Mechanizm różnicowy, czyli tytułowy dyferencjał (zwany też popularnie dyfrem) to niewidoczny i często zapominany element, tymczasem ma on kluczowe znacznie dla prawidłowego prowadzenia samochodu. Bez niego niemożliwe byłoby pewne pokonywanie zakrętów, a opony napędzanej osi zużywałyby się w piorunującym tempie. W tym artykule przedstawimy dokładnie zasadę jego działania, opowiemy, czemu jest tak ważny, a także jak rozpoznać objawy jego zużycia bądź awarii. Jeśli interesuje Cię spawanie dyferencjału, zajmujemy się tą kwestią w ostatnim akapicie. Zapraszamy do lektury!
Dyferencjał w samochodzie może wydawać się skomplikowany, ale jego działanie jest dość proste.
Do czego służy mechanizm różnicowy?
Wyobraź sobie, że możesz obserwować tory jazdy, po jakich poruszają się koła samochodu w rzucie od góry. Gdy auto jedzie prosto, wszystkie pokonują taką samą odległość. Gdy jednak zacznie skręcać, linie proste zmienią się w łuki, a ten po wewnętrznej stronie będzie wyraźnie krótszy! W przypadku osi nienapędzanej nie ma to znaczenia, natomiast tam, gdzie przekazywana jest moc, zachodzi nie lada problem. Oznacza to, że aby nie zerwać przyczepności, koła muszą poruszać się z różnymi prędkościami – w innym wypadku auto łatwo wpadałoby w poślizg i bardzo szybko zużywało opony. Analogiczny kłopot występuje między przednią i tylną osią w samochodach z napędem na cztery koła.
Aby temu przeciwdziałać oraz zmniejszyć naprężenia półosi, każdy spalinowy samochód drogowy wyposażony jest w układ różnicowy, który pozwala dopasować prędkość obrotową do aktualnych potrzeb i to całkiem mechanicznie. Więc jak działa dyferencjał?
Budowa mechanizmu różnicowego
Zasada jest stosunkowo prosta, a pierwszą wersję opracowano w Chinach już w III wieku naszej ery (oczywiście nie do celów motoryzacyjnych). Półosie, które wchodzą z boków w dyferencjał (na który przekazywany jest napęd) nie są ze sobą bezpośrednio połączone. Na ich końcu umieszcza się stożkowe koła zębate. Między nimi zaś, usytuowane pod kątem 90 stopni są satelity – podobne koła zębate, obracające się luźno na osiach umieszczonych na obudowie dyfra. Całość zamknięta jest w szczelnej obudowie wypełnionej olejem. Stosuje się też czasem mechanizmy planetarne lub przekładnie ślimakowe, ale ich zasada działania jest bardzo podobna.
Schemat budowy dyferencjału
Działanie mechanizmu różnicowego
Jak działa mechanizm różnicowy w praktyce? Gdy samochód jedzie prosto, mechanizm w środku pozostaje niemal nieruchomy i koła kręcą się równo. Gdy jednak auto skręca, naprężenia związane z różnicą prędkości obrotowych niwelowane są poprzez satelity wprawione w ruch. Suma obrotów wykonanych przez oba koła jest zawsze taka sama (dwukrotnie większa od prędkości wału przy przełożeniu 1:1), natomiast proporcje prędkości obrotowej rozkładają się w zależności od pokonywanego toru jazdy. W ten sposób auto może płynnie pokonywać zakręty bez utraty przyczepności, a opony zużywają się równomiernie.
Dyferencjał o ograniczonym tarciu
W skrajnych przypadkach to rozwiązanie ma też wady. Jeśli jedno koło uniesie się lub straci przyczepność (na przykład na kałuży), zacznie gwałtownie się obracać, podczas gdy drugie radykalnie zwolni lub nawet się zatrzyma. W przypadku aut o większej mocy, na przykład sportowych lub wyścigowych, może to prowadzić do problemów z nagłym przyspieszaniem lub z prowadzeniem.
Rozwiązaniem jest mechanizm różnicowy LSD (Limited Slip Differential), zwany popularnie szperą. Wyposażony jest on w elementy cierne lub sprzęgła, które ograniczają działanie dyferencjału i przekazują więcej momentu obrotowego na koło (lub oś w wypadku mechanizmu centralnego), które ma więcej przyczepności. Wartość ta powinna być precyzyjnie dobrana do samochodu, opon i mocy silnika, aby zapewnić balans między skutecznym przekazywaniem mocy a pewnym prowadzeniem i zużyciem ogumienia.
Uszkodzony dyfer – objawy
Awaria mechanizmu różnicowego to stosunkowo rzadka sprawa – to prosty i bardzo wytrzymały element. Przyczyną jest najczęściej nieprzestrzeganie interwałów wymiany oleju (typowo około 40 tysięcy kilometrów). Jeśli jednak nastąpi zużycie, pierwsze objawy bardzo łatwo pomylić z uszkodzeniem skrzyni biegów lub innych elementów napędu. Oto najbardziej typowe.
| Hałas | Stuki, chrobotanie i metaliczne brzęczenie w okolicach podwozia mogą świadczyć o wyrobieniu się kół zębatych. Szczególnie słychać to przy skręcaniu, nawet z niedużą prędkością. |
| Wibracje | Odczuwalne szczególnie na kierownicy, dobywające się z okolic wału napędowego i tylnego zawieszenia (w autach z napędem na tylne koła). |
| Wyciek | Plama pod mechanizmem różnicowym i pocenie się jego obudowy to niezawodny znak, że jest już bardzo źle. |
| Pogorszenie działania | Szarpanie w zakrętach i nerwowe, nieprzewidywalne zachowanie samochodu na łukach mogą oznaczać skrajne uszkodzenie dyferencjału. Można też wówczas zaobserwować bardzo nierównomierne zużycie opon na napędzanej osi. |
Niezależnie od tego, jak bardzo niepokojące jest natężenie tych sygnałów, uszkodzony mechanizm różnicowy w samochodzie oznacza nie tylko problemy z prowadzeniem, ale też spore szanse na zniszczenia w skrzyni biegów i reszcie układu napędowego. To jeden z elementów, który bardzo mocno wpływa na tempo eksploatacji całego samochodu.
Blokada mechanizmu różnicowego w autach terenowych
Off road rządzi się swoimi prawami, a jedną z jego charakterystycznych cech jest możliwość oderwania się od ziemi koła w kontrolowany sposób, na przykład przy bardzo nierównym terenie lub przy końcu stromego podjazdu. Co wtedy robi dyferencjał? Wysyła cały moment obrotowy na koło, na którym jest mniejszy opór, czyli to znajdujące się w powietrzu – zupełnie bez sensu. Analogicznie w bardzo grząskim podłożu, na przykład sypkim piasku lub błocie, większość mocy pójdzie na koło, które ma najmniejszą przyczepność. Efekt? Mielenie w miejscu. Rozwiązaniem jest czasowa blokada dyferencjału. Gdyby auto miało zupełnie sztywny most cały czas, szybko doszłoby do uszkodzenia napędu, przede wszystkim półosi i wału.
Z tego powodu auta terenowe wyposaża się w załączaną zdalnie blokadę. Dzięki temu oba koła lub obie osie (w przypadku centralnego mechanizmu różnicowego) napędzane są równomiernie niezależnie od warunków i pozwalają wyciągnąć auto z opresji. Blokady wszystkich dyfrów spotyka się najczęściej w „pełnokrwistych” autach 4x4, w bardziej „rolniczych” modelach, przede wszystkim pick-upach najczęściej stosowana jest jedynie blokada tylnego mostu.
Utrzymanie i naprawa dyferencjałów
W przypadku awarii dyfra w nowszym aucie niemal zawsze jest się skazanym na kompletną wymianę (czasem razem ze skrzynią biegów). W starszych pojazdach możliwa jest naprawa, a czasem też regeneracja dyferencjału, jednak polecamy zlecić to wykwalifikowanemu serwisowi. To element przenoszący duże obciążenia, warto więc, by był sprawdzony i złożony poprawnie z elementów wysokiej jakości – podobnie jak dobranie odpowiednich opon odpowiada za bezpieczne i pewne prowadzenie się auta.
Wymiana oleju w dyferencjale
To dla odmiany stosunkowo prosta czynność, która znacznie przedłuży żywotność mechanizmu. Wystarczy ustawić samochód na najazdach lub kanale, aby zyskać dobry dostęp do tylnej części podwozia. Wymiana oleju w tylnym moście powinna zająć kilkadziesiąt minut, o ile nie napotkamy poważniejszych problemów z odkręceniem śrub (to niestety okolica, która sprzyja zapiekaniu się i rdzewieniu).
Wymiana oleju w dyferencjale nie należy do skomplikowanych.Zaczynamy od górnego korka, służącego do dolewania oleju. Polecamy zaopatrzyć się w długą przedłużkę do klucza. Jeśli uda się wykręcić korek, to znaczy, że jesteśmy na dobrej drodze i nie grozi nam przykra sytuacja, w której po spuszczeniu oleju okazuje się, że nie ma go jak dolać. Następnie odkręcamy umieszczony niżej korek spustowy i pozwalamy, aby zawartość ściekła do przygotowanego wcześniej naczynia. To dobra okazja, by oczyścić gwinty i zapobiec problemom w przyszłości. Teraz wystarczy tylko zakręcić korek spustowy i przy pomocy strzykawki z gumową rurką napełnić mechanizm różnicowy nowym olejem do momentu, gdy zacznie się wylewać. Na koniec dokręcamy korek zgodnie z zaleceniami (najczęściej dość solidnie, bo z momentem około 30-40 Nm) i gotowe!
Pamiętaj, że olej do dyfra powinien być dobrany dokładnie wedle specyfikacji producenta!
Zaspawany dyferencjał
Ta opcja kusi wiele osób posiadających samochody z napędem na tył. Jasno jednak odradzamy taki zabieg. Oczywiście stosuje się go przy amatorskich autach do driftu (w przypadku profesjonalnych jest to dedykowana 100-procentowa szpera). Inicjowanie kontrolowanego poślizgu jest wtedy bardzo proste, znacznie wzrasta też poziom kontroli i przewidywalności auta podczas jazdy bokiem. Jeśli jednak chcesz zaspawać dyfer BMW E46, którym jeździsz na co dzień, zdecydowanie to odradzamy. Choć procedura jest stosunkowo prosta i pozwoli na łatwe kręcenie bączków na parkingu pod supermarketem, to normalna jazda stanie się niezwykle irytująca, a do tego niebezpieczna.
Dlaczego spawanie dyfra to zły pomysł?
Po pierwsze, auto będzie naprawdę bardzo nerwowe i zacznie mieć tendencję do wpadania w poślizg (niekoniecznie kontrolowany) oraz obracania się w absolutnie każdym zakręcie i to nawet przy suchej nawierzchni. Jazda po mokrym asfalcie i zaspawany dyfer to koszmarne połączenie i ciągła walka o utrzymanie toru jazdy. Przez pierwsze kilka minut może wydawać się dobrą zabawą, ale szybko zacznie męczyć i prędzej czy później skończy się kolizją lub wypadkiem.
Po drugie, kwestia prawna. Choć rzecz zależy od interpretacji oraz drobiazgowości, to istnieje spora szansa, że podczas kontroli policyjnej auto z zaspawanym dyferencjałem straci dowód rejestracyjny, większość diagnostów nie podbije też badania technicznego. Dodatkowo każde parkowanie i manewrowanie będzie odbywać się w akompaniamencie pisków opon, co prowadzi nas do trzeciej zasadniczej wady.
Umiejscowienie dyferencjału w aucie. Tego komponentu lepiej nie spawać.Znaczący wzrost kosztów
Zaspawany dyfer radykalnie przyspiesza tempo zużycia opon i całego napędu. Nawet gdy nie driftujesz, jedno koło zawsze ma prędkość niedostosowaną do przesuwania się nawierzchni pod nim, więc zwyczajnie się ściera. Ogumienie będzie znikać nawet kilkunastokrotnie szybciej niż w przypadku auta z otwartym dyferencjałem, czy kilkudziesięcioprocentową szperą.
Jeśli jednak zamierzasz zbudować budżetowy driftowóz stricte do użytku na torze, będzie to tani, skuteczny i sprawdzony sposób. W innym wypadku zdecydowanie radzimy odpuścić i dbać o dyferencjał w takiej formie, w jakiej opuścił fabrykę. Odwdzięczy się pewnym prowadzeniem i większą żywotnością półosi oraz ogumienia.