Dziś 4.04 – dzień napędu 4×4. Jakie są rodzaje 4×4 i jak działają?

Są fani samochodów z napędem na tylną oś, niektórzy preferują napęd na przednie koła. Jeśli takie rozwiązania to dla kogoś za mało, ma jeszcze możliwość wybrania napędu 4×4 – ale rozwiązań jest tu cała masa. Każde z nich ma zalety… i wady.

Wśród wielu osób pokutuje przekonanie, że napęd 4×4 to napęd ostateczny – najlepsze, co można mieć w aucie. Bo polepsza trakcję, zwiększa przyczepność na zakrętach i takie tam. Tyle tylko, że przez lata powstało całkiem sporo typów napędu na obie osie – i wcale nie wszystkie pozwolą choćby na zwiększenie pewności jazdy w typowych, codziennych warunkach. Spróbujmy to wszystko rozpisać…

Podział podstawowy: napędy stałe i dołączane.

Bo ja, proszę pana, kupiłem samochód z 4×4, bo lepiej się prowadzi w każdych warunkach – zadowolony opowiada pan Kosma. Zerkamy więc z zaciekawieniem, czym pan Kosma jeździ, a tam hybrydowy Lexus NX. No niestety, tu mamy do czynienia z dołączanym napędem na tylną oś, na dodatek dość specyficznym – do czego jeszcze przejdziemy. W każdym razie żaden napęd 4×4 nie będzie rozwiązaniem wszelkich problemów z prowadzeniem auta – a już z pewnością nie napęd dołączany. Ale zacznijmy od układów stałych.

Napęd stały z centralnym mechanizmem różnicowym

Stałe napędy na obie osie zwykle opierają swą zasadę działania na trzech mechanizmach różnicowych: centralnym (ulokowanym w skrzyni rozdzielczej), przednim i tylnym. Dzięki temu całość działa bardzo płynnie i doskonale rozdziela moment obrotowy pomiędzy wszystkie koła, ale ma to znaczenie w zasadzie głównie na typowej drodze. W terenie taki napęd nie przyda się jednak do niczego, jeśli nie będzie mieć blokady co najmniej centralnego mechanizmu różnicowego – ale im więcej blokad, tym lepiej. Rzecz w tym, że jeśli autem ze stałym napędem „otwartym” (tj. bez blokad) utracilibyśmy przyczepność choć jednego koła, to pozostałe nic nie wskórają. Zamiast tego wspomniane jedno koło będzie się wesoło kręcić w powietrzu, rozrzucać piach lub żłobić ślad w tafli lodu.

Co do zasady, stały napęd 4×4 jest… cóż… stały. W sensie, że zawsze napędzane są obie osie pojazdu. Zdarzają się jednak wyjątki, w których choć układ napędowy działa na takiej zasadzie, to można odłączyć napęd osi przedniej – w dobrych warunkach trakcyjnych jest to warte zastanowienia ze względu na obniżenie oporów ruchu, a co za tym idzie, także zużycia paliwa. Taka sytuacja występuje np. w Mitsubishi Pajero z napędem Super Select.

Nie zawsze oznacza to jednak stały rozdział momentu pomiędzy osiami.

Czasem jest to 50/50, czasem większa część mocy trafia na tył (np. w wielu modelach BMW z napędem xDrive)… a czasem proporcje mogą być zmienne, jeśli rolę centralnego mechanizmu różnicowego powierzymy przekładni planetarnej lub mechanizmowi TorSen (często kojarzonym z Audi w wersjach quattro z silnikami ustawionymi wzdłużnie, ale w praktyce regularnie stosowanym przez wielu innych producentów). Warto mieć na uwadze, że nawet przy tak zaawansowanych rozwiązaniach, w warunkach dobrej przyczepności mechanizmów różnicowych nie blokuje się – wprowadzałoby to bowiem niepotrzebne naprężenia do układu napędowego, utrudniałoby prowadzenie na zakrętach i mogłoby doprowadzić do awarii.

Ze stałego napędu na obie osie korzystają takie samochody jak np. Mercedes klasy G, Toyota Land Cruiser Prado (np. J150), ale też Mitsubishi Lancer Evolution czy… niektóre kei-cary.

Osobna kategoria to elektryczne samochody 4×4, które mają dwa silniki – osobno dla przedniej i tylnej osi, a silników tych nie łączy żaden wał. Możemy wtedy mówić o stałym napędzie 4×4, ale żaden mechanizm różnicowy nie jest potrzebny. Tesla Model S, 3 czy X – wszystkie korzystają z tego rozwiązania.

Napęd dołączany na sztywno bez centralnego mechanizmu różnicowego

Pierwsza z nich to rozwiązanie proste lub wręcz prymitywne – zależnie od samochodu. Chodzi o napęd dołączany ręcznie, ale tutaj mamy kolejny podział: w większości względnie nowoczesnych samochodów – zwykle terenówek i pick-upów – napęd 4×4 tego typu można uruchomić z wnętrza pojazdu przy pomocy pokrętła, dźwigni lub drążka przypominającego drążek zmiany biegów (choć zwykle o mniejszej długości). Sprawia to, że skrzynia rozdzielcza zaczyna przekazywać napęd do obu osi za pośrednictwem wałów napędowych. Główną różnicą w stosunku do stałego 4×4, pomijając samo uruchamianie układu, jest fakt, że oba wały napędowe w układzie dołączanym będą kręcić się z tą samą prędkością. Przy stałym napędzie 4×4 wały mogą się kręcić niezależnie od siebie.

To rozwiązanie dobrze się sprawdza podczas jazdy w terenie, jako że nie jest tak skomplikowane jak napęd stały, a wytrzymałość jest często wysoka.

Gorzej z asfaltem.

Pomijając wyjątkowe sytuacje (ruszenie na bardzo śliskiej nawierzchni) dołączany ręcznie napęd na obie osie jest na dobrej nawierzchni absolutnie nieprzydatny. Przednia i tylna oś kręcą się z tą samą prędkością, więc jazda w skręcie po asfalcie odpada, lub będzie powodować ogromne naprężenia. Wśród aut, które korzystają z napędu dołączanego ręcznie znajdziemy m.in. takie konstrukcje jak Ford Ranger czy Nissan Navara.

Głównie w starszych pojazdach terenowych (choć spotyka się to jeszcze w niektórych modelach produkowanych obecnie) do dyspozycji jest wariacja na temat powyższego rozwiązania – też z wnętrza samochodu trzeba włączyć napęd na obie osie, ale dodatkowo należy jeszcze z auta wyjść, by ręcznie włączyć sprzęgiełka w piastach przednich kół (lub załączyć je z kabiny). Dopiero wtedy samochód przenosi moment obrotowy na wszystkie 4 koła. Nie trzeba dodawać, że potrafi to być bardzo uciążliwe, szczególnie gdy wszędzie dookoła jest masa błota albo utknęliśmy w sadzawce, nie uruchomiwszy wcześniej napędu na przód. Takie rozwiązania często kojarzy się z terenówkami w rodzaju UAZ-a, ale ze sprzęgiełkami mieli też do czynienia właściciele np. starszych Opli Frontera. Oczywiście rozłączane sprzęgiełka w piastach mają też zaletę – gdy się je rozłączy, to całość układu z przodu nie kręci się bez potrzeby i zużycie paliwa jest mniejsze.

Napęd dołączany automatycznie

Oczywiście, tak też można – i w typowych samochodach osobowych jest to najczęściej stosowane rozwiązanie. Zwykle działa to na zasadzie dołączania napędu tylnej osi (przednia jest zawsze napędzana).

Spotyka się tu dwie główne grupy rozwiązań: pierwsza to układy, do których działania elektronika nie jest potrzebna.

Po prostu w momencie, gdy prędkość kół osi napędzanej zaczyna się różnić od prędkości kół drugiej osi, wiskotyczne sprzęgło międzyosiowe „skleja” cały napęd, by wyrównać te wartości. Jak to się odbywa? Słowem-kluczem jest „wiskotyczne” – oznacza to, że w obudowie sprzęgła znajduje się olej silikonowy, który zmienia swoją lepkość w miarę wzrostu temperatury (który pojawia się, gdy mamy do czynienia z różnicą prędkości obrotowych wału wejściowego i wyjściowego). Taki układ jest prosty jak budowa cepa, ale ma też wady – po pierwsze, nie jest w stanie przenieść całego dostępnego momentu obrotowego, ponieważ zawsze występuje pewien uślizg sprzęgieł schowanych w obudowie wypełnionej olejem. Tego rodzaju rozwiązania działają też z relatywnie dużym opóźnieniem.

Druga opcja to użycie elektroniki i innego sprzęgła.

Opcje są tu różne: sprzęgła elektrohydrauliczne, elektromechaniczne, elektromagnetyczne… czy po prostu odpowiednie sprzęgła wielopłytkowe (do których zresztą wspomniane wyżej sprzęgło wiskotyczne też się zalicza). Takie rozwiązania zwykle pozwalają zmniejszyć opóźnienie potrzebne na uruchomienie układu – mamy tu czujniki prędkości obrotowej kół, dzięki którym komputer sterujący wie, czy powinien dołączać już napęd drugiej osi, czy może jeszcze nie. W niektórych przypadkach napęd drugiej osi może się dołączyć nawet wtedy, gdy nie występuje różnica w prędkości obrotowej kół – umożliwia to np. sprzęgło elektrohydrauliczne, w którym za wzrost ciśnienia oleju odpowiada elektryczna pompa. Nie zapominajmy też o popularnym Haldeksie, będącym swego rodzaju wariacją nt. sprzęgła wiskotycznego, i kojarzonym chyba głównie z autami Volvo i Grupą Volkswagena (gdzie sprzęgła Haldex stosuje się w autach z silnikiem umieszczonym poprzecznie).

W wielu autach z dołączanym napędem 4×4 można sobie też wymusić zblokowanie tegoż napędu, ale na ogół sam się on „rozpina” po przekroczeniu danej prędkości (np. 30-50 km/h). Może się też odłączyć na skutek przegrzania przy intensywnej jeździe terenowej. Warto też mieć na uwadze, że w większości przypadków napęd drugiej osi stracimy, gdy skręcimy kierownicą (co jest badane przez czujnik skrętu kół) – całość działa tylko na prostej. Choć są i wyjątki, jak np. Dacia Duster poprzedniej generacji… Wbrew pozorom, nierozpinanie tylnej osi podczas skręcania to kłopot. Dlaczego? Popatrzcie wyżej: naprężenia w układzie napędowym i związane z tym niepewne prowadzenie.

Ogólna zasada jest jedna: im nowsze rozwiązanie danego typu, tym szybciej i sprawniej działa. Z awaryjnością bywa już różnie i trudno tu generalizować, ale na ogół nie stanowi ona jakiegoś ogromnego problemu.

A co z tym Lexusem pana Kosmy?

Sprawa dotyczy oczywiście nie tylko NX-a, ale także niektórych innych hybryd, przykładowo Toyoty RAV4 czy Volvo XC90 T8. W wariantach z napędem na obie osie, silnik ani przekładnia nie mają w ogóle fizycznego połączenia z tylną osią pojazdu. Znajduje się przy niej niewielki silnik elektryczny, który w razie potrzeby dopędza tylną oś. Działa to głównie w sytuacjach, gdy przednie koła tracą przyczepność, ale – zależnie od konkretnego rozwiązania i od parametrów tego silnika elektrycznego – może on też wspomagać trakcję przy każdym ruszaniu z miejsca czy też podczas mocnego przyspieszania.

Jest jeszcze jedna ważna kwestia – opony.

W wielu samochodach z napędem na obie osie kwestia ogumienia ma kluczowe znaczenie – i nie mam tu na myśli parametrów trakcyjnych. Chodzi o ich rozmiar, i to rozmiar faktyczny (konkretnie średnicę), a nie wynikający po prostu z oznaczenia w rodzaju 235/70 R17.

Dlaczego to takie ważne? To zależy od rodzaju napędu 4×4, z którym mamy do czynienia: w przypadku większości napędów stałych używanie opon różnego typu i o różnych średnicach prowadzi – oczywiście – do powstawania naprężeń i szybszego zużywania się całego układu. Problemem może być nawet stałe używanie tych samych kół w tych samych narożnikach samochodu – zalecane jest ich krzyżowe przekładanie (np. lewe przednie koło założyć z tyłu po prawej stronie itd.) co maksymalnie 15 tys. km. Utrzymywanie prawidłowego ciśnienia to też konieczność. Jest grupa samochodów (szczególnie luksusowych i sportowych), które mają fabrycznie różne rozmiary opon z przodu i z tyłu, ale także i tu jeśli użyjemy nieprawidłowego ogumienia lub pojedziemy na niedopompowanych oponach, to napęd 4×4 dostanie w kość – szczególnie podczas jazdy z wyższą prędkością (np. po autostradzie).

Wbrew pozorom, popularne napędy używające sprzęgła Haldex też mogą mieć problem z racji użycia różnych (lub niedopompowanych) opon. Różnica średnic może skutkować zbyt częstym włączaniem się napędu 4×4, co nie zawsze jest uzasadnione – a jedynie przyspiesza zużycie układu.

Jaki by napęd 4×4 nie był – nigdy nie jest to rozwiązanie idealne.

Bywa to szczególnie zdradliwe w sytuacjach, gdy ktoś wychodzi z założenia, że napęd 4×4 wyprostuje braki w jego umiejętnościach, lub po prostu pozwoli jeszcze szybciej jeździć. O ile prawdą jest, że napęd na obie osie w wielu sytuacjach pozwala na pewniejszą jazdę niż w przypadku „ośki”, to często jest to wykorzystywane w zły sposób. Granica przyczepności może być bowiem przesunięta daleko, ale w niektórych przypadkach jest zarazem bardzo wąska – auto „nie ostrzega” z dużym wyprzedzeniem, że za chwilę mogą się pojawić problemy z przyczepnością.

Nie ma uniwersalnej zasady, czy i jakie auto z 4×4 kupić.

Większości osób napęd na obie osie nie jest w ogóle potrzebny. Jeśli już jednak jest, to należy sobie zdawać sprawę z jego ograniczeń i wybrać samochód z układem napędowym pasującym do planowanego sposobu użytkowania. Ale w codziennej eksploatacji żaden z planowanych sposobów użytkowania nie powinien oznaczać szybszej jazdy niż autem z napędzaną tylko jedną osią.