Как работает электронная блокировка дифференциала

Как выполнить блокировку дифференциала своими руками?

Блокировкой дифференциала оснащается большинство новых авто. Некоторые из старых моделей тоже имеют данный механизм, но, в основном, это внедорожники и грузовые автомобили. Зато на сегодняшний день каждый уважающий себя производитель для большей проходимости автомобиля по пересеченной местности и в плохих погодных условиях, дополняет систему привода данным механизмом.

Как правило, она устанавливается на заднюю ось, но все чаще можно встретить авто с блокировкой передних и задних колес. Модной тенденцией стала электронная блокировка дифференциала. Пользу системы переоценить невозможно, не зря многие автолюбителя устанавливают ее на автомобили, изначально не оборудованные механизмом. Чтобы загореться этой идеей, достаточно на своем опыте ощутить разницу езды с ограничением крутящего момента и без него. Или хотя бы увидеть, как будут эти автомобили вести себя в сложных дорожных условиях. Но для начала следует более подробно узнать о том, что такое блокировка дифференциала, и какую роль она играет в осуществлении привода от коробки передач к колесной оси.

ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ

Не многие из водителей знают, что правое и левое колесо проходят разное расстояние при езде. Обусловлено это явление тем, что при поворотах колеса прокручиваются под разным углом по отношению к полуоси. Внешнее на повороте проходит большее расстояние, чем внутреннее. Дифференциал распределяет крутящий момент между обоими колесами в зависимости от движения каждого из них. Если одно из колес по каким-то причинам перестает совершать обороты, его нагрузка идет на соседнее.

Неведущие оси не имеют между собой никакой связи, потому колеса вращаются независимо друг от друга. Соединены между собой полуоси ведущих колес. Привод устроен таким образом, что одна полуось и трансмиссия могут прокрутить оба колеса. На ровной дороге с хорошим покрытием – это практически не ощущается. А вот на пересеченной местности, скользкой или мокрой дороге отсутствие системы равномерного распределения крутящего момента дает знать о себе сразу. Дифференциал без блокировки вращает только ту полуось, на которой находится меньшее сопротивление.

Грубо говоря, дифференциал – это узел агрегата, распределяющий крутящий момент на колеса по полуосям.

УСТРОЙСТВО

Принцип работы выше названного агрегата одинаково, где бы ни был он установлен. В основу классического автомобильного дифференциала положена планетарная передача. Карданный вал вращает ведущую шестерню редуктора моста. Ее вращение передается ведомой зубчатке. А так как она прикреплена к корпусу дифференциала, тот движется вместе с ней. От корпуса вращающий момент при помощи независимых друг от друга шестерен, называемых сателлитами, передается на полуоси. Скорость вращения карданного вала делится между полуосями не поровну. Однако, при любом соотношении скоростей их сумма – величина всегда постоянная.

• автоматическая;
• принудительная, включаемая водителем.

По способу управления блокированием:

• механическая;
• электромеханическая;
• гидравлическая;
• пневматическая.

Принцип работы дифференциала

При вхождении машины в поворот становится понятно, как работает дифференциал.

Когда авто едет прямо, скорость вращения каждого элемента системы (входного вала, колес, полуосей) одинаковая. Вследствие разной нагрузки на колеса при повороте к процессу подключаются сателлиты (мощность мотора проходит сначала через них). Поскольку сателлиты являются независимыми и их два, то они задают разную частоту вращения полуосям (большую мощность получает колесо, двигающееся по внешнему краю и раскручивающееся сильнее). Чем более крутым будет поворот руля, тем больше становится разница передаваемой мощности.

Межосевой дифференциал, принцип работы которого примерно такой же, функционирует следующим образом: когда машина забирается в горку, задняя ось располагается ниже передней, масса начинает жать на заднюю часть транспортного средства, и система увеличивает крутящий момент на задних колесах. При спусках межосевой дифференциал действует точно так же, но уже на передние колеса.

Самостоятельная установка блокировки дифференциала

Мастерские довольно высоко оценивают свои услуги по установке блокировки дифференциала. Общая стоимость складывается из цены самого устройства (порядка 10–50 тыс. рублей, а иногда и больше), затрат на дополнительные запчасти и материалы, вознаграждения мастеру-установщику. Очевидно, что профессиональная установка ограничителя обойдётся вам в круглую сумму.

Существенно сократить расходы можно, применив собственные навыки и установив блокировку своими руками. На подготовительном этапе придётся обзавестись необходимым измерительным инструментом и комплектом регулировочных колец.

Пример установки блокировки дифференциала на УАЗ (видео):

Установка механизма производится по следующей схеме:

1. Расположить автомобиль на эстакаде или над смотровой ямой в гараже.
2. Надёжно закрепить его домкратами.
3. Снять все колёса и тормозные барабаны.
4. Демонтировать полуоси и аккуратно вытянуть их наружу.
5. Снять карданный вал.
6. Демонтировать редукторы.
7. Установить блок блокировки.
8. Произвести установку всех демонтированных узлов в обратной последовательности.

Настройка привода включения ограничителя

Перед установкой приводного тросика производят регулировку его рабочего хода.

Помимо описанных выше причин установки блокировки, её используют как способ исправить дефектный дифференциал, неправильно распределяющий усилие по колёсам.

При полностью отключенном дифференциале из-за большого крутящего момента могут возникнуть сложности с поворачиванием руля — это небольшая плата за возможность заставить автомобиль двигаться даже в самых сложных условиях (на скользкой поверхности, в грязи, в случае провисания колеса).

Блокировка дифференциала — устройство сложное, но его установка под силу даже неопытному водителю. Главное здесь — тщательная подготовка к работе и наличие специального инструмента.

Назначение блокировки

Особенность функционирования дифференциала имеет одну негативную сторону – чем меньше сопротивление встречает колесо, тем больше вращения узел передаст на него. Выливается это в то, что попавшее на скользкую поверхность или вывешенное колесо получает 100% крутящего момента, в то время как второе колесо оси, стоящее на твердой поверхности, остается без вращения. В итоге автомобиль обездвиживается. Из-за дифференциала преодоление даже незначительного бездорожья может обернуться проблемой, авто просто станет в грязи и все.

Не стоит на легковом автомобиле выезжать на бездорожье

Если обычные легковые машины не рассчитаны на движение по бездорожью, то дифференциалы на внедорожниках не дают раскрыть их возможности в полной мере. Устраняется негативное качество дифференциала его блокировкой. Но как работает блокировка дифференциала и что она из себя вообще представляет, знают не все автолюбители.

Блокировка представляет собой специальный механизм, добавленный в конструкцию дифференциала и обеспечивающий принудительное распределение момента по колесам в определенном соотношении. То есть блокировка исключает вероятность подачи вращения только на одно колесо ведущей оси. В результате даже при попадании одного из колес на скользкую поверхность, момент будет подаваться и на второе, поэтому автомобиль сохранит возможность движения.

Конструкторами разработаны самые разные виды блокировок дифференциала. Несмотря на конструктивно отличия все они выполняют одну и ту же задачу – сохраняют распределение крутящего момента по осям в заданном соотношении.

В целом существующие блокировки делятся на три типа:

1. Жесткая
2. Частичная
3. Электронная

Первые два типа включают множество вариантов, отличающихся по конструктивному исполнению, но используют единый принцип работы.

Фрикционная муфта

Фрикционная многодисковая муфта с гидравлическим управлением. Включение муфты 3 осуществляется увеличением давления в маслопроводе 5, который соединен с цилиндрами поршней 2 отверстиями в центре вала и наклонными отверстиями в детали 1. Движение передается от маховика 4 к валу 9.

При нормальных условиях передвижения момент передается на колесные оси в пропорции 50:50. Но если какая-либо из осей срывается в проскальзывание, в муфте происходит сжатие дисков и возникает эффект блокирования межосевого дифференциала. Крутящий момент подается на ту ось, что имеет наилучшее сцепление с покрытием. Фрикционная муфта может комплектоваться электрическим или гидравлическим приводом, приводящим в действие электромотором или гидроцилиндром соответственно. Ручной режим блокировки осуществляется водителем, который задействует соответствующий привод.

Схема работы дифференциала

Рассмотрим принцип, по которому работает симметричный межколесный конический дифференциал, распределяющий крутящий момент между колесами в трех различных условиях:

1. прямолинейное движение;
2. поворот;
3. пробуксовка.

При прямолинейном движении

Прямолинейное движение характеризуется равномерным распределением нагрузки между колесами автомобиля. Они имеют одинаковую угловую скорость. Сателлиты, размещенные в корпусе, не вращаются вокруг своих осей. Они передают крутящий момент от ведомой шестерни к полуосям через неподвижное зубчатое зацепление.

Работа дифференциала при повороте и прямолинейном движении

При повороте

Когда транспортное средство поворачивает, силы сопротивления и нагрузки распределяются следующим образом:

• Внутреннее колесо, имеющее меньший радиус от центра поворота, испытывает сопротивление большей силы, чем наружное. Увеличенная нагрузка заставляет его снизить скорость вращения.
• Наружное колесо, двигаясь по большему радиусу (большей траектории), наоборот, должно увеличить угловую скорость, чтобы автомобиль мог повернуть плавно, без пробуксовки.

Таким образом, колеса должны иметь разные угловые скорости. Замедление вращения полуоси внутреннего колеса приводит сателлиты в движение. Они, в свою очередь, посредством конической зубчатой передачи увеличивают скорость вращения полуоси наружного колеса. Крутящий момент, получаемый от главной передачи, остается неизменным.

При пробуксовке

Колеса автомобиля, движущегося даже прямолинейно по скользкой дороге или бездорожью, могут испытывать различную нагрузку: одно из них пробуксовывает, теряя сцепление с дорогой; другое, становясь более нагруженным, замедляется. Повторяется схема поворота. Только теперь она приносит вред: буксующее колесо может получить 100% принятого дифференциалом крутящего момента, а нагруженное вообще перестанет вращаться. Движение автомобиля прекратится.

Эти недостатки работы узла решаются различными способами:

• ручной или автоматической блокировкой;
• внедрением системы курсовой устойчивости.

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.

diff

Благодаря самоблокирующемуся дифференциалу «Калина» проходит переставку почти на 2 км/ч быстрее (95,6 против 93,8 км/ч). В сравнении с поведением машин в штатном исполнении, меньше углы поворота руля и запаздывания, при выполнении маневра почти не происходит занос и не возникают последующие колебания. Благодаря самоблокирующемуся дифференциалу «Калина» проходит переставку почти на 2 км/ч быстрее (95,6 против 93,8 км/ч). В сравнении с поведением машин в штатном исполнении, меньше углы поворота руля и запаздывания, при выполнении маневра почти не происходит занос и не возникают последующие колебания.

В экстремальных ситуациях вазовский малыш становится еще более непослушным и хуже прогнозируемым. Первые круги на закрытой трассе удается ехать быстрее, успевая компенсировать возникающие стихийные скольжения то передней осью, то задней — очень резкий занос, а иногда, наоборот, довольно продолжительный снос. Приходится интенсивнее, чем на «Калине» со свободным дифференциалом, работать рулем и газом. Однако, несмотря на то что ошибок больше и траектории далеки от оптимальных, время на круге лучше.

Альтернативные варианты

МНОГОДИСКОВЫЕ управляемые электроникой муфты выпускают не только в Швеции. Нестандартно подошли к созданию подобного устройства в компании BMW. Немецкая система “xDrive” (она используется на моделях “X5”, “X3”, а также полноприводных версиях автомобилей 3-й и 5-й серий) отличается тем, что диски в ней сжимает не гидравлика, а электромотор при помощи несложного рычажного механизма. По мнению баварцев, такая схема работает точнее и быстрее.

Также стоит упомянуть оригинальную муфту, созданную компанией “Borg Warner”. В ее конструкции используется не один, а два пакета дисков. Один из них отвечает непосредственно за передачу крутящего момента, а другой – обеспечивает плавную работу муфты.

Кстати, сегодня электронный блок управления муфтой нередко связывают с другими системами автомобиля. В результате получается активная трансмиссия, изменяющая свои характеристики в зависимости от режима движения машины. В этом случае электроника оценивает сигналы с множества датчиков (скорости, ускорений, поворота руля и т.д.) и регулирует блокировку муфты, тем самым направляя крутящий момент на те колеса, которые на данный момент обладают лучшим сцеплением с дорогой.

Впервые подобные активные трансмиссии появились на спортивных автомобилях, таких как “Mitsubishi Lancer Evolution”, но со временем их стали устанавливать и на другие модели. Правда, стоимость таких систем пока еще достаточно велика, и потому они используются в основном на дорогих автомобилях, например “Honda Legend” или “BMW X6”.

Система «Спрут»

Этот вариант считается наиболее оптимальным, если требуется преодолевать препятствия. С помощью такой системы создается полный контроль над движением транспортного средства. Цена на такую модель колеблется от пятисот до шестисот долларов. Блокировка винтовая, имеет длительный период эксплуатации, отлично ведет себя на обледеневшей дороге. Но эффективность ее может упасть, если хоть над одним колесом потеряно управление

Специалисты рекомендуют проявлять повышенную осторожность, эксплуатируя жесткий вид блокировки на колесах нестандартных диаметров, потому что это приводит к увеличению нагрузки и создает вероятность выходя из строя трансмиссии. Чтобы максимально продлить срок службы, необходимо при движении с включенной системой соблюдать скоростной режим, не превышающий десяти километров в час

Назначение механизма

Чтобы понять роль дифференциала, применяющегося в транспортных средствах всех типов, нужно рассмотреть конструкцию обычного планетарного редуктора, передающего усилие от карданного вала двум полуосям. Алгоритм работы агрегата прост:

1. Кардан вращает хвостовик с косозубой шестеренкой на конце.
2. От хвостовика крутится большая планетарная шестерня, соединенная с двумя полуосями.
3. Крутящий момент передается от планетарной шестерни полуосям и закрепленным на концах колесам.

Без дифференциала редуктор поровну распределяет крутящий момент на 2 оси, в результате колеса вертятся с одинаковой скоростью. Такое разделение вполне годится для прямолинейного движения, которое в реальности встречается довольно редко – даже при езде по ровным участкам трассы автомобиль отклоняется от прямой линии.

Чтобы машина идеально прошла поворот, колеса одного моста должны вращаться с разными скоростями, поскольку внешнее катится по более широкой дуге. Простой редуктор, обеспечивающий одинаковое вращение обеих полуосей, на повороте заставит одну шину скользить, вторую – буксовать, что заметно ухудшает маневренность авто.

Совмещенный с планетарным редуктором дифференциал нужен для изменения угловых скоростей правого и левого колеса в зависимости от крутизны поворота. Механизм автоматически распределяет крутящий момент на полуоси, позволяя колесным покрышкам совершать разное число оборотов при движении автомобиля по дуге. Без дифференциала нормальная эксплуатация транспортного средства невозможна по таким причинам:

• недостаточная управляемость;
• быстрое истирание шин;
• ускоренный износ деталей редуктора, валов и полуосей.

Жесткая блокировка

Основная особенность жесткого типа блокировки заключается в том, что после задействования она распределяет момент между осями поровну. То есть, ведущий мост начинает работать как будто дифференциала в его конструкции вовсе нет.

Самым простым конструктивным исполнением полной блокировки является создание жесткой связи между корпусом дифференциала, закрепленного на ведомой шестерне главной передачи, и одной из полуосей. В результате такой связи дифференциал теряет возможность распределения вращения и передачи его только на одно колесо.

Простейшее конструктивное исполнение полной блокировки сводится к посадке на шлицы полуоси дополнительной муфты с механизмом управления. На этой муфте, а также на корпусе дифференциала проделаны зубья, которыми осуществляется зацепление этих элементов.

Для блокировки достаточно лишь ввести в зацепление муфту с корпусом и полуось получается жестко связанной с главной передачей.

Механическая блокировка

Полная блокировка используется как на межколесных, так и межосевых дифференциалах внедорожников и имеет исключительно принудительное ручное включение. При этом нередко этот механизм на переднем мосту не используется, чтобы не влиять на управляемость авто.

Принцип работы механизмов полной блокировки идентичен для всех вариантов, отличия заключаются лишь в конструктивном исполнении. А вот приводы их могут быть разными:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;
• электрический.

При этом все виды приводов выполняют одну задачу – вводят в зацепление муфту с корпусом.

Механический тип привода представлен в виде системы тяг и рычагов, гидравлический — двумя цилиндрами (главным и рабочим), соединенных между собой трубопроводной магистралью, пневматический – пневмоцилиндром с рабочей камерой, электрический – электродвигателем.

Достоинством жесткой блокировки является обеспечение высокой проходимости авто, поскольку при любых условиях колеса всегда двигаются с одной скоростью.

Но есть и недостатки:

• Повышенная нагрузка на трансмиссию;
• Невозможность движения по дорогам с твердым покрытием;
• Не допускаются высокие скорости передвижения;
• Ручное управление.

Несмотря на это многие любители полноценных внедорожников предпочитают именно этот тип блокировки.

Плюсы и минусы самоблокирующегося дифференциала

Как и, любое устройство, самоблок имеет свои преимущества и недостатки.

Плюсы:

• повышение проходимость и управляемости автомобиля;
• автоматизация всего процесса;
• улучшение динамики при разгоне;
• устранение, хоть и частичное, пробуксовки одного из колес.

Минусы:

главный недостаток в том, что часто механизм включает блокировку тогда когда это не нужно, что может ухудшить управляемость авто.

Подводя итог, нужно подчеркнуть важность блокировки дифференциала. В сложных дорожных ситуациях она просто необходима для обеспечения высокого уровня безопасности и управляемости

И жизненно важна, для прохождения сложных трасс, горных местностей, размытого бездорожья. А способность самоблокирующегося дифференциала к полной автоматизации всех процессов еще и поднимает уровень комфорта автовладельца.

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».

Статья в тему: Стартер ВАЗ 2109 – как оценить неполадки и починить не хуже механика?

Расположение

Существуют 2 вида дифференциалов: межосевой и межколесный (находится в корпусе ведущего моста). Эти типы дифференциалов имеют ряд отличий. Расположение узла зависит от типа привода автомобиля.

Межколесный ставится на автомобили как с одной, так и с двумя ведущими осями. На переднеприводных авто из-за отсутствия карданной передачи узел стоит сразу за КПП (либо они совмещены в одном корпусе). На машинах с задним приводом он устанавливается в редукторе.

Межосевой ставят на автомобили с полным приводом. Он распределяет мощность уже не между колесами, а между двумя осями. Данный узел задействует при подъёмах и спусках. Из-за наклона авто масса перераспределяется и одна из осей нагружается больше.

Большинство полноприводных авто оборудовано сразу 3 дифференциалами (2 – межколесных и 1 — межосевой). В то же время для машины с одной ведущей осью достаточно всего 1-го межколесного узла.