Łapy, łapy, cztery łapy… czyli o zawiłościach rodzajów napędów 4x4

W środowisku fanów motoryzacji jest pewne określenie, które psuje dyskusję i czyni poszukiwania wiedzy niemile widzianymi: "prawdziwy". Wymawiane z przydechem słowo, łączone z takimi rzeczownikami, jak "napęd", "kierowca", "samochód" sprawiają, że dalsza rozmowa mija się z celem. Bo nie chodzi o to, co kto uważa za "prawdziwe" – istotne jest powiązane z tym przeświadczenie, że nikt inny nie ma racji, a racja wypowiadającego taką opinię jest niepodważalna i ponadczasowa.

Kłam temu poglądowi oczywiście zadaje zaraz samo życie… Pamiętam, że w pierwszym wydaniu książki Sobiesława Zasady "Prędkość bezpieczna" nawet autor, człowiek o niebywale otwartym umyśle, użył takiego sformułowania: "Prawdziwy kierowca zawsze będzie wolał manualną skrzynię biegów od automatycznej". Pan Sobiesław został potem importerem pewnej niemieckiej marki samochodów luksusowych i z całkowitym przekonaniem (i zgodnie z prawdą przecież!) wychwalał znakomite skrzynie automatyczne tej marki jako godne najwyższego polecenia.

Dlatego z pewną taką nieśmiałością pozwolę sobie na prowokację:

Od bawarskiego konkurenta powyższej marki słyszeliśmy całymi latami, albo aluzje, albo stwierdzenia wprost o tym, że "prawdziwy napęd" to tylko napęd na koła tylne. I trzeba przyznać, że ten pogląd udało się wdrukować tysiącom ludzi w mózgi niczym niegdysiejszy aksjomat o prymacie socjalizmu nad kapitalizmem…

Tylko kiedy powstał pierwszy bawarski model z literką "x" w nazwie (z napędem na 4 koła), nikt się nawet nie zająknął nad jego "prawdziwością". A potem pojawiły się przecież modele tej marki z napędzaną tylko na oś przednią … I co? I oczywiście nic.

Tak samo jest z wszelkimi przekonaniami dotyczącymi tego, co kto uważa za "prawdziwy" napęd 4x4. Bo tak samo, jak z prymatem napędu przedniego nad tylnym (lub odwrotnie), wszystko sprowadza się do tego, co komu potrzebne i co ma największe uzasadnienie – techniczne, ekonomiczne, ergonomiczne…

Napęd na cztery koła nie jest niczym nowym. Istniał już w XIX w., i to zarówno w formie jaką dziś znamy z aut roboczych lub off-roadowych (gdzie od silnika napęd przejmuje skrzynia pośrednia, rozdzielcza, kierująca dalej siłę napędową w relacji do potrzeby, w tym także do wszystkich kół), jak też w formie, którą obecnie wprowadza się na rynek w autach z niekonwencjonalnymi rodzajami zasilania, jak elektryki czy hybrydy: tzw. napęd funkcjonalny.

"Funkcjonalny napęd 4x4" to taki, w którym każda z osi jest napędzana oddzielnie, innym źródłem napędu, bez mechanicznego połączenia międzyosiowego. W 1900 r. takim pojazdem był Lohner-Porsche z silnikami elektrycznymi piastowymi w każdym z kół, dziś są to np. hybrydowe konstrukcje, w których przedni napęd realizują połączone silniki elektryczny i spalinowy, zaś oś tylną napędza oddzielny silnik elektryczny. Podejrzewam jednak, że już 120 lat temu znalazł się jakiś mądrala, który Ferdinandowi Porsche powiedział, iż jego samochód nie ma "prawdziwego napędu na cztery koła”.

A przecież wystarczy podejść do sprawy na chłodno. Samochody czysto robocze, w których najważniejsza jest skuteczność bezwzględna, gdzie masa, zużycie paliwa czy koszty realizacji konstrukcji nie mają znaczenia, z pewnością będą wyposażone w taki rodzaj napędu, jaki stworzono już w 1899 r., a do doskonałości doprowadzono grubo przed wybuchem I wojny światowej – bo np. ściąganie drzew w górach i ciągnięcie armat mają wiele cech wspólnych, w tym najważniejszą: nikogo nie obchodzi wygoda sterowania napędem, najważniejsza jest prostota konstrukcji, funkcjonalność, niezawodność.

Czyli: wszystko jest mechaniczne, toporne, "grubo krojone", ciężkie… Liczy się uciąg i maksymalizacja trakcji. Własności jezdne sprowadzają się tu do jednego: zdolności przeniesienia maksimum napędu na podłoże. Nie ma znaczenia zużywanie bieżnika, bo bieżnik składa się z najtwardszych klocków. Nie ma najmniejszego znaczenia teoretyczna zdolność do pokonania zakrętu z wysoką prędkością, bo nikt tego i tak nigdy nie zrobi.

Inaczej jest, kiedy zaczynamy rozmawiać o napędzie na wszystkie koła, który jest systemem drugorzędnym wobec własności jezdnych, jest systemem wspierającym pojazd w realizacji zupełnie innych zadań niż maksymalizacja uciągu. Kiedy służy podniesieniu bezpieczeństwa, kiedy pojawia się słowo "przyczepność" wszędzie tam, gdzie dotąd mówiliśmy o "uciągu".

Bo oczywiste jest, że dla mechanika w batalionie transportowym piechoty zmotoryzowanej "prawdziwy" jest tylko i wyłącznie ten napęd, który pozwala będącemu na stanie jego jednostki, załadowanemu 5 tonami ładunku Starowi 66 na pociągnięcie 6-tonowej przyczepy przez dowolny teren – w razie konieczności z wykorzystaniem jeszcze jednego elementu "prawdziwego napędu na wszystkie koła", a więc skrzyni redukcyjnej (przełożenie terenowe w skrzyni rozdzielczej, zwiększające moment obrotowy na kołach kosztem prędkości). Fakt, że nawet na najwyższym biegu Star nie rozpędzi się wyżej niż do 50 km/h, nie ma znaczenia. Bo to maszyna robocza.

Pierwsze wahania dotyczące użyteczności takiego "prawdziwego" napędu na wszystkie koła pojawiły się, gdy do użytku na ogromną skalę wszedł jak najbardziej terenowy i roboczy Willys Jeep, a potem, po II wojnie światowej, wszystkie jego warianty. Bo ten lekki samochód był zaskakująco szybki i zwinny – jednakże tylko póki nie używał swego "prawdziwego" napędu na cztery koła, tylko sam napęd na koła tylne. A ci, którzy użytkowali warianty "cywilne", z przyjemnością myśleli o samochodzie, który byłby zarazem lekki, zwinny, dzielny w terenie i komfortowy – i tego właśnie się domagali od producentów aut.

Już od początku II wojny światowej brytyjscy inżynierowie Tony Rolt i Freddie Dixon pracowali nad własnym systemem napędzania wszystkich kół samochodu tak, by siła napędowa rozdzielała się automatycznie, by koła otrzymywały maksimum momentu obrotowego, ale by zarazem kierowca nie musiał "mieszać" dźwigniami i wybierać między trybem jazdy roboczym i szosowym. Dopiero jednak Harry Fergusson, współwłaściciel słynnej wytwórni traktorów Massey-Fergusson, dostrzegł sens ich pomysłu i sfinansował powstanie konstrukcji nazywanej – a jakże… – "Ferguson Formula".

Był to system stałego napędu obu osi ze skrzynią rozdzielczą, w której – uprośćmy opis – za procentowy rozdział napędu między obie osie odpowiadały kierunkowe, mechaniczne, odśrodkowe sprzęgła, które się samodzielnie blokowały, gdy różnice prędkości między osiami przekraczały założone wartości (można było je regulować za pomocą zmiany wielkości kół odbierających napęd).

System ten genialnie sprawdził się w ciągnikach Massey-Fergusson, które momentalnie pokonały konkurencję wygodą użytkowania napędu 4x4, jego sprawnością i niezawodnością. Do połowy lat 1950. system był dopracowany do perfekcji – tak imponującej, że zawędrował do… bolidu Formuły 1! Samochód wyścigowy Coventry-Climax co prawda wygrał tylko raz, bo za chwilę napęd na cztery koła w tym sporcie zakazano, a i układ z silnikiem z przodu w F1 przestał mieć sens, ale ten jeden raz, gdy wygrał (w 1961 r. ze Stirlingiem Mossem za kierownicą) był tak imponujący, że patent odkupiła firma Jensen, produkująca niebywale ekskluzywne i wyrafinowane technicznie samochody.

Model Jensen FF (od Ferguson Formula) stanowił po prostu techniczny non-plus-ultra w świecie samochodów. Szkoda, że jego napęd był ciężki i wymuszał ogromne wymiary samochodu, a sam samochód dramatycznie drogi i wymagający (miał w tym udział silnik Chryslera o pojemności 7,2 l…). Niemniej właśnie tak powinien wyglądać desygnat określenia "prawdziwy napęd 4x4" w samochodzie osobowym, gdzie walczy się o maksymalizację przyczepności w każdych warunkach po to, by umożliwić maksymalnie szybkie pokonywanie zakrętów i maksymalny zryw przy ruszaniu. Ale…

Bo przecież jest jeszcze pewna marka japońska, znana z rajdów, no i Audi. Jasne. Ale to już tylko kwestia nieco innego podejścia do sposobu blokowania różnicy w prędkości obrotowej. Czyli: co zamiast sprzęgieł odśrodkowych. I kiedy tylko wejdziemy na to pole minowe, padnie wreszcie określenie "torsen".

To słowo powstałe ze zbitki "torque" i "sensing" – "moment obrotowy" oraz "wyczuwanie". Pewnie, ten mechanizm różnicowy ma ogromne mnóstwo zalet, przede wszystkim tę, że jest mechaniczny i bezawaryjny, ale ma i wady. Dwie najpoważniejsze to koszty i wymagania przestrzenne oraz… Kompletna zawodność w przypadku, gdy jedno z kół ma zerową przyczepność. Jeśli więc chcemy mieć torsen w pełni pewny, musimy go dodatkowo rozbudować o mechanizm samoblokujący do… mechanizmu samoblokującego. Albo obłożyć elektroniką.

W tej sytuacji należy po prostu przyjąć, że prawdziwym napędem jest ten, który w danym pojeździe i danych wymaganiach stanowi optymalne rozwiązanie. Optymalne funkcjonalnie, ergonomicznie, technicznie, technologicznie, przestrzennie i kosztowo.

I nagle okazuje się, że rację mają… Szwedzi. A konkretnie inżynierowie firmy Haldex AB. Ich koncepcja "inteligentnego napędu na cztery koła" obejmuje bowiem właśnie dostosowanie się do tej definicji optymalnego napędu – optymalnego dla samochodów osobowych.

Konstrukcja napędu typu Haldex jest zaskakująco prosta. To system, w którym samochód osobowy (zwykle z silnikiem ustawionym z przodu poprzecznie) z napędem na jedną (zwykle przednią) oś otrzymuje dodatkowy napęd na drugą oś przez odprowadzenie (odgałęzienie) od pierwotnie napędzanej osi.

Osie łączy ze sobą skrzynia pośrednia w postaci sprzęgła, które jest uruchamiane na drodze mechanicznej, gdy różnica w prędkości obrotowej między jedną a drugą osią przekracza założoną wartość. Wówczas krzywka na wale pierwotnej osi naciska na tłok pompy oleju, przez co tarcze sprzęgła zostają do siebie dociśnięte, przekazując napęd do drugiej osi.

Oczywiście, jest to napęd dodatkowy, dołączany automatycznie, w dodatku przez to, że odprowadza się go od osi pierwotnej, a nie od skrzyni rozdzielczej, maksymalny moment obrotowy docierający do kół osi wtórnej może być jedynie równy momentowi na osi pierwotnej (rozdział między osiami w zakresie od 100:0 do 50:50%) – nie ma mowy o żonglowaniu rozdziałem mocy tak, jak na to pozwalają pełne skrzynie rozdzielcze (w zakresie 100:0-0:100).

W zamian za to otrzymujemy absolutnie płynne i w pełni automatyczne dołączanie napędu 4x4 przy spoczynkowym napędzie tylko na jedną oś, a więc bez obciążeń typowych dla pełnego napędu 4x4, pociągających za sobą wysoką masę, wymagania przestrzenne i zwiększenie zużycia paliwa.

Właśnie tego typu napęd ma najwięcej sensu w samochodach "cywilnych", gdzie napęd 4x4 ma znaczenie podnoszące poziom bezpieczeństwa oraz poprawiające dynamikę pokonywania zakrętów. Pozwala on także na całkiem sporą dzielność terenową, jako że natychmiast reaguje na brak przyczepności jednego z kół czy jednej z osi i momentalnie dołącza napęd osi drugiej. Nie wystarcza to na poważny off-road, podobnie zresztą jak cywilne, drogowe opony, ale z pewnością zasługuje na szacunek za skuteczność.

Szczególnie w połączeniu z inteligentnym elektronicznym systemem sterowania, umiejącym na drodze wykorzystania układów ABS i ESP, realizować funkcje selektywnego blokowania kół tracących przyczepność, uzyskując efekt "szpery" – blokady mechanizmu różnicowego.

I właśnie taki napęd mogą mieć modele Škody takie, jak Octavia, Superb, Karoq i Kodiaq. Dzięki niemu ich i tak wysoka sprawność oraz wysoki poziom bezpieczeństwa jazdy wspinają się na jeszcze wyższy stopień, a przy tym ryzyko wpadnięcia w tarapaty związane z przyczepnością w gorszych warunkach drogowych drastycznie się zmniejsza.

Autor jest jurorem prestiżowej nagrody WCOTY - World Car of The Year, czyli "Światowego Samochodu Roku a artykuł powstał we wspólpracy z marką Škoda