Rozwój napędu na cztery koła – od klasyki do automatyki [część 1]

Układy przeniesienia napędu rozwijają się w zawrotnym tempie, choć mogłoby się wydawać, że w tym obszarze wszystko już było. Tymczasem systemy 4x4 przechodzą transformację wraz z silnikami, a kierunkiem rozwoju jest zwiększenie wydajności, zmniejszenie kosztów i redukcja zużycia paliwa.

Klasyczne układy przeniesienia napędu powoli odchodzą do lamusa. W dzisiejszych autach osobowych ze świecą szukać rozwiązań znanych sprzed 20 czy 30 lat ze skrzynią rozdzielczą i dołączanym ręcznie napędem przedniej osi. To, co jeszcze znajdziemy w użytkowych pickupach, w samochodach terenowych i typu SUV już dawno przeszło do historii. W jakim kierunku zmierzają układy napędowe? Czy są coraz lepsze czy wręcz przeciwnie? Czy producenci rzeczywiście idą na łatwiznę proponując klientom protezy mechanizmów różnicowych i blokad? W sposób maksymalnie przystępny wytłumaczę Wam o co chodzi z różnicami pomiędzy konstrukcjami napędów i czym się różni napęd stały od dołączanego, a także dlaczego tak powszechnie stosuje się proste układy ze sprzęgłem wielotarczowym.

Samochód terenowy — układ napędowy [część 1]

Tym razem omówię napędy stosowane w terenówkach. Nie będę wchodził w szczegóły wszystkich rozwiązań stosowanych dziś w samochodach. Interesują…

Samochód terenowy – układ napędowy [część 2]

Druga część tematu układów napędowych w samochodach terenowych. Tym razem omówię takie elementy, jak: blokady mechanizmów różnicowych,…

Klasyka, która odchodzi do historii

Najprostszym i najwcześniej, powszechnie stosowanym rodzajem napędu 4×4 jest tzw. napęd dołączany ręcznie. Samochód z takim rodzajem napędu musi mieć skrzynię rozdzielczą, zwaną też potocznie reduktorem*, co nie oznacza, że musi mieć ona biegi terenowe. Jednozakresowe skrzynie rozdzielcze również nazywa się reduktorem, choć nie redukują przełożenia. Jest to nic innego jak druga przekładnia zamontowana za skrzynią biegów, której podstawowym zadaniem jest rozdzielenie/przeniesienie napędu na obie osie. Samochód z klasycznym napędem 4×4 po drogach utwardzonych jeździ z napędem na tylną oś, a gdy zaistnieje potrzeba, kierowca dźwignią może uruchomić napęd przedniej osi. Wewnątrz skrzyni rozdzielczej zostają sprzęgnięte wały napędowe przekazujące napęd na tylną i przednią oś. Napęd wychodzący na przednią oś trafia na przedni wał napędowy najczęściej za pośrednictwem łańcucha.

Poglądowy układ napędowy z reduktorem na przykładzie samochodu terenowego Jeep

Tak prosty i skuteczny zarazem układ napędowy stosowano powszechnie właściwie jeszcze w nowym tysiącleciu i stosuje się go do dziś, głównie w użytkowych pickupach, ale poddano go delikatnym modyfikacjom. Przede wszystkim klasyczne dźwignie zastąpiono przyciskami lub pokrętłami, co z kolei pociągnęło za sobą wprowadzenie układów elektrycznych dołączających napęd nie wtedy, gdy chciał tego kierowca, ale wtedy, gdy pozwalały na to warunki. Pojawiła się tym samym możliwość płynnego włączania napędu na cztery koła podczas jazdy.

Pokrętła zastąpiły dźwignie reduktora, ale klasyczny napęd 4x4 pozostał już tylko w pickupach

Klasyka już w latach 90. zaczęła być wypierana przez tzw. stały napęd na cztery koła, który ma wyraźną przewagę, zwłaszcza na twardych nawierzchniach. Jest to przede wszystkim możliwość jazdy z napędem na cztery koła w każdych warunkach dzięki centralnemu mechanizmowi różnicowemu. Prekursorami w stosowaniu takich układów napędowych były takie firmy jak Land Rover, Mitsubishi, Audi i Subaru. Audi jako pierwsze pokazało światu, że napęd na cztery koła zawsze daje przewagę nad napędem na jedną oś, również w samochodach osobowych, promując jednocześnie to rozwiązanie w rajdach samochodowych.

Zobacz również: Tylko na Autokult.pl

Mitsubishi opracowało wciąż stosowany napęd Super Select, czyli połączenie napędu stałego i dołączanego

Stały napęd 4×4 był i nadal jest rozwiązaniem drogim, dlatego zwykle trafia do samochodów wyższej klasy, a zwłaszcza terenowych. Często mówi się, że Land Rover jest prekursorem stałego napędu na cztery koła w samochodach terenowych, ale to Mitsubishi w latach 90. w modelu Pajero, zaprezentowało jeden z najlepszych układów napędowych do samochodów terenowych o nazwie Super Select, dający możliwość wyboru kierowcy, czy chce jeździć samochodem tylno- czy czteronapędowym, niezależnie od warunków drogowych. Toyota w terenowym Land Cruiserze stosowała i stosuje do dziś centralny dyferencjał typu Torsen, który w pewnym sensie przenosi moment obrotowy na tę oś, która ma najlepszą przyczepność. W tym czasie, Jeep również komplikował napęd swoich topowych modeli, ale jednocześnie stosował też napęd dołączany automatycznie o nazwie on-demand z dołączaną przednią osią tylko w momencie pojawienia się poślizgu tylnej. Wszystko przy pomocy sprzęgła wielotarczowego, które zastąpiło mechanizm różnicowy.

W segmencie samochodów osobowych jedne firmy wchodziły na wyższy poziom zaawansowania, głównie dzięki rozwojowi w motorsporcie (Audi, Subaru, Mitsubishi), a inne szukały taniego i prostego rozwiązania. Można by rzec, że jedni się rozwijali idąc dobrą drogą, a inni nie, stosując proste rozwiązania, które później okazały się… przyszłością. Wszystko zweryfikował czas i klient.

Droga do prostoty

Początkowo napęd na cztery koła był nieodłączną częścią każdego samochodu terenowego więc jego obecność w takich pojazdach uznano za standard. Gdy pojawiał się w samochodach osobowych stanowił egzotykę. Nic dziwnego, bo na zwykłej drodze nie ma konieczności napędzania wszystkich kół poza sytuacjami wyjątkowymi, takimi jak ośnieżona nawierzchnia. Mimo to, obecność napędu 4×4 w każdym samochodzie to ogromna zaleta i producenci zaczęli szukać możliwie najłatwiejszej opcji by móc na swoich modelach umieścić napis 4×4, 4WD lub AWD.

Gdyby nie szybki rozwój i rozkwit segmentu SUV być może napęd 4×4 wciąż byłby egzotyczny w samochodach osobowych. SUV-y miałby być z założenia prostymi i tańszymi terenówkami dostępnymi dla każdego, czymś pomiędzy samochodem osobowym a terenowym, więc trzeba było uprościć układ napędowy do minimum. To właśnie w tych stosunkowo tanich samochodach rozpowszechnił się napęd dołączany automatycznie. Wynika to z jednej, prostej przyczyny – silnika umieszczonego poprzecznie.

Jeep Grand Cherokee pierwszej generacji jest samochodem terenowym i SUV-em jednocześnie. W latach 90 Jeep pokazał, że nie boi się napędu dołączanego automatycznie

Historycznie, to zawsze napęd tylny był tym podstawowym, a przedni dodatkowym, ale wraz ze schodzeniem napędu 4×4 do niższych segmentów musiało się to odwrócić. Zblokowane zespoły napędzające przednią oś z silnikiem umieszczonym poprzecznie nijak miały się do napędu tylnej osi. Nie było jak wysłać napędu na tył dopóki nie wymyślono przekładni kątowej przekazującej napęd pod kątem 90 stopni. „Złamanie” układu napędowego pozwoliło na wyprowadzenie wału (napędu) w stronę tylnej osi. Niestety kompaktowa konstrukcja nie pozwoliła na umieszczenie dodatkowych mechanizmów, więc trzeba było poradzić sobie bez centralnego mechanizmu różnicowego. W tej dziedzinie liderem i pionierem jest firma Steyr-Daimler Puch, dzięki której napęd na cztery koła rozpowszechnił się w tanich samochodach osobowych.

Fiat Panda 4x4 - prekursor małych crossoverów z dołączanym napędem tylnej osi

Jednym z prekursorów tego typu rozwiązań był Fiat Panda 4×4 pierwszej generacji, który miał napęd tylnej osi dołączany ręcznie. Było to dokładnie to samo, co oferowano w samochodach terenowych, tylko bez reduktora. Niestety miał on również tę samą wadę co napęd klasyczny, czyli brak możliwości jazdy w trybie 4×4 po twardej nawierzchni i dlatego nie został rozpowszechniony. Trzeba było zrobić napęd stały, ale bez dyferencjału. W ten sposób powstał napęd dołączany automatycznie przez sprzęgło wiskotyczne, czyli niemal dokładnie to, z czym mieli do czynienia kierowcy niektórych Jeepów Grand Cherokee już w latach 90.

Napęd automatycznie dołączany – strzał w dziesiątkę!

W rzeczywistości i według powszechnych definicji napęd realizowany przez sprzęgło wiskotyczne (również wielotarczowe) nie jest napędem stałym. Tak można nazwać tylko układy z centralnym mechanizmem różnicowym, ponieważ tylko wtedy napęd jest stale kierowany do wszystkich czterech kół. I tu z nazewnictwem najlepiej poradził sobie Jeep, który napęd stały określał mianem „full-time” (cały czas), a napęd dołączany „on-demand” (w razie potrzeby, na żądanie).

Mimo powyższego, na napęd dołączany automatycznie przez sprzęgło wielotarczowe kierowca nie ma żadnego wpływu, a skoro pojawia się on zawsze wtedy gdy jest potrzebny, to można z dużą tolerancją uznać go za napęd stały. Tak też stwierdzili producenci, którzy w oficjalnych komunikatach prasowych i katalogach samochodów stosują to określenie prawie zawsze, niezależnie od konstrukcji. Mimo to, trzeba zaznaczyć, że jest to określenie błędne, ale świetnie wpływa na klienta, dla którego na przykład, napęd quattro jest tylko jeden, mimo różnych jego konstrukcji. Co zatem dostaje klient?

Renault Scenic RX4 z napędem Steyr Puch ze sprzęgłem wiskotycznym

W najprostszej formie napęd dołączany automatycznie realizuje sprzęgło wiskotyczne, które nie potrzebuje do pracy właściwie niczego. Jest ono w pewnym sensie częścią wału napędowego i jednocześnie dzieli go na dwie części pełniąc rolę płynnej blokady. W obudowie znajdują się tarcze sprzęgła – stąd często nazwa wielotarczowe lub płytkowe – które naprzemiennie połączone są z przednią i tylną częścią wału napędowego. Gdy przednie i tylne koła kręcą się z tą samą prędkością, nie dzieje się w zasadzie nic i tarcze względem siebie w ogóle się nie obracają. Natomiast w przypadku gdy przednia oś kręci się szybciej niż tylna, powstaje różnica między tarczami połączonymi z przednią i tymi połączonymi z tylną częścią wału, a to z kolei podnosi temperaturę specjalnego oleju silikonowego, w którym kąpią się wszystkie tarcze. Olej ten ma właściwość polegającą na gęstnieniu i sklejaniu tarcz wraz ze wzrostem temperatury, czyli wzrostem różnicy prędkości między tarczami przedniego i tylnego wału, co w efekcie powoduje spięcie obu części wału napędowego i dołączanie się napędu na tylne koła. Ze względu na spore opóźnienie spowodowane zmianą właściwości oleju w sprzęgle i poślizg występujący stale pomiędzy płytkami, napęd na tylną oś powinien być traktowany jako dodatkowy i wspomagający. Stąd niedopuszczalne jest mówienie o nim, że jest stały.

Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu – sprzęgło wiskotyczne [część 3]

Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu zapobiegają zbyt dużym różnicom w prędkościach obrotowych pomiędzy dwiema półosiami (lub osiami)….

Budowa sprzęgła wiskotycznego. Wał napędowy podzielono na wejściowy wał i obudowę, która przekazuje napęd do mechanizmu różnicowego tylnej osi.

Pierwsze konstrukcje, głównie w samochodach Volkswagena (Syncro), japońskich i Land Roverze Freelanderze działały różnie. Jedne szybciej, inne wolniej, ale wszystko zależy nie tyle od marki co od rodzaju pojazdu. Wymagania odnośnie przeniesienia napędu w samochodzie używanym w terenie są zdecydowanie wyższe niż na drogach utwardzonych, czy raczej płaskich. Stąd duże rozbieżności w opiniach na temat napędów dołączanych. Jedni je chwalą, inni przeklinają. Faktem jest natomiast to, że sprzęgło wiskotyczne marnie spisuje się w terenie i bardzo dobrze na szosie. Natomiast nieporozumieniem jest ocena działania napędu samochodu osobowego w warunkach terenowych, na przykład przez symulowanie trudnych sytuacji i stawianie go na rolkach oraz próba uwolnienia się z nich. Zadaniem napędu 4×4 w samochodzie osobowym nie jest bowiem wydostanie auta z opresji (np. zakopanie się) lecz poprawienie właściwości jezdnych na śliskiej nawierzchni podczas jazdy, np. po śniegu. Dlatego też napędy samochodów osobowych nie sprawdzają się zwykle na rolkach, ale zapewniają świetne prowadzenie i przyczepność podczas jazdy.

Wyższy stopień zaawansowania czyli sprzęgło elektromagnetyczne zamiast wiskotycznego

Faktem jest, że gdyby nie powstanie sprzęgła wiskotycznego napęd na cztery koła nie zostałby tak rozpowszechniony jak to ma miejsce dzisiaj. Właściwie w ofercie niemal wszystkich producentów znajdziemy przynajmniej jeden model z napędem 4×4, a coraz więcej popularnych kompaktów czy aut klasy średniej można zamawiać w wersji czteronapędowej. Gdyby producenci wciąż trwali przy klasycznych rozwiązaniach z centralnym mechanizmem różnicowym, nadal napęd na cztery koła byłby rarytasem przeznaczonym tylko do terenówek i drogich samochodów z silnikiem umieszczonym wzdłużnie i wielu kierowców nigdy nie doświadczyłoby jego zalet. Swoją drogą, napęd dołączany automatycznie jest niemal tym samym, czym jest napęd dołączany ręcznie z tą różnicą, że automatyczny jest do dyspozycji zawsze gdy zaistnieje potrzeba użycia go.

O tym co się stało z napędami w ostatnich latach i jak dziś wygląda podział na układy napędowe 4×4 oraz jak rysuje się przyszłość układów przeniesienia napędu przeczytacie w drugiej części artykułu.

Objaśnienia:

*Prawidłowa nazwa to skrzynia rozdzielcza lub rozdzielczo-redukcjna. Potoczna nazwa reduktor wzięła się stąd, że dawniej skrzynie rozdzielcze niemal zawsze były przynajmniej dwubiegowe, czyli jednocześnie redukowały przełożenie podstawowe.

Zobacz więcej artykułów z serii: Układ napędowy

Podziel się:

Przeczytaj także:

Także w kategorii Poradniki i mechanika:

Leki zaburzające zdolność prowadzenia pojazdu [poradnik] Regeneracja wtryskiwaczy Common Rail Jaka technika jazdy na autostradzie jest najlepsza? Smarowanie mechanizmów różnicowych - czy wymiana oleju jest konieczna? Termostaty fazowe – po co komplikować proste urządzenie? Termostat – zadania termostatów i celowość ich stosowania Czy jazda na oponach całorocznych się opłaca? Opony całoroczne – czym się różnią od opon sezonowych? Świeca żarowa pełni więcej funkcji niż myślisz Przyczyny awarii turbosprężarek – część 5 Przyczyny awarii turbosprężarek – część 4 Utrata wartości samochodu po 3 latach – sprawdź ile stracisz Jak dobrać oświetlenie do auta? Przyczyny awarii turbosprężarek – część 3 Przyczyny awarii turbosprężarek – część 2 Niewyważenie kół cz.2 - więcej o procesie wyważania Przyczyny awarii turbosprężarek – część 1 Wymiana turbosprężarki – prawidłowa technologia naprawy Niewyważenie kół cz.1 - rodzaje i przyczyny występowania Samochód szybki kontra ekonomiczny – porównanie Duże koła – plusy i minusy ich posiadania Awarie cewek zapłonowych i ich objawy Jak gasić pożar samochodu? Kolor spalin - co oznacza?

Popularne w tym tygodniu:

Jakość paliw: kontrole UOKiK w 2017 roku - niektóre stacje to pułapki Bardzo wysokie OC dla młodych kierowców. Jak można je obniżyć? Gdzie policja najczęściej sprawdza prędkość? Czy mity o LPG są uzasadnione? Mandaty za granicą. Kary są znacznie wyższe niż w Polsce Oszustwa kierowców i użytkowników samochodów. Czym mogą grozić? Znaki zakazu (typ B) z opisem Niebezpieczne zachowania pasażerów - zaciągnięcie ręcznego i łapanie za kierownicę nie są najgorsze Czy kierowcy są oszukiwani w sprawie opon? Sprawdzi to UOKiK Szybki przegląd techniczny przed wakacyjnym wyjazdem - lista 7 rzeczy do sprawdzenia Tarcze hamulcowe lakierowane metodą UV. Skuteczny sposób na korozję Świece żarowe: kiedyś niezbędne zimą, dziś mogą sprawiać kłopoty latem