Napęd na cztery koła to wynalazek niemal tak stary, jak samochód. Przez ponad stulecie rozwijał się przede wszystkim dzięki pojazdom wojskowym, a później również rajdowym, by ostatecznie trafić do seryjnych samochodów osobowych. W ciągu minionych kilku lat dokonała się tu prawdziwa rewolucja.

Po co w ogóle napęd na wszystkie koła? Otóż gdy napędzane są tylko koła jednej osi, pozostałe koła stawiają opór, utrudniając poruszanie się pojazdu. O ile w dobrych warunkach, na równej nawierzchni o dużej przyczepności nie stanowi to problemu, w trudnym terenie lub na śliskiej nawierzchni może to doprowadzić do ślizgania się kół napędzających, zwłaszcza podczas ruszania i przyspieszania. Dlatego samochód z napędem wszystkich kół ma większe możliwości poruszania się w trudnym terenie, a także na drogach o mokrej czy oblodzonej nawierzchni.

Jak to zrobić?

W konwencjonalnych pojazdach 4x4 za dostarczenie napędu z silnika do obu osi odpowiada skrzynia rozdzielcza, połączona wałami napędowymi z osią przednią i tylną. Ze względu na to, że podczas jazdy w zakrętach każde z kół pokonuje inną drogę, między kołami napędzanej osi znajduje się przekładnia zwana mechanizmem różnicowym lub dyferencjałem, który umożliwia obracanie się kół z różnymi prędkościami. Jeśli pojazd ma się poruszać po nawierzchniach o dobrej przyczepności, konieczne jest zastosowanie dodatkowego, centralnego mechanizmu różnicowego między napędem osi przedniej i tylnej (w samochodach ze stałym napędem 4x4) – albo umożliwienie odłączenia napędu jednej z osi do jazdy po drogach.

Obecność trzech mechanizmów różnicowych powoduje, że gdy jedno z kół całkiem straci przyczepność i zacznie buksować w miejscu, moment obrotowy przekazywany do pozostałych trzech kół spadnie do zera. Dlatego w samochodach terenowych wprowadzono możliwość blokowania centralnego dyferencjału, co w takiej sytuacji pozwala zachować napęd choć jednej osi. Rozwiązanie to ma jednak dwie wady: po pierwsze wymaga interwencji kierowcy, a po drugie zwiększa ryzyko utraty przyczepności również przez jedno z kół drugiej osi.

Usprawnienia

Aby temu zaradzić, stworzono mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu, które przy nadmiernej różnicy prędkości obrotowych przy utracie przyczepności ograniczają moc przekazywaną na ślizgające się koła za pomocą specjalnych sprzęgieł. Alternatywą jest automatyczne przyhamowywanie ślizgającego się koła.

Niepożądaną konsekwencją stałego napędu na wszystkie koła jest zwiększone zużycie paliwa, wynikające z oporów wprowadzanych przez liczne przekładnie. Pozwala tego uniknąć odłączanie napędu jednej z osi do jazdy szosowej. W nowoczesnych samochodach napęd 4x4 może być dołączany automatycznie, po wykryciu przez komputer pokładowy poślizgu jednego z kół napędzanej osi.

Napęd na obie osie wiąże się też ze znaczną komplikacją i masą układu, wynikającą z obecności dodatkowych przekładni i wałów napędowych.

Hybrydy

Zupełnie nowe możliwości otworzyło przed konstruktorami wprowadzenie hybrydowego napędu spalinowo-elektrycznego – zastosowanie do napędzania jednej z osi dodatkowego silnika elektrycznego pozwala zrezygnować ze skrzyni rozdzielczej, centralnego mechanizmu różnicowego i wału napędowego.

Najprostsze rozwiązanie o nazwie e-4WD, opracowane przez Hitachi, zastosowano w opracowanych dla rynku japońskiego wersjach samochodów takich, jak Nissan Micra, Tiida, Note czy Mazda Demio – spalinowe silniki napędzające przednią oś wyposażono w generator, w razie potrzeby dostarczający prądu dla silnika elektrycznego tylnej osi. Taki układ nie umożliwia jednak jazdy trybie elektrycznym, a silnik tylnej osi ma dość małą moc.

Napęd na cztery koła podczas jazdy w trybie elektrycznym jest możliwy w przypadku hybrydowych SUV-ów Lexus RX oraz NX, w których koła przednie napędzane są przez w pełni hybrydową jednostkę Lexus Hybrid Drive, a także Toyota RAV4 Hybrid z jednostką Hybrid Synergy Drive. Jednostki te mogą pracować w trybach hybrydowych, gdy silnik elektryczny współpracuje ze spalinowym, jak i czysto elektrycznym, korzystając ze zgromadzonego w akumulatorze prądu wytworzonego podczas pracy silnika spalinowego oraz hamowania, gdy silnik elektryczny działa jako generator. Elektryczny napęd tylnej osi włączany jest automatycznie w razie potrzeby – gdy wymagają tego warunki jazdy, a także podczas przyspieszania, co zapewnia znakomitą dynamikę pojazdu. Komputer sterujący systemu e-Four dba o optymalne dostosowanie podziału momentu obrotowego między obie osie do warunków jazdy.

Realizacja napędu na cztery koła z wykorzystaniem technologii hybrydowej pozwoliła wyeliminować największą wadę samochodów terenowych, jaką jest duże zużycie paliwa. Przykład? Hybrydowa jednostka napędowa Lexusa RX 450h ma łączną moc 313 KM, co odpowiada potężnemu silnikowi spalinowemu o pojemności skokowej 4,5 litra, i zapewnia przyspieszenie od 0 do 100 km/h w czasie 7,7 sekundy. Jednocześnie zużywa zaledwie 5,3 litra benzyny na 100 km przy emisji dwutlenku węgla wynoszącej jedynie 145 g/km. To tyle, co oszczędny kompakt...