5. fejezet - Differenciálzárak elektronikus működtetése

Tartalom
5.1. Összefoglaló a differenciálművekről
5.2. A differenciálzár, vagy a növelt belső súrlódás szükségessége és csoportosítása
5.3. Személygépkocsi kézi kapcsolású differenciálzárakkal
5.3.1. Audi Quattro (1980)
5.3.2. VW Transporter (2004)
5.4. Homlokkerekes differenciálmű
5.5. Középső homlokkerekes differenciálmű visco differenciálzárral
5.6. Középső kúpkerekes differenciálmű visco differenciálzárral
5.7. A VISCO differenciálzárak hátrányai
5.8. A differenciálművek belső súrlódása
5.8.1. Növelt belső súrlódású kúpkerekes differenciálmű
5.9. Önzáró differenciálmű
5.10. Elektrohidraulikus működtetésű differenciálzárak
5.10.1. ASD (Automatisches Sperrdifferenzial) automatikus differenciálzár
5.11. Villanymotorral működtetett differenciálzárak
5.11.1. Powerlock II (GKN Automotive Gruppe)
5.11.2. A VW Tuareg –nél alkalmazott villanymotoros differenciálzárak
5.12. Csigakerekes, részlegesen önzáró differenciálművek (Torsen = Torque Sensing)
5.13. EDS (Elektronische Differential Sperre)
5.13.1. További elektronikus differenciálzár (EDS) működések:
5.14. Haszonjárművek differenciálzárral

5.1. Összefoglaló a differenciálművekről

A gépkocsikba szerelt differenciálművek feladata, hogy a sebességváltótól érkező nyomatékot szétossza a két hajtott kerékre, hogy azoknál az elinduláshoz és a haladáshoz szükséges vonóerő alakuljon ki. Eközben lehetővé teszi a gépkocsival a kanyarodást is úgy, hogy a külső és a belső íven gördülő kerekek eltérő úthosszakat tesznek meg. Hosszanti motor beépítésű gépkocsiknál a differenciálművet összeépítik a haránthajtással és a hátsó futóműbe szerelik be. Ennél a tányérkerék forgatja a differenciálművet. Kereszt irányú motor beépítésnél pedig a sebességváltó kimenő tengelyéről egy nagy átmérőjű homlok fogaskerék hajtja és a sebességváltóba szerelik be. A differenciálmű leggyakrabban kúp alakú fogaskerekei, a bolygókerekek osztják szét a nyomatékot a két kimeneti kúpkerék felé.

Ha nagy a tapadási tényező különbség a jobb és a bal kerék alatt (havas, jeges út), a csúszós felületen lévő kerék kipörög, ezért nem alakul ki vonóerő sem ott, sem a jól tapadó keréknél. Ugyanis a leggyakrabban alkalmazott kúpkerekes differenciálmű fele – fele arányban osztja szét a nyomatékot a kerekek, vagy a futóművek között.

A differenciálmű feladata a nyomaték felosztás, miközben a kerekek eltérő útszakaszokat tesznek meg.
5.1. ábra - A differenciálmű feladata a nyomaték felosztás, miközben a kerekek eltérő útszakaszokat tesznek meg.


A leggyakrabban alkalmazott kúpkerekes differenciálmű fele – fele arányban osztja szét a nyomatékot a bal- és a jobb oldali kerék között.

Kúpkerekes differenciálmű fele – fele arányban osztja szét a nyomatékot.
5.2. ábra - Kúpkerekes differenciálmű fele – fele arányban osztja szét a nyomatékot.


5.2. A differenciálzár, vagy a növelt belső súrlódás szükségessége és csoportosítása

Differenciálzár, vagy növelt belső súrlódású differenciálmű nélkül nem tud elindulni a gépkocsi, amikor jelentősen eltér egymástól a tapadási tényező a bal- és a jobb oldali kerék alatt. A differenciálzárat inkább terepjáróknál alkalmazzák, és gyakrabban találkozunk vele a haszonjárműveknél.

A személygépkocsikba leggyakrabban kúpkerekes differenciálműveket szerelnek, melynek belső súrlódását különböző konstrukciós megoldásokkal növelik.

A differenciálzárak csoportosítása a szerkezeti kialakítás szerint:

  • alakzáró változatok (körmös kapcsoló) ennél nincs fordulatszám különbség a hajtott kerekek között (100% -os zárás).

  • súrlódásos változatok (olajlemezes tengelykapcsoló) fokozatos működésű, lehet fordulatszám különbség a hajtott kerekek között.

  • VISCO differenciálzár

  • önzáró, vagy részlegesen önzáró differenciálművek (csigakerekes változatok)

A differenciálzárak csoportosítása a működtetési módjuk szerint:

  • kézzel kapcsolható,

  • automatikus működésű.

5.3. Személygépkocsi kézi kapcsolású differenciálzárakkal

5.3.1. Audi Quattro (1980)

Érdekes megoldása volt a 80-as években ennél az állandó összkerékhajtású gépkocsinál a középső differenciálmű integrálása a sebességváltóba. Ezzel a „Quattro” technikával új fejezet kezdődött az állandó összkerékhajtás történetében. A középső differenciálmű 50% - 50% arányban osztja szét a nyomatékot az első és a hátsó futómű között. Az Audi 80 állandó összkerékhajtású változatánál a középső differenciálműnél és a hátsó futóműbe szereltnél alkalmaztak differenciálzárakat.

Ha a bal és a jobb oldali kerekek alatt azonos a tapadási tényező a kerekek hajtása azonos fordulatszámmal történik, de kanyarban lehetőség van a fordulatszám kiegyenlítésre. Ha egy első-, és egy hátsó kerék kipörög nincs lehetőség a közlekedésre. Ilyenkor a gépkocsivezető kapcsolhatja a differenciálzárakat külön – külön, vagy mindkettőt együtt.

Az Audi 80 –nál alkalmazott kézi kapcsolóval ellátott pneumatikus működtetésű differenciálzárak.
5.3. ábra - Az Audi 80 –nál alkalmazott kézi kapcsolóval ellátott pneumatikus működtetésű differenciálzárak.


Ha a középső differenciálzár van bekapcsolva a futóművek között fix lesz a nyomatékarány. Fékezéskor megakadályozható, hogy valamelyik futómű túlfékezetté váljon. Erős fékezéskor mind a négy kerék egyszerre fog blokkolni és a gépkocsi elveszti a stabilitását. Ha mindkét differenciálzár be van kapcsolva, minden útviszonynál a legnagyobb vonóerő alakulhat ki. Ebben az állapotban az első és a hátsó kerekek hajtása azonos fordulatszámmal történik és nincs lehetőség a fordulatszám kiegyenlítésre. A differenciálzár a differenciálmű ház és az egyik féltengely között hoz létre közvetlen záró kapcsolatot.

A hátsó differenciálzárat szilárd burkolatú úton azonnal oldani kell, hogy lehessen kanyarodni. Ennek elmulasztásakor fokozódik a gumikopás, és növekszik a hajtásláncban kialakuló belső feszültség. A differenciálzárakat kapcsolóhüvellyel kapcsolják. Ennek elmozdulásakor világít a műszerfalon az ellenőrző lámpa. Két fokozatú pneumatikus húzó kapcsolóval működtethetők a differenciálzárak. A differenciálzár bekapcsolásakor az ABS működése elektromos jel segítségével kikapcsol. Erre a kerekek mechanikus összezárása miatt van szükség, mert ilyenkor a blokkolásgátló képtelen a működésre.

A differenciálzárak működtetése ennél a típusváltozatnál a gépkocsivezetőre van bízva. Ha ügyes és kellő gyakorlattal rendelkezik, kedvező lesz a dinamikai viselkedés és jó lesz a gépkocsi menetstabilitása is. Különböző automatikus működésű differenciálzárakkal és más konstrukciós megoldásokkal igyekeztek a gépkocsivezetőtől független menetdinamikát megvalósítani.

A második generációs Audi Quattro változat, melyet a 200 –as típusnéven 1984 –ben mutattak be a differenciálzárak működtetése a gépkocsivezetőre volt bízva és azokat a középkonzolon elhelyezett forgató gombbal vákuum segítségével tudta működtetni.

5.3.2. VW Transporter (2004)

Évtizedekkel később is alkalmaztak hasonló differenciálzár megoldást például a Haldex rendszerű összkerék hajtással, a 4MOTION –al szerelt VW Transporter hátsó futóművében. Ez a kézi kapcsolású differenciálzár opcionális. A műszerfalon elhelyezett nyomógombbal kapcsolhatja be a vezető. Ekkor jelet kap a működtető elektronika és hatására kapcsolja az elektromágneses szelepeket. Ekkor a műszerfalon is világítani kezd az ellenőrző lámpa. A vákuumot kapcsoló elektromágneses szelepeket ellátták egy – egy „Read – relével” melyek az elektronikának visszajelzik a pillanatnyi állapotot. Az ESP elektronika is megkapja az erre vonatkozó jelet. Az elektromágneses szelepek a működtető munkahenger egyik kamrájába vákuumot vezérelnek ki. Visszakapcsoláskor a vákuum a másik kamrába kerül. Ennek hatására az emelőkar segítségével bekapcsolja a körmös kapcsolóként kialakított differenciálzárat, vagy kikapcsolja. Ekkor alakzárással egymáshoz kapcsolódik a differenciálmű és az egyik kerék féltengelye.

VW Transporter hátsó pneumatikus működtetésű differenciálzár.
5.4. ábra - VW Transporter hátsó pneumatikus működtetésű differenciálzár.


A differenciálzárat működtető-, az összkerék hajtás-, és az ESP elektronikák között a CAN hálózaton keresztül folyamatos kommunikáció valósul meg. A differenciálzár csak akkor kapcsol be, ha a gépkocsi sebessége kisebb 72 km/h –nál. Amikor a differenciálzár bekapcsol, az ESP működése kikapcsol.

5.4. Homlokkerekes differenciálmű

Ha összkerék hajtású gépkocsinál a tengelyterhelések elöl és hátul nem azonosak és mégis azzal arányos nyomaték felosztást akarnak megvalósítani a futóművek között, homlokkerekes differenciálművet kell beépíteni. Ez a fogaskerekek átmérőjével arányos nyomaték felosztást valósít meg. Gyakran középső differenciálműnek is szokták nevezni, mert a két futómű között osztja szét a nyomatékot.

Ennél a változatnál a sebességváltótól érkező nyomaték a bolygókerék tartót forgatja. A nagyobb átmérőjű, belső fogazatú koszorú kerék például a mellékelt ábrán a hátsó futómű felé közvetíti a bejövő nyomaték 63%-át. A kisebb átmérőjű külső fogazatú napkerék pedig az első futóműnek adja a bejövő nyomaték 37%-át.

Homlokkerekes differenciálműnél a megvalósuló nyomaték felosztás a fogaskerekek átmérőjével arányos.
5.5. ábra - Homlokkerekes differenciálműnél a megvalósuló nyomaték felosztás a fogaskerekek átmérőjével arányos.


5.5. Középső homlokkerekes differenciálmű visco differenciálzárral

A homlokkerekes differenciálműveknél jelentősen eltérő tapadási tényező esetén hasonló problémákkal állunk szemben, mint az előzőekben leírtuk. Ennek elhárítására a hetvenes évek második felében gyakran alkalmazták a VISCO tengelykapcsolót, mint differenciálzárat. Előnye az volt, hogy automatikusan működésbe lép, amikor szükséges és egy bizonyos fordulatszám különbséget például kanyarodáskor lehetővé tesz. Erre látunk néhány példát a Ford Scorpió és a Mitsubishi Galant esetében.

Ennek az automatikusan működő differenciálzárnak a zárási foka egyrészt függ a fordulatszám különbségtől, másrészt pedig konstrukciós tényezőkkel befolyásolható, melyek:

  • a VISCO tengelykapcsolóba betöltött szilikon olaj minősége és térfogata,

  • a beépített lemezek száma.

Homlokkerekes differenciálmű VISCO differenciálzárral.
5.6. ábra - Homlokkerekes differenciálmű VISCO differenciálzárral.


5.6. Középső kúpkerekes differenciálmű visco differenciálzárral

Az előzőhöz hasonló VISCO differenciálzárat szereltek be például a Mitsubishi Galant középső, kúpkerekes differenciálművébe is. Ez csak bizonyos fordulatszám különbség felett kezd zárni és az ABS működését kevésbé befolyásolta, mint a hagyományos differenciálzárak.

Kúpkerekes középső differenciálmű VISCO differenciálzárral (Mitsubishi Galant).
5.7. ábra - Kúpkerekes középső differenciálmű VISCO differenciálzárral (Mitsubishi Galant).


Az egyik kerék kipörgése esetén a VISCO differenciálzár működése révén átvitt nyomaték került a jól tapadó kerékre és ezzel lehetővé tette az elindulást, illetve e gyorsítást.

A VISCO differenciálzár teszi lehetővé az elindulást eltérő tapadási tényező esetén.
5.8. ábra - A VISCO differenciálzár teszi lehetővé az elindulást eltérő tapadási tényező esetén.


5.7. A VISCO differenciálzárak hátrányai

A VISCO technikával bár megvalósult az automatikusan záródó differenciálmű, de azzal a hátránnyal járt, hogy nagyon megnehezítette ezen gépkocsiknál a görgős fékpadi mérést. A fékpad görgőivel forgatott kereke és a másik két álló kerék közötti fordulatszám különbség hatására zár a VISCO differenciálzár és nyomatékot ad a műhely padlóján lévő kerekekre. Ennek hatására a gépkocsi kiugrik a fékpadról. Ez balesetet is okozhat. A további kísérletezés megnöveli e VISCO differenciálzár igénybevételét és ezzel arányosan a hőterhelését is, ami tönkreteszi a szerkezetet. A problémát tovább tetézi, ha kereszt irányban, vagyis a jobb és a bal kerék közé is beépítettek VISCO differenciálzárat és a görgőpárok a kisebb áramfelvétel érdekében külön – külön indíthatók. A megoldás vagy szabadon futó kiegészítő görgőpár, vagy speciális görgős fékpad alkalmazása lehet.

Ezen hátrányos tulajdonságok miatt a VISCO technika alkalmazása az utóbbi évtizedekben már háttérbe szorult. Helyette inkább elektronika segítségével automatikusan bekapcsolódó összkerékhajtást alkalmaznak.

5.8. A differenciálművek belső súrlódása

A differenciálműveknél a belső súrlódás előnyös, mert a jobb és a bal oldali kerekek között, ha elér a tapadási tényező, ez teszi lehetővé az elindulást. Ugyanis a belső súrlódással arányos nyomaték kerül a jól tapadó kerékre. A differenciálművek belső súrlódását különböző konstrukciós megoldásokkal igyekeznek megvalósítani, illetve növelni:

  1. növelt belső súrlódású differenciálmű,

  2. önzáró, vagy részlegesen önzáró (csigakerekes) differenciálmű,

  3. különböző konstrukciójú fokozatos működésű differenciálzárak beépítése.

5.8.1. Növelt belső súrlódású kúpkerekes differenciálmű

Ennél a változatnál a differenciálműbe szerelt kúpkerekek mögé olajban futó súrlódó lemezeket építenek be. A kúpkerék hajtásnál ébredő tengely irányú erő fogja összeszorítani a súrlódó felületeket. A zárási foka a működtető erővel és a lemezek számával lesz arányos. Ez az olajlemezes tengelykapcsoló a kipörgő kereket összefékezi a differenciálmű házzal, miközben a másik kerékre nyomatékot ad és gyorsítja azt.

Növelt belső súrlódású kúpkerekes differenciálmű. A kúpkerekeknél ébredő axiális erő szorítja neki a differenciálmű háznak a fogaskereket. Ez a súrlódó erő egyenlíti ki a kerekek forgási sebesség különbségét.
5.9. ábra - Növelt belső súrlódású kúpkerekes differenciálmű. A kúpkerekeknél ébredő axiális erő szorítja neki a differenciálmű háznak a fogaskereket. Ez a súrlódó erő egyenlíti ki a kerekek forgási sebesség különbségét.


A differenciálmű belső súrlódása tovább növelhető, ha növeljük a súrlódó felület nagyságát. Ez több súrlódó lemez beépítésével válik lehetővé. Beépíthető például egy - egy olajlemezes tengelykapcsoló a differenciálmű ház és a féltengelyek közé. Ezeket az olajlemezes tengelykapcsolókat összeszoríthatja például

  • a kúpkerekeknél ébredő tengely irányú erő, (mint az előző példánál láttuk)

  • hidraulikus munkahengerbe kivezérelt olajnyomás segítségével,

  • villanymotorral és mechanikus áttétellel működő feszítő szerkezettel.

Ezek mindegyikénél növekszik a differenciálmű belső súrlódása, emiatt a kipörgő kerékről nyomaték adódik át a másik kerékre.

Olajlemezes tengelykapcsolókat szerelnek be a féltengely és a differenciálmű ház közé differenciálzárként.
5.10. ábra - Olajlemezes tengelykapcsolókat szerelnek be a féltengely és a differenciálmű ház közé differenciálzárként.


5.9. Önzáró differenciálmű

A ZF által gyártott önzáró differenciálművet elsősorban hátsó kerék hajtású gépkocsik hátsó futóművénél alkalmazták. Akkor teszi lehetővé az elindulást, amikor az egyik hajtott kerék csúszós, a másik jól tapadó útfelületen van. Különböző zárási fokú változatok készültek. Széria gépkocsiknál a zárás általában 25 – 45% közötti, rally autóknál ennél nagyobb is lehet.

Önzáró differenciálmű kinematikai vázlata.
5.11. ábra - Önzáró differenciálmű kinematikai vázlata.


Szerkezeti kialakítása olyan, hogy a differenciálmű belsejébe két tengely irányban elmozduló nyomótagot és két olajlemezes tengelykapcsolót építenek be. A súrlódó lemezek a féltengely és a differenciálmű ház között hoznak létre kapcsolatot, amikor a differenciálmű kúpkerekei között fordulatszám különbség alakul ki. A kúpfogaskerekeknél keletkező axiális erő a prizmák segítségével ad át az olajlemezes tengelykapcsolóknak az előző konstrukciónál nagyobb összeszorító erőt. Hatására részlegesen zár a differenciálmű. Ennek hatása a lemezek számával és a prizma szögével befolyásolható. Ennek köszönhetően a gyorsabban forgó kerék magával viszi a lassabban forgót, így lehetővé válik az elindulás jelentősen eltérő tapadási tényező esetén is.

A zárási fok:

Ahol: M 1 az egyik kerék nyomatéka, M 2 pedig a másiké.

ZF gyártmányú önzáró differenciálmű.
5.12. ábra - ZF gyártmányú önzáró differenciálmű.


5.10. Elektrohidraulikus működtetésű differenciálzárak

Ez is egy a ZF által kifejlesztett megoldás. Hatása hasonlít az előző változatéhoz, de ennél a működtetéshez már felhasználják az elektronikát és a hidraulikát is. A differenciálműbe beszerelt hidraulikus munkahengerek szorítják össze az olajlemezes tengelykapcsolókat. Így a zárási fok elérheti akár a 100%-ot is.

A blokkolásgátló rendszereknél alkalmazott kerékfordulatszám érzékelők adják a működéshez szükséges jeleket az elektronikának. Az elektronika a differenciálzár működtetése során a következő tényezőket veszi figyelembe:

  • kormánykerék elfordítás érzékelő jele,

  • a gépkocsi sebessége,

  • gyorsulása

  • a gázpedál elmozdítás gyorsasága és mértéke.

A működtetés integrálható az ABS és az ASR rendszer elektronikájával. Az első sorozatbeépítése ennek a rendszernek az Audi A8 automatikus sebességváltóval szerelt összkerékhajtású változatába volt. A 90-es években a Mercedes Benz is kínálta külön tartozékként az automatikus működésű differenciálzárat (ASD). Úgy működik, hogy amikor a hajtott kerekek fordulatszáma eltér egymástól, automatikusan bekapcsol a differenciálzár, melynek zárási foka elérheti a 100%-ot is. Ez azonban csak akkor következhet be, ha a gépkocsi sebessége nem nagyobb 25 km/h-nál.

A működtetéshez az energiát a belsőégésű motorral hajtott hidraulika szivattyú biztosította. Az elektronika elektromágneses szelep vezérlése révén juttatta el az olajnyomást a differenciálmű munkahengereihez. Nem csak nagyobb vonóerő valósul meg ezzel, hanem növekszik a gépkocsi menetstabilitása is. Toló üzemben a differenciálzár nem kapcsol be. Ezt a féklámpa kapcsoló jele alapján állapítja meg az elektronika. Így tehát a differenciálzár ezen változata már nem befolyásolja hátrányosan az ABS működését.

A bekapcsolt differenciálzárnál folyamatosan világít a műszerfalon elhelyezett ellenőrző lámpa, ami tájékoztatja a vezetőt erről az állapotról. Ez az automatikus működésű differenciálzár is az elektronika öndiagnosztikájának felügyelete alatt működik. Meghibásodás esetén folyamatosan világít az ellenőrző lámpa. A hibakód a megfelelő diagnosztikai műszer alkalmazásával kiolvasható és ez megkönnyíti a javítást.

5.10.1. ASD (Automatisches Sperrdifferenzial) automatikus differenciálzár

Automatikus működésű differenciálzár, melyet egyebek között a Mercedes személygépkocsiba is szerelnek, fokozatos, elektrohidraulikus működésű változat.

A futóművek közötti nyomatékfelosztást homlokkerekes differenciálmű végzi. A nyomatékarány változtatására a középső differenziálzár működtetése ad lehetőséget.

A gépkocsi hátsó futóművébe automatikusan záródó olajlemezes tengelykapcsolóval működő differenciálzárat szerelnek. A működtetéshez szükséges, az átlagos olajmennyiséget szállító hidraulikaszivattyút a belsőégésű motor hajtja. A hidraulikarendszert ezért nyomástárolóval is ellátták. Az elektromágneses szelepekkel kivezérelt olaj nyomás, a munkahenger dugattyújának segítségével szorítja egymásnak az olajban futó súrlódó lemezeket. Ezáltal akár 100% -os zárás is lehetséges. A hidraulika egységre szerelik fel az elektromágneses szelepeket. A hidraulika rendszer üzemi nyomása 25 – 36 bar közötti.

Az elektronikus rendszer részei:

  • az induktív működésű kerékfordulatszám érzékelők

  • kormánykerék szögelfordítás érzékelő

  • féklámpa kapcsoló

  • működtető elektronika

A differenciálmű házba szerelt olajlemezes tengelykapcsolók működnek differenciálzárként.
5.13. ábra - A differenciálmű házba szerelt olajlemezes tengelykapcsolók működnek differenciálzárként.


A Mercedes 4-MATIC hajtás

Az elektronika automatikusan hozzá kapcsolja az első kerekek hajtását is a hátsókéhoz bizonyos feltételek között. Ilyen például, ha a gépkocsi sebessége nagyobb 100 km/h –nál és a futóművek között a sebességkülönbség legalább 2 km/h. A futóművek közötti differenciálzár addig van bekapcsolva, amíg a kerekek között a fordulatszám különbség nagyobb 2% -nál. Ha induláskor kerékcsúszás lép fel, automatikusan bekapcsol a differenciálzár. Ezt az állapotot a műszerfalon az ellenőrző lámpa világítása jelzi a gépkocsivezetőnek. A szakirodalom ezt az egyéget EDS –nek (Elektronische Differential Sperre) nevezi.

Mercedes 4matic automatikus működésű differenciálzárakkal az osztóműben és a hátsó futóműnél.
5.14. ábra - Mercedes 4matic automatikus működésű differenciálzárakkal az osztóműben és a hátsó futóműnél.


Elektrohidraulikus differenciálzár (BMW)

Korábbi modelleknél a BMW is alkalmazott hidraulikus működtetésű olajlemezes tengelykapcsolót, mint differenciálzárat.

BMW hátsó futóműbe szerelt olajlemezes tengelykapcsolók működnek differenciálzárként.
5.15. ábra - BMW hátsó futóműbe szerelt olajlemezes tengelykapcsolók működnek differenciálzárként.


5.11. Villanymotorral működtetett differenciálzárak

Ebbe a csoportba azok a differenciálzár változatok sorolhatók, melyeknél az olajlemezes súrlódó tengelykapcsoló működtetéséhez elektronikát és villanymotort használnak.

5.11.1. Powerlock II (GKN Automotive Gruppe)

A GKN Automotive Gruppe fokozatmentes, automatikus működésű elektronikusan szabályozott differenciálzárat fejlesztett ki első-, hátsó, és összkerék hajtású gépkocsikhoz. Futóműbe szerelt és a futóművek közötti középső differenciálzár változatban is készül.

A működtetése elektro-mechanikusan, tehát villanymotorral történik. Ez mechanikus fogaskerék áttétel segítségével fejti ki a szükséges összeszorító erőt. Ezzel hat a differenciálműbe szerelt olajlemezes tengelykapcsolóra. A beépített lassító áttételen kívül egy feszítő mechanikára is szükség van, mely a forgó mozgást egyenes vonalúvá alakítja. Ez két tárcsából álló, egymáshoz képest elforduló golyósoros rámpával valósul meg. Így hozzák létre a szükségessé váló lemezeket összeszorító erőt, amely finoman szabályozható zárást tesz lehetővé. 10 A –nél kisebb áramfelvétellel kellő gyorsasággal valósulhat meg a működtetés. A megvalósított mechanikus áttétel a zárási foktól függően 1:30, 1:50 közötti. Az áram kikapcsolások a differenciálzár működése azonnal meg kell szűnjön, ezért egy visszaállító rugót is be kell szerelni. 8 lemezpár alkalmazásával 1600 Nm nyomatékot értek el. Ez nagy tengelyterhelésnél is lehetővé teszi a személygépkocsi differenciálművének teljes zárását. A mechanika az elektronikával kombinálva költségkímélő megoldást eredményezett. Az ABS működését nem befolyásolja hátrányosan ez a szerkezet, mert fékezéskor 100 ms –on belül automatikusan old a differenciálzár a féklámpa kapcsoló jelére.

GKN Powerlock II elektromechanikus működtetésű differenciálzár.
5.16. ábra - GKN Powerlock II elektromechanikus működtetésű differenciálzár.


Az elektronikus működtetés bemeneti információi:

  • ABS kerékfordulatszám érzékelők jelei

  • féklámpa kapcsoló állapota

  • kormánykerék elfordítás érzékelő jele

  • a sebességváltó bekapcsolt fokozata.

A kormánykerék elfordítás érzékelő jele alapján tudja az elektronika megállapítani, hogy a hajtott kerekek közötti fordulatszám különbség az eltérő tapadási viszonyok miatt, vagy a kanyarodás miatt alakult ki.

Olyan elektronikus működtetést valósítottak meg, melynél kis gépkocsi sebesség esetén a minél nagyobb vonóerőnek, míg nagy sebességnél a gépkocsi stabilitásának van elsőbbsége.

Powerlock differenciálzár rendszer felépítése.
5.17. ábra - Powerlock differenciálzár rendszer felépítése.


A harmadik generációs Audi Qattot 1987 –ben mutatták be. Ennél alkalmaztak először csigakerekes TORSEN differenciálművet, mely a futóművek közötti nyomatékfelosztást végzi. Ez folyamatosan változó nyomatékarányt tud megvalósítani és kedvezőbb a hatása a sportos indulásoknál.

5.11.2. A VW Tuareg –nél alkalmazott villanymotoros differenciálzárak

Szerkezeti kialakítását tekintve hasonló automatikus működésű differenciálzárakat alkalmaznak a VW Tuareg -nél. Ez egy hosszanti motor beépítésű, állandó összkerékhajtású gépkocsi. A nyomatékot a középső homlokkerekes differenciálmű osztja szét a futóművek között fele - fele arányban. a középső- és a hátsó futóműbe szerelt differenciálművet is ellátják villanymotorral működtetett olajlemezes tengelykapcsolós differenciálzárral. Az első futóműnél nincs differenciálzár, mert az a kormányzást hátrányosan érintené.

A VW Tuareg -be szerelt differenciálművek és differenciálzárak.
5.18. ábra - A VW Tuareg -be szerelt differenciálművek és differenciálzárak.


A középső, villanymotorral működtetett differenciálzárat az osztóműbe szerelik be. A villanymotor nyomatékát egy közvetlenül rá szerelt bolygóműves fokozattal növelik. Körhagyó és karos áttétel hozza létre a szükséges működtető erőt, mely a nyomólap segítségével szorítja össze a súrlódó lemezeket. Az így megvalósított elektromechanikus működtetés gyors és pontos. Terepen teljes zárás is megvalósulhat. A hajtómű egység megfelelő kenéséről egy a bemeneti tengely által hajtott olajszivattyú gondoskodik.

A VW Tuareg homlokkerekes differenciálmű és villanymotorral működtetett differenciálzár.
5.19. ábra - A VW Tuareg homlokkerekes differenciálmű és villanymotorral működtetett differenciálzár.


A hátsó futóműbe szerelt differenciálművet is villanymotorral működtetett olajlemezes tengelykapcsolóval látják el, mint differenciálzárral. A motor nyomatékát fogaskerék áttételekkel növelik a szükséges értékre. A lemezeket összeszorító nyomóerőt golyósoros emelőpálya hozza létre és egyúttal a forgó mozgást is egyenes vonalúvá alakítja.

A VW Tuareg hátsó futóműbe szerelt kúpkerekes differenciálművének villanymotorral működtetett differenciálzárja.
5.20. ábra - A VW Tuareg hátsó futóműbe szerelt kúpkerekes differenciálművének villanymotorral működtetett differenciálzárja.


A differenciálzárakat az elektronika a pillanatnyi útviszonyoknak megfelelően automatikusan működteti. Általában nem valósítja meg a 100% -os zárást. Ettől függetlenül a gépkocsivezető a műszerfalon elhelyezett forgató kapcsolóval kezelheti azokat Terepen, amikor a lassító fokozat aktív és a gépkocsi sebessége kisebb 15 km/h –nál az elektronika a differenciálzárakat automatikusan bekapcsolja.

5.12. Csigakerekes, részlegesen önzáró differenciálművek (Torsen = Torque Sensing)

Személygépkocsiknál gyakran alkalmazzák a részlegesen önzáró csigakerekes differenciálműveket. A szakma gyakran alkalmazza az angol TORSEN elnevezést. Ez magyarul nyomaték érzékenynek nevezhető. A középső differenciálműnél és a hátsó futóműnél is lehet ilyen kialakítású változatot alkalmazni. Az első generációs kivitelnél a bolygókerekeket középen csiga-, a két szélén pedig egyenes homlokfogazattal látták el. Ez utóbbival kapcsolódnak egymáshoz a jobb és a bal oldali bolygókerekek. A bolygókerekek forgácsolással nem, csak porkohászati technológiával gyárthatók. Az első generációnál a féltengelyek forgástengelyére merőlegesen helyezték el a bolygókerekeket. A következő generációnál már a kisebb helyigényű, és egyszerűbb szerkezetű PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálművet alkalmazták. Ennek különböző típusváltozatait elsősorban középső differenciálműként alkalmazzák. Ezek a differenciálművek a csiga fogazat emelkedési szögétől függően részlegesen önzáróak, ezért nem szükséges differenciálzárral ellátni, így is kedvezőbb menetdinamikai jellemzőket biztosítanak, mint például az automatikus működésű differenciálzárak.

Részlegesen önzáró csigakerekes, úgynevezett TORSEN differenciálmű első generációs változata.
5.21. ábra - Részlegesen önzáró csigakerekes, úgynevezett TORSEN differenciálmű első generációs változata.


PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálmű

Az ilyen kivitelű középső differenciálmű, is képes fele – fele arányban szétosztani a nyomatékot a futóművek között. Ez a differenciálmű a Quattro hajtásnál az automatikus sebességváltó integrális részét képezi. Nagy fordulatszám különbség esetén automatikus zárás következik be, de ez nem befolyásolja hátrányosan a gépkocsi kormányozhatóságát. Automatikus EDL (Elektronic Differential Lock) funkciónak is tekinthető ez a konstrukció.

PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálművek különböző változatai. A csiga fogazatú bolygókerekek forgástengelye párhuzamos a féltengelyekkel
5.22. ábra - PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálművek különböző változatai. A csiga fogazatú bolygókerekek forgástengelye párhuzamos a féltengelyekkel


Ilyen részlegesen önzáró középső differenciálművet építenek be egyebek között az AUDI Q7, Audi S4, Audi RS4 típusokba. Lehetővé teszi az aszimmetrikus nyomatékfelosztást is. A geometriailag meghatározott nyomaték arány az első és a hátsó futómű között 42% / 58%. A pillanatnyi menetviszonyoktól és a kerekek közötti fordulatszám különbségtől függően a hajtó nyomaték 85% -a is kerülhet a hátsó futóműre, illetve 65% -a az elsőre anélkül, hogy automatikus működésű differenciálzárat építenek be. A fogaskerekek mögé beépített támasztó gyűrűkön (sárga színű) ébredő súrlódás, mely az axiális erő miatt jön létre növeli a zárási fokot. Az első futómű felé a nyomatékot speciális lánc hajtás közvetíti. A futóművekbe szerelt differenciálműveket hasonlóan a Tuareg -hez a ZF Getriebe GmbH. szállítja be. A 6 fokozatú kézi kapcsolású és a 6 fokozatú automatikus sebességváltó is ugyanettől a beszállítótól származik.

PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálmű osztja szét a nyomatékot a futóművek között.
5.23. ábra - PAT (Paralell Axis Torsen) differenciálmű osztja szét a nyomatékot a futóművek között.


5.13. EDS (Elektronische Differential Sperre)

Az ABS/ASR rendszer veszi át a differenciálzár feladatát. Erre úgy van lehetőség, ha az egyik (a kipörgő) kereket a vezetőtől függetlenül szabályozott módon megfelelő nagyságú erővel lefékezik. A differenciálművön keresztül ekkor is ki tud alakulni a megfelelő vonóerő.

A differenciálzáréhoz hasonló hatást a fékrendszerrel is el lehet érni, ha a kipörgő kereket lefékezik. Ezt a beavatkozást kezdetben EDS-nek nevezték, annak ellenére, hogy a differenciálzárhoz már nem volt köze. A VW Golf 92-es modellévben a Continental Teves által gyártott ABS és EDS működést lehetővé tevő rendszert alkalmazott. A Teves MK IV ABS hidraulika egységgel és a kerékfékszerkezetekkel valósítja meg a differenciálzár hatást. Ennél a gépkocsinál már átlós fékkör felosztást valósítottak meg. Az EDS működés az ABS rendszer egyik alprogramja. A hajtott kerekek szabályozott fékezésével avatkozik be, melynek olyan a hatása, mintha differenciálzárat kapcsolták volna be.

Teves ABS/EDS hidraulika egység.
5.24. ábra - Teves ABS/EDS hidraulika egység.


Az EDS hidraulikarendszere beavatkozás mentes alap helyzetben.
5.25. ábra - Az EDS hidraulikarendszere beavatkozás mentes alap helyzetben.


A fékezés és az ABS működés nagyobb nyomáson történik, mint az EDS beavatkozás. Ezért ilyenkor az elektronika közvetlenül működteti a villanymotorral hajtott fékfolyadék szivattyút. EDS beavatkozáskor ez egy előtét ellenálláson keresztül kisebb fordulatszámon következik be, ami kisebb nyomást eredményez.

Induláskor, ha valamelyik hajtott első kerék a kis tapadási tényező miatt kipörgés közeli állapotba kerül, de a gépkocsi sebessége kisebb 40 km/h –nál, ezt az állapotot a kerékfordulatszám érzékelő jelei alapján ismeri fel az elektronika.

Beavatkozási parancsokat ad az EDS azon elektromágneses szelepeinek, melyekhez tartozó kerekek nem pörögnek ki, továbbá a villanymotorral hajtott hidraulika szivattyúnak. Ennek hatására zárnak a nem hajtott kerekek fék munkahengerei, növekszik viszont a fékező nyomás a kipörgő kerekek fék munkahengereiben és azok fékeződni kezdenek. Az EDS szelepek megakadályozzák a hátsó kerekeknél a nyomás jelenős növekedést, továbbá a kiegyenlítő tartály irányában. Az EDS lágy, fokozatos beavatkozását két nyomásdifferencia alapján működő szelep biztosítja. A fékező nyomást 70 bar értékben korlátozzák az EDS működésnél. Ha a nyomás ennél nagyobb, fékfolyadék áramlik vissza a fékfolyadék tartály felé. Az EDS is az öndiagnosztika felügyelete alatt működik. Hiba esetén kikapcsol a működés, hibajelzést ad és tárolódik a hibakód, ami a típusnak megfelelő diagnosztikai műszerrel kiolvasható.

Az EDS beavatkozás közben a hidraulikarendszer.
5.26. ábra - Az EDS beavatkozás közben a hidraulikarendszer.


5.13.1. További elektronikus differenciálzár (EDS) működések:

Az Audi A8 Bosch ABS 5.0 típusváltozata is alkalmazta az EDS működést. (1994)

Az Audi A6, melyet ABS 5.3 rendszerrel láttak el 1996-ban szintén EDS szabályozással volt ellátva. Ez utóbbi elindulási segítséget jelent csúszós úton. Az EDS automatikusan fékezi a kipörgő kereket. Ilyenkor a differenciálművön keresztül a nyomaték a másik kerékre adódik át. Az elsőkerékhajtású változatnál az EDS 40 km/h sebességig működik. Az összkerékhajtású változatnál ez a szabályozás 80 km/h sebességhatárig működik.

5.14. Haszonjárművek differenciálzárral

A kipörgésgátló célja, hogy megakadályozza a hajtott kerék kipörgését gyorsításkor, amikor kicsi a tapadás. Ezzel megakadályozható kanyarban a kereszt irányú stabilitás elvesztése.

Az ATC két egymástól független szabályozó körből áll:

  • differenciális fékezés, amely a differenciálzárat helyettesíti,

  • motor nyomaték csökkentés

Ez a beavatkozás a kerékfék szerkezettel történik, de olyan a hatása, mint a differenciálzáré. Az a hátránya viszont, hogy alkalmazása növeli a kerékfékszerkezet igénybevételét.

Haszonjárművek EDS beavatkozással.
5.27. ábra - Haszonjárművek EDS beavatkozással.


Ha a gépkocsit elektronikus fékrendszerrel látták el az fogja működtetni a beépített differenciálzárat.