Zastanawiałeś się kiedyś, jakie mechanizmy w Twoim samochodzie umożliwiają wykonywanie skrętów podczas jazdy? Jednym z elementów, który reguluje pracę kół na osi, jest dyferencjał (pot. dyfer). Funkcją, jaką pełni, jest kompensacja różnicy prędkości obrotowej pomiędzy półosiami kół w momencie, gdy przemierzają one drogę o różnej długości. Mówiąc prościej „dyfer” to element, który umożliwia efektywne pokonywanie zakrętów. W przypadku wykonywania opisywanego manewru jedno z kół ma mniejszą trasę do przemierzenia. Bez wykorzystania mechanizmu różnicowego obydwa koła poruszałyby się z taką samą prędkością, a to spowodowałoby ich „ślizganie”.
Jakie byłyby tego konsekwencje dla auta? Gdzie znajduje się dyferencjał? Jak rozpoznać awarię mechanizmu różnicowego? Wszystko wyjaśniamy poniżej. Zapraszamy do lektury!
Z tego tekstu dowiesz się m.in.:
- Czym jest dyferencjał?
- Gdzie znajduje się mechanizm różnicowy w samochodzie?
- Jakie są odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania dotyczące dyferencjału?
Czym jest dyferencjał?
Mechanizm różnicowy, czyli inaczej dyferencjał, to przekładnia mechaniczna zębata wynaleziona jeszcze w starożytnych Chinach, a do świata motoryzacji zaadaptowana przez niemieckiego inżyniera Carla Benza. Jak już było wcześniej wspomniane, ma on (dyferencjał) na celu ułatwić kierowcy wykonywanie zakrętów podczas jazdy. Jego zadaniem jest rozróżnianie prędkości obrotowej kół na danej osi, przy ciągłym przekazywaniu momentu obrotowego.
Dlaczego to takie ważne? Skręcające koła mają do pokonania różną drogę a bez mechanizmu różnicowego, otrzymywałyby taki sam moment obrotowy. W efekcie prowadziłoby to do utraty przyczepności, szybszego zużycia opon, zwiększonego zużycia paliwa oraz ogromnych przeciążeń wpływających negatywnie na cały układ przeniesienia napędu. Całe szczęście ludzka pomysłowość, inżynierski upór oraz spryt chronią nasze auta przed tymi konsekwencjami. A dlaczego mechanizm różnicowy nazywamy dyferencjałem? Wszystko dlatego, że słowo dyferencja oznacza różnicę.
Gdzie znajduje się dyferencjał?
W zależności od rodzaju napędu samochodu dyferencjał może znajdować się w 3 różnych miejscach. Wewnątrz aut przednionapędowych „dyfer” wbudowany jest w skrzynię biegów, tuż przy wyjściu na półosie. W przypadku aut tylnonapędowych mechanizm różnicowy umiejscowiony jest z tyłu, dokładnie na środku symetrii wzdłużnej pojazdu. Trzecia możliwość to auta z napędem na 4 koła, które posiadają również dyferencjał międzyosiowy. Zazwyczaj znajduje się on w tak zwanym transferze, przykręcanym bezpośrednio do skrzyni biegów.
Z jakich elementów składa się dyferencjał?
Aby jeszcze lepiej zrozumieć, jak działa dyferencjał, dobrze jest zapoznać się z jego budową. Zaczynając od początku, mechanizm różnicowy składa się z kilku stożkowych kół zębatych, zamkniętych w wirującej obudowie, z którą połączone jest koło talerzowe. Następnie koło talerzowe napędzane jest za pomocą przekładni hipoidalnej przez wałek atakujący, przenoszący moment obrotowy ze skrzynki biegów oraz silnika.
Wbrew pozorom koło talerzowe nie bierze udziału w rozdzielaniu momentu obrotowego między kołami. Za to odpowiedzialne są koła zębate znajdujące się wewnątrz mechanizmu różnicowego. Konkretniej w obudowie dyferencjału umieszczone zostały koła koronowe, które są połączone z półosiami napędowymi, oraz satelity umieszczone na tzw. krzyżaku.
Jakie awarie mechanizmu różnicowego najczęściej się przytrafiają?
Wyżej w dużym skrócie opisaliśmy, jak wygląda i z czego składa się mechanizm różnicowy. Przechodząc do tematu awarii, kierujemy nasz wzrok na każdy element indywidualnie. Jak możesz przeczytać wyżej, dyferencjał jest zbiorem podzespołów ściśle ze sobą współpracujących, dlatego gdy któryś z elementów ulegnie uszkodzeniu, dochodzi do zaburzenia prawidłowego działania całego mechanizmu.
Zazwyczaj (w szczególności w trakcie bardzo agresywnej jazdy) uszkodzeniu ulegają satelity, co skutkuje „przeskakiwaniem” koła podczas pokonywania zakrętów. Dyferencjał może się też zużyć naturalnie z racji przebytych kilometrów. Wtedy zazwyczaj wyeksploatowaniu ulega przełożenie główne lub łożyska. Zużycie objawia się charakterystycznym huczeniem wydobywającym się podczas wykonywania manewru skrętu.
Dobrym sposobem na zdiagnozowanie zużycia mechanizmu różnicowego jest również wykonanie testu gdy mamy auto na podnośniku. Wystarczy wrzucić bieg i wykonać obrót kół aż do momentu wyczucia oporu. Im dłużej czekamy na opór, tym większe zużycie mechanizmu.
Czym jest blokada mechanizmu różnicowego, czyli tak zwana szpera?
Bardzo często zdarza się, że gdy koła napędowe ustawione są na dwóch różnych powierzchniach, czyli śliskiej i takiej, która zapewnia dobrą przyczepność, auto ma problemy, aby ruszyć. W takim przypadku w tradycyjnym mechanizmie pozbawionym blokady, moment obrotowy zawsze trafia na koło o mniejszej przyczepności, co kończy się boksowaniem.
W celu uniknięcie takich sytuacji stosuje się blokadę mechanizmu różnicowego, czyli rozwiązanie ograniczające wzajemny poślizg kół jednej osi lub obu osi względem siebie. Obecnie na rynku najpopularniejsze blokady mechanizmu różnicowego to LSD (rozwiązanie ze sprzęgłem wielopłytkowym) oraz TorSen (samoblokujący się mechanizm różnicowy).
W jakich przypadkach stosowana jest blokada mechanizmu różnicowego?
Zastosowanie blokady mechanizmu różnicowego ma spowodować, że koła będą poruszać się z taką samą prędkością obrotową. Blokada mechanizmu różnicowego okazuje się przydatna podczas jazdy na podmokłym i grząskim terenie. Bardzo ważne jest to, aby pamiętać, że zastosowanie blokady przy skręcaniu na powierzchni o bardzo dobrej przyczepności, może skutkować zniszczeniem mostu napędowego. Natomiast w autach rajdowych i wyścigowych szpera umożliwia przyspieszanie w zakręcie, pomimo odciążonego wewnętrznego koła.
Początki mechanizmu różnicowego
Zapewne, gdy pierwszy raz usłyszałeś lub przeczytałeś to słowo, zadałeś sobie pytanie „dyferencjał – co to jest?” Na to pytanie znasz już odpowiedź. Warto jednak wspomnieć o początkach tego elementu. Sięgają one jeszcze starożytności… Co ciekawe, wtedy tego typu rozwiązania używano do ustalenia położenia słońca. Były one także stosowane jako prymitywne kompasy.
Przyjęto, że „dyfer” narodził się w starożytnych Chinach. Wszystko zaczęło się od zbudowania dwukołowego rydwanu, który miał jednocześnie spełniać zadanie kompasu. Innym bardzo interesującym wykorzystaniem dyferencjału jest odkryty we wraku statku mechanizm z Antikythery, datowany na I w. p.n.e. Okazuje się, że skonstruowano go do określania kąta położenia Słońca oraz Księżyca, a także do przewidywania zaćmień.
W nowożytności, pierwsze wykorzystania dyferencjału zaczęły pojawiać się na początku XIX wieku. Onésiphore Pecqueur był zegarmistrzem i inżynierem, który opracował w 1827 r. patent w tej dziedzinie. To właśnie on zbudował pojazd, który oparty był na mechanizmie różnicowym. W przypadku tego wynalazku napęd na tylne koła był przenoszony za pomocą łańcucha. Należy wspomnieć także o Jamesie Starleyu, który specjalizował się w produkcji rowerów i motocykli trzykołowych. Wykorzystując swój geniusz i pomysłowość opracował on rewolucyjny tylny dyferencjał.
Jak już wspominaliśmy wcześniej adaptacja dyferencjału do świata motoryzacji to zasługa Carla Benza. Stworzył on trójkołowy automobil, który składał się z silnika spalinowego, chłodnicy wody, sprzęgła, świec zapłonowych, gaźnika, skrzyni biegów oraz oczywiście dyferencjału. Funkcją, jaką pełnił ten ostatni element, było wprawianie w ruch tylnych kół pojazdu za pomocą bocznych łańcuchów. Z kolei konstruktorem samoblokującego się mechanizmu różnicowego był Amerykanin, Alexander Brown, który jest odpowiedzialny także za stworzenie skrzyni biegów czy kół zębatych.
Czy możliwe jest spawanie „dyfra”?
W zapewnieniu komfortu jazdy, a także bezpieczeństwa kierowcy oraz pasażerom pojazdu, bardzo istotną rolę odgrywa dyferencjał. Jednak są takie przypadki, w których ten element poddawany jest różnym modyfikacjom. Czasem możesz natknąć się na termin: zaspawany „dyfer’’.
Najczęściej o zaspawanym dyferencjale możemy usłyszeć gdy zaczniemy eksplorować świat driftingu. Z racji, iż koła zawsze posiadają równy rozkład momentu obrotowego, auto dużo łatwiej i stabilniej prowadzi się w poślizgu. Warto dodać, że jest to rozwiązanie tylko na tor. W ruchu miejskim jest niebezpieczne i prowadzi do dużo szybszego zużycia opon.
Główne typy mechanizmów różnicowych w motoryzacji?
Do głównych typów mechanizmów różnicowych, które stosowane są w motoryzacji, zalicza się te z kołami zębatymi stożkowymi, z przekładnią planetarną oraz ślimakowe i ślimakowo-kulkowe.
Działanie ślimakowego mechanizmu różnicowego opiera się na automatycznym blokowaniu się w sposób czysto mechaniczny. Do tego nie jest potrzebna elektronika. W tym celu stosuje się takie elementy jak szpery helikalne. To urządzenie zdolne jest do tego, aby samoczynnie przenieść moment obrotowy na oś koła, które ma lepszą przyczepność. Należy jednak zwrócić również uwagę na to, że jego budowa jest skomplikowana.
Algorytm działania w przypadku konstrukcji konwencjonalnej przekładni planetarnej jest dosyć prosty. Kardan, inaczej nazywany wałem napędowym, który przenosi napęd od silnika na koła tylnej osi, ma za zadanie obracać trzpień za pomocą przekładni śrubowej, która za to obraca przekładnią planetarną. Z kolei moment obrotowy przenoszony jest z przekładni planetarnej na półosie i koła, które umiejscowione są na końcach.
Dyferencjał – najczęściej zadawane pytania
Z jakich elementów składa się mechanizm typu swobodnego tylnej osi?
Mechanizm tylnej osi złożony jest z takich elementów, jak np.: obudowa przekładni, napędzane koła zębate wokół osi, satelity stożkowe, napędzana przekładnia planetarna, trzpień z kołem zębatym stożkowym połączonym z wałem napędowym.
Dlaczego dyferencjał nazywany jest otwartym mechanizmem różnicowym?
Ta nazwa wzięła się z tego, że mechanizm różnicowy przenosi większy moment obrotowy na koło zewnętrzne, które w czasie wykonywania przejazdu po łuku musi pokonać dłuższą drogę.
Dlaczego producenci wyposażyli pojazdy w mechanizmy różnicowe o odmiennych konstrukcjach?
Współczesne mechanizmy różnicowe są odmienne pod względem konstrukcji. Wszystko po to, aby pozbyć się poślizgu i utraty przyczepności. Można wyróżnić więc:
- samoblokującą przekładnię jak TorSen,
- częściowo blokujący mechanizm różnicowy o ograniczonym uślizgu.
Z jakich elementów składa się dyferencjał o wymuszonym tarciu?
Dyferencjał o zwiększonym tarciu składa się z takich elementów, jak: satelity, napędy i napędzane koła zębate, sprężyna dystansowa włożona między koła zębate stożkowe półosi, stalowe tarcze oraz obudowa, która sztywno przymocowana jest do przekładni planetarnej.
Jaki istnieje podział dyferencjałów według rodzajów blokowania?
Dyferencjały dzielą się na blokowane ręczne i elektryczne. W tym pierwszym przypadku mamy do czynienia z manualnym blokowaniem, czyli przez kierowcę za pomocą przycisku lub przełącznika dwustabilnego. Zaś automatyczne blokowanie, przeprowadzane jest przy pomocy jednostki elektronicznej, która analizuje stan nawierzchni drogi.
Ile dyferencjałów powinno znajdować się w pojeździe?
W przypadku samochodu z napędem jednej osi musi być jeden dyferencjał. W samochodach przednionapędowych będzie on ukryty w obudowie skrzyni biegów razem z główną przekładnią. Zaś w autach z napędem na tył, będzie to tylna oś, pomiędzy kołami.
W pojeździe z napędem na cztery koła potrzebne są dwa lub trzy mechanizmy różnicowe. Dwa można znaleźć w osiach napędowych. Trzeci, który określany jest jako międzyosiowy, używany jest, gdy auto ma stały, nieodłączany napęd dwóch osi.
Mechanizm różnicowy w samochodzie – podsumowanie
Z tego artykułu dowiedziałeś się m.in., co to jest mechanizm różnicowy. Poznałeś również zasadę działania dyferencjału oraz różne typy tego urządzenia. Jak zadbać o dyferencjał w Twoim samochodzie? Z pewnością pracę mechanizmu różnicowego będzie wspomagać regularna kontrola pojazdu i oczywiście wymiana oleju. W ofercie sklepu Inter Cars znaleźć można wiele produktów, które idealnie nadadzą się do serwisowania tego elementu, m.in. wszelakie oleje przekładniowe.
Wybierz to czego potrzebujesz:
Nie zwlekaj, wejdź na stronę sklepu i zaopatrz się w potrzebne elementy! Inter Cars to gwarancja wysokiej jakości produktów.
