Блокируемый дифференциал что это такое

Устройство блокировки дифференциала — принцип работы, типы

Дифференциал, слово знакомое со школьной скамьи. Правда в устройстве автомобиля оно имеет иное определение. Дифференциал (разность, если покопаться в латинском словаре), является сложным механизмом, который распределяет или изменяет крутящий момент среди полуосей приводных колес, тем самым обеспечивая их работу с разной угловой скоростью. Но если к нему добавить устройство блокировки, то можно самому распределить крутящий момент, и скорректировать соотношение угловых скоростей, в зависимости от дорожных обстоятельствах.

Установка блокирующего механизма дает массу преимуществ, но необходимо разобраться, что он из себя представляет, и принцип его работы.

Блокировка межосевого дифференциала: что это такое

В современных автомобилях есть немало узлов и агрегатов, которые имеются во всех моделях всех марок. Одним из них является дифференциал. Он необходим для того, чтобы обеспечить разную угловую скорость колес, расположенных при повороте на внешнем и на внутреннем его радиусе. У полноприводных автомобилей есть еще межосевой дифференциал, который в большинстве случаев оснащен блокировкой.

В данной статье мы расскажем о том, что такое межосевой дифференциал, для чего нужна блокировка межосевого дифференциала и каких основных типов она бывает.

Блокировка дифференциала: отличие системы вискомуфты от дифференциала Torsen

Коллеги здравствуйте! Вопрос: что такое блокировка дифференциала в автомобиле? Зачем эта блокировка? Это мы сейчас и разберем.

Что такое межосевой дифференциал

В любом автомобиле есть как минимум один дифференциал. Такое устройство делит крутящий момент, поступающий в него с входного вала, между полуосями передающими его на каждое из ведущих колес. Полноприводный автомобиль (то есть имеющий четыре ведущих колеса) оснащается как минимум двумя дифференциалами, по одному на каждую пару. В большинстве случаев на них устанавливается еще один, межосевой, который имеет возможность блокирования.

Необходимость использования межосевого дифференциала на автомобилях с полным приводом вызвана тем, что им приходится передвигаться в достаточно сложных условиях, часто по неровной местности. В таких случаях на разные оси автомобиля создается разное давление и поэтому необходимо производить распределение между ними крутящего момента.

Дифференциал как часть трансмиссии

Дифференциал в автомобиле — это механизм, распределяющий крутящий момент карданного вала трансмиссии между ведущими колесами передней или задней оси (в зависимости от типа привода), позволяя каждому из них вращаться без пробуксовки. В этом заключается основное назначение дифференциала.

При прямолинейном движении, когда колеса нагружены одинаково и имеют равную угловую скорость вращения – механизм работает в качестве передаточного звена. Если условия движения изменяются (поворот, пробуксовка) – нагрузка становится неравномерной. У полуосей появляется необходимость вращаться с разными скоростями, и, как следствие, становится необходимым распределить полученный крутящий момент между ними в определенном соотношении. Тогда узел выполняет вторую важную функцию: обеспечение безопасного маневрирования автомобиля.

Схема расположения дифференциала зависит от типа привода автомобиля:

1. Передний привод – картер коробки передач.
2. Задний привод – корпус ведущего моста.
3. Полный привод – корпусы переднего и заднего мостов (для передачи крутящего момента ведущим колесам) или раздаточная коробка (для передачи крутящего момента ведущим мостам).

Дифференциал на автомобилях появился не сразу. Конструкторы первых «самодвижущихся экипажей» были очень озадачены плохой маневренностью своих изобретений. Вращение колёс с одинаковой угловой скоростью во время прохождения поворота приводило к тому, что одно из них начинало буксовать или, наоборот, полностью теряло контакт с дорогой. Инженеры вспомнили, что на ранних прототипах первых автомобилей, снабжаемых паровыми двигателями, было устройство, позволявшее избежать потери управляемости.

Механизм распределения вращающего момента изобрёл француз Онесифор Пеккёр. В устройстве Пеккёра присутствовали валы и шестерни. Через них крутящий момент от мотора поступал к ведущим колёсам. Но даже после применения изобретения Пёккера проблема пробуксовки колёс на поворотах не решилась полностью. Выявились недостатки системы. Например, одно из колес в какой-то момент терял сцепление с дорогой. Сильнее всего это проявлялось на обледенелых участках.

Пробуксовка в таких условиях часто приводила к авариям, поэтому конструкторы надолго задумались над тем, как предотвратить занос машины. Решение было найдено Фердинандом Порше. Он стал изобретателем кулачкового механизма, который ограничивал проскальзывание колёс ведущего моста. Немецкое устройство дифференциала нашло применение в автомобилях Volkswagen.

Устройство и основные элементы

Электронная блокировка дифференциала основывается на антиблокировочной системе тормозов (ABS – Antilock Brake System) и является неотъемлемой частью системы курсовой устойчивости ESC. Имитация блокировки отличается от классической системы ABS тем, что может самостоятельно увеличивать давление в тормозной системе автомобиля.

Рассмотрим основные элементы системы:

• Насос: необходим для формирования давления в тормозной системе.
• Электромагнитные клапаны (переключающий и высокого давления): включены в тормозной контур каждого колеса. Осуществляют управление потоками тормозной жидкости в пределах отведенного им контура.
• Блок управления: осуществляет управление электронным дифференциалом с помощью специального ПО.
• Датчики частоты вращения колес (установлены на каждом колесе): нужны для информирования блока управления о текущих значениях угловых скоростей вращения колес.

Отметим, что электромагнитные клапаны и насос подачи являются элементами гидравлического блока ABS.

Разновидности блокировок

Можно заблокировать работу механизма, напрямую соединив его корпус с нагруженной полуосью или ограничив возможность вращения сателлитов.
Различают следующие виды блокировки:

• Полный: передаваемый крутящий момент достигает 100%. Детали дифференциала жестко связаны между собой и как следствие он не может выполнять свои функции.
• Частичный: крутящий момент в определенном соотношении принудительно распределяется через дифференциал и ограничивает работу его элементов.

В зависимости от степени участия водителя блокировка дифференциала может осуществляться вручную или автоматически:

• Принудительная блокировка выполняется водителем по мере необходимости (ручная блокировка). Для этого используется кулачковый дифференциал.
• Самоблокирующийся дифференциал автоматически устанавливает пределы работы (автоматическая блокировка). Требование к блокировке и ее степень определяются разницей крутящих моментов на полуосях ведущих колес или их угловых скоростей. В некоторых типах таких систем используется датчик блокировки дифференциала.

Принудительная блокировка дифференциала

Блокировка осуществляется специальным механизмом, который сцепляет полуось с корпусом дифференциала.

Сцепляющий (расцепляющий) механизм, в виде кулачковой муфты может быть гидравлический, электрический, механический и пневматический.

Гидравлический устроен так же как тормозная система, то есть имеет главный цилиндр и рабочий. Электрический работает с помощью электродвигателя, который управляет рычагом включения-выключения.

Механический по средством троса и рычагов, а пневматический управляется через герметичный воздухопровод пневмокамерой. Управляющим элементом является кнопка на панели приборов или рычаг.

На некоторых чистых внедорожниках применяется принудительная жесткая блокировка всех дифференциалов, и межколёсных и межосевых. Это конечно жесткая нагрузка на все узлы трансмиссии, и в таком режиме постоянно эксплуатировать противопоказано, но зато такому автомобилю бездорожье непочём.

Применение дифференциалов в зависимости от их видов

Устройства используют для передачи крутящего момента ведущим колесам и ведущим мостам автомобиля .

Грузовики и легковые автомобили всех типов приводов имеют межколесный дифференциал, передающий вращение колесам. Межосевой дифференциал, распределяющий крутящий момент между мостами, применяют исключительно в полноприводных машинах.

По типу применяемой зубчатой передачи различают следующие виды механизмов:

1. конический;
2. цилиндрический;
3. червячный.

По количеству зубьев шестерен полуосей:

1. симметричный;
2. несимметричный.

Благодаря его свойству пропорционально распределять крутящий момент несимметричный дифференциал с цилиндрической передачей устанавливают между мостами полноприводных автомобилей.

Заднеприводные и переднеприводные автомобили оснащают коническим симметричным дифференциалом.

Червячная передача, являясь самой универсальной, используется во всех типах устройств со всеми приводами.

Основные преимущества системы

• увеличение сцепления с дорогой на поворотах;
• начать движение без пробуксовки колес;
• настройка степени блокировки;
• полностью автоматическое включение / выключение;
• машина уверенно справляется с диагональным вывешиванием колес.

Схема работы дифференциала

Рассмотрим принцип, по которому работает симметричный межколесный конический дифференциал, распределяющий крутящий момент между колесами в трех различных условиях:

1. прямолинейное движение;
2. поворот;
3. пробуксовка.

При прямолинейном движении

Прямолинейное движение характеризуется равномерным распределением нагрузки между колесами автомобиля. Они имеют одинаковую угловую скорость. Сателлиты, размещенные в корпусе, не вращаются вокруг своих осей. Они передают крутящий момент от ведомой шестерни главной передачи к полуосям через неподвижное зубчатое зацепление.

При повороте

Когда транспортное средство поворачивает, силы сопротивления и нагрузки распределяются следующим образом:

• Внутреннее колесо, имеющее меньший радиус от центра поворота, испытывает сопротивление большей силы, чем наружное. Увеличенная нагрузка заставляет его снизить скорость вращения.
• Наружное колесо, двигаясь по большему радиусу (большей траектории), наоборот, должно увеличить угловую скорость, чтобы автомобиль мог повернуть плавно, без пробуксовки.

Таким образом, колеса должны иметь разные угловые скорости. Замедление вращения полуоси внутреннего колеса приводит сателлиты в движение. Они, в свою очередь, посредством конической зубчатой передачи увеличивают скорость вращения полуоси наружного колеса. Крутящий момент, получаемый от главной передачи, остается неизменным.

При пробуксовке

Колеса автомобиля, движущегося даже прямолинейно по скользкой дороге или бездорожью, могут испытывать различную нагрузку: одно из них пробуксовывает, теряя сцепление с дорогой; другое, становясь более нагруженным, замедляется. Повторяется схема поворота. Только теперь она приносит вред: буксующее колесо может получить 100% принятого дифференциалом крутящего момента, а нагруженное вообще перестанет вращаться. Движение автомобиля прекратится.

Эти недостатки работы узла решаются различными способами:

• ручной или автоматической блокировкой;
• внедрением системы курсовой устойчивости.

Использование

Электронный дифференциал, являющийся функцией противобуксовочной системы, используется во многих современных автомобилях. Имитацию блокировки используют такие производители автомобилей как: Audi, Mercedes, BMW, Nissan, Volkswagen, Land Rover, Renault, Toyota, Opel, Honda, Volvo, Seat и другие. При этом EDS используется, например, в Nissan Pathfinder и Renault Duster, ETS — в Mercedes ML320, XDS — в Skoda Octavia и Volkswagen Tiguan.

Системы моделирования блокировки стали очень популярными благодаря своим многочисленным преимуществам. Электронный дифференциал оказался наиболее практичным решением для среднего городского автомобиля. Предотвращая пробуксовку колес при трогании автомобиля, а также на скользком дорожном покрытии и в поворотах, она значительно облегчила жизнь многим автовладельцам.

Блокировка дифференциала и система курсовой устойчивости

Чтобы крутящий момент полуосей снова стал одинаковым, нужно блокировать действие сателлитов или обеспечить его передачу от чашки на нагруженную полуось.

Это особенно актуально для машин повышенной проходимости, имеющих полный привод 4Х4. Не только потому что они предназначены для езды по местности с тяжелыми дорожными условиями. Стоит машине, оснащенной тремя дифференциалами (два межколесных, один межосевой), хотя бы в одной из четырех точек потерять сцепление – величина крутящего момента остальных колес устремится к нулевому значению, и машина откажется ехать.

Избежать неприятностей помогает блокировка, которая может быть либо частичной, либо полной (зависит от степени перераспределения усилий между полуосями), а также либо ручной, либо автоматической (зависит от степени контроля со стороны водителя).

Хорошо себя зарекомендовали самоблокирующиеся дифференциалы, распределяющие крутящий момент, учитывая его разность на полуосях или исходя из значений угловых скоростей.

Наиболее сложным совершенным способом устранить недостатки узла является электронная блокировка, реализуемая на базе системы курсовой устойчивости, датчики которой контролирует все необходимые параметры во время движения автомобиля. На основе полученных данных работа автомобиля корректируется автоматически.

Чему отдать предпочтение

Выбрать из разнообразия представленных механизмов непросто, при этом следует учесть ряд важных факторов.

Например, для эксплуатации в несложных условиях города предназначены дисковые или вязкостные муфты. Они сравнительно дёшевы, просты в монтаже и работают в автоматическом режиме. Для экстремально вождения рекомендуется выбирать наиболее эффективную полную блокировку.

Видео о принудительной пневматической блокировке дифференциала:

Применение

Электронный дифференциал, являясь функцией антипробуксовочной системы, применяется на многих современных автомобилях. Имитацию блокировки применяют такие автопроизводители, как: Audi, Mercedes, BMW, Nissan, Volkswagen, Land Rover, Renault, Toyota, Opel, Honda, Volvo, Seat и другие. При этом EDS используется, к примеру, в автомобилях Nissan Pathfinder и Renault Duster, ETS – на Mercedes ML320, XDS – на машинах Skoda Octavia и Volkswagen Tiguan.

Благодаря своим многочисленным достоинствам системы имитации блокировки получили большое распространение. Электронный дифференциал оказался самым практичным решением для среднестатистической городской автомашины, которая не передвигается по бездорожью. Данная система, препятствуя пробуксовке колес при начале движения автомобиля, а также на скользком дорожном покрытии и в поворотах, существенно облегчила жизнь многим автовладельцам.

Вискомуфта (вязкостная муфта)

Как уже было описано выше, вискомуфта, это наборы фрикционных дисков, которые связаны с корпусом и с одной полуосью, вращаются на близком расстоянии друг от друга и заключены в герметичном корпусе, наполненном силиконовой жидкостью.

При вращении с разными скоростями, диски разгоняют жидкость, нагревая её, при этом повышается её вязкость и диски сжимаются приводя в действие свойства дифференциала, он блокируется.

Скорости выравниваются, жидкость восстанавливает свои свойства, диски начинают вращаться с равными скоростями.

Процесс этот происходит постоянно в зависимости от дорожных условий.

Вискомуфта устанавливается в межосевом пространстве трансмиссии и по сути, автомобиль не всегда бывает полноприводным, а только при необходимости.

Конструкционно вискомуфта применяется в работе как вместе с дифференциалом, так и самостоятельно.

Вискомуфта довольно инерционна, такова её конструкция и при бездорожье имеет место её перегрев, поэтому её все меньше применяют в автомобилестроении.

Безопасность прежде всего

Дифференциал создан для обеспечения безопасного комфортного маневрирования на трассе. Описанные выше недостатки касаются езды в экстремальных условиях, а также по пересеченной местности. Поэтому если на автомобиле установлен привод ручной блокировки, использовать его нужно исключительно в соответствующих дорожных условиях. А шоссейные автомобили, которые сложно «уговорить» ехать медленнее 100 км/час, эксплуатировать без дифференциала вообще невозможно и даже опасно. Такой вот нехитрый, но бесконечно важный механизм в трансмиссии.

Электронная блокировка

Как таковой особой конструкции при такой блокировке нет.

Блокировка осуществляется антипробуксовочной системой, которая контролируется электроникой и реализуется простым подтормаживанием колеса.

Если колесо начинает пробуксовывать, в это время датчик подает сигнал ЭБУ о пробуксовке. Электронный мозг анализирует и подает команду тормозной системе, подтормозить буксующее колесо.

В это время срабатывает механизм дифференциала и моменты сил на колеса выравниваются.

По сути это и не блокировка , а просто выравнивание крутящих моментов. Хотя работает довольно эффективно.

Червячный самоблокирующийся дифференциал

Это чистая механика. Конструкция так устроена, что чувствительно реагирует на разность крутящих моментов на корпусе и полуоси.

Конструкция основана на червячном планетарном принципе, редуктор которого состоит из червячных ведомых и ведущих сателлитов.

Конструкционно они могут располагаться параллельно или перпендикулярно полуосям.

Так устроен знаменитый самоблокирующися дифференциал Torsen, применяемый в системе quattro от Audi.

Секрет блокировки заключается в особенности червячной шестерни. Она вращает другие шестерни, а сама не может от них вращаться, расклинивается, как говорят.

Это свойство и поставили умные конструкторы на службу частичной блокировки дифференциала.

Этот гениальный принцип червячной шестерни намного превосходит в надежности вискомуфту и находит широкое применение.

Блокировка дифференциала заднего моста все чаще встречается с таким дифференциалом, а в основном его устанавливают межосевым.

Ну вот как-то так, примерно!