Λύσεις — Διαφορικό Περιορισμένης Ολίσθησης (σελ. 96) – ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Διαφορικό Περιορισμένης Ολίσθησης

Λύσεις στις 9 ερωτήσεις της ενότητας: προορισμός/κατανομή ροπής διαφορικού, διαφορικά ελεγχόμενης εμπλοκής (πολύδισκοι συμπλέκτες, Torsen, συνεκτική σύζευξη), σύστημα Haldex, τετρακίνηση 4x4 (πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα, μηχανισμοί μετάδοσης).

Προορισμός του διαφορικού

Ερώτηση: Ποιος είναι ο προορισμός του διαφορικού;

Απάντηση:

• Ποιος είναι ο προορισμός του διαφορικού;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο προορισμός του διαφορικού είναι να επιτρέπει στους δύο κινητήριους τροχούς ενός άξονα να περιστρέφονται με διαφορετική ταχύτητα μεταξύ τους, όποτε αυτό χρειάζεται — κυρίως στις στροφές, όπου ο εσωτερικός προς το κέντρο της στροφής τροχός διαγράφει τόξο μικρότερης ακτίνας και επομένως χρειάζεται να περιστραφεί λιγότερο από τον εξωτερικό τροχό, που διανύει μεγαλύτερη απόσταση. Αν οι δύο τροχοί ήταν άκαμπτα συνδεδεμένοι στον ίδιο άξονα χωρίς διαφορικό, ο ένας από τους δύο θα αναγκαζόταν να γλιστρήσει (ολισθήσει) στο οδόστρωμα κατά τη διάρκεια της στροφής, προκαλώντας αυξημένη φθορά ελαστικών και δυσκολία στο τιμόνι. Παράλληλα, το διαφορικό μεταδίδει την κινητήρια ροπή από τον κεντρικό άξονα μετάδοσης στους δύο ημιάξονες των κινητήριων τροχών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Να επιτρέπει στους δύο κινητήριους τροχούς ενός άξονα να περιστρέφονται με διαφορετική ταχύτητα (κυρίως στις στροφές), ενώ ταυτόχρονα μεταδίδει σε αυτούς την κινητήρια ροπή

Κατανομή ροπής στρέψης σε διαφορικό

Ερώτηση: Πώς γίνεται η κατανομή της ροπής στρέψης σε ένα διαφορικό;

Απάντηση:

• Πώς γίνεται η κατανομή της ροπής στρέψης σε ένα διαφορικό;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε ένα κλασσικό (ανοιχτό) διαφορικό, η ροπή στρέψης κατανέμεται πάντα εξίσου (50:50) στους δύο κινητήριους τροχούς, ανεξάρτητα από τις συνθήκες πρόσφυσης του κάθε τροχού στο οδόστρωμα — θεωρητικά έχει συντελεστή φραγής 0% και συντελεστή κατανομής ροπής TBR=1 (στην πράξη, λόγω εσωτερικών τριβών, TBR≈1,1). Αυτό σημαίνει ότι, αν ο ένας τροχός βρεθεί σε έδαφος με πολύ μικρότερη πρόσφυση από τον άλλο (π.χ. πάγο ή λάσπη), το κλασσικό διαφορικό δεν μπορεί να στείλει περισσότερη ροπή στον τροχό με τη μεγαλύτερη πρόσφυση — αντίθετα, επειδή ο τροχός με τη χαμηλή πρόσφυση απαιτεί πολύ μικρότερη ροπή για να ξεκινήσει να σπινάρει, το διαφορικό «περιορίζει» ουσιαστικά τη διαθέσιμη ροπή και στους δύο τροχούς σε αυτό το χαμηλό επίπεδο, με αποτέλεσμα το αυτοκίνητο να ακινητοποιείται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Στο κλασσικό διαφορικό η ροπή κατανέμεται πάντα εξίσου (50:50, TBR=1) στους δύο τροχούς, ανεξάρτητα από τις συνθήκες πρόσφυσης του καθενός

Είδη διαφορικών ελεγχόμενης εμπλοκής

Ερώτηση: Ποια είδη διαφορικών ελεγχόμενης εμπλοκής συναντάμε στα αυτοκίνητα;

Απάντηση:

• Ποια είδη διαφορικών ελεγχόμενης εμπλοκής συναντάμε στα αυτοκίνητα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα πιο διαδεδομένα είδη διαφορικών ελεγχόμενης εμπλοκής («μπλοκέ» διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης) στα αυτοκίνητα είναι τρία: τα διαφορικά με πολύδισκους συμπλέκτες, στα οποία η εμπλοκή γίνεται μέσω δίσκων τριβής και δίσκων πίεσης (πλατό) που συμπιέζονται με ελατήρια προφόρτισης· τα διαφορικά τύπου Torsen, τα οποία χρησιμοποιούν ατέρμονες οδοντωτούς τροχούς (ζεύγη κεντρικών και μικρών πλάγιων ατερμόνων) και «αισθάνονται» τη ροπή αντί για τη διαφορά ταχύτητας των τροχών· και τα διαφορικά με συνεκτική σύζευξη (SYNCHRO-VISCO), τα οποία χρησιμοποιούν δίσκους βυθισμένους σε ειδική υγρή σιλικόνη, η οποία μεταβάλλει το ιξώδες της με τη θερμοκρασία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Διαφορικά με πολύδισκους συμπλέκτες, διαφορικά τύπου Torsen (ατέρμονες οδοντωτοί τροχοί), διαφορικά με συνεκτική σύζευξη (SYNCHRO-VISCO)

Κατανομή ροπής στα διάφορα είδη διαφορικού

Ερώτηση: Πώς γίνεται η κατανομή της ροπής στρέψης στα διάφορα είδη διαφορικού;

Απάντηση:

• Πώς γίνεται η κατανομή της ροπής στρέψης στα διάφορα είδη διαφορικού;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στο κλασσικό (ανοιχτό) διαφορικό η ροπή κατανέμεται πάντα ισόποσα (50:50) στους δύο τροχούς, ανεξάρτητα από τις συνθήκες πρόσφυσης. Στα διαφορικά με πολύδισκους συμπλέκτες, η κατανομή γίνεται σταδιακά μέσω της τριβής που αναπτύσσεται στους δίσκους τριβής και πίεσης, όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στροφών μεταξύ πλανητών και θήκης του διαφορικού· η ολίσθηση περιορίζεται ανάλογα με τη ροπή του κινητήρα. Στα διαφορικά Torsen, η κατανομή γίνεται συνεχώς μέσω της μηχανικής αλληλεπίδρασης του ζεύγους ατερμόνων (που δεν μπορούν να «κλειδώσουν» παρά μόνο προς τη μία κατεύθυνση μεταφοράς ροπής), ανάλογα με τη διαφορά ροπής (όχι ταχύτητας) μεταξύ των δύο αξόνων. Στα διαφορικά συνεκτικής σύζευξης, η κατανομή γίνεται μέσω της θέρμανσης και της αύξησης του ιξώδους της υγρής σιλικόνης, ανάλογα με τη διαφορά ταχύτητας περιστροφής μεταξύ των δύο αξόνων που συνδέει ο συνεκτικός συμπλέκτης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κλασσικό: πάντα 50:50. Πολύδισκοι συμπλέκτες: σταδιακά μέσω τριβής δίσκων, ανάλογα με τη ροπή κινητήρα. Torsen: μηχανικά μέσω ατερμόνων, ανάλογα με τη διαφορά ροπής αξόνων. Συνεκτική σύζευξη: μέσω θέρμανσης/ιξώδους σιλικόνης, ανάλογα με τη διαφορά ταχύτητας αξόνων

Πότε εμπλέκεται το σύστημα Haldex

Ερώτηση: Πότε εμπλέκεται στη μετάδοση το σύστημα Haldex;

Απάντηση:

• Πότε εμπλέκεται στη μετάδοση το σύστημα Haldex;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σύστημα Haldex εμπλέκεται στη μετάδοση όποτε ο υπολογιστής του συστήματος, με βάση τα σήματα που λαμβάνει από τους περιφερειακούς αισθητήρες (ταχύτητα κάθε τροχού, ροπή και στροφές κινητήρα, κατάσταση οδήγησης, θέση πεντάλ γκαζιού/πεταλούδας) μέσω του διαύλου CAN-BUS, ανιχνεύσει ολίσθηση σε έναν ή περισσότερους τροχούς ή γενικότερα κρίνει ότι χρειάζεται μεταφορά κίνησης προς τον δεύτερο άξονα. Το σύστημα βασίζεται σε προσθιοκίνητο (ή οπισθοκίνητο) μοντέλο, όπου ο δεύτερος άξονας παραμένει κανονικά αποσυμπλεγμένος και συμπλέκεται κατ' επιλογήν, ηλεκτροϋδραυλικά μέσω του πολύδισκου συμπλέκτη, τη στιγμή που το κεντρικό σύστημα ελέγχου αποφασίζει ότι είναι απαραίτητο (π.χ. σε επιτάχυνση με ολισθηρό δρόμο ή σε στροφή), κατανέμοντας τη ροπή του κινητήρα προς τον πίσω άξονα σε ποσοστό που κυμαίνεται από 100-100% έως και 50-50% μεταξύ των δύο αξόνων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Όποτε ο εγκέφαλος του συστήματος, βάσει σημάτων CAN-BUS (ολίσθηση τροχών, ροπή/στροφές κινητήρα, γκάζι), αποφασίσει ότι χρειάζεται μεταφορά ροπής προς τον δεύτερο (συνήθως πίσω) άξονα, ηλεκτροϋδραυλικά και ακαριαία

Λειτουργία διαφορικού Torsen

Ερώτηση: Πώς λειτουργεί το διαφορικό Torsen;

Απάντηση:

• Πώς λειτουργεί το διαφορικό Torsen;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το διαφορικό Torsen είναι ένα διαφορικό συνεχούς λειτουργίας που «αισθάνεται» τη ροπή (και όχι τη διαφορά ταχύτητας των τροχών) και έχει τη δυνατότητα να την κατανέμει συνεχώς μεταξύ των δύο ημιαξονίων, ανάλογα με τις μεταβαλλόμενες συνθήκες του οδοστρώματος, χωρίς τη χρήση συμπλεκτών ή προφόρτισης δίσκων — βασίζεται στην πατενταρισμένη ελικοειδή οδόντωση τύπου INVEX. Το πινιόν του κεντρικού άξονα μετάδοσης περιστρέφει την κορώνα, οι δυνάμεις μεταφέρονται μέσω του κελύφους στους μικρούς ατέρμονες (δορυφόρους) και από αυτούς στους κεντρικούς μεγάλους ατέρμονες (πλανήτες), οι οποίοι κατευθύνουν τελικά την ισχύ στους κινητήριους τροχούς μέσω των ημιαξονίων. Το ζεύγος αυτό ατερμόνων έχει το χαρακτηριστικό ότι η ροπή μπορεί να μεταφερθεί από τον κεντρικό στον μικρό πλάγιο ατέρμονα, αλλά όχι αντίστροφα, γιατί τότε το ζεύγος θα «κλείδωνε». Σε κανονική στροφή χωρίς ολίσθηση, το διαφορικό λειτουργεί όπως το συμβατικό, με τη διαφορά ταχύτητας των ημιαξονίων να απορροφάται από τους μετωπικούς τροχούς συγχρονισμού. Όταν όμως ένας τροχός χάσει την πρόσφυσή του, τα ζεύγη ατερμόνων ενεργοποιούνται και «κλειδώνουν» λόγω της συγχρονισμένης εμπλοκής τους, μεταφέροντας ροπή στον τροχό που διατηρεί την πρόσφυσή του, αποτρέποντας έτσι την ακινητοποίηση του αυτοκινήτου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• «Αισθάνεται» τη ροπή μέσω ζεύγους ατερμόνων που μεταφέρουν κίνηση μόνο προς μία κατεύθυνση (κεντρικός→μικρός ατέρμονας)· σε κανονική στροφή λειτουργεί σαν συμβατικό, σε απώλεια πρόσφυσης «κλειδώνει» και στέλνει ροπή στον τροχό με πρόσφυση

Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα τετρακίνησης

Ερώτηση: Ποια είναι τα πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα που έχει η κίνηση με τους τέσσερις τροχούς;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα που έχει η κίνηση με τους τέσσερις τροχούς;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το βασικό πλεονέκτημα της τετρακίνησης είναι ότι ένα τετρακίνητο αυτοκίνητο έχει μεγαλύτερα περιθώρια πρόσφυσης σε σχέση με ένα δικίνητο, τόσο κατά τον διαμήκη όσο και κατά τον εγκάρσιο άξονα (στις στροφές), αφού η ροπή του κινητήρα μοιράζεται σε τέσσερις τροχούς αντί σε δύο, μειώνοντας το έργο κάθε τροχού και αφήνοντας περισσότερη διαθέσιμη πλευρική πρόσφυση κατά τις στροφές με ταυτόχρονη επιτάχυνση. Επιπλέον, η καλύτερη ελκτική πρόσφυση σημαίνει ότι η ισχύς του κινητήρα «βγαίνει» στο δρόμο χωρίς σπινάρισμα, ιδίως σε οδόστρωμα αυξημένης ολίσθησης (βρεγμένο δρόμο, χώμα, χιόνι). Το βασικό μειονέκτημα εμφανίζεται κυρίως στις διατάξεις χωρίς κεντρικό διαφορικό, όπου ο ένας άξονας απομονώνεται μηχανικά με επιλογή του οδηγού· η χρήση τετρακίνησης σε ασφαλτοστρωμένο δρόμο, ιδίως στις στροφές, χωρίς κεντρικό διαφορικό προκαλεί έντονη φθορά στα μηχανικά τμήματα και τα ελαστικά, καθώς και αρνητικές επιπτώσεις στην οδική συμπεριφορά, γι' αυτό και σήμερα η πιο ενδεδειγμένη λύση για επιβατικά αυτοκίνητα είναι η μόνιμη τετρακίνηση με κεντρικό διαφορικό ή αντίστοιχο σύστημα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πλεονέκτημα: μεγαλύτερα περιθώρια πρόσφυσης (διαμήκη+εγκάρσια), καλύτερη ελκτική πρόσφυση χωρίς σπινάρισμα. Μειονέκτημα (χωρίς κεντρικό διαφορικό): φθορά μηχανικών μερών/ελαστικών, επιπτώσεις στην οδική συμπεριφορά σε ασφαλτόδρομο

Μηχανισμοί συστήματος μετάδοσης 4x4

Ερώτηση: Ποιοι μηχανισμοί υπάρχουν στο σύστημα μετάδοσης με τους τέσσερις τροχούς;

Απάντηση:

• Ποιοι μηχανισμοί υπάρχουν στο σύστημα μετάδοσης με τους τέσσερις τροχούς;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε ένα σύστημα μετάδοσης με τους τέσσερις τροχούς υπάρχουν, εκτός από το κιβώτιο ταχυτήτων και το εμπρός και το πίσω διαφορικό (που επιτρέπουν στους τροχούς κάθε άξονα να διαφοροποιούν ταχύτητα στις στροφές), και ένα τρίτο διαφορικό ή ένα αντίστοιχο σύστημα, το οποίο επιτρέπει στον μπροστινό και τον πίσω άξονα να περιστρέφονται με διαφορετική ταχύτητα μεταξύ τους (απαραίτητο στις στροφές, ώστε να μην καταπονείται ο κεντρικός άξονας μετάδοσης). Αυτό το «κεντρικό» σύστημα μπορεί να είναι ένα συμβατικό (ανοιχτό) διαφορικό, ένα «μπλοκέ» διαφορικό τύπου Torsen, ένας συνεκτικός συμπλέκτης (SYNCHRO-VISCO), ή, σε ορισμένα μοντέλα (π.χ. όμιλος VW-Audi με εγκάρσιο κινητήρα), το ηλεκτροϋδραυλικό σύστημα Haldex, το οποίο αντικαθιστά το τρίτο διαφορικό και ελέγχει τη σύμπλεξη/αποσύμπλεξη του δεύτερου κινητήριου άξονα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κιβώτιο ταχυτήτων, εμπρός και πίσω διαφορικό, και ένα τρίτο (κεντρικό) διαφορικό ή αντίστοιχο σύστημα (Torsen, συνεκτικός συμπλέκτης, ή σύστημα Haldex) ανάμεσα στους δύο άξονες

Λειτουργία συνεκτικού συμπλέκτη

Ερώτηση: Πώς λειτουργεί ο συνεκτικός συμπλέκτης;

Απάντηση:

• Πώς λειτουργεί ο συνεκτικός συμπλέκτης;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο συνεκτικός συμπλέκτης λειτουργεί με τρόπο παρόμοιο με έναν υδραυλικό συμπλέκτη, με τη διαφορά ότι το υδραυλικό μέσο δεν είναι λάδι αλλά ειδική υγρή σιλικόνη, η οποία έχει την ιδιότητα να μεταβάλλει πολύ γρήγορα το ιξώδες της με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ο ένας άξονας (εισόδου) προσαρμόζεται στο κέλυφος του συμπλέκτη και ο άλλος (εξόδου) στο στροφείο, με μια σειρά από δίσκους στο εσωτερικό στερεωμένους εναλλάξ στο στροφείο και στο κέλυφος. Όταν υπάρχει διαφορά στην ταχύτητα περιστροφής των δύο αξόνων, η τριβή που δημιουργείται ανάμεσα στους δίσκους θερμαίνει το σιλικονούχο υγρό, το οποίο διογκώνεται και αυξάνει απότομα το ιξώδες του, δημιουργώντας ισχυρές συνεκτικές δυνάμεις ανάμεσα στους δίσκους· το αποτέλεσμα είναι ο άξονας εξόδου να συμπαρασύρεται και να αρχίζει να περιστρέφεται μαζί με τον άξονα εισόδου, μεταφέροντας έτσι ροπή. Όταν η διαφορά ταχύτητας των δύο αξόνων είναι μικρή ή μηδενική, η θερμοκρασία της σιλικόνης παραμένει χαμηλή και οι δύο άξονες περιστρέφονται ουσιαστικά ανεξάρτητα, χωρίς μεταφορά ροπής μεταξύ τους. Η αντίδραση του συστήματος σε κάθε μεταβολή της διαφοράς ταχύτητας είναι πρακτικά ακαριαία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η τριβή από τη διαφορά ταχύτητας των δύο αξόνων θερμαίνει την υγρή σιλικόνη ανάμεσα σε εναλλασσόμενους δίσκους, αυξάνοντας το ιξώδες της και δημιουργώντας συνεκτικές δυνάμεις που συμπαρασύρουν τον άξονα εξόδου μαζί με τον άξονα εισόδου, μεταφέροντας ροπή