Mechanizm różnicowy – co to jest i jak działa?

Silnik pracuje, koła obracają się, a opony utrzymują trakcję. Zasada wydaje się prosta, ale taka prosta nie jest. Zwłaszcza w przypadku, w którym auto wjedzie w zakręt, ewentualnie jedna z opon uślizgnie się na drodze. W tym momencie pojawia się pole do popisu dla mechanizmu różnicowego. Jak działa i czy jest stosowany tylko w autach z napędem na przednią oś?

Spis treści:

• Co daje i jak działa mechanizm różnicowy w samochodzie?
• Jaka jest budowa mechanizmu różnicowego?
• Czym jest dyferencjał o ograniczonym poślizgu?
• Co daje blokada mechanizmu różnicowego?
• Jakie są objawy uszkodzenia mechanizmu różnicowego?

Mechanizm różnicowy jest kojarzony ze współczesnym autem. Warto jednak wiedzieć, że de facto stanowi wynalazek starożytny. Został wynaleziony w III wieku n.e. w Chinach. Do motoryzacji wprowadził go sam Carl Benz. Dziś ciężko wyobrazić sobie układ napędowy, a właściwie to przeniesienia napędu, bez tej przekładni.

Co daje i jak działa mechanizm różnicowy w samochodzie?

Mechanizm różnicowy, zwany też potocznie dyferencjałem, pełni w samochodzie różne funkcje. Może odpowiadać m.in. za to, że:

• koła jednej osi napędowej będą się obracać z różną prędkością obrotową w tym samym czasie. To sprawia, że samochód w ogóle pokonuje zakręt, a jednocześnie w tym zakręcie moment obrotowy silnika może być cały czas przekazywany na jezdnię. Czemu to zjawisko jest tak ważne? Warto bowiem wiedzieć, że koło zewnętrzne musi pokonać w zakręcie dużo dłuższą drogę od koła wewnętrznego.
• układ napędowy będzie przenosić siłę między osiami. Gdy zostanie zamontowany w obudowie tzw. skrzyni rozdzielaczowej, będzie kompensować różnice prędkości występujące między poszczególnymi osiami napędowymi pojazdu.

Jaka jest budowa mechanizmu różnicowego?

Mechanizm różnicowy to układ kół zębatych – różnych rodzajów kół zębatych. Ważnym elementem mechanizmu jest koło talerzowe. Napędza je koło zębate, przenoszące moment obrotowy wprost ze skrzyni biegów za pomocą wału napędowego. Koło talerzowe napędza z kolei obudowę. Wewnątrz obudowy znajduje się oś satelitów i satelity. Te są połączone za pomocą wielowypustu z półosiami, a właściwie to półosiami razem z kołami koronowymi.

W przypadku jazdy na wprost (a więc gdy oba koła samochodu obracają się z taką samą prędkością) satelity i koła koronowe w jednej pozycji poruszają się wraz z obudową. W przypadku różnic prędkości obrotowych pomiędzy kołami samochodu pojawia się zmiana. Półoś przymocowana do tego koła zębatego, po którego stronie wystąpiło zmniejszenie ilości obrotów, zaczyna stopniowo zwalniać. W takim przypadku uruchamiana jest praca mechanizmu wewnątrz obudowy. Satelity są połączone z kołami koronowymi i obracają się wokół czopów krzyżaka. Ilość obrotów wokół własnej osi między prawym i lewym kołem koronowym będzie wtedy różna. To pozwala na redukcję naprężeń w układzie napędowym i sprawia, że koło po wewnętrznej stronie zakrętu przekazuje część momentu obrotowego na koło po zewnętrznej stronie.

Czym jest dyferencjał o ograniczonym poślizgu?

Obecność dyferencjału w napędzie jest konieczna. To za jego sprawą dwa koła zamontowane na jednej osi mogą kręcić się z różną prędkością. Taka sytuacja może się jednak okazać groźna. Bo gdy większa część momentu obrotowego trafia na koło, które napotyka mniejszy opór, jednocześnie może to być koło, które właśnie wpadło w poślizg. W przypadku napędu na przód spowoduje to podsterowność, a napędu na tył nadsterowność. Jak zatem sprawić, aby drugie koło odzyskało trakcję? Właśnie dlatego w przypadku samochodów sportowych inżynierowie stosują dyferencjał o ograniczonym poślizgu czy też zwiększonym oporze. I działa on na podstawie dwóch rozwiązań:

• Przede wszystkim może to być mechanizm. W takim przypadku wewnątrz mechanizmu – konkretnie między kołami zębatymi bocznymi a klatką – pojawia się zestaw sprzęgieł. Gdy koła pojazdu nie poruszają z tą samą prędkością, sprzęgła zaczynają wytwarzać siłę tarcia. Straty generowane w ten sposób redukują ilość przekazanego momentu obrotowego na koło. W ten sposób ograniczają poślizg i poprawiają trakcję.
• Alternatywnie stosowana jest elektroniczna wersja, której działanie opiera się o system kontroli trakcji i hamulcowy.

Dyferencjały o ograniczonym poślizgu bywają też stosowane w układach międzyosiowych. W takim przypadku przyjmują formę mechanizmu ciernego płytkowego lub stożkowego, ewentualnie sprzęgła wielopłytkowego. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z popularnym w autach Audi TorSenem, a drugim stosowanym m.in. przez Volvo i Volkswagena Haldexem.

Co daje blokada mechanizmu różnicowego?

Mechanizm różnicowy zastosowany w samochodzie napędzanym na obydwie osie może doprowadzić do sytuacji, w której samochód utknie np. podczas błotnej przeprawy. Efekt pojawi się wtedy, gdy mechanizm zębaty będzie kierował moment obrotowy przede wszystkim na tę oś, której łatwiej będzie poruszać kołami samochodu. Łatwość poruszania kołami de facto oznacza jednak poślizg. Blokowany, międzyosiowy mechanizm różnicowy ma sprawić, że moment obrotowy z silnika będzie np. po równo przekazywany między osie. Bez względu na łatwość pracy poszczególnych kół. W efekcie pojazd odzyska przyczepność i będzie mógł dalej pokonywać przeprawę terenową.

Blokada międzyosiowego mechanizmu różnicowego może jednak wpływać szkodliwie na układ przeniesienia napędu. Dlatego dziś stosuje się ją głównie w pojazdach przeznaczonych do poruszania się w terenie. W SUV-ach producenci opracowali rozwiązanie elektroniczne imitujące obecność mechanizmu. To nie zmienia budowy przekładni głównej, a jedynie jest w stanie dohamować konkretne koło za sprawą systemu kontroli trakcji i układu hamulcowego.

Jakie są objawy uszkodzenia mechanizmu różnicowego?

Mechanizm różnicowy co do zasady stanowi naprawdę trwałą przekładnię. Gdyby jednak mimo wszystko doszło do jego uszkodzenia, kierowca powinien zwrócić uwagę na kilka objawów. Kluczowe jest m.in.:

• pojawienie się stuków dochodzących z okolicy podwozia. Te mogą być mylone nawet z dźwiękami dochodzącymi z zawieszenia samochodu.
• pojawienie się drgań wyczuwalnych na kole kierownicy. Wynika to z faktu, że półosie są stale przymocowane do obudowy dyferencjału.

W przypadku usterki mechanizmu różnicowego dwie kwestie są pewne. Naprawa nie będzie tania. Choć sama wartość wpisana przez mechanika na fakturze to dopiero początek problemów. Bo nowy mechanizm może być naprawdę trudno kupić.