torsen (1)

Είμαι τόσο υπέροχα συνεπής που για να δημοσιεύσω το τρίτο κατά σειρά άρθρο της σειράς για τα διαφορικά, πέρασαν μόλις μερικοί μήνες… ούτε καν ένας χρόνος! Θα μπορούσε να είναι και χειρότερα όμως, οπότε χωρίς να χρονοτριβώ περαιτέρω, ας μπούμε στο ψητό.

Ελπίζω να γεμίσατε τις μπαταρίες μέσα στο καλοκαίρι και να έχετε ήδη ετοιμάσει καφέ και ξηρά τροφή γιατί εκεί που πηγαίνουμε, δεν υπάρχει ούτε γυρισμός, ούτε χρόνος για παύσεις. Στο πρώτο μέρος, είδαμε τα ελεύθερα διαφορικά, τα λεγόμενα και ολισθαίνοντα. Είναι ο πιο απλός και κατ’ επέκταση, ο πιο διαδεδομένος τύπος διαφορικού. Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων, κάνουν την δουλειά τους αρκετά καλά, ωστόσο έχουν αρκετά μειονεκτήματα. Γι’ αυτό στο δεύτερο μέρος, είδαμε την πρώτη κατηγορία των διαφορικών περιορισμένης ολίσθησης: αυτά που “αισθάνονται” την ταχύτητα περιστροφής των κινητήριων τροχών. Τα διαφορικά με πολύδισκους συμπλέκτες και τα Viscous. Τώρα, ήρθε η ώρα να δούμε την άλλη κατηγορία LSD: αυτά που “αισθάνονται” τη ροπή. Τα Torque Sensing διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης ή αν τα θέλετε με την εμπορική τους ονομασία, τα Torsen.

Η αρχή έγινε…

Στα μέσα του προηγούμενου αιώνα, όταν η Society of Automotive Engineers, έκανε την υπόθεση πως για να λυθεί η ανεπάρκεια του ολισθαίνοντος, ένα διαφορικό θα πρέπει να διαθέτει ενσωματωμένο “υπολογιστή”. Ένα chip δηλαδή,  που θα ελέγχει την ροπή και θα την διανέμει τον τροχό με την καλύτερη πρόσφυση υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Με αυτή την υπόθεση η SAE ζητούσε –χωρίς να το ξέρει– ηλεκτρονικό Torque Vectoring, μία τεχνολογία που θα εμφανιζόταν αρκετά χρόνια αργότερα. Ο Vernon Gleasman όμως, είχε αντίθετη άποψη και την έκανε γνωστή στον κόσμο το 1958 με το πατεντάρισμα του προγόνου του Torsen διαφορικού.

US2859641-1

Επειδή δεν θέλω να σε κουράσω, απλά θα αναφέρω πως το 1982, η Gleason Corporation αγόρασε τα δικαιώματα του διπλώματος ευρεσιτεχνίας του Gleasman και το 1984, άλλαξε το όνομα της σε Gleason Power Systems. Το 1989, η Diesel Kiki αγόρασε την Gleason Power Systems και αργότερα, άλλαξε και αυτή το όνομα της, σε Zexel. Παρακάμπτω μερικές εξαγορές και αλλαγές ονομάτων για να καταλήξω στο ότι η Zexel Corporation είναι πλέον γνωστή ως JTEKT και μέχρι και σήμερα, κατέχει το trademark για τα ονόματα Torsen και Torsen Traction. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο η γενική ονομασία για αυτού του είδους τα διαφορικά, είναι Torque Biasing Differentials ή TBD.

Το Torsen διαφορικό, αποτελεί εξέλιξη του ελεύθερου διαφορικού και βασίζεται στην οδόντωση τύπου Invex. Το ότι αποτελεί εξέλιξη βέβαια, δεν σημαίνει πως οι δύο τύποι είναι ίδιοι. Το Torsen είναι μία αμιγώς μηχανική συσκευή που σημαίνει πως η λειτουργία του δεν εξαρτάται από κανενός είδους ηλεκτρονικά, συμπλέκτες ή συνεκτικά υγρά. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, το Torsen συμπεριφέρεται ακριβώς όπως ένα ανοιχτό διαφορικό. Η συμπεριφορά του αλλάζει άρδην όμως, από τη στιγμή που ανιχνευθεί απώλεια πρόσφυσης σε συνθήκες φορτίου. Για να δούμε όμως την λειτουργία του Torsen διαφορικού, πρέπει πρώτα να δούμε από ποια εξαρτήματα αποτελείται και ποια είναι η δομή του.

sx4

Όπως βλέπεις και στην εικόνα, το Torsen διαφορικό, αποτελείται πρώτα απ’ όλα από ένα εξωτερικό κέλυφος (housing), την κορώνα και το πινιόν. Μέχρι εδώ, είναι απλό. Από εκεί και πέρα, τα ημιαξόνια δεν καταλήγουν σε γρανάζια αλλά σε ατέρμονες κοχλίες. Οι δορυφόροι από την άλλη, είναι 2 ή 3 ζεύγη ελικοειδών γραναζιών με γρανάζια ευθείας οδόντωσης στα άκρα τους. Η κορώνα –και μαζί της το κέλυφος– έρχονται σε επαφή με το πινιόν. Οι πλανήτες, έρχονται σε επαφή με τους δορυφόρους και οι μετωπικοί τροχοί συγχρονισμού, ενώνονται μεταξύ τους. Οι πλανήτες, προφανώς δεν εφάπτονται μεταξύ τους αλλά “επικοινωνούν” μέσω των δορυφόρων και πιο συγκεκριμένα μέσω των τροχών συγχρονισμού –μιας που τα ελικοειδή γρανάζια δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν λόγω διαφορετικής οδόντωσης-, των οποίων οι άξονες είναι στερεωμένοι στο housing του διαφορικού. Απλό ε; Ναι, και εκεί έγκειται η “μαγεία” του Torsen διαφορικού. Η περιγραφή των επιμέρους εξαρτημάτων είναι αρκετά απλή, αλλά η λειτουργία τους είναι εξαιρετικά πολύπλοκη. Πριν προχωρήσουμε, αξίζει να σημειώσουμε πως δεν υπάρχουν εγγενείς δυνάμεις ή προφορτίσεις σε αυτού του είδους το διαφορικό. Κάτι εξίσου σημαντικό, αν όχι σημαντικότερο, είναι ότι ενώ οι πλανήτες μπορούν να κινήσουν τους δορυφόρους, δεν ισχύει το αντίστροφο. Οι δορυφόροι, δεν μπορούν να κινήσουν τους πλανήτες. Μπορούν μόνο να τους ασκήσουν μία δύναμη παράλληλη προς το ημιαξόνιο, η οποία όμως δεν θα έχει κανένα αποτέλεσμα αφού τα ημιαξόνια δεν μπορούν να κινηθούν.

Κατά την κίνηση…

Κατά τη διάρκεια κίνησης σε ευθεία με καλή πρόσφυση και στους δύο κινητήριους τροχούς ή γενικότερα, όταν στο σύστημα δεν εφαρμόζεται ροπή, το Torsen διαφορικό, συμπεριφέρεται ακριβώς όπως ένα ανοιχτό διαφορικό. Το σύνολο του εσωτερικού μηχανισμού, λειτουργεί ως μία ενιαία μονάδα. Το πινιόν, κινεί την κορώνα η οποία με τη σειρά της, κινεί το housing του διαφορικού. Στο housing όμως, είναι στερεωμένοι οι δορυφόροι, οι οποίοι επειδή δεν περιστρέφονται γύρω από τον εαυτό τους συμπαρασύρουν σε κίνηση τους πλανήτες. Έτσι μεταδίδεται η κίνηση από τον κινητήρα, στους τροχούς. Το ίδιο περίπου, ισχύει και σε περίπτωση στροφής χωρίς φορτίο. Η διαφορά στην ταχύτητα περιστροφής των τροχών και κατά συνέπεια των πλανητών/ατέρμονων κοχλιών, “εντοπίζεται” από τους τροχούς συγχρονισμού, αλλά το διαφορικό δεν κλειδώνει όπως θα έκανε ένα διαφορικό με πολύδισκους συμπλέκτες και συμπεριφέρεται και πάλι ως ανοιχτό. Αυτό είναι κάτι που πρέπει να τονίσουμε γιατί αποτελεί ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα του Torsen διαφορικού. Όσο μειώνεται η ροπή του κινητήρα προς το διαφορικό, τόσο μειώνεται η αντίσταση στην διαφοροποίηση της ταχύτητας των δύο πλανητών-ημιαξονίων-τροχών. Αν η ροπή τείνει προς το 0, το ίδιο κάνει και η αντίσταση του διαφορικού! Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο τα Torsen διαφορικά δεν παρεμβαίνουν στη λειτουργία του ABS και κατά συνέπεια, είναι συμβατά με αυτό το σύστημα!

Όταν όμως η σχετική ταχύτητα των τροχών είναι διαφορετική και εφαρμόζεται ροπή στο σύστημα, αυτή ακριβώς η διαφορά, μεταδίδεται από τον “ταχύτερο” άξονα στον “αργότερο”, μέσω των γραναζιών ευθείας οδόντωσης των δορυφόρων. Ας υποθέσουμε πως θέλουμε να επιταχύνουμε αλλά ο ένας τροχός (δεξιός) χάνει την πρόσφυση του και σπινιάρει. Ο πλανήτης του τροχού αυτού, περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα που περιστρέφεται ο τροχός και δίνει κίνηση στον αντίστοιχο δορυφόρο. Αυτός με την σειρά του, εξαιτίας των τροχών συγχρονισμού,  συμπαρασύρει τον αριστερό δορυφόρο. Όσο συμβαίνουν όλα αυτά, περιστρέφεται και το housing του διαφορικού εξαιτίας της προσπάθειας μας να επιταχύνουμε. Ο αριστερός δορυφόρος, παίρνει κίνηση από το housing ενώ ο δεξιός, από τον τροχό που σπινιάρει και κάπου εκεί, συμβαίνει το “κλείδωμα” του διαφορικού και η μετάδοση της ροπής στον τροχό με την μεγαλύτερη πρόσφυση. Η λειτουργία του Torsen διαφορικού είναι δύσκολη στην περιγραφή λόγω των πολλών διαφορετικών κινήσεων που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του…

Για να γίνει ακόμα πιο κατανοητή, ας την δούμε και από μία ακόμα οπτική γωνία. Αν την έχεις ήδη καταλάβει, μπορείς να προσπεράσεις αυτή την παράγραφο, αν και δεν το συνιστώ. Ίδιο παράδειγμα. Προσπαθούμε να επιταχύνουμε και ο ένας τροχός (δεξιός) χάνει την πρόσφυση του. Ο αριστερός δορυφόρος, παίρνει κίνηση από το housing και μεταδίδει την κίνηση στον αντίστοιχο πλανήτη γυρίζοντας γύρω από αυτόν. Την ίδια κίνηση θέλει να κάνει και ο δεξιά δορυφόρος αλλά δεν μπορεί γιατί ο πλανήτης του, περιστρέφεται ταχύτερα από το housing του διαφορικού. Ο δορυφόρος δεν μπορεί να μεταδώσει την κίνηση στον πλανήτη, παρά μόνο να τον αναγκάσει να κινηθεί μαζί με το σύνολο, περιστρεφόμενος γύρω από αυτόν. Άρα, αφού η αντίσταση που παρουσιάζουν οι δύο τροχοί είναι διαφορετική αλλά τα ημιαξόνια δεν μπορούν να κινηθούν με διαφορετική σχετική ταχύτητα, το διαφορικό κινείται ενιαία και η ροπή δεν μοιράζεται ισόποσα στους δύο τροχούς αλλά “ευνοείται” αυτός με την μεγαλύτερη πρόσφυση.

Το πόσο ευνοείται…

αυτός ο τροχός, έχει να κάνει με το Torque Biasing Ratio –Συντελεστής Κατανομής Ροπής– του διαφορικού. Το TBR, είναι ένα μέγεθος που γνωρίσαμε για πρώτη φορά στα διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης και έρχεται στο προσκήνιο και πάλι τώρα. Να επαναλάβω λοιπόν, πως το TBR μας δείχνει ποια είναι η ροπή που μπορεί να εφαρμοσθεί στον τροχό με την μεγαλύτερη πρόσφυση σε σχέση με την ροπή σε αυτόν με την μικρότερη. Γι’ αυτό, το TBR εκφράζεται πάντα ως λόγος. Ο συντελεστής ροπής των Torsen διαφορικών όμως, δεν είναι ίδιος για όλα. Παίζει ρόλο ο τύπος τους, οπότε ας δούμε ποιες είναι οι εκδοχές των Torsen που έχουν κυκλοφορήσει μέχρι σήμερα και που διαφοροποιούνται μεταξύ τους.

Τ-1 (Type 1 ή Type A)

a075e85ecd

Στην ουσία, το διαφορικό που περιγράφω εδώ και τόση ώρα. Το T-1 χρησιμοποιεί την πατενταρισμένη οδόντωση τύπου Invex ενώ προσφέρεται με TBR από 2.5:1 έως και 5:1, ανάλογα με την εφαρμογή και τις απαιτήσεις του χρήστη.

T-2 (Type 2 ή Type B)

torsen3_2

Η επόμενη εξέλιξη του Torsen διαφορικού, το T-2, είναι ιδανικό για μπροστοκίνητα αυτοκίνητα. Επειδή η οδόντωση τύπου Invex δημιουργούσε χωροταξικά προβλήματα σε αυτά τα αυτοκίνητα, έχει αντικατασταθεί με την επίσης πατενταρισμένη διάταξη Equvex. Αυτή η διάταξη, χρησιμοποιεί γρανάζια παράλληλου άξονα που επιτρέπουν καλύτερη διαχείριση των δυνάμεων αποχωρισμού που αναπτύσσονται κατά την εμπλοκή των γραναζιών και πιο αθόρυβη λειτουργία αλλά προσφέρει χαμηλότερα TBR. Το T-2 είναι διαθέσιμο με TBR από 1.4:1 έως και 3:1.

T-2R (Racemaster)

T2R_webpl

Το διαφορικό που πήρε το concept του T-2 και το έκανε καλύτερο. Ο λόγος για αυτή τη βελτίωση, είναι ο συνδυασμός της οδόντωσης τύπου Equvex με δίσκους τριβής. Εξαιτίας της ποιο “αγωνιστικής” φιλοσοφίας του, το TBR του είναι περίπου 4:1 με 4.25:1.Είναι δε το μοναδικό Torsen που διαθέτει προφόρτιση και εξαιτίας αυτής, το μοναδικό διαφορικό που δεν συμπεριφέρεται ως ανοιχτό όταν ο ένας τροχός είναι στον αέρα –περισσότερα γι’ αυτό στη συνέχεια-.

T-3 (Type 3 ή Type C)

5f01549f8e690419

Η τελευταία γενιά του Torsen, είναι και η μοναδική που απευθύνεται αποκλειστικά σε τετρακίνητες εφαρμογές, ως κεντρικό διαφορικό. Η διάταξη του είναι παρεμφερής με αυτή του T-2 αλλά χρησιμοποιεί ελικοειδής δορυφόρους που είναι τοποθετημένοι στην εξωτερική διάμετρο ενώ η κατανομή ροπής εμπρός-πίσω πλέον, κυμαίνεται από 65-35 έως και 35-65.

Τελειότητα λοιπόν;

Θα έπρεπε να γνωρίζεις πως δεν υπάρχει τίποτα τέλειο. Τα πάντα έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους και αυτά, σε μεγάλο βαθμό, ορίζονται από την χρήση του αντικειμένου. Το Torsen διαφορικό για παράδειγμα, είναι πάρα πολύ καλό για χρήση στον δρόμο. Σε γενικές γραμμές πρόκειται για ένα “ήσυχο” διαφορικό που βελτιώνει σημαντικά την πρόσφυση σε δύσκολες συνθήκες. Συμπεριφέρεται ως ανοιχτό όταν δεν εφαρμόζεται φορτίο και κλειδώνει πρακτικά άμεσα όταν χρειάζεται. Δεν απαιτεί συντήρηση –σε αντίθεση με τα LSD– ενώ το περιθώριο λειτουργίας του είναι αρκετά ευρύ. Όμως!

Δεν προσφέρει τη δυνατότητα ρύθμισης. Ναι, μπορείς να “παίξεις” λίγο με το βήμα της οδόντωσης αλλά μέχρι εκεί. Γύρνα για μία στιγμή στα διαφορικά περιορισμένης ολίσθησης και σκέψου το πόσο ρυθμίσιμα είναι. Έπειτα, είναι λίγο “απρόβλεπτο”. Ενώ το LSD θα κάνει το ίδιο πράγμα κάθε φορά, η συμπεριφορά του Torsen σε ακραίες καταστάσεις μπορεί να σε εκπλήξει. Τρίτον, ενώ όπως αναφέραμε δεν χρειάζεται συντήρηση, αν κάτι πάει στραβά με το Torsen, ο λογαριασμός επισκευής είναι αρκετά μεγάλος. Αν σπάσει το Torsen –δεν είναι εύκολο ή σύνηθες αλλά είναι μία πιθανότητα– τότε σπάει το housing εξαιτίας των μεγάλων πιέσεων που αναπτύσσονται στα γρανάζια. Κλάμα…

Torsen002

Τέλος, με εξαίρεση το T-2R, το Torsen δεν μεταφέρει καθόλου ροπή στον τροχό με την πρόσφυση αν ο άλλος είναι στον αέρα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πολλά προβλήματα τόσο στην πίστα, όσο και στον δρόμο. Η γενική παραδοχή πάντως, είναι ότι το Torsen ταιριάζει σε αυτοκίνητα που χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο στον δρόμο.

Φτάσαμε στο τέλος…

Δεν θα σου πω εγώ όμως τι να βάλεις στο αυτοκίνητο σου. Εγώ είμαι εδώ για να παρέχω όσο το δυνατόν περισσότερες πληροφορίες, με όσο το δυνατόν πιο κατανοητό τρόπο. Αυτό προσπάθησα και με την σειρά των διαφορικών. Δεν ξέρω αν τα κατάφερα, όπως δεν ξέρω αν ξέχασα να αναφέρω κάτι. Εσύ θα μου τα πεις αυτά στα σχόλια που όπως πάντα, είναι ανοιχτά για περαιτέρω ερωτήσεις (τις οποίες ελπίζω να μπορώ να απαντήσω) και συζήτηση.