A Sperrdiffi (Önzáró Differenciálmű) Működése és Jelentősége
Az autóiparban gyakran felmerülő kifejezés az önzáró differenciálmű, vagy közismertebb nevén a sperrdiffi. Az elnevezés a német "sperren" (zár, zárol) igéből származik, és egy olyan mechanizmusra utal, amely kritikus szerepet játszik a jármű tapadásának és irányíthatóságának fenntartásában, különösen nehéz körülmények között. Az LSD (Limited Slip Differential) másik autóipari jelentése a részlegesen önzáró, vagy magyar (német) nevén sperrdiffi.
A Hagyományos Differenciálmű Korlátai
Egy autó kerekei csak akkor forognak azonos sebességgel, ha az autó nyílegyenesen halad. Ahogy kanyarodni kezd, a külső kerekek nagyobb ívet járnak be, mint a belsők, ezért gyorsabban kell forogniuk. Erre van a differenciálmű, vagyis a diffi. A diffi csak meghajtott kerekeknél fontos, mert a hajtás nélküliek amúgy sincsenek összekötve egymással, így simán tudnak különböző tempóval forogni. A hajtott kerekek közt viszont egyrészt szét kell osztani a motor erejét, másrészt meg kell oldani, hogy kanyarban más sebességgel forogjanak. Az alapvető probléma mindig akkor kezdődik, amikor kanyarodni kezdünk vagy különbözik a tapadás a két hajtott kerék között. Ilyenkor egy gyári diffi ledifferál, vagyis csinálja amire kitalálták, megoldja a két kerék közti úthossz eltérésből adódó különbséget (a külső kerék nagyobb íven megy így több utat tesz meg, a belső kerék pedig kevesebbet, így adódik a differencia, amit ki kell egyenlíteni normál esetben).
A hagyományos nyitott diffi egyenlően osztja el a motor nyomatékát a két kerék közt. Ezzel nincs is baj, amíg mindkét kerék ugyannyira tapad. Ha viszont az egyik kerék például tükörjégen áll, akkor az lényegében semennyi nyomatéktól máris kipörög. A másik, tapadó kerékre pedig pont ugyanennyi nyomaték jut: semennyi. Így nem mozdul az autó. Hasonló a helyzet a szűk kanyarból kigyorsító sportautóval: a kanyarban ható erők miatt a külső kerekekre tehénkedik az autó, a belsőkre alig. Így a nagy gáztól a belső, terheletlen kerék füstölve kipörög, a másik, tapadó kerékre pedig nem jut nyomaték. Ezért a kigyorsítás béna lesz, lassú. Itt jön a képbe az LSD, azaz a sperrdiffi.
Mi az a Sperrdiffi (Önzáró Differenciálmű)?
Az önzáró kiegyenlítőmű (ún. "sperr diffi") kanyarban megengedi a hajtó kerekek egymástól eltérő forgását. Ha viszont a tapadóerő csökkenése miatt az egyik kerék nem tud megfelelő vonóerőt kifejteni, a másik keréken az önzárási tényezővel arányosan nagyobb vonóerő adódik át. Az önzáró kiegyenlítőművel ellátott gépkocsi akkor is el tud indulni, ha egyik hajtott kereke éppen nem érintkezik a talajjal. Természetesen csak akkor, ha egyrészt elég nagy a kiegyenlítőmű önzárási tényezője, másrészt ha a másik hajtott keréken az elinduláshoz szükséges vonóerő átadásához meg van a szükséges tapadás. A sperrdifi feladata, hogy a belső súrlódást olyan szinten generálja, hogy a kerekekre nagyjából azonos értékű forgatónyomaték jusson. Erre különösen a sportautók esetében van szükség, melyekkel egyenetlen, vagy síkos felületeken versenyeznek. A sperrdifi is többféle lehet és több megoldással csinálja ezt a feladatot.
A Sperrdiffi Típusai és Működési Elvei
Alapvetően két működési elv van: a Torzen (fogaskerekes) és a lamellás difi, aztán itt is tovább lehet mazsolázni, hogy előfeszített-e vagy sem. Vagy csak nyomatékra zár, vagy motorfék üzemben is... Igen, ez mind nagyon fontos dolog, ha az ember gyorsan akar menni és stabil tapadással bízni az autója és az aszfalt között. Természetesen függ a választás a hajtás helyétől és a használni kívánt körülményektől (első kerék hajtás autocross vagy hátsó kerék drift). Négy fő fajtája van: a mechanikus kuplungos, a Torsen, a viszkós és a hidraulikus kuplungos (például Haldex).
Mechanikus Lamellás (Kuplungos) Sperrdiffi
A legegyszerűbb típus a mechanikus kuplungos. Ezt a diffibe a motor felől érkező nyomaték zárja össze, minél nagyobb, annál jobban. Azaz kanyarban brutális gázra nagyon összezár, és két füstölő kerékkel driftelhetünk. Három fajtája van:
- Az 1 utas, ami csak gázadásra zár össze. Elsőkerekes autóban csak 1 utas mechanikus sperr használható, különben képtelenség lenne bekanyarodni vele. Ne feledjük: a záró diffi azonos sebességre kényszeríti a kerekeket, azzal pedig lehetetlen kanyarodni, csak ha csúszunk. Ha viszont egy elsőkerekes autó eleje csúszik, akkor nem fordul.
- A 1,5 utas, ami gázra nagyon, gázelvételre kevésbé zár.
- A 2 utas, ami gázra és gázelvételre is bestiálisan zár.
Hátsókerekesben mindhárom típus előfordulhat, bár utcára (és csúszós útra) már a 1,5 utas is meredek. Ez a legegyszerűbb, legerősebb, legolcsóbb sperrtípus.
Az LSD (részlegesen önzáró differenciálmű) működésének elmagyarázásához a legegyszerűbb azt a hagyományos járművekben alkalmazott differenciálművel összehasonlítani. A növelt belső súrlódású, súrlódótárcsás kiegyenlítőművek is ismertek. A fentebb említett megoldás tulajdonképpen egy kúpkerekes bolygóműves kiegyenlítőmű, amelybe a napkerekek és a bolygóház közé egy-egy többtárcsás tengelykapcsolót építettek be. A főnyomólapok, amelyek agyán kívül hornyolás található, bordáskötéssel illeszkednek a féltengelyekhez. A bolygóműház belül szintén hornyolt. A kétoldali nyomólapok és a bolygóműház között jobbról, balról súrlódótárcsák vannak elhelyezve, amelyek váltakozva kapcsolódnak a bolygóműházhoz, ill. a főnyomólaphoz.
Ékpályás Önzáró Differenciálmű
Az ékpályás önzáró differenciálművek is a mechanikus megoldások közé tartoznak. A két féltengelyre - a napkerekek helyett - hullámos kiképzésű gyűrűfelület, ún. ékpályakoszorú van erősítve, amelyek között a csúszótagok mozoghatnak. A külső és belső hullámos fogazással ellátott gyűrűk között helyezkedik el a kiegyenlítőműházzal egybeépített hajtó gyűrű, amelyen kör keresztmetszetű radiális furatok vannak. Ezekben a furatokban helyezkednek el a hengeres csúszótagok, amelyeknek legömbölyített végei a féltengelyekre szerelt ékpályakoszorú fogaival érintkeznek. A legömbölyítések között a hengeres csúszótagok magassága olyan, hogy éppen átférnek az egymással szembekerülő hullámhegyek és hullámvölgyek között.
A csúszótagok száma általában páros, így pl. a 11 ill. 13 hullámú gyűrűhöz 8 csúszótagot alkalmaznak. Ilyen kialakítás mellett általában 3 csúszótag ékelődik a hullámhegyek közé. Ennek az ékelődésnek a következménye, hogy amikor a főáttétel a hajtó gyűrűt forgatja, a két gyűrű, tehát a két hajtott kerék egyforma fordulatszámmal, a tányérkerék fordulatszámával forog. Ha a gépkocsi kanyarodik, akkor a külső kerék előresiet, és a belső kerék lemarad. Ezt az előresietést és lemaradást a csúszótag mögött és előtt lévő hullámvölgy teszi lehetővé, amelynek terébe a csúszótag átjuthat. Mivel a szerkezetben nincsenek forgásirányt változtató fogaskerekek, a gépkocsi farolása nehezebben következik be. Ezzel az előnnyel szemben előfordulhat, hogy a csúszótagok és a gyűrűk kopása folytán mind kevesebb csúszótag ékelődik be és hajt. Ez végül elvezethet oda, hogy csak egy csúszótag ékelődik és viszi át a teljes forgatónyomatékot. Ekkor a fellépő nagy erő hatására a hajtó gyűrű eltörhet.
Torsen Differenciálmű
A Torsen szintén nyomatékra reagál, de sokkal szebben, progresszívebben működik. Kifinomult technika, ami minden kerékre annyi nyomatékot küld, amennyi átmegy róla a talajra. Hibája, hogy a tapadó kerékre a kevésbé tapadó keréken átmenő nyomaték szorzatát küldi, így ha az egyik kerék egyáltalán nem tapad (például a levegőben van), akkor a másik kerékre is nulla jut (nullával szorozni márcsak ilyen). Ezért nincs Torsen terepjáróban, vagy csak okos fékrendszerrel együtt, ami fékezi a lebegő kereket, így mesterségesen nyomatékot vesz fel vele.
Viszkós Differenciálmű
A viszkós sperr a féltengelyek közt kavargó, besűrűsödő "trutymó" elvén működik. Ha valamelyik kerék elforog, a két féltengely forgási sebessége nagyon különbözni fog, a trutyi ettől nagyon sűrű lesz, és összezárja a két oldalt. A viszkós sperr egyszerű és olcsó, de lassan reagál és gyenge, így főleg spórolásból használják, ahol nem túl kritikus a dolga. 50-70 000 km táján jellemzően elfárad és nem zár többé.
Hidraulikus Kuplungos (Haldex) Sperrdiffi
A hidraulikus kuplungos sperr fejlett, mert számítógéppel is vezérelhető, de igazából elég egyszerű, a belseje olyasmi, mint a mechanikus kuplungos. A dolog megél számítógép nélkül is: mindkét féltengely egy apró olajpumpát hajt. Amíg azonos sebességgel hajtják, nem történik semmi. Ha valamelyik kerék elpörög, azon az oldalon megnő az olajnyomás, ami összezárja belül a kuplungtárcsákat. Komputer és mágnesszelepek segítségével a zárás ereje és sebessége finoman szabályozható, így a modern autókban szeretik ezt használni.
Differencial mechanizmus mukodese
Összehasonlító Táblázat: Sperrdiffi Típusok
| Típus | Működési elv | Előnyök | Hátrányok | Alkalmazás |
|---|---|---|---|---|
| Mechanikus Lamellás (Kuplungos) | Nyomatékra záródó lamellák | Egyszerű, erős, olcsó, jól szabályozható (1, 1.5, 2 utas) | Kanyarodás nehézkes lehet (FWD), kopás | Sportautók, drift, versenyzés |
| Ékpályás | Hullámos gyűrűk és csúszótagok ékelődése | Farolás nehezebben következik be | Kopás, eltörhet nagy erő hatására | Régebbi mechanikus rendszerek |
| Torsen (Fogaskerekes) | Progresszív, nyomatékra reagáló fogaskerekek | Kifinomult, progresszív nyomatékelosztás | Ha egy kerék teljesen tapadás nélkül van, nulla nyomaték jut a másikra is | Sportautók, prémium autók, (ESP-vel terepjárók) |
| Viszkós | Folyadék besűrűsödése sebességkülönbségre | Egyszerű, olcsó | Lassan reagál, gyenge, elfárad, elkopik | Gazdaságos megoldások, kevésbé kritikus felhasználás |
| Hidraulikus Kuplungos (Haldex) | Olajnyomás által vezérelt kuplungtárcsák | Számítógéppel szabályozható, finom zárás | Összetettebb elektronika, költségesebb | Modern autók, összkerékhajtású rendszerek |
Sperrdiffi Felújítása és Gyártása
Gyakran felmerülő kérdés, hogy tudunk-e sperrdifi-t felújítani. Szerintem egyértelmű a válasz :-) És tudunk sperrdifi-t gyártani is. Az alábbi fotók közt találsz mindenféle megoldást Auditól a Porsche sperrdifi-ig.
Összefoglaló és Jelentőség
Típustól függetlenül igaz, hogy kemény sportra és terepjárásra a sperrdiffi nagyon kell, az elektronikus fékezgetéssel operáló kipörgésgátlók, amiket a gyártók előszeretettel hívnak elektronikus fékdifferenciálnak, gyengébb pótlékok. Az LSD jó dolog. Mindenki, aki foglalkozott autóversenyekkel, sokszor hallott a sperrdifiről. Ennek a mechanizmusnak köszönhetően a sportautók a hagyományos járműveknél jobban megállják a helyüket a nehéz útfelületi körülmények között. Technikai szempontból a sperrdifi egy differenciálmű fajta, melynek nagyobb a belső súrlódása (tehát korlátozott a csúszása), mint a hagyományos differenciálműnek. Amikor a hagyományos differenciálművel felszerelt jármű egyik kereke sárba kerül, nem tud belőle kikerülni, mert az erre a (csúszós sárban ellenállás nélkül forgó) kerékre jutó nyomaték túl kicsi. A másik, tapadással rendelkező kerék nem kap elegendő nyomatékot, hogy ki tudja húzni a járművet a sárból. A sperrdifi működését remekül mutatja az alábbi film.
hogyan javítja a tapadást a Quaife sperrdiffi BMW-ben