LSD – pozorne rozwiązanie kłopotów, które sami sobie stworzyliśmy.

Są takie momenty w życiu każdego z nas, gdy zastanawiamy się nad rozwiązaniem jakiegoś problemu. Nie mówię o takim z kategorii – bez tego nie mogę żyć. Raczej o jednym z tych, które zwyczajnie nas odrobinkę dręczą. Z zasady człowiek dąży do doskonałości. Każdy z nas chce mieć idealny dom, idealną rodzinę, idealny samochód oraz idealne życie. I nie oszukujmy się – nikt z nas nie ma. Nie ma rzeczy bez wad. Jednakże każdy z nas ma w dążeniu do ideału postawioną pewną poprzeczkę, przy której jest usatysfakcjonowany z danego obrotu rzeczy.

Nie ma idealnych domów, przynajmniej ja się z takimi nie spotkałem. Ale jeżeli są zbudowane dobrze, dach nie przecieka, a przez okna nie dmucha śnieg w zimie, w zasadzie jesteśmy zadowoleni. Tak samo jest z autami. Idealny samochód nic nie pali, jest najszybszy w mieście, wszędzie wjedzie, wszystko przewiezie i nigdy się nie psuje. Właściwie to istnieje pewna grupa aut… służbowe Fabie i Corsy. Niestety nie są nasze tylko służbowe, więc ich nie będziemy brać pod uwagę. Wybierając zatem prywatny wóz kierujemy się kompromisami. Mamy określoną ilość gotówki, pewien system wartości i tak dobieramy pojazd pod nasze preferencje, aby był maksymalnie zbliżony do naszego wymarzonego ideału. Chociaż wiemy doskonale, że nigdy go nie osiągnie.

Wyobraźmy sobie taką sytuację: kilka lat temu założyłeś/aś firmę, która teraz przynosi całkiem fajne zyski. Jeździsz E46 320d i wiesz, że przyszedł ten moment, w którym chcesz spełnić swoje marzenie. W końcu ciężko harujesz przez ostatnie 10 lat, zatem nadszedł ten dzień, w którym chcesz dać sobie nagrodę za te wszystkie nieprzespane noce. Jeżeli jesteś motomaniakiem, masz akurat wolne drobniaki w kieszeni i lubisz niemiecką motoryzację zapewne logicznym jest, że zastanawiasz się nad BMW M4.

BMW M4 - RWD LSD
Piękna linia coupe utrzymana w klimacie GT. Niechaj pierwszy rzuci kamieniem ten, który nigdy nie marzył o BMW M-Power.

Któżby nie chciał sportowego, proporcjonalnego coupe, które cudownie się prowadzi, jest piekielnie szybkie, a w dodatku w środku luksusowe i komfortowe? Jednakże zdajesz sobie sprawę, że takie auto ma masę wad. To w końcu coupe, więc nie przewieziesz nim lodówki ze sklepu dla idiotów. Jeżeli do wyposażenia Twojej rodziny dołączy nowiutki, mały człowiek, namęczysz się przy montowaniu go na tylnej kanapie. Ponadto gdy złapie Cię skurcz w prawej nodze, Twoje drobniaki bardzo szybko odnajdą dziurę w kieszeni i magicznie znikną przy najbliższym dystrybutorze paliw, a Ty będziesz chodził głodny/a cały dzień, bo nie starczyło na hot-doga. No i Twoja firma musi naprawdę dobrze rokować, żeby stać Cię było na ratę leasingu. Więc co robisz? Oddalasz się od swojego wymarzonego „ideału” auta sportowego i wybierasz wersję 335i. Idziesz na kompromis.

BMW 335i Touring - rwd lsd
306-konny slipper. W zasadzie takie moce osiągało M3 E36 czy sportowe auta pokroju Skyline’a R34. W tym kontekście 335i nie ma sobie nic do zarzucenia.

Nie jest to już to samo mocarne, bezkompromisowe M4 ale wiesz, że jest bliskie Twojego ideału. Coś w głębi duszy mówi Ci, że wciąż ma DNA prawdziwego sportowca. To wciąż BMW, a więc prowadzi się tak jak lubisz i zapewnia odpowiedni poziom komfortu dla Twych spracowanych lędźwi. Choć ma „jedyne” 306KM zamiast 431KM to wciąż ma 6 cylindrów, 3 litry pojemności, brzmi rasowo i jest kilkukrotnie szybsze niż 95% aut jeżdżących po Twojej okolicy. Jego sylwetka nie jest tak seksowna jak M4 coupe, ale nie można powiedzieć, że jest brzydka – lekko narysowane kombi ma smukłe linie i może się podobać. Żona będzie zadowolona, bo lodówka się mieści. Mały człowiek z tyłu również. Osprzęt do niego także. No i najważniejsze. Z różnicy w cenie pobudujesz domek w okolicach Augustowa, a za drobniaki zaoszczędzone przy dystrybutorze starczy na hot dogi dla całej rodziny w drodze na długi weekend na Mazurach. Problem zatem rozwiązany – częściowo oczywiście, bo do Twojego „ideału”, który i tak ma szereg wad, odrobinę brakuje, ale jesteś kontent z efektu.

Podsumowując, masz szybkie, prestiżowe auto, które jest lepsze od Twojego obecnego e46 pod każdym względem. Nowsze, ładniejsze, szybsze i praktyczniejsze. Czemu o tym mówię? Bo inżynierowie na każdym kroku stoją przed tego typu problemami. I nie jednokrotnie mam wrażenie, że musieli zażywać jakichś substancji psychoaktywnych, gdyż rozwiązania ich problemów, na które wpadają potrafią przyprawić o zawroty głowy.  

BMW e46 seria 3 320d 2.0 diesel

LSD – tym razem już na poważnie.

Jako, że niniejszy wpis jest kontynuacją artykułu pt. Po co w samochodzie jest mechanizm różnicowy gorąco zachęcam do przeczytania części pierwszej. Bez tego możesz czuć się tutaj nieco zagubiony/a. Dlaczego zapytasz? Otóż w poprzednim wpisie opisałem pewne wady, wynikające ze stosowania dyferencjału otwartego i wolałbym po raz kolejny tutaj ich nie przytaczać. Zatem – ideałem rozwiązania tych problemów byłby układ, w którym moglibyśmy aktywnie rozdzielać moment obrotowy pomiędzy kołami w taki sposób, aby proporcjonalnie większa jego ilość trafiała na koło o większej przyczepności. Jednakże w swoim założeniu jest to w pewnym sensie niezgodne z prawami fizyki. A jak większość z Was wie, z fizyką żartów nie ma.

Pożar tesla
Elon chyba jeszcze o tym nie słyszał, bo dalej utrzymuje, że elektryczne auta są ratunkiem dla naszej Planety. Ciekaw jestem jak bardzo ekologiczne jest spalanie baterii Litowych. A podobno elektryki miały być Zero-Emission.

Zatem inżynierowie doszli do wniosku, że skoro tak trudne jest skonstruowanie urządzenia, które rozdzielałoby moment obrotowy aktywnie pomiędzy poszczególne koła, to może warto popracować nad rozwiązaniem pośrednim. Czymś, co ograniczyłoby negatywne skutki działania dyferencjałów otwartych. Oczywistym jest, że znaleziono odpowiednie rozwiązanie. Ba, mało tego – istnieje szereg rozwiązań, które różnią się budową, właściwościami i skutecznością. Są to tak zwane mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu – z ang. limited slip differential w skrócie LSD.

Banana brain - LSD
Nie o takim LSD mówię, świntuchy !

Ideą rozwiązania mechanizmów tego typu jest przekazanie większej części momentu obrotowego na koło o większym oporze toczenia, a więc i większej przyczepności, zamiast kierowania momentu obrotowego równo 50/50, tak jak ma to miejsce w klasycznym dyferencjale otwartym. Istnieje kilka typów takich rozwiązań, które pokrótce postaram się przedstawić z przykładami zastosowania, żeby łatwiej było się połapać:

Sperrdifferenzial – tak zwana szpera. W istocie jest to dyferencjał z płytkami ciernymi. Można je znaleźć najczęściej jako dyferencjał tylnej osi, np. Mitsubishi Lancer Ralliart, Lancer Evo II i III, Subaru Impreza WRX, STi, duża część gamy BMW.

Dyferencjał płytkowy
Sprężyna oznaczona kolorem niebieskim wywołuje nacisk na płytki cierne oznaczone kolorami pomarańczowym i niebieskim. W zależności od wstępnej nastawy dyferencjału może przekazywać do 25, 30, 50, 75% etc. momentu obrotowego na koło o większej przyczepności. Istnieją rozwiązania 1-way, 1,5-way oraz 2-way. 1 Way to spięcie dyferencjału przy przyśpieszaniu, zaś przy hamowaniu silnikiem mechanizm zachowuje się jak klasyczne rozwiązanie otwarte. 1,5-way to spięcie przy przyśpieszaniu, zaś hamowanie silnikiem powoduje ograniczone spięcie dyferencjału. 2-way to spięcie dyferencjału zarówno przy przyśpieszaniu jak i hamowaniu silnikiem z taką samą siłą. Bardzo popularne rozwiązanie w motosporcie.

Torsen – mechanizm oparty o zestaw przekładni ślimakowych. Istota napędu Quattro pierwszych generacji, a więc spotykany w Audi ale także VW i całej grupie VAG.

Dyferencjał typu Torsen
Za pomocą zestawu kół zębatych ślimakowych moment obrotowy zostaje przekazany do koła, które kręci się wolniej, a więc posiada lepszą trakcję od koła, które tracąc ją ślizga się i kręci szybciej.

Helical differential – jest to również rozwiązanie oparte o koła zębate ślimakowe, jednakże odrobinę inaczej zbudowane. Spotykany często w autach usportowionych jako dyferencjał osi przedniej np. Focus RS MkII, Mitsubishi Lancer Evo V – X, ale także na tylnej osi m.in. Mazda MX-5.

Dyferencjał typu helikalnego
Zasada działania bardzo podobna jak w przypadku Torsena – z tą różnicą, że przekładnie ślimakowe ułożone są w inny sposób. Tak jak Torsen posiada wadę w postaci zachowania zbliżonego do otwartego dyferencjału w przypadku gdy jedno z kół całkowicie traci kontakt z nawierzchnią (wisi w powietrzu).

Sprzęgło wiskotyczne – w tym przypadku mamy do czynienia z zestawem płytek zanurzonych w oleju o określonych parametrach (lepkość dynamiczna i statyczna). Spięcie dyferencjału odbywa się na podstawie różnicy prędkości obrotowej jednego z kół, bądź osi, która powoduje wzrost temperatury oleju a tym samym zmianę parametrów (lepkość). Bardzo często stosowany jako centralny mechanizm różnicowy w autach o napędzie AWD – m.in. Subaru.

Dyferencjał wiskotyczny
Ten typ dyferencjału reaguje na różnicę prędkości pomiędzy osiami. Problemem jest dłuższy niż w przypadku płytkowych lub przekładniowych dyferencjałów czas reakcji. Olej wewnątrz Wiskozy musi się rozgrzać, aby mógł działać i zacząć spinać płytki, a więc reaguje on na ewentualny poślizg z pewnym opóźnieniem. Ponadto podczas upalania dosyć łatwo jest przegrzać taki rodzaj mechanizmu różnicowego co powoduje spadek skuteczności jego działania.

Zanim przejdziemy do opisu budowy i zasady działania wyżej wymienionych typów dyferencjałów w sposób szczegółowy, zastanówmy się nad zadanym w tytule pytaniem – po co w autach stosuje się mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu? Otóż jak zapewne wiecie, klasyczny mechanizm różnicowy otwarty sprawdza się w przypadku normalnej jazdy, po przyczepnym podłożu jakim jest asfalt. Pozwala on na zróżnicowanie prędkości obrotowej kół na tej samej osi (dyferencjał osi przedniej bądź tylnej) lub też na zróżnicowanie prędkości obrotowej osi przedniej i tylnej (dyferencjał międzyosiowy). Schody zaczynają się, gdy próbujemy pokonywać zakręt na granicy przyczepności, a przy okazji mamy do czynienia ze śliską i nierówną nawierzchnią.

Mitsubishi Lancer Evolution VIII Top Gear FQ400

W przypadku jazdy sportowej, przy pokonywaniu łuków, nawet na równym i suchym asfalcie, dochodzi do odciążenia kół wewnętrznych, dociążenia zaś zewnętrznych. W skrajnych przypadkach występować może nawet uniesienie jednego z kół – tak jak ma to miejsce na powyższym zdjęciu. Skupmy się na przykładzie Lancera Evo z powyższej ilustracji i przeanalizujmy, jakie siły działają na auto. Manewr zmiany kierunku jazdy w lewo sprawia, iż siła odśrodkowa próbuje niejako wypchnąć auto na zewnątrz. Z uwagi na bardzo dobrą przyczepność opon do asfaltu, nie chcą one ustąpić, zatem następuje ugięcie sprężyn zawieszenia – gdy pewien obiekt próbujemy „popchnąć”, lecz ma on dobrą przyczepność do nawierzchni, wykazuje tendencję do przewracania się. Rzecz jasna auta projektowane są w taki sposób, ażeby nie przewracały się z byle powodu…

Test łosia Mercedes A klasa fail
… w każdym razie większość jest tak projektowana. Nieważne…

Takie warunki sprawiają, iż koła prawe przednie oraz tylne, mają o wiele lepszą przyczepność z nawierzchnią w porównaniu do kół lewego przedniego i tylnego. Gdy mamy w aucie zamontowany dyferencjał otwarty, moment obrotowy z silnika przekazywany jest na koła równomiernie, z tym, że ma on tendencję do „ucieczki” do koła o najmniejszych oporach. Nietrudno zatem zgadnąć, iż koła wiszące w powietrzu lub ledwo dotykające asfaltu kręcić się będą swobodnie, bądź o wiele szybciej niż koła mocno dociśnięte do nawierzchni wypadkową masy pojazdu i siłą odśrodkową. Efektem będzie utrata momentu obrotowego silnika, który miast do napędzania pojazdu, zużyty zostanie do kręcenia się bezcelowego kółek wiszących w powietrzu. W przypadku gdy 4 koła wciąż mają styk z asfaltem, jednak wewnętrzne koła są mocno odciążone, będą one starały kręcić się szybciej. Takie zachowanie jest przeciwne od pożądanej naturalnej różnicy kół podczas pokonywania łuków, gdyż to zewnętrzne koła pokonują większą drogę niż wewnętrzne, a więc i muszą się kręcić nieco szybciej. Pogarsza to stabilność auta w zakręcie, w motosporcie zaś, ogranicza realne osiągi auta, które nie może wykorzystać całej mocy silnika.

Do tego dochodzi jeszcze mechanizm różnicowy międzyosiowy, który niezbędny jest do różnicowania prędkości osi tylnej i przedniej w autach z napędem na cztery koła.

Drag race - audi rs 7

Podczas mocnego przyśpieszania następuje ugięcie tylnego zawieszenia w dół, powodując uniesienie się przodu auta. Dociążone tylne koła mają bardzo dobrą przyczepność, podczas gdy odciążone przednie tracą ją. Przy otwartym dyferencjale centralnym przednie koła tracą trakcję, co powoduje utratę cennych sekund podczas nabierania prędkości – ponownie, podczas cywilnej spokojnej jazdy nie ma to większego znaczenia, jednakże w motosporcie – każdy ułamek sekundy jest na Wagę złota. Hamowanie przed zakrętem z kolei, powoduje mocne dociążenie przedniej osi pojazdu, poprawiając trakcję przedniej osi, lecz pozostawiając tylną oś odciążoną, a więc mocno niestabilną.

Jeep renegade hamowanie

Zbyt wczesne wciśnięcie gazu przy mocno odciążonym tyle, powoduje natychmiastową utratę przyczepności i niebezpieczną nadsterowność, która dodatkowo powoduje, że tracimy kolejne sekundy podczas pokonywania zakrętu na opanowanie pojazdu.


Rzecz jasna wszystkie 3 sytuacje powyżej opisane (skręcanie, przyśpieszanie, hamowanie) w rzeczywistości wyglądają odrobinę mniej efektownie, lecz użycie mocno przerysowanych przykładów było celowe. Mianowicie chciałbym uzmysłowić Wam, że istnieje bardzo mały przedział czasowy, w którym Wasze auto ma idealną trakcję na wszystkich 4 kołach. Ponadto często występuje sytuacja, w której wykonujemy manewr skręcania jednocześnie przyśpieszając bądź też hamując, co sprawia, że efekty opisane powyżej nakładają się na siebie i potęgują. Jakby tego było mało, dochodzą jeszcze nierówności i wyboje, które pogarszają trakcję poszczególnych kół. Wszystkie te problemy w pewnym sensie leczy stosowanie mechanizmów o ograniczonym poślizgu. Zadanie każdego z nich – od wiskotycznych, przez mechaniczne płytkowe, aż po torsen i helical – jest bardzo proste – ograniczyć negatywne skutki wynikające ze stosowania mechanizmu różnicowego klasycznego. Ich działanie, polega na przekazywaniu części momentu obrotowego, który trafiłby do koła/osi o mniejszej przyczepności w kierunku koła bądź osi, która posiada większą przyczepność, tworząc niejako sztuczny opór.

Jednakże sposób, w jaki poszczególne typy wykonują swoje zadanie jest indywidualny dla każdego z nich. Jak zwykle musicie mi wybaczyć, lecz szczegółowy opis techniczny każdego z typów LSD postaram się zawrzeć w kolejnym artykule. Różnic technicznych jest zbyt wiele, a zasada działania niektórych z nich zbyt skomplikowana, ażeby całość spakować w jeden długi artykuł. Póki co mam nadzieję, że rozumiecie już, jaką zasadniczą rolę pełnią dyfry LSD. Po co stosuje się je w autach usportowionych i jak ważnym elementem układu przeniesienia napędu są. Po prawdzie nie jest problemem stworzenie silnika, który generowałby mnóstwo mocy i mnóstwo momentu obrotowego.

Najszybszy samochód świata

Sztuką natomiast, jest efektywne przekazanie tej całej mocy na nawierzchnię w taki sposób, aby maksymalnie wykorzystać potencjał drzemiący pod maską.

Silnik lamborghini v12

A jak Ty uważasz? Co jest lepsze? Mieć 400KM ale wykorzystywać je jedynie w teoretycznych idealnych warunkach, czy mieć 200KM ale móc korzystać z nich efektywnie na niemal każdej nawierzchni z którą spotykamy się w rzeczywistych warunkach drogowych? Daj znać w komentarzu !
I pamiętaj – bez względu na Twoje osobiste preferencje – życie jest zbyt krótkie żeby jeździć autem bez charakteru 😉

Źródła:
tuningblog
zerohedge
twimg
spct2000
gtspiritmedia
autowise
hipwallpaper

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
2 komentarzy
najstarszy
najnowszy oceniany
Inline Feedbacks
View all comments
Michal
Michal
26 dni temu

Oczywiście że lepiej “mieć 200KM ale móc korzystać z nich efektywnie na niemal każdej nawierzchni z którą spotykamy się w rzeczywistych warunkach” 🙂

Fabian
Fabian
13 dni temu

Oczywiście, że 200 koni ale w każdych warunkach. Bo co mi z tego, że kogoś wyprzedzę na prostej jak za chwilę ten ktoś “objedzie” mnie na technicznym odcinku. Nie jedno krotnie byłem świadkiem 😉 jak słabsze auta robią co chcą z TYMI “bolidami” na drogach. pozdrawiam.

Last edited 13 dni temu by Fabian