Auta 4×4 z automatycznie dołączanym tylnym napędem wypierają z rynku klasyczne auta 4×4 ze skrzynią rozdzielczą i reduktorem. Zmiany te wymusza potrzeba dążenia do niższej masy aut, tańszej produkcji oraz rosnący popyt. Dzisiaj postaram przybliżyć się popularne rozwiązania stosowane obecnie oraz omówić wady i zalety napędu 4×4.

Idealny napęd 4×4 nie istnieje. Zaletąjednych są prostota, niska masa i niska cena, inne są skomplikowane i drogie,za to dużo sprawniejsze. Jedne dobrze spisują się w ciężkich autach terenowych,inne pasują do samochodów rekreacyjnych o sportowym charakterze. Jeszcze innecechują się wyjątkową uniwersalnością i można je spotkać w autach o różnymprzeznaczeniu. W kręgach leśników najwyżej ceniony jest oczywiście centralnymechanizm różnicowy z reduktorem lub dołączany przedni napęd z reduktorem. Alei one mają swoje wady. Pewne jest jedno – napęd 4×4, chociaż nieco cięższy,droższy i mniej ekonomiczny, w każdej postaci pomaga zapanować kierowcy nadpojazdem tym lepiej, im bardziej warunki odbiegają od optymalnych. Samochodywyposażone w układ napędowy 4×4 to specyficzna grupa pojazdów, których zaletydocenia duża grupa kierowców, w tym leśnicy. Dla użytkowników chcących poruszaćsię swoimi pojazdami po drogach nieutwardzonych, w ciężkim terenie i po lesie,zalet napędu wszystkich kół nie trzeba reklamować. Jednak od dłuższego czasu narynku oferowana jest duża ilość modeli aut 4×4 w pełni szosowych, które nienadają się do jazdy terenowej. Część kierowców nie zdaje sobie sprawy zkorzyści używania takich samochodów, ale również nie wiedzą o niedogodnościach.

Automatycznie dołączany napęd tylnej osi

To stosunkowo proste w budowie rozwiązaniejest domeną małych samochodów osobowych i rekreacyjno-sportowych nazywanychobecnie SUV. Pierwszym automatycznie uruchamianym układem napędowym jest tenwykorzystujący sprzęgło wiskotyczne. Prekursorem był napęd Syncro stosowany wVW. Później pojawiły się układy napędowe, w których załączanie drugiego napęduodbywa się za pomocą prądu i elektromagnesu. Poddając analizie rozwój układównapędowych 4×4, można zauważyć, że zastosowanie w nich sprzęgieł wiskotycznychprzyczyniło się do rozwoju i popularyzacji samochodów 4×4. Prosta konstrukcjatego typu napędu i co za tym idzie niska cena spowodowała, że napędy 4x4zaczęły być stosowane zarówno w pojazdach terenowych czy sportowych, jak i wmałych samochodach osobowych i vanach. Atutem automatycznie sprzęgających sięukładów 4×4 jest bez wątpienia niski nakład kosztów produkcji i łatwość zastosowaniatakiego układu w każdego typu pojazdach. Auto z takim rodzajem napędu będzielepiej prowadzić się w zakrętach oraz podczas pokonywania nieutwardzonych drógniż pojazd z napędem na jedną oś. Jednocześnie zapewnia to wyższy poziombezpieczeństwa. Na tle innych układów napędowych rozwiązanie to posiada jednakrównież wiele wad. Przede wszystkim jego działanie jest zbyt wolne, choć napędytego typu uzbrojone w elektronikę stają się coraz skuteczniejsze. Napęd natylną oś pojazdu załącza się dopiero po wystąpieniu uślizgu którejś z osi. Wniektórych sytuacjach może to skutkować nie kontrolowanym poślizgiem itrudnością utrzymania toru jazdy. Samochody ze sprzęgłem wiskotycznym niesprawdzą się również w trudnym terenie. Długotrwałe i duże różnice prędkościobu osi, występujące np. podczas próby pokonania przeszkody błotnej, mogąskutkować przegrzaniem się oleju w sprzęgle i utratą napędu 4×4.

Rodzaje sprzęgieł wielopłytkowych

Wiskotyczne – najczęściej stosowanerozwiązanie ze względu na niskie koszty i prostotę budowy. Wielopłytkowesprzęgło lepkościowe wypełnione gęstym olejem przenosi moment obrotowy na drugąoś automatycznie, ale dopiero przy sporej różnicy prędkości obrotowychprzednich i tylnych kół. Z racji ograniczonej wytrzymałości raczej nie montujesię go w autach dużych i ciężkich, z silnikami o pokaźnej mocy.
Elektromagnetyczne – wielopłytkowymechanizm działa na zasadzie elektromagnetycznej. Załącza się wówczas, gdypowstaje różnica obrotów między przednimi i tylnymi kołami. Sprzęgło można zablokowaćmechanizmem krzywkowym w proporcji 50-50%.
Elektromechaniczne – system stosowanym.in.przez Fiata i Suzuki. Sterownik z mikroprocesorem steruje sprzęgłem napodstawie danych z czujników śledzących ruch samochodu.Sprzęgło tego typu możeprzenosić duże obciążenia, a precyzyjne sterowanie pozwala na osiągnięcie dużejprędkości działania. W BMW (system xDrive) elektronika otrzymuje dodatkowe danez ESP, a układ hamulcowy może blokować mechanizmy różnicowe obu osi.

Podsumowanie wad i zalet napędu 4×4

Zalety:
+Lepsza stabilność podczas pokonywaniazakrętów, szybko wykonywanych manewrów oraz jazdy na wprost.
Jest to podstawowa i fundamentalna zaleta4x4 (z wyłączeniem napędu 4×4 bez centralnego mechanizmu różnicowego). Każde zkół pojazdu dysponuje ograniczonym zapasem przyczepności, a więc może przenieśćna styku opony z drogą pewną określoną siłę, której użyjemy do hamowania,przyspieszania lub skręcania. Jednak często przyczepność opony wykorzystujemydo dwóch manewrów naraz, np. przyspieszania i skręcania. Ponieważ w trakcieskręcania z dużą prędkością pojazdu wykorzystujemy całą przyczepność przednichkół, to na przekazanie siły napędowej przez te same koła nie będzie zapasuprzyczepności. Z taką sytuacją mamy do czynienia w pojazdach przednionapędowych.W pojazdach AWD, w związku z tym, że wykorzystujemy w przybliżeniu tylko 25%przyczepności opony na realizowanie napędu samochodu, na manewr skręcaniazostaje nam więcej zapasu. Podobną sytuację mamy podczas hamowania silnikiem.Moment hamujący rozkładany jest na cztery, a nie tylko na dwa koła, więchamowanie silnikiem odbywa się płynniej i bardziej stabilnie. To zjawiskowyraźnie odczujemy podczas zwalniania w zakręcie.
+Lepsza zdolność poruszania się ponawierzchni o niskim współczynniku przyczepności.
+Każdy pojazd z napędem czterech kół będzieosiągał lepszą trakcję na nawierzchniach o niskim współczynniku przyczepnościaniżeli jakiekolwiek pojazd z napędem jednej osi. Uwarunkowane jest to lepszymstosunkiem siły napędowej do uzyskanej przyczepności. Innymi słowy wsamochodach 4×4 wykorzystywana jest przyczepność wszystkich kół, ponieważ dowszystkich kół doprowadzana jest siła napędowa, która dzielona jest na czterykoła, a nie tylko na dwa.
+Lepsza zdolność pokonywania wzniesień.
+Napęd 4×4 jest nieoceniony w sytuacjach,gdy samochód musi pokonać wzniesienie o trudnej nawierzchni (piasek, błoto,śnieg czy lód). Jest to efekt dobrze dociążonej osi napędowej tylnej podczasjazdy pod górkę i wspomagającej jej osi napędowej przedniej.Lepsza zdolność poruszaniasię po nierównych drogach.
+Tą cecha jest szczególnie istotna dlapojazdów „uterenowionych” typu SUV i Crossover oraz pojazdów typowo terenowych.

Wady:
-Bardziej skomplikowana konstrukcja.
W stosunku do samochodów jednonapędowychukład 4×4 jest rozbudowany o takie elementy, jak: dodatkowy most i wałnapędowy, skrzynia rozdzielcza, półosie napędowe. Wiąże się to ze zwiększeniemmasy pojazdu i zmniejszeniem przestrzeni w środku pojazdu.
-Zwiększenie hałasu i ewentualnychwibracji.
Dodatkowe podzespoły wykonujące ruchobrotowy w układzie napędowym są źródłem hałasu i wibracji.
-Mniejsza sprawność układu.
Większa ilość napędzanych podzespołówpowoduje większe straty mocy i w efekcie mniejszą siłę napędową uzyskaną nakołach.
-Zwiększone prawdopodobieństwo awarii iwiększe koszty serwisowania.
Większa liczba elementów w układzienapędowym zwiększa liczbę potencjalnych awarii układu napędowego oraz podnosikoszty serwisowania samochodu. Zakres przeglądów okresowych powiększony jestnp. o wymianę olejów przekładniowych w mostach i skrzyni rozdzielczej.
-Podwyższenie zużycia paliwa.
Większa liczba elementów, które silnik musiwprowadzić w ruch oraz opory ruchu poszczególnych części w układzie napędowychowocuje większym zużyciem paliwa. W pojazdach 4×4 często stosowane są silniki owiększej pojemności skokowej i mocy aniżeli w pojazdach napędem jednej osi.
-Wyższa cena pojazdu.
W związku z tym, że konstrukcja samochodu4x4 jest bardziej skomplikowana niż FWD lub AWD, jego cena jest odpowiedniowyższa. O wysokiej cenie aut 4×4 decyduje również ogólna opinia o większymprestiżu takich samochodów.

Centralne mechanizmy różnicowe nowego typu

Super Handling AWD – powstał przy okazji produkcji Hondy Legend. Składa się zzestawu trzech przekładni planetarnych ze sprzęgłami przy tylnej osi. Pierwszato przyspieszacz – przejmuje moment obrotowy od silnika i rozdziela go na obakoła tylnej osi. Tam moment trafia na kolejne przekładnie. SH bardzo dobrzespisuje się przy ostrej, dynamicznej jeździe, ale jest dość ciężki.
4Matic – Mercedes Benz korzysta z trzechmechanizmów różnicowych. Koła tylne otrzymują 55% momentu obrotowego, przednie44%. Funkcję blokad pełnią hamulce. Koła, które obracają się zbyt szybko, sąhamowane. W ciężkim terenie tarcze, klocki i piasty mogą się przegrzewać.
Mechanizm Thorsena – rodzaj przekładniwyposażonej w trzy pary ślimakowych kół zębatych, która automatycznie rozdzielamoment obrotowy między osiami. Takie rozwiązanie stosuje między innymi AlfaRomeo, Subaru i Audi.
Układy mieszane – Subaru specjalizuje się wsymetrycznych układach napędowych, w których zarówno przednia, jak i tylna ośotrzymuje 50% momentu napędowego. Przykładem może być centralny mechanizmróżnicowy modelu WRX STI, dodatkowo rozbudowany o przekładnię planetarną orazdwa wielopłytkowe sprzęgła cierne spełniające funkcję blokad. Jedno z nichuruchamiane jest mechanicznie (krzywkowo), drugie – elektromagnetycznie.Kierowca decyduje o sile działania blokad.
Haldex – najłatwiej spotkać w autach markiVolvo oraz różnych modelach koncernu Volkswagen. Dobra relacja międzysprawnością działania, ceną i masą. To rodzaj pompy krzywkowej na wale osinapędzanej. Moment obrotowy prowadzony do drugiej osi przenoszony był z obudowypompy. W drugiej generacji zwiększono prędkość działania. Upustowy zawórliniowy zastąpiono elektromagnetycznym zaworem proporcjonalnym. Napęd na drugąoś wciąż przekazywany był dopiero przy zdecydowanej różnicy obrotów kółprzedniej i tylnej osi. Haldex trzeciej generacji zyskał jeszcze na prędkościdziałania. Zastosowano dodatkową pompę utrzymującą wstępne ciśnienie w układziehydraulicznym.
W czwartej generacji zrezygnowano z pompykrzywkowej, zastępując ją pompą zewnętrzną zasilającą wstępnie układhydrauliczny, specjalny akumulator ciśnienia utrzymuje system w ciągłejgotowości. W normalnych warunkach drogowych, gdy nie ma poślizgu kół, napędzanajest tylko jedna oś, a zatem oszczędza się paliwo. Haldex może też pełnićfunkcję międzyosiowego mechanizmu różnicowego.

Pozdrawiam terenowo.

Sebastian Kołacz

Kolejny artykuł: Suzuki Jimny – godnynastępca Samuraia? w numerze 11/2012