Thorsen：世代、デバイス、動作原理
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車の移動の過程では、エンジンからトランスミッションを介して発生するトルクから始まり、車両が急な曲がり角を克服するときの回転数の違いまで、まったく異なる影響が車輪に加えられます。 現代の自動車では、XNUMX つの車軸での車輪の回転の違いをなくすために差動装置が使用されています。
それが何であるか、その動作原理が何であるかについては詳細には検討しません - あります 別の記事... このレビューでは、最も有名なタイプのメカニズムのXNUMXつであるトルセンを検討します。 その特殊性、それがどのように機能するか、どの車に設置されているか、どのような種類があるかを議論しましょう。 このメカニズムは、SUVや四輪駆動車に採用されたことで特に人気がありました。
四輪駆動車のモデルの多くでは、自動車メーカーは車軸に沿ってトルクを分配するさまざまなシステムをインストールしています。 たとえば、BMWの場合、これはxDriveです（この開発について読む ここで）、メルセデスベンツ-4マティック（その特徴は何ですか、それは説明されています 別々に）などこのようなシステムの装置には、多くの場合、自動ロック機能を備えたディファレンシャルが含まれています。
トルセンディファレンシャルとは
トルセンディファレンシャルは、ウォームタイプのギアリングと高い摩擦力を備えたメカニズムの変更の XNUMX つです。 同様の装置は、トルク力が駆動車軸から従動車軸に分配されるさまざまな車両システムで使用されています。 この装置は駆動輪に取り付けられており、車が曲がりくねった道を走行しているときにタイヤが早期に摩耗するのを防ぎます。
また、パワーユニットからセカンダリーアクスルに動力を伝達するために、同様のメカニズムがXNUMXつのアクスルの間に設置され、セカンダリーアクスルを先頭にしています。 オフロード車の多くの最新モデルでは、センター ディファレンシャルが多板摩擦クラッチに置き換えられています (その構造、変更、動作原理が考慮されています)。 別の記事で).
Thorsen という名前は、英語から文字通り「トルクに敏感な」という意味です。 このタイプのデバイスはセルフロックが可能です。 このため、セルフロック要素は、考慮中のメカニズムの機能を平準化する追加のデバイスを必要としません。 このプロセスは、駆動軸と従動軸の回転数またはトルクが異なる場合に発生します。
セルフ ロック機構の設計は、ウォーム ギア (従動および先行) の存在を意味します。 ドライバーのサークルでは、サテライトまたはセミアクスルという名前を聞くことができます。 これらはすべて、このメカニズムで使用されるウォーム ギアの同義語です。 ウォーム ギアには、隣接するギアから回転運動を伝達する必要がないという XNUMX つの特徴があります。 それどころか、この部分は隣接する歯車要素を独立してねじることができます。 これにより、部分的な差動ロックが提供されます。
任命
したがって、トルセン デファレンシャルの目的は、XNUMX つのメカニズム間で効率的なパワー テイクオフとトルク配分を提供することです。 この装置を駆動輪に使用する場合は、一方の車輪がスリップしたときにもう一方の車輪がトルクを失うことなく機能し続け、路面にトラクションを提供する必要があります。 センター ディファレンシャルにも同様の役割があります。メイン アクスルの車輪がスリップしたときに、パワーの一部をロックしてセカンダリ アクスルに伝達することができます。
一部の最新の車では、自動車メーカーは、懸架されたホイールを独立してロックするディファレンシャルの変更を使用する場合があります。 これにより、最大出力は後輪のアクスルシャフトではなく、トラクションの良いシャフトに供給されます。 トランスミッションのこのコンポーネントは、マシンがオフロード条件を頻繁に克服する場合に理想的です。
その場所は、車のトランスミッションの種類によって異なります。
- 前輪駆動車。 この場合、ディファレンシャルはギアボックス ハウジング内にあります。
- 後輪駆動車。 この配置では、ディファレンシャルは駆動車軸の車軸ハウジングに取り付けられます。
- 四輪駆動車。 この場合、ディファレンシャル (多板センター クラッチが対応するものとして使用されない場合) は、前車軸と後車軸の車軸ハウジングに取り付けられます。 すべての車輪にトルクを伝達します。 デバイスがトランスファー ケースに取り付けられている場合、ドライブ アクスルによるパワー テイクオフを提供します (トランスファー ケースの詳細については、 別のレビューで).
歴史
この装置が登場する前に、自走車の運転手は、高速で曲がり角を克服するときに乗組員の制御性の低下を観察していました。 このとき、共通の車軸を介して互いに強固に接続されているすべての車輪は、同じ角速度を持っています。 この影響により、一方の車輪が路面との接触を失い (エンジンが同じ速度で回転し、路面がそれを防ぎます)、タイヤの摩耗を加速させました。
この問題を解決するために、自動車の次の改造を開発しているエンジニアは、フランスの発明家 O. そのデザインにはシャフトとギアがありました。 メカニズムの仕事は、トルクが蒸気機関から駆動輪に確実に伝達されるようにすることでした。
多くの場合、コーナリング時の輸送はより安定しましたが、このデバイスの助けを借りて、さまざまな角速度でホイール スリップを完全になくすことは不可能でした。 この欠点は、車が滑りやすい路面 (氷や泥) に落ちたときに特に顕著でした。
舗装されていない道路をコーナリングすると、依然として車両が不安定な状態が続き、交通事故につながることがよくありました。 設計者のフェルディナンド ポルシェが、駆動輪のスリップを防止するカム機構を作成したとき、それは変わりました。 この機械要素は、多くのフォルクスワーゲン モデルのトランスミッションに採用されています。
セルフロック装置を備えたディファレンシャルは、アメリカのエンジニア V. Glizman によって開発されました。 このメカニズムは 1958 年に作成されました。 この発明はトルセンによって特許を取得し、今でもこの名前が付けられています。 デバイス自体は最初は非常に効果的でしたが、時間が経つにつれて、このメカニズムのいくつかの変更または世代が登場しました。 それらの違いは何ですか、後で少し検討します。 ここで、トールセン微分の動作原理に焦点を当てます。
どのように動作します
ほとんどの場合、Torsen メカニズムは、別の車軸だけでなく、別の車輪に対してもパワーテイクオフを実行できる車種に見られます。 多くの場合、前輪駆動車のモデルにはセルフロック式デフも搭載されています。
このメカニズムは、次の原理に従って動作します。 トランスミッションは、ディファレンシャルを介して特定の車輪または車軸に回転を伝達します。 初期の自動車モデルでは、このメカニズムはトルク量を 50/50% (1/1) の比率で変化させることができました。 最新の改造により、回転力を最大 7/1 の比率で再分配できます。 これにより、ドライバーは、XNUMX つの車輪だけが優れたトラクションを発揮する場合でも、車両を制御できます。
スキッド ホイールの速度が急激に上昇すると、メカニズムのウォーム タイプのギアがロックされます。 その結果、力はある程度安定した車輪に向けられます。 最新の車種のスキッド ホイールはほとんどトルクを失い、車が滑ったり、泥や雪で動かなくなったりするのを防ぎます。
セルフロックデフは外国車だけでなく装着可能。 多くの場合、このメカニズムは、国内の後輪駆動車または前輪駆動車のモデルに見られます。 このバージョンでは、もちろん、車は全地形対応車にはなりませんが、わずかに大きなホイールが使用され、地上高が高い場合 (このパラメーターの詳細については、 別のレビューで)、次にトルセンディファレンシャルと組み合わせて、トランスミッションは車両が適度なオフロード条件に対処できるようにします。
2）フロントアクスルは氷上にあります：フロント/リアトルク比は1 / 3.5に達する可能性があり、フロントホイールはより高速でスピンします。
3）車がコーナーに入る：トルク配分は3.5 / 1（前輪/後輪）に達することができ、前輪はより速く回転します。
4) 後輪が氷上にある場合: トルク比は 3.5 / 1 (フロント / リア アクスル) に達し、後輪はより速くスピンします。
クロスアクスルディファレンシャルの動作を考えます。 プロセス全体は、いくつかの段階に分けることができます。
- ギアボックスは、メイン ドライブ シャフトを介してドリブン ギアにトルクを伝達します。
- 従動歯車が回転を引き継ぎます。 いわゆるキャリアまたはカップがそれに固定されています。 これらの部品は従動歯車とともに回転します。
- カップとギアが回転すると、回転がサテライトに伝達されます。
- 各車輪の車軸はサテライトに固定されています。 これらの要素とともに、対応するホイールも回転します。
- デフに均等に回転力がかかると、衛星は回転しません。 この場合、従動歯車のみが回転します。 サテライトはカップ内で静止したままです。 これにより、ギアボックスからの力が各車軸に半分に分配されます。
- 車が曲がり角に入ると、半円の外側の車輪は、半円の内側の車輪よりも多く回転します。 このため、一方の車軸で車輪がしっかりと接続されている車両では、両側で異なる大きさの抵抗が発生するため、路面との接触が失われます。 この影響は、衛星の移動によって排除されます。 カップとともに回転することに加えて、これらのコンポーネントは軸を中心に回転し始めます。 これらの要素のデバイスの特徴は、歯が円錐の形で作られていることです。 衛星が軸を中心に回転すると、一方の車輪の回転速度が上がり、もう一方の車輪の回転速度が下がります。 車輪への抵抗値の違いに応じて、一部の車ではトルクの再配分が 100/0 パーセントに達することがあります (つまり、回転力は XNUMX つの車輪にのみ伝達され、XNUMX つ目の車輪は単に自由に回転します)。 ;
- 従来のディファレンシャルは、両輪の回転数差を吸収するように設計されています。 しかし、この機能はメカニズムの欠点でもあります。 たとえば、車がぬかるみに入ったとき、ドライバーは車輪の回転速度を上げて、道路の困難なセクションから抜け出そうとします。 しかし、ディファレンシャルの動作により、トルクは最も抵抗の少ない経路をたどります。 このため、車輪は道路の安定した場所では動かず、吊り下げられた車輪は最高速度で回転します。 この影響を排除するには、ディファレンシャル ロックが必要です (このプロセスについて詳しく説明します 別のレビューで)。 ロック機構がないと、少なくとも XNUMX つの車輪が滑り始めると車が停止することがよくあります。
トルセン デファレンシャルが XNUMX つの異なる運転モードでどのように機能するかを詳しく見てみましょう。
ストレートモーションで
すでに上で述べたように、車が道路の直線部分を移動すると、トルクの半分が各ドライブ アクスル シャフトで受けられます。 このため、駆動輪は同じ速度で回転します。 このモードでは、メカニズムは XNUMX つの駆動輪の剛結合に似ています。
サテライトは静止しており、メカニズムカップとともに回転しているだけです。 ディファレンシャルのタイプ (ロックまたはフリー) に関係なく、このような走行条件では、両方の車輪が同じ表面にあり、同じ抵抗に直面しているため、メカニズムは同じように動作します。
曲がるとき
コーナリング時、内側の半円ホイールは、コーナーの外側にあるホイールよりも動きが少なくなります。 この場合、微分の働きが現れます。 これは、駆動輪の回転数の違いを補償するためにメカニズムがトリガーされる標準モードです。
車がそのような状況に陥ると (このタイプの輸送手段は電車のように事前に敷設された軌道に沿って移動しないため、これはよく発生します)、衛星は自身の軸を中心に回転し始めます。 この場合、機構の本体とアクスルシャフトのギアとの接続が失われることはありません。
ホイールはトラクションを失うことがないため (タイヤと路面の間で均等に摩擦が発生します)、50 ～ 50% の同じ割合でトルクがデバイスに流れ続けます。 この設計は、車輪のさまざまな回転速度で、より高速に回転する車輪が、XNUMX 番目の車輪よりも多くの電力を必要とし、より低い回転数で動作するという点で特別です。
この装置動作の平準化により、糸車にかかる抵抗がなくなります。 駆動軸のリジッド カップリングを備えたモデルでは、この影響を排除することはできません。
滑るとき
車の車輪の XNUMX つがスリップし始めると、フリー ディファレンシャルの品質が低下します。 これは、たとえば、車両が泥だらけの未舗装の道路や部分的に凍結した道路にぶつかったときに発生します。 道路がセミアクスルの回転に抵抗しなくなるため、フリーホイールに動力が奪われます。 当然、そのような状況でのトラクションも失われます (安定した表面にある一方の車輪は静止したままです)。
機械に自由対称差動装置が設置されている場合、この場合のニュートン/メートルは等しい比率でのみ分配されます。 したがって、一方の車輪の牽引力がなくなると (自由回転が始まる)、もう一方の車輪は自動的に牽引力を失います。 車輪が道路に張り付くのをやめ、車は減速します。 氷上や泥の中で停止した場合、発進時に車輪がすぐに滑り始めるため、車両はその場所から移動できなくなります (道路の状態によって異なります)。
これは、まさにフリーディファレンシャルの主な欠点です。 トラクションが失われると、内燃機関のすべてのパワーが吊り下げられた車輪に行き、無駄に回転するだけです。 Thorsen メカニズムは、安定したトラクションを持つホイールでトラクションが失われたときにロックすることで、この影響を排除します。
デバイスと主要コンポーネント
トルセンの修正設計は次のもので構成されています。
- シェルまたはカップ... この要素は、ファイナル ドライブ シャフト (カップに取り付けられた駆動ギア) からニュートン/メートルを受け取ります。 ボディには XNUMX つのセミアクスルがあり、そこに衛星が接続されています。
- セミアキシャルギア（サンギアとも呼ばれる）... それぞれがホイールのセミアクスル用に設計されており、それらのスプラインとアクスル/セミアクスルを介して回転を伝達します。
- 左右のサテライト... 一方で、それらはセミアキシャル ギアに接続され、もう一方では機構の本体に接続されています。 メーカーは、4 つの衛星を Thorsen ディファレンシャルに配置することを決定しました。
- 出力軸。
セルフロック式ソーセンディファレンシャルは、アクスルシャフト間のトルクの再分配を提供すると同時に、吊り下げられたホイールの無駄な回転を防ぐ最先端のタイプのメカニズムです。 このような変更は、アウディのQuattro四輪駆動車や、有名な自動車メーカーのモデルで使用されています。
セルフロック式デフの種類 Thorsen
Thorsen 差動装置の改良を開発している設計者は、これらのメカニズムの XNUMX つのタイプを作成しました。 それらは設計が互いに異なり、特定の車両システムでの使用を目的としています。
すべてのデバイス モデルには T のマークが付いています。タイプに応じて、ディファレンシャルには独自のレイアウトとエグゼクティブ パーツの形状があります。 これは、メカニズムの効率に影響を与えます。 間違ったアセンブリに配置すると、部品はすぐに故障します。 このため、各ユニットまたはシステムは独自の差動装置に依存しています。
これは、各タイプのトルセン デファレンシャルの用途です。
- T1... ホイール間ディファレンシャルとして使用されますが、車軸間でモーメントを再配分するために取り付けることができます。 多少のブロッキングがあり、次の変更よりも後に設定されます。
- T2... 四輪駆動車の場合、駆動輪の間、およびトランスファー ケースに取り付けられます。 以前のバージョンと比較して、メカニズムのブロックは少し早く発生します。 このタイプのデバイスは、民間の自動車モデルでより頻繁に使用されます。 このカテゴリには T2R の変更もあります。 このメカニズムの部品は、はるかに大きなトルクに耐えることができます。 このため、強力な車にのみ搭載されています。
- T3... 以前のバージョンと比較して、このタイプのデバイスは小さくなっています。 この設計機能により、ノード間のパワーテイクオフ比を変更できます。 このため、この製品は車軸間のトランスファーケースにのみ取り付けられます。 トルセン デファレンシャルを備えた全輪駆動では、車軸に沿ったトルクの配分は道路状況によって異なります。
各タイプのメカニズムは、世代とも呼ばれます。 それぞれのデザインの特徴を考慮してください。
トルセンディファレンシャルの世代
動作原理と第 1 世代 (TXNUMX) のデバイスについては、以前に説明しました。 設計では、ウォーム ギアは、駆動車軸に接続されたサテライトとギアで表されます。 衛星ははすば歯を使用して歯車と噛み合い、その軸は各車軸に垂直です。 衛星はまっすぐな歯で互いに噛み合っています。
このメカニズムにより、駆動輪は独自の速度で回転し、コーナリング時のドラッグがなくなります。 片方の車輪が滑り始めた瞬間に、一対のウォームが噛み合い、メカニズムはもう一方の車輪により多くのトルクを伝達しようとします。 この改造は最も強力であるため、特別な車両でよく使用されます。 高トルク伝達が可能で、摩擦力も高いです。
第 2 世代の Thorsen ディファレンシャル (TXNUMX) は、衛星の配置が以前の変更とは異なります。 それらの軸は垂直ではなく、半軸に沿って配置されています。 メカニズムの本体に特別な切り込み（ポケット）が作られています。 彼らには衛星が設置されています。 メカニズムのロックが解除されると、斜めの歯を持つペアの衛星がトリガーされます。 この変更は、摩擦力が低く、メカニズムが早期にロックすることを特徴としています。 前述のように、この世代には、高性能エンジンを搭載した車両で使用されるより強力なバージョンがあります。
構造的に、この変更は、エンゲージメントのタイプが標準的な類似物とは異なります。 機構の設計にはスプライン カップリングがあり、その外側にはらせん状の歯があります。 このクラッチはサンギアを噛み合わせます。 道路状況に応じて、この設計には、係合コンポーネント間の摩擦力の可変指標があります。
第三世代（T3）は、この機構が遊星構造になっています。 ドライブ ギアはサテライトと平行に取り付けられます (ヘリカル歯があります)。 セミアクスルのギアは、歯が斜めに配置されています。
それぞれのモデルでは、各メーカーが独自の方法でこれらの世代のメカニズムを使用しています。 まず第一に、それは車がどのような特性を持つべきかによって異なります。たとえば、プラグイン全輪駆動が必要か、それとも各車輪に個別にトルクを配分する必要があるかなどです。 このため、車両を購入する前に、自動車メーカーがこの場合に使用するディファレンシャルの修正内容と、その操作方法を明確にする必要があります。
デフロック トルセン
通常、セルフロック機構は標準のディファレンシャルのように機能します。これにより、駆動輪の回転数の違いがなくなります。 デバイスは、緊急の状況でのみブロックされます。 そのような状況の例は、不安定な表面 (氷または泥) でそれらの XNUMX つを滑らせることです。 同じことが車軸間メカニズムのブロックにも当てはまります。 この機能により、ドライバーは補助なしで困難な道路セクションから脱出できます。
詰まりが発生すると、余分なトルク (吊り下げられた車輪が無駄に回転している) が、最もグリップの良い車輪に再配分されます (このパラメーターは、この車輪の回転に対する抵抗によって決まります)。 車軸間ブロッキングでも同じプロセスが発生します。 吊り下げられた車軸はニュートン/メートルが少なくなり、グリップが最も優れた車軸が機能し始めます。
トールセンディファレンシャルが搭載されている車は何ですか
セルフロック機構の考慮された変更は、世界的に有名な自動車メーカーによって積極的に使用されています。 このリストには次のものが含まれます。
- ホンダ
- トヨタ
- スバル
- アウディ;
- アルファロメオ;
- ゼネラルモーターズ（ほぼすべてのハマーモデル）。
そして、これはリスト全体ではありません。 ほとんどの場合、全輪駆動車にはセルフロック式ディファレンシャルが装備されています。 両方の車軸にトルクを伝達するトランスミッションには、デフォルトでこのメカニズムが常に装備されているとは限らないため、販売者にその可用性について確認する必要があります。 たとえば、この装置の代わりに、多板摩擦またはビスカス クラッチを取り付けることができます。
また、このメカニズムは、前輪駆動モデルや後輪駆動モデルであっても、スポーティな特性を備えた車に搭載される可能性が高くなります。 通常の前輪駆動車にはデフロックが装備されておらず、スポーティなドライビングスキルが要求されます。
利点と欠点
そのため、トールセン タイプのディファレンシャルは、ドライバーが誰の助けも借りずに困難な道路セクションを克服できるように設計されています。 この利点に加えて、デバイスにはさらにいくつかの利点があります。
- 緊急時には常に最高の精度で機能します。
- 不安定な路面でのトランスミッションのスムーズな操作を提供します。
- 作業の過程で、それは余分な騒音を発しません。そのため、旅行中の快適さは損なわれます（メカニズムが正常に整っている場合）。
- このデバイスの設計により、ドライバーは車軸または個々の車輪の間でトルクを再配分するプロセスを制御する必要がなくなります。 車両の車載システムにいくつかの送信モードがある場合でも、ブロック自体は自動的に発生します。
- トルク再配分のプロセスは、ブレーキ システムの効率には影響しません。
- ドライバーがメーカーの推奨に従って車両を操作する場合、差動機構は特別なメンテナンスを必要としません。 例外は、トランスミッションのクランクケース内の潤滑油レベルを監視する必要があることと、オイル交換の必要があることです (交換間隔は車両メーカーによって示されます)。
- 前輪駆動車に搭載すると、発進が容易になり（駆動輪の故障を回避することが主な目的です）、ターン中のドライバーの反応がより明確になります。
このメカニズムには多くの肯定的な側面があるという事実にもかかわらず、欠点がないわけではありません。 その中で：
- デバイスの高価格。 その理由は、構造の製造と組み立ての複雑さです。
- トランスミッションに小さな抵抗（ギア間の摩擦）が形成される追加のユニットが現れるという事実により、同様のメカニズムを備えた機械はより多くの燃料を必要とします。 特定の条件下では、駆動軸が XNUMX つしかないアナログに比べて、車はより貪欲になります。
- 低効率;
- デバイスには多数のギア コンポーネントが含まれているため、パーツのくさびが発生する可能性が高くなります (これは、製品の品質が悪いか、メンテナンスが不適切なために発生することがよくあります)。
- 作動中、メカニズムは非常に熱くなるため、トランスミッションには高温条件下で劣化しない特別な潤滑剤が使用されます。
- ロードされたコンポーネントは、激しい摩耗の影響を受けます (ロック作動の頻度と、オフロードを克服する過程でドライバーが使用するドライビング スタイルによって異なります)。
- 他の車輪とは異なる車輪の XNUMX つで車を運転することは望ましくありません。これは、この違いがメカニズムに負荷をかけ、一部の部品の摩耗を加速させるためです。
前輪駆動車の近代化には特別な注意が必要です (フリーディファレンシャルがセルフブロックに置き換えられました)。 コーナリング時の俊敏性が向上するにもかかわらず、急加速の瞬間、クルマは路面に敏感です。 この時点で、車は「緊張」し、緩い路面に引っ張られ、ドライバーはより集中力とアクティブなステアリングを必要とします。 工場の設備と比較して、この改造は長い旅行ではあまり快適ではありません。
緊急事態になると、そのような車は工場出荷時のバージョンほど従順ではなく、予測可能ではありません。 このような近代化を決定した人は、自分の経験から、これらの変更によりスポーツ運転技術の適用が可能になることを学びました。 しかし、それらがそこにない場合は、車にそのような改善を施すべきではありません。 それらの効果は、スポーツモードまたは泥だらけの田舎道でのみ役に立ちます。
さらに、運転者は、自動ロック機構を取り付けることに加えて、運転のシャープさを感じるために、車の他のパラメータを正しく調整する必要があります。 それ以外の場合、車は SUV のように動作しますが、この輸送手段が頻繁に使用される状況では必要ありません。
レビューの最後に、トールセン セルフ ロッキング ディファレンシャルの作業とその作成の歴史に関する追加のビデオを提供します。
質問と回答：
Torsenディファレンシャルはどのように機能しますか？ この機構は、トルクの違いにより片方の車輪がトラクションを失い、ディファレンシャルギアが噛み合い、片方の車輪がメインホイールになる瞬間を感知します。
トルセンディファレンシャルは従来のディファレンシャルとどう違うのですか？ 従来のディファレンシャルは、両方のホイールに均等なトラクションの配分を提供します。 片方の車輪が滑ると、もう一方の車輪の牽引力がなくなります。 Thorsenは、スリップすると、トルクをロードされたアクスルシャフトにリダイレクトします。
Torsenはどこで使用されていますか？ クロスアクスルセルフロックディファレンシャル、およびXNUMX番目のアクスルを接続するアクスル間メカニズム。 このディファレンシャルは、全輪駆動車で広く使用されています。
