Il differenziale centrale è noto anche come differenziale inter-asse. Per i veicoli a trazione multi-asse, gli assi motore sono collegati da alberi motore. Il differenziale centrale consente a ciascun asse motore di avere velocità angolari di ingresso diverse per eliminare lo scorrimento delle ruote motrici su ciascun asse. I tipi di differenziali centrali includono: differenziale centrale aperto, differenziale con frizione multidisco-, differenziale Torsen e differenziale ad accoppiamento viscoso.
Quando un veicolo è in movimento, non solo viaggia in linea retta, ma compie anche diverse svolte. Quando un veicolo gira, le traiettorie delle quattro ruote sono quattro archi con raggi diversi. Ciò si traduce in diverse velocità di rotazione delle quattro ruote. Se le ruote potessero ruotare solo alla stessa velocità, il veicolo non sarebbe in grado di girare. Anche se costretto a girare, l’asse centrale si romperebbe a causa della differenza di velocità delle ruote. Pertanto, è necessario un differenziale per ottenere una velocità differenziale, scomponendo la velocità di rotazione fissa dell'albero di uscita del motore in diverse velocità e trasmettendole alle ruote.
Quando un veicolo gira, il raggio di sterzata delle ruote anteriori è maggiore di quello delle ruote posteriori sullo stesso lato. Pertanto, le ruote anteriori girano più velocemente delle ruote posteriori e le quattro ruote seguono percorsi completamente diversi. Pertanto, i veicoli a quattro ruote motrici richiedono un differenziale centrale per distribuire la coppia tra gli assi anteriore e posteriore.
I tipi di differenziali centrali includono: differenziale centrale aperto, differenziale con frizione multidisco-, differenziale Torsen e differenziale ad accoppiamento viscoso.
I. Differenziale centrale aperto
Un differenziale aperto è un differenziale che non presenta restrizioni e può funzionare normalmente quando il veicolo gira. Il set di ingranaggi planetari non è dotato di dispositivo di bloccaggio. Se un veicolo a quattro ruote motrici è dotato di tre differenziali aperti (anteriore, centrale e posteriore), se una ruota slitta, tutta la potenza del veicolo verrà sprecata su questa ruota e le altre tre ruote non riceveranno alcuna potenza.
Vantaggi: Nessun vantaggio particolare, in quanto il differenziale è una condizione necessaria per il normale funzionamento del veicolo;
Svantaggi: nel campo dei veicoli fuoristrada-, un differenziale aperto può influire sulla capacità del veicolo di uscire da situazioni difficili su strade non-asfaltate.
II. Differenziale frizione multidisco-
Il differenziale della frizione multidisco- genera la coppia differenziale attraverso una frizione multidisco-in bagno d'olio. Questo sistema viene spesso utilizzato come differenziale centrale nei sistemi a quattro ruote motrici su richiesta. Ha due serie di dischi di attrito, uno impostato come dischi conduttori e l'altro come dischi condotti. I dischi conduttori sono collegati all'asse anteriore e i dischi condotti sono collegati all'asse posteriore. I dischi sono immersi in olio speciale e il loro innesto e disinnesto è controllato da un sistema elettronico.
Quando il veicolo viaggia in linea retta, le velocità di rotazione degli assi anteriore e posteriore sono le stesse e non vi è alcuna differenza di velocità tra il disco motore e quello condotto. A questo punto, i dischi sono separati e il veicolo si trova fondamentalmente nello stato di trazione anteriore-o di trazione posteriore-, il che può far risparmiare carburante. Durante la svolta, gli assi anteriore e posteriore hanno velocità di rotazione diverse e anche il disco motore e quello condotto hanno una differenza di velocità. Tuttavia, poiché la differenza di velocità non ha raggiunto il valore preimpostato dal sistema elettronico, i due gruppi di dischi rimangono separati e la sterzata del veicolo non viene influenzata.
Quando la differenza di velocità tra gli assi anteriore e posteriore supera un certo limite, ad esempio, quando le ruote anteriori iniziano a slittare, il sistema di controllo elettronico controllerà il meccanismo idraulico per premere la frizione multidisco- e i dischi conduttore e condotto entreranno in contatto, in modo simile all'innesto di una frizione. La coppia viene trasmessa dai dischi conduttori ai dischi condotti, ottenendo così la trazione integrale.
Le condizioni di innesto e il rapporto di distribuzione della coppia del differenziale a slittamento limitato-a frizione multidisco-sono controllati dal sistema elettronico, con un'elevata velocità di risposta. Alcuni modelli sono dotati anche di una funzione "LOCK" a controllo manuale, in cui i dischi motrici e condotti possono rimanere completamente innestati, simile allo stato di blocco delle quattro ruote motrici dei veicoli fuoristrada-professionali. Tuttavia, le piastre di attrito possono trasferire solo fino al 50% della coppia alle ruote posteriori e un utilizzo ad alta-intensità può causare il surriscaldamento e il guasto delle piastre di attrito.
Vantaggi: risposta rapida e possibilità di coinvolgimento immediato; la maggior parte dei modelli è innestata elettronicamente e non richiede il controllo manuale;
Svantaggi: può trasferire solo fino al 50% della potenza alle ruote posteriori e tende a surriscaldarsi sotto carichi elevati.
III. Differenziale Torsen
Il nome "Torsen" deriva da "Trazione con rilevamento della coppia". Il cuore di Torsen è il sistema di ingranamento dell'ingranaggio a vite senza fine e della ruota elicoidale. Dalla vista strutturale del differenziale Torsen si può vedere che sono presenti doppie ruote elicoidali e ingranaggi a vite senza fine. È proprio il loro reciproco ingranamento e incastro, così come la trasmissione unidirezionale della coppia dalla ruota elicoidale all'ingranaggio elicoidale, che realizza la funzione di bloccaggio del differenziale, che limita lo slittamento. Durante la normale guida in curva, i differenziali anteriore e posteriore agiscono come differenziali tradizionali e gli ingranaggi a vite senza fine non influenzano le diverse velocità dei semiassi. Ad esempio, quando il veicolo gira a sinistra, la ruota destra gira più velocemente del differenziale, mentre la ruota sinistra gira più lentamente. Le ruote elicoidali con velocità diverse possono abbinarsi con precisione e ingranare in modo sincrono con gli ingranaggi. In questo momento, la ruota elicoidale e l'ingranaggio elicoidale non sono bloccati perché la coppia viene trasmessa dalla ruota elicoidale all'ingranaggio elicoidale. Tuttavia, quando un lato della ruota slitta, entra in gioco il gruppo ruota elicoidale e ingranaggio a vite senza fine e, attraverso il differenziale Torsen o la frizione idraulica multi-disco, la distribuzione della potenza viene regolata automaticamente e rapidamente.
Quando il veicolo procede normalmente, l'alloggiamento del differenziale P ruota, facendo ruotare contemporaneamente gli ingranaggi a vite senza fine 3 e 4. In questo momento, non c'è rotazione relativa tra 3 e 4, quindi l'albero rosso 1 e l'albero verde 2 ruotano alla stessa velocità. Tuttavia, quando un lato dell'asse incontra una maggiore resistenza mentre l'altro lato è al minimo, ad esempio, l'asse rosso incontra una resistenza maggiore, quindi inizialmente rimane fermo, mentre la scatola del differenziale continua a ruotare, spingendo così la ruota elicoidale 4 a rotolare lungo l'albero rosso. Quando 4 rotola, ne fa ruotare anche 3, ma 3 e l'asse verde 2 hanno un effetto autobloccante, quindi la rotazione di 3 non può far ruotare l'asse verde 2. Pertanto, 3 smette di ruotare e, allo stesso tempo, anche 4 smette di ruotare. Pertanto, 4 possono ruotare solo l'asse rosso insieme alla rotazione dell'alloggiamento del differenziale, distribuendo la coppia all'asse rosso e consentendo al veicolo di uscire dalla situazione difficile.
Il dispositivo più importante è il differenziale centrale autobloccante-con rilevamento della coppia-, che può regolare continuamente la potenza in uscita tra gli assi anteriore e posteriore da 25:75 a 75:25 in base allo stato di guida, e la risposta è estremamente rapida, quasi senza ritardo (le caratteristiche del differenziale autobloccante con rilevamento-della coppia-sono state analizzate più dettagliatamente in precedenza) e con il supporto del programma elettronico di stabilità, l’iniziativa di distribuzione dell’energia viene ulteriormente migliorata.
In poche parole, il differenziale Torsen è un differenziale meccanico puro completamente automatico, ovvero non richiede il controllo manuale ed è affidabile al 100% e dispone di trasmissione diretta. Da un certo punto di vista, è un design molto equilibrato.
Vantaggi: Può fornire istantaneamente un feedback sulla differenza di resistenza tra le ruote motrici e distribuire la coppia erogata. Inoltre, la caratteristica di blocco- è lineare e può essere regolata entro un intervallo relativamente ampio di coppia erogata.
Svantaggi: non esiste la modalità a due-ruote motrici; la capacità di slittamento-limitata del differenziale è limitata e la potenza non può essere trasmessa completamente a una determinata ruota.
IV. Differenziale di accoppiamento viscoso
Il differenziale ad accoppiamento viscoso è un dispositivo intelligente per la distribuzione automatica della potenza negli odierni veicoli a trazione integrale. Di solito è installato nei veicoli a trazione integrale-a trazione anteriore-. Questi veicoli solitamente viaggiano in modalità-a trazione anteriore. La caratteristica più significativa del giunto viscoso è che può distribuire automaticamente la potenza all'asse motore posteriore senza l'intervento del conducente.
Il principio di funzionamento dell'accoppiamento viscoso è in qualche modo simile a quello di una frizione multidisco-. Ci sono molte piastre interne sull'albero di ingresso, che sono inserite tra le numerose piastre esterne nell'alloggiamento dell'albero di uscita, e viene riempito con olio siliconico ad alta-viscosità. L'albero di ingresso è collegato alla scatola di trasmissione e di trasferimento del motore montato sulla parte anteriore-e l'albero di uscita è collegato all'asse motore posteriore.
Durante la guida normale, non c'è differenza di velocità tra le ruote anteriori e quelle posteriori e il giunto viscoso non funziona, quindi la potenza non viene distribuita alle ruote posteriori e il veicolo si comporta comunque come un veicolo a trazione anteriore-. Quando un'auto guida su strade ghiacciate e innevate, le ruote anteriori potrebbero girare a vuoto e ci sarà una differenza significativa nella velocità di rotazione tra le ruote anteriori e posteriori. L'olio siliconico tra le piastre interna ed esterna del giunto viscoso viene agitato e inizia ad espandersi a causa del calore, generando una grande resistenza viscosa che impedisce il movimento relativo tra le piastre interna ed esterna e produce una coppia considerevole. Pertanto, la potenza viene trasmessa automaticamente alle ruote posteriori e l'auto diventa un veicolo a quattro ruote motrici.
Quando l'auto gira, il giunto viscoso può anche assorbire la differenza di velocità tra le ruote anteriori e posteriori causata dalla differenza delle ruote interne, funzionando come un differenziale. Durante la frenata può evitare che le ruote posteriori si blocchino per prime.
Vantaggi: dimensioni compatte, struttura semplice e bassi costi di produzione.
Svantaggi: risposta lenta, rapporto di distribuzione della coppia ridotto, incapacità di controllare manualmente l'innesto e il disinnesto e potenziale guasto dovuto al surriscaldamento sotto carico elevato.