Välkommen tillbaka till Gearhead 101 — en serie om grunderna i hur bilar fungerar för bilnyanserna där ute.
I vår senaste primer diskuterade vi grunderna för drivlinan. Drivlinan består av en serie delar som överför den rotationskraft som produceras av bilens motor till bilens hjul för att få fordonet att röra sig. På de flesta bilar, kända som tvåhjulsdrivna (2WD) bilar, överför drivlinan kraften till bara två hjul - antingen de två bakhjulen (aka, bakhjulsdrivna) eller de två framhjulen (alias framhjulsdrift). Rörelsen av dessa två hjul gör att bilen rör sig, och de andra hjulen i sin tur.
För de flesta fordon och under de flesta körförhållanden är det allt du behöver att ha två hjul för att flytta din bil. Men när din köryta är täckt av snö eller består av lös sand och grus, hjälper det att ha alla hjul som samverkar för att ge din bil extra grepp och flytta den över terrängen.
Ange fyrhjulsdrift. 4WD för kort.
4WD är en typ av drivsystem som, som namnet antyder, överför motorkraften till alla fyra hjulen. Du ser 4WD främst på lastbilar och stadsjeepar.
Även om du förmodligen har hört talas om 4WD många gånger och har en oklar uppfattning om vad den gör för din bil, finns det en god chans att du inte riktigt vet vad det betyder eller hur det fungerar. Så i dagens Gearhead 101 kommer vi att diskutera grunderna i 4WD-drivsystemet inklusive dess fördelar och hur det fungerar. Vårt fokus för den här artikeln kommer att vara 4WD på deltid eftersom det är den vanligaste typen av 4WD du ser där ute. Vi ska ta en titt på 4WD på heltid nästa gång.
Detta kan vara ganska knepigt att förstå. Så flytta din hjärna till 4WD och låt oss komma igång.
Innan vi går in på detaljerna om hur 4WD fungerar måste vi förstå varför du vill att motorn driver alla fyra hjulen på din bil i första hand.
Som vi diskuterade i vår Gearhead 101-del om hur en bilmotor fungerar, producerar din motor rotationskraft som kallas vridmoment. Drivlinan (som består av transmissionen, drivaxeln och differentialen) överför motorns vridmoment till hjulen. Att applicera vridmoment på hjulen är det som får din bil att köra.
Men för att få vridmomentet som har överförts till hjulen för att faktiskt flytta fordonet, måste dina däck ha grepp på vägen. Utan däckdragkraft kan du applicera så mycket kraft du vill på dina hjul och ändå gå ingenstans. Dina däck kommer bara att snurra riktigt fort medan din bil stannar på samma plats. Denna ineffektiva däckrotation kallas hjulspin . Du har förmodligen upplevt hjulsnurr när du försöker få din bil att lossna från snön eller leran.
Så dragkraft är det som omvandlar motorns vridmoment till fordonsrörelse. Ja, detta är extremt förenklat (vi skulle kunna gå in på detaljerna om friktionens roll i dragkraften, men kommer inte att göra det), men det här är en bra fungerande definition.
Vad 4WD gör är att öka chansen att du kan få grepp när du kör på tråkiga ytor. Istället för att bara lita på två drivna hjul för dragkraft (2WD), har du fyra rörliga hjul som möjligen kan ha bra grepp för att hålla bilen i rörelse.
Låt oss till exempel säga att du är i ett bakdrivet 2WD-fordon och bakhjulen är i lite lera medan framhjulen är på torr mark. Eftersom det finns mindre dragkraft i lera, kommer dina bakhjul sannolikt bara att snurra och snurra medan din bil står stilla. Det skulle vara trevligt att ha framhjulen i svängning, koefficient, för det är där dragkraften finns.
Det är vad 4WD-enheten gör.
Om du sitter i ett 4WD-fordon i samma situation, kommer framhjulen som är på den höga dragytan att få kraft från motorn och därmed kunna driva din bil framåt.
4WD-dragkraft är lite mer komplicerat än vad jag precis beskrev ovan, och vi kommer in på några av dessa nyanser nedan, men den stora fördelen är att den totala ökade dragkraften är en stor fördel med 4WD.
Ökad effekt är en annan fördel.
Om du kör terrängkörning uppför en brant backe eller försöker köra över hinder (som du ser i den här videon), vill du inte bara ha mer grepp, utan också mer kraft som skickas till dina hjul. 4WD kan tillhandahålla det.
De flesta 4WD-fordon erbjuder möjligheten att växla mellan två serier av 4WD:Hi eller Lo. 4WD-Hi låter ditt fordon driva alla fyra hjulen samtidigt som du kör fort över svår terräng - som en grus eller en snötäckt väg. Det är bara mindre kraft som skickas till hjulen.
Om du behöver mer kraft för att komma över ett hinder, byter du till 4WD-Lo. Det ger dina hjul mer kraft, men flyttar hjulen i en lägre hastighet så att du kan ta dig över vägspärren bara genom att köra över den.
Nu när vi vet varför 4WD skulle vara praktiskt, låt oss gå in på hur det fungerar.
Deltids 4WD är ett fordonssystem som gör att föraren endast kan slå på 4WD när det behövs. På vanliga körytor utan 4WD inkopplad fungerar den precis som ett bakdrivet 2WD-fordon. En av de stora fördelarna med deltids 4WD-fordon är ökad bränsleekonomi. Att driva alla fyra hjulen kräver mer bränsle än att bara driva två. Så du kan spara lite pengar på bensin genom att bara använda 4WD när du behöver det.
För att få fram- och bakhjulen i rörelse samtidigt när 4WD är inkopplad, använder deltids 4WD-fordon en överföringslåda, en separat främre drivaxel (utöver den bakre drivaxeln), en främre och bakre differential och låsning nav. Låt oss ta en titt på dessa olika delar en efter en.
Överför ärende
Utan en transferväska skulle ditt deltids 4WD-fordon vara ett 2WD-fordon.
Överföringshuset (även kallat T-huset) är det som delar kraften från motorn 50/50 till både bak- och framaxeln via de främre och bakre drivaxlarna. Överföringen sitter vanligtvis precis bakom transmissionen i din drivlina. 
Rött indikerar kraftflöde från motorn
I deltids 4WD-fordon, när 4WD inte är inkopplad, får bakhjulen 100 % av vridmomentet från motorn, precis som ett 2WD-fordon. Effektflödet i det här scenariot ser ut ungefär så här:Effekt som produceras av motorn går till transmissionen. Därifrån går den till en utgående axel och sedan till överföringshuset. Inuti överföringshuset är den utgående axeln ansluten till den bakre drivaxeln. Den bakre drivaxeln överför sedan vridmomentet till den bakre differentialen. Den bakre differentialen snurrar sedan hjulen och får bilen att röra sig.
OK. Så hur överför överföringsväskan kraft till framhjulen när 4WD är förlovad?
Inuti växellådan finns en serie växlar och kedjor. När 4WD är inkopplad, griper kugghjulen ihop vilket gör att en kedja flyttar en växel som är ansluten till den främre drivaxeln. Den främre drivaxeln börjar snurra i samma hastighet som den bakre drivaxeln och levererar vridmoment till den främre differentialen, som sedan överför vridmoment till framhjulen. Bom. 4WD.
Om du fortfarande är lite förvirrad kommer det här diagrammet att ge dig en helhetsbild av växellådans roll för att leverera motorvridmoment till både fram- och bakaxeln.
Förutom växlarna som synkroniserar de främre och bakre drivaxlarna, har växellådan på de flesta deltids 4WD-system växelsatser som gör att fordonet kan växla till ett lågt område när det är i 4WD. Som tidigare nämnts gör detta att fordonet kan leverera extra vridmoment (kraft) till både fram- och bakhjulen. Men du får den där extra kraften till priset av hastigheten. När du är i 4WD Lo kan ditt fordon bara gå upp till 15 mph.
Främre drivaxel
Eftersom 4WD-fordon också skickar motorkraft till framhjulen behöver den en främre drivaxel för att göra det. Den främre drivaxeln ansluter växellådan till den främre differentialen. När 4WD är inkopplad delar överföringshuset upp vridmomentet 50/50 mellan de främre och bakre drivaxlarna. Den främre drivaxeln snurrar med samma hastighet som den bakre drivaxeln och överför vridmoment till den främre differentialen. Den främre differentialen överför sedan kraften till framhjulen via axelaxlarna.
Differentialer
Vi pratade om differentialer i vår artikel om grunderna för drivlinan. På 2WD-fordon, en enkel differentialen sitter mitt på fram- eller bakaxeln (beroende på om bilen är fram- eller bakhjulsdriven). Kraft från drivaxeln överförs genom differentialen till varje hjul, vilket får dem att svänga. På ett 4WD-fordon behöver det två eftersom alla fyra hjulen får kraft differentialer — en för framaxeln och en för bakaxeln.
Men differentialen är inte bara en kraftsändare. Anledningen till att det kallas en "differential" är att kugghjulen inuti den gör att hjulen på en enda axel kan röra sig olika hastigheter. Du tänker förmodligen, "När skulle mina hjul röra sig i olika hastigheter?" Tja, ett vanligt exempel är när du går runt ett hörn. När du gör en högersväng färdas ditt inre hjul (det högra hjulet) mindre avstånd än ditt yttre hjul (vänster hjul). För att hålla jämna steg med det inre hjulet måste det yttre hjulet snurra något snabbare. Differentialen gör detta möjligt. Om det fanns en solid koppling mellan båda hjulen, skulle det invändiga däcket behöva sladda eller hoppa över för att axeln skulle fortsätta att röra sig. För en videodemonstration av hur en differential fungerar, titta på detta:
De främre och bakre differentialerna på ett 4WD-fordon gör att höger och vänster hjul på respektive axel kan röra sig i olika hastigheter så att bilen undviker att hjulet hoppar eller sladdar när du gör en sväng.
Det verkar lätt nog, men differentialer på deltids 4WD-fordon kan bli förvånansvärt komplexa beroende på hur mycket dragkraft du vill ha. Vad mer är, om hjulen snurrar i olika hastigheter (tack vare differentialerna), är det faktiskt inte sant 4WD. Ja, jag vet att det är förvirrande. Vi kommer att reda ut det här om en stund.
Men låt oss först prata om den sista komponenten som gör 4WD möjlig:låsande nav.
Låsnav
På ditt 2WD-fordon är bakhjulen på din bil fastskruvade i ett nav. Detta gör att axeln kan snurra hjulen när den drivs av motorn. Framhjulen snurrar bara fritt.
Men när 4WD är inkopplat på ett deltids 4WD-fordon vill vi ha framhjulen kopplade till navet så att kraften från motorn kan överföras till dem. Hur löser du det här problemet med att behöva framhjulen bultade på framaxeln när du är i 4WD, men inte bultade när du är i 2WD?
Låsande nav.
De flesta deltidsbilar med fyrhjulsdrift har låsande nav på framhjulen. När 4WD inte är inkopplad kopplar låsnaven bort axeln. De snurrar fritt och bilens bakhjul gör allt arbete med att flytta fordonet. När 4WD är inkopplad låser de låsande naven framhjulen till framaxeln så att de kan få vridmoment från motorn. 
Manuellt låsnav
På äldre 4WD-fordon var manuella låsnav standard. Du måste gå ur ditt fordon och vrida på en knopp på framhjulen tills naven låstes. På nyare 4WD-fordon aktiveras låsnaven automatiskt med en knapptryckning.
Okej, låt oss gå tillbaka till problemet jag tog upp tidigare relaterat till 4WD-differentialer och dragkraft, och varför det inte är sant att hjulen snurrar i olika hastigheter på ett 4WD-fordon 4WD.
Kom ihåg att den främsta fördelen med 4WD är ökat grepp på ytor med låg dragkraft. Du har fler hjul som levererar kraft mot vägen, vilket ökar chansen att ett hjul träffar en plats med hög dragkraft och håller bilen i rörelse.
Men hur den vanligaste typen av differential som används i fordon (den öppna differentialen) fungerar kan helt eliminera de dragförbättrande egenskaperna hos 4WD även om alla fyra hjulen får kraft från motorn. Låt oss ta en titt på detta problem, liksom de möjliga lösningarna.
Öppna differentialer är bra under normala körförhållanden. Men på grund av det sätt på vilket de delar kraften mellan två hjul, blir de ett problem under körförhållanden med låg dragkraft. Du ser, istället för att dela kraften jämnt mellan båda hjulen, fördelar en öppen differential kraften över dem följer en väg med minsta motstånd . Det här är hemskt för dragkraften.
Varför?
Låt oss utforska detta på ett 2WD-fordon eftersom du förmodligen har upplevt det.
Låt oss säga att du försöker köra din bakdrivna 2WD-bil uppför din snöiga uppfart. Den vänstra sidan är täckt av snö, men den högra sidan är torr trottoar. Du skulle tro att detta inte skulle vara ett problem eftersom ditt högra bakhjul har gott om grepp på den torra trottoaren för att driva bilen framåt. Men du har fel.
I en bil med öppen differential kommer ditt högra bakhjul inte att få något kraft. Kom ihåg att öppna differentialer fördelar kraften över axeln efter vägen för minsta motstånd . Och i den här situationen är hjulet med minst motstånd hjulet som driver på snön - det vänstra hjulet. Så allt vridmoment kommer att skickas till ditt vänstra hjul. But because there’s no traction there, it just spins and spins, while leaving your car stationary.
This same thing happens on 4WD vehicles that utilize open differentials on the front and rear axles. Let’s use the same snowy driveway scenario. You’ve got 4WD engaged so you can make it up the snowy driveway. The transfer case is sending an equal amount of power to the front and rear differentials. You think to yourself “That snow on the left side shouldn’t be a problem at all! I’ve got plenty of traction on the right side and I’ve got both right wheels moving!”
But the differentials on your 4WD are open differentials. And open differentials distribute power across the axle following the path of least resistance. The snow-covered left side has the least amount of resistance. Guess what happens?
All the power goes to the left wheels, causing them to spin in place while your right wheels just sit there like a bunch of lugs leaving your vehicle at the bottom of the driveway. Your 4WD was made impotent by your open differentials.
Var aldrig rädd för. There are solutions to this problem. One is to replace the open differentials with limited slip differentials. The second is to replace the open differential with a locking differential on the front or rear axle (or for even more traction, both).
Let’s take a look at each of these solutions.
Limited slip differentials (LSDs) work a lot like open differentials. The difference is instead of sending all the torque to the wheel with the least amount of traction (like with open differentials), LSDs send some of the power to the wheel that actually has traction. It does this automatically, without any input from the driver.
So let’s revisit our snowy driveway scenario, now with LSDs on both the front and rear axles. You’ve got the 4WD engaged. The transfer case is sending an equal amount of power to the front and rear LSDs. The left wheels hit the snowy part. Instead of all the power going to the left side — like would happen if you had open differentials — the LSDs send some of the power to the right wheels that have more traction, allowing your car to move forward.
Limited slip differentials definitely improve traction compared to open differentials. For most 4WD scenarios, LSDs are all you need for adequate traction. But LSDs still don’t provide optimal traction because some of the power is still going to the wheels with less traction. There’s still a chance of wheel slip.
The other downside of LSD is that traction is unpredictable with them. The LSD sends power to the wheel with less traction, but the power isn’t supplied continuously. It’s re-routed to the other wheel as the gripping wheel begins to slip. This can cause the vehicle to pull to one side when traction is reduced. Basically, it can cause a bumpy and uneven ride.
Locking differentials takes things to another level by forcing each wheel on an axle to get the same amount of power, no matter the traction differences on each wheel. This gives a wheel that may have more traction a better chance of moving the car in a low traction situation.
Locking differentials are usually driver engaged, but there are 4WD vehicles that have auto-locking differentials.
Depending on the vehicle, a locking differential can be just on the rear axle with an open or limited slip differential on the front or you could have locking differentials on both the front and rear axles.
A 4WD vehicle that has two locking differentials provides true 4WD — all four wheels turn with the same amount of power no matter the situation. Even if the wheels on one side of your vehicle are completely off the ground, the wheels that are still on the ground will still continue to get a steady amount of torque.
Dual locking differentials are typically only used on 4WD vehicles that do extreme off-roading like driving over boulders and what not. For most average folks, just having 4WD that has LSDs on both the front and rear axles or a rear-locking differential with a front LSD will be enough.
This video gives great examples of what traction on a 4WD looks like with open differentials, limited slip differentials, and locking differentials:
Driving with 4WD takes some know-how. It should only be used when you’re facing low-traction driving situations. If you use it when traction is great (like on dry pavement), your overland adventure will be cut short by a detour to the mechanic.
To understand why this is so, you need to understand the battle that’s going on between the left and right wheels as well as between the front and rear wheels when making a turn. 
When a car turns, each wheel has to travel a different distance to make the turn.
As we discussed earlier, when a car is making a turn, the outside wheel has to go further than the inside wheel. To keep up with the inside wheel, the outside wheel must spin slightly faster. The open and limited slip differential makes this possible.
However, if the two wheels were locked and moving at the same speed together (like what happens when you engage a locking differential), the inside tire would need to skid or skip in order for the axle to keep moving. This isn’t a problem on dirt or snow covered roads. There’s less traction in these driving situations, so tires can slide without experiencing too much wear or tear.
It becomes a problem when you try to make a similar turn on dry pavement with the differential locked. Remember, the outside wheel wants to go fast to keep up with the inside wheel, but because it’s locked with the inside wheel, it can’t. To keep up, it has to skid, but because there’s a lot of traction on pavement, this skidding chews the crap out of your outside tire. That hard skidding on pavement also places a great deal of stress on your axle shafts.
So 4WD driving takeaway #1:If your 4WD vehicle has an option to lock one or both of your differentials, never do it on dry pavement. You’ll just wear out your tires and possibly damage your axles.
When you’re making a turn, there’s also a battle going on between your front and rear wheels. The wheels on the front axle have to travel a longer distance than the rear wheels. To keep up with the rear wheels during a turn, the front wheels must spin slightly faster. If they don’t, the rear wheels will need to be able to skid and slide in order for the axle shafts to keep moving.
This isn’t a problem with 2WD vehicles because the non-driving axle allows the front wheels to freely spin faster than the rear wheels. Turning becomes a problem when you engage 4WD.
As you recall, when you engage 4WD, the transfer case locks the front and rear drive shafts together. They send the same amount of power, or RPM, to the front and rear differentials. Forcing the front and rear drivetrains to work together like this creates a battle between the two when you’re making a turn with 4WD engaged. The front wheels need to go faster to keep up with the rear wheels, but the transfer case and front drive shaft are telling the front wheels to go the same speed as the rear wheels. This creates tension between them.
One way to relieve this tension is to let the rear tires slip and slide a bit. And that’s what happens in low traction situations like dirt or snow because they provide the needed “give” to allow your front wheels to slip and slide when making a turn.
But when your 4WD vehicle is making a turn on dry pavement with lots of traction, that “give” doesn’t exist. The tires can’t slip and slide. So this creates a tug-of-war between the front wheels and the front drivetrain. When making a turn the front wheels are forced by good traction and geometry to rotate faster than the rear wheels. But the front drive shaft is delivering the same RPM as the rear drive shaft is to the rear wheels. The front drive shaft is basically telling the front wheels “Hey! Go the same speed as everyone else!” while the front wheels themselves are saying “Nope!”
Imagine a bar that’s connected to a rotating gear at each end. The gears spin the bar in the same direction, but one end is spinning it at a faster speed than the other. That’s basically what’s happening between your wheels and front driveshaft. 
A visual of what happens to your front drivetrain whenever you make a turn on pavement with the 4WD engaged.
This battle between the front wheels and the front drive shaft stresses all the parts on the front drive train, from the axles to the transfer case. Gears along the front drivetrain and in the transfer case start binding and jamming together. This is called “drivetrain binding” or “wind-up” and it can seriously jack up your 4WD drivetrain.
You’ll know you’ve got a case of drivetrain binding if the car is jerking around a lot when you’re driving, and if it’s impossible to disengage the 4WD and shift back to 2WD. You can sometimes “unwind” your drivetrain wind-up by slowly driving backwards, but it doesn’t work all the time. If you made a particularly fast turn in 4WD on dry pavement, the tension it causes can cause the weakest links in your front drive train to break — u-joints, differential gears, transfer case gears, drive shafts, etc.
Lest you think you can get away with driving in 4WD on pavement, but just go straight, take heed. Different tire pressures on your wheels can also cause this wind-up even when driving straight on pavement in 4WD. Take a look at what happened to this guy’s transfer case after accidently driving straight in 4WD on the freeway.
So 4WD driving takeaway #2:Never engage your 4WD on dry pavement. You’ll just jack-up your drivetrain.
Well, there you go. A primer on how part-time 4WD works. I hope it was helpful. Even if you never purchase a 4WD vehicle, you’ll at least know what people are talking about next time 4x4s come up in conversation. In our next edition of Gearhead 101, we take a look at how full-time 4WD, as well as AWD, works.
