Mechanizm różnicowy (dyferencjał)

Mechanizm różnicowy to zespół kół zębatych pozwalający dwóm kołom napędzanej osi obracać się z różnymi prędkościami, a zarazem dzielić między nie moc silnika. Jest jednym z cichych, lecz niezbędnych elementów układu napędowego: bez niego koło wewnętrzne i zewnętrzne musiałyby obracać się z tą samą prędkością, co jest niemożliwe podczas pokonywania zakrętu, ponieważ koło zewnętrzne musi przebyć dłuższą drogę. Mechanizm różnicowy godzi tę sprzeczność, pozwalając każdemu kołu obracać się tak szybko, jak wymaga tego jego tor, a jednocześnie nadal napędzać oba.

Klasyczny otwarty mechanizm różnicowy osiąga to dzięki zwartemu zestawowi kół stożkowych. Moment obrotowy silnika dociera do koła talerzowego przykręconego do obudowy (kosza); wewnątrz obudowy małe satelity zazębiają się z kołami koronowymi (półosiowymi) osadzonymi na każdym półwale. Gdy auto jedzie prosto, cały zespół obraca się jako całość i oba koła kręcą się jednakowo. Gdy auto skręca, satelity zaczynają obracać się wokół własnej osi, pozwalając jednemu kołu półosiowemu obracać się szybciej, a drugiemu wolniej, przy czym różnica rozkłada się tak, że średnia odpowiada napędowi wejściowemu. To eleganckie rozwiązanie nie wymaga żadnej interwencji kierowcy i działa automatycznie.

Mechanizm różnicowy zwykle pełni drugie zadanie: ostateczną redukcję przełożenia. Para małego zębnika i dużego koła talerzowego stanowi przełożenie główne, ostatni stopień przełożenia między silnikiem a kołami jezdnymi, zwielokrotniający moment obrotowy i ustalający, jak szybko obraca się wał napędowy względem kół. W autach z napędem na tył i na cztery koła odbywa się to w osobnej obudowie mostu, natomiast w autach z napędem na przód mechanizm różnicowy jest zintegrowany ze skrzynią przekładniową obok skrzyni biegów.

Wielkim ograniczeniem otwartego mechanizmu różnicowego jest właśnie ta sama cecha, która sprawia, że działa. Ponieważ dzieli on moment obrotowy po równo i podąża drogą najmniejszego oporu, jeśli jedno koło traci przyczepność, na lodzie, w błocie lub po prostu uniesione nad ziemię, to koło buksuje swobodnie, a mechanizm różnicowy przekazuje niewiele momentu kołu, które wciąż ma przyczepność. W rezultacie auto może utknąć z jednym bezużytecznie buksującym kołem, podczas gdy drugie stoi w miejscu, co jest frustrującą wadą w warunkach śliskich lub terenowych.

Kilka rozwiązań usuwa tę słabość i tworzy rodzinę pokrewnych podzespołów. Mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu wykorzystuje sprzęgła, koła zębate lub sprzęgło wiskotyczne, aby po wystąpieniu poślizgu przenieść więcej momentu na koło z przyczepnością. Mechanizm różnicowy z blokadą potrafi sztywno połączyć oba półwały, tak by oba koła obracały się razem bez względu na przyczepność, co jest cenione w poważnym użytkowaniu terenowym. Układy elektroniczne naśladują te efekty, przyhamowując buksujące koło. Wraz z osią, której służy, i przełożeniem głównym, które ustala, mechanizm różnicowy jest kluczowy dla tego, jak pojazd przenosi moc na drogę, równoważąc potrzebę swobody w zakrętach z potrzebą przyczepności.