Блокировка дифференциала — дополнительное конструктивное решение, компенсирующее его основные недостатки. На сухой ровной дороге дифференциал обеспечивает безопасное маневрирование и комфорт, но при движении по пересеченной местности или по скользкой дороге может полностью лишить автомобиль подвижности. Чтобы этого не произошло, функциональность узла должна быть на время ограничена или полностью деактивирована. Однако способы блокировки дифференциала настолько разные, что нужно рассматривать основные отдельно.
Основной минус дифференциала
Дифференциал используется для распределения крутящего момента от главной передачи на полуоси ведущих колес. Крутящий момент постоянный, но соотношение его величины на ведущих колесах в определенных ситуациях должно быть разным.
Эта функция важна, когда автомобиль входит в поворот: внешнее колесо перемещается по большему радиусу и, соответственно, преодолевает большее расстояние, чем внутреннее колесо, за тот же период времени. Для того, чтобы успеть, угловая скорость внешнего колеса должна быть увеличенной при повороте.
При изменении направления движения центр тяжести автомобиля смещается в сторону поворота. В результате сила сопротивления качению увеличивается, и внутреннее колесо нагружается сильнее, чем внешнее колесо. Это снижает скорость, а также нагружает полуось.
На этом этапе сателлиты в корпусе дифференциала начинают вращаться из-за уменьшения угловой скорости более нагруженного полуоси внутренней шестерни. Они придают второй полуоси больший крутящий момент. Внешнее колесо увеличивает угловую скорость пропорционально тому, насколько внутреннее колесо ее опускает. Благодаря точному соотношению угловых скоростей автомобиль поворачивает плавно, без прыжков и скольжения.
Тот же принцип распределения крутящего момента применяется, если одно из колес поскальзывает в грязи, на льду или на неровностях. Он увеличивает крутящий момент за счет ослабления тягового усилия колеса при хорошем сцеплении с дорогой. Критическая ситуация может возникнуть при распределении от 0% до 100%: машина останавливается.
Чтобы автомобиль двигался, необходимо перераспределить крутящий момент, чтобы передать его большее значение заряженному колесу. Это невозможно при работающем дифференциале. Поэтому он частично или полностью заблокирован.
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.
Типы устройств блокировки
Блокирующее устройство узла зависит от его типа и используемого механизма. Различные функции ограничены и определяют возможность их использования в межосевых или межколесных дифференциалах.
Кулачковое устройство блокировки
Принудительная блокировка происходит вручную через кулачковую муфту. Муфта полностью блокирует механизм и жестко соединяет его корпус с нагруженной полуосью.
Кулачковый дифференциал приводится в действие приводами следующих типов:
- механический;
- гидравлический;
- пневматический;
- электрический.
Они включаются рычажным механизмом или специальной кнопкой на панели приборов (для электропривода).
Благодаря своей универсальности кулачковый дифференциал используется в межосевых и межколесных механизмах.
Самоблокирующейся дифференциал
Самоблокирующееся (автоматическое) дифференциальное устройство использует принцип увеличения сил трения при изменении условий нагрузки на полуоси ведущих колес. Отсюда и другое название — «дифференциал повышенного трения» или LSD (Limited Slip Differential).
Дифференциал повышенного трения имеет четыре основных варианта в зависимости от способа увеличения трения:
- дисковый;
- червячный;
- вискомуфта;
- электронная блокировка.
Дисковый
Дифференциал повышенного трения, в котором используется дисковая муфта, использует принцип автоматической блокировки при изменении угловых скоростей полуосей: чем больше их разница, тем выше степень перераспределения крутящего момента.
При использовании этого типа LSD между дисками возникает трение. Один фрикционный пакет имеет жесткое соединение с чашкой дифференциала, другие — с полуосями.
Фрикционные пакеты вращаются с одинаковой скоростью, когда ведущие колеса вращаются тоже, с одной и той же скоростью. При изменении угловой скорости диски ускоряющейся полуоси передают часть крутящего момента на вал другой полуоси (частичная блокировка) за счет увеличения силы трения с фрикционным пакетом корпуса (чашкой).
Степень сжатия в дисковом дифференциале может быть постоянной (за счет пружин) или переменной (гидравлически управляемой).
Червячный
Сателлиты и полуоси с червячной передачей в качестве привода часто используются для создания LSD, блокируемого в результате разности крутящих моментов.
Эта система LSD с червячным приводом известна как Torque Sensing или сокращенно — Torsen. Принцип работы червячной передачи чрезвычайно прост: увеличение крутящего момента на одной полуоси приводит к частичной блокировке и его передаче на другую полуось. В этом случае не требуются никакие дополнительные системы или агрегатов, червячный узел изначально является самоблокирующимся из-за свойств привода, в котором другие шестерни не могут приводить в движение червячную передачу.
Червячный привод применяется в колесных и межосевых дифференциалах различных типов машин.
Вискомуфта
Вязкостная муфта состоит из набора близко расположенных перфорированных дисков, которые размещены в герметичном корпусе с силиконовой жидкостью и соединены с чашкой и приводным валом.
При одинаковых угловых скоростях устройство работает в штатном режиме. Его блокировка происходит при увеличении скорости вала: диски на нем увеличивают скорость и, перемешивая силикон и заставляют его затвердеть. Диски чашки получают и передают крутящий момент на другой вал, увеличивая его тяговое усилие.
LSD, блокирующую функцию которого выполняет вязкостная муфта, имеет большие габаритные размеры и применяется в межосевых дифференциалах. Вязкостная муфта также может использоваться как дифференциал полноприводного автомобиля и полностью выполняет его функции.
Однако у нее есть один серьезный недостаток: возможен перегрев и периодическая несовместимость с системой ABS. Это привело к тому, что вискомуфты используются в современных автомобилях крайне редко.
Электронная блокировка
Дифференциал повышенного трения, в котором используется электронная система блокировки, реагирует на изменение угловой скорости ведущих колес.
Дифференциал управляется программно. По мере увеличения скорости колеса в тормозной системе повышается давление, и его скорость уменьшается. Это увеличивает тяговое усилие и передает крутящий момент на другое колесо.
Таким образом, дифференциал не оборудован дополнительными элементами и не блокируется, то есть по сути это не LSD. Перераспределение крутящего момента и выравнивание угловых скоростей происходит под действием тормозной системы, управляемой антипробуксовочной системой.
Выводы
Блокировка дифференциала — важная функция для безопасности вождения и улучшения управляемости автомобиля в критических ситуациях. Возможность автоматической блокировки буксующего колеса или оси и освобождает водителя от дополнительных действий при смене дорожного покрытия.
