Napędy 4×4, co i jak ;) Part I 1

Często kupujemy auto z napędem 4×4 nie do końca zdając sobie sprawy z rodzaju zastosowanego rozwiązania napędu i sposobu jego działania. W tym numerze postaram się opisać dwa podstawowe układy napędu 4X4, w kolejnym pozostałe.

Napęd 4×4 stosowany jest od  ponad wieku, w czasie, gdy konstruowano pierwsze samochody, utwardzone nawierzchnie należały do rzadkości. Pierwszy mechanizm napędu 4×4 opatentowany został w USA w 1898 r. przez Roberta E. Twyforda. Przekazanie napędu na przednią oś realizowane było przez system przekładni zębatych. Wysoki koszt produkcji napędu 4×4 spowodował, że nie był popularny w pojazdach cywilnych. Przez pierwsze pół wieku stosowano go  wyłącznie w pojazdach militarnych celem podniesienia sprawności poruszania się w trudnym terenie i większej sile uciągu potrzebnej do ciągania sprzętu wojskowego. Prawdziwym przełomem w rozwoju aut 4×4 okazał się stworzony w USA w czasie II wojny światowej sławny Willis produkowany w ilościach masowych dla potrzeb koalicji oraz jego radziecki „kuzyn” GAZ 67 popularnie zwany „Czapajewem”. Kontynuacja produkcji samochodów terenowych w latach powojennych połączona z oferowaniem coraz sprawniejszych i wygodniejszych modeli sprawiła, że terenówkami zainteresowała się również ludność cywilna. Sprawiło to, że samochody terenowe zaczęły zmieniać swój charakter, ewoluował zarówno kształt jak i wygląd, który dostosowywano do potrzeb użytkowników cywilnych nie chcących spartańsko wyposażonych samochodów, charakterystycznych dla wojska. Pojawiło się zapotrzebowanie na przestronne auta 4×4, nowocześnie urządzone i posiadające pojemne bagażniki. Wnętrza samochodów terenowych pod względem wykończenia i wyposażenia zaczęły stopniowo przypominać te z aut osobowych gwarantując jednocześnie wyższą sprawność terenową.

Na początku oferowano układ napędowy 4×4 z ręcznie dołączanym napędem przedniej osi (bez międzyosiowego mechanizmu różnicowego), który z powodzeniem wykorzystywany jest  do dziś w pojazdach przeznaczonych do jazdy terenowej. Są nimi obecnie najczęściej samochody terenowe o prostej konstrukcji oraz tzw. pickupy służące do przewozu ładunków. Podstawowymi zaletami takiego rozwiązania jest prosta budowa i wynikający z tego wysoki poziom bezawaryjności. Prosta konstrukcja pozwala również na zastosowanie bardziej wytrzymałych elementów takich jak koła zębate, łożyska i wielowypusty generujących jednocześnie wyższą masę pojazdu. Brak zastosowania międzyosiowego mechanizmu różnicowego w pojeździe używanym do jazdy terenowej jest zarówno  zaletą jak i wadą. Podczas jazdy z dołączonym przednim napędem, układ jest w 100% zblokowany, więc przekazywany moment obrotowy zawsze jest dzielony między osie w stosunku 50/50. Taki rozwiązanie jest pomocne w jeździe terenowej, ponieważ zawsze dysponujemy napędem na obie osie. Ten rodzaj napędu cieszy w szczególności kierowców często użytkujących swoje pojazdy w trudnych warunkach terenowych. Ten rodzaj napędu z założenia wykorzystywany powinien być w autach terenowych użytkowanych  głównie poza drogami asfaltowymi, gdzie sprawdza się wyśmienicie. Użytkownicy to służby mundurowe takie jak: wojsko, służby leśne, straż pożarna, straż graniczna, policja, itp. Pojazdy tego typu są bardzo popularne wśród uczestników rajdów terenowych. Najpopularniejszymi samochodami wykorzystujący ten prosty układ napędowy są:

• Jeep Willys/CJ/TJ/YJ/Wrangler,
• Uaz/Gaz,
• Opel Frontera/Monterey ,
• Suzuki Samurai/Jimny/Vitara,,
• Nissan Terrano/Pickup/Patrol,
• Toyota Hilux/Land Cruiser(Bj,Lj,Kzj),
• Mecedes/Styer Puch (model 460 I 461),
• Mitsubishi Pajero/L200 ( starsze modele bez skrzyni SuperSelect).

Warto zaznaczyć, że część z wymienionych samochodów jest w ciągłej produkcji, co potwierdza przydatność tego typu rozwiązania. Wszystkie te pojazdy charakteryzuje prosta i w efekcie tańsza w produkcji budowa układu przeniesienia napędu. Podstawową wadą tego typu rozwiązania jest brak możliwości jazdy z włączonym napędem 4×4 po nawierzchni o dobrej przyczepności. Brak centralnego mechanizmu międzyosiowego w układzie napędowym uniemożliwia różnicowanie prędkości obrotowej pomiędzy osiami, co powoduje, że podczas jazdy po łuku (np. po asfalcie) powstają duże naprężenia w układzie przeniesienia napędu, które przyczyniają się do przyspieszonego niszczenia opon oraz wszystkich elementów układu napędowego. Wynika to z tego, że cztery koła samochodu jadącego na zakręcie pokonują różne drogi, tak więc jazda z włączonym napędem 4×4 na twardej nawierzchni może doprowadzić nawet do uszkodzenia podzespołów napędowych. Kolejną istotną wadą tego typu rozwiązań jest wyższy poziom hałasu i wibracji. Reasumując: układ napędowy z ręcznie włączanym napędem przedniej osi to rozwiązanie przydatne w trudnym terenie polecane dla użytkowników, których priorytetem jest funkcjonalność pojazdu w trudnych warunkach terenowych. Dla kierowców, którzy poruszają się głównie po drogach utwardzonych będzie on mało funkcjonalny, mimo to można stwierdzić, że jest to najczęściej spotykany rodzaj napędu 4×4 wśród myśliwych. Wpływ na to ma charakterystyka użytkowania naszych aut oraz zazwyczaj niższa cena zakupu naszej wymarzonej terenówki.

Stały napęd z centralnym mechanizmem różnicowym, zwany inaczej permanentnym dostarcza w sposób ciągły siłę napędową do wszystkich kół pojazdu. Stały napęd wszystkich kół to z reguły domena samochodów produkowanych obecnie i starszych klasy wyższej, sportowych, sportowo-terenowych typu SUV i zawansowanych technicznie pojazdów terenowych.  Jego największą zaletą jest to, że napęd do wszystkich kół przekazywany jest w sposób ciągły, tak więc nie trzeba go włączać i rozłączać. Poziom bezpieczeństwa czynnego wzrasta znacząco zwłaszcza podczas trudnych warunków atmosferycznych (śnieg, lód, deszcz). Samochód znacznie później wpada w poślizg, a gdy już to nastąpi, łatwiej jest go z niego wyprowadzić, ponadto lepiej zachowuje się w szybko pokonywanych zakrętach  a ruszanie i przyśpieszanie jest płynniejsze niż w pojazdach jednonapędowych. Z tej koncepcji korzystają tacy znani producenci jak Mercedes-Benz, Porsche, Subaru, Mitsubishi (równolegle w niektórych modelach stosowany jest dołączany przedni napęd), Toyota, Land Rover. Nie można tu nie wspomnieć o jednym z pierwszych aut produkowanych masowo wykorzystujących ten sposób przeniesienia napędu jakim jest Lada Niva. Podstawowym elementem stałego napędu na obie osie jest skrzynia rozdzielcza z centralnym mechanizmem różnicowym uzupełniona skrzynią redukcyjną w większości „prawdziwych” terenówek. Rozkład napędu na dwie osie realizowany jest przez przekładnią stożkową, planetarną lub Torsen. W zależności od zastosowanej technologii moment obrotowy może być dzielony między osie w określonym stosunku. Centralne mechanizmy różnicowe stosowane w skrzynkach rozdzielczych są podobne do montowanych w mostach napędowych, również cel ich działania jest podobny z tym, że różnicują siłę napędową między dwie osie a nie między koła na jednej osi. Stały napęd na wszystkie koła możemy w pełni wykorzystać tylko dzięki blokadzie miedzyosiowego mechanizmu różnicowego. W momencie, gdy któraś z napędzanych osi traci przyczepność i zaczyna się szybciej obracać, skrzynia rozdzielcza wysyła do niej większość momentu obrotowego, w  efekcie możemy mieć napędzaną tylko jedną oś i stały napęd staje się bezużyteczny. Aby zapobiec takim sytuacjom montowane są w/w blokady centralnych mechanizmów osiowych (stuprocentowe lub aktywne). Blokady 100% włączane są ręcznie zazwyczaj w klasycznych  „terenówkach”, kierowca uruchamia dźwignią (lub przełącznikiem) mechanizm blokujący i otrzymuje sztywny napęd na dwie osie, taki jak w przypadku pojazdów omawianych wcześniej, system tan stosowany jest m. in. w Lada Niva, Mercedes G 463, Toyota. To rozwiązanie nie sprawdza się podczas podróżowania drogami asfaltowymi, dlatego konstruktorzy stosują różnego rodzaju blokady o działaniu aktywnym, m. in. sprzęgła wiskotyczne i wielopłytkowe.

Podstawową wadą takiego rozwiązania jest podwyższone zużycie paliwa. Napęd dołączany ręcznie w momencie gdy pojazd wjeżdża na asfalt napęd jest rozłączany i zużycie paliwa maleje wymiernie. Kolejną wadą jest znacznie bardziej skomplikowana konstrukcja i co za tym idzie większa ilość podzespołów do serwisowania generująca wyższy koszt produkcji i użytkowania.

Podsumowanie:

            Z opisanych powyżej rodzajów napędów w autach używanych w łowisku najczęściej spotykamy napęd 4×4 z dołączanym napędem przednim. Wynika to głównie z racji  wieku (kryterium – cena), a co za tym idzie, zastosowanych w tych autach technologii. Należy wspomnieć o ciekawym połączeniu w/w rodzajów napędów stosowanym z powodzeniem w autach np.  Mitsubishi. System ten (Super Select) ma do wyboru ustawienia wybierane za pośrednictwem skrzyni rozdzielczej: 2H, 4H, 4HLC, 4LLC. Pierwszy tryb zapewnia przekazywanie napędu tylko na oś tylną, po włączeniu ustawienia 4H napęd zaczyna być przekazywany na 4 koła w proporcjach od 33:67 nawet do 50:50. 4HLC to ustawienie napędu 4×4 z blokadą międzyosiowego mechanizmu różnicowego – przydatne w warunkach ograniczonej przyczepności na grząskim gruncie. Jeśli to ustawienie nie pomoże wyjść z opresji, jest jeszcze tryb 4LLC, który załącza reduktor wraz blokadą centralnego mechanizmu różnicowego. Można powiedzieć, że jest to „złoty środek” dla potrzeb osób używających jednego auta do celów łowieckich i prywatnych. W kolejnym artykule przybliżę pozostałe rodzaje napędów 4×4 wykorzystywane obecnie głównie w autach typu SUV, coraz bardziej popularnych również wśród myśliwych.

Pozdrawiam terenowo.

Seba 4×4

Klasyczny układ napędowy 4×4 z dołączanym przednim napędem, reduktorem i mechanizmem różnicowym

Usytuowanie skrzyni rozdzielczo-redukcyjnej z centralnym mechanizmem różnicowym w Ladzie Niva

Klasyczna skrzynia rozdzielczo-redukcyjna bez centralnego mechanizmu różnicowego z lat 50-tych – GAZ 69

Zdj 4 – Zestaw napędowy LR Defender z scaloną z skrzynią biegów skrzynią rozdzielczo-redukcyjneą z centralnym mechanizmem różnicowym