Problémy a nevýhody, kterým čelí diferenciály v autech – co majitelé potřebují vědět a jak tyto problémy vyřešit

Ještě na začátku třicátých let neprováděl nikdo jiný než Ferdinand Porsche výzkum zamykání a o něco později jím založená společnost ZF (Zahnradfabrik – továrna na převodovky) vybavila Volkswagen Type B1930 prvním vačkovým diferenciálem na světě. Dnes mají výrobci ve svém arzenálu spoustu různých provedení, které standardně nebo volitelně montují na svá vozidla 70×4.

Je třeba okamžitě oddělit dva zásadně odlišné přístupy k uzávěrce diferenciálu. Prvním z nich je použití samobloků, které jsou schopny přenést točivý moment z prokluzujícího kola na kolo s lepší trakcí bez pohonu nebo externího ovládání, tedy „zablokování“. V jejich průmyslových typech totiž úplná, stoprocentní uzávěrka neexistuje, a proto je správné je nazývat diferenciály s omezenou svorností. Přesně to Porsche vynalezlo v roce 1932. Existují však i provedení, která se dokážou zcela samy zavřít. Vyrábějí je malé firmy. Takový je například Krasikovův kulový diferenciál – zařízení, které je jistě užitečné na off-roadové dráze, ale tentokrát budeme hovořit pouze o vývoji se známou životností, který výrobci standardně instalují do automobilů. Druhý přístup zahrnuje uzávěrku diferenciálů zvenčí. Pomocí mechanických, elektrických nebo pneumatických prostředků spojují diferenciály pevně své dvě poloviny, aby se společně otáčely. Proces může řídit jak řidič, tak automatizace.

Dalším zásadním rozdílem je, že pokud mezikolové diferenciály obvykle fungují symetricky, tak mezi mezinápravovými diferenciály jsou symetrické i nesymetrické, které rozdělují točivý moment dopředu a dozadu nerovnoměrně. Jejich cíle a oblasti použití jsou různé. Symetrický je zpravidla atributem SUV, pro které je důležité jednoduše produkovat maximální točivý moment na jedno nebo druhé kolo. Asymetrické patří mezi sportovní crossovery: nevyváženost při zachování pohonu všech kol jim dává v zatáčkách charakter pohonu zadních kol a tím zvyšuje ovladatelnost.

Mezi různými více či méně komplexními konstrukcemi jsou skutečně unikátní systémy, jako jsou například AYC Mitsubishi a SH-AWD Honda, zařízení DPC BMW, které řídí „jinou trakci“ zadních kol. SE ZVÝŠENÝM TŘENÍM Dnes je nejrozšířenějším typem šroubový nebo šnekový diferenciál, u kterého je rozdělení točivého momentu mezi poloviny řízeno dvojicemi šikmých ozubených kol. Stupeň jejich zablokování závisí na tření ve spirálovém soukolí a na tření konců ozubených kol o skříň diferenciálu. Charakteristiky můžete měnit změnou úhlu zubů, ale v každém případě je míra blokování, kterou takové konstrukce poskytují, pomíjivá podle standardů pro všechny terény. Mezi takové systémy patří Torsen a Quaife. Vzhledem k jejich měkkému, neúplnému ovládání a schopnosti vytvořit asymetricky fungující konstrukci se tyto diferenciály obvykle používají jako středové diferenciály. Mimochodem, hlavní výhodou Torsenu je jeho nejvyšší spolehlivost. Další možností pro diferenciály s omezenou svorností jsou vícekotoučové konstrukce, u kterých je „mokrý“ spojkový paket spojující dvě nápravové hřídele konstrukčně podobný jako u běžné automatické převodovky. Charakteristiky ovládání a stupeň blokování jsou zde určeny způsobem, jakým byly tyto disky komprimovány. Nejjednodušší diferenciál s omezeným prokluzem byl instalován na starém Grand Cherokee – kde byl diskový balíček jednoduše odpružen konstantní silou. To znamená, že diferenciál byl celou dobu mírně namáčknutý a pokud jedno kolo proklouzlo, přenesl část točivého momentu na druhé. Plus – jednoduchost konstrukce, mínus – linearita kompresní charakteristiky určovala úzký rozsah skutečného provozu diferenciálu. Jednoduše řečeno, ve vážných terénních podmínkách spojka jednoduše prokluzovala a pohon všech kol byl podmíněný. V pokročilejších systémech se jako pracovní kapalina pro spojkovou sadu používala silikonová maziva, která při zahřívání zvyšovala tření. Jsou však pravděpodobnější pro sportovce s pohonem všech kol než pro plnohodnotné SUV, ačkoli přesně takové konstrukce byly instalovány na zadní nápravu Mitsubishi Pajero a Nissan Patrol. Jako středový diferenciál se poměrně často používal diferenciál s viskózní spojkou – například na Subaru Impreza, Legacy, Forester s manuální převodovkou a poprvé byl sériově instalován na AMC Eagle. Další větví generovanou viskózními spojkami jsou konstrukce, ve kterých zcela nahradily středový diferenciál. To je slavná převodovka Syncro volkswagenů s pohonem všech kol poslední třetiny dvacátého století.

Vícekotoučový diferenciál s hydraulickým rotačním čerpadlem se stal zaručeně uzamykatelným. Zde již není záležitost omezena na vlastnosti oleje nebo napětí pružiny. Čerpadlo bylo připojeno k jedné straně diferenciálu a poháněno z druhé. Začalo to fungovat, když se vytvořil rozdíl v natočení pravého a levého kola a vytvořený tlak v závislosti na míře prokluzu více či méně stlačoval disky. Konstrukce, i když není 1999% spolehlivá, je mnohem terénnější než všechny předchozí možnosti. Nevýhodou je, že funguje poměrně náhle a bohužel nemá příliš velké zdroje. Nicméně na Grand Cherokee WJ z roku 66 je právě takový diferenciál instalován jako středový diferenciál. Vojenským extrémem samobloků jsou vačky nebo prasklé samosvorné diferenciály. Tento typ lze považovat za nejstarší a představuje absolutně mechanický systém, ve kterém k uzavření polovin diferenciálu dochází třením příčných prasklin podél výstupků bočních spojek – vaček. Jedná se o poměrně hrubý, ale spolehlivý design, který dobře funguje při řízení pomalých těžkých vozidel s velkými koly. Má to dvě nevýhody – velkou výrobní náročnost a obrovské energetické ztráty uvnitř samotného zařízení. Takové diferenciály byly masivně instalovány na většinu vybavení sovětské armády, od GAZ-XNUMX a Uralu až po obrněné transportéry. EXTERNĚ OVLÁDANÉ Druhou skupinou svorných diferenciálů jsou ty, které mechanicky (elektricky, pneumaticky) těsně spojují levou polovinu nápravy s pravou. U nich je vše víceméně jednoduché a jasné: na můstku je připevněn jakýsi pohon, uvnitř je kluzná spojka jako ty, které zabírají ozubená kola ve skříni, a trakce je pevně rozdělena mezi kola v poměru 50 na 50. Navíc, pokud bylo dříve zablokování vyžadováno tečka, pak je dnes naprostá většina konstrukcí dokonale zablokována i za pohybu, při rychlostech do 40–50 km/h.

Jsou to ty, které se nejlépe hodí do terénu, jsou nejspolehlivější a nemají alternativu pro vozy, jejichž majitelé jsou připraveni dobývat destinace, ale. Majitelé SUV s mechanickou uzávěrkou dobře vědí, že uzamčený diferenciál může být nejen užitečný, ale i škodlivý. V blátě takové auto samozřejmě mnohem lépe pohání kola, ale ztrácí ovladatelnost. A na tvrdém povrchu je jízda v uzamčeném režimu obecně plná poruch a stejně špatné ovladatelnosti – auto se snaží narovnat svou trajektorii a nerado zatáčí. Proto je potřeba zámky průběžně zapínat a vypínat, nebo ještě lépe dávkovat trakci každému kolu v závislosti na jeho přilnavosti k vozovce. Proto nyní budeme hovořit nikoli o pevně uzamčených systémech, ale o dalším vývoji samosvorných zařízení z předchozí kapitoly.
Většina problémů spojených se zpožděním odezvy, mírou blokování a hlavně přesností zapínání a vypínání se vyřešila, když se pro běžný vůz staly dostupné elektronické protiprokluzové systémy. Algoritmus pro jejich činnost je jednoduchý: snímač otáčení kola (stejný jako u ABS) slouží jako informátor o přítomnosti nebo nepřítomnosti prokluzu a akční členy tak či onak ovládají trakci.

Jako nejvhodnější pro elektronické ovlivnění se samozřejmě ukázaly lamelové spojky, které daly vzniknout rozsáhlé rodině elektronicky řízených systémů. Rychlost jejich odezvy navíc umožňuje tak jemné dávkování trakce na poloviny diferenciálu, že se vůz dokáže okamžitě přizpůsobit měnícím se jízdním podmínkám. U středového diferenciálu to umožňuje přenášet část točivého momentu z nápravy na nápravu pro sebevědomé rozjezdy nebo větší pohon zadních kol při zatáčení. Interwheels dostaly ještě více výkonu – nyní mohou dokonce korigovat kurz za jízdy. Podobné systémy jsou instalovány v převodovkách nabitých M verzí BMW X5 a X6. Kromě nastavitelného asymetrického středu (40 až 60 % v tichém režimu) je zadní náprava vybavena aktivním diferenciálem DPC se dvěma spojkovými pakety a dvěma planetovými převody. Během zatáčení jsou spojky vnějšího kola stlačeny, což zvyšuje trakci na něm. Ve spojení s přerozdělením točivého momentu ve prospěch zadních kol to dává silný efekt otáčení vozu bez otáčení volantem. Komfort a všestrannost takového systému samozřejmě zcela závisí na složitosti předepsaných programů, ale majiteli také otevírá určitou možnost individuálního přizpůsobení osobního vozu ve směru vzrušení nebo naopak bezpečnosti.

Spolu s podobnými zařízeními dokáže stejné funkce úspěšně implementovat i standardní systém kontroly trakce, který přibrzdí volnoběžku a přes standardní volný diferenciál posílá točivý moment na protilehlé. V podstatě jde o typickou činnost stabilizačního systému ESP, přeprogramovaného pro špatný stav vozovky a nízké rychlosti. A zde jde především o rychlost a přesnost programu. Takové „pseudobloky“ mohou dokonce poskytnout crossoverům poměrně vysokou schopnost cross-country. Například fungování systému kontroly trakce ETC standardního off-roadu třídy M lze od poctivě zablokovaného analoga s off-roadovým paketem odlišit pouze praskavým zvukem pumpy ABS. Tato možnost samozřejmě není pro dlouhodobé silové cvičení příliš dobrá – trakce se trochu ztrácí, pumpa ABS se přehřívá a destičky se opotřebovávají, ale taková elektronika triumfuje v občasných terénních situacích. S tím, jak se účinnost takových systémů v průběhu let zvyšuje a náklady klesají, stále více vytlačují z trhu jiná, mechanicky složitější zařízení. Ti se musí spokojit s výklenkem motorsportu nebo plnohodnotných SUV. Samosvorné procesy jsou dnes u většiny diferenciálů tak pomíjivé a plynulé, že často ani pokročilý řidič není schopen rozeznat, zda mu samosvor zafungoval, vynucená svornost, nebo zda mu stabilizační elektronika pomohla nesklouznout. Budoucnost systémů přerozdělování trakce spočívá v naprosté dominanci systémů kontroly trakce pro sériově vyráběné vozy a plnohodnotných „železných“ zámkech pro skutečný nekompromisní off-road. Text Evgeny Khapov

Diferenciál je důležitou součástí při konstrukci převodovky automobilu. Účelem diferenciálu je rozdělit výkon přicházející z motoru do dvou samostatných proudů.

Co je diferenciál a proč je potřeba?

Při zatáčení se kola automobilu pohybují po různých drahách. To vede k silnému opotřebení pneumatik, prokluzování a zhoršení ovladatelnosti vozidla. Diferenciál je potřebný pro kompenzaci rozdílu úhlových rychlostí kol.

Některá auta tuto jednotku nemají. Proč potřebujete diferenciál, když například každé z hnacích kol automobilu má samostatný motor? Pokud je prokluz kol přijatelný (například u soutěžních vozů), je sestava svařena.

Jak funguje diferenciál?

Princip činnosti diferenciálu je jednoduchý. Jeho základem je planetové soukolí, které se skládá z polonápravových soukolí, satelitních soukolí, hnaných a hnacích soukolí (přenos otáčení se provádí přes hnací kolo).

• Jízda po rovné silnici. Kola auta narážejí na stejný odpor – kvůli tomu se nedají do pohybu satelitní ozubená kola. Síla je tedy distribuována v poměru 50/50 – stejně na každé kolo. V tomto případě se doba otáčení kol rovná periodě otáčení hnaného ozubeného kola.
• Otočte se. Jiná situace nastává při zatáčení. Vlivem různého odporu klesá úhlová rychlost jednoho z kol a v důsledku toho se zpomaluje i převod nápravy. Uvádí satelity do pohybu. Jejich rotace zajišťuje zvýšení rychlosti otáčení druhého ozubeného kola nápravových hřídelů. Proto se poměr rychlostí otáčení kol mění (točivý moment je rozdělen ve stejných poměrech), ale nedochází k jejich otáčení.
• Uklouznutí. Pokud vůz uvízne nebo narazí na povrch, může jedno z kol prokluzovat. Posuvné kolečko nenarazí téměř na žádný odpor, ale u zaseknutého kola je maximální. Díky diferenciálu umístěnému ve voze dochází k přerozdělení výkonu. Poměr může dosahovat až 0/100 (jedno kolo stojí a druhé se otáčí dvojnásobnou rychlostí). Pak auto zastaví a nemůže se pohnout. Proto je mnoho moderních vozů vybaveno uzávěrkami diferenciálů.

Podle typu převodovky jsou typy automobilových diferenciálů následující: válcové, kuželové a šnekové. Poslední typ je nejuniverzálnější – montuje se jak do systémů pohonu všech kol, tak do vozidel s 1 hnací nápravou. Válcový je vhodnější pro instalaci mezi nápravy vozidla s pohonem všech kol. A vozy s pohonem předních a zadních kol jsou vybaveny kuželovými.

Uzávěrka diferenciálu

Zamykání je nejdůležitější u vozu s pohonem všech kol. A důvodem není jen to, že se častěji používají mimo silnice. Kvůli konstrukčním prvkům takových vozidel, pokud jedno kolo ztratí trakci, může dojít ke snížení točivého momentu na ostatních třech. Z tohoto důvodu se auto nepohne.

K zablokování dochází v důsledku „vyřazení“ satelitních převodů nebo přenosu výkonu na zatížený hřídel nápravy. V závislosti na způsobu přerozdělování mohou být blokovací mechanismy úplné nebo částečné. Samosvorné diferenciály jsou běžné – instalují se na crossovery. Jejich práce umožňuje optimální rozložení točivého momentu.

Nejsložitější zařízení má elektronický zámek. Je kombinován se systémem směrové stability. V tomto případě jsou parametry pohybu vozidla určovány senzory. A počítač automobilu je zodpovědný za distribuci energie.

umístění

Existují 2 typy diferenciálů: středový a křížový (umístěný ve skříni hnací nápravy). Tyto typy diferenciálů mají řadu rozdílů. Umístění jednotky závisí na typu pohonu vozidla.

Mezikolo je instalováno na vozech s jednou i dvěma hnacími nápravami. U vozů s pohonem předních kol je kvůli chybějící kardanové převodovce jednotka umístěna bezprostředně za převodovkou (nebo jsou kombinovány v jednom krytu). U vozidel s pohonem zadních kol je instalován v převodovce.

Středové kolo je instalováno na vozech s pohonem všech kol. Už nerozděluje sílu mezi kola, ale mezi dvě nápravy. Tato jednotka se používá při stoupání a klesání. Vlivem náklonu vozu dochází k přerozdělení hmoty a k většímu zatížení jedné z náprav.

Většina vozů s pohonem všech kol je vybavena 3 diferenciály najednou (2 mezikolové a 1 mezinápravový). Přitom pro stroj s jednou hnací nápravou stačí pouze 1 mezikolová jednotka.

Typy automobilových diferenciálů

Typy diferenciálů založené na principu jejich činnosti jsou následující:

S plným blokováním. Blokování provádí řidič násilně. Vzhledem k tomu, že se úhlová rychlost kol vyrovná, při zatáčení se zhoršuje ovladatelnost a zvyšuje se opotřebení pneumatik. Vozy VAZ-2121 byly vybaveny podobným blokováním.

Závěr

Auto s diferenciálem je bezpečnější. Zařízení umožňuje nejen pohodlnou jízdu po dálnici, ale také provádění složitých manévrů. Při jízdě v terénu a na kluzkém povrchu se však může zhoršit ovladatelnost vozu s diferenciálem. V tomto případě pomůže zablokování komponenty. Většina vozů je vybavena automatickým zamykáním, takže jeho používání není složité. Pokud je aktivován ručně, měl by být zapnut pouze na zvláště obtížných úsecích silnice. Jinak hrozí vážné poškození pneumatik.