Typy diferenciálů

Ještě na začátku třicátých let neprováděl nikdo jiný než Ferdinand Porsche výzkum zamykání a o něco později jím založená společnost ZF (Zahnradfabrik – továrna na převodovky) vybavila Volkswagen Type B1930 prvním vačkovým diferenciálem na světě. Dnes mají výrobci ve svém arzenálu spoustu různých provedení, které standardně nebo volitelně montují na svá vozidla 70×4.

Je třeba okamžitě rozlišit dva zásadně odlišné přístupy k uzávěrce diferenciálu. Prvním z nich je použití samosvorných brzd, které jsou schopny přenést točivý moment z prokluzujícího kola na to s lepší trakcí, tedy „zablokování“, bez pohonu nebo externího ovládání. U jejich průmyslových typů totiž úplná, stoprocentní uzávěrka neexistuje, a proto je správné je nazývat diferenciály s omezenou svorností. Přesně to Porsche vynalezlo v roce 1932. Existují však i provedení, která se dokážou zcela samy zavřít. Vyrábějí je malé firmy. Takový je například kulový diferenciál Krasikov – zařízení, které se jistě hodí na off-roadovou dráhu, ale tentokrát budeme hovořit pouze o vývoji se známým zdrojem, který výrobci instalují do vozů v sérii. Druhý přístup zahrnuje uzamčení diferenciálů zvenčí. Pomocí mechaniky, elektrické energie nebo pneumatiky spojují diferenciály pevně své dvě poloviny, aby se společně otáčely. Proces může být řízen buď řidičem nebo automatizací.

Dalším zásadním rozdílem je, že pokud mezikolové diferenciály obvykle fungují symetricky, tak mezi mezinápravovými diferenciály jsou symetrické i nesymetrické, které rozdělují točivý moment dopředu a dozadu nerovnoměrně. Jejich cíle a oblasti použití jsou různé. Symetrický je zpravidla atributem SUV, pro které je důležité jednoduše produkovat maximální točivý moment na jedno nebo druhé kolo. Asymetrické patří mezi sportovní crossovery: nevyváženost při zachování pohonu všech kol jim dává v zatáčkách charakter pohonu zadních kol a tím zvyšuje ovladatelnost.

Mezi různými více či méně komplexními konstrukcemi jsou skutečně unikátní systémy, jako jsou například AYC Mitsubishi a SH-AWD Honda, zařízení DPC BMW, které řídí „jinou trakci“ zadních kol. SE ZVÝŠENÝM TŘENÍM Dnes je nejrozšířenějším typem diferenciálu šroubový nebo šnekový, u kterého je rozdělení točivého momentu mezi poloviny řízeno dvojicemi šroubových ozubených kol. Stupeň jejich uzamčení závisí na tření ve spirálovém soukolí a na tření konců ozubených kol o skříň diferenciálu. Charakteristiky lze měnit změnou úhlu zubů, ale v každém případě je míra zablokování poskytovaná takovými konstrukcemi pomíjivá podle norem pro všechny terény. Mezi takové systémy patří Torsen a Quaife. Vzhledem k jejich měkkému, částečnému ovládání a schopnosti vytvořit asymetricky fungující konstrukci jsou tyto diferenciály typicky používány jako mezinápravové diferenciály. Mimochodem, hlavní výhodou Torsenu je jeho extrémní spolehlivost. Další možností pro diferenciály s omezenou svorností je vícekotoučová konstrukce, ve které je sada mokré spojky spojující dva nápravové hřídele konstrukčně podobná jako u běžné automatické převodovky. Charakteristiky odezvy a stupeň blokování jsou zde určeny způsobem, jakým jsou tyto disky komprimovány. Nejzákladnější diferenciál s omezenou svorností byl instalován na starém Grand Cherokee, kde byla sada disků jednoduše odpružena konstantní silou. Čili diferenciál byl vždy mírně stlačen a v případě prokluzu jednoho kola přenášel část točivého momentu na druhé. Plusem je jednoduchost konstrukce, mínusem, že linearita kompresní charakteristiky určovala úzký rozsah skutečného provozu diferenciálu. Jednoduše řečeno, ve vážných terénních podmínkách spojka jednoduše prokluzovala a pohon všech kol byl podmíněný. V pokročilejších systémech se jako pracovní kapalina pro spojkovou sadu používala silikonová maziva, která při zahřívání zvyšovala tření. Jsou ale spíše pro sportovce s pohonem všech kol než pro plnohodnotné SUV, i když jde o konstrukce, které byly instalovány do zadní nápravy Mitsubishi Pajero a Nissan Patrol. Diferenciál s viskózní spojkou byl poměrně často používán jako mezinápravový diferenciál – např. na Subaru Impreza, Legacy, Forester s manuální převodovkou a poprvé byl sériově instalován na AMC Eagle. Další větví generovanou viskózními spojkami jsou konstrukce, ve kterých zcela nahradily středový diferenciál. To je slavná převodovka Syncro volkswagenů s pohonem všech kol poslední třetiny 20. století.

Vícekotoučový diferenciál s hydraulickým rotačním čerpadlem se stal zaručeně uzamykatelným. Zde již není záležitost omezena na vlastnosti oleje nebo napětí pružiny. Čerpadlo bylo připojeno k jedné straně diferenciálu a poháněno z druhé. Začalo to fungovat, když se vytvořil rozdíl v natočení pravého a levého kola a vytvořený tlak v závislosti na míře prokluzu více či méně stlačoval disky. Konstrukce, i když není 1999% spolehlivá, je mnohem terénnější než všechny předchozí možnosti. Nevýhodou je, že funguje poměrně náhle a bohužel nemá příliš velké zdroje. Nicméně na Grand Cherokee WJ z roku 66 je právě takový diferenciál instalován jako středový diferenciál. Vojenským extrémem samobloků jsou vačky nebo prasklé samosvorné diferenciály. Tento typ lze považovat za nejstarší a představuje absolutně mechanický systém, ve kterém k uzavření polovin diferenciálu dochází třením příčných prasklin podél výstupků bočních spojek – vaček. Jedná se o poměrně hrubý, ale spolehlivý design, který dobře funguje při řízení pomalých těžkých vozidel s velkými koly. Má to dvě nevýhody – velkou výrobní náročnost a obrovské energetické ztráty uvnitř samotného zařízení. Takové diferenciály byly masivně instalovány na většinu vybavení sovětské armády, od GAZ-XNUMX a Uralu až po obrněné transportéry. EXTERNĚ OVLÁDANÉ Druhou skupinou svorných diferenciálů jsou ty, které mechanicky (elektricky, pneumaticky) těsně spojují levou polovinu nápravy s pravou. U nich je vše víceméně jednoduché a jasné: na můstku je připevněn jakýsi pohon, uvnitř je kluzná spojka jako ty, které zabírají ozubená kola ve skříni, a trakce je pevně rozdělena mezi kola v poměru 50 na 50. Navíc, pokud bylo dříve zablokování vyžadováno tečka, pak je dnes naprostá většina konstrukcí dokonale zablokována i za pohybu, při rychlostech do 40–50 km/h.

Jsou to ty, které se nejlépe hodí do terénu, jsou nejspolehlivější a nemají alternativu pro vozy, jejichž majitelé jsou připraveni dobývat destinace, ale. Majitelé SUV s mechanickou uzávěrkou dobře vědí, že uzamčený diferenciál může být nejen užitečný, ale i škodlivý. V blátě takové auto samozřejmě mnohem lépe pohání kola, ale ztrácí ovladatelnost. A na tvrdém povrchu je jízda v uzamčeném režimu obecně plná poruch a stejně špatné ovladatelnosti – auto se snaží narovnat svou trajektorii a nerado zatáčí. Proto je potřeba zámky průběžně zapínat a vypínat, nebo ještě lépe dávkovat trakci každému kolu v závislosti na jeho přilnavosti k vozovce. Proto nyní budeme hovořit nikoli o pevně uzamčených systémech, ale o dalším vývoji samosvorných zařízení z předchozí kapitoly.
Většina problémů spojených se zpožděním odezvy, mírou blokování a hlavně přesností zapínání a vypínání se vyřešila, když se pro běžný vůz staly dostupné elektronické protiprokluzové systémy. Algoritmus pro jejich činnost je jednoduchý: snímač otáčení kola (stejný jako u ABS) slouží jako informátor o přítomnosti nebo nepřítomnosti prokluzu a akční členy tak či onak ovládají trakci.

Nejvhodnější pro vliv elektroniky byly samozřejmě lamelové spojky, daly vzniknout velké rodině elektronicky řízených systémů. Rychlost jejich odezvy navíc umožňuje tak jemné dávkování trakce na poloviny diferenciálu, že se vůz dokáže okamžitě přizpůsobit měnícím se jízdním podmínkám. U středového diferenciálu to umožňuje přenášet část točivého momentu z nápravy na nápravu pro sebevědomé rozjezdy nebo větší pohon zadních kol při zatáčení. Mezikolové pohony dostaly ještě více výkonu – nyní mohou dokonce korigovat kurz za jízdy. Podobné systémy jsou instalovány v převodovkách nabitých M verzí BMW X5 a X6. Kromě nastavitelného asymetrického středového diferenciálu (40 až 60 % v tichém režimu) je zadní náprava vybavena aktivním diferenciálem DPC se dvěma třecími pakety a dvěma planetovými mechanismy. Při zatáčení jsou spojky na vnějším kole stlačeny, čímž se zvyšuje trakce na něm. Spolu s přerozdělením točivého momentu ve prospěch zadních kol to dává silný efekt otáčení vozu bez otáčení volantem. Komfort a všestrannost takového systému samozřejmě zcela závisí na jemnosti napsaných programů, ale majiteli otevírá i určitou příležitost individuálně upravit svůj osobní vůz ve směru vzrušení nebo naopak bezpečnosti.

Spolu s podobnými zařízeními dokáže stejné funkce úspěšně implementovat i standardní systém kontroly trakce, který přibrzdí volnoběžku a přes standardní volný diferenciál posílá točivý moment na protilehlé. V podstatě jde o typickou činnost stabilizačního systému ESP, přeprogramovaného pro špatný stav vozovky a nízké rychlosti. A zde jde především o rychlost a přesnost programu. Takové „pseudobloky“ mohou dokonce poskytnout crossoverům poměrně vysokou schopnost cross-country. Například fungování systému kontroly trakce ETC standardního off-roadu třídy M lze od poctivě zablokovaného analoga s off-roadovým paketem odlišit pouze praskavým zvukem pumpy ABS. Tato možnost samozřejmě není pro dlouhodobé silové cvičení příliš dobrá – trakce se trochu ztrácí, pumpa ABS se přehřívá a destičky se opotřebovávají, ale taková elektronika triumfuje v občasných terénních situacích. S tím, jak se účinnost takových systémů v průběhu let zvyšuje a náklady klesají, stále více vytlačují z trhu jiná, mechanicky složitější zařízení. Ti se musí spokojit s výklenkem motorsportu nebo plnohodnotných SUV. Samosvorné procesy jsou dnes u většiny diferenciálů tak pomíjivé a plynulé, že často ani pokročilý řidič není schopen rozeznat, zda mu samosvor zafungoval, vynucená svornost, nebo zda mu stabilizační elektronika pomohla nesklouznout. Budoucnost systémů přerozdělování trakce spočívá v naprosté dominanci systémů kontroly trakce pro sériově vyráběné vozy a plnohodnotných „železných“ zámkech pro skutečný nekompromisní off-road. Text Evgeny Khapov