень привода многодискового сцепления.
Гидравлическая часть состоит из трех "слоев"
Первые два "слоя" повернуты на 90 градусов. Виден передний (1) и задний (2) масляные насосы.
Передний масляный насос - 1;
Термоклапан - 2;
Редукционный клапан - 3;
На этом рисунке изображена гидравлическая схема (все ее элементы залиты розовым цветом). Красным цветом выделены ведущий вал (приводимый во вращение от передней оси автомобиля) и элементы многодискового сцепления, вращающиеся вместе с ним. Синим цветом - ведомый вал (приводящий во вращение дифференциал и задние колеса автомобиля) и связанные с ним элементы сцепления.
Многодисковое сцепление, являющееся передаточным звеном между ведущим и ведомым валами, приводится в действие гидравлическим приводом (выделен салатовым цветом). В большинстве случаев (в каких именно случаях будет рассмотрено далее), когда скорости вращения переднего и заднего насосов отличаются более чем на 2.5 %, давление в гидравлической системе повышается до величины, достаточной для включения сцепления и крутящий момент от двигателя передается на задние колеса.
DPS: функционирование.
Движение вперед с постоянной скоростью (2WD).
При движении автомобиля вперед с постоянной скоростью передние и задние оси автомобиля вращаются с равными скоростями. Производительности переднего и заднего насосов совпадают. Отсутствие областей повышенного и пониженного давлений приводит к циркуляции масла по замкнутому контуру. Часть масла поступает на смазывание дисков сцепления, подшипников и т.д.
Запомним: при движении автомобиля вперед с постоянной скоростью обеспечивается привод только на передние колеса - режим 2WD.
Движение вперед с ускорением (4WD).
Во время начала движения, либо при разгоне, если скорость вращения передних колес превысит скорость вращения задних колес, передний насос будет вращаться с большей скоростью и иметь большую производительность по сравнению с задним насосом.
В такой ситуации, масло, нагнетаемое передним насосом на вход заднего насоса, не откачивается задним насосом полностью. "Избыточное" количество масла, проходя несложную гидравлическую схему, поступает в цилиндр гидравлического привода многодискового сцепления (выделено более насыщенным тоном красного цвета). Сцепление включается, обеспечивая передачу крутящего момента от карданного вала к задней оси.
Запомним: во время начала движения либо при разгоне может обеспечиваться привод на все колеса автомобиля - режим 4WD.
Движение вперед с замедлением (2WD).
При движении вперед и торможении двигателем возможны случаи, когда задние колеса вращаются быстрее чем передние и, соответственно, производительность заднего насоса больше чем переднего. В такой ситуации, масло, нагнетаемое задним насосом на вход переднего насоса, не откачивается передним насосом полностью. "Избыточное" количество масла, проходя гидравлическую схему, НЕ поступает в цилиндр гидравлического привода многодискового сцепления а возвращается в масляный поддон(выделено более насыщенным тоном красного цвета).
Запомним: при движении вперед и торможении двигателем обеспечивается привод только на передние колеса автомобиля - режим 2WD.
Движение назад с ускорением (4WD)
При движении задним ходом в режиме старт/разгон передние колеса могут вращаться с большей скоростью, нежели задние. В такой ситуации масло, нагнетаемое передним насосом на вход заднего насоса не откачивается задним насосом полностью. "Избыточное" количество масла, проходя гидравлическую схему, поступает в цилиндр гидравлического привода многодискового сцепления (выделено более насыщенным тоном красного цвета). Сцепление включается обеспечивая передачу крутящего момента от карданного вала к задней оси.
Запомним: при движении задним ходом в режиме старт/разгон может обеспечивается привод на все колеса автомобиля - режим 4WD.
Движение назад с постоянной скоростью (2WD)
При движении автомобиля задним ходом с постоянной скоростью передние и задние колеса вращаются с равными скоростями. Производительность заднего насоса соответствует производительности переднего насоса. Масло циркулирует по замкнутому контуру.
Запомним: при движении задним ходом с постоянной скоростью обеспечивается привод только на передние колеса автомобиля - режим 2WD.
Движение назад и торможение двигателем (4WD)
При движении автомобиля задним ходом и торможении двигателем скорость вращения передних колес может быть меньше, чем скорость вращения задних. В такой ситуации, масло, нагнетаемое задним насосом на вход переднего насоса, не откачивается передним насосом полностью. "Избыточное" количество масла, проходя гидравлическую схему, поступает в цилиндр гидравлического привода многодискового сцепления (выделено более насыщенным тоном красного цвета).
Запомним: при движении задним ходом и торможении двигателем может обеспечиваться привод на все колеса автомобиля - режим 4WD.
Защита от перегрева
Гидравлическая схема системы DPS обладает функцией защиты от выхода из строя в результате перегрева.
При работе полного привода, температура масла, подаваемого в цилиндр гидравлического привода многодискового сцепления, контролируется термоклапаном. При увеличении температуры масла до определенного "критического" значения, термоклапан обеспечит сброс масла в поддон. Произойдет отключение сцепления и прекращение передачи крутящего момента на задние колеса автомобиля. Восстановление работы полного привода произойдет только после охлаждения масла до температуры, ниже "критической".
Запомним: при увеличении температуры масла до определенного значения отключение полного привода произойдет независимо от разницы скоростей вращения передней и задней осей автомобиля.
Защита от превышения рабочего давления.
Гидравлическая схема системы DPS обладает функцией защиты от выхода из строя в результате превышения допустимого давления.
При работе полного привода, давление масла, подаваемое в цилиндр гидравлического привода многодискового сцепления, контролируется редукционным клапаном. При увеличении давления масла до определенного "критического" значения, редукционный клапан обеспечит сброс масла в поддон. Произойдет кратковременное отключение сцепления и прекращение передачи крутящего момента на задние колеса автомобиля. Восстановление работы полного привода произойдет сразу после снижения давления масла до определенного значения.
Запомним: при увеличении давления масла до определенного значения произойдет отключение полного привода.
Особенности эксплуатации
Если Вы владелец Honda CR-V или HR-V, Вам должны быть интересны некоторые особенности эксплуатации этих моделей.
Наличие системы DPS на Вашем автомобиле накладывает определенные ограничения на эксплуатацию автомобиля, транспортиро