Napęd na cztery koła nie zawsze jest taki sam

Na zakręcie każde koło pokonuje inną drogę. Koła po wewnętrznej stronie zakrętu toczą się po ciaśniejszym promieniu niż te po zewnętrznej, a przednia oś zakreśla inny łuk niż tylna. Różnicę między lewą a prawą stroną wyrównuje mechanizm różnicowy w osi. Różnica między przodem a tyłem pozostaje i trzeba ją rozwiązać osobno.

Kto sztywno łączy obie osie, zmusza je do tej samej prędkości obrotowej. Na nawierzchni dopuszczającej poślizg — śnieg, żwir, mokra trawa — różnica po prostu się „ześlizguje”. Na przyczepnym asfalcie nie ma takiej możliwości. Wtedy w układzie napędowym narasta naprężenie, które przy ciasnym manewrowaniu objawia się szarpaniem i obciąża wały, przeguby oraz uzębienie.

Każda konstrukcja napędu na cztery koła jest odpowiedzią właśnie na to pytanie: o ile przednia oś może się obracać inaczej niż tylna, a od kiedy już nie może? Odpowiedzi różnią się nakładem, masą i zużyciem paliwa — a także tym, które podzespoły z wiekiem kosztują pieniądze.

Najstarsza konstrukcja ma skrzynię rozdzielczą bez mechanizmu różnicowego między osiami. W ruchu drogowym pracuje tylko jedna oś, zwykle tylna; kierowca dołącza drugą sprzęgłem kłowym albo łańcuchem, i od tej chwili obie są sztywno sprzężone. Często dochodzi do tego reduktor terenowy, czyli drugi zestaw przełożeń o krótkim przełożeniu do wolnej, stromej lub ciężkiej pracy.

Stąd wynika zasada obsługi właściwa tej konstrukcji: dołączony napęd na cztery koła nie ma czego szukać na suchym asfalcie. Kto tam z niego korzysta, wywołuje naprężenie opisane wcześniej, a ono obciąża podzespół z najmniejszym zapasem wytrzymałości — często samą skrzynię rozdzielczą. To nie błąd konstrukcyjny, tylko zasada obsługi.

Przy zakupie używanego auta ta konstrukcja nie jest więc wadą, tylko pytaniem o poprzedniego właściciela. Na postoju, na równej powierzchni, dołącza się i odłącza napęd, zwracając uwagę, czy wchodzi i wychodzi czysto. Kły, które już nie chwytają, i siłowniki, które trzaskają, nie przełączając niczego, to typowe objawy zużycia tej konstrukcji.

Gdy między osie wstawi się trzeci mechanizm różnicowy, przednia oś może obracać się swobodnie względem tylnej. Napęd działa wtedy stale na obu osiach, bez żadnego naprężenia. To, jak rozdzielany jest moment obrotowy, wynika z konstrukcji: mechanizm stożkowy dzieli go po połowie, stopień planetarny — w wybranej, stałej proporcji.

Otwarty mechanizm różnicowy ma jednak cechę, która poza drogą staje się problemem: kieruje moment tam, gdzie jest najmniejszy opór. Jeśli jedno koło stoi na lodzie, kręci się ono, a druga oś nie dostaje nic. Dlatego ta konstrukcja niemal zawsze ma blokadę albo rozwiązanie samoblokujące — sprzęgło wielotarczowe równolegle do mechanizmu różnicowego albo uzębienie ślimakowe, które samo się zacina wraz ze wzrostem różnicy prędkości obrotowych.

To najbardziej złożone i najcięższe rozwiązanie, a zarazem takie, które wymaga najmniej obsługi ze strony kierowcy. W eksploatacji przekłada się to na dodatkowe napełnienia olejem: mechanizm różnicowy między osiami, przekładnia tylnej osi i ewentualnie skrzynia rozdzielcza to trzy obiegi, których nikt nie widzi, a ich terminy wymiany są w planie serwisowym — nie w opisie ogłoszenia.

Najpopularniejsze dziś w samochodach osobowych rozwiązanie nie ma mechanizmu różnicowego między osiami. Jedna oś — w większości układów z poprzecznie ustawionym silnikiem przednia — napędza zawsze, druga podłączona jest przez pakiet lamel, dociskany przez elektrycznie sterowaną pompę. O tym, jak mocno, decyduje sterownik na podstawie prędkości obrotowej kół, położenia pedału gazu, kąta skrętu kierownicy i przyspieszenia bocznego.

Zaletą jest miejsce zabudowy, masa i zużycie paliwa: w normalnej jeździe auto wozi ze sobą właściwie tylko napęd na przednie koła. Wadą jest to, że pakiet cierny pozostaje częścią eksploatacyjną. Pracuje we własnym oleju, który wraz z filtrem chce być wymieniany, a gdy stale się ślizga — na przykład dlatego, że opony na osiach są nierówno zużyte — starzeje się szybko.

Starszą, pasywną krewną jest sprzęgło wiskotyczne: dwa pakiety lamel w silikonowej cieczy, która przy różnicy prędkości obrotowych gęstnieje i dzięki temu przenosi moment. Nie potrzebuje sterowania i dlatego jest niepozorne — także wtedy, gdy zawodzi. Wyciekłe albo stwardniałe sprzęgło wiskotyczne albo przestaje cokolwiek przenosić, albo przenosi trwale za dużo, i oba te stany kierowca zauważa późno.

W samochodzie elektrycznym lub hybrydowym napęd na cztery koła może powstać bez żadnego mechanicznego połączenia między osiami. Jeden silnik pracuje z przodu, drugi z tyłu, a to, co mechanicznie rozwiązuje mechanizm różnicowy między osiami, tutaj rozwiązuje układ sterowania: każda oś dostaje dokładnie taki moment, jaki przydzieli jej oprogramowanie.

Technicznie odpada przez to sporo elementów — wał napędowy, łożysko pośrednie, skrzynia rozdzielcza i jedno napełnienie olejem. Sterowanie jest przy tym szybsze niż jakiekolwiek sprzęgło, bo silnik elektryczny zmienia swój moment w milisekundach. W zamian dochodzą inne podzespoły, a ich usterki mają charakter elektryczny: elektronika mocy, obiegi chłodzenia, ograniczanie mocy przy długotrwałym obciążeniu lub wysokiej temperaturze.

Dla oględzin oznacza to: nie ma tu skrzyni rozdzielczej do sprawdzenia ani sprzęgła do posłuchania. Sprawdza się pamięć usterek, zachowanie pod obciążeniem i to, czy chłodzenie spełnia swoje zadanie — pytania, na które odpowiada się komputerem diagnostycznym, a nie uchem.

Niemal każde nowoczesne auto celowo przyhamowuje bukujące koło i w ten sposób, przez otwarty mechanizm różnicowy, kieruje moment na drugą stronę. To zaskakująco dobrze zastępuje mechaniczną blokadę i jest powodem, dla którego wiele aut bez blokad radzi sobie lepiej, niż sugerowałaby ich karta katalogowa.

Granicą jest ciepło. Hamulec zamienia energię w ciepło, które trzeba odprowadzić. Przy długim podjeździe po luźnym podłożu albo przy wielokrotnym ruszaniu w głębokim śniegu instalacja się nagrzewa i ogranicza swoje działanie. Blokada mechaniczna nie zna tego problemu — za to wymaga, żeby kierowca ją ponownie otworzył, zanim wróci na drogę.

I najważniejsze zdanie o napędzie na cztery koła w ogóle: pomaga przy ruszaniu i przy przyspieszaniu. Droga hamowania i granica przyczepności na zakręcie zależą od współczynnika tarcia między oponą a nawierzchnią, a liczba napędzanych kół tego nie zmienia. Auto z napędem na cztery koła na oponach letnich w śniegu pojedzie dalej, a zatrzyma się gorzej — i to właśnie ten układ jest przyczyną większości wypadków tego rodzaju.

Każda konstrukcja z mechanicznym połączeniem osi reaguje na różne obwody toczenia opon. Nowa opona ma więcej bieżnika niż w połowie zużyta, więc przy tej samej prędkości obraca się nieco wolniej, a tę różnicę sprzęgło albo mechanizm różnicowy między osiami odbiera jako stały poślizg. To, co pożądane jest na śniegu, staje się tutaj stanem trwałym.

W praktyce oznacza to: pojedyncza nowa opona po awarii rzadko jest właściwym rozwiązaniem w aucie z napędem na cztery koła. Czy wymienia się parami na oś, czy wszystkie cztery naraz, i jaką różnicę jeszcze dopuszcza producent — to informacje z dokumentacji pojazdu. To nie jest zdanie na wyrost, tylko różnica między jedną oponą a pakietem sprzęgła na fakturze.

Odwrotnie: auto z napędem na cztery koła z czterema nierówno zużytymi oponami to sygnał, który mówi więcej niż tylko o oponach. Kto oszczędzał w tym miejscu, prawdopodobnie od jakiegoś czasu dopłacał do sprzęgła, nie wiedząc o tym — a resztę zapłaci kolejny właściciel.

Dwie próby, a pierwsza wymaga wstrzemięźliwości. Na wolnej powierzchni z pewnym poślizgiem — mokra kostka brukowa, żwir, pusty plac żwirowy — jedzie się w tempie spacerowym ciasnym kołem przy pełnym skręcie kierownicy. Szarpnięcie albo „przytupywanie” wskazuje na naprężenie. Przy konstrukcji z dołączanym napędem takie zachowanie na suchym asfalcie jest normalne, więc tam w ogóle się tego nie sprawdza.

Druga to słuchanie. Buczenie narastające z prędkością i zmieniające ton przy zmianie obciążenia często pochodzi z przekładni osiowej. Wibracje pojawiające się od pewnej prędkości i znikające powyżej niej wskazują na wał napędowy albo jego łożysko pośrednie. Klikanie przy pełnym skręcie to przegub homokinetyczny na przedniej osi.

Do tego dochodzi spojrzenie od spodu. Wał napędowy, łożysko pośrednie, mankiety przegubów i obudowy przekładni albo są suche, albo nie są. Wilgotny film na obudowie to punkt do obserwacji; cieknący uszczelniacz wałka to gotowy kosztorys.

Przy stromym podjeździe zimą, przy przyczepie na mokrej łące i przy ruszaniu na luźnym podłożu napęd na cztery koła to realna i odczuwalna pomoc. Przy drodze hamowania, prędkości na zakręcie i zużyciu paliwa już nie — tam stoi po drugiej stronie rachunku.

Kto naprawdę chce jeździć w terenie, potrzebuje więcej niż napędzanych kół: reduktora, prześwitu, sensownych kątów najazdu i zejścia oraz co najmniej jednej blokady. Komu chodzi o śnieg i podjazdy na co dzień, temu zwykle lepiej służy rozwiązanie ze sprzęgłem i dobre opony zimowe niż ciężki samochód terenowy na drogich w rozmiarze oponach.

A oto trzeźwa część: więcej napędu to więcej masy, więcej przegubów, więcej łożysk i więcej oleju. To widać w zużyciu paliwa, zużyciu opon i rachunku za serwis. Auto z napędem na cztery koła jest właściwym wyborem wtedy, gdy potrafisz nazwać warunki, w których go potrzebujesz.