Блокува́ння диференціа́ла () — обмеження функціональних можливостей диференціала у трансмісії автомобіля з метою забезпечення гарантованої подачі крутних моментів у заданому співвідношенні від двигуна на вихідні вали.

Принципи блокування диференціала Негативною особливістю роботи вільного диференціала в автомобільній трансмісії є те, що при пробуксовуванні одного колеса (ведучої осі) на інше передається крутний момент, недостатній для подальшого приведення у рух. Блокування диференціала призначене для збільшення крутного моменту на колесі або осі (для випадку міжосьового диференціала), що мають краще зчеплення з дорожнім покриттям. Існують принципово різні варіанти вирішення цієї проблеми.

Для того, щоб заблокувати диференціал слід виконати одну з двох дій: сполучити корпус диференціала з одним з вихідних валів; обмежити обертання сателітів.

Залежно від ступеня, блокування диференціала буває повним або частковим. Повне блокування забезпечує жорстке сполучення частин диференціала, при якому крутний момент може повністю передаватись на колесо (вісь) з кращим зчепленням.

Часткове блокування диференціала характеризується обмеженою величиною зусилля, що передається між частинами диференціала й відповідного до неї зростання крутного моменту на колесі із кращим зчепленням.

Величина зростання крутного моменту на вільному колесі оцінюється коефіцієнтом блокування, який дорівнює відношенню крутного моменту на відстаючому колесі до моменту на колесі, яке буксує. Для симетричного вільного диференціала коефіцієнт блокування буде дорівнювати 1, оскільки крутні моменти у цьому випадку на обох колесах є однаковими. У заблокованому диференціалі коефіцієнт блокування може бути в межах 3…5. Подальше збільшення коефіцієнта блокування є небажаним, оскільки приводить до зростання навантажень на елементи трансмісії й може спричинити вихід їх з ладу.

Блокування застосовується як на міжколісних, так і на міжосьових диференціалах. Блокування переднього міжколісного диференціала повноприводного автомобіля реалізують рідко, щоб не знижувати керованості транспортного засобу.

Блокування диференціала може здійснюватися примусово або автоматично. Примусове блокування диференціала здійснюється за ініціативою водія, тому інша його назва — «ручне блокування». Автоматичне блокування диференціала виконується за допомогою спеціальних технічних пристроїв — самоблокованих диференціалів.

Примусове блокування диференціала

Примусове блокування диференціала проводиться, зазвичай, за допомогою кулачкової муфти, що забезпечує жорстке з'єднання корпуса диференціала із однією з півосей, тобто здійснює його повне блокування.

Замикання (розмикання) кулачкової муфти проводиться за допомогою механічного, електричного, гідравлічного або пневматичного приводу.

Механічний привід виконується у вигляді важеля і тросів або системи важелів. Блокування диференціала проводиться водієм шляхом переміщення важеля у відповідне положення на нерухомому автомобілі.

Гідравлічний привід блокування диференціала містить головний і робочий циліндри, сполучені гідролінією. Виконавчим елементом пневматичного приводу є пневмоциліндр (поршневий або мембранний). В електричному приводі для замикання муфти використовується електродвигун. Блокування диференціала (ініціювання приводу) у цих випадках проводиться шляхом натискання відповідної кнопки на панелі приладів.

Жорстке примусове блокування застосовується для подолання автомобілем важкопрохідних ділянок, а після їхнього проходження обов'язково вимикається. Застосовується у міжколісних і міжосьових диференціалах повноприводних автомобілів.

Диференціали із самоблокуванням Диференціал із самоблокуванням може автоматично, залежно від умов його роботи, забезпечувати або одразу повне блокування, або часткове блокування. Диференціали, що забезпечують часткове блокування, ще носять назву «Диференціал підвищеного тертя» ) і за своєю суттю є компромісним рішенням між вільним диференціалом і диференціалом із повним блокуванням, оскільки дозволяють реалізувати за необхідності функційні можливості і першого, і другого.

Розрізняють два типи диференціалів із самоблокуванням: блоковані за різницею кутових швидкостей коліс (); блоковані за різницею крутних моментів ().

Диференціали, що блокуються за різницею кутових швидкостей коліс До цього типу диференціалів належать: диференціали з кулачковим або зубчастим автоматичним блокуванням; дисковий диференціал; диференціал із в'язкісною муфтою; електронне блокування диференціала.

Кулачкове (зубчасте) блокування

Конструктивно тут є можливими два варіанти виконання диференціала з кулачковим блокуванням. В одному випадку кулачкова муфта, що складається з двох кулачкових дисків і проміжного сепаратора із сухариками розташовується між обома зубчастими колесами вільного диференціала. В іншому випадку, планетарна передача диференціала взагалі не має зубчастих коліс: роль водила диференціала виконує сепараторне кільце, сателітами є сухарі, а роль ведених зубчастих коліс виконують два кулачкових диски або кільця з хвилеподібним профілем спряженої із сепаратором поверхні. В обох випадках ідея блокування ґрунтується на тому, що при певній різниці у кутових швидкостях ведених ланок сухарі розклинюються між кулачковими дисками/кільцями і практично миттєво блокують диференціал. Блокування тут спрацьовує лише від різниці кутових швидкостей. До деякого значення цієї різниці диференціал працює як вільний, а після досягнення — одразу повністю блокується, причому не є важливим, чи він навантажений крутним моментом чи ні. Перехідний режим часткового блокування між вільним та заблокованим станами відсутній.

Перші відомі розробки кулачкових диференціалів ймовірно належать Фердинанду ПоршеUS 1946358 A Porsche Ferdinand, Rabe Karl Articulated differential gear, particularly for motor vehicles, Дата публікації 6 лют. 1934 . Саме його диференціал пішов у серію на машинах KdF-Kübelwagen. Кулачкові самоблокувальні диференціали в основному використовуються як міжколісні в автомобілях підвищеної прохідності та у військовій техніці (бронетранспортерах у тому числі на БТР-60 тощо).

Дисковий диференціал Найпростіший дисковий диференціал () є симетричним диференціалом, у який додані один або два пакети фрикційних дисків. Частина фрикційних дисків жорстко зв'язана з корпусом диференціала, інша частина — з піввіссю.

Принцип дії диференціала підвищеного тертя дискового типу ґрунтується на силі тертя, що виникає внаслідок різниці швидкостей обертання півосей.

При прямолінійному русі корпус диференціала і піввісь обертаються з однаковою швидкістю, фрикційний пакет обертається як єдине ціле. При збільшенні частоти обертання однієї з півосей, відповідна їй частина дисків в пакеті починає обертатися швидше. При цьому між дисками виникає сила тертя, що перешкоджає збільшенню частоти обертання. Крутний момент на вільному колесі збільшується, чим досягається часткове блокування диференціала. Таке блокування працює у порівняно невеликому діапазоні відношення крутних моментів.

Ступінь стиснення фрикційних дисків може бути фіксованим (реалізується за допомогою пружин постійної жорсткості) або змінним (здійснюється за допомогою гідравлічного приводу, в тому числі з електронним керуванням).

Дисковий диференціал LSD застосовується як міжколісний диференціал на спортивних автомобілях, а також міжосьовий диференціал на автомобілях підвищеної прохідності. Такі диференціали штатно встановлювались на задніх мостах багатьох позашляховиків — Toyota 4Runner (Hilux Surf), Nissan Terrano, Kia Sportage тощо. Американська компанія ASHA Corp. пішла ще далі, оснастивши пакет фрикціонів LSD пристроєм блокування, що складається з насоса та гідроциліндра (героторний диференціал). При виникненні різниці у кутових швидкостях півосі і чашки насос нагнітає рідину під поршень, який стискає фрикційний блок, блокуючи диференціал. Дана конструкція отримала назву «Gerodisk» (Hydra-Lock) й штатно встановлюється на позашляховики від Chrysler.

Диференціал із в'язкісною муфтою

Диференціал із в'язкісною муфтою (віскомуфтою) () — диференціал, що конструктивно складається з простого планетарного механізму будь-якого виконання і муфти в'язкісного тертя, яка сполучає два його вали подачі/зняття потужності). Віскомуфта може розташовуватись як всередині диференціала і зв'язувати дві ведені ланки, так і ззовні і зв'язувати ведучу і ведену ланки (на принцип роботи всієї системи розташування віскомуфти впливу не робить).

Ідея блокування ґрунтується на властивостях віскомуфти зрівнювати кутові швидкості двох своїх ланок за рахунок властивостей дилатантної рідини (зазвичай, силіконової рідини високої в'язкості). Блокування спрацьовує лише за наявності різниці у кутових швидкостях, що викликає перемішування і тверднення (зростання в'язкості) рідини. Короткочасно допускається 100%-не блокування. Перехідні режими також активно використовуються. При відновленні рівності швидкостей рідина втрачає в'язкість і муфта розблоковується.

VLSD є менше ефективними порівняно з іншими конструкціями LSD, оскільки у в'язкісній муфті відбувається значне розсіювання енергії.

У зв'язку з великими габаритами віскомуфта застосовувалась, переважно, для блокування міжосьового диференціала. В'язкісна муфта також може використовуватись і самостійно (замість міжосьового диференціала) у системі повного приводу, що підключається автоматично.

В силу своїх конструктивних особливостей віскомуфта є дещо інерційною, схильна до перегрівання і втрати здатності передавати крутний момент, а при гальмуванні конфліктує з антиблокувальною системою гальм (ABS), тому у сучасних конструкціях трансмісій в'язкісні муфти витісняються складнішими, електронно-керованими пристроями.

Електронне блокування диференціала Електронне блокування диференціала () або просто електронний диференціал є функцією антибуксувальної системи (ASR). Реалізується при вільному диференціалі шляхом автоматичного підгальмовування колеса, яке буксує (має більшу кутову швидкість), що супроводжується зростанням на ньому сили тяги. Відповідно і на колесі з кращим зчепленням зростає крутний момент.

Схоже рішення було застосоване у «Формулі-1» у 1998 році командою «Макларен»: у повороті внутрішнє колесо підгальмовувалось робочим гальмом. Цю систему швидко заборонили, однак у «Формулі-1» прижилась конструкція фрикційного диференціала, у якому фрикціон додатково керувався комп'ютером. У 2002 році технічний регламент було зроблено жорсткішим і від тоді у «Формулі-1» дозволені лише диференціали найпростішого типу.

Перевагою електронного керування було те, що зростала тяга у повороті і ступінь блокування можна було налаштувати під гонщика. На прямих ділянках траси зовсім не втрачалась потужність двигуна. Недолік у тому, що давачі й виконавчі механізми є певною мірою інерційними і такий диференціал може виявитись нечутливим до швидкозмінних дорожніх умов.

Диференціали, що блокуються за різницею крутних моментів

Дискове блокування