Problémy a nevýhody, kterým čelí diferenciály v autech – co majitelé potřebují vědět a jak tyto problémy vyřešit

O čem to mluvíme? Diferenciál automobilu je jednotka, která poskytuje hnací dvojici kol různé úhlové rychlosti v jednom okamžiku při zachování konstantního toku točivého momentu. Kdy je to potřeba? Jeho práce je důležitá v různých situacích, ale především při zatáčení. Pohyb v oblouku totiž znamená, že kola na jedné straně auta urazí delší vzdálenost než kola na druhé. To znamená, že pro udržení stability vozu musí být jejich rychlost vyšší.

1. Historie automobilového diferenciálu
2. Diferenciální zařízení vozidla
3. Princip činnosti automobilového diferenciálu
4. Typy automobilových diferenciálů
5. Umístění diferenciálu vozidla
6. Uzávěry v diferenciálu auta
7. Známky problémů s diferenciálem automobilů
8. Často kladené otázky o diferenciálu automobilů

Historie automobilového diferenciálu

Vozy se spalovacími motory se začaly vybavovat diferenciály až nějakou dobu po jejich vzhledu. To je způsobeno tím, že první vynalezené modely byly velmi obtížně ovladatelné.

Při vjezdu vozu do zatáčky se kola jedné nápravy pohybovala stejnou úhlovou rychlostí, proto vnější kolo, které mělo větší poloměr než vnitřní, začalo prokluzovat.

Čtěte také!

Problém byl vyřešen poměrně rychle, konstruktéři začali používat diferenciál vyvinutý inženýrem Olivierem Pecquet-Rom ve Francii v roce 1828 pro parní vozy. Skládal se z ozubených kol a hřídelí, které přenášely točivý moment na hnací kola od motoru. Instalace diferenciálu však vyřešila předchozí problém, ale vytvořila nový: nyní kolo začalo prokluzovat a ztrácelo dobrou přilnavost k povrchu vozovky.

Zpočátku se problém projevoval na namrzlých úsecích vozovky. Kolo, které spadlo na led, díky nízké trakci a odporu, vyvinulo mnohem vyšší rychlost otáčení než druhé kolo, které zůstalo na betonu nebo půdě. Vůz se vlivem různých úhlových rychlostí kol na jedné nápravě dostal do smyku. Designéři začali pracovat na vylepšení zařízení, aby vůz neujížděl do strany.

Ferdinand Porsche provedl řadu studií a experimentů s cílem vytvořit diferenciál s omezenou svorností a o tři roky později otestoval a uvedl na trh vačkový diferenciál s omezenou svorností, který se stal prvním mechanismem svého typu. Poprvé byl takový diferenciál použit u modelů osobních vozů Volkswagen. Postupem času byly vyvinuty další typy tohoto mechanismu;

Diferenciální zařízení vozidla

Účelem diferenciálu automobilu je přenášet točivý moment na kola z převodovky. Diferenciál může rozdělovat výkon motoru na levé a pravé kolo odlišně, dosáhnout v případě potřeby stejných rychlostí otáčení dvojkolí nebo nasměrovat veškerý točivý moment na jednu stranu, přičemž druhé kolo v podstatě ponechá bez pohybu.

Konstrukce mezinápravového diferenciálu vozidla se skládá z následujících součástí:

• skříň diferenciálu s připojeným hnaným kolem převodovky;
• satelitní převody (nejčastěji dva, ale v diferenciálech nákladních automobilů mohou být čtyři);
• osy satelitů, které mohou mít tvar jedné tyče, pokud jsou dva satelity, nebo křížový tvar se čtyřmi satelity;
• dvě nápravová ozubená kola, ke kterým jsou připevněny hřídele nápravy kol.

Automobiloví konstruktéři vylepšili diferenciál pomocí základů fungování planetové převodovky. Jde o to, že díky dvěma stupňům volnosti adheze mezi nápravovými hřídeli a satelitními ozubenými koly jej může diferenciál, přijímající točivý moment z motoru, různými způsoby přerozdělovat na kola a zajistit jejich rotaci různými rychlostmi.

Princip činnosti automobilového diferenciálu

Pojďme si prostudovat princip fungování automobilového diferenciálu ve třech typických situacích: auto jede rovně, zatáčí a jedno z hnacích kol prokluzuje.

Auto jede v přímém směru:

• Hnaná ozubená kola a skříň diferenciálu přijímají točivý moment z ozubeného kola koncového převodu.
• Satelity, které zůstávají v klidu, přenášejí sílu na ozubená kola náprav.
• Ozubená kola a skříň diferenciálu se otáčejí rovnoměrně, takže rychlost otáčení obou kol je stejná.

Při vjezdu do zatáčky:

• Točivý moment je přenášen na hnané kolo z hnacího kola hlavního kola.
• Ozubená kola jsou poháněna hnaným kolem.
• Nápravový převod kola s vnitřním poloměrem otáčení dostává větší odpor, zpomaluje a přenáší sílu na satelity.
• Satelitní ozubená kola při pohybu zvyšují rychlost otáčení nápravového kola vnějšího poloměru otáčení.
• V důsledku toho se kolo, které se pohybuje po vnějším poloměru, zrychluje a kolo na vnitřním poloměru se zpomaluje.

Pokud jedno z hnacích kol prokluzuje:

• Síla přenášená z hnacího ozubeného kola pohání ozubená kola náprav.
• Nápravový převod kola, které dostává větší odpor od adheze k povrchu, se zpomalí, což způsobí pohyb satelitů.
• Satelity zvyšují rychlost otáčení kola, které dostává menší odpor, tedy prokluzování.

V důsledku toho se dostáváme do situace, kdy kolo zachycené na ledu nebo uvízlé v blátě dostane vyšší rychlost otáčení z diferenciálu automobilu, protože má nižší povrchový odpor. V důsledku toho dochází k uklouznutí. Druhé kolo umístěné na tvrdém povrchu s dobrou přilnavostí, které by teoreticky mohlo být použito k vyřešení problému, se prakticky zastaví. Výsledkem je, že ze současné situace není východisko, auto zastaví. Aby se takové problémy odstranily, začaly se do diferenciálů přidávat uzávěrky.

Typy automobilových diferenciálů

Mechanismy jsou klasifikovány podle různých parametrů:

Typy ozubených kol:

• typ červa;
• válcového typu;
• kónický typ

Počet zubů ozubeného kola.

Symetrie zubů ozubených kol:

• symetrický;
• asymetrické.

Čtěte také!

Zařízení se volí v závislosti na typu pohonu vozidla. Pokud lze typ šnekového soukolí použít pro jakýkoli automobil, pak je v diferenciálech vozů s předním náhonem (i se zadním náhonem) použita kuželová symetrická jednotka a válcová asymetrická jednotka jako varianta diferenciálu vozy s pohonem všech kol.

Umístění diferenciálu vozidla

Konstrukce vozidla určuje umístění mezinápravového diferenciálu vozidla. U automobilu s pohonem předních kol je umístěn ve skříni převodovky, zatímco diferenciál u automobilu s pohonem zadních kol je umístěn ve skříni zadní převodovky nebo nápravy. Vozidla s pohonem všech kol jsou vybavena dvěma mezinápravovými diferenciály a dalším středovým diferenciálem, který je umístěn ve skříni převodovky nebo rozdělovací převodovce.

Jeho funkce a úkoly jsou zcela podobné středovým diferenciálům: přenáší točivý moment se schopností měnit rychlost otáčení výstupních hřídelů. Vozidla s pohonem všech kol lze v zásadě bezpečně provozovat i bez této jednotky, i když v tomto případě přijdou o některé funkce převodovky.

Pokud jsou nápravy pevně spojeny, můžete se pohybovat pouze po kluzkém povrchu, což v podstatě umožňuje výše popsaný prokluz kol. Nebo je jedna z náprav připojena až ve chvíli, kdy kola druhé prokluzují, ale ne natuha (přes třecí spojky), na krátkou dobu nebo při pomalém pohybu.

Uzávěry v diferenciálu auta

Pokud se řidič dostane do situací, kdy volné otáčení kol není vhodné, musí zajistit, aby se celý diferenciál točil jako celek, aby se točivý moment správně přerozdělil mezi kola nebo nápravy. Toho je dosaženo různými způsoby.

Čtěte také!

• Simulované blokování

Moderní vozy jsou vybaveny obrovským množstvím elektroniky, která monitoruje a řídí všechny systémy, včetně sledování rychlosti otáčení každého kola. Pokud se zjistí, že rozdíl na jedné nápravě výrazně překračuje povolenou hodnotu v zatáčce, což znamená prokluzování kola, systém pomocí standardních mechanismů zpomalí jeho rychlost. Část točivého momentu se tak přerozděluje na další kolo, které má lepší přilnavost k povrchu vozovky. V důsledku toho je situace, kdy jedno kolo bezmocně prokluzuje a auto stojí nehybně, nemožná.

Jde však jen o napodobeniny uzávěrky diferenciálu.

• Nucené blokování

Tento mechanismus je přítomen v mnoha SUV, včetně naší Nivy. Nuance provedení se mohou lišit, ale podstata zůstává stejná. Řidič pohybem příslušné páky nebo stisknutím tlačítka aktivuje fyzické zablokování satelitních převodů, načež dojde k vyrovnání otáček kol díky rovnoměrnému rozdělení výsledného točivého momentu mezi ně.

Takový systém poskytuje pouze dva stavy: diferenciál je buď uzamčen, nebo ne. V zablokovaném stavu je jízda na tvrdém povrchu vysokou rychlostí extrémně nežádoucí, protože to vede k výraznému zatížení převodovky. To je důvod, proč se pozitivní zamykání používá pouze u SUV určených pro jízdu na měkkém povrchu.

• Samosvorné diferenciály

Říká se jim také diferenciály s omezeným prokluzem (LSD, z anglického limited slip diferenciál). Tyto konstrukce se používají na terénních vozidlech, crossoverech a výkonných vozidlech, včetně sportovních vozů. Jeho hlavní výhodou je možnost měnit stupeň blokování – od diferenciálu fungujícího jako celek až po volné otáčení kol. Tento proces probíhá automaticky, bez zásahu řidiče.

K uzamčení diferenciálu se používají viskózní nebo třecí spojky, podobně jako spojky v automatických převodovkách. Mechanismus činnosti tohoto typu diferenciálu se může lišit, ale obecně je založen na uzavření jedné hnací hřídele ke skříni diferenciálu. Čím větší prokluz jednoho kola, tím více se spojka sepne, takže se rozdíl v rychlosti otáčení náprav zmenšuje.

Existují také konstrukce šnekového převodu, jako je diferenciál Torsen. V něm je signál k zablokování dán na základě rozdílu točivého momentu na každém kole. Thorsen v podstatě porovnává rozdíl v přilnavosti s povrchem vozovky pod koly a reaguje přesněji a rychleji než konstrukce spojky, ale je složitější v konstrukci, a proto je dražší na výrobu a údržbu.

Diferenciál s omezenou svorností je vhodný pro všechny povrchy: ve standardním režimu funguje jako normální diferenciál, protože v zatáčkách je malý rozdíl v rychlosti kol. To vysvětluje jeho široké použití v crossoverech. Nevýhodou je, že LSD se spojkou má tendenci se při delším prokluzu přehřívat, ale po ochlazení diferenciál dál funguje normálně.

Známky problémů s diferenciálem automobilů

Poruchy diferenciálu vozu vedou ke zhoršení ovladatelnosti vozu, proto je nutné pravidelně kontrolovat jeho stav a včas odhalit případné problémy. Pokud zaznamenáte neobvyklý hluk z vašeho přenosu, možná budete chtít provést předběžnou kontrolu osobně.

Čtěte také!

K tomu zvedněte hnací nápravu, zařaďte neutrál převodovky a roztočte kola. Nejprve každé kolo zvlášť, pak jedno kolo upevněte a druhé roztočte. Pokud se kola volně otáčejí vpřed i vzad, bez podivných zvuků nebo nadměrného hluku, pak diferenciál funguje. Pokud však máte nějaké obavy, je lepší kontaktovat autoservis pro odbornou diagnostiku.

Středový diferenciál nelze tímto způsobem zkontrolovat, ale existují vnější znaky, které naznačují možné problémy s ním. Zde jsou některé z nich:

1. Zvýšená hlučnost při zatížení indikuje opotřebení hnaného ozubeného kola.

2. Kvílivý hukot naznačuje problémy se satelity.

3. Křupavý zvuk při různém zatížení ukazuje na kritické opotřebení ložisek diferenciálu nebo nápravových hřídelů.

4. Příčinou nízké hladiny oleje mohou být cizí zvuky klepání.

5. Olejové šmouhy naznačují nutnost výměny těsnění a těsnění.

Také pokud je diferenciál umístěn ve skříni převodovky, může vysoká povrchová teplota indikovat problém s doplňováním oleje nebo je nutná úplná výměna.

Často kladené otázky o diferenciálu automobilů

Jaké jsou nevýhody diferenciálu?

Jednou z hlavních nevýhod diferenciálu je, že jeho klíčová výhoda – schopnost přenést až 100 % výkonu na jedno z kol – vede někdy k negativním důsledkům. V situacích, kdy jedno kolo postrádá trakci, bude většina výkonu směřovat právě na něj. Proto, i když je jedno kolo na povrchu s dobrou trakcí, vozidlo se nemusí dát do pohybu.

Jak se řeší výše zmíněný problém?

Pro řešení tohoto problému byly vytvořeny různé typy konstrukcí: diferenciály se zvýšeným vnitřním odporem (tzv. samosvorné) a diferenciály s nucenou svorností, ovládané ručně nebo automaticky. V závislosti na konstrukčních prvcích a účelu mohou tyto mechanismy buď přerozdělit tok výkonu ve prospěch kola s lepší trakcí, nebo zcela zablokovat diferenciál a zajistit stejnou rychlost kol.

Jaké situace vyžadují uzávěrku diferenciálu?

Uzávěrka diferenciálu je navržena tak, že její výhody se projeví pouze při jízdě po nerovném terénu. Pokud se vozidlo pohybuje po kvalitních silnicích ve městě, stává se tato funkce méně relevantní. Instalace samosvorného diferenciálu do převodovky vozidla komplikuje jeho konstrukci a prodražuje vozidlo, což ztěžuje údržbu a opravy.

Jaké jsou výhody samosvorného diferenciálu?

Automatický šnekový diferenciál s uzávěrkou vám pomůže snadno se dostat ze situací, kdy jedno kolo narazí na kluzký povrch. Pokud má auto volný diferenciál, způsobí to spoustu problémů.

Auto s diferenciálem je rozhodně bezpečnější. Zařízení poskytuje pohodlnou jízdu na dálnici a provádění složitých manévrů. Při jízdě v terénu a na kluzké vozovce se však ovladatelnost vozu s diferenciálem zhoršuje. A pak vás zachrání zablokování. Většina moderních vozů je vybavena automatickým zamykáním, takže s jeho používáním nebývají problémy. Pokud máte ruční zámek, pamatujte, že jej stačí zapnout pouze na nejtěžších úsecích silnice. V opačném případě riskujete vážné poškození pneumatik.

Design každého auta obsahuje řadu povinných komponentů a mechanismů, bez kterých prostě nemůže fungovat. Mezi ně patří především motor, brzdový systém, převodovka a také takové zařízení, jako je diferenciál.

Diferenciál má každé vozidlo a některá jich má i několik. Hraje důležitou roli pro bezproblémové fungování vozu, protože se podílí na rozdělování točivého momentu výstupního hřídele mezi kola v požadovaném poměru.

Vlastnosti provozu diferenciálu automobilu

Diferenciál – jedná se o mechanické zařízení, které umožňuje zajistit různé rychlosti otáčení kol umístěných na společné ose, a tím zabránit prokluzu. Kromě toho rozděluje točivý moment mezi všechny výstupní hřídele (hnací nápravy) ve stejném poměru.

Funkčnost takové jednotky je založena na principu činnosti planetové převodovky. Existuje několik typů diferenciálů, z nichž každý závisí na způsobu přenosu rotace. Patří mezi ně kuželové, čelní a šnekové diferenciály.

V praxi se nejčastěji používá první z nich. Kuželový diferenciál namontované na kolech umístěných na společné nápravě. Točivý moment z převodového mechanismu je přiváděn do skříně (misky) kuželového diferenciálu, poté je přiváděn na nápravová kola prostřednictvím satelitů. Počet satelitů závisí na konstrukci jednotlivého diferenciálu a může se pohybovat od dvou do čtyř.

Válcový diferenciál Nejčastěji se používá u vozů s pohonem všech kol. Šnekový diferenciál vyniká svou univerzálností a lze jej namontovat jak mezi kola, tak i mezi samotné nápravy.

Když se auto pohybuje jedním směrem, odpor obou kol vůči povrchu vozovky je stejný. V tomto případě rotační pohyby vykonávají pouze poloaxiální ozubená kola, přičemž jejich úhlová rychlost je stejná. Satelity jsou v tuto chvíli v klidné poloze.

Když se auto otáčí, kolo umístěné uvnitř dostává větší odpor od povrchu vozovky, v důsledku čehož se rychlost otáčení centrálního kola snižuje a satelity se naopak začnou pohybovat. V důsledku toho se vnější kolo otáčí rychleji, ale se stejným točivým momentem jako vnitřní kolo.

Pokud by při jízdě jedno z kol proklouzlo, auto se prostě nemusí pohnout. V takové situaci se aktivuje uzávěrka diferenciálu, která vám umožní zvýšit točivý moment na jednom z kol automobilu.

Kromě výše uvedených diferenciálů jsou široce používány takové odrůdy, jako je diferenciál Thorsen, plně svorný diferenciál, diferenciál typu Quaife a viskózní spojka.

Diferenciální Torsen

Diferenciál Torsen obsahuje mnoho různých komponentů a je jedním z nejunikátnějších způsobů, jak vyřešit problém regulace tažné síly přenášené na kola při kontaktu s vozovkou.

Vnitřní struktura diferenciálu Torsen je značně odlišná od struktury konvenčního diferenciálu, je založena na systému skládajícím se z párů ozubených kol, tzv. šnekových párů. Diferenciál Torsen funguje na jednoduchém principu: rotující šnekové kolo může pohánět planetové soukolí, zatímco druhé nemůže pohánět šnekové kolo.

Kompletní uzávěrka diferenciálu

Tento typ diferenciálu se většinou používá u SUV a nákladních automobilů. Jeho chod je řízen pomocí speciálního mechanismu umístěného přímo uvnitř vozu. Umožňuje zvýšit průchodnost vozidla.

Diferenciály typu Quaife

Charakteristickým rysem tohoto diferenciálu je umístění satelitů. Jsou umístěny ve dvou řadách v rovnoběžném směru s osou otáčení pouzdra. Při činnosti mechanismu dochází ke třecím silám, s jejichž pomocí je možné v případě potřeby zablokovat a zvýšit ovladatelnost vozidla. U terénních vozidel (SUV) se zpravidla používá typ diferenciálu.

Viskózní spojka

Viskózní spojka funguje stejně jako měnič točivého momentu. Slouží k zajištění spojení mezi předními koly vozu a zadními koly. Když jedno z kol prokluzuje, točivý moment se dodává na druhé kolo, což nakonec pomáhá vyřešit problém prokluzu.

Konstrukce jednotky je válcové tělo s viskózní kapalinou, uvnitř kterého je balíček kovových disků s perforací. Kotouče jsou spojeny s hnacím a hnaným hřídelem. Se změnou okolní teploty kapalina mění svou viskozitu, na čemž je založen princip fungování tohoto mechanismu.

Aplikace diferenciálů

Vozy vybavené jednou hnací nápravou jsou vybaveny jedním diferenciálem. Podle toho mají stroje s několika hnacími nápravami několik diferenciálů, které jsou namontovány na každé nápravě. U vozů SUV se dvěma nápravami jsou instalovány tři diferenciály (jeden diferenciál na každé nápravě a jeden diferenciál mezi nápravami). Vozidla s více než dvěma nápravami používají mezivozové diferenciály.

Výhody a nevýhody diferenciálů

Hlavní výhodou těchto zařízení je jejich schopnost poskytovat stejný točivý moment kolům otáčejícím se různými rychlostmi.

Mezi nevýhody patří problém prokluzu kol, která nemají přilnavost k vozovce. Tento problém lze vyřešit pomocí zamykacího mechanismu, který může být manuální nebo automatický.

Stále máte otázky? V našem autoservisu jsme připraveni Vám zdarma poradit.