Межосевой дифференциал что это

Межосевой дифференциал — устройство и принцип функционирования . . . .

Описание процедур снятия, обслуживания и установки межосевого дифференциала приведено в Разделе Снятие, обслуживание и установка межосевого дифференциала.

Межосевой дифференциал выполнен по планетарной симметричной схеме на конических шестернях. Конструктивной особенностью используемого на рассматриваемых в настоящем Руководстве моделях межосевого дифференциала является применение вязкостной муфты.

Межосевой дифференциал выполняет две функции: распределение крутящего момента двигателя между приводными валами передних и задних колес и погашение различия в скоростях вращения передних и задних колес.

Крутящий момент двигателя передается межосевому дифференциалу от ведомого (вторичного) вала трансмиссии, распределяясь затем между валом ведущей шестерни главной передачи (напрямую через конические шестерни) и карданном валом (через ведущую и ведомую шестерни раздаточного механизма).

При нормальном сцеплении передних и задних колес с дорожным покрытием, обеспеченным адекватным распределением крутящих моментов рабочая функция конических шестерен дифференциала ограничивается вязкостной муфтой.

В корпусе вязкостной муфты установлено несколько расположенных поочередно дисков (пластин) наружного и внутреннего зацепления. В герметично закрытую полость, образуемую корпусом и задней боковой шестерней дифференциала, залита воздушно-силиконовая масляная смесь.

Часть дисков муфты оборудована наружными шлицами, входящими в зацепление с корпусом межосевого дифференциала. На шлицы же дисков внутреннего зацепления посажена боковая шестерня.

Для разводки дисков наружного зацепления между ними устанавливаются специальные дистанционные кольца. Между дисками внутреннего зацепления такие кольца не предусмотрены, что обеспечивает определенную свободу их перемещения в осевом направлении.

Два выполненных в виде колец Х-образного сечения уплотнителя, предотвращают вытекание из муфты силиконового масла в случае повышения ее давления при большой разнице в скоростях вращения передних и задних колес.

Потери силиконового масла вязкостной муфты чреваты выходом сборки из строя! Давление внутри муфты может значительно повышаться, когда скорости вращения передних и задних колес заметно отличаются друг от друга в течение длительного времени, например, во время буксировки транспортного средства с отрывом одной из осей от земли.

Распределение крутящего момента двигателя при нормальном движении автомобиля (картинка 3)

1 — Крутящий момент двигателя
A — К переднему дифференциалу

B — К заднему дифференциалу

При отсутствии разности скоростей вращения передних и задних колес межосевой дифференциал передает крутящий момент двигателя на передние и задние колеса в отношении 50:50, а при возникновении такой разности, производит ее контролируемое гашение ее при помощи вязкостной муфты.

При прямолинейном движении транспортного средства с постоянной скоростью по ровной дороге все колеса вращаются с одинаковой скоростью и межосевой дифференциал равномерно распределяет крутящий момент двигателя между передней и задней осями. Так как диски наружного и внутреннего зацепления вязкостной муфте остаются неподвижными друг относительно друга, момент сдвига между ними не возникает.Во время совершения поворотов при низких скоростях движения разница в скоростях вращения возникает не только между правыми и левыми, но также и между передними и задними колесами, — передние колеса вращаются быстрее задних. Задачей межосевого дифференциала является погашения данной разницы с целью обеспечения плавности движения и продления срока службы покрышек. Несмотря на незначительность разницы скоростей вращения колес в данных условиях, работа вязкостной муфты приводит к перераспределению крутящего момента двигателя в пользу задней оси. (картинка 4)

При движении по неровным и скользким дорогам в случае, когда передние колеса начинают пробуксовывать, общая разность между скоростями вращения передних и задних приводных валов приводит к возникновению в вязкостной муфте значительно момента сдвига. В результате, крутящий момент, передаваемый на задние колеса, становится намного больше, чем передаваемый на прокручивающиеся передние колеса.(картинка 5)

При резком разгоне с места, когда задние колеса находятся на скользкой поверхности, происходи смещение центра тяжести автомобиля, приводящее к пробуксовке задних колес. В данной ситуации возникающий в вязкостной муфте момент сдвига приводит к перераспределению крутящего момента двигателя в пользу передних колес.(картинка 6).

Блокировка межосевого дифференциала: что это такое

В современных автомобилях есть немало узлов и агрегатов, которые имеются во всех моделях всех марок. Одним из них является дифференциал. Он необходим для того, чтобы обеспечить разную угловую скорость колес, расположенных при повороте на внешнем и на внутреннем его радиусе. У полноприводных автомобилей есть еще межосевой дифференциал, который в большинстве случаев оснащен блокировкой.

В данной статье мы расскажем о том, что такое межосевой дифференциал, для чего нужна блокировка межосевого дифференциала и каких основных типов она бывает.

Что такое межосевой дифференциал

В любом автомобиле есть как минимум один дифференциал. Такое устройство делит крутящий момент, поступающий в него с входного вала, между полуосями передающими его на каждое из ведущих колес. Полноприводный автомобиль (то есть имеющий четыре ведущих колеса) оснащается как минимум двумя дифференциалами, по одному на каждую пару. В большинстве случаев на них устанавливается еще один, межосевой, который имеет возможность блокирования.

Необходимость использования межосевого дифференциала на автомобилях с полным приводом вызвана тем, что им приходится передвигаться в достаточно сложных условиях, часто по неровной местности. В таких случаях на разные оси автомобиля создается разное давление и поэтому необходимо производить распределение между ними крутящего момента.

Для чего нужна блокировка межосевого дифференциала

Следует заметить, что у любого дифференциала (в том числе и межосевого) наряду с его главным достоинством, состоящим в обеспечении разделения крутящего момента, есть и один существенный недостаток. Он является прямым следствием преимущества и заключается в том, что если колеса одной из осей начинают буксовать, то именно на них дифференциалом передается больший крутящий момент. Это существенно понижает проходимость автомобиля, что совершенно недопустимо для внедорожников. По этой причине практически все межосевые дифференциалы, устанавливаемые на них, оснащаются функцией блокировки.

Когда она включена, то на обе оси автомобиля передается одинаковый крутящий момент. Благодаря этому на те колеса, которые не пробуксовывают, транслируется такое же усилие, что и на пробуксовывающие. Это необходимо для того, чтобы машина могла миновать «скользкое место».

Читайте также: Кроссовер — что это такое.

Разновидности блокировок межосевого дифференциала

В современных внедорожниках реализовывается два типа блокировки межосевого дифференциала: ручная и автоматическая. Оба они предполагают или полное, или частичное выключение узла. Чаще на автомобилях повышенной проходимости устанавливаются автоматические блокировки межосевых дифференциалов. Существует три их основных разновидности:

• Блокировка с вискомуфтой;
• Блокировка типа Torsen;
• Блокировка с фрикционной муфтой.

Каждый из этих видов блокировки имеет свои конструктивные особенности и преимущества.

Блокировка с вискомуфтой

Такая разновидность блокировки межосевого дифференциала является на сегодняшний день наиболее распространенной. Она построена по симметричной планетарной схеме, в основе которой лежит взаимодействие между собой конических шестерен. Одним из важнейших элементов ее конструкции является наполненная масляной воздушно-силиконовой смесью герметично закрытая полость. Она связана с полуосями посредством двух отдельных пакетов дисков.

Если полноприводный автомобиль едет с постоянной скоростью по ровной поверхности, то межосевой дифференциал, снабженный такой системой блокировки, транслирует крутящий момент на переднюю и заднюю ведущие оси в соотношении 50% на 50%. В том случае, если вращение одного из пакетов дисков ускоряется, то за счет повышения давления в герметичной полости вискомуфта начинает блокировать (то есть тормозить) соответствующий пакет. Благодаря этому угловые скорости выравниваются, и, по сути дела, происходит блокировка межосевого дифференциала.

Основными достоинствами такой системы являются простота ее конструкции и невысокая стоимость. Именно эти факторы обусловили широкое распространение вискомуфт в системах блокировок межосевых дифференциалов современных внедорожников. Что касается недостатков такой конструкции, то к ним следует отнести неполное автоматическое блокирование, а также риск перегрева в том случае, если она работает в течение длительного периода времени. Дело в том, что значительная часть передаваемой ей кинетической энергии вращения преобразовывается в энергию тепловую.

Блокировка типа Torsen

Она состоит из таких основных элементов, как корпус, левая и правая полуосевые шестерни, их сателлиты и выходные валы. Специалисты в области автомобилестроения считают, что конструкция блокировки межосевого дифференциала этого типа является на сегодняшний день наиболее эффективной и совершенной.

Основу этого механизма блокировки составляют две пары червячных колес, в каждой из которых есть ведущее и ведомое (они называются полуосевыми и сателлитами). Функционирование этой системы основывается на некоторых особенностях, которые имеют шестерни такого типа. Если все колеса автомобиля имеют одинаковое сцепление с поверхностью, то дифференциал работает в штатном режиме. Как только одно из них начинает по тем или иным причинам вращаться быстрее остальных, то сателлит, связанный с ним, пытается начать вращение в обратную сторону. Вследствие этого происходит перегрузка червячной шестерни, а выходные валы блокируются. «Высвободившийся» крутящий момент переходит на другую ось, в результате чего его значения уравниваются.

Важнейшими преимуществами блокировки межосевого дифференциала типа Torsen являются очень высокая скорость срабатывания и широкий диапазон значений переброски вращающего момента с оси на ось. Кроме того, такая блокировка не перегружает тормозную систему автомобиля. Основным недостатком такой конструкции ее сложность.

Блокировка с фрикционной муфтой

Главной отличительной особенностью такой системы является то, что она предполагает возможность как автоматической, так и ручной блокировки межосевого дифференциала. Конструктивно она очень похожа на системы с вискомуфтой, только вместо последней в ней установлены фрикционные диски.

При плавном движении автомобиля угловые скорости между его ведущими осями распределяются равномерно. Если одна из полуосей ускоряется, то фрикционные диски сближаются, сила трения между ними увеличивается, в результате чего происходит притормаживание полуоси.

Системы блокировки межосевых дифференциалов, устроенные на основе фрикционных муфт, на серийных автомобилях практически не применяются. Она достаточно сложна по своей конструкции, к тому же имеет невысокий ресурс из-за того, что рабочие элементы (фрикционные диски) быстро изнашиваются. Кроме того, устройства блокировки с фрикционными муфтами требуют частого обслуживания.

Читайте также: Что такое паркетник и чем он отличается от внедорожника.

Самый полный привод

Купе Audi quatrro в сыграло ключевую роль в популяризации легковых автомобилей со всеми ведущими колёсами. Но немецкую фирму ни в коем случае нельзя назвать пионерами полного привода.

Этот материал мы задумывали как типичный «ликбез» из серии «Всё, что вы хотели знать о полном приводе, но не знали, у кого спросить». Чем дифференциальный привод отличается от подключаемого с помощью вискомуфт или агрегатов типа Haldex, для чего нужны самоблокирующиеся дифференциалы. Но чем больше мы изучали историческую сторону вопроса, тем больше удивлялись. Оказывается, первый легковой автомобиль с постоянным полным приводом был сделан в Голландии ещё сто лет назад! А в 1935 году, например, полноприводный американский гоночный автомобиль чуть было не спас человечество от Второй мировой войны.

Зачем легковому автомобилю полный привод? Сейчас, в начале XXI века, этот вопрос кажется риторическим. Конечно же, для лучшей реализации тяговых сил двигателя. Для того чтобы колёса при разгоне на скользком покрытии как можно меньше буксовали вхолостую. Четыре ведущих колеса лучше, чем два! Но человечество долго постигало эту азбучную истину. Спросите любого автознатока — и он вам ответит, что эра полного привода на массовых легковых автомобилях началась только в с появлением Audi Quattro. Назовёт он и редких предшественников — например, английский суперкар Jensen FF 1966 года и Subaru Leone 4WD 1972 года. Впрочем, настоящий знаток тут же оговорится: первые полноприводные автомобили Subaru не имели постоянного полного привода — он был подключаемым. А это, как говорят в Одессе, две большие разницы.

Паллиатив

Подключаемый привод на одну из пар колёс — решение на легковых автомобилях паллиативное. Такую трансмиссию в англоязычном мире часто называют Part-Time 4WD, «временный полный привод», и пришла она из мира внедорожников и грузовой техники повышенной проходимости. Такой автомобиль, у которого одна из осей постоянно ведущая, а другая жёстко подключается в случае необходимости, способен проявить свои полноприводные качества только на время преодоления бездорожья. А для движения по дорогам с твёрдым покрытием жёсткий полный привод приходится отключать. Почему? Причина — в так называемой циркуляции мощности. Ведь в повороте передние колёса проходят больший путь, двигаясь по дугам большего радиуса, а значит, и вращаются быстрее задних. Причём чем круче поворот, тем разница больше. И на автомобилях с таким типом привода тяга на передних колёсах падает, а на задних — наоборот, растёт. В некоторых случаях тяговый момент может смениться тормозным, то есть передние колёса будут увеличивать сопротивление движению автомобиля. Когда под колёсами грязь или снег, в этом нет ничего страшного — разве что автомобиль станет хуже слушаться руля и пойдёт наружу «плугом» с вывернутыми колёсами.

Тем не менее блокированный полный привод на легковых дорожных автомобилях применяли. Правда, это были скорее легковушки повышенной проходимости. Например, в СССР ещё в 1938 году небольшими партиями начали выпускать ГАЗ-61 — полноприводную «эмку» с шестицилиндровым мотором и с подключаемым передним мостом. После войны делали и «внедорожный» вариант «Победы», , и с аналогичной трансмиссией. Да и Subaru Leone 4WD 1972 года, кстати, тоже делали для преодоления внедорожья — клиренс у машин с подключаемым задним мостом был выше, чем у обычных переднеприводных Subaru.

Итак, на дорогах с твёрдым покрытием, где легковые автомобили проводят большую часть времени, подключаемый привод бесполезен — он лишь утяжеляет автомобиль. Ведь всё это время машине приходится «возить с собой» раздаточную коробку, в которой происходит отбор мощности к «временно ведущей» второй оси, ещё один карданный вал, главную передачу второго моста.

Меж тем превратить «временный» полный привод в постоянный, , очень просто. Нужно лишь добавить в раздаточную коробку межосевой дифференциал.

Постоянный полный

Зачем нужен межосевой дифференциал? Два межколёсных дифференциала, передний и задний, позволяют каждой паре колёс в поворотах вращаться с разными скоростями. А межосевой выполняет эту работу для обоих ведущих мостов. Поэтому автомобиль с тремя дифференциалами легко может двигаться с постоянным полным приводом по любым дорогам!

Элементарно? Меж тем до начала годов считалось, что постоянный полный привод дорожным автомобилям не нужен. Мол, к чему двигателю на сухом асфальте постоянно вращать вторую пару колёс и соответствующие детали трансмиссии — это и шум, и повышенный расход топлива. И лишь после появления Audi Quattro общественное мнение стало меняться в сторону постоянного полного привода. Ведь тяга двигателя при этом постоянно распределяется не на два, а на все четыре колеса, оставляя больший запас по сцеплению для восприятия боковых сил. И в повороте такой автомобиль оказывается намного более устойчивым при разгоне или при торможении двигателем.

Кстати, первыми массовыми автомобилями с межосевыми дифференциалами в трансмиссии считаются Range Rover (1970) и наша «Нива» (1976). Но так как обе эти машины всё-таки принадлежат к внедорожному племени, то лавры первопроходца среди легковушек пожинает Audi Quattro.

А что же конструкторы гоночных автомобилей — неужели они не применили постоянный полный привод раньше? Мы знали, что попытки сделать полноприводные гоночные машины предпринимались и до эпохи Quattro. Например, первым послевоенным проектом Фердинанда Порше был полноприводный гоночный болид Cisitalia 360 среднемоторной компоновки с полуторалитровым двигателем. Но доподлинно известно, что привод на передние колёса у этого чуда техники был отключаемым — гонщик должен был задействовать его только на прямых участках трассы, а перед поворотом вновь переходить на задний привод.

А были ли предшественники у Чизиталии? Оказалось, например, что тот же Фердинанд Порше ещё в 1900 году построил электромобиль с четырьмя ведущими мотор-колёсами. Но настоящий шок у автознатока вызовет гоночный автомобиль голландской фирмы Spyker образца 1902 года. В те дремучие времена, когда даже тормоза делали только на задних колёсах, у этого автомобиля был самый что ни на есть постоянный полный привод — с межосевым дифференциалом!

Так что можно смело заявлять, что нынче схема 4WD справляет своё столетие. Полноприводных Спайкеров было выпущено немного — они стоили сумасшедших денег и по разным причинам не смогли добиться успеха в гонках. Не намного удачнее оказались и другие полноприводные гоночные автомобили — Bugatti Tipo 53 и Miller FWD начала годов. Что касается Bugatti, то инициатива принадлежала фиатовскому инженеру Антонио Пикетто, который в 1930 году предложил Этторе Бугатти построить гоночную машину с колёсной формулой 4×4. И в 1932 году были сделаны три полноприводных Bugatti Tipo 53 — с мощными компрессорными трёхсотсильными моторами, с постоянным полным приводом и с тремя дифференциалами.

Интересно, что перед созданием полноприводного Bugatti итальянцы тщательно изучили приобретённый специально под разборку переднеприводный американский гоночный Miller. В свою очередь американец Гарри Миллер заинтересовался затеей Бугатти и тоже решил построить полноприводную версию своего автомобиля, заручившись спонсорством фирмы FWD (Four Wheel Drive — «Четыре ведущих колеса»), выпускавшей грузовики с колёсной формулой 4×4. Так появились полноприводные гоночные болиды Miller FWD.

Именно с этими машинами связан любопытный эпизод: во время гонки на берлинском треке Avus в 1935 году полноприводный Miller шёл третьим, когда его рядная «восьмёрка» не выдержала и буквально взорвалась. При этом куски мотора лишь немного не долетели до трибуны, на которой среди прочих важных персон из национал-социалистической партии сидел сам Гитлер! Право, редкий случай, когда об отсутствии человеческих жертв стоит пожалеть. Прилетел бы осколок поршня в голову одного человека — и ход мировой истории был бы совсем другим.

Но Bugatti Т53 и Miller FWD не получили должной оценки — подвели «сырая» конструкция и постоянные поломки. Зато следующий эпизод в истории легковых машин с постоянным полным приводом оказался воистину судьбоносным.

Формула Фергюсона

Чтобы оценить всю важность того, что происходило в Англии на рубеже годов, вернёмся к теории. Межосевой дифференциал создан для того, чтобы «развязать» обе ведущие оси. Например, задние колёса бешено буксуют, а передние стоят на месте. И дифференциал этому никак не препятствует!

Лекарство от этого недуга впервые придумали конструкторы внедорожников — это принудительная блокировка. В нужный момент водитель дёргает за рычаг, механизм намертво фиксирует шестерни межосевого дифференциала — и трансмиссия из дифференциальной, «свободной», становится жёстко замкнутой. Именно по этой схеме были сделаны и первые поколения автомобилей Range Rover, и наша «Нива», и множество других внедорожников. И, кстати, первые автомобили Audi Quattro тоже — в этих машинах до 1984 года водителю приходилось самостоятельно включать блокировку межосевого дифференциала.

Но это решение опять-таки паллиативное: блокировку на дорожной машине можно задействовать только на бездорожье. А на асфальте её нужно выключать. И если автомобиль внезапно попадёт на скользкий участок, колёса одной из осей при подаче тяги начнут буксовать раньше других.

А можно ли сделать так, чтобы дифференциал при пробуксовке блокировался сам, автоматически? Внедрение самоблокирующегося межосевого дифференциала связано с именем англичанина Тони Ролта, гонщика и конструктора. Он и его друг Фред Диксон, тоже гонщик и страстный любитель повозиться с автомобильными железками, ещё до войны открыли собственное бюро Rolt/Dixon Developments по подготовке гоночных автомобилей. После войны два друга увлеклись идеей постоянного полного привода. Построив экспериментальную полноприводную «тележку» под названием «Краб», Ролт и Диксон в 1950 году перешли под крыло Гарри Фергюсона, преуспевающего тракторного фабриканта. Так возникла фирма Harry Ferguson Research.

Фергюсона мало интересовали гоночные болиды, зато он мечтал о безопасном дорожном автомобиле, колёса которого не буксовали бы при разгоне и не блокировались при торможении. И Ролт с Диксоном решили спроектировать такую машину «с нуля» — полностью, включая кузов, трансмиссию и силовой агрегат!

Знаний друзьям не хватало, и на должность компетентного главного конструктора пригласили Клода Хилла, который ради столь интересной работы покинул Aston Martin. Но несмотря на финансы Фергюсона, работа шла неспешно — экспериментальный седан Ferguson R4 был готов только через шесть лет. Зато какой: полноприводный, с оппозитной «четвёркой», с дисковыми тормозами на всех колёсах и с электромеханической антиблокировочной системой Dunlop MaxaRet, позаимствованной из авиации!

Но самое интересное для нас заключалось внутри раздаточной коробки прототипа. Разобрав её, помимо дифференциала мы бы увидели ещё дополнительный «набор» шестерёнок, две шариковые обгонные муфты и два пакета фрикционов. Пока колёса не скользили, всё это хозяйство мирно вращалось вхолостую. Но когда начиналась пробуксовка колёс одной из осей и разность частот вращения выходных валов достигала определенной величины, одна из муфт срабатывала, сжимала «свой» пакет фрикционов — и те тормозили шестерни дифференциала, моментально блокируя его и превращая дифференциальный привод в жёсткий!

Следующий прототип Ferguson R5 1962 года, на подготовку которого снова ушло шесть лет, оказался ещё интереснее — это был легковой полноприводный универсал. Эксперты журнала Autocar, которые позже испытывали Ferguson R5, делились впечатлениями: «Автомобиль достигает предела скольжений на невероятно высоких скоростях!»

Но никто из автомобилестроителей так и не взялся за выпуск первого в мире полноприводного универсала с межосевым самоблокирующимся дифференциалом и с АБС — слишком сложным и дорогим получился бы серийный Ferguson. Однако в 1962 году Ролту всё-таки удалось заинтересовать руководство компании Jensen — он предложил адаптировать полноприводную трансмиссию для купе Jensen CV8 с трёхсотсильным крайслеровским мотором V8, которое тогда готовили к серийному производству. Полный привод оказался мощному и скоростному купе как нельзя кстати!

Через три года был построен экспериментальный полноприводный Jensen FF. А в 1966 году появилась следующая модель — Jensen Interceptor, с ещё более мощной «восьмёркой». Кроме заднеприводного купе предлагался и вариант со скромным шильдиком JFF. Это был знаменитый Jensen FF — первый в мире полноприводный серийный автомобиль с самоблокирующимся межосевым дифференциалом и с АБС! Буквы FF — это Formula Ferguson, обозначение запатентованной Ролтом и коллегами трансмиссии.

Все без исключения автомобильные журналисты того времени упоминали выдающуюся устойчивость полноприводных Дженсенов и «практически неограниченный запас тяги на мокром асфальте». Жаль, что самого Фергюсона к тому времени уже не было в живых — он умер в

Почему мы столь подробно рассказываем о Формуле Фергюсона? Да потому, что именно фирма Harry Ferguson Research впервые в мире уделила столь серьёзное внимание полному приводу как средству повышения активной безопасности!

Мы уже говорили, что привод на четыре колеса оставляет больший запас по сцеплению для восприятия боковых сил. И это плюс. Но есть и минус — теряется однозначность реакций на подачу топлива. Если на мощном заднеприводном автомобиле в скользком повороте резко нажать на газ, это вызовет занос задней оси. На переднеприводной машине, наоборот, при подаче тяги в скольжение сорвутся передние колёса. Хорошо это или плохо — не в том дело. Главное, что водитель всегда знает, как поведёт себя автомобиль в таком случае.

А какая ось сорвётся в скольжение на полноприводном автомобиле? На этот вопрос ответить непросто. Если в данный момент больше разгружен передок или под передними колёсами более скользкое покрытие, то начнётся снос. А если худшие условия по сцеплению имеют задние колёса, то машина уйдёт в занос. Реакция может быть неоднозначной! И это небезопасно.

К счастью, Тони Ролт сам был гонщиком, причём очень хорошим — однажды, в начале он даже выиграл гонку в Ле-Мане. Поэтому Ролт с коллегами с самого начала попытались избежать неоднозначности полного привода, применив несимметричный межосевой дифференциал. На задние колёса всех машин с фергюсоновскими трансмиссиями подавалось 63% крутящего момента, на передок — 37%. Таким образом реакция на увеличение тяги была приближена к заднеприводной.

Самоблокирующийся дифференциал позволил Дженсену взять лучшее от обоих типов трансмиссий. Лёгкий вход в поворот и отсутствие циркуляции мощности в штатных режимах движения без пробуксовки — от дифференциального привода. А лучшую реализацию тяги двигателя при пробуксовке — от жёсткого.

Но обгонные муфты механизма блокировки работали жёстко, в пульсирующем режиме, моментально превращая несимметричный дифференциальный привод в блокированный и обратно. Поэтому при пробуксовке неоднозначность увеличивалась! Был нужен механизм, который бы более гибко и плавно изменял степень блокировки межосевого дифференциала. И в конце годов Тони Ролт вместе с Дереком Гарднером, который позже был главным конструктором болидов Tyrrell, занялись странными, на первый взгляд, экспериментами с силиконовой жидкостью, что использовалась в муфтах привода вентиляторов радиаторов. Да-да, именно Ролт с Гарднером вошли в историю как изобретатели вискомуфты!

Самоблокирующиеся развиваются

Цилиндр с пакетами фрикционов внутри, заполненный силиконовой жидкостью, отлично подходил для намеченной Ролтом цели — тормозить шестерни межосевого дифференциала при пробуксовке колёс. Пока скорости вращения всех колёс примерно равны, вискомуфта никак не вмешивается в работу межосевого дифференциала. Но вот колёса одной из осей забуксовали. Шестерёнки межосевого дифференциала тут же начинают раскручиваться, связанные с ним пакеты фрикционов вискомуфты «взбивают» силиконовую жидкость, и муфта «схватывается», блокируя межосевой дифференциал частично или полностью.

Такое устройство блокировало дифференциал плавнее и мягче, что положительно сказывалось на управляемости. После оформления патентов на вискомуфту Тони Ролт в 1971 году образовал фирму FF Developments — специально для того чтобы оснащать автомобили полноприводными трансмиссиями своей разработки. Например, среди первых заказов фирмы были полноприводные версии фургончиков Bedford для английских лесничеств, партия автомобилей Ford Zephyr FF для полиции или седаны Opel Senator 4×4 для британской военной миссии в Берлине. Но самым главным достижением FFD стала трансмиссия для американского автомобиля AMC Eagle, который выпускался с 1979 по 1988 год. Это был обычный легковой AMC Concord, но с поднятым на 75 мм кузовом и с увеличенными «внедорожными» шинами. И конечно же, с полноприводной трансмиссией. Причём впервые в мире серийный автомобиль был оснащён межосевым дифференциалом, блокирующимся вискомуфтой!

Конечно, создавался AMC Eagle главным образом для тех, кто периодически штурмует бездорожье, — полный привод появился на этих машинах не из-за желания добиться более уверенного разгона или лучшей устойчивости и управляемости, как в случае с суперкаром Jensen FF или с Audi Quattro. Но с трансмиссионной точки зрения прямыми наследниками AMC Eagle стали такие драйверские автомобили, как Subaru Impreza Turbo или Mitsubishi Lancer Evo с первого по шестое поколения. Ведь их межосевые дифференциалы тоже блокируются встроенными вискомуфтами.

Серийное купе Audi Quattro, которое появилось в 1981 году, через два года после дебюта AMC Eagle, оснащалось обычным «свободным» межосевым дифференциалом с принудительной блокировкой. Правда, Фердинанд Пьех, который в начале был начальником инженерного департамента Audi, выбрал для Quattro очень изящную схему, отлично подходившую для компоновки ингольштадтских машин. Продольно расположенный силовой агрегат переднеприводного автомобиля прямо-таки указывал торцом коробки передач на задние колёса — осталось лишь встроить в корпус трансмиссии межосевой дифференциал. Но для привода на передние колёса конструкторы Пьеха не стали городить традиционный для полноприводников огород с отдельной «раздаткой». Немцы сделали вторичный вал коробки полым — и сквозь него пропустили приводной вал передних колёс. Воистину, всё гениальное просто.

С самого начала на Audi, в отличие от FFD, выбрали симметричное распределение крутящего момента по осям — . А в 1984 году из салонов полноприводных Audi наконец-то исчезли архаичные ручки принудительной блокировки «центра» — в трансмиссиях Quattro появился привычный нам самоблокирующийся дифференциал Torsen. Название Torsen происходит от английских слов torque sensing и отражает способность этого чисто механического устройства мгновенно и плавно увеличивать степень своей блокировки в ответ на изменение крутящего момента на выходных валах. Поэтому Торсену не нужна вискомуфта — он блокируется сам. Причём срабатывает не от разности скоростей вращения уже после начала пробуксовки, а ещё до начала скольжения: Torsen способен реагировать на изменение сцепных условий в пятне контакта шин с дорогой!

Кстати, когда в последнее время конструкторы больших внедорожников стали задумываться о достижении «легковой» управляемости, они тоже вспомнили про Torsen — он используется в трансмиссиях таких автомобилей, как новый Range Rover, VW Touareg/Porsche Cayenne и Toyota Land Cruiser Prado.

Но вернёмся в Триумфальный выход Audi Quattro на раллийную сцену послужил началом полноприводного бума — все раллийные команды группы В бросились создавать версии 4×4. Один за другим появились Peugeot 205 T16, Metro 6R4, Lancia Delta S4, Ford RS200. Все как один — с вискомуфтами в самоблокирующихся дифференциалах разработки FFD. За работу с раллийными командами на FFD отвечал Стюарт Ролт, сын Тони.

В начале годов обращался к FFD и завод АЗЛК, когда было решено проектировать раллийную полноприводную модификацию «Москвича»-2141 . С помощью англичан была создана трансмиссия с тремя самоблокирующимися дифференциалами — передним, задним и межосевым (точь-в-точь как на болидах Ford RS200). Управляемость экспериментальных полноприводных «Москвичей» в предельных режимах заслуживала самых лестных оценок — поведение машин в скольжении было предсказуемым и удобным для гонщиков. Оказалось, что, подбирая «жёсткость» блокирующих вискомуфт во всех трёх дифференциалах, можно в широком диапазоне настраивать управляемость автомобиля. Например, более «строгая» блокировка заднего межколёсного дифференциала повышает склонность автомобиля к заносу задней оси. Увеличение коэффициента блокировки переднего или межосевого дифференциала, наоборот, повышает запас устойчивости — автомобиль менее охотно заезжает в поворот из-за проскальзывания и сноса передних колёс.

Однако такая настройка актуальна только в одном случае — при раллийном стиле езды со скольжениями. Поэтому три самоблокирующихся дифференциала — это прерогатива болидов группы WRC. Причём на этих машинах, как правило, внутрь дифференциалов встроены уже не вискомуфты, а пакеты многодисковых фрикционов с гидроприводом и с электронным управлением. Таким образом конструкторы получают широчайшие возможности по настройке управляемости в режиме реального времени. Например, при входе в поворот бортовой компьютер может «распустить» муфты во всех трёх дифференциалах, превратив их в «свободные» — чтобы автомобиль легче заходил в вираж. А когда пилот начнёт ускоряться при выходе на прямую, электроника даст команду, и сервопривод «зажмёт» муфты в дифференциалах таким образом, чтобы добиться минимальной пробуксовки всех колёс и в то же время не перейти грань приемлемой недостаточной поворачиваемости, за которой болид вынесет наружу виража.

Кстати, первыми применили управляемые муфты в Daimler-Benz — в трансмиссии автомобиля Mercedes-Benz 4Matic с кузовом W124 образца 1986 года. Причём муфт там было три — при необходимости электроника сперва подключала привод на передние колёса, а потом последовательно задействовала блокировки межосевого и заднего межколёсного дифференциалов. Но такая трансмиссия оказалась неоправданно сложной. Кроме того, на нестабильном покрытии электроника то подключала передние колёса, то отключала.

Ещё одним пионером применения электронноуправляемых муфт в скоростных автомобилях стала фирма Porsche — на модели Porsche 959 1986 года было две муфты, а электроника работала в четырёх режимах, которые мог выбирать водитель. Позже серийные автомобили с трансмиссиями подобной сложности начали выпускать японцы — это, например, Mitsubishi Lancer Evo, наиболее совершенный полноприводный дорожный автомобиль из всех, что когда-либо проходили испытания Авторевю. Эволюция с межосевым управляемым дифференциалом ACD и задним дифференциалом с активным распределением крутящего момента AYC способна творить чудеса.

Вместо дифференциала

Пока раллийные инженеры колдовали с механизмами самоблокировки, конструкторы массовых легковушек, наоборот, пошли по пути упрощения — и вообще отказались от межосевого дифференциала, заменив его вискомуфтой. Первым европейским легковым автомобилем с такой трансмиссией стал Volkswagen Golf II Syncro 1985 года — его трансмиссию разрабатывали инженеры фирмы GKN, которая ещё в 1969 году приобрела FFD. Преимуществами такой схемы были простота и унификация полноприводной модели с базовой. В нормальных условиях автомобиль сохранял характеристики и управляемость переднеприводного, а при пробуксовке передних колёс уже через 0,2 секунды срабатывала вискомуфта, способная подавать назад до 70% крутящего момента.

Но такой «упрощенный» привод задних колёс обладал существенным недостатком — даже небольшая задержка в срабатывании вискомуфты усугубляла неоднозначность реакций. При подаче газа в скользком повороте автомобиль сначала сносило наружу, как переднеприводный, а потом, с подключением задних колёс, он резко менял характер — и мог уйти в занос.

Здесь отличились японцы — они неоднократно пытались сгладить этот недостаток, подбирая характеристики вискомуфт и используя их не только для включения привода на задние колёса, но и для блокировки межколёсных дифференциалов. На некоторых моделях (например Nissan Sunny/Pulsar 1988 года) было аж три вискомуфты: одна включала привод на задние колёса, а две другие служили для блокировки межколёсных дифференциалов. В автомобилях Ноnda Concerto 4WD вискомуфты заменяли не только межосевой, но и задний межколёсный дифференциал.

Но потом оказалось, что вместо вискомуфты в приводе задних колёс гораздо удобнее использовать просто фрикционную муфту, пакеты которой сжимаются гидроприводом. А управлять сжатием фрикционов и, соответственно, регулировать величину подаваемого к задним колёсам крутящего момента отлично может электроника.

Нынче большинство легковых полноприводников и паркетников имеют в приводе одной из осей управляемую муфту — будь то Haldex на автомобилях гольф-платформы концерна VW, система фирмы Honda или xDrive на BMW. Причём быстродействие современных муфт сделало задержку в подключении колёс практически незаметной — теперь всё зависит только от того, как настроена управляющая электроника. Например, трансмиссии автомобилей Golf 4Motion и Audi A3 Quattro совершенно идентичны конструктивно. Но разное программное обеспечение позволяет фольксвагеновцам выбирать симметричное распределение момента по осям, а инженеры Audi предпочитают подавать назад только 40% тяги, придавая своим машинам более переднеприводный характер. Дело вкуса.

А какие из этих схем предпочитаем мы? Легковые дорожные автомобили с подключаемым вручную приводом на вторую ось ныне, слава богу, не выпускаются. А что касается остальных трёх схем.

Конечно же, самые интересные, с нашей точки зрения, автомобили — это наследники Формулы Фергюсона, в трансмиссиях которых есть самоблокирующийся межосевой дифференциал. И неважно, какими путями осуществляется блокировка — вискомуфтой, как на автомобилях Subaru, механическим дифференциалом Torsen, как на моделях Audi Quattro, VW Phaeton, или электронноуправляемыми муфтами (Mitsubishi Lancer Evo). Главное, что автоматически блокирующийся «центр» при грамотной настройке может значительно улучшить управляемость автомобиля — сделать его более безопасным и приятным для искушённого водителя.

Но машины с автоматически подключаемым приводом на задние колёса мы тоже не сбрасываем со счетов — их становится всё больше. Муфту Haldex в последнее время активно используют Volvo и Saab. Трансмиссии со «свободными» межосевыми дифференциалами тоже находят своё применение — причём на таких скоростных автомобилях, как Мерседесы 4Matic всех классов. Но на этих машинах вместе с дифференциальным полным приводом в обязательном порядке «работает» неотключаемая антипробуксовочная электроника, которая в какой-то мере компенсирует отсутствие механизма самоблокировки.

Однако в последнее время мы замечаем, что по реальным ездовым свойствам автомобили с разными полноприводными трансмиссиями становятся все ближе друг к другу — естественно, при движении по дорогам общего пользования, а не на раллийных трассах. И чем более совершенными будут становиться электронные антипробуксовочные системы и программы управления муфтами типа Haldex, тем меньше будет различаться управляемость оснащённых ими автомобилей. Очевидно, это и есть прогресс.

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Что такое дифференциал в автомобиле

Представьте заднеприводную машину, которая разворачивается на асфальтированной парковке: руль до упора влево, она плавно трогается с места.

При этом заднее левое колесо будет вращаться очень медленно. Может показаться, что машина разворачивается вокруг него. Правое заднее колесо при этом будет крутиться гораздо быстрее: ему необходимо пройти большое расстояние. Все это возможно благодаря дифференциалу.

В этой статье мы разберемся, что с ним происходит в момент поворота, из чего дифференциал состоит, каким бывает и сколько денег придется потратить, если его нужно будет обслужить.

Что вы узнаете

Как устроен дифференциал

Дифференциал есть в трансмиссии любого современного автомобиля. Благодаря ему ведущая ось может вращать колеса с разной скоростью.

Вот как устроен классический межколесный дифференциал:

1. Корпус дифференциала. На нем закреплена ведомая шестерня редуктора.
2. Шестерни-сателлиты. Их обычно две, хотя на грузовых автомобилях может быть и четыре. Сателлиты закрепляют на оси внутри корпуса дифференциала.
3. Ось сателлитов — в виде единого стержня, если сателлитов два. Когда их четыре, ось в дифференциале крестообразная.
4. Две шестерни полуосей. К ним подходят полуоси колес.

У автомобилей с задним приводом дифференциал размещен в корпусе заднего моста или редуктора. У переднеприводных автомобилей — в коробке передач. В полноприводной машине дифференциалов несколько, могут быть расположены как в корпусе КПП, так и в отдельном корпусе редуктора.

Дифференциалы бывают конические, цилиндрические и червячные. Они различаются типом зубчатой передачи шестерен, но общий принцип строения любого дифференциала одинаковый — планетарный редуктор.

Цилиндрический дифференциал устанавливают на полноприводные автомобили в качестве межосевого. У этого дифференциала обычно разное количество зубьев у шестерен приводов ведущих мостов, что обеспечивает неравномерное распределение крутящего момента между передним и задним мостом.

Например, на внедорожниках крутящий момент распределяется в соотношении 60 к 40:

1. На заднюю ось передается 60% крутящего момента. На эту ось приходится часть веса кузова авто или рамы, частично трансмиссии, а при необходимости — прицепа.
2. На переднюю ось — 40%. На ней вес двигателя и отчасти трансмиссии.

Момент распределили в соответствии с развесовкой автомобиля, чтобы трансмиссия работала наиболее эффективно. Такую конструкцию называют несимметричной.

Червячный дифференциал можно использовать и как межосевой, и как межколесный. Он симметричный: на шестернях полуосей одинаковое количество зубьев, усилие на колеса распределяется в равном соотношении.

Конический дифференциал тоже симметричный, но его обычно ставят только в качестве межколесного.

Где в автомобиле дифференциал

У переднеприводных автомобилей он находится в коробке передач вместе с главной передачей.

В авто с задним приводом дифференциал расположен в корпусе заднего редуктора. К нему от коробки передач подходит карданный вал.

У машин с полноценным полным приводом в трансмиссии три дифференциала: два межколесных и один межосевой — в раздаточной коробке между двумя ведущими осями. Если отдельной раздатки нет, межосевой дифференциал могут установить прямо в корпусе КПП. У полного привода системы парт-тайм — с жестко подключаемой осью — межосевого дифференциала нет, его роль выполняет муфта включения полного привода.

Как работает дифференциал

Рассмотрим работу дифференциала в трех стандартных ситуациях: при движении по прямой, при повороте, при пробуксовке одного из ведущих колес.

При движении прямо:

1. Крутящий момент от ведущей шестерни главной передачи передается на ведомую шестерню и корпус дифференциала.
2. Сателлиты передают усилие на шестерни полуосей, но остаются при этом неподвижными.
3. Шестерни полуосей вращаются равномерно вместе с корпусом дифференциала, колеса вращаются с одинаковой скоростью.

Когда автомобиль поворачивает:

1. Ведущая шестерня главной передачи передает крутящий момент на ведомую шестерню.
2. Ведомая шестерня приводит в движение шестерни полуосей.
3. Шестерня полуоси того колеса, которое находится ближе к центру поворота, замедляется из-за большего сопротивления и начинает передавать усилие на сателлиты.
4. Шестерни-сателлиты начинают вращаться и ускоряют вращение шестерни полуоси внешнего колеса: того, что проходит внешний радиус поворота.
5. Ближнее к центру колесо начинает вращаться медленнее, внешнее колесо — быстрее.

Как работает дифференциал, когда колесо пробуксовывает:

1. Шестерни полуосей начинают вращаться при передаче усилия от ведущей шестерни.
2. Шестерня полуоси того колеса, которое встречает наибольшее сопротивление, замедляется, в движение приходят сателлиты.
3. Благодаря сателлитам скорость вращения колеса с наименьшим сопротивлением увеличивается.

Получается, когда автомобиль одним ведущим колесом попадает на лед или застревает в грязи, дифференциал отдает большую скорость туда, где сопротивление меньше. В момент пробуксовки это как раз буксующее колесо. А колесо, которое стоит на твердой поверхности, наоборот, останавливается: у него сопротивление больше. В результате автомобиль никуда не едет. Чтобы решить эту проблему, в дифференциал стали устанавливать блокировки.

Какие бывают блокировки дифференциалов

Блокировка дифференциала не дает передавать большую скорость на колесо с меньшим сопротивлением: так решается проблема пробуксовки. Блокировки бывают ручные или автоматические — такие дифференциалы называют самоблокирующимися. Автоматические блокировки тоже могут быть разными: например, блокировка с помощью вязкостной муфты или червячный дифференциал типа «торсен».

Ручная блокировка дифференциала встречается во внедорожниках с системой полного привода. В дифференциал устанавливают муфту, соединяющую корпус дифференциала с полуосью колеса. Для включения муфты используют пневматический, механический, гидравлический или электропривод. Включить блокировку можно при помощи кнопки в салоне или соответствующего рычага управления трансмиссией. Когда она срабатывает, колеса вращаются с одной скоростью — автомобиль перестает буксовать одним колесом.

Внедорожники с полным приводом ездят в том числе по асфальту, поэтому ручную блокировку нужно отключать сразу после того, как автомобиль съедет с плохой дороги. Если этого не сделать, есть риск повредить детали трансмиссии.

Автоматические блокировки устанавливают и на легковые авто, и на внедорожники: они различаются принципом работы блокирующего устройства.

Вязкостные муфты установлены с обеих сторон редуктора по направлению к каждому из ведущих колес. Они состоят из двух пакетов дисков: один соединен с корпусом дифференциала, второй — с фланцем приводного вала. Корпус муфты, в котором находятся диски, заполняют специальным силиконом. При равномерном движении шестерен диски внутри муфты проворачиваются с одинаковой скоростью и не перемешивают силикон. Когда скорость одного из колес растет, диски начинают перемешивать силикон, он нагревается и становится вязким. Муфта почти полностью блокируется до тех пор, пока скорость колес не выравнивается.

Такую блокировку можно встретить в межосевых дифференциалах полноприводных авто — например, у Субару Импреза GG/G11. Но для настоящего бездорожья она не подойдет: муфта слишком чувствительна к перегревам, а силикон с увеличением пробега теряет свои свойства.

Внутри червячных дифференциалов на месте шестерен-сателлитов устанавливают пары червячных шестерен. Из-за червячного зацепления зубьев такой сателлит может вращаться от ведомой шестерни, но не передает вращение на шестерню полуоси. Поэтому при большой разнице в скорости вращения полуосей червячные шестерни останавливаются, а дифференциал блокируется.

Наиболее распространенный дифференциал такого типа — дифференциал «торсен». У торсенов последних двух поколений все шестерни с червячным зацеплением, а сателлиты расположены вдоль корпуса дифференциала. В первом поколении червячными были только шестерни-сателлиты, и устанавливали их перпендикулярно полуосям. Такая конструкция считается самой мощной среди блокировок своего класса.

Червячные дифференциалы сейчас ставят на автомобили с полным приводом в качестве межколесных и межосевых. Хотя раньше их можно было встретить и у легковых автомобилей. Например, «Ауди» отказалась от торсенов в 2016 году, но до этого ставила их во все свои модели с полным приводом.