Diferenciál. Čo to je a prečo sa používa?

Motor s prevodovkou na pohon auta nestačí. Pre pohyb kolies je potrebný aj diferenciál.

Zjednodušene povedané, diferenciál slúži na to, aby sa kolesá na hnanej náprave neotáčali rovnakou rýchlosťou. Vedeckejšie povedané, úlohou diferenciálu je kompenzovať rozdiel vo frekvencii otáčania kardanových hriadeľov kolies hnacej nápravy, keď sa pohybujú po dráhach rôznych dĺžok.

Diferenciál sa často nazýva diferenciál, od slova diferenciál. Zaujímavé je, že nejde o vynález začiatku automobilovej éry. Diferenciál vynašli Číňania pred storočiami.

Na zatáčanie

Myšlienkou diferenciálu je umožniť autu zatáčať. No a na hnacej náprave, keď auto ide do zákruty, musí vonkajšie koleso prejsť väčšiu vzdialenosť ako vnútorné koleso. To spôsobí, že sa vonkajšie koleso otáča rýchlejšie ako vnútorné koleso. Diferenciál je potrebný na to, aby sa obe kolesá nepretáčali rovnakou rýchlosťou. Ak by tam nebol, jedno z kolies hnacej nápravy by sa šmýkalo po povrchu vozovky.

Pozrite si aj kĺby pohonu auta – ako jazdiť bez ich poškodenia 

Diferenciál tomu nielen bráni, ale zabraňuje aj nežiaducim namáhaniam v prevodovke, ktoré následne môžu viesť k poruchám, zvýšenej spotrebe paliva a zvýšenému opotrebovaniu pneumatík.

Dizajn mechanizmu

Diferenciál pozostáva z niekoľkých kužeľových ozubených kolies uzavretých v otočnej skrini. Je spojený s korunovým kolesom. K prenosu krútiaceho momentu z prevodovky (a z motora) na hnacie kolesá dochádza vtedy, keď takzvaný útočný hriadeľ poháňa spomínaný venček cez špeciálny hypoidný prevod (má skrútené nápravy a oblúkové ozubenie, čo umožňuje prenos veľké zaťaženie).

Vo vozidlách s pohonom predných kolies má ozubené koleso priame alebo špirálové zuby umiestnené pozdĺž vonkajšieho obvodu hriadeľa. Tento typ riešenia je jednoduchší a lacnejší na výrobu a prevádzku (diferenciál je kombinovaný s prevodovkou), čo vysvetľuje, prečo na trhu dominujú vozidlá s pohonom predných kolies.

Pozrite si tiež Power Always on Four Wheels, ktorý je prehľadom systémov pohonu 4×4. 

Vo vozidlách s pohonom zadných kolies je diferenciál ukrytý v špeciálnej kovovej skrini. Pod podvozkom je to dobre viditeľné – medzi hnacími kolesami je charakteristický prvok zvaný zadná náprava.

V strede je kríž, na ktorom sú namontované ozubené kolesá, ktoré sa nazývajú satelity, pretože sa otáčajú okolo tohto prvku v smere jazdy, čo spôsobuje otáčanie ozubených kolies, ktoré zase prenášajú pohon na kolesá automobilu. Ak sa kolesá vozidla otáčajú rôznymi rýchlosťami (napríklad vozidlo robí zákrutu), satelity sa naďalej otáčajú na ramenách pavúka.

Žiadny sklz

Niekedy sa však diferenciál ťažko implementuje. K tomu dochádza, keď je jedno z kolies vozidla na klzkom povrchu, ako je ľad. Diferenciál potom prenáša takmer celý krútiaci moment na toto koleso. Koleso s najlepšou priľnavosťou totiž musí využiť väčší krútiaci moment, aby prekonalo vnútorné trenie v diferenciáli.

Tento problém bol vyriešený v športových autách, najmä vo vozidlách s pohonom všetkých kolies. Tieto vozidlá zvyčajne používajú vysokoodporové diferenciály, ktoré sú schopné preniesť väčšinu krútiaceho momentu na koleso s najlepšou priľnavosťou.

Konštrukcia diferenciálu využíva spojky medzi bočnými prevodmi a skriňou. Keď jedno z kolies stratí trakciu, jedna zo spojok začne pôsobiť proti tomuto javu svojou trecou silou.

Pozri tiež Turbo v aute – viac výkonu, ale aj trápenie. Sprievodca 

Toto však nie je jediné riešenie prevodovky používané vo vozidlách 4×4. Väčšina týchto vozidiel má stále stredový diferenciál (často označovaný ako stredový diferenciál), ktorý vyrovnáva rozdiel v rýchlosti otáčania medzi poháňanými nápravami. Toto riešenie eliminuje vznik zbytočných napätí v prevodovke, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú životnosť prevodového systému.

Stredový diferenciál navyše rozdeľuje krútiaci moment medzi prednú a zadnú nápravu. Pre zlepšenie trakcie má každé sebaúctyhodné SUV aj prevodovku, t.j. mechanizmus, ktorý zvyšuje krútiaci moment prenášaný na kolesá na úkor rýchlosti.

Napokon, pre najnáruživejšie SUV sú určené autá vybavené stredovými diferenciálmi a uzávierkami diferenciálov.

Podľa odborníka

Jerzy Staszczyk, mechanik zo Slupska

Diferenciál je stálym prvkom auta, ale iba ak sa používa správne. Napríklad mu nedávajú náhle štarty so škrípajúcimi pneumatikami. Samozrejme, čím je auto staršie, tým je jeho pohonná sústava vrátane diferenciálu opotrebovanejšia. Dá sa to otestovať aj doma. Stačí zdvihnúť časť auta, kde sú hnacie kolesá. Po preradení akéhokoľvek prevodového stupňa otáčajte volantom v oboch smeroch, kým nepocítite odpor. Čím neskôr odpor pociťujeme, tým je stupeň opotrebovania diferenciálu väčší. V prípade vozidiel s predným náhonom môže takáto vôľa naznačovať aj opotrebovanie prevodovky.

Wojciech Frölichowski