Napęd 4x4 - jak to działa?
Kwestie związane z napędem na cztery koła często budzą kontrowersje. Częściowo winę za to ponoszą sami producenci, publikując materiały reklamowe o treści nie zawsze zgodnej z prawami fizyki.
Kiedy napęd na cztery koła określany jest jako stały (permanentny)?
Co to jest napęd dołączany?
W tym przypadku w sposób stały napędzana jest tylko jedna oś, natomiast napęd drugiej może być dołączany. W samochodach terenowych, takich jak Nissan Patrol, Jeep Wrangler czy Suzuki Jimny napęd przedni jest dołączany ręcznie - dźwignią lub przyciskiem. Z racji braku centralnego mechanizmu różnicowego takie samochody mogą jeździć z włączonym napędem 4x4 tylko w terenie. Na drodze twardej przednia i tylna oś muszą się poruszać z rożnymi prędkościami, a więc napęd 4x4 trzeba rozłączyć.
Na rynku są też auta z centralnym dyferencjałem, w których można odłączać przedni napęd (np. Mitsubishi Pajero czy Mitsubishi L200 z systemem SuperSelect).
Co to jest napęd dołączany automatycznie?
Jest to w zasadzie rozwiązanie pośrednie pomiędzy stałym napędem 4x4 z centralnym dyferencjałem a napędem dołączanym ręcznie. Polega ono na tym, że bezpośredni napęd z silnika przekazywany jest na jedną oś, natomiast napęd drugiej osi jest realizowany za pośrednictwem sprzęgiełka (zwykle wielopłytkowego). Sprzęgiełko takie umożliwia pewien poślizg przedniej osi względem tylnej, a więc na drodze twardej zastępuje centralny mechanizm różnicowy. Od siły ścisku sprzęgiełka zależy natomiast moment przenoszony na drugą oś. Z racji prostoty wykonania systemy tego typu są stosunkowo niedrogie i chętnie stosowane, np. w takich modelach, jak BMW X5, Suzuki SX4, Mitsubishi Outlander, Audi A3, Toyota RAV4 czy Volvo AWD. Ponieważ w podobnych układach nawet przy jeździe ze stałą prędkością część momentu trafia na drugą oś, niektórzy producenci zaliczają je do tzw. stałych napędów 4x4 (np. Haldex IV generacji w Oplu Insignia przekazuje od 10 do 50% napędu na tylną oś).
Dlaczego stały napęd 4x4 z wykorzystaniem centralnego dyferencjału jest uznawany za lepszy od automatycznie dołączanego?
Najważniejszą zaletą stałych napędów 4x4 z centralnym dyferencjałem jest bardzo przewidywalna charakterystyka prowadzenia samochodu na zmiennych nawierzchniach. Mówiąc obrazowo - samochody z tego typu napędem zwykle nie zaskakują przy nagłych zmianach warunków jazdy (np. przejście ze śniegu na asfalt w szybko pokonywanym zakręcie). Najlepsze centralne dyferencjały potrafią rozdzielać napęd na obie osie w zmiennej proporcji, w zależności od potrzeb.
Z kolei układy z automatycznie dołączanym napędem drugiej osi zawsze działają bardziej gwałtownie, co odbija się na zachowaniu auta w krytycznych sytuacjach.
Czy centralne dyferencjały mają jakieś wady?
Stały układ napędowy z klasycznym centralnym mechanizmem różnicowym ma jedną wadę: unieruchamia auto, gdy jedna oś się ślizga. Dlatego z reguły albo stosuje się centralne dyferencjały samoblokujące (np. Torsen bądź dyferencjał z dodatkowym sprzęgiełkiem wielopłytkowym), albo też w samochodach terenowych wprowadza się ręczną blokadę centralnego mechanizmu różnicowego. W warunkach terenowych najskuteczniejsze jest bowiem takie rozwiązanie, w którym napęd na wszystkie koła przenoszony jest bezpośrednio bez udziału jakichkolwiek mechanizmów różnicowych.
Jak realizowana jest w praktyce zmiana rozkładu momentów pomiędzy osiami?
W przypadku sprzęgiełek płytkowych, o tym, ile napędu może być przekazane na drugą oś, decyduje moment przenoszony przez to sprzęgło (sterowany komputerem). Im większa siła ścisku tarczek sprzęgła, tym moment może być większy. Z kolei w centralnych mechanizmach różnicowych, np. typu Torsen, o zmianie rozkładu napędów decydują aktualne przyczepności kół przedniej i tylnej osi. Wewnętrzna konstrukcja tych mechanizmów wymusza samoczynną zmianę rozdziału sił napędowych.
Oczywiście przy każdym rozwiązaniu przyczepność kół ma decydujący wpływ na finalny rozkład momentów, gdyż wyznacza ona granice możliwości przeniesienia napędu. Przykładowo skrajnym przypadkiem jest sytuacja, w której oś jest uniesiona w powietrzu i z tej racji nie przenosi w ogóle napędu. Do podawanego w katalogach teoretycznego opisu rozdziału napędu bierze się jednak pod uwagę sytuację, w której wszystkie koła mają taką samą przyczepność. Wtedy przykładowo Haldex I dzieli napęd procentowo w proporcji 99:1. (przód/tył).
Jakie są rodzaje automatycznie dołączanych napędów 4x4?
Najstarszym i zarazem najprostszym rozwiązaniem jest tzw. sprzęgiełko wiskotyczne, czyli wielotarczowe, zanurzone w specjalnym oleju silikonowym. Poślizg kół jednej z osi powoduje, że płytki pracujące w oleju zaczynają się "sklejać" i przenoszą napęd na drugą oś. Znacznie lepszym wyjściem jest użycie sprzęgiełka wielotarczowego sterowanego elektromagnesem. Tutaj to komputer decyduje o tym, ile momentu przekazać na drugą oś, regulując to siłą działania elektromagnesu. Pomysły tego typu znajdziemy np. w Suzuki SX4, Mitsubishi Outlanderze, Toyocie RAV4, Nissanie X-Trail czy Porsche 911 Turbo. W modelach BMW z systemem xDrive płytki ściskane są nie elektromagnesem, ale silnikiem elektrycznym, ale zasada działania jest analogiczna.
Innym rozwiązaniem są układy działające hydraulicznie, jak chociażby Haldex. Tu specjalna pompa oleju napędzana jest różnicą prędkości przedniej i tylnej osi, a płytki są ściskane w wyniku nacisku oleju na tłok. Dodatkowe zawory sterowane komputerem potrafią zmieniać ścisk płytek, w zależności od potrzeb. Znacznie uproszczoną wersją rozwiązania hydraulicznego jest np. system hydrauliczny stosowany w Hondach CR-V.
xDrive
Sprzęgło płytkowe elektromagnetyczne
Haldex
