Для чего нужна и как работает блокировка дифференциала в автомобиле
Наличие у автомобиля блокировки дифференциала существенно улучшает проходимость такой машины, позволяя выбраться из разъезженной колеи, топкого грунта и глубокого снега.
Многие автомобили сегодня оснащаются свободным дифференциалом, который позволяет не только исключить пробуксовку колес, но и улучшает показатели проходимости на скользком покрытии и топком грунте. Подобные устройства улучшают передачу крутящего момента на ведущую ось, поэтому свободный дифференциал с возможностью его блокировки устанавливается не только на внедорожниках, но и на различные спортивные автомобили.
Особенности конструкции
Первоначально возможность блокировки дифференциала появилась на внедорожниках, что позволяло преодолевать сложные участки проселочных дорог, когда водитель мог самостоятельно заблокировать одно из колёс, перекинув весь доступный ему крутящий момент на колесо, которое имеет качественное сцепление с дорогой. Тем самым обеспечивалась отличная проходимость, машина не увязает в грязи, а даже если внедорожник садился глубокий снег, то вызволить такой автомобиль можно было, не прибегая к трактору или эвакуатору.
В последующем продвинутые конструкции свободного дифференциала с возможностью его блокировки стали использоваться и на спортивных автомобилях, которые получили возможность лучшей реализации мощности мотора и полную передачу крутящего момента на ведущую ось. У такого автомобиля исключается пробуксовка, соответственно облегчается старт с места, а в поворотах упрощается управление машиной даже на экстремально высоких скоростях. Сегодня на спорткарах используются различные типы свободных дифференциалов, в том числе с полностью автоматическим управлением.
Системы с полной блокировкой
Под полной блокировкой дифференциала принято считать такую конструкцию, которая обеспечивает жесткое соединение всех элементов дифференциала, гарантируя полную передачу крутящего момента непосредственно на колесо с лучшим сцеплением. Многие специалисты называют такую конструкцию первым поколением дифференциалов с осевой блокировкой, которые в последующем уступили место электронно-управляемым системам.
Однако даже сегодня, когда появились высокотехнологичные автомобили с полной блокировкой дифференциала, такая система также популярна, что объясняется простотой ее конструкции, надежностью и функциональностью. Чаще всего такой полной блокировкой оснащаются внедорожники и универсалы повышенной проходимости. Это объясняется тем, что на такие машины в процессе эксплуатации приходятся повышенные нагрузки и электронная муфта попросту не в состоянии справиться с такой техникой. Поэтому электронная система в таких условиях будет часто ломаться, а единственным оптимальным решением станет использование жёсткого блокирующего дифференциала.
Частичная блокировка дифференциала
Такие конструкции появились в начале девяностых годов, они постоянно совершенствуются, позволяя обеспечить отличные эксплуатационные характеристики современных полноприводных седанов и кроссоверов. При частичной блокировке передаваемое усилие на ведущую ось и крутящиеся колеса ограничивается электроникой, причём система самостоятельно принимает решение в каком соотношении ей перебрасывать мощность с одной оси на другую и с одного колеса на другое.
Преимуществом использования таких систем с частичной блокировкой дифференциала является универсальность, функциональность и скорость реакции. Однако назвать такую конструкцию по-настоящему надёжной всё же затруднительно. Часто из строя выходят различные валы и приводы, которые по прошествии 50-70 тысяч километров пробега требуется менять на новые, что существенно увеличивает расходы на эксплуатацию машины. Также подобные системы с частичной блокировкой дифференциала не слишком хорошо проявляют себя в тех случаях, когда автомобиль эксплуатируется в по-настоящему тяжёлых условиях, быстро выходя из строя.
Механический ручной и самоблокирующийся дифференциал
Конструкции с принудительной блокировкой используют кулачковую муфту, которая отвечает за жесткую сцепку дифференциала с каждой из полуосей. Привод сцепления может быть механическим, гидравлическим, пневматическим или электрическим. В механических конструкциях используются специальные рычаги и тросы, что позволяет по желанию водителя блокировать частично или полностью те или иные колёса, что в свою очередь вызволяет автомобиль из глубокого снега или топкой колеи.
Самоблокирующийся дифференциал — это промежуточное решение между полной блокировкой и свободным дифференциалом. Впервые такие конструкции появились ещё в 60-х годах прошлого века, однако, в силу своей сложности, они изначально не получили популярности, и лишь в девяностых годах стали активно применяться на современных автомобилях.
Самоблокирующиеся дифференциалы могут выполняться следующим образом:
1) с электронной блокировкой;
2) с дисковым дифференциалом;
3) с вязкостной муфтой.
Управление системой осуществляется как механически водителем, так и с помощью специальных блоков управления, которые учитывают угловые скорости колес и разность крутящего момента на переднем и заднем приводе. Полностью автоматические системы позволяют экономить топливо, обеспечивают улучшение проходимости автомобиля, облегчая его управление на высокой скорости и лучше реализуют мощность мотора.
Сегодня подобные системы самоблокирующихся дифференциалов зарекомендовали себя с наилучшей стороны, они отличаются прочностью, надежностью и долговечностью, не требуя в процессе эксплуатации какого-либо сложного обслуживания и ремонта.
Дифференциал Торсена
Червячный дифференциал Торсена — это конструкция, которая отличается чувствительностью к показателям крутящего момента. По сути, это планетарный редуктор, внутри которого располагаются многочисленным ведомые и ведущие червячные шестерни. Отличительной особенностью такой конструкции является свойство червяных шестерён вращать другие валы, при этом оставаясь полностью неподвижными.
Такие конструкции получились надежными, долговечными, функциональными и способными выдерживать существенные нагрузки в процессе эксплуатации автомобиля. Сегодня эти системы устанавливаются на полноприводные седаны и универсалы, лёгкие кроссоверы и тяжёлые внедорожники. Рассматривать дифференциал Торсена как полноценную блокировку дифференциала всё же не следует, однако такая система существенно улучшает управляемость, позволяя эффективно перебрасывать крутящий момент между осями и отдельными колёсами на автомобиле.
Блокировка заднего межколесного дифференциала: зачем нужна и как работает?
В серьезном внедорожнике всегда присутствуют серьезные функции, без которых внедорожник — не внедорожник. Порой даже самый, казалось бы, маленький узелок автомобиля, способен помочь найти выход из сложнейшей ситуации. Один из таких узлов — задний дифференциал и его межколесная блокировка.
Сперва следует разобраться в работе дифференциала. Это очень уникальное звено в автомобиле, которое способно сотвори чудо. В большинстве моделях автомобилей дифференциал является свободным, тем самым позволяет ведущим колесам одной оси крутиться с разной скоростью и распределять между ними крутящий момент двигателя.
Так, не секрет, что в момент входа автомобиля в поворот внутреннее колесо крутится слабее и, соответственно, проходит путь меньше, чем внешнее. Именно в такой ситуации дифференциал помогает и дает возможность контролировать без проблем автомобиль.
Куда сложнее со свободным дифференциалом на бездорожье, поскольку он распределяет крутящий момент на то колесо, которое имеет меньшее сопротивление вращения. Вспомните ситуация с автомобилем, который попал на лед, снег или грязь — одно колесо может крутиться в пробуксовке, а второе будет стоять намертво, поскольку имеет лучшее сцепление, а поскольку крутящий момент двигателя к этому колесу не доходит, то автомобиль просто пробуксовывает одним колесом и стоит на месте.
Так вот, из такой ситуации поможет выйти противобуксовочная система. Эта система позволяет буксующему колесу притормаживать и искусственно перераспределять крутящий момент на колесо, которое имеет большее сцепление. Стоит учесть, что эта система имеет импульсный режим работы, с небольшим опозданием и на серьезном бездорожье она может быть малоэффективна. Также в таком режиме быстро изнашиваются тормозные механизмы.
Какой еще есть выход из подобных ситуаций? А вот какой — самоблокирующийся дифференциал, который применяется в спортивных авто и в некоторых обычных моделях гражданских авто.
Также отлично себя зарекомендовал во внедорожниках дифференциал с принудительной блокировкой. Достаточно лишь нажать одну кнопку, как тут же распределяется крутящий момент между колесами одной оси поровну, что улучшая проходимость в грязевых, песчаных и снежных препятствиях.
Обратите внимание, что блокировать задний дифференциал можно не всегда. Так, на асфальте применять блокировку дифференциала запрещено, так как это приводит к ухудшению управляемости автомобиля, а также приводит к поломке трансмиссии. Ах, да, еще быстро изнашиваются шины на колесах, потому что все 4 колеса совершают одинаковое количество вращений и внутреннее колесо при повороте будет пробуксовывать.
Вот несколько ситуаций, в которых без сомнений поможет блокировка заднего дифференциала:
1. Когда одно из колес задней оси находится в воздухе или имеет слабое сцепление с поверхностью. В таком случае крутящий момент мотора больше пойдет на колесо, которое больше и лучше касается грунта.
Естественно, если ваш автомобиль одет в обычные шины для дороги, то на бездорожье даже включенная блокировка дифференциала будет бессильна. В грязи и бездорожье проходимость могут увеличить только колеса с развитыми грунтозацепами.
2. Перед тем, как пробираться через грязь, следует включить боевое положение трансмиссии, включить понижающую передачу и блокировку дифференциала, и только потом можно ехать. Ведь никогда не знаешь, что находится в грязи. А вытаскивать автомобиль находясь по пояс в грязной водичке — не очень приятное зрелище.
На этом у меня всё! Спасибо за внимание! Ставь пальцы вверх и подписывайся на канал, впереди много интересного!
ТОП-3 внедорожников с межколесными блокировками
Настоящий внедорожник, кроме традиционной рамы и полного привода, должен также обладать и хоть одной блокировкой межколесного дифференциала. Именно этот нюанс зачастую играет решающую роль на реальном бездорожье. К счастью, такие модели есть на рынке, причем блокировки в них предусмотрены заводом-изготовителем, а не установлены владельцами внештатно. Я составил ТОП-3 трехлетних внедорожников с заводскими блокировками.
Mitsubishi Pajero Sport
Третье поколение данной модели обладает всеми атрибутами серьезного внедорожника, включая наличие рамы, заднюю балку и блокировку заднего же межколесного дифференциала. Не даром «японец» отлично показывает себя в сложным условиях, даже при диагональном вывешивании.
Под капотом автомобиля располагаются моторы на 2.4 и 3.0 литра. Первый является турбодизелем и с мощностью в 180 л.с. считается оптимальным выбором для любителей внедорожных приключений. Более мощный 210-сильный бензиновый движок агрегатируется только с автоматической КПП, что больше подойдет для более комфортной езды не в экстремальных условиях.
Toyota Land Cruiser Prado
Еще один японский внедорожник классом повыше – это «Прадо» четвертого поколения. Кроме рамы, полноприводной трансмиссии и блокировки задней оси, эта модель может похвастать продвинутой электронной системой выбора режимов движения по бездорожью Multi-Terrain Select, а также адаптивным внедорожным круиз-контролем.
Базовые версии Toyota Land Cruiser Prado оснащаются бензиновым 2.7-литровым мотором мощностью в 163 л.с. Более уверенно чувствовать себя вне дорого поможет 2.8-литровый турбодизель с отдачей в 177 л.с. «Топовым» же мотором является 4.0-литровый бензиновый мотор мощностью в 249 лошадиных сил. Для модели доступны как МКПП, так и «автомат».
Mercedes-Benz G-Class
Легендарный немецкий внедорожник у многих ассоциируется в первую очередь со статусностью и некоторым пафосом. Между тем, укомплектованность «Гелика» в плане внедорожных возможностей может дать фору большинству конкурентов. Так, Mercedes-Benz G-Class имеет сразу три блокировки в штатном оснащении. Это традиционная межосевая блокировка, а также блокировки обоих дифференциалов на передней и задней осях.
Последний рестайлинг второго поколения данной модели мог быть укомплектован одним из четырех двигателей. Базовым является 3.0-литровый турбодизель на 245 л.с. Далее следует 420-сильный мотор на 4.0 литра. Стоит упомянуть и две «заряженные» версии AMG на 570 и 630 лошадиных сил.
Проходимость для «легковушки»: виды блокировок дифференциала и их применение
Кондуктор, нажми на тормоза.
Дифференциал — непременный атрибут любого автомобиля, имеющего пару ведущих колес, между которыми механическим способом распределяется крутящий момент от одного источника (двигателя). Исключение — картинг, где техника прохождения поворотов основана на скольжениях ведущих колес, а вопросы надежности и долговечности волнуют кого-либо в последнюю очередь. Практически любой свободный дифференциал представляет собой нехитрый планетарный механизм, позволяющий правому и левому колесам реализовать равный крутящий момент при различной скорости вращения, без чего не обойтись при поворотах. Но в этом и главный недостаток: стоит одному из колес вывеситься или попасть на скользкое покрытие — крутящий момент на нем падает практически до нуля, а следом останавливается и противоположное колесо, еще имеющее контакт с поверхностью, поскольку специфика работы дифференциала лишает момента и его. Бытует ошибочное представление, что в этом случае вся тяга перераспределяется на скользящее колесо, и хотя на самом деле это не так, результат не меняется: нет зацепа — нет движения.
Как мы действуем, если некому вытолкать машину из засады? Пытаемся либо подложить что-то под буксующее колесо, либо загрузить его, чтобы увеличить силу трения, создав тем самым крутящий момент, причем не только на этом колесе, но и на втором, как следует из принципа действия дифференциала. Но то же самое можно сделать с помощью тормозов, на чем и базируется электронная имитация блокировки дифференциала: по сигналу датчиков скорости вращения (как правило, тех же, что работают с АБС) колесо «прихватывается» тормозным механизмом — и дело, как говорится, в шляпе. Этот способ используется главным образом на полноприводных кроссоверах и внедорожниках, но концерн PSA, например, реализовал его в системе Grip Control на переднеприводниках Peugeot 3008 и 2008. Причем тут интерес представляет не столько само наличие электронной имитации блокировки, сколько различные алгоритмы работы: в режимах «снег», «бездорожье» и «песок» буксующее колесо притормаживается с разной интенсивностью. И максимальная допустимая скорость у каждого режима тоже своя: для езды по снегу, по мнению французов, достаточно 50 км/ч, по грязи можно двигаться не быстрее 80 км/ч, а в «песчаном» режиме — до 120 км/ч. Ведь чем жестче блокировка, пусть даже электронная, — тем более проблемной становится управляемость (вспомним о картинге).
Дифференциал автомобиля Porsche Cayenne в разрезе
Карданный вал (1) через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала (2). Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) (3) вращает полуоси (4). Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей
Однако система Grip Control и ей подобные «завязаны» не только на тормоза: они могут варьировать чувствительность электронной педали акселератора и даже «душить» двигатель, дабы не допустить закапывания колес. А если попроще, без всякой электроники? Еще в незапамятные времена отдельные умельцы ставили на ВАЗовскую «классику» два «ручника» вместо одного, по одному на каждое колесо, именно для того, чтобы при случае легче было выбраться из снега или грязи. Действительно, чего проще: забуксовал, посмотрел, какое колесо вращается вхолостую, — его и притормозил, ведь иногда требуется всего несколько оборотов, и порой помогает даже штатный стояночный тормоз. Разумеется, в массовом производстве ничего подобного никогда не было и не предвидится, да и в тюнинге чаще используется другой подход к проблеме пробуксовки.
LSD или блокировка?
Суть второго подхода — вмешательство в конструкцию самого дифференциала, ставящее своей целью сделать его, если можно так выразиться, менее дифференциальным. Грубо говоря, в определенный момент его нужно превратить в обычную пару шестерен, как у того же карта, заставляющую колеса вращаться с равной скоростью либо в зависимости от условий движения, либо невзирая на них. В первом случае эксплуатируются самоблокирующиеся дифференциалы, они же дифференциалы повышенного трения, а в англоязычной литературе чаще используется термин «дифференциал ограниченного скольжения» (LSD, Limited Slip Differential), что, в принципе, то же самое. Сущность соответствует названиям: до определенного момента узел «терпит» разность скоростей вращения колес или крутящего момента, но потом блокируется за счет той же силы трения либо полностью, либо частично. Момент и степень блокировки могут быть разными, равно как и конструкция: знаменитый червячный Torsen, кулачковый (легендарная «шишига» ГАЗ-66), цилиндрический, дисковый и т. д. Частным случаем LSD можно считать и вискомуфту, где трение возникает в специальной жидкости.
LSD конического типа
«Самоблок» считается более радикальным и эффективным решением, чем подтормаживание колес, хотя очень многое зависит от конкретной конструкции и настройки. Для примера рассмотрим винтовой дифференциал типа Quaife, предлагаемый тюнинговыми фирмами для автомобилей ВАЗ, УАЗ и даже для иномарок: его устанавливают вместо штатного дифференциала, и цена вопроса не так уж велика, порядка 10-30 тысяч рублей, в зависимости от модели. Как и обычный дифференциал, это планетарная конструкция, но нарезка зубьев шестерен тут похожа на резьбу винта, на что намекает и само название. Когда одно из колес начинает пробуксовывать, шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с полуосевыми шестернями, начинают проворачиваться, как в обычном свободном дифференциале. Однако этому препятствует трение, которое создается между сателлитами и корпусом механизма под действием центробежных сил, плюс сопротивление довольно велико и в самих винтовых парах, — это заставляет всю конструкцию вращаться почти как единая ось, хотя и с небольшим проскальзыванием, недаром блокировка называется частичной.
Как показывает опыт эксплуатации Грант и Калин с такими дифференциалами, они действительно повышают проходимость, позволяют увереннее стартовать на скользком покрытии и даже обостряют «чувство руля», что импонирует активным водителям. Но есть и обратная сторона медали: чем выше степень блокировки (а она задается конструктивно, и варьировать ее нельзя), тем сильнее поведение машины с «самоблоком» отличается от дорожных манер «гражданских» автомобилей. Для машин с задним приводом это не столь критично, но переднеприводные, коих нынче подавляющее большинство, требуют от водителя большей концентрации, а часто — и просто больших физических усилий в процессе управления. Ведь при передаче крутящего момента в повороте, особенно при добавлении или сбросе «газа», дифференциал повышенного трения стремится уравнять скорости вращения управляемых колес, что, как правило, выражается в сильной недостаточной поворачиваемости, — машина, как говорят, «упирается». К тому же, остается актуальным вопрос надежности и ремонтопригодности, поэтому сфера применения «самоблоков», как правило, ограничивается кругом энтузиастов различных видов автоспорта.
Обычному же водителю нужно совсем другое — выбраться из сугроба или преодолеть размытую грунтовку по дороге на дачу, но в штатных условиях движения не жертвовать управляемостью и комфортом. Для этого лучше всего подходит принудительная блокировка дифференциала, которая в большинстве случаев бывает полной, — как, например, сделано на нашей «Ниве», только не в межколесном дифференциале, а в межосевом. Он имеет обычную свободную конструкцию, но дополнен зубчатой муфтой, замыкающей одну из шестерен на корпус, который играет в планетарной передаче роль так называемого водила. В итоге происходит то же самое, что и в «самоблоке», но без всякого проскальзывания: дифференциал превращается в ту самую жесткую передачу, о какой было сказано выше. Причем если у «Нивы» водитель должен перемещать муфту вручную, с помощью специального рычага, то у современных автомобилей ее привод может быть и гидравлическим, и пневматическим, и электрическим. Последний, по всей видимости, и используется в трансмиссии квазикроссовера Fiat Weekend, о котором шла речь в нашем обзоре.
Не в этой жизни?
А теперь о самом грустном: почему ни один из описанных методов повышения проходимости не используется в массовых и недорогих моделях, доступных россиянам? Оставим в стороне иномарки, но тот же АВТОВАЗ, на первый взгляд, вполне мог бы озадачиться копеечной для такого гиганта задачей — предложить в качестве опции блокировку дифференциала, подобно бразильскому Фиату. Но вспомним, во-первых, что нынче завод принадлежит концерну Renault-Nissan, практикующему жесткую экономию, — это с одной стороны, а с другой — до сих пор не удается справиться с фирменным воем ВАЗовских коробок передач, — до блокировок ли тут. Впрочем, был в Тольятти один человек, который мог бы эту сказку сделать былью, и фамилия у него почти сказочная — Андерссон. Продержись он у руля АВТОВАЗа еще пару лет и узнай о бразильском опыте — возможно, и увидели бы мы опционную блокировку дифференциала или ее электронную эмуляцию на моделях с приставкой Cross, крестным отцом которых и был шведский топ-менеджер. Но история не знает сослагательного наклонения, и теперь тюнинговых дел мастера могут не опасаться конкуренции со стороны автогиганта. Кстати, интересно, как скоро будет готов «самоблок» для Весты?