Rodzaje napędów 4×4 – auta terenowe i osobowe

Producenci często nie opisują sposobu działania swojego napędu na wszystkie koła. Dla kupującego może wystarczyć emblemat na klapie ,,4×4”. Nic dziwnego, każdy chciałby pochwalić się napędem na cztery koła z prawdziwego zdarzenia. Jednak różnice w sposobie ich działania są duże. Warto zapoznać się z nimi, gdyż to właśnie one w głównej mierze odpowiadają za walory trakcyjne a tym samym bezpieczeństwo jazdy. Wszystkie układy 4×4 można sprowadzić do trzech typów.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Napęd na cztery koła uruchamiany ręcznie

Auta: Jeep Wrangler, Nissan Patrol, Suzuki Jimny

Napęd z silnika przekazywany jest na jedną oś (najczęściej tylną). Uruchomienie 4×4 następuje w momencie połączenia (w skrzyni rozdzielczej) wałka wprowadzającego napęd na przednią oś z napędem osi tylnej. Takie załączenie napędu powoduje, że przednia i tylna oś mają takie same obroty. Utrudnia to jazdę po asfalcie. Skrzynia rozdzielcza umieszczona jest za skrzynią biegów. Wewnątrz jest przekładnia zębata lub łańcuchowa, wprowadzająca poprzez sprzęgło kołowe napęd na drugą oś. W autach terenowych skrzynia rozdzielcza tworzy zwykle jedną całość z reduktorem, czyli przekładnią umożliwiającą włączenie biegów terenowych (niska prędkość, duży uciąg). Włączanie napędu 4×4 następuje za pomocą dźwigni lub ostatnimi czasy coraz bardziej popularnych pokręteł na kokpicie. W aucie z ręcznie dołączanym napędem na cztery koła, wyróżniamy cztery tryby pracy układu. 2H (2 High) napęd na jedną oś, biegi szosowe, 4H (4 High) napęd na cztery koła, biegi szosowe, 4L (4 Low) napęd na cztery koła, biegi terenowe, N (Neutral) luz.

Zalety: prosta budowa i duża niezawodność (brak elementów, które mogą się łatwo uszkodzić), w jeździe terenowej zapewnia optymalny rozdział momentów na obie osie, bardzo dobra dzielność w terenie

Wady: na drogach o dobrej przyczepności możliwe jest korzystanie wyłącznie z napędu jednej osi, włączanie napędu 4×4 jest możliwe tylko podczas jazdy na wprost, w wielu autach konieczne jest zatrzymanie samochodu.

Stały napęd na cztery koła z centralnym dyferencjałem

Auta: Subaru Impreza, Audi A4 quattro, Mercedes 4Matic, Kia Sorento

To najbardziej skomplikowany i jednocześnie najsolidniejszy typ napędu 4×4. Jednak m.in. ze względu na wysoką cenę i dużą masę rozwiązanie to znajduje zastosowanie tylko w wybranych konstrukcjach. Głównie w autach terenowych i osobowych klasy premium. Układ z centralnym mechanizmem różnicowym zapewnia stały napęd wszystkich kół, co wpływa na poprawę bezpieczeństwa i doskonałą trakcję. Napęd z silnika przekazywany jest do centralnego mechanizmu różnicowego. Następnie rozdzielany jest moment obrotowy na obie osie w proporcji, która wynika z konstrukcji napędu oraz przyczepności kół. Centralny dyferencjał umożliwia dobieranie prędkości obrotowych na obu osiach niezależnie od rozdziału ich momentów. Jest to duży atut napędu tego typu, gdyż  pozwala na utrzymanie odpowiedniej charakterystyki i płynności działania. Nawet bardzo skomplikowane systemy potrafią płynnie regulować rozkład momentów między osiami. Przykład system DCCDw Subaru Imprezie STI, który ma sześć trybów pracy.

Blokada mechanizmu różnicowego

Blokada mechanizmu różnicowego to funkcja stosowana w pojazdach, która zapobiega różnicy prędkości obrotowej między kołami napędzanymi, umożliwiając ich jednoczesne obracanie się z taką samą prędkością. Mechanizm różnicowy standardowo pozwala kołom obracać się z różną prędkością, co jest istotne podczas zakrętów, jednak w warunkach terenowych, np. na śliskiej nawierzchni lub w błocie, takie działanie może prowadzić do utraty trakcji przez jedno z kół. Blokada mechanizmu różnicowego pozwala na zwiększenie przyczepności i lepsze radzenie sobie w trudnym terenie, co jest szczególnie użyteczne w pojazdach terenowych lub off-roadowych.

Centralny mechanizm różnicowy (stożkowy lub planetarny)

Wyróżnić trzeba kilka rodzajów centralnych mechanizmów różnicowych. Najprostsze to klasyczne, stożkowe układy rozdzielające moment obrotowy w proporcji 50:50. Nieco skomplikowane są układy typu planetarnego. Działają asymetryczne, rozdzielając moment obrotowy w nierównomiernych proporcjach (np. 35:65). Układy dają możliwość pełnego blokowania. W autach osobowych 4×4 często są to blokady częściowe (np. sprzęgło wiskotyczne). W niektórych samochodach można samemu regulować siłędziałania blokady centralnego mechanizmu różnicowego. Wpływa to na zmianę rozkładu momentów między osiami.

Centralny mechanizm różnicowy typu Torsen

Nazwa układu pochodzi od słów ,,torque sensing” czyli ,,wyczuwający moment”. Torsen umożliwia samoczynną zmianę rozkładu momentu obrotowego. Jednym z pierwszych modeli z tym napędem było legendarne Audi Quattro. Producent z Ingolstadt wszystkie modele z napędem na cztery koła wyposaża w napęd quatrro (oprócz A3 i TT – Haldex). Takie rozwiązanie w samochodach osobowych sprawdza się doskonale. Automatycznie sterowany napęd 4×4 obsługuje sprzęgło płytkowe. Dołącza ono napęd drugiej osi, ale też umożliwia dzielenie obrotów osi na zakrętach. Przy pełnej sile sprzęgnięcia może dojść do rozdzielenia napędu na osie w stosunku 50:50. W codziennej jeździe na tylną oś przy normalnych warunkach drogowych przekazywane jest kilkanaście procent momentu obrotowego. W momencie wykrycia poślizgu zwiększa się rozdział momentu obrotowego.

Zalety: bezpośrednie (stałe) połączenie obu osi, płynne przenoszenie napędu, poprawa właściwości jezdnych i osiągów auta

Wady: wysoki koszt produkcji, większa masa samochodu, dodatkowa komplikacja konstrukcji, podwyższone zużycie paliwa

Automatycznie dołączany napęd na cztery koła

Auta: Audi A3, Audi TT, Volvo AWD, Skoda 4×4, Ford Kuga,  Volkswagen 4Motion (bez Passata B5)

To na dzień dzisiejszy najpopularniejszy rodzaj napędu na wszystkie koła stosowany w autach osobowych i małych SUV-ach. Napęd przekazywany jest na jedną oś, a druga oś oddzielona jest specjalnym sprzęgiełkiem. W momencie wykrycia utraty przyczepności następuje załączenie sprzęgiełka i przekazanie napędu na pozostałe koła. Układ 4×4 może działać samoczynnie (np. pod wpływem różnic obrotów) lub być sterowany przez komputer. Drugie rozwiązanie umożliwia pracę w kilku trybach: 2WD, 4WD, auto. Samoczynnie sterowane sprzęgiełko to zwykłe sprzęgło wiskotyczne lub sprzęgło operowane hydraulicznie. Nawet najnowocześniejsze układy napędów dołączanych automatycznie zawsze wymagają pewnego czasu na reakcje i stąd pracują mniej płynnie niż układy z centralnym mechanizmem różnicowym. Układy, gdzie sprzęgło zawsze przekazuje pewien napęd na drugą oś również zaliczane są do napędów dołączanych (Haldex IV, xDrive). Warto zaznaczyć, że tu o aktualnym rozkładzie napędów decyduje urządzenie sterujące(hydrauliczne lub elektroniczne), a nie tylko przyczepność i konstrukcja mechaniczna, jak ma to miejsce w przypadku stałych napędów 4×4.

Sprzęgło typu Haldex

Auta: Nissan Qashqai, Renault Koleos, Suzuki SX4, Hyundai Tuscon

Sprzęgło (dołączające tylny napęd) jest ściskane tłoczkiem, na który działa ciśnienie oleju. Z kolei ono wytwarzane jest poprzez pompę, reagującą na różnicę obrotów kół przedniej i tylnej osi. Kiedy obroty przedniej i tylnej osi są takie same, pompa nie działa i napęd trafia na przednią oś. W razie poślizgu ciśnienie pompy zakleszcza sprzęgło. Dodatkowe sterowanie elektroniczne koryguje siłę ścisku. Haldex dzięki dodatkowemu sterowaniu komputerem jest najbardziej zaawansowanym napędem włączanym hydraulicznie.

Zalety: w pełni automatyczna praca w III i IV generacji szybki czas reakcji, płynna zmiana wartości przekazywanego momentu

Wady: w I i II generacji stosunkowo długi czas reakcji, koszt wyższy niż w przypadku sprzęgła wiskotycznego i elektromagnetycznego, jeśli sprzęgło wiskotyczne zmusimy do ciągłej pracy może dojść do jego uszkodzenia.

Sprzęgło sterowane elektrycznie/elektromagnetyczne

Auta: BMW xDrive, Porsche 911 Turbo Występuje w modelach BMW (system xDrive). Sprzęgło płytkowe dołącza napęd przedniej osi a następnie jest zakleszczane silniczkiem elektrycznym, który jest sterowany komputerem. Brak ścisku sprzęgła oznacza napęd tylko tylnej osi. Podczas stabilnej jazdy około 60% napędu przekazywana jest na tył. W chwili poślizgu płynnie zwiększa się transfer napędu na oś przednią. Pełne zakleszczenie sprzęgiełka to rodzaj napędu w proporcji 50:50. Bardzo często spotkać można  sprzęgło elektromagnetyczne. Jest ono stosowane od małych Suzuki SX4 po sportowe Porsche 911 Turbo. Zalety: szybki czas reakcji, wytrzymałość Wady:słaba dzielność w trudnym terenie

Sprzęgło wiskotyczne

Auta: Volkswagen Golf I, II, III Syncro, Fiat Panda 4×4

Jest jednym z najtańszych i najprostszych systemów dołączających drugą oś w układach 4×4. Sprzęgło wiskotyczne działa samoczynnie w momencie różnic prędkości obrotowych. Najczęściej jest montowane przed tylnym mostem, podczas gdy napęd na przednie koła trafia bezpośrednio z silnika (bywa też na odwrót). W chwili poślizgu przednich kół, tarczki sprzęgła połączone z wałem napędowym zaczynają się ślizgać względem tarczek połączonych z tylną osią. Kształt tarczek oraz obecność oleju silnikowego powoduje, iż po wystąpieniu poślizgu, tarczki samoczynnie się sklejają. Wtedy część napędu trafia również na tylną oś. Różnica obrotów tarczek sprzęgła wiskotycznego powoduje ich samoczynne ,,sklejanie”, co automatycznie dołącza napęd drugiej osi.

Zalety: niski koszt prosta budowa, niewielka masa.

Wady: ograniczona wartość przekazywanego momentu i nieprzystosowanie do ciągłej pracy.

Sprzęgło sterowane hydraulicznie

Auta: Jeep Grand Cherokee (Quadra-Drive), Honda CR-V, Honda FR-V Występuje tu pompa hydrauliczna napędzana różnicą prędkości obrotów przedniej i tylnej osi. Kiedy koła osi napędzanej wpadną w poślizg, pompa zaczyna wytwarzać ciśnienie oleju, co powoduje ściśnięcie płytek sprzęgła i przekazanie napędu na drugą z osi. Różnica w stosunku do systemu Haldex, to brak dodatkowego sterowania elektronicznego. System reaguje więc z pewnym opóźnieniem i niezbyt precyzyjnie. Dlatego samo sprzęgło sterowane hydraulicznie, bez elektroniki, jest stosowane dość rzadko.

Zalety: brak centralnego mechanizmu różnicowego to oszczędność miejsca i znacznie niższe koszty produkcji, automatyczne odłączanie napędu drugiej osi sprzyja oszczędności, mechanizm sterujący tego typu napędem pozwala bez udziału kierowcy dopasowywać napęd do różnych warunków

Wady: reakcja napędu przebiega zawsze z pewnym opóźnieniem, samochód może zaskakiwać nagłą zmianą charakterystyki prowadzenia, przy zmianach przyczepności różnicowanie prędkości obu osi odbywa się zawsze kosztem możliwości optymalnego rozdziału momentów.

Jakie 4×4 wybrać?

Jeżeli głównym kryterium są własności jezdne w różnych warunkach drogowych, to zdecydujmy się  na stały napęd z centralnym mechanizmem różnicowym. Auta te są najbardziej przewidywalne przy nagłej zmianie przyczepności oraz zapewniają najlepszą trakcję. W trudnym terenie najważniejszy jest brak możliwości poślizgu jednej osi względem drugiej. Dlatego auta z zablokowanym centralnie mechanizmem różnicowym wypadają równie dobrze jak te, w których napęd 4×4 dołączany jest ręcznie. Jeżeli podróżujemy głównie po dobrych drogach, rzadko zjeżdżamy na bezdroża i zależy nam na wygodzie i ekonomice jazdy, to najlepszym wyborem będzie napęd 4×4 sterowany automatycznie. Względy ekonomiczne decydują o tym, że ten rodzaj napędu jest obecnie najbardziej popularny w samochodach osobowych 4×4 i SUV-ach. Przy ocenie jakościowej napędów 4×4, zwróćmy uwagę na to, na co producent samochodu kładł największy nacisk i pod tym kątem wybierzmy samochód zgodny z naszymi oczekiwaniami.