Το άρθρο παρουσιάζεται όπως δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Τετρακίνηση MAG τεύχη 11,12 και 13

Διάφορα...
διαφορετικά διαφορικά, Μέρος 2o

• Είναι όλα τα διαφορικά ίδια μεταξύ τους;

  'Oχι, δεν είναι. Είδαμε στο προηγούμενο, πρώτο μέρος, ότι το διαφορικό είναι μία μηχανική διάταξη μεταφοράς ροπής, με δύο βασικές ιδιότητες:

  • Δέχεται ροπή μέσω ενός άξονα ή γραναζιού, και τη μεταφέρει σε δύο άξονες μετάδοσης ταυτόχρονα.
  • Επιτρέπει σε αυτούς τους δύο άξονες να περιστρέφονται με διαφορετικές ταχύτητες μεταξύ τους. Μοιράζει δηλαδή την εισερχόμενη ροπή ανάλογα με τις απαιτήσεις της κίνησης του οχήματος σε διαφορετικά ποσοστά, στους δύο εξερχόμενους άξονες.

  Η δεύτερη αυτή λειτουργία ονομάζεται διαφορισμός.

  Εκτός της αντοχής, όπου όπως είναι αυτονόητο υπάρχουν αμμέτρητες διαβαθμίσεις, ανάλογα τη δύναμη, το βάρος κλπ, τα διαφορικά χωρίζονται σε δύο γενικές κατηγορίες, ως προς τη λειτουργία τους. Σε αυτά που εκτελούν διαφορισμό πάντα, χωρίς κανέναν περιορισμό, και σε αυτά που μπορούν να ελέγξουν τον διαφορισμό που εκτελούν. Τα πρώτα ονομάζονται ελεύθερα ή ανοικτά, ενώ τα δεύτερα ελεγχόμενα ή μπλοκέ.

• Ανοικτό διαφορικό... δεν είναι καλό;

  Eίναι πολύ καλό, γιατί σε φυσιολογικές συνθήκες κίνησης δεν καταπονεί καθόλου το υπόλοιπο σύστημα μετάδοσης και δεν επηρεάζει την οδική συμπεριφορά του οχήματος. Το όχημα είναι ελεύθερο να στρίβει σύμφωνα με τις εντολές του οδηγού, και το διαφορικό (ή τα διαφορικά) επιτρέπουν στους κινητήριους τροχούς να διαγράφουν τόξα διαφορετικού μήκους, ανάλογα με την πορεία του.

  Η ροπή όμως έχει μία κακή συνήθεια...ακολουθεί πάντα την οδό με τη μικρότερη αντίσταση, όπως ακριβώς κάνει και το ηλεκτρικό ρεύμα, το νερό κλπ. Αυτό σημαίνει δύο πράγματα:

  • Aν στον ίδιο άξονα ο ένας τροχός βρεθεί να πατάει σε έδαφος με μηδενικό grip (πχ πάγος) ή βρεθεί στον αέρα λόγω εξάντλησης των διαδρομών της ανάρτησης, αν δηλαδή προβάλει μηδενική αντίσταση, θα πάρει όλη τη ροπή από το διαφορικό, το 100%, ενώ ο απέναντι τροχός θα πάρει 0% ροπής, με αποτέλεσμα το ποσοστό της ωφέλιμης για το όχημα ροπής να εξισωθεί με μηδέν. Ο άξονας αυτός δηλαδή δεν θα μπορεί να σπρώξει το όχημα προς τα εμπρός, απλώς ο ένας τροχός θα είναι ακίνητος, ενώ ο άλλος θα σπινάρει ανωφελώς.
  • Σε κάθε περίπτωση που οι τροχοί του ίδιου άξονα έχουν μεταξύ τους διαφορετικές τιμές grip, η ροπή που μπορεί να διαχειριστεί αυτός ο άξονας χωρίς κάποιος τροχός να σπινάρει (ωφέλιμη), ισούται με την μικρότερη από τις δύο αυτές τιμές.

  Σε ένα 4Χ4 με ανοικτά διαφορικά εμπρός και πίσω, αν αυτό συμβεί ταυτόχρονα και στους δύο άξονες, για οποιονδήποτε λόγο, και η ωφέλιμη ροπή είναι μικρότερη από την απαιτούμενη, το όχημα ακινητοποιείται, με έναν τροχό από κάθε άξονα να σπινάρει ανωφελώς, και τον απέναντι του να μένει ακίνητος.

  Αν το όχημα διαθέτει και κεντρικό διαφορικό, και αν αυτό είναι ανοικτό, αρκεί μόνον ένας από τους τέσσερις τροχούς να βρεθεί με μηδενικό ή ελάχιστο grip για να ακινητοποιηθεί. Αυτό συμβαίνει γιατί ο τροχός αυτός παίρνει όλη τη ροπή του άξονα που ανήκει (μέσω του ανοικτού διαφορικού του άξονα), και αυτός ο άξονας παίρνει όλη τη ροπή του μοτέρ (μέσω του ανοικτού κεντρικού διαφορικού), οπότε τελικά ο τροχός με το μηδενικό grip παίρνει όλη τη ροπή του μοτέρ. Είπαμε, η ροπή είναι σαν το νερό, ακολουθεί την οδό με την μικρότερη αντίσταση... Το κλείδωμα του κεντρικού διαφορικού υποχρεώνει τη ροπή να μοιραστεί στον εμπρός και στον πίσω άξονα, αποτρέποντας αυτό το φαινόμενο.

• ΟΚ... δηλαδή τα ελεγχόμενα διαφορικά στην ουσία είναι αυτά που... ελέγχουν τον διαφορισμό, σωστά;

  Ναι, και εδώ αρχίζει το ενδιαφέρον. Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες ελεγχόμενων διαφορικών.

  Τα διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης (Limited slippery differentials ή LSD's) και,

  Οι αναστολείς διαφορισμού, αυτόματοι (automatic locking differentials ή auto lockers) ή χειροκίνητοι (manual locking differentials ή manual lockers).

• LSD;

  Τα LSD υπάρχουν σε διάφορες μορφές. Xρησιμοποιούν θερμοδυναμικά υλικά ή προφορτισμένους δίσκους τριβής ή οδοντωτούς κοχλίες μέσα στο διαφορικό, οι οποίοι πιέζουν ο ένας τον άλλο με ελατήρια, και δημιουργούν κάποια αντίσταση στη διαφορά ταχύτητας περιστροφής μεταξύ των δύο ημιαξονίων, και άρα μεταξύ των τροχών, περιορίζουν δηλαδή τον ελεύθρο διαφορισμό.

  Υπάρχουν πολλά διαφορετικά σχέδια διαφορικών LSD, και μερικά από αυτά είναι πραγματικά έργα τέχνης, ίδίως αυτά που χρησιμοποιούν τα αυτοκίνητα στο WRC. Κάποια από αυτά δίνουν τη δυνατότητα στον οδηγό να ελέγχει το ποσοστό περιορισμού του διαφορισμού, τα περίφημα «έξυπνα» διαφορικά (δηλαδή τα υπόλοιπα διαφορικά είναι χαζά; Τέλος πάντων...)

  Το πόση αντίσταση δημιουργούν τα υλικά τριβής εξαρτάται από το υλικό και την προφόρτιση τους, από το πόσο δυνατά πιέζονται μεταξύ τους από τα ελατήρια που τα συγκρατούν. Από την αντίσταση αυτή, και με απόλυτο συντελεστή το 100% ορίζεται και το κατά πόσο το LSD πετυχαίνει να εμποδίσει (πιο σωστά να περιορίσει) τον διαφορισμό.

  Αν, για παράδειγμα, μέσω της τριβής που δημιουργείται μεταξύ των δίσκων, καταφέρνει να περάσει το 45% της ροπής που εισέρχεται στο διαφορικό, τότε λέμε κατά συνθήκη ότι αυτό το διαφορικό είναι «45% μπλοκέ». Ο όρος αυτός δεν είναι απόλυτα σωστός, γιατί δεν είναι απόλυτα σαφής, και έχει δημιουργήσει πολλά-πολλά μπερδέματα. Χρησιμοποιείται όμως κατά κόρον, και γι' αυτό τον αναφέρω.

• Το LSD στην πράξη

  ...Είναι μακράν η καλύτερη επιλογή για γρήγορο χώμα, βοηθάει σε light off road, είναι "λίγο" σε extreme συνθήκες.

  'Ολα τα 4Χ4 που τρέχουν σε αγώνες ταχύτητας μπορούν να επωφεληθούν τα μέγιστα αν τη διαχείριση της ροπής του μοτέρ έχουν αναλάβει διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης. Ο λόγος είναι ότι, σε αντίθεση με τα lockers, η συμπεριφορά του LSD αλλάζει ανάλογα με το γκάζι, με το πόση ροπή στέλνει ο οδηγός στο διαφορικό. 'Aλλο το 45% της ροπής ενός αγωνιστικού μοτέρ στις 2500 στροφές και άλλο το 45% της ροπής του ίδιου μοτέρ στις 5500 στροφές. Γι' αυτό στην καθομιλουμένη λέμε ότι «με τα γκάζια σφίγγουν τα μπλοκέ».

  Εκτός δρόμου το LSD βοηθάει, σε σχέση με ένα ανοικτό διαφορικό, αλλά σε extreme συνθήκες είναι απελπιστικά "λίγο". Για να καταφέρει να βοηθήσει, πρέπει ο οδηγός να χειριστεί το γκάζι πολύ επιθετικά, με όλα τα πιθανά μειονεκτήματα, και πάλι χωρίς εγγυημένο αποτέλεσμα. Γιατί συμβαίνει αυτό;

  Σε κλειστά, τεχνικά κομμάτια, το όχημα δέχεται ακραίες διαγώνιες φορτίσεις. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα οι τροχοί του ίδιου άξονα να έχουν εξίσου ακραίες διαφορές στο μεταξύ τους grip, ανάλογα φυσικά με το πάτημα του οδηγού, το μεταξόνιο και τις δυνατότητες της ανάρτησης.

  Σε κάθε άξονα λοιπόν, ο τροχός που κυρίως αναλαμβάνει το έργο της προώθησης του οχήματος προς τα εμπρός είναι ο "συμπιεσμένος", ενώ ο απέναντι, ο "κρεμασμένος", ακόμη και αν έχει επαφή με το έδαφος λόγω καλού πατήματος ή και καλής ανάρτησης, έχει ελάχιστο διαθέσιμο grip. Αν ο άξονας είναι εφοδιασμένος με ανοικτό διαφορικό η ροπή όπως είδαμε έχει την τάση να εκτονωθεί όλη σε σπινάρισμα, μέσω του κρεμασμένου τροχού. Αν έχει LSD, ο ρόλος του είναι να αποτρέψει αυτή την εκτόνωση, μεταφέροντας μέρος της ροπής στον απέναντι, συμπιεσμένο τροχό.

  Αν η ροπή που μέσω του LSD περνάει σ' αυτόν τον τροχό, αρκεί για να νικήσει την πρόσφυση, τότε ο τροχός αυτός περιστρέφεται.

  Αν όχι, παραμένει ακίνητος, και οι δίσκοι τριβής μέσα στο LSD πατινάρουν.

  Αν πάλι η πρόσφυση αυτού του τροχού είναι μεγαλύτερη από την αδράνεια του οχήματος, τότε αυτό κινείται.

  Αν όχι, ο τροχός σπινάρει.

  Σε τέτοιες περιπτώσεις βοηθούν και τα διαφόρων τύπων traction control, φρενάροντας τον τροχό που δεν έχει πρόσφυση. Δυστυχώς όμως αυτό το κάνουν στιγμιαία, και αφού παρουσιαστεί σπινάρισμα, όχι πριν παρουσιαστεί, ενώ κάποια συστήματα κόβουν και τη ροπή που φτάνει στους τροχούς για να σταματήσουν το σπινάρισμα. Βοηθάει αρκετά, αλλά δεν επιτρέπει στον οδηγό να χειριστεί τα δεδομένα (ροπή & πρόσφυση) όπως θέλει και μπορεί, αν μπορεί. Εξάλλου αυτά τα συστήματα γι' αυτό ακριβώς έχουν φτιαχτεί, για να μην έχει ο ιδιοκτήτης του οχήματος την ευθύνη του χειρισμού αυτών των δεδομένων. Τα διαχειρίζονται μόνα τους και το κάνουν ασφαλέστερα από τον μέσο οδηγό. 'Οπως αντίστοιχα και το ABS, στο φρενάρισμα.

  Το σημαντικότερο μειονέκτημα οποιουδήποτε LSD σε σύκριση με ένα ανοικτό διαφορικό, ή με ένα manual locker, σε εκτός δρόμου συνθήκες, είναι ότι εμποδίζει την ελεύθερη λειτουργία του διαφορικού συνεχώς, σε κάποιο ποσοστό. 'Ετσι, σε πλάγιες κλίσεις με χαμηλή πρόσφυση είναι πολύ εύκολο η πρόσφυση να χαθεί ταυτόχρονα στους δύο τροχούς του ίδιου άξονα, και το όχημα να γλιστρήσει προς την φορά της κλίσης, ενώ ένα ανοικτό διαφορικό (ή ένα απενεργοποιημένο locker) θα εκτόνωνε την ροπή μέσω του ενός τροχού, και ο απέναντι θα παρέμενε ακίνητος, αποτρέποντας πιθανόν το γλίστημα. Τα στενά ορεινά περάσματα, με το χιόνι να έχει κλίση πάντα προς τα έξω, που τόσο συχνά συναντάμε στην Ελλάδα τον χειμώνα, είναι πραγματικός εφιάλτης με βαριά οχήματα εφοδιασμένα με LSD, και μπορούν να παρουσιαστούν ακόμη και στην απλούστερη βόλτα, όχι μόνο σε extreme δραστηριότητες. Το πρόβλημα είναι ακόμη πιο έντονο στα αυτόματα lockers, αλλά αυτό θα το δούμε στο τρίτο μέρος, μαζί με όλα τα υπέρ και κατά της λειτουργίας των lockers, αυτόματων ή χειροκίνητων.

Συνεχίζεται....

Μέρος 3o

Όλα τα κείμενα είναι δημιουργία και πνευματική ιδιοκτησία του Nomad Off-Road Travel and Outdoor Team