Minęło 40 lat od premiery Audi Quattro, a wielu wciąż nie wie, co to jest stały napęd na cztery koła

40 lat temu Audi zaprezentowało model Quattro (marketingowo zawsze pisane małą literą), który nie tylko błyskawicznie zdominował świat rajdowy, ale także jako pierwszy pokazał zalety stosowania napędu na cztery koła w samochodzie drogowym, a nie tylko terenowym.

Wszystko za sprawą stałego napędu (nazwa handlowa quattro), który w przeciwieństwie do rozwiązania z dołączaną osią pozwalał jeździć na co dzień po asfalcie takim samochodem. Choć już tyle czasu minęło od premiery tego rozwiązania, wciąż niewielu rozumie, na czym naprawdę polega stały napęd na cztery koła i dlaczego nie jest nim większość napędów oferowanych dziś w osobówkach.

Przyjęło się, że stały napęd na cztery koła zawsze realizuje mechanizm różnicowy, który odpowiada za rozdział siły napędowej pomiędzy osiami. Tak było od samego początku i takie informacje można znaleźć w starej literaturze technicznej, natomiast powoli określenie stałego napędu (dalej SN) zaczęło się zmieniać pod wpływem działań marketingowych.

Audi odniosło ogromny sukces, a inne firmy też chciały mieć stały napęd na cztery koła, tylko tańszym kosztem. W opiniach, wypowiedziach fachowców czy dyskusjach w internecie pojęcie SN ma pewną wyższość nad napędem dołączanym, dlatego producenci aut posługują się tym określeniem nawet wtedy, kiedy nie ma ono nic wspólnego z rzeczywistością. Sprytnie wykorzystano fakt, że określenie "stały" można rozumieć... na swój sposób.

Dziś przyjęło się, że "stały napęd na cztery koła" to taki napęd, w którym stale napędzane są cztery koła, czyli prawie każdy napęd działający automatycznie. Jest to określenie sensowne, logiczne, choć niezgodne z pierwotnym założeniem. Bowiem stały napęd to taki, w którym rozdział siły napędowej jest niezmienny (stały). A żeby było już w pełni precyzyjnie, należałoby dodać do tego "... do momentu ingerencji kierowcy lub innego mechanizmu".

Już wyjaśniam, o co chodzi, a Audi quattro jest idealnym przykładem. Dodam tylko, że w znakomitej większości do opisywanego dziś "stałego napędu" (również quattro) bardziej pasuje określenie "napęd permanentny" (czyt. działający zawsze).

Jak już wspomniałem, SN to taki, w którym siłę napędową pomiędzy osiami rozdziela się w stałych, czyli niezmiennych proporcjach, co najłatwiej zrealizować klasycznym mechanizmem różnicowym, choć z powodzeniem robi to także mechanizm planetarny.

Stałe proporcje należy tu rozumieć jako niezmienne, niezależnie od sytuacji. Nie oznacza to natomiast proporcji identycznych, bo poprzez odpowiednią konstrukcję mechanizmu różnicowego czy przełożeń kół zębatych można osiągnąć proporcje, np. 40:60. Nie są takie same, ale ważne: są stałe. Skupmy się jednak na najprostszym rozwiązaniu z klasycznym dyferencjałem, takim jak w Audi quattro.

W tym kultowym samochodzie, który w tym roku obchodzi 40. urodziny, przeniesienie momentu obrotowego na obie osie było realizowane za pomocą trzech tradycyjnych mechanizmów różnicowych. Międzyosiowy, podobnie jak osiowe mechanizmy, rozdzielał siłę napędową w proporcji 50:50 i działał dokładnie tak samo. Oznacza to, że niezależnie od przyczepności osi napędzanych, zawsze dzielił napęd sprawiedliwie na pół, co w pewnych warunkach (trudniejszych terenowych) zupełnie się nie sprawdza. Dlatego też zastosowano blokadę mechanizmu, by w warunkach tego wymagających rozdzielać siłę napędową na oś, która jest w stanie napęd przekazać sprawniej.

Teraz mała dygresja, bo domyślam się, że dla wielu z was w powyższym akapicie albo jest błąd, albo świat właśnie stanął wam na głowie. Dlatego wyjaśniam to, czego niektórzy mogą nie rozumieć, więc albo przyjmijcie to na wiarę, albo proponuję się zagłębić w kinematykę mechanizmu różnicowego. Najlepiej pobawić się jakimś modelem. Niestety nawet fachowa literatura zawiera błędy, które utrudniają zrozumienie tego. Zaczynamy...

Klasyczny mechanizm różnicowy rozdziela siłę napędową zawsze w stałych proporcjach i nie ma tu mowy o przeniesieniu większego momentu obrotowego na któreś z kół lub oś, jeśli nie ingerują w to inne urządzenie (np. blokada). Jeśli do tej pory myśleliście, że jeśli napędzane lewe koło stoi na lodzie, a prawe na suchym asfalcie, to siła napędowa trafia na lewe koło, to byliście w błędzie. Siła napędowa trafia na oba koła w tych samych proporcjach co wtedy (stałych), kiedy oba stoją na lodzie, asfalcie czy jakiejkolwiek nawierzchni. Jedyne, co różnicuje mechanizm różnicowy to prędkość obrotowa i faktem jest to, że napędzane koło na lodzie porusza się szybciej.

Dopiero włączenie blokady mechanizmu różnicowego sprawia, że siła napędowa jest rozdzielana. Co natomiast nie jest rozdzielane? Oczywiście prędkość obrotowa, która dla obu kół jest dokładnie taka sama.

Więc wracając do naszego przykładu, w wyniku zablokowania mechanizmu na prawe koło trafi znacznie większa siła napędowa niż na to, które stoi na lodzie i dlatego auto ruszy sprawnie z miejsca. Dlaczego? Bo właśnie to koło na asfalcie jest w stanie przenieść więcej siły napędowej niż koło na lodzie. Wrażenie, że siła jest rozdzielana wtedy po równo, jest mylące dlatego, że koła kręcą się z jednakową prędkością. Jednak to właśnie koło na asfalcie, a nie to na lodzie, bardziej odpowiada za ruch pojazdu, a zatem to ono przenosi napęd.

Początkowo Audio stosowało w modelu quattro mechaniczną blokadę dyferencjału, która pozwalała autu wydostać się z opresji, a także wykonywać podjazdy niespotykane dotąd w innych osobówkach. To jest właśnie urządzenie dodatkowe, o którym wspominam w definicji napędu stałego. To ono sprawia, że nie można już mówić o SN. Jest on więc stały do czasu, aż do akcji wkroczy urządzenie dodatkowe, takie jak blokada lub szpera, które powoduje zmienną dystrybucję momentu obrotowego.

Szpera jest częściową blokadą mechanizmu różnicowego działającą samoczynnie. Kiedy jedno z kół zaczyna kręcić się zbyt szybko względem drugiego, powoduje to zwiększenie tarcia w mechanizmie i tym samym częściowe jego zblokowanie. Odmianą szpery jest też mechanizm różnicowy typu torsen, choć działa nieco inaczej. Pozostaje pytanie: czy SN z torsenem to wciąż napęd stały? W tym temacie można prowadzić długą i wyczerpującą dyskusję bez konsensusu. Natomiast każdy technik z Audi będzie twierdził, że jest stały, bo... i tu proponuję wrócić do tematu działań marketingowych. Ja ze wzgędów technicznych jestem skłonny przyjąć taką zasadę.

W torsenie z powodu konstrukcji i układu kół zębatych dochodzi nie do zablokowania, lecz do przeniesienia zwielokrotnionego momentu obrotowego na koło o większej przyczepności. Posługując się przykładem, jeśli np. koło o mniejszej przyczepności przenosi maksymalnie 5 Nm momentu, to drugie koło, jeśli stawia większy opór (ma lepszą przyczepność), może przenieść do 15 Nm momentu. To sprawia, że w warunkach dynamicznych układ stałego napędu na cztery koła z torsenem jest rewelacyjnie skuteczny, natomiast znacznie gorzej od mechanicznej pełnej blokady spisuje się w trudnym terenie.

Wynika to z faktu, że jeśli jedno z kół nie ma w ogóle przyczepności (jest uniesone), to nic nie da zwielokrotnienie momentu obrotowego i przeniesienie go na drugie koło, ponieważ zero pomnożone przez jakąkolwiek liczbę to wciąż zero. Dlatego wyłącznie z niezrozumienia pochodzą negatywne opinie na temat napędu quattro, że napęd ten nie nadaje się w teren i nie radzi sobie w różnych warunkach, zwłaszcza statycznych. Tak jest i nigdy nie miało być inaczej.

Natomiast stały napęd na cztery koła, a w szczególności z torsenem lub szperą w centralnym mechanizmie różnicowym jest niezrównany jeśli chodzi o dynamiczne właściwości jezdne. I nie ważne, czy napęd taki jest w samochodzie marki Audi, BMW (stary xDrive), Mercedesie, Subaru czy Mitsubishi.

Obecnie międzyosiowy dyferencjał może zostać z powodzeniem zastąpiony przez specjalne sprzęgło wielopłytkowe. Przykładem takiej konstrukcji jest system xDrive BMW czy Symmetrical AWD w autach Subaru z automatyczną skrzynią biegów.

W przeciwieństwie do centralnego mechanizmu różnicowego, sprzęgło międzyosiowe daje możliwość (efekt) pełnego zablokowania i tym samym można uzyskać świetnie brzmiący w folderach efekt "rozdziału siły napędowej", podczas którego "nawet do 100 proc. momentu trafia na jedną z osi". Tak faktycznie jest, choć nie sądzę by autorzy takich stwierdzeń, faktycznie mieli na myśli to, że chodzi wyłącznie o zablokowanie napędu. Nie oznacza to jednak, że tego typu napęd (ze sprzęgłem) jest znacznie gorszy od stałego, czego dowodem jest m.in. system xDrive z BMW. W wielu sytuacjach, zwłaszcza w trudnym terenie, najprostsze rozwiązanie ze sprzęgłem wielopłytkowym może być nawet dużo lepsze od klasycznego SN, czego z kolei przykładem jest działanie "nieprawdziwego quattro".

W internecie często mówi się o "prawdziwym" i "nieprawdziwym" quattro, gdzie prawdziwe to SN, a nieprawdziwe jest realizowane sprzęgłem wielopłytkowym. Trzeba pamiętać, że quattro to nazwa własna (choć pisana małą literą), a nie nazwa rozwiązania konstrukcyjnego. Trzeba przyznać jednak, że "prawdziwe quattro" to niemal synonim napędu stałego.

Nawet wydawać by się mogło fachowe nazewnictwo napędu na cztery koła, nie ma żadnego znaczenia, a nierzadko wprowadza w błąd. Najlepszym przykładem jest skrót AWD (All Wheel Drive), który teoretycznie oznacza napęd wszystkich kół lub napęd stały. Często jednak skrótu AWD używa się w stosunku do napędów dołączanych. W praktyce AWD to po prostu napęd permanentny.

Natomiast skrótu 4WD, który również oznacza napęd na cztery koła, używa się w samochodach terenowych do oznaczania trybu 4x4 na przełączniku czy dźwigni reduktora. Nikt jednak żadnemu producentowi nie zabroni stosowania takiego oznaczenia w pojazdach z napędem dołaczanym automatycznie lub stałym, bo obecnie jest to dowolnie wykorzystywane.