Een differentieel speelt een essentiële rol bij het rechtuit duwen of trekken van een auto en het efficiënt en comfortabel door een bocht verplaatsen. Kortom, het is een apparaat waarmee twee zijden van een as met verschillende snelheden kunnen werken. Afhankelijk van de richting waarin de auto draait en de configuratie van de voor-, achter- of vierwielaandrijving, verdeelt hij het vermogen van de aandrijflijn naar de wielen.
Zonder differentieel zou draaien behoorlijk vervelend zijn. Terwijl een auto draait, draaien het buitenste wiel en het binnenste wiel met verschillende snelheden. Het buitenste wiel draait sneller omdat het een iets langer pad moet afleggen dan het binnenste wiel. Zonder een differentieel om het vermogen tussen de twee banden te regelen, en ook om alleen rekening te houden met het verschil in snelheid wanneer het vermogen niet wordt toegepast, zou het veel bandengeluid veroorzaken omdat de binnenband sneller zou draaien dan nodig is . Het ontbreken van een differentieel zou ook de draaicirkel van het voertuig enorm vergroten, waardoor zoiets eenvoudigs als het rijden door een krappe parkeerplaats een grote nekpijn zou worden.
Gelukkig heeft meer dan 100 jaar auto-onderzoek en -ontwikkeling bijgedragen aan het voortdurend verfijnen en moderniseren van differentiëlen om het rijden gemakkelijker te maken en zelfs de tractie te vergroten in bepaalde scenario's, zoals op het circuit in de autosport. Ze helpen ook off-road door ervoor te zorgen dat vrachtwagens gemakkelijk over grote obstakels kunnen rollen. Laten we niet alleen bespreken wat een differentieel is en hoe het werkt, maar ook de verschillende veelvoorkomende soorten die er zijn.
Een differentieel neemt het vermogen van de motor over via de aandrijflijn en verdeelt het over de wielen die het moet besturen. In een auto met voorwielaandrijving vormen het differentieel en de transmissie één eenheid, ook wel een transaxle genoemd. In auto's met achterwielaandrijving zijn de meest voorkomende configuraties de motor en transmissie vooraan met het differentieel naar achteren om het vermogen over de twee achterwielen te verdelen.
In een auto met vierwielaandrijving of vierwielaandrijving is de meest gebruikelijke methode om het vermogen te verdelen, via een verdeelbak die aan de transmissie is bevestigd, die een bepaalde hoeveelheid vermogen naar de achterwielen stuurt en de rest naar de voorwielen. Sommige hebben instellingen om te wijzigen hoeveel stroom waarheen gaat, maar dat is een blog voor een andere dag.
Transaxles zijn echter niet alleen voor voorwielaandrijving, ze bestaan ook in auto's met achterwielaandrijving. Het hangt allemaal af van de door de fabrikant ontworpen gewichtsbalans en verpakking. De nieuwste Aston Martin Vantage heeft zijn twin-turbo 4,0-liter V8 vooraan, maar de transmissie en het differentieel aan de achterkant zijn ingekapseld in een transaxle. Net als de Lexus RC F GT3-raceauto. De motor van de Porsche 911 zit achter de achterwielen en de transaxle zit ervoor tussen de achterwielen. Wild, toch?
De eenvoudigste methode om dit uit te leggen, is kijken naar een auto met achterwielaandrijving. De draaiende beweging van de aandrijfas vindt zijn weg naar het ingaande rondsel in het differentieelhuis. Dit draait een ringtandwiel waaraan het differentieel zelf is bevestigd, dat vervolgens, via een reeks tandwielen, de achterste aandrijfassen draait. De verhouding tussen het ingaande rondsel en het ringtandwiel is de eindoverbrengingsverhouding, ook wel achterasoverbrenging genoemd. Als de eindoverbrengingsverhouding een prestatiegerichte 3.73 is (tenminste als het gaat om BMW's van begin 2010), betekent dit dat het ringtandwiel 3,73 keer meer tanden heeft dan het invoerrondsel.
Met al het andere gelijk, zoals dezelfde BMW 128i's 6-versnellingsbak uit 2011, zullen de toeren hoger zitten in elk van de transmissieversnellingen dan met een eindoverbrengingsverhouding van 3,23. Er zijn echter andere factoren die een rol spelen om deze te bepalen, zoals het veranderen van de transmissieversnelling.
Er zijn drie veelvoorkomende soorten differentiëlen:open, limited-slip en vergrendeld.
Een open differentieel is het meest voorkomende type en het minst duur om te produceren. In wezen verdeelt het het vermogen over de aangedreven wielen, hoewel in een geval van slip meer kracht wordt gestuurd naar het slippende wiel dat minder tractie heeft. Het is een beetje zoals elektriciteit, omdat het altijd de weg van de minste weerstand kiest. Dit wordt vaak verholpen met elektronische tractiecontrole, hoewel dit niet altijd de meest effectieve manier is om de tractie te verbeteren.
Aan de andere kant zorgt een sperdifferentieel (LSD) ervoor dat het vermogen naar de band wordt gestuurd met meer tractie of weerstand, waardoor het beter werkt om uit een scenario met weinig tractie te komen, zoals spetteren door een plas of rijden over een stuk ijs.
Een vergrendeld differentieel begint als een open differentieel, maar wanneer het wordt bediend via een elektrisch of pneumatisch systeem, verdeelt het de kracht evenredig, 50/50, over de twee aandrijfwielen. Dit is goed om de tractie naar de band te behouden, of zelfs als een wiel van de grond hangt. Het wiel dat in contact is met de grond zal het voertuig nog steeds voortstuwen.
Wanneer het voertuig echter is vergrendeld, wordt de draaicirkel van het voertuig aanzienlijk vergroot en worden de banden die aan het vergrendelde differentieel zijn bevestigd, overgeslagen en getjilp, omdat ze met dezelfde snelheid ronddraaien. Wanneer ontgrendeld, zal het differentieel rekening houden met de verschillende wielsnelheden die optreden tijdens het draaien en terugkeren naar de eigenschappen van een open differentieel.
Een gelast differentieel, dat eigenlijk alleen gebruikelijk is bij driften, is als een vergrendeld differentieel dat niet kan worden ontgrendeld. De aandrijfwielen hebben altijd een 50/50 vermogensverdeling, wat goed is voor het creëren van burn-outs en om de auto te laten driften, maar nogmaals, dat kan vervelend worden bij het draaien in niet-driftscenario's.
Er zijn twee veelvoorkomende soorten sperdifferentiëlen om te bespreken:het koppelingstype en het mechanische type (ook bekend als een spiraalvormig sperdifferentieel). Er is ook het stroperige type, maar dat bewaren we voor een volgende blog.
Het koppelingstype is meestal meer bedoeld voor gebruik op het circuit en komt in de vorm van eenrichtings-, anderhalve- of tweerichtingsvarianten. Met koppelingstype bedoelen we dat er koppelingspakketten in het differentieel zijn om aan elkaar te vergrendelen en gelijke hoeveelheden kracht naar elk van de achterwielen te sturen. De snelheid waarmee de koppelingsschijven in elkaar grijpen en gelijke hoeveelheden vermogen naar elk wiel sturen, wordt de vergrendelingssnelheid genoemd. Normaal gesproken geldt:hoe strenger de vergrendelingssnelheid, hoe nauwkeuriger en vaardiger iemands invoer moet zijn.
Een eenrichtingsdifferentieel blokkeert de achterwielen bij acceleratie. Een tweerichtingsdifferentieel blokkeert de achterwielen bij acceleratie en vertraging. Een eenpunts-vijf-richtingsdifferentieel is een middenweg met een minder streng blokkeringspercentage.
Een mechanisch differentieel met beperkte slip gebruikt versnellingen in plaats van koppelingen om het vermogen met meer tractie naar het wiel over te brengen, en trekt het vervolgens terug naarmate de tractie toeneemt, de weerstand afneemt en de slip verdwijnt. Veelvoorkomende typen spiraalvormige differentiëlen zijn de Torsen (afkorting van koppeldetectie) en Wavetrac, die elk hun eigen unieke, gepatenteerde manieren gebruiken om slip te beperken.
Er zijn zoveel variëteiten en nuances om uit te kiezen, dus het hangt allemaal af van de toepassing. Het mooie van een locker (een veelgebruikte term voor een sperdifferentieel) is dat de bestuurder deze bedient wanneer deze vergrendelt. Niet alle kluisjes zijn echter hetzelfde, sommige worden ontgrendeld als het voertuig achteruit rolt, terwijl andere vergrendeld blijven.
Als het gaat om differentiëlen met beperkte slip, komt het mechanische type het meest voor wat betreft wat consumenten op de showroomvloer kunnen kopen. Ze beginnen echter qua prestaties tekort te schieten als het erom gaat het vermogen zo efficiënt mogelijk op het asfalt te krijgen, en dat is waar het differentieel van het koppelingstype in het spel komt. Differentiëlen van het koppelingstype vereisen echter onderhoud waarbij de koppelingen moeten worden vervangen, terwijl het enige onderhoud dat mechanische differentiëlen vereisen, een vloeistofverversing is.
Maar dan worden sommige differentiëlen met beperkte slip elektronisch vergrendeld, wat betekent dat als iemand een smokey burn-out wil neerzetten terwijl hij een bocht verlaat in een prestatiegericht scenario op het circuit, het elektronisch vergrendelbare diff dit effectiever zal doen dan een conventioneel mechanisch diff . Een goed voorbeeld hiervan is BMW's Active M-differentieel, dat verschillende inputs gebruikt, zoals gasinvoer, giersnelheid, wielsnelheid en algehele snelheid om te bepalen wanneer het differentieel het beste kan worden vergrendeld voor optimale prestaties.
Nogmaals, ongeacht het ontwerp van elk differentieel, is het de bedoeling om vermogen naar een van de aandrijfwielen te sturen die aan de voor- of achteras zijn bevestigd. Sommige zijn meer gericht op (woordspeling bedoeld) comfort en kosten, terwijl andere gericht zijn op optimale prestaties. Dan is er een grote middenweg die een zeker evenwicht van de twee bezit.
Als dit allemaal nog een beetje onduidelijk is, wees niet bang, onze Recurrent Media-collega's bij Donut Media stel een uitstekende video samen die een geweldige visuele demonstratie is van hoe een differentieel werkt.
Bekijk tot slot deze video van Engineering Explained om wat meer visuele kennis op te doen over de verschillen tussen een koppelingstype en een spiraalvormig sperdifferentieel:
