Συστήματα Μετάδοσης 4Χ4

Συστήματα Μετάδοσης 4Χ4

Ο Νίκος Λουπάκης αποκρυπτογραφεί τα μοδάτα λογότυπα 4Χ4, 4WD, AWD και αναλύει
τη στενή σχέση της μετάδοσης της κίνησης σε όλους
τους τροχούς με την κίνηση εκτός δρόμου.

Ολοι μας έχουμε κάποια στιγμή δει ένα Ι.Χ. ακινητοποιημένο στην άμμο το καλοκαίρι, δίπλα σε κάποια παραλία, με τους δύο κινητήριους τροχούς του να γυρίζουν «τρελά», χωρίς όμως να μπορούν να μετακινήσουν το αυτοκίνητο. Είναι ίσως το πιο απλό και χαρακτηριστικό παράδειγμα που δείχνει τα όρια των συστημάτων μετάδοσης της κίνησης σε δύο μόνο τροχούς και ταυτόχρονα εξηγεί το γιατί όλα τα αυτοκίνητα που προορίζονται για χρήση και στο χώμα διαθέτουν κάποιας μορφής τετρακίνηση. Δηλαδή, ένα σύστημα μετάδοσης της κίνησης και στους τέσσερις τροχούς. Το σπινάρισμα των τροχών είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται πολύ πιο εύκολα στο χώμα, στη λάσπη, στην άμμο, στο χιόνι κ.ο.κ. και μπορεί να οδηγήσει, υπό ορισμένες συνθήκες, σε πλήρη ακινητοποίηση του αυτοκινήτου. Βλέπετε, όταν έχουμε «τρελό» σπινάρισμα του ενός τροχού, ο άλλος ακινητοποιείται και (λόγω της βασικής λειτουργίας του διαφορικού) δεν μπορεί να μεταφέρει δύναμη στο έδαφος και να «ξεκολλήσει» το αυτοκίνητο.

Οταν η κίνηση μεταδίδεται σε όλους τους τροχούς, η δύναμη που πρέπει να «βάλει» κάθε λάστιχο στο δρόμο για να κινηθεί το αυτοκίνητο μειώνεται στο μισό και, κατά συνέπεια, η πρόσφυση χάνεται σαφώς πιο δύσκολα. Αυτό σημαίνει ότι αυξάνεται η δυνατότητα κίνησης σε επιφάνειες με χαμηλό συντελεστή τριβής, όπως είναι το χώμα και η λάσπη. Θυμίζουμε ότι το σπινάρισμα αρχίζει όταν η δύναμη που ασκεί ο τροχός στο δρόμο (για να σπρώξει το αυτοκίνητο) ξεπεράσει το όριο που καθορίζεται από την ποιότητα του εδάφους. Για να μεταφερθεί η κίνηση και στους τέσσερις τροχούς, απαιτείται η προσθήκη κάποιων επιπλέον στοιχείων στο σύστημα μετάδοσης. Aυτά είναι ένα ενδιάμεσο κιβώτιο μεταφοράς (transfer case), που μπορεί και να περιλαμβάνει ένα διαφορικό, ή κάποιος τύπος συμπλέκτη που αναλαμβάνει να μοιράσει την κίνηση στους δύο άξονες (εμπρός και πίσω). Ο τύπος της τετρακίνησης που θέλει κάποιος να πετύχει καθορίζει και τον τύπο των στοιχείων που θα προστεθούν.

Η μόνιμη τετρακίνηση

Η μόνιμη μετάδοση της κίνησης στους τέσσερις τροχούς απαιτεί την ύπαρξη τριών διαφορικών: α) κεντρικό-ενσωματωμένο στο κιβώτιο μεταφοράς, β) εμπρός και γ) πίσω. Σε αυτή την περίπτωση αρκεί το τρελό σπινάρισμα ενός οποιουδήποτε τροχού για την ακινητοποίηση του αυτοκινήτου. Αντίδοτο, το διαφορικό περιορισμένης ολίσθησης ή κάποιο διαφορικό που μπλοκάρει (με εντολή του οδηγού), τοποθετημένο στο κέντρο, στο κιβώτιο μεταφοράς. Τότε, η ακινητοποίηση έρχεται με το σπινάρισμα δύο τροχών, ενός στον εμπρός και ενός στον πίσω άξονα. Η λύση λέγεται και πάλι διαφορικό περιορισμένης ολίσθησης στον πίσω άξονα (οπότε, θεωρητικά, η ακινητοποίηση του οχήματος έρχεται με το τρελό σπινάρισμα ολόκληρου του πίσω άξονα και ενός πρόσθιου τροχού).

Η πιθανότητα ακινητοποίησης ελαχιστοποιείται όταν μπλοκέ διαφορικό υπάρχει και εμπρός. Πρέπει στο σημείο αυτό να τονίσουμε ότι το μπλοκάρισμα (του ή των διαφορικών) επιτρέπεται μόνο για περιορισμένη χρήση. Στην άσφαλτο και δεν χρειάζεται αλλά και ζημιά μπορεί να προκαλέσει, καθώς «κουρδίζεται» το σύστημα μετάδοσης. Σημειώνουμε ότι τα τελευταία χρόνια έκαναν την εμφάνισή τους ηλεκτρονικά συστήματα που επιχειρούν να υποκαταστήσουν το μπλοκάρισμα των διαφορικών (π.χ. Mercedes M-Class), χρησιμοποιώντας το σύστημα πέδησης: φρενάροντας τον τροχό που τείνει να σπινάρει, αναγκάζουμε το διαφορικό να μεταδώσει μεγαλύτερη ροπή στον τροχό που διατηρεί την πρόσφυσή του.

Κατ' επιλογήν 4Χ4

Πρόκειται για την παλιά δοκιμασμένη συνταγή που βρίσκουμε ακόμα σε μεγάλη έκταση στα διάφορα τετρακίνητα ελαφρά φορτηγά. Εδώ η κίνηση, υπό νορμάλ συνθήκες, μεταδίδεται μόνο στους πίσω τροχούς (για να μην αυξάνεται η κατανάλωση χωρίς λόγο) και ο οδηγός επιλέγει πότε θα μεταδοθεί κίνηση και στους εμπρός. Η κατ' επιλογήν τετρακίνηση απαιτεί διαφορικά εμπρός-πίσω, αλλά όχι και στο κέντρο, καθώς εκεί, αντ' αυτού, το κιβώτιο μεταφοράς περιλαμβάνει ένα μηχανισμό εμπλοκής του άξονα που καταλήγει στο εμπρός διαφορικό. Σε αυτή την περίπτωση, είναι σαν να έχουμε έναν μονοκόμματο διαμήκη άξονα που βγαίνει από το κιβώτιο ταχυτήτων και μεταδίδει την κίνηση στον εμπρός και τον πίσω άξονα ταυτόχρονα.



Η εμπλοκή της τετρακίνησης σε τέτοιου τύπου συστήματα επιτρέπεται μόνο σε σαθρά και ολισθηρά εδάφη. Στην άσφαλτο απλώς απαγορεύεται, καθώς στις στροφές καταπονείται (κουρδίζεται) έντονα το σύστημα μετάδοσης με σίγουρη την εμφάνιση κάποιας ζημιάς. Στα περισσότερα τζιπ που διαθέτουν τετρακίνηση κατ' επιλογήν, θα συναντήσουμε και αυτόματες πλήμνες ελεύθερου τροχασμού, που απομονώνουν τους εμπρός τροχούς από τα ημιαξόνια όταν η κίνηση μεταδίδεται μόνο πίσω. H μόνιμη σύνδεση των τροχών με το αντίστοιχο σύστημα μετάδοσης θα σήμαινε άσκοπη κατανάλωση βενζίνης και αύξηση του θορύβου.


Ο αυτοματισμός

Η «αυτόματη» τετρακίνηση είναι τέκνο της τελευταίας δεκαετίας του 20ού αιώνα και έχει πρακτικά ταυτιστεί με τη διαρκώς ανερχόμενη κατηγορία των λεγομένων SUV. Εδώ, η λειτουργία του κεντρικού διαφορικού υποκαθίσταται πλέον από κάποιου τύπου πολύδισκο συμπλέκτη, που τοποθετείται συνήθως στον πίσω άξονα, εμπρός από το πίσω διαφορικό. Η αρχή λειτουργίας απλή: οι μισοί δίσκοι του συμπλέκτη είναι συνδεδεμένοι με τον εμπρός άξονα και οι άλλο μισοί με τον πίσω. Μεταβάλλοντας την ολίσθηση μεταξύ των δίσκων, μεταβάλλουμε και την εμπλοκή των δύο αξόνων. Μπορεί λοιπόν να έχουμε πλήρη αποσύνδεση των δύο αξόνων, μπορεί να έχουμε και πλήρη σύμπλεξη. Κατ' αυτό τον τρόπο, σε κίνηση στην ευθεία και σε στεγνή άσφαλτο, τα αυτοκίνητα με τέτοιου τύπου συστήματα είναι στην ουσία προσθιοκίνητα (κατανομή ροπής 100:0). Από εκεί και πέρα, κάθε διαφοροποίηση της ταχύτητας μεταξύ του εμπρός και του πίσω άξονα επιφέρει εμπλοκή -σε κάποιο βαθμό- των δίσκων του συμπλέκτη, οπότε ένα ποσοστό της ροπής πηγαίνει και στους πίσω τροχούς που γίνονται και αυτοί κινητήριοι (π.χ. 80:20).

Ο τρόπος εμπλοκής των δίσκων διαφέρει και από εδώ μπορεί να προκύψουν διαφορές στην ταχύτητα «ενεργοποίησης» των πίσω τροχών. Σε γενικές γραμμές, πάντως, υπάρχει άμεση απόκριση και ο οδηγός δεν αντιλαμβάνεται κάποια καθυστέρηση, αφού όλα γίνονται αυτόματα - και αυτό είναι το σημαντικό. Από την άποψη της λειτουργίας, διακρίνουμε γενικά τρεις περιπτώσεις: α) ενεργοποίηση του συμπλέκτη με κάποιο ηλεκτρομαγνήτη (Outlander, X-Trail, RAV4 κ.ά.), β) ενεργοποίηση με υδραυλική πίεση (CR-V και Tiguan) και γ) ενεργοποίηση λόγω της τριβής των δίσκων. Σημειώστε ότι, κατά κανόνα, τα αυτοκίνητα που διαθέτουν ηλεκτρομαγνητικό συμπλέκτη διαθέτουν και διακόπτη κλειδώματος-«lock» (ροπή εμπρός/πίσω: 50/50), ενώ κάποια (Outlander, X-Trail κ.ά.) μετατρέπονται και σε προσθιοκίνητα (δυνατότητα επιλογής μεταξύ «2WD», «4WD Auto» και «4WD Lock»). Η επιλογή «2WD» προσφέρει μείωση της κατανάλωσης και ενδείκνυται για περιπτώσεις κίνησης σε καλή άσφαλτο, ενώ με το «4WD Auto» μπορεί κανείς να κινείται τόσο στην άσφαλτο όσο και στο χώμα.

Σημειώστε επίσης ότι, θεωρητικά, και στα αυτοκίνητα χωρίς διακόπτη lock μπορούμε να έχουμε -στιγμιαία- πλήρη εμπλοκή του συμπλέκτη (ροπή 50:50). Ωστόσο, η εκ των προτέρων επιλογή του κλειδώματος προσφέρει ένα πλεονέκτημα σε δύσκολες καταστάσεις (π.χ. όταν υπάρχει πολλή λάσπη). Στην περίπτωση τώρα του CR-V, η υδραυλική πίεση στο συμπλέκτη (που προκαλεί και την αυξομείωση της σύμπλεξης των δίσκων) προκύπτει αυτόματα, με τη βοήθεια αντλιών συνδεδεμένων με τον εμπρός και τον πίσω άξονα αντίστοιχα, ενώ στην περίπτωση του Tiguan, η υδραυλική πίεση προκύπτει κατ' εντολήν ειδικού μικροϋπολογιστή με τη βοήθεια, φυσικά, της αντίστοιχης αντλίας.


Το «αργό-γρήγορο»

Κατά την κίνηση εκτός δρόμου (αλλά καμιά φορά και σε δρόμο), μπορεί να βρεθούμε αντιμέτωποι με πολύ απότομες ανηφόρες ή κατηφόρες, τόσο απότομες, που ο κινητήρας αρχίζει να δείχνει την αδυναμία του ακόμη και με την πρώτη ταχύτητα στο κιβώτιο. Κάπως έτσι προέκυψε ένα δεύτερο μικρό κιβώτιο ταχυτήτων (κιβώτιο υποπολλαπλασιασμού) με δύο μόνο σχέσεις, ενσωματωμένο στο κιβώτιο μεταφοράς, αυτό που θα δείτε να αποκαλούν είτε «μακρύ-κοντό» είτε «αργό-γρήγορο» είτε «βοηθητική» και αναλαμβάνει να αυξήσει θεαματικά την ελκτική ικανότητα ενός οχήματος. Γενικά, θεωρείται απαραίτητο αξεσουάρ των πιο «καθαρόαιμων» τζιπ (Niva, Jimny, Wrangler, Defender κ.ά.), αλλά, επειδή κάθε κανόνας έχει και τις εξαιρέσεις του, υπάρχουν και κάποιοι εκπρόσωποι των λεγομένων SUV, όπως το Forester και το Grand Vitara, που σε ορισμένες εκδόσεις τους διαθέτουν κοντές σχέσεις.

Ενα τέτοιο σύστημα διαθέτει δύο σχέσεις μετάδοσης. Η μακριά σχέση (High) είναι αυτή που χρησιμοποιείται κατά τις καθημερινές μετακινήσεις, ενώ με την επιλογή της κοντής (Low) η ροπή που φτάνει στους τροχούς πολλαπλασιάζεται. Δημιουργείται έτσι μια σειρά από νέες «κοντές» σχέσεις μετάδοσης, με τις οποίες αναπτύσσουμε μεν μικρότερη ταχύτητα, αλλά έχουμε πολύ μεγαλύτερη ελκτική ικανότητα, γεγονός που μας επιτρέπει να ανεβούμε μια ανηφόρα με πολύ μεγάλη κλίση ή να ρυμουλκήσουμε πολύ μεγάλο φορτίο (π.χ. τρέιλερ με σκάφος στην άμμο ή κάποιο άλλο αυτοκίνητο), χωρίς ταυτόχρονα να καταπονήσουμε και το συμπλέκτη. Η ύπαρξη λοιπόν των κοντών σχέσεων καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις δυνατότητες κίνησης εκτός δρόμου