Napędy 4×4, co i jak ;) Part II

W pierwszej części przybliżyłem „klasyczne” napędy 4×4, które obecnie zastępowane są przez auta 4×4 z automatycznie dołączanym tylnym napędem. Konieczność obniżania masy aut, uzyskania niższych kosztów produkcji, wymagania rynkowe oraz rosnący popyt na tego typu auta powoduje zanikanie klasycznych aut posiadających reduktor i ramę. Dziś pora przybliżyć kolejne obecnie najczęstsze stosowane rozwiązania oraz podsumuję wady i zalety napędu 4×4.

Automatycznie dołączany napęd tylnej osi jest stosunkowo prostym w budowie rozwiązaniem i jest atrybutem małych samochodów osobowych i rekreacyjno-sportowych klasy SUV. Pierwszym stosowanym układem napędowym 4×4 z automatycznym dołączaniem drugiej osi był napęd oparty o sprzęgło wiskotyczne, jego prekursorem był napęd Syncro stosowany w VW. Napęd ten ewoluował i w miejsce mechanicznych rozwiązań zastosowano sprawniejsze sterowniki wykorzystujące czujniki usytuowane przy każdym z kół, które w połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem i sterowaniem elektromagnetycznym znacznie skróciły czas aktywowania napędu 4×4 i w efekcie podniosły bezpieczeństwo jazdy. Analizując rozwój tych układów napędowych 4×4, można stwierdzić, że zastosowanie tych rozwiązań przyczyniło się do rozwoju i popularyzacji samochodów 4×4. Prosta i stosunkowo tania konstrukcja tego typu napędu umożliwiła montowanie ich zarówno w pojazdach uterenowionych, sportowych, jak i w małych samochodach osobowych i vanach. Atutem automatycznie sprzęgających się układów 4×4 oprócz łatwości są korzyści trakcyjne, tego typu auto będzie lepiej prowadzić się w zakrętach oraz podczas pokonywania nieutwardzonych dróg niż pojazd z napędem na jedną oś. Na tle innych układów napędowych rozwiązanie to posiada jednak pewne wady. Przede wszystkim jego działanie jest nieco opóźnione, choć stosowana obecnie elektronika znacznie zwiększa ich skuteczność dołączając napęd na tylną oś pojazdu po wystąpieniu uślizgu kół którejś z osi. Samochody ze sprzęgłem wiskotycznym nie sprawdzą również się w trudnym terenie. Długotrwałe i duże różnice prędkości obu osi, występujące np. podczas próby pokonania przeszkody błotnej, mogą skutkować przegrzaniem się oleju w sprzęgle i utratą napędu 4×4. Rozróżniamy następujące rodzaje sprzęgieł wielopłytkowych.

Wiskotyczne – najczęściej spotykane rozwiązanie ze względu na niskie koszty i prostotę. Wielopłytkowe sprzęgło lepkościowe jest wypełnione specjalnym olejem i przenosi moment obrotowy na drugą oś automatycznie, po wystąpieniu różnicy prędkości obrotowych przednich i tylnych kół. Z racji ograniczonej wytrzymałości raczej nie montuje się go w autach dużych i ciężkich, z silnikami o pokaźnej mocy.

Elektromagnetyczne – wielopłytkowy mechanizm działa na zasadzie elektromagnetycznej. Załącza się wówczas, gdy powstaje różnica obrotów między przednimi i tylnymi kołami. Sprzęgło można zablokować sterowanym elektromagnesem mechanizmem krzywkowym w proporcji 50/50 %

Elektromechaniczne – system montowany m.in. przez Fiata i Suzuki. Sterownik z mikroprocesorem (często wykorzystujący silnik elektryczny) steruje sprzęgłem na podstawie odczytów z czujników śledzących ruch poszczególnych kół. Sprzęgło tego typu może przenosić stosunkowo duże obciążenia, a precyzyjne sterowanie pozwala na osiągnięcie dużej prędkości działania. W BMW (system xDrive) elektronika otrzymuje dodatkowe dane z ESP, ABS itp., a układ hamulcowy może blokować mechanizmy różnicowe obu osi.

Centralne mechanizmy różnicowe nowego typu.

Super Handling AWD – powstał w zakładach Hondy, składa się z zestawu trzech przekładni planetarnych ze sprzęgłami przy tylnej osi. Pierwsza to przyspieszacz – przejmuje moment obrotowy od silnika i rozdziela go na oba koła tylnej osi. Tam moment trafia na kolejne przekładnie. SH bardzo dobrze spisuje się przy ostrej, dynamicznej jeździe, ale jest dość ciężki.

4Matic – MB korzysta z trzech mechanizmów różnicowych. Koła tylne otrzymują 55 proc. momentu obrotowego, przednie 45 proc. Funkcję blokad pełnią hamulce. Koła, które obracają się zbyt szybko, są hamowane. W ciężkim terenie tarcze, klocki i piasty mogą się przegrzewać.
Mechanizm Thorsena – rodzaj przekładni wyposażonej w trzy pary ślimakowych kół zębatych, która automatycznie rozdziela moment obrotowy między osiami. Takie rozwiązanie stosuje między innymi Alfa Romeo, Subaru i Audi.

Układy mieszane – Subaru specjalizuje się w symetrycznych układach napędowych, w których zarówno przednia, jak i tylna oś otrzymuje 50 proc. momentu napędowego. Przykładem może być centralny mechanizm różnicowy modelu WRX STI, dodatkowo rozbudowany o przekładnię planetarną oraz dwa wielopłytkowe sprzęgła cierne spełniające funkcję blokad. Jedno z nich uruchamiane jest mechanicznie (krzywkowo), drugie – elektromagnetycznie. Kierowca decyduje o sile działania blokad.

Haldex – najłatwiej spotkać w autach marki Volvo oraz różnych modelach koncernu Volkswagen. Dobra relacja między sprawnością działania, ceną i masą. Układ bazuje na sygnałach z czujników prędkości kół, prędkości kątowej kół, przyspieszenia wzdłużnego i położenia pedału gazu. Z czasem udoskonalono ten system, w czwartej generacji zrezygnowano z pompy krzywkowej zastępując ją pompą zewnętrzną zasilającą wstępnie układ hydrauliczny, specjalny akumulator ciśnienia utrzymuje system w ciągłej gotowości pozytywnie wpływając na szybkość reagowania. W normalnych warunkach drogowych, gdy nie ma poślizgu kół, napędzana jest tylko jedna oś, a zatem oszczędza się paliwo. Haldex może też pełnić funkcję międzyosiowego mechanizmu różnicowego.

Podsumowanie wad i zalet napędu 4×4.

Zalety:

dobre trzymanie toru jazdy podczas pokonywania zakrętów i szybko wykonywanych manewrów: jest to podstawowa i fundamentalna zaleta 4×4 (z wyłączeniem napędu 4×4 bez centralnego mechanizmu różnicowego). Każde z kół pojazdu dysponuje ograniczonym zapasem przyczepności, a więc może przenieść na styku opony z drogą pewną określoną siłę, której użyjemy do hamowania, przyspieszania lub skręcania. Często przyczepność opony wykorzystujemy do dwóch manewrów naraz, np. przyspieszania i skręcania. Ponieważ w trakcie skręcania z dużą prędkością pojazdu wykorzystujemy całą przyczepność przednich kół, to na przekazanie siły napędowej przez te same koła nie będzie zapasu przyczepności. Z taką sytuacją mamy do czynienia w pojazdach przednionapędowych. W pojazdach AWD, w związku z tym, że wykorzystujemy w przybliżeniu tylko 25% przyczepności opony na realizowanie napędu samochodu, na manewr skręcania zostaje nam więcej zapasu. Podobną sytuację mamy podczas hamowania silnikiem. Moment hamujący rozkładany jest na 2, a nie tylko na 1 oś, wiec hamowanie silnikiem odbywa się płynniej i bardziej stabilnie. To zjawisko wyraźnie odczujemy podczas zwalniania w zakręcie.

wysoka zdolność poruszania się po nawierzchni o niskim współczynniku przyczepności: każdy pojazd z napędem 4×4 będzie osiągał lepszą trakcję na nawierzchniach o niskim współczynniku przyczepności niż jakiekolwiek pojazd z napędem jednej osi. Uwarunkowane jest to lepszym stosunkiem siły napędowej do uzyskanej przyczepności. Innymi słowy w samochodach 4×4 wykorzystywana jest przyczepność wszystkich kół, ponieważ do wszystkich kół doprowadzana jest siła napędowa, która dzielona jest na 4 koła a nie tylko na dwa.
zdolność pokonywania stromych wzniesień: napęd 4×4 jest nieoceniony w sytuacjach, gdy samochód musi pokonać wzniesienie o trudnej nawierzchni (piasek, błoto, śnieg czy lód). Jest to efekt dobrze dociążonej osi napędowej tylnej podczas jazdy pod górkę i wspomagającej jej osi napędowej przedniej.
wysoka zdolność poruszania się po nierównych drogach: cecha ta jest szczególnie istotna dla pojazdów „uterenowionych” typu SUV i Crossover oraz pojazdów typowo terenowych, jest możliwa dzięki napędowi 4×4 oraz stosowanemu z reguły wyższemu prześwitowi i skokowi zawieszenia,

– większa masa holowania, równomierniejsze zużycie opon:

Wady:

bardziej skomplikowana konstrukcja: w stosunku do samochodów jednonapędowych) układ napędowy jest rozbudowany o takie dodatkowe elementy jak: most, wał napędowy, skrzynia rozdzielcza, półosie napędowe. Wiąże się to z wzrostem masy pojazdu i zmniejszeniem przestrzeni w środku pojazdu.
zwiększenie hałasu i ewentualnych wibracji: dodatkowe podzespoły wykonujące ruch obrotowy w układzie napędowym są źródłem hałasu i wibracji
mniejsza sprawność układu i podwyższenie zużycie paliwa: większa ilość współpracujących ze sobą podzespołów powoduje większe straty mocy i w efekcie mniejszą siłę napędową uzyskaną na kołach oraz skutkuje większym zużyciem paliwa.
zwiększone prawdopodobieństwo awarii i większe koszty serwisowania: większa liczba elementów w układzie napędowym zwiększa liczbę potencjalnych awarii układu napędowego oraz podnosi koszty utrzymania samochodu. Zakres przeglądów okresowych powiększony jest np. o wymianę olejów przekładniowych w mostach i skrzyni rozdzielczej.
wyższa cena pojazdu: wzwiązku z tym, że konstrukcja samochodu 4×4 jest bardziej skomplikowana niż FWD lub AWD, jego cena jest odpowiednio wyższa. O wysokiej cenie aut 4×4 decyduje również ogólna opinia o większym prestiżu takich samochodów.

Jaki napęd 4×4?

Uniwersalny napęd 4×4 nie istnieje. Jedne charakteryzują się prostotą, niską masą i przystępną ceną, inne są skomplikowane i drogie, za to dużo sprawniejsze. Jedne dobrze sprawują się w ciężkich terenówkach, inne pasują do samochodów rekreacyjnych o sportowym charakterze. Jeszcze inne cechują się wysoką uniwersalnością i można je spotkać w autach przeznaczonych do wielu zadań. W kręgach łowickich najczęściej spotykany jest oczywiście centralny mechanizm różnicowy z reduktorem lub dołączany przedni napęd z reduktorem posiadający również swoje wady. Mimo wszystko napęd 4×4, chociaż nieco cięższy, droższy i mniej ekonomiczny, prawie w każdej postaci pomaga kierowcy zapanować nad pojazdem tym łatwiej, im bardziej warunki odbiegają od optymalnych. Samochody wyposażone w układ napędowy 4×4 to specyficzna grupa pojazdów, których zalety docenia coraz większa grupa użytkowników często nie opuszczających dróg utwardzonych. Dla użytkowników chcących poruszać się swoimi pojazdami po leśnych i polnych drogach zalet napędu 4×4 nie trzeba przedstawiać. Od pewnego czasu na rynku oferowana jest duża ilość modeli aut 4×4 w klasy SUV, którymi nie należy zapuszczać się w głębokie wertepy, często jednak wystarczą nam do dojazdów do łowiska i poruszaniu się w nim. Często wymiana ogumienia i elementów zawieszenia w znaczący sposób potrafi podnieść ich dzielność terenową.

Pozdrawiam terenowo

Seba 4×4