Що необхідно знати про диференціалах та про їхні відмінності в роботі.
Перш ніж приступити до розгляду диференціалів, їх типів і нюанси роботи, спочатку ми з вами звернемося до теорії. Для чого взагалі потрібен диференціал на сучасних автомобілях і який принцип його роботи?
Диференціал, як говорить теорія, це механічний пристрій з особливим видом планетарної зубчастої передачі, що розділяє момент вхідного вала (в нашому випадку карданного валу) між вихідними валами (півосями) автомобіля, що передає, момент сили з карданного вала на задні півосі в задньопривідному варіанті або безпосередньо від двигуна відразу на півосі в передньопривідному автомобілі так (диференціал у FWD розташований у КПП), що кутові швидкості обертання цих півосей можуть бути різними по відношенню один до одного і колеса автомобіля проходять різний шлях (наприклад, у повороті). Знову ж таки, все з теорії, під час проходження повороту колеса автомобіля проходять по різних траєкторіях, а саме, внутрішньої і зовнішньої, звідси відповідно виходить, що колесо обертається по зовнішньому радіусу проробляє (пробігає) більший шлях, ніж те колесо, яке обертається по внутрішньому радіусу, а значить, і швидкість такого обертання коліс буде різна, тобто швидкість обертового колеса (гірського) по внутрішньому радіусу повинна бути менше тієї швидкості колеса, що обертається по зовнішньому радіусу.
Дивіться також: Що потрібно знати перш ніж їздити по бездоріжжю
В цьому якраз безпосередньо і полягає головне завдання диференціала, тобто правильно розподіляти швидкості обертання валів на виході і відповідно самих коліс.
Призначення диференціала автомобілів:
– дозволяє провідним колесам обертатися з різними кутовими швидкостями;
– нерозривно передає крутний момент від двигуна на ведучі колеса.
Основна проблема, яка з’явилася на зорі автомобільної ери, була вирішена за допомогою застосування диференціала, тепер повороти машині можна проходити більш безпечно і без пробуксовки коліс, а звідси відповідно і без надмірного навантаження на трансмісію, на шини і на самі підшипники коліс. Але зате з’явилася інша незручність.
Найпростіший диференціал має одну яскраву “особливість”, завдяки якій він категорично не підходить для складних, екстремальних дорожніх ситуацій.
Коли у провідних коліс 100% зчеплення з дорогою, то все буде йти добре і диференціал виконуватиме свою функцію-просто ідеально, але варто одному з коліс потрапити в ситуацію коли воно (шина) втратить зчеплення з дорогою, або потрапить на інший тип ґрунту або на лід, то почне обертатися саме те колесо, яке втратило зчеплення, а протилежна стоїть на більш чіпкої грунті просто залишиться нерухомим.
Дивіться також: Надлишкова обертальність і недостатня обертальність
Не вдаючись у самі нюанси роботи механізму можна просто констатувати факт, що диференціал не змінює свій крутний момент, він просто перерозподіляє потужність між колесами і така потужність буде завжди більше на те саме колесо, яке обертається швидше. При пробуксовці колеса опір його і крутного моменту буде мінімальним, а значить буде надзвичайно малим і крутний момент передається з самого двигуна безпосередньо на колесо, а значить і на протилежному колесі цей крутний момент буде йому відповідати, тобто він буде мінімальним.
Особливо видно і дуже помітні недоліки цього класичного диференціала на спортивних автомобілях з великою потужністю, а також і на повнопривідних машинах, які розраховані на їзду по бездоріжжю.
У цьому зв’язку інженери і автовиробники більшості автокомпаній почали шукати нове рішення з цією проблемою. З’явилася велика кількість (різних видів пристроїв) диференціалів. Основні види таких нам хотілося б освятити в даній статті. А також нам хотілося б розповісти своїм читачам про основні переваги та конкретних недоліки тих чи інших видів цих пристроїв, і ще, на яких сучасних автомобілях можна зустріти сьогодні той чи інший тип диференціалів.
Вільний диференціал (Open Differential).
Суть його роботи.
Розділяє крутний момент двигуна на дві осі, кожна з яких здатна обертатися з різною швидкістю.
Недоліки.
При втрати зчеплення колеса з дорогою крутний момент на протилежному колесі теж знижується (падає). У гіршому варіанті, у застряглого автомобіля одне колесо буде вільно обертається, в той час, як протиставлених з кращим зчепленням не зможе просто передати поверхні (дорозі) досить крутного моменту, щоб зрушити автомобіль з місця.
Сучасні системи управління тягою компенсують це, шляхом застосування гальм до втратила зчеплення колеса. Але даний підхід до проблеми допомагає лише частково, більш складний диференціал, як правило діє швидше і він більш ефективний, ніж той же стандартний тип такого механізму.
Встановлюється на більшість автомобілів у яких відсутні претензії” на брак великої потужності (вони достатньо потужні), або у яких відсутні амбіції” до будь-якому бездоріжжю (позашляховики), а також на сімейні седани, на кросовери, на міні-вени, на малолітражні машини, і т. д.
Блокується диференціал (Locking Differential).
Як він працює.
При заблокованому диференціалі колеса машини будуть постійно обертатися з рівними швидкостями. В піску, бруду та снігу заблокований диференціал гарантує, що крутний момент продовжить надходити на колеса з більш високою тягою.
Недоліки.
У незаблокированном вигляді цей механізм веде себе точно також, як і вільний диференціал. Блокування диференціала на поверхні з високим рівнем зчіпних властивостей, як наприклад, на тому ж сухому асфальті, ускладнює обертальність автомобіля і може завдати серйозної шкоди автомобільної трансмісії.
Jeep Wrangler, Mercedes-Benz G-класу, Ram 2500 Power Wagon; опціонально його можна поставити на більшість повнорозмірних позашляховиків і пікапів.
Диференціал (Limited slip Differential). Диференціал підвищеного тертя.
Як він працює.
Диференціал поєднує в собі дві концепції,- вільну і заблоковані системи диференціалів. Він здатний функціонувати більшу частину часу як звичайний диференціал, а в потрібний момент автоматично блокуватися, тобто в той момент, коли відбувається прослизання одного з коліс. Блокування досягається за рахунок вязкостной муфти, або фрикційної муфти, або за рахунок складної системи гидророторного типу. У військових автомобілях ставляться зубчасті або кулачкові самоблокуються диференціали.
Недоліки.
Чисто механічні диференціали підвищеного тертя є реактивними. Тобто, вони не блокуються поки не сталася пробуксовка колеса.
Nissan 370Z з пакетом Sport (з вискомуфтой), Mazda MX-5 Miata (clutch-type), Scion FR-S/Subaru BRZ (helical gears).
Диференціал з електронним управлінням (Electronically Controlled Limited slip Differential).
Як він працює.
Переваги такого електронного управління в тому, що підвищується тяга в повороті і ступінь блокування диференціала можна налаштувати.
Наприклад, якщо комп’ютер автомобіля визначає, що в повороті у нього (автомобіля) надлишкова обертальність, то він може сильніше заблокувати диференціал для того щоб стабілізувати автомобіль.
Недоліки.
Як і в звичайному диференціалі обмеженого ковзання його крутний момент зміщений у бік і колеса більш повільно обертається.
BMW M3 і M4, Cadillac ATS-V і CTS-V, Chevrolet Corvette з пакетом Z51, Ferrari 488GTB.
Активний диференціал (Torque vectoring Differential).
Як він працює.
Використовує додаткові редуктора, які підключаються по команді електроніки. Електроніка збирає інформацію з усіх датчиків, а саме, про швидкість автомобіля, про швидкості обертання коліс, про включеній передачі, про кут повороту рульового колеса і про безліч інших параметрів.
Здатний дозовано відправляти крутний момент до кожного з ведучих коліс.
З активним диференціалом автомобіль може проходити повороти на великих швидкостях.
Недоліки.
Системи активного диференціала важкі, досить складні і дуже дорогі, вони збільшують витрату палива автомобіля.
Audi S4, S5 і S6; BMW X5 M і X6 M; Lexus RC F.
