Jak funguje pohon všech kol 4×4 a jaké jsou jeho typy

Pohon všech kol získává na popularitě, i když nad jeho skutečným přínosem bezpečnosti by se daly vést dlouhé polemiky. To dnes ale nechme stranou a pojďme se podívat na ty nejběžnější druhy pohonu všech kol v osobních autech.

Proč auta vlastně používají pohonon všech kol? Na tuhle jednoduchou otázku ale existuje poměrně komplikovaná odpověď, musíme se podívat nejprve trochu do hloubky. V autě máte motor, který má nějaký točivý moment, tedy sílu, která hýbe autem dopředu. Převodovka pak určuje, kolik točivého momentu pošlete na kola. Údaj točivého momentu v tabulce (například 300 Nm v 2000 ot./min.) je prakticky nic neříkající, protože nám jde o výsledný točivý moment převedený na kola a na silnici.

Tady vstupuje do hry právě rozměr kol a převodovka i rozvodovka. Různé odstupňování rychlostí pak upravuje výsledný točivý moment převedený na kola. Čím je větší převodový poměr, tím je i větší točivý moment posílaný na kola. Zatímco poslední rychlost má poměr třeba 0,8 : 1, na jedničku je poměr převodů třeba 4,5 : 1. Proto se auto na jedničku rozjede a rychle akceleruje, kdežto na pětku se rozjedete sotva, pokud nemáte dvanáctiválcový Aston Martin s točivým momentem elektrárny.

Na jedničku tak z převodovky putuje teoreticky 4,5krát víc točivého momentu, pokud zůstaneme u našeho příkladu, tedy 1350 Nm. A teď tu máme ještě celkový převod, který bývá tak kolem 4 : 1. Tím se ještě tohle číslo vynásobí, takže na jedničku naše vzorvé auto posílá z převodovky na pohonnou hřídel celkem 5400 Nm. Naproti tomu na poslední rychlost je to jiný poměr. Stálý převod 4 : 1 zůstává, ale pak násobíme jen poměrem 0,8 : 1. Na kola tak posíláme jen asi 960 Nm.

Tento rozdílný poměr nám umožňuje na nízké rychlosti těžké auto rozjet z místa, ale vybírá si to daň na maximální rychlosti. Čím menší převodový poměr, tím se můžou kola točit rychleji a tím auto rychleji pojede. Je to jako přehazovačka na kole. Na rozjezd používáte vpředu malé kolečko a vzadu velké, pak řadíte a postupně zvětšujete přední kolečko a zmenšujete zadní. Stejně funguje i převodovka v autě.A tím se pomalu dostáváme k tomu, proč pohon 4×4 a jak funguje. Ještě se ale musíme zastavit u pneumatik. Pneumatika má určité vlastnosti a jak asi všichni víme, její limity nejsou neomezené. Pneumatika je schopná přenášet naráz jen určitý točivý moment (více v článku Jak být lepším řidičem – kapitola 6: ideální stopa a apex), samozřejmě pak záleží na koeficientu přilnavosti, který se liší podle toho, na kterém povrchu jedeme. Logicky má pneumatika více přilnavosti na hrubém suchém betonu než na sněhu… Je tedy úplně jedno, jestli máte Škodu Citigo 1.0 MPI nebo Mercedes-Benz C 63 AMG Coupé, pokud je venku třeba sníh. Není rozhodující počet newtonmetrů v motoru, ale kolik jich dokážete přenést na silnici.

Když se tedy chcete rozjet, putuje na pneumatiky nejvíce točivého momentu na první rychlostní stupeň. A jak asi z vlastní zkušenosti víte, když vytočíte motor a pustíte spojku, i na suchu se začnou pneumatiky u auta s jednou poháněnou nápravou protáčet. Ztratily trakci, protože na ně putovalo více točivého momentu, než unesou. Když máte poháněnou jen jednu nápravu, teoreticky se síla rozdělí „půl na půl“, takže na každou pneumatiku jde v našem případě 2700 Nm.

Jenže když se kola protáčí, akcelerace není tak rychlá, protože část výkonu (a točivého momentu) se ztrácí. Jde to samozřejmě eliminovat systémem kontroly trakce, ale ten udělá jen to, že vám sebere tolik výkonu, aby se kola neprotáčela. Takže na poháněná kola může putovat jen tolik síly, kolik unesou.

Když ale převedete sílu na všechna kola, mohou se o přenos výkonu rozdělit. V našem ukázkovém příkladě tak hodnotu 5400 Nm na hnací hřídeli rozdělíme čtyřikrát, takže nám vychází jen 1350 Nm na jednotlivé kolo. A to už pneumatika zpravidla unese. Samozřejmě záleží na jejím typu, ale obvykle obyčejné pneumatiky bez prokluzu na suchu unesou kolem 1500 Nm. Nemluvíme tu o speciálních pneumatikách pro Bugatti Veyron, ale o těch, které si lidé dávají na Octavie, Passaty, Fiaty a podobně.

Hodně si to tu zjednodušujeme, ale potřebujeme přece nějaký příklad. Zatímco tedy auto s jednou poháněnou nápravou musí přes jednotlivá kola přenést 2700 Nm, čtyřkolka jen 1350 Nm. Teoreticky předpokládejme, že to je přesně ta hranice, jakou naše pneumatika unese, takže teoreticky můžeme na kola pustit všech 300 Nm z motoru, aniž by se kola protočila. Akcelerace tak bude mnohem rychlejší než u auta s pohonem jedné nápravy, kterému se začnou protáčet kola. U něj teoreticky lze přenést jen nějakých 60 – 70 % točivého momentu na první rychlost.I to je důvod, proč některé automobilky u aut s jednou poháněnou nápravou omezují na první dvě rychlosti výkon motoru a točivý moment. Je to pomůcka, jak eliminovat prokluz kol a nepřetěžovat převodový mechanismus. Na další rychlosti to už ale zpravidla není potřeba, protože čím vyšší převodový stupeň, tím menší je výsledný točivý moment na kolech.

Ale zpátky k našemu příkladu. Už tedy víme, že čtyřkolka si lépe rozdělí točivý moment na kola a může tak lépe akcelerovat z místa. Tím se dostáváme k tomu, proč vlastně tohle píšu. Jak si ten výkon různá auta rozdělují mezi nápravy?

Asi nejběžnější je systém s centrální rozvodovou skříní. Příkladem je třeba Nissan GT-R nebo Range Rover. Vpředu máte motor, ze kterého putuje výkon do převodovky. Tam se „převede“ a putuje dále právě do rozvodovky. Ta funguje podobně jako diferenciál, který rozděluje sílu na poháněné nápravě v zatáčce. Mezinápravová rozvodovka pak rozděluje sílu mezi přední a zadní nápravu.

V rozvodovce je zpravidla planetové soukolí, které rozděluje výkon podle určitého poměru. Jak auto zatáčí, upravuje se tento poměr tak, aby nedocházelo k nadměrnému přetěžování pneumatik a převodového mechanismu. U off-roadů, jako je třeba právě Range Rover, ale můžete tuto rozvodovku „zamknout“, takže napevno spojíte přední a zadní kola. Výhodu to má na kluzkém povrchu, že vám výkon „neuteče“ nápravou s menší trakcí, stejně jako když projíždíte zatáčku a protáčí se vám nadlehčené vnitřní kolo. Normálně na suchu s vysokou trakcí je ale rozvodovka „odemčená“.

Dnes do hry ve velké míře vstupuje elektronika, která hlídá prokluz jednotlivých kol a umí propočítat, které má největší trakci. Proto je třeba Nissan GT-R tak nechutně rychlé auto za každých podmínek, i když i ono má se svou vysokou hmotností samozřejmě své limity. Ale některým prostě nevysvětlíte, že v zatáčce nejste rychlejší díky čtyřkolce, ale díky přilnavosti pneumatik…Dnes jsou moderní i „čtyřkolky“, které jsou vlastně předokolky. Technika je založena na autech s motorem vpředu napříč a pohonem předních kol. Je tu ale rozvodovka, která posílá v případě potřeby výkon dozadu. To jsou všechny ty mezinápravové spojky, které se připojují až tehdy, když dojde k prokluzu přední nápravy. Jistě, systémy jsou nastaveny tak, aby třeba při rozjezdu na jedničku „preventivně“ spojily nápravy a připojení zadních kol nebylo opožděné a agresivní. K planetovému soukolí tu ale přibyla většinou lamelová spojka, takže nápravy lze teoreticky úplně rozdělit.

Spojka má ale své limity a protože zadní diferenciál bývá mnohem menší a vypočítaný na jen určité zatížení, nejedná se o typické čtyřkolky. V reálném světě totiž zpravidla fungují jen jako předokolky a na zadní kola najde buď vůbec žádný nebo jen nepatrný výkon v řádu jednotek procent. Podobně to mají i některé sportovní modely jako třeba Porsche 911 Carrera 4 či jiná auta s motorem vzadu či vzadu uprostřed. Ta výkon posílají dozadu a jen za určitých podmínek připojí i přední kola.

Čtyřkolky pak můžeme ještě rozdělit na „hloupé“ a „chytré“. U těch hloupých jde jen o to dostat trochu toho výkonu na druhou nápravu, aby se zlepšila trakce při rozjezdu. Jakmile se začne ztrácet trakce na jednom kole nápravy, tato náprava přestane dostávat výkon a ten putuje na druhou nápravu. Problém ale je, když pak začne ztrácet trakci i druhá náprava, třeba v bahně. To se bez „uzávěrky“ člověk neobejde, výkon totiž „uteče“ koly s nižší trakcí.

Proto se používají buď elektronické systémy omezující prokluz, nebo spolehlivější mechanické samosvorné diferenciály. To jsou všechna ta Eva, Imprezy, gétéerka, ale i třeba Range Rovery. Každá náprava má svůj samosvor, takže když trakce na jednom kole klesne, druhé může dále přenášet výkon. Příklad? Levým kolem vjedete na led, ale pravé se pořád může točit. Elektronika (nebo stále ještě mechanika) pak pomáhá se zamykáním a odemykáním diferenciálů a může to pomoci i v zatáčkách, kdy například upravuje přenos výkonu na kola tak, aby auto bylo co možná nejvíce neutrální.Oba nejběžnější systémy mají samozřejmě své výhody i nevýhody. Systém s centrální rozvodovkou, který pohání permanentně všechna kola, je rychlejší a spolehlivější (co se přenosu výkonu týče). V některých modernějších autech funguje i tak, že pomáhá se stabilitou v zatáčkách. Systém s připojitelnou nápravou je zase konstrukčně menší a lehčí a díky odpojení „nepotřebné“ nápravy nejsou v systému takové ztráty, takže tolik neroste spotřeba paliva. To se zase hodí u menších crossoverů s malými motory, které v reálném světě pohon všech kol prakticky nepotřebují a je tu spíše jen pro „pocit“ řidičů.

Některé centrální rozvodovky dneska fungují ale stejně. Třeba u nových čtyřkolek od Jaguaru, kdy se přední náprava může úplně odpojit a všechen výkon jde dozadu. Řidič si pak navolí v palubním počítači různé jízdní režimy a podle toho se pak připojuje (a odpojuje) přední náprava.

Hodně záleží na způsobu použití auta, díky elektronickým pomůckám už je dnes prakticky jedno, který systém si vyberete. Všechny mají totiž sloužit primárně k jedné věci – rozjet auto z místa i na povrchu s nízkou adhezí. Řidič by si pak měl ale uvědomit, že když přijde čas brzdit a zatočit, je jedno, kolik má poháněných kol, protože pak do hry vstupuje kvalita pneumatik či hmotnost a vyvážení auta.

Ještě je vhodné zmínit některé zvláštnosti. Třeba „čtyřkolka“ Ferrari FF funguje úplně jinak, než jsme si popsali. Tam máte motor vpředu, za ním je převodovka a ta pohání zadní kola. Pak je tu ale ještě jedna malá převodovka před motorem a ta se připojuje v určitých jízdních režimech prakticky úplně nezávisle.