A terepjáró differenciálzár – Működés és típusok

A differenciálzárakat terepjáró járművekbe és teherautókba szerelik be, de sok sofőr zavartnak érezheti a megfelelő működést. A differenciálzár mechanizmusa kulcsfontosságú, mivel biztosítja, hogy a bal és a jobb tengely szorosan egymáshoz rögzítve legyen. Ha egy jármű problémába ütközik, a differenciálzár egyenletes teljesítményt biztosít a bal és a jobb kerék között, így könnyebben kiakad a jármű. Ezenkívül a differenciálzár újraeloszthatja az erőt, javítva a jármű általános vezetési hatékonyságát.

A differenciálmű alapjai és szükségessége

A differenciálművek feladata a gépkocsikban, hogy a sebességváltótól érkező nyomatékot szétossza a két hajtott kerékre, hogy azoknál az elinduláshoz és a haladáshoz szükséges vonóerő alakuljon ki. Eközben lehetővé teszi a gépkocsival a kanyarodást is úgy, hogy a külső és a belső íven gördülő kerekek eltérő úthosszakat tesznek meg.

Hosszanti motor beépítésű gépkocsiknál a differenciálművet összeépítik a haránthajtással és a hátsó futóműbe szerelik be. Ennél a tányérkerék forgatja a differenciálművet. Kereszt irányú motor beépítésnél pedig a sebességváltó kimenő tengelyéről egy nagy átmérőjű homlok fogaskerék hajtja és a sebességváltóba szerelik be.

A klasszikus (szimmetrikus) differenciálmű egyenletesen osztja el a rendelkezésre álló nyomatékot. Azonban, ha nagy a tapadási tényező különbség a jobb és a bal kerék alatt (havas, jeges út), a csúszós felületen lévő kerék kipörög, ezért nem alakul ki vonóerő sem ott, sem a jól tapadó keréknél. Mivel a két oldal felé kivitt nyomaték is egyenlő, egyik oldal sem hajt. Differenciálzár, vagy növelt belső súrlódású differenciálmű nélkül nem tud elindulni a gépkocsi, amikor jelentősen eltér egymástól a tapadási tényező a bal- és a jobb oldali kerék alatt.

A differenciálzár működési elve

A differenciálzár a kerék differenciálmű reteszelésére szolgál. Amikor a kerék egyik oldala alapjáraton jár, ami teljesítményveszteséget eredményez, a differenciálzár mindkét oldalon összekapcsolhatja a kerekeket. Amikor a differenciálzár zárva van, elképzelhető a reteszelt hajtótengely egy kemény acélcsővel összekötött egészként. Ekkor a kerekek forgási sebessége mindkét oldalon egyenlőre kényszerül, vagyis ha a bal oldali kerék forog, a jobb oldali keréknek is kört kell fordítania, hogy a leszállási oldalon lévő kerék elegendő erőt kapjon ahhoz, hogy a jármű zökkenőmentesen kilábaljon a bajból.

Pneumatikus megoldások automatizáláshoz

A differenciálzár a 6×4-es modellekben elterjedt konfiguráció, és főleg bizonyos, bonyolult útviszonyok mellett használatos környezetben. Ha a jármű egyik hajtott kereke elveszti a tapadást, a differenciálzár gyorsan reteszelheti, így mindkét kerék azonos sebességgel foroghat.

Pneumatikus és kézi kapcsolású differenciálzárak

A differenciálzárakat kapcsolóhüvellyel kapcsolják. Ennek elmozdulásakor világít a műszerfalon az ellenőrző lámpa. A differenciálzárak működtetése ennél a típusváltozatnál a gépkocsivezetőre van bízva. Ha ügyes és kellő gyakorlattal rendelkezik, kedvező lesz a dinamikai viselkedés és jó lesz a gépkocsi menetstabilitása is.

Pneumatikus rendszerű differenciálzárak

Két fokozatú pneumatikus húzó kapcsolóval működtethetők a differenciálzárak. Évtizedekkel később is alkalmaztak hasonló differenciálzár megoldást például a Haldex rendszerű összkerék hajtással, a 4MOTION -al szerelt VW Transporter hátsó futóművében. Ez a kézi kapcsolású differenciálzár opcionális. A műszerfalon elhelyezett nyomógombbal kapcsolhatja be a vezető. Ekkor jelet kap a működtető elektronika és hatására kapcsolja az elektromágneses szelepeket. Ekkor a műszerfalon is világítani kezd az ellenőrző lámpa.

A vákuumot kapcsoló elektromágneses szelepeket ellátták egy - egy „Read - relével” melyek az elektronikának visszajelzik a pillanatnyi állapotot. Az ESP elektronika is megkapja az erre vonatkozó jelet. Az elektromágneses szelepek a működtető munkahenger egyik kamrájába vákuumot vezérelnek ki. Visszakapcsoláskor a vákuum a másik kamrába kerül. Ennek hatására az emelőkar segítségével bekapcsolja a körmös kapcsolóként kialakított differenciálzárat, vagy kikapcsolja.

A differenciálzárak kapcsolata más rendszerekkel

A differenciálzár bekapcsolásakor az ABS működése elektromos jel segítségével kikapcsol. A differenciálzárat működtető-, az összkerék hajtás-, és az ESP elektronikák között a CAN hálózaton keresztül folyamatos kommunikáció valósul meg.

Titkok a Majka klipből

A differenciálzárak helyes használata

A differenciálzár helyes használatához kövesse az alábbi lépéseket:

Először állítsa meg a járművet, és kapcsolja üresbe.
Ezután állítsa a sebességváltó kart alacsony sebességű négykerék-hajtás (4WD) üzemmódba.
Mielőtt folytatná a vezetést, várja meg, amíg a műszerfal jelzi, hogy a differenciálmű bekapcsolt.

A differenciálzár csak akkor kapcsol be, ha a gépkocsi sebessége kisebb 72 km/h -nál. Ha a középső differenciálzár van bekapcsolva a futóművek között fix lesz a nyomatékarány. Fékezéskor megakadályozható, hogy valamelyik futómű túlfékezetté váljon. Erős fékezéskor mind a négy kerék egyszerre fog blokkolni és a gépkocsi elveszti a stabilitását.

Ha mindkét differenciálzár be van kapcsolva, minden útviszonynál a legnagyobb vonóerő alakulhat ki. Ebben az állapotban az első és a hátsó kerekek hajtása azonos fordulatszámmal történik és nincs lehetőség a fordulatszám kiegyenlítésre. A hátsó differenciálzárat szilárd burkolatú úton azonnal oldani kell, hogy lehessen kanyarodni. Ennek elmulasztásakor fokozódik a gumikopás, és növekszik a hajtásláncban kialakuló belső feszültség. A bekapcsolt differenciálzárnál folyamatosan világít a műszerfalon elhelyezett ellenőrző lámpa, ami tájékoztatja a vezetőt erről az állapotról.

Automatizált és önzáró differenciálművek

Noha az 1600-as évek olasz feltalálójának a kardántengely és a kardánkeresztes csukló miatt maradt fenn a neve, valójában a differenciálmű is hozzá köthető. A differenciálműveknél a belső súrlódás előnyös, mert a jobb és a bal oldali kerekek között, ha elér a tapadási tényező, ez teszi lehetővé az elindulást. Ugyanis a belső súrlódással arányos nyomaték kerül a jól tapadó kerékre. A differenciálmű belső súrlódása akadályozza a fogaskerekek forgását a differenciálmű házhoz képest. Emiatt a féltengelyek nyomatékegyensúlya felbomlik, hogyha az egyik oldal gyorsabban kezd forogni a másiknál.

Viszko-tengelykapcsolós differenciálzárak

Az egyik legköltséghatékonyabb megoldás az önzáró differenciálművek körében a viszkokuplungos differenciálmű. Sok esetben osztóműként is találkozhatunk vele, két hajtott tengely között. A belső súrlódást ebben az esetben a hajtott tengelyre rögzített lamellák között áramló folyadék viszkozitása idézi elő: minél nagyobb a tengelyek közötti forgáskülönbség, annál nagyobb a folyadék ellenállása. Kompakt és egyszerű szerkezet, ám nagy igénybevételnél könnyen túlmelegedhet.

A Ford Shelby legenda

A VISCO technikával bár megvalósult az automatikusan záródó differenciálmű, de azzal a hátránnyal járt, hogy nagyon megnehezítette ezen gépkocsiknál a görgős fékpadi mérést. A fékpad görgőivel forgatott kereke és a másik két álló kerék közötti fordulatszám különbség hatására zár a VISCO differenciálzár és nyomatékot ad a műhely padlóján lévő kerekekre. Ennek hatására a gépkocsi kiugrik a fékpadról. Ez balesetet is okozhat. Ezen hátrányos tulajdonságok miatt a VISCO technika alkalmazása az utóbbi évtizedekben már háttérbe szorult.

Lemezes súrlódású differenciálzárak

Ennél a változatnál a differenciálműbe szerelt kúpkerekek mögé olajban futó súrlódó lemezeket építenek be. A kúpkerék hajtásnál ébredő tengely irányú erő fogja összeszorítani a súrlódó felületeket. A zárási foka a működtető erővel és a lemezek számával lesz arányos. A differenciálmű belső súrlódása tovább növelhető, ha növeljük a súrlódó felület nagyságát. Ez több súrlódó lemez beépítésével válik lehetővé.

A ZF által gyártott önzáró differenciálművet elsősorban hátsó kerék hajtású gépkocsik hátsó futóművénél alkalmazták. Akkor teszi lehetővé az elindulást, amikor az egyik hajtott kerék csúszós, a másik jól tapadó útfelületen van. Szerkezeti kialakítása olyan, hogy a differenciálmű belsejébe két tengely irányban elmozduló nyomótagot és két olajlemezes tengelykapcsolót építenek be. A súrlódó lemezek a féltengely és a differenciálmű ház között hoznak létre kapcsolatot, amikor a differenciálmű kúpkerekei között fordulatszám különbség alakul ki. A kúpfogaskerekeknél keletkező axiális erő a prizmák segítségével ad át az olajlemezes tengelykapcsolóknak az előző konstrukciónál nagyobb összeszorító erőt. Hatására részlegesen zár a differenciálmű.

A 90-es években a Mercedes Benz is kínálta külön tartozékként az automatikus működésű differenciálzárat (ASD). Úgy működik, hogy amikor a hajtott kerekek fordulatszáma eltér egymástól, automatikusan bekapcsol a differenciálzár, melynek zárási foka elérheti a 100%-ot is. A működtetéshez az energiát a belsőégésű motorral hajtott hidraulika szivattyú biztosította. Az elektronika elektromágneses szelep vezérlése révén juttatta el az olajnyomást a differenciálmű munkahengereihez.

Elektro-mechanikus differenciálzárak

Nagy terhelési igényű feladatokra a leggyakrabban használt kivitel a hidraulikus kuplungos önzáró differenciálmű. A differenciálműbe beszerelt hidraulikus munkahengerek szorítják össze az olajlemezes tengelykapcsolókat. A blokkolásgátló rendszereknél alkalmazott kerékfordulatszám érzékelők adják a működéshez szükséges jeleket az elektronikának. A működtetés integrálható az ABS és az ASR rendszer elektronikájával.

A GKN Automotive Gruppe fokozatmentes, automatikus működésű elektronikusan szabályozott differenciálzárat fejlesztett ki első-, hátsó, és összkerék hajtású gépkocsikhoz. A működtetése elektro-mechanikusan, tehát villanymotorral történik. Ez mechanikus fogaskerék áttétel segítségével fejti ki a szükséges összeszorító erőt. Ezzel hat a differenciálműbe szerelt olajlemezes tengelykapcsolóra. A beépített lassító áttételen kívül egy feszítő mechanikára is szükség van, mely a forgó mozgást egyenes vonalúvá alakítja. Ez két tárcsából álló, egymáshoz képest elforduló golyósoros rámpával valósul meg.

A VW Tuareg egy hosszanti motor beépítésű, állandó összkerékhajtású gépkocsi. A nyomatékot a középső homlokkerekes differenciálmű osztja szét a futóművek között fele - fele arányban. A középső- és a hátsó futóműbe szerelt differenciálművet is ellátják villanymotorral működtetett olajlemezes tengelykapcsolós differenciálzárral. A villanymotor nyomatékát egy közvetlenül rá szerelt bolygóműves fokozattal növelik. Körhagyó és karos áttétel hozza létre a szükséges működtető erőt, mely a nyomólap segítségével szorítja össze a súrlódó lemezeket. Az így megvalósított elektromechanikus működtetés gyors és pontos. Terepen teljes zárás is megvalósulhat.

TORSEN differenciálművek

Raliautóknál rendszeresen használt megoldás a Torsen, vagy homlokkerekes differenciálmű. Fontos azonban megjegyezni, hogy mind a versenyautóknál, mind pedig a terepjáróknál egyéb segédberendezésekkel együtt alkalmazzák, ugyanis van egy komoly hátránya a kifinomultsága ellenére. A tapadó kerekekre a kevésbé tapadó keréken átmenő nyomaték szorzatát továbbítja. Ennek értelmében, ha a kevésbé tapadó keréken egyáltalán nincs tapadás, akkor sem az egyik, sem a másik kerék nem kap nyomatékot.

Személygépkocsiknál gyakran alkalmazzák a részlegesen önzáró csigakerekes differenciálműveket. A szakma gyakran alkalmazza az angol TORSEN elnevezést. Ez magyarul nyomaték érzékenynek nevezhető. A középső differenciálműnél és a hátsó futóműnél is lehet ilyen kialakítású változatot alkalmazni. Az első generációs kivitelnél a bolygókerekeket középen csiga-, a két szélén pedig egyenes homlokfogazattal látták el. Ez utóbbival kapcsolódnak egymáshoz a jobb és a bal oldali bolygókerekek.

A következő generációnál már a kisebb helyigényű, és egyszerűbb szerkezetű PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálművet alkalmazták. Ennek különböző típusváltozatait elsősorban középső differenciálműként alkalmazzák. Az ilyen kivitelű középső differenciálmű, is képes fele - fele arányban szétosztani a nyomatékot a futóművek között. Nagy fordulatszám különbség esetén automatikus zárás következik be, de ez nem befolyásolja hátrányosan a gépkocsi kormányozhatóságát. Lehetővé teszi az aszimmetrikus nyomatékfelosztást is. A geometriailag meghatározott nyomaték arány az első és a hátsó futómű között 42% / 58%. A pillanatnyi menetviszonyoktól és a kerekek közötti fordulatszám különbségtől függően a hajtó nyomaték 85% -a is kerülhet a hátsó futóműre.

Különleges alkalmazások és figyelmeztetések

A differenciálzárat működtető-, az összkerék hajtás-, és az ESP elektronikák között a CAN hálózaton keresztül folyamatos kommunikáció valósul meg. Az elektronikus, határolt csúszású differenciálműrendszer optimális nyomatékot oszt el az első tengely kerekei között, javítva a jármű irányíthatóságát, tapadását és stabilitását. Ha a gépkocsi nem optimális működési feltételek mellett működik, vagy rendszerhiba áll fenn, figyelmeztetés jelenhet meg a kombinált műszeren. A figyelmeztetéstől függően előfordulhat, hogy szervizelnie kell járművét.

Pótkerék használata

Ha járműve elektronikus, határolt csúszású differenciálművel van felszerelve, ne használjon a mellékelt gumiabroncstól eltérő méretű pót gumiabroncsot. Ha pótkerék van felszerelve, megjelenhet egy üzenet, amely azt jelzi, hogy a rendszer automatikusan letiltotta vagy csökkentette a funkciót a rendszer túlmelegedésének és károsodásának elkerülése érdekében. Javasoljuk, hogy a lehető leghamarabb szerelje vissza a megjavított vagy kicserélt tartalék gumiabroncsot. A tartalék gumiabroncs cseréjekor a rendszer a jármű következő indításakor visszaáll a normál működésre.

Utánfutó vontatása

Az elektronikus határolt csúszású differenciálmű növeli a jármű stabilitását az utánfutó vontatása közben. Nagy igénybevételű utánfutók esetén, például meredek lejtőkön, nagy sebességen vagy pótkerékkel, a rendszer figyelmeztetést jeleníthet meg a műszercsoportban, és csökkentheti a funkciót, vagy átmenetileg letiltott állapotba kerülhet. A normál működés visszaállításához állítsa le a járművet egy biztonságos helyen, és hagyja, hogy az egység megfelelően lehűljön.

Differenciálzár és egyéb vezetéstámogató rendszerek

A táblázat összefoglalja a differenciálzárral szorosan együttműködő rendszereket:

Rendszer	Leírás
ABS	Blokkolásgátló rendszer, amely megakadályozza a kerekek blokkolását fékezéskor.
ASR	Kipörgésgátló rendszer, amely biztosítja a hajtott kerekek folyamatos tapadását gyorsításkor.
ESP	Elektronikus stabilizáló rendszer, mely csökkenti a megcsúszás veszélyét és javítja a kormányozhatóságot.
EDS	Elektronikus differenciálzár, amely lefékezi a kipörgő kereket, lehetővé téve a másik keréken a meghajtást.