Дифференциал Torsen: устройство и применение.

Введение

Тип дифференциала повышенного трения, используемый в автомобилях.

Torsen (чувствительный к крутящему моменту, полное название – Torsen Traction) – это тип дифференциала повышенного трения, используемый в автомобилях. Он был изобретен американцем Верноном Глизманом и производился компанией Gleason Corporation. Название Torsen является комбинацией слов "Torque Sensing" (чувствительный к крутящему моменту). TORSEN и TORSEN Traction являются зарегистрированными товарными знаками компании JTEKT Torsen North America Inc (ранее Zexel Corporation, ранее Gleason Power Systems). Все дифференциалы Torsen происходят от дифференциала с двойным приводом, изобретенного и запатентованного Глизманом в 1958 году.

Типы

По состоянию на 2008 год существует три типа дифференциалов Torsen. Оригинальный Torsen T 1 (тип A) использует спиральные зубчатые передачи с пересекающимися осями для ограничения разделения крутящего момента. Тип I может быть спроектирован для более высокого коэффициента распределения крутящего момента, чем тип II, но обычно имеет больший люфт и потенциал для возникновения шума, вибрации и жесткости (NVH), а также требует точной настройки и установки. Более поздний Torsen T 2 (тип B) использует параллельную схему зубчатой передачи для достижения аналогичного эффекта. Существует также специализированная версия T 2, известная как T 2R (RaceMaster). Последний Torsen T 3 (тип C) является планетарным дифференциалом, в котором номинальное распределение крутящего момента не составляет 50:50. Тип C доступен в одинарной или двойной версии; двойной дифференциал Torsen C объединяет передний и центральный дифференциалы в одном блоке. В настоящее время Torsen T 3 используется в качестве центрального дифференциала во всех моделях Audi с полным приводом Quattro и автоматической коробкой передач ZF, не использующих систему Haldex Traction, таких как: Audi A6, Audi A7 и Audi Q7. Audi использует механический центральный дифференциал типа "коронная шестерня" для всех продольных компоновок с коробками передач с двойным сцеплением, например, в моделях S4/RS4 2013/14 годов выпуска. Alfa Romeo использовала двойной дифференциал Torsen C в Alfa Romeo 156 Crosswagon Q4, а также в моделях 159, Alfa Romeo Brera и Spider Q4. Кроме того, Toyota использует Torsen T 3 в центральном дифференциале 4Runner Limited, FJ Cruiser с 6-ступенчатой механической коробкой передач, Land Cruiser, Land Cruiser Prado и Lexus GX470, с функцией механической блокировки, а General Motors использовала центральный дифференциал Torsen T 3 в раздаточной коробке Chevrolet TrailBlazer SS и Saab 9-7X (только в версии Aero).

Поведение дифференциалов Торсена

Дифференциал Торсена работает аналогично обычному дифференциалу, но способен блокироваться при возникновении дисбаланса крутящего момента, при этом максимальное соотношение этого дисбаланса определяется коэффициентом преднатяга (TBR). Если у Торсена TBR равен 3:1, это означает, что одна сторона дифференциала может передавать до 3/4 приложенного крутящего момента, а другая – только 1/4. При ускорении в условиях неравномерного сцепления, пока сторона с лучшим сцеплением способна выдержать больший приложенный крутящий момент, пробуксовки колес не произойдет. Когда разница в сцеплении превышает значение TBR, более медленная выходная сторона дифференциала получает тяговый момент более быстрого колеса, умноженный на TBR; любой избыточный крутящий момент, оставшийся от приложенного, способствует угловому ускорению более быстрой выходной стороны дифференциала. Коэффициент преднатяга (TBR) не следует путать с функцией неравномерного распределения крутящего момента в планетарном дифференциале Торсен III. Планетарная передача позволяет центральному дифференциалу Торсен III распределять крутящий момент неравномерно между передней и задней осями в нормальных условиях (при полном сцеплении), не вызывая напряжения в трансмиссии. Эта функция не зависит от коэффициента преднатяга.

Торс в передней и/или задней осях

Когда автомобиль входит в поворот, внешнее колесо вращается быстрее, чем внутреннее. Сопротивление в дифференциале противодействует движению, замедляя более быстрое колесо и ускоряя более медленное/внутреннее. Это приводит к асимметричному распределению крутящего момента между ведущими колесами, соответствующему значению TBR. Поворот таким образом снижает крутящий момент, приложенный к внешнему колесу, что потенциально увеличивает тягу в повороте, если только внутреннее колесо не будет перегружено (что проще сделать, чем с открытым дифференциалом). Когда внутреннее колесо (которое имеет меньшее сцепление из-за перераспределения веса при боковом ускорении) перегружено, оно угловым ускорением доходит до скорости внешнего колеса (небольшой процент пробуксовки), и дифференциал блокируется. Если разница в сцеплении не превышает TBR, к внешнему колесу будет приложен больший крутящий момент. Если разница в сцеплении превышает TBR, внешнее колесо получает тяговый момент внутреннего колеса, умноженный на TBR, а оставшийся приложенный к дифференциалу крутящий момент способствует пробуксовке. При использовании дифференциала Torsen более медленно вращающееся колесо всегда получает больший крутящий момент, чем более быстро вращающееся. Torsen T2R RaceMaster – единственный Torsen, оснащенный преднагрузочной муфтой. Поэтому даже если одно колесо поднято в воздух, крутящий момент передается на другое. Если одно колесо поднято в воздух, обычные дифференциалы Torsen будут работать как открытые, и крутящий момент на другое колесо не передастся. Здесь может помочь "трюк" с использованием стояночного тормоза. Если стояночный тормоз активирован, и предполагается, что он оказывает одинаковое сопротивление с обеих сторон, то сопротивление поднятого колеса "умножается" через дифференциал, и крутящий момент, равный TBR, умноженному на сопротивление, передается на другое колесо. Таким образом, колесо на земле получит (TBR x крутящий момент сопротивления) минус крутящий момент сопротивления, что может восстановить движение вперед или назад. В конструкциях Hummer/HMMWV используются как передние, так и задние дифференциалы Torsen, поэтому использование основных тормозов одновременно активирует этот "трюк" на обеих осях.

When a vehicle is in a turn, the outer wheel will rotate faster than the inner wheel. Friction in the differential will oppose motion, and that will work to slow the faster side and speed up the slower/inner side. This leads to asymmetric torque distributions in drive wheels, matching the TBR. Cornering in this manner will reduce the torque applied to the outer tire, leading to possibly greater cornering power, unless the inner wheel is overpowered (which is easier to do than with an open differential). When the inner tire (which has less traction due to weight transfer from lateral acceleration) is overpowered, it angularly accelerates up to the outer wheel speed (small percent wheel spin) and the differential locks, and if the traction difference does not exceed the TBR, the outer wheel will then have a higher torque applied to it. If the traction difference exceeds the TBR, the outer tire gets the tractive torque of the inner wheel multiplied by the TBR, and the remaining applied torque to the differential contributes to wheel spin up. When a Torsen differential is employed, the slower moving wheel always receives more torque than the faster moving wheel. The Torsen T 2R RaceMaster is the only Torsen to have a preload clutch. So, even if a wheel is airborne, torque is applied to the other side. If one wheel were raised in the air, the regular Torsen units would act like an open differential, and no torque would be transferred to the other wheel. This is where the parking brake "trick" can help out. If the parking brake is applied, assuming that the parking brake applies even resistance to each side, then the drag to the airborne side is "multiplied" through the differential, and TBR times the drag torque is applied to the other side. So, the ground side would see (TBR X drag torque) minus drag torque, and that may restore motion either forward or in reverse. In Hummer/HMMWV applications, there are both front and rear Torsen differentials, so the use of the main brakes will operate this "trick" on both axles simultaneously.

Пользователи торсена

Дифференциалы Торсена используются во многих моделях Audi quattro, за исключением A3, S3 и TT, которые имеют поперечно расположенные двигатели и используют системы полного привода Haldex Traction 4WD. Он также применяется в Toyota Supra третьего и четвертого поколений (опционально) и Toyota Soarer третьего поколения, в модификации платформы B5 Volkswagen Passat 4motion (на базе Audi A4), Mazda MX-5/Miata 1994–1995 годов выпуска оснащались Torsen Type I, а модели позднего 1995–2002 годов – Torsen Type II, Nissan Maxima SE 6-ступенчатой механической коробки передач 2002–2003 модельного года, Honda S2000 и Nissan Silvia S15 Spec R 1999–2002 годов выпуска. Lancia Delta Integrale, Peugeot 405 T16, а также Pontiac Firebird и Chevrolet Camaro 1999–2002 годов выпуска имели дифференциал Торсена. Rover Group оснащала свои высокопроизводительные модели с передним приводом (220, 420, 620ti и 800 Vitesse) дифференциалами Torsen Type 1, а позднее Type 2. Использование дифференциала Торсена было предпочтительным для Rover Group, поскольку он значительно лучше контролирует пробуксовку колес на автомобилях с передним приводом, чем электронные системы, которые снижают мощность двигателя и, следовательно, производительность. В Humvee используются два дифференциала Торсена – передний и задний – с обычным центральным дифференциалом с ручной блокировкой (NVG242HD AMG раздаточная коробка) в центре. К другим автомобилям, использующим дифференциал ограниченного скольжения Торсена, относятся Toyota GT86 и Subaru BRZ, оба выпущенные в 2012 году. Первым автомобилем Ford, оснащенным дифференциалом Торсена, был Ford Ranger FX4 2002 года выпуска, переименованный в 2003 году в FX4 Level II, все версии которого использовали T 2R только в заднем дифференциале. Начиная с 2012 года, Ford F-150 SVT Raptor использует передний дифференциал Торсена, а Ford Mustang Boss 302 – задний дифференциал Торсена. AMG предлагала дифференциалы Торсена в качестве опции уже в 1988 году для новых автомобилей, а также для модернизации автомобилей Mercedes-Benz серий 107, 116, 123 и 126. Toyota Altezza (продается в Европе, США и Канаде как Lexus IS200 и IS300) поставлялась с дифференциалом Торсена. Для моделей Lexus он устанавливался на все IS300 с механической коробкой передач и IS200 Sport, а также опционально на модели с автоматической коробкой передач. Toyota Altezza в стандартной комплектации оснащалась всеми моделями SXE10 с механической коробкой передач (с 5-м поколением двигателя Beams 3S GE и 6-ступенчатой механической коробкой передач J160).

Torsen differentials are used in many of the various Audi quattro models, excluding the A3 and S3 and TT, which have transverse mounted engines and use Haldex Traction 4WD systems. It is also used in the third and fourth generation Toyota Supra (Optional) and third generation Toyota Soarer, the B5 platform revision of the Volkswagen Passat 4motion (based upon the Audi A4), Mazda MX 5/Miata 1994 to 1995 have a Torsen Type I and late 1995 to 2002 models have a Torsen Type II, the 2002 2003 model year of the Nissan Maxima SE 6 speed manual, the Honda S2000, and 1999 2002 S15 Nissan Silvia Spec R. The Lancia Delta Integrale, the Peugeot 405 T16, as well as the 1999 2002 model Pontiac Firebird and Chevrolet Camaro, had a Torsen differential. Rover group fitted Torsen type 1, and later type 2, units to their range of high performance front wheel drive turbo models (220, 420, 620ti, and 800 Vitesse). The use of the Torsen differential was preferred by Rover group; it is much better at controlling wheel spin on front wheel drive vehicles than electronic systems which reduce engine power and therefore performance. The Humvee uses two Torsens, front and rear, with a normal manually lockable center differential (NVG242HD AMG transfer case) in the center. Other users of the Torsen limited slip differential include the Toyota GT86 and the Subaru BRZ, both released in 2012. The first Ford company vehicle to use a Torsen differential was the 2002 Ford Ranger FX4, renamed in 2003+ years to FX4 Level II, all of which used T 2R in the rear differential only. Starting in 2012, the Ford F 150 SVT Raptor uses a front Torsen differential and the Ford Mustang Boss 302 uses a rear Torsen differential. AMG offered Torsen differentials as an option as early as 1988 for new as well as for retrofitting for 107, 116, 123, 126 series Mercedes Benz cars. Toyota Altezza (sold in Europe, the U. S. and Canada as Lexus IS200 and IS300) came with a Torsen differential. For Lexus models it was included with all IS300 models with manual transmission and with the IS200 Sport, and was optionally factory equipped with automatic transmission. The Toyota Altezza was standard on all manual transmission SXE10 models (with the 5th generation Beams 3S GE engine and J160 6 speed manual transmission).