Центральный дифференциал также известен как меж-межосевой дифференциал. В автомобилях с много-осным приводом ведущие мосты соединяются приводными валами. Центральный дифференциал позволяет каждому ведущему мосту иметь разные входные угловые скорости, чтобы исключить проскальзывание ведущих колес на каждом мосту. Типы центральных дифференциалов включают: открытый центральный дифференциал, дифференциал с многодисковым сцеплением, дифференциал Torsen и дифференциал с вискомуфтой.
Когда транспортное средство находится в движении, оно движется не только по прямой, но и совершает различные повороты. Когда автомобиль поворачивает, траектории четырех колес представляют собой четыре дуги с разными радиусами. Это приводит к разной скорости вращения четырех колес. Если бы колеса могли вращаться только с одинаковой скоростью, автомобиль не смог бы поворачивать. Даже если его заставить повернуть, средняя ось сломается из-за разницы в скорости колес. Поэтому для достижения дифференциальной скорости необходим дифференциал, разлагающий фиксированную частоту вращения выходного вала двигателя на разные скорости и передающий их колесам.
При повороте автомобиля радиус поворота передних колес больше, чем у задних колес с той же стороны. Поэтому передние колеса вращаются быстрее задних, а четыре колеса следуют совершенно по разным траекториям. Таким образом, полноприводным автомобилям-требуется центральный дифференциал для распределения крутящего момента между передней и задней осями.
Типы центральных дифференциалов включают: открытый центральный дифференциал, дифференциал с многодисковым сцеплением, дифференциал Torsen и дифференциал с вискомуфтой.
I. Открытый центральный дифференциал
Открытый дифференциал – это тот, который не имеет ограничений и может нормально работать при повороте автомобиля. Планетарный ряд не имеет стопорного устройства. Если полноприводной-автомобиль оснащен тремя открытыми дифференциалами (передним, центральным и задним), то если одно колесо пробуксовывает, вся мощность автомобиля будет потрачена на это колесо, а остальные три колеса не получат никакой мощности.
Достоинства: Особых преимуществ нет, так как дифференциал является необходимым условием нормальной работы автомобиля;
Недостатки: В области внедорожных транспортных средств-открытый дифференциал может повлиять на способность автомобиля выбираться из трудных ситуаций на дорогах с-недорожным покрытием.
II. Многодисковый-дифференциал сцепления
Дифференциал много-дисковой муфты генерирует дифференциальный крутящий момент посредством мокрой многодисковой-муфты. Эта система часто используется в качестве центрального дифференциала в системах-полного-привода по требованию. Он имеет два комплекта фрикционных дисков: один является ведущим, другой — ведомым. Ведущие диски соединены с передней осью, а ведомые – с задней. Диски погружены в специальное масло, а их включение и выключение контролируется электронной системой.
При движении автомобиля по прямой скорости вращения передней и задней оси одинаковы, а разница скоростей ведущего и ведомого дисков отсутствует. В это время диски разделяются, и автомобиль в основном находится в передне-приводном или задне-приводном состоянии, что позволяет экономить топливо. При повороте передняя и задняя оси имеют разную скорость вращения, а ведущий и ведомый диски также имеют разность скоростей. Однако, поскольку разница скоростей не достигла заданного значения электронной системы, два комплекта дисков остаются разделенными, и на поворот автомобиля это не влияет.
Когда разница скоростей между передней и задней осями превышает определенный предел, например, когда передние колеса начинают буксовать, электронная система управления управляет гидравлическим механизмом для нажатия много-дисковой муфты, при этом ведущий и ведомый диски вступают в контакт, аналогично включению сцепления. Крутящий момент передается от ведущих дисков к ведомым, обеспечивая привод на четыре-колеса.
Условия включения и коэффициент распределения крутящего момента многодискового фрикционного дифференциала повышенного трения-контролируются электронной системой с высокой скоростью реагирования. Некоторые модели также имеют функцию ручного управления «БЛОКИРОВКА», при которой ведущий и ведомый диски могут оставаться полностью включенными, аналогично состоянию блокировки полного-привода профессиональных-внедорожных автомобилей. Однако фрикционные диски могут передавать на задние колеса только до 50 % крутящего момента, а использование с высокой-интенсивностью может привести к перегреву и выходу фрикционных дисков из строя.
Преимущества: Быстрый ответ и возможность мгновенного включения; большинство моделей имеют электронное управление и не требуют ручного управления;
Недостатки: Может передавать на задние колеса только до 50% мощности и склонен к перегреву при высоких нагрузках.
III. Торсен Дифференциал
Название «Торсен» происходит от слова «Тяга с определением крутящего момента». Основой Torsen является червячная передача и система зацепления червячного колеса. Из конструктивного вида дифференциала Torsen видно, что имеются двойные червячные колеса и червячные передачи. Именно их взаимное зацепление и блокировка, а также односторонняя-передача крутящего момента от червячного колеса к червячной передаче реализуют функцию блокировки дифференциала, ограничивающую проскальзывание. При обычном движении на повороте передний и задний дифференциалы действуют как традиционные дифференциалы, а червячные передачи не влияют на разные скорости полуосей. Например, когда автомобиль поворачивает налево, правое колесо вращается быстрее, чем дифференциал, а левое колесо вращается медленнее. Червячные колеса с разной скоростью могут точно совпадать и синхронно сцепляться с шестернями. В это время червячное колесо и червячная передача не заблокированы, поскольку крутящий момент передается от червячного колеса к червячному колесу. Однако, когда одна сторона колеса проскальзывает, в действие вступают червячное колесо и червячная передача, и с помощью дифференциала Torsen или гидравлической многодисковой-муфты распределение мощности автоматически и быстро регулируется.
При нормальном движении автомобиля корпус дифференциала P вращается, одновременно приводя во вращение червячные передачи 3 и 4. В это время относительного вращения между 3 и 4 нет, поэтому красный вал 1 и зеленый вал 2 вращаются с одинаковой скоростью. Однако когда одна сторона оси испытывает большее сопротивление, а другая сторона работает на холостом ходу, например, красная ось встречает большее сопротивление, то первоначально она остается неподвижной, в то время как корпус дифференциала еще вращается, заставляя тем самым червячную передачу 4 катиться по красному валу. Когда 4 катится, он также приводит во вращение 3, но 3 и зеленая ось 2 обладают эффектом самоблокировки, поэтому вращение 3 не может заставить вращаться зеленую ось 2. Следовательно, 3 перестает вращаться, и в то же время перестает вращаться и 4. Таким образом, 4 может вращать только красную ось вместе с вращением корпуса дифференциала, распределяя крутящий момент на красную ось и позволяя автомобилю выйти из затруднительного положения.
Основным устройством является центральный самоблокирующийся дифференциал с -определением крутящего момента, который может плавно регулировать выходную мощность между передней и задней осями от 25:75 до 75:25 в зависимости от режима движения, а реакция чрезвычайно быстрая, почти без задержек (были проанализированы характеристики самоблокирующегося дифференциала с -чувствованием крутящего момента- подробно ранее), а при поддержке программы электронной стабилизации еще больше улучшается инициатива распределения мощности.
Проще говоря, дифференциал Torsen – это полностью автоматический чисто механический дифференциал, то есть он не требует ручного управления, на 100% надежен и имеет прямую передачу. С определенной точки зрения это очень сбалансированный дизайн.
Преимущества: он может мгновенно обеспечить обратную связь о разнице сопротивлений между ведущими колесами и распределить выходной крутящий момент. Более того, характеристика блокировки-линейна и может регулироваться в относительно широком диапазоне выходного крутящего момента.
Недостатки: нет режима двух-привода на два колеса; ограниченная-способность дифференциала к проскальзыванию ограничена, и мощность не может быть полностью передана на определенное колесо.
IV. Вискомуфта Дифференциал
Дифференциал с вискомуфтой – это интеллектуальное устройство для автоматического распределения мощности в современных полноприводных автомобилях-. Обычно он устанавливается на полноприводных-автомобилях с передним-приводом. Эти автомобили обычно передвигаются в режиме переднего-привода. Наиболее важной особенностью вискомуфты является то, что она может автоматически распределять мощность на заднюю ведущую ось без участия водителя.
Принцип работы вискомуфты чем-то похож на принцип работы много-дисковой муфты. На входном валу имеется множество внутренних пластин, которые вставлены среди множества внешних пластин в корпус выходного вала, и залито силиконовое масло высокой-вязкости. Входной вал соединен с трансмиссией и раздаточной коробкой переднего-двигателя, а выходной вал соединен с задним ведущим мостом.
При обычном вождении разница в скорости между передними и задними колесами отсутствует, а вискомуфта не работает, поэтому мощность не распределяется на задние колеса, и автомобиль по-прежнему ведет себя как переднеприводной-автомобиль. При движении автомобиля по обледенелой и заснеженной дороге передние колеса могут крутиться на холостом ходу и будет значительная разница в скорости вращения между передними и задними колесами. Силиконовое масло между внутренней и внешней пластинами вискомуфты перемешивается и начинает расширяться под действием тепла, создавая большое вязкостное сопротивление, которое предотвращает относительное движение между внутренней и внешней пластинами и создает значительный крутящий момент. Таким образом, мощность автоматически передается на задние колеса, и автомобиль становится полноприводным.
Когда автомобиль поворачивает, вискомуфта также может компенсировать разницу в скорости между передними и задними колесами, вызванную разностью внутренних колес, действуя как дифференциал. Во время торможения он может предотвратить блокировку задних колес в первую очередь.
Преимущества: Компактный размер, простая конструкция и низкая стоимость производства.
Недостатки: медленный отклик, малый коэффициент распределения крутящего момента, невозможность ручного управления включением и выключением, а также возможный выход из строя из-за перегрева при высокой нагрузке.