Самоблок против «принудиловки»: какой дифференциал выбрать именно вам

Дисклеймер: да, мы знаем, что любой свободный дифференциал делит поток момента всегда поровну. Но чтобы не погружаться в механику слишком глубоко, будем использовать не совсем правильную, но более доступную формулировку: распределение момента.

Разные типы дифференциалов неодинаково ведут себя в различных условиях. Поэтому, исходя из преимущественных для каждого конкретного водителя условий и режимов движения – повышенная эффективность, лучшая проходимость на бездорожье, усиленная безопасность на скользких и мокрых поверхностях и так далее, имеет смысл отдавать предпочтение тому или иному типу дифференциала. Рассмотрим, чем они различаются.

Вспомним теорию

Прежде чем закопаться в железках и задаться извечными русскими вопросами, вкратце напомним главное. Дифференциал – это такой механизм, который распределяет передаваемый на ось крутящий момент между двумя колесами. Это упрощенное объяснение, не вполне точное технически, но наглядно показывающее принцип работы механизма. Разделение требуется для того, чтобы колеса могли вращаться с разной скоростью, в первую очередь – в поворотах, так как на дуге внешние колеса автомобиля должны вращаться быстрее внутренних. В противном случае преодоление поворота превратится в нетривиальную задачку с непредсказуемым результатом, меньшим злом в котором будет значительно увеличивающийся износ шин.

Стоит сказать, что человечество оценило преимущества дифференциалов довольно давно и потому использует их с незапамятных времен. К 100-70 годам до н. э. относят античный антикитерский механизм, в котором использовался прообраз дифференциальной передачи. А в Китае в 250 году н. э. инженер Ма Цзюнь создал так называемую «колесницу, указывающую на юг» – предшественницу компаса, в которой тоже использовалась дифференциальная передача.

Но все-таки современной конструкцией дифференциала мы обязаны американскому механику Азе Арнольду, который в 1823 году разработал дифференциальный привод для использования в хлопкопрядильных машинах. А в транспортные средства его привел уже француз Онезифор Пеккер, запатентовавший в 1827 году дифференциал для использования на паровой повозке.

Но все те дифференциалы были свободными или открытыми. Это самый простой тип механизма, применяемый в подавляющем большинстве транспортных (и не только) средств. Он состоит из набора шестеренок, равномерно распределяющих крутящий момент между двумя колесами. Соответственно, при прямолинейном движении в нормальных условиях окружающей среды по твердым, не сомнительным поверхностям, когда сцепление с ними у обоих колес одинаковое, момент передается в соотношении 50:50.

Однако у такой конструкции есть один крайне существенный недостаток. Уже сам ее принцип действия приводит к тому, что при потере одним колесом сцепления с поверхностью весь момент уйдет именно на него. Оно будет бешено вращаться, проскальзывая на снегу или в грязи, а другое оставаться неподвижным, хотя и имеет лучшее сцепление.

Парадокс? Да, вот такая каверзная механика. Поэтому на любых скользких дорогах, на бездорожье, при экстремальной езде, когда на поворотах требуется большая мощность, и в моменты быстрого старта с места свободный дифференциал из помощника превращается во вредителя, способного значительно усложнить эксплуатацию транспортного средства. В лучшем случае он просто его обездвижет, в худшем – приведет к аварийной ситуации.

Впрочем, все это стало ясно почти сразу, как только дифференциалы вошли в автомобильный обиход. Пытаясь устранить эту обидную несуразицу, с 30-х годов прошлого века лучшие автомобильные умы планеты, среди которых можно вспомнить Фердинанда Порше и инженеров ZF и Packard, бились над решением механической задачки и, наконец, победили ее. С 60-х годов того же века на автомобилях начали широко применяться самоблокирующиеся дифференциалы.

Самоблок повышенного трения

Так или иначе, но в определенный момент исторического развития пути дифференциалов разошлись на два разных направления – самоблокирующиеся и с принудительной блокировкой.  

Первые имеют множество названий. У нас их принято называть общим термином «дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением». Но чаще используется другой, берущий свое начало от англоязычного названия Limited Slip Differential (LSD) – дифференциал ограниченного проскальзывания. И уже далее – на разные лады: дифференциал повышенного трения или дифференциал с ограничением пробуксовки. Но как бы это устройство ни называлось, всё это – самоблокирующиеся дифференциалы, которые помогают избежать недостатка своих свободных собратьев.  

Они обеспечивают беспрепятственную передачу крутящего момента на колесо, имеющее лучшее сцепление с поверхностью (когда другое буксует или зависло в воздухе) и тем самым помогают сохранить движение автомобиля. Такие дифференциалы могут быть устроены по-разному. Соответственно, для них тоже придуманы замысловатые названия с не менее замысловатой классификацией. Однако с точки зрения банальной эксплуатации достаточно понимать, что, по большому счету, их можно разделить на всего лишь четыре типа.

Первый – это дифференциал повышенного трения с фрикционными дисками. Это, пожалуй, самый простой тип, в котором эти фрикционные диски используется для передачи крутящего момента – как в сцеплении, но только между колесами. При сильном увеличении скорости вращения одного колеса относительно другого диски вступают в контакт и приводят оба колеса к одинаковой скорости вращения.

Такие дифференциалы могут быть использованы и в гражданской, и в спортивной (трековой) эксплуатации, но они требуют регулярного обслуживания по мере износа фрикционных дисков. 

Кроме того, есть дифференциалы представляющие собой редукторы с шестернями. В них вместо фрикционных дисков используются специальные шестеренки. Такие агрегаты по умолчанию более долговечны, чем фрикционные, поскольку там нет изнашиваемых компонентов. Но они обычно дороже, а с настройками здесь не все так просто, как в дифференциалах с муфтами.

Третий тип – это Torsen (сокращение от Torque Sensing). Слово «торсен» уже давно превратилось в имя нарицательное и знакомо людям, даже далёким от автомобильного мира: они не знают или не помнят, что оно обозначает, но, услышав его, делают умный вид. Торсены для передачи крутящего момента используют червячные передачи. Ключевое преимущество механизма, которое и привело его к массовому распространению, заключается в мгновенной реакции на изменение степени сцепления. К тому же он почти не изнашивается. Но нет добра без худа: Торсенам надо, чтобы хотя бы минимальное сцепление с поверхностью было у обоих колес. Если его нет (например, колесо зависло в воздухе), дифференциалы Torsen превращаются в свободный дифференциал.

Четвертый тип – это вязкостные дифференциалы. По сути – вязкостные муфты, которые по большей части используются в системах полного привода для передачи момента между осями, а не между колесами. В этом качестве ввиду особенностей конструкции их применение очень мало.

Плюсы и минусы

Соберем воедино все преимущества и недостатки самоблокирующихся дифференциалов. 

Преимущества:

• Обеспечивают лучшее сцепление на всех видах скользких поверхностей.
• Характеризуются лучшим ускорением при выходе из поворотов.
• Обладают предсказуемостью при управлении.
• Отлично подходят для повседневного использования в условиях городов.
• Не требуют участия водителя.

Недостатки:

• По определению дороже более простых в устройстве свободных (открытых) дифференциалов.
• Некоторые типы нуждаются в периодическом обслуживании.
• В процессе эксплуатации изнашиваются.
• Могут издавать шум при поворотах на низкой скорости.
• На бездорожье менее эффективны, чем дифференциалы с принудительной блокировкой.

Дифференциалы с принудительной блокировкой

Принудительно блокируемый дифференциал – это наиболее радикальное решение проблемы бешено, но бесполезно вращающегося колеса. Когда он активируется, происходит физическая блокировка обоих колес, при которой они начинают крутиться с одинаковой скоростью. Поэтому ни качество сцепления, ни зависания в воздухе на возможность продолжать движение никак не влияют.

Блокировка может осуществляться автоматически в зависимости от условий движения либо в ручном режиме водителем. В первом случае при прямолинейном движении оба колеса заблокированы, но в поворотах блокировка снимается. У этой системы есть серьезные недостатки: она не только шумная, но и вызывает непредсказуемое поведение транспортного средства на дорогах с твердым покрытием. Хотя и достаточно эффективна. Тем не менее широкого распространения в гражданском автомобилестроении она не получила.

Блокировка вручную дает возможность блокировать колеса в тот момент, когда она необходима. Включается такая она либо посредством электронных переключателей, которые преобладают на современных автомобилях, либо с помощью специальных пневматических систем или механизмов с тросовым приводом.

Преимущества и недостатки

Давайте скалькулируем преимущества и недостатки дифференциалов с принудительной блокировкой.

Преимущества:

• В экстремальных условиях дают максимальную тягу .
• Для бездорожья, особенно серьезного, это лучшее решение. Очень хорошо помогают на камнях и в глубоком снегу. 
• Обладают несравнимо большим ресурсом и куда меньшей необходимостью в обслуживании, чем самоблоки.

Недостатки (при включенном состоянии):

• Затрудняют управление, ограничивают скорость движения и совершенно не подходят для городской эксплуатации в постоянном режиме.
• При постоянном движении по дорогам с твердым покрытием происходит ускоренный износ шин. 
• Как правило, они более шумные, чем другие виды дифференциалов.
• Обычно стоят дороже самоблокирующихся дифференциалов.

Где на чем?

Вот теперь мы можем сделать для себя основные выводы – в каких условиях какие типы дифференциалов лучше использовать. Из всего вышеописанного, кажется, становится ясно, что большинству водителей при повседневном использовании автомобиля предпочтительнее дифференциал повышенного трения. В случае необходимости он всегда обеспечит дополнительное сцепление с дорогой, а в рутинных ситуациях ведет себя как самый обычный дифференциал.  

При этом и зимой в городских или близких к ним условиях он лучше справляется с возникающими задачами. Работая в автоматическом режиме, LSD блокируются только тогда, когда это действительно необходимо на скользких поверхностях. К тому же отпадает необходимость водителю регулярно то включать, то выключать блокировку. Но с большим (повторимся – именно большим) количеством снега они справляются значительно хуже (можно сказать, вообще не справляются), чем принудительно подключаемые дифференциалы. 

При этом с точки зрения типа предпочтительнее дифференциалы с фрикционной муфтой либо Торсены – они работают более плавно и не влияют на управляемость.

Любителям погонять даже в профессиональном стиле на треке тоже следует ориентироваться на дифференциалы повышенного трения. Не случайно именно ими оснащают многие мощные модели. Такие дифференциалы способствуют устойчивости при агрессивном вождении, предсказуемы при поворотах, помогают грамотно распределять мощность при ускорениях и на выходе из поворотов. И опять же тут тоже лучше отдать предпочтение Торсенам или фрикционным дифференциалам.

А вот на бездорожье картина меняется. Если в вашем регионе преобладают снежные зимы и снег не убирают, если машина периодически используется на сильно пересеченной местности или на каменистых дорогах, то тут лучше приобретать машину с дифференциалом с принудительной блокировкой.

Следите и контролируйте

В заключении несколько рекомендаций, позволяющих избежать преждевременных повреждений дифференциала и продлить срок его службы. 

Перво-наперво твердо уясните для себя: чтобы ни говорили слишком самоуверенные автопроизводители, абсолютно все дифференциалы нуждаются в регулярной замене масла. В зависимости от условий эксплуатации, стиля вождения, особенностей конструкции конкретных агрегатов и прочих факторов она осуществляется в диапазоне 40-60 тысяч километров. 

Если вы часто что-то буксируете или ездите по бездорожью, этот интервал стоит сократить вдвое. При этом уровень смазки и ее состояние стоит проверять во время каждого периодического технического обслуживания. Обнаружение в ней металлических включений – самый тревожный звоночек, требующий немедленной проверки состояния узлов. 

В самоблокирующихся дифференциалах могут применяться специальные присадки к маслу, улучшающие фрикционные свойства. Но с ними нужно быть особенно аккуратными и готовым к тому, что фрикционные элементы в агрегате, скорее всего, придется заменить где-то посередине второй сотни тысяч километров пробега. А насторожить вас должны характерные стуки при поворотах.

В принудительно блокируемых дифференциалах все проще: никаких присадок, никаких замен, только следите за посторонними шумами. Они не должны быть слишком сильными и металлическими. Ну и сложностей с включением быть не должно, а если они появились, первым делом стоит проверить привод активации.