Automobilový diferenciál – zařízení, fotografie, typy.

Mnoho kupujících se při výběru SUV pravděpodobně setkalo s pojmem „elektronická uzávěrka diferenciálu“ v popisu konkrétního modelu. Ne všichni potenciální majitelé vozů této třídy ale vědí, co to je a jak tento diferenciál funguje. V našem dnešním materiálu vám podrobně řekneme, proč auto potřebuje diferenciál, jaké jsou jeho typy a na jakých autech je nainstalován.

Diferenciální historie a účel

U vozů vybavených spalovacím motorem se diferenciál objevil pár let po jejich vynálezu. Faktem je, že první příklady strojů poháněných motorem měly velmi špatné ovládání. Obě kola na stejné nápravě se při otáčení otáčela stejnou úhlovou rychlostí, což vedlo k prokluzu kola běžícího po vnějším průměru, který byl větší než vnitřní. Řešení problému se našlo jednoduše: konstruktéři prvních vozů se spalovacími motory si vypůjčili diferenciál z parních vozů – mechanismus vynalezený v roce 1828 francouzským inženýrem Olivierem Pecquet-Romé. Jednalo se o zařízení sestávající z hřídelí a ozubených kol, přes které se přenášel točivý moment z motoru na hnací kola. Ale po instalaci diferenciálu na auto byl objeven další problém – prokluzování kol, které ztratilo trakci s vozovkou.

K tomu obvykle došlo, když vozidlo jelo po silnici pokryté ledovými plochami. Pak se kolo, které narazilo na led, začalo otáčet vyšší rychlostí než to, které bylo na zemi nebo betonu, což nakonec vedlo ke smyku auta. Pak se konstruktéři zamysleli nad vylepšením diferenciálu, aby se za takových podmínek obě kola otáčela stejnou rychlostí a auto se nedostalo do smyku. První člověk, který experimentoval s vytvořením diferenciálu s omezenou svorností, byl Ferdinand Porsche.

Trvalo mu tři roky, než vyvinul, otestoval a uvedl na trh takzvaný vačkový diferenciál, první mechanismus s omezenou svorností, který byl instalován na prvních modelech Volkswagen. Následně inženýři vyvinuli různé typy diferenciálů, o kterých bude řeč níže.

V automobilu plní diferenciál tři funkce: 1) přenáší točivý moment z motoru na hnací kola, 2) nastavuje různé úhlové rychlosti pro kola, 3) slouží jako redukční převod v kombinaci s koncovým převodem.

Diferenciální zařízení

Automobilovými konstruktéry vylepšený diferenciál je řešen jako planetové soukolí, kdy se točivý moment od motoru přenáší přes kardanovou hřídel a kuželové soukolí do skříně diferenciálu. To zase směruje točivý moment na dva převodové stupně a ty rozdělují točivý moment mezi hřídele náprav. Spojka mezi satelitními ozubenými koly a nápravovými hřídeli má dva stupně volnosti, což umožňuje jejich otáčení při různých úhlových rychlostech.

Diferenciál tak zajišťuje různé rychlosti otáčení kol umístěných na stejné nápravě, což zabraňuje prokluzu při zatáčení. Po vynalezení pohonu všech kol měl vůz dva a později tři (se středovým diferenciálem) diferenciály, které rozdělovaly točivý moment mezi hnací nápravy.

Už teď je jasné, že bez diferenciálu se žádné auto neobejde. U vozidel s pohonem předních a zadních kol je umístěn na hnací nápravě. Pokud má vůz dvojitou hnací nápravu, pak jsou v konstrukci převodovky použity dva diferenciály – jeden pro každou nápravu. U vozidel s pohonem všech kol jsou dva diferenciály (u modelů s plug-in pohonem všech kol – jeden pro každou nápravu) nebo tři (u modelů se stálým pohonem všech kol – jeden pro každou nápravu, plus středový diferenciál, který rozděluje točivý moment mezi nápravy). Kromě počtu mechanismů instalovaných na vozidlech s různými typy pohonů se diferenciály rozlišují podle typu uzávěru.

Typy diferenciálů

Podle typu uzávěrky se diferenciály dělí na dva typy: manuální a elektronická uzávěrka. Manuální, jak název napovídá, provádí řidič ručně pomocí tlačítka nebo páčkového přepínače. V tomto případě jsou satelitní převody mechanismu zablokovány a hnací kola se pohybují stejnou rychlostí. U SUV je obvykle k dispozici manuální uzávěrka diferenciálu.

Doporučuje se zapínat při zdolávání náročných terénních podmínek a vypínat při jízdě po běžných silnicích.

Elektronická nebo automatická uzávěrka diferenciálu se provádí pomocí elektronické řídicí jednotky, která analýzou stavu vozovky (s využitím informací ze senzorů ABS a protiprokluzového systému) sama uzamkne satelitní převody.

Podle stupně uzávěrky se toto zařízení dělí na diferenciál s plnou uzávěrkou a diferenciál s částečnou uzávěrkou satelitních převodů.

Úplná uzávěrka diferenciálu zahrnuje 100% zastavení otáčení satelitních ozubených kol, v tomto okamžiku samotný mechanismus začne fungovat jako normální spojka a přenáší stejný točivý moment na obě nápravové hřídele. V důsledku toho se obě kola otáčejí stejnou úhlovou rychlostí. Pokud jedno z kol ztratí trakci, veškerý točivý moment se přenese na kolo s lepší trakcí, což vám umožní překonat terénní podmínky. Tento typ diferenciálního zařízení se používá na Toyota Land Cruiser, Mercedes-Benz třídy G a dalších SUV.

Částečná uzávěrka diferenciálu zahrnuje neúplné zastavení otáčení satelitních ozubených kol, tedy s prokluzem. Tohoto efektu je dosaženo prostřednictvím tzv. samosvorných diferenciálů. Podle toho, jak tento mechanismus funguje, se dělí na dva typy: citlivá na rychlost (funkce, když je rozdíl v úhlové rychlosti otáčení hřídelí nápravy) a citlivá na točivý moment (funkce, když se točivý moment na jedné z hřídelí nápravy snižuje). Tento typ diferenciálního zařízení se používá v SUV Mitsubishi Pajero, Audi se systémem pohonu všech kol Quattro, BMW se systémem X-Drive a tak dále.

Diferenciály patřící do skupiny Speed ​​sensitive mají různé konstrukce. Existuje mechanismus, ve kterém roli diferenciálu hraje viskózní spojka. Jedná se o nádrž umístěnou mezi hřídelí nápravy a rotorem kardanové hřídele, naplněnou speciální viskózní kapalinou, do které jsou zase ponořeny kotouče, kloubově spojené s hřídelí nápravy a rotorem. Když se úhlová rychlost otáčení kol liší (jedno kolo se otáčí rychleji než druhé), disky v nádrži se také začnou otáčet různými rychlostmi, ale viskózní kapalina postupně vyrovnává jejich rychlost a podle toho i točivý moment. Jakmile jsou úhlové rychlosti obou kol stejné, viskózní spojka se rozpojí. Podle svých charakteristik je viskózní spojka méně spolehlivá než třecí diferenciál, proto se instaluje na vozidla určená k překonání mírných terénních podmínek nebo sportovních úprav vozidel.

Dalším diferenciálním mechanismem, který patří do skupiny citlivé na rychlost, je gerotorový diferenciál. Zde roli uzávěru na rozdíl od viskózní spojky hraje olejové čerpadlo a třecí lamely, které jsou namontovány mezi skříní diferenciálu a satelitním ozubením hřídelů náprav. Princip činnosti je však v mnoha ohledech podobný jako u viskózní spojky: když dojde k rozdílu úhlových rychlostí hnacích kol, čerpadlo tlačí olej na třecí desky, které pod tlakem zablokují skříň diferenciálu a převod nápravy, dokud se rychlosti otáčení kol nevyrovnají. Jakmile k tomu dojde, čerpadlo přestane fungovat a zámek se uvolní.

Rozdílná provedení mají také diferenciály patřící do skupiny citlivých na moment. Existuje například mechanismus, který využívá třecí diferenciál. Jeho zvláštností je rozdíl v úhlových rychlostech otáčení kol, když se vůz pohybuje po přímce a v zatáčce. Při jízdě po rovné silnici je úhlová rychlost obou kol stejná, ale při zatáčení je její hodnota pro každé kolo jiná. Toho je dosaženo instalací třecí spojky mezi skříň diferenciálu a satelitní převod, která pomáhá zlepšit přenos točivého momentu na kolo, které ztratilo trakci.

Další typ diferenciálu je s hypoidním (šnekovým nebo šroubovým) a šikmým ozubením. Jsou podmíněně rozděleny do tří skupin.

První je s hypoidním záběrem, kdy má každý hřídel nápravy vlastní satelitní ozubená kola. Jsou navzájem spojeny pomocí přímého ozubení, přičemž osa převodu je umístěna kolmo na hřídel nápravy. Když se objeví rozdíl v úhlových rychlostech hnacích kol, ozubená kola se od sebe zaklíní, což vytváří tření mezi skříní diferenciálu a ozubenými koly. Dochází k částečné uzávěrce diferenciálu a točivý moment se přenáší na nápravu, jejíž úhlová rychlost je nižší. Jakmile se vyrovnají úhlové rychlosti kol, zámek se deaktivuje.

Druhý je se šikmým ozubením, u kterého má každý hřídel nápravy také svá satelitní ozubená kola (jsou spirálová), ale jejich osy jsou umístěny rovnoběžně s hřídelemi náprav. Tyto jednotky jsou navzájem spojeny pomocí spirálového ozubení. Satelity v tomto mechanismu jsou instalovány ve speciálních výklencích na krytu diferenciálu. Když se úhlová rychlost otáčení kol liší, ozubená kola se zaklíní a po spojení s ozubenými koly ve výklencích skříně diferenciálu je částečně blokují. V tomto případě je točivý moment směrován na hřídel nápravy, jehož otáčky jsou nižší.

Třetí má šikmá ozubená kola nápravových hřídelů a šikmá ozubená kola satelitů, které jsou umístěny vzájemně rovnoběžně. Tento typ se používá při konstrukci středového diferenciálu. Díky planetové konstrukci diferenciálu je možné posunout točivý moment pomocí částečné uzávěrky na nápravu, jejíž úhlová rychlost otáčení kol je nižší. Rozsah takového posunu je poměrně široký – od 65/35 do 35/65. Když je úhlová rychlost otáčení kol přední a zadní nápravy stejná, diferenciál se odblokuje.

Tyto skupiny diferenciálů našly nejširší uplatnění v automobilovém průmyslu: montují se na „civilní“ i sportovní modely.