ディファレンシャルは、車を直線で押したり引いたり、コーナーを効率的かつ快適に移動するために重要な役割を果たします。基本的には、車軸の両側が異なる速度で動作できるようにするデバイスです。車が曲がる方向と、前輪、後輪、または全輪駆動の構成に応じて、ドライブトレインから車輪に動力を分割します。
ディファレンシャルがないと、回るのはかなり面倒です。車が曲がっている時、外側の車輪と内側の車輪は異なる速度で回転しています。外側のホイールは、内側のホイールよりもわずかに長い経路をたどるため、より速く回転しています。 2 つのタイヤ間のパワーを調整するディファレンシャルがなく、パワーが適用されていないときの速度の差を考慮するだけでなく、内側のタイヤが必要以上に速く回転するため、多くのタイヤ ノイズが発生します。 .また、ディファレンシャルがないと、車両の回転半径が大幅に拡大し、狭い駐車場を通り抜けるような単純なことでも首に大きな負担がかかります。
ありがたいことに、100 年以上にわたる自動車の研究開発により、ディファレンシャルを継続的に改良および最新化することで、運転が容易になり、モータースポーツのトラックなどの特定のシナリオでトラクションが向上することさえありました。トラックが大きな障害物を簡単に乗り越えられるようにすることで、オフロードでも役立ちます。ディファレンシャルとは何か、それがどのように機能するかだけでなく、そこにあるさまざまな一般的な種類についても議論しましょう.
ディファレンシャルは、ドライブトレインを介してエンジンからの動力を受け取り、制御に割り当てられた車輪に分配します。前輪駆動車では、ディファレンシャルとトランスミッションが 1 つのユニットであり、トランスアクスルと呼ばれます。後輪駆動車では、最も一般的な構成では、エンジンとトランスミッションが前にあり、差動装置が後ろに出て、2 つの後輪の間で動力を分割します。
全輪駆動車または四輪駆動車では、動力を分割する最も一般的な方法は、トランスミッションに取り付けられたトランスファー ケースを介して、一定量の動力を後輪に送り、残りを後輪に送ります。前輪。電力量を変更する設定があるものもありますが、それは別の日のブログです.
ただし、トランスアクスルは前輪駆動用だけではなく、後輪駆動車にも存在します。それはすべて、メーカーが設計した重量バランスとパッケージングに依存します。最新のアストン マーティン ヴァンテージは、フロントに 4.0 リッター V8 ツインターボ エンジンを搭載していますが、トランスミッションとディファレンシャル アウトはトランスアクスルに収められています。レクサス RC F GT3 レースカーもそうです。ポルシェ 911 のエンジンは後輪の後ろにあり、トランスアクスルは後輪の間の前にあります。ワイルドですよね？
これを説明する最も簡単な方法は、後輪駆動車を見ることです。ドライブシャフトの回転運動は、ディファレンシャル ハウジング内の入力ピニオンに伝わります。これにより、ディファレンシャル自体が取り付けられているリングギアが回転し、一連のギアを介してリアドライブシャフトが回転します。入力ピニオンとリング ギアの間の比率は、リア アクスル レシオとも呼ばれる最終的な駆動比率です。ファイナル ドライブ レシオがパフォーマンス志向の 3.73 である場合 (少なくとも 2010 年代初頭の BMW に関しては)、リング ギアの歯数がインプット ピニオンの 3.73 倍であることを意味します。
同じ 2011 BMW 128i の 6 速マニュアル トランスミッションなど、他のすべてが等しい場合、各トランスミッション ギアの回転数は、ファイナル ドライブ レシオが 3.23 の場合よりも高くなります。ただし、トランスミッションのギアを変更するなど、これらを決定する他の要因があります。
ディファレンシャルには、オープン、リミテッド スリップ、ロックの 3 つの一般的なタイプがあります。
オープン ディファレンシャルは最も一般的なタイプで、製造コストが最も安価です。基本的に、駆動輪間で動力を分配しますが、スリップした場合は、トラクションの少ないスリップした車輪により多くの動力が送られます。それは電気のようなもので、常に最も抵抗の少ない経路をたどります。これは多くの場合、電子牽引制御で改善されますが、牽引を改善する最も効果的な方法であるとは限りません。
一方、リミテッド スリップ ディファレンシャル (LSD) は、より多くのトラクションまたは抵抗でタイヤへの電力をバイアスするため、水たまりを水しぶきで水しぶきを上げたり、水たまりの上を運転したりするなど、トラクションの低いシナリオから抜け出すのに役立ちます。氷。
ロックされたディファレンシャルはオープン ディファレンシャルとして始まりますが、電気または空圧システムを介して作動すると、2 つの駆動輪間で動力が 50/50 に均等に分割されます。これは、牽引力のあるタイヤへのドライブを維持するのに適しています。または、1 つのホイールが地面から吊り下げられている場合でも有効です。地面に接触している車輪は、依然として車両を前進させます。
ただし、ロック中は車両の回転半径が大幅に拡大され、ロックされたデフに取り付けられたタイヤは同じ速度で回転しているため、スキップしてチャープします。ロックを解除すると、ディファレンシャルは、回転中に発生するさまざまな車輪速度を許容し、オープン ディファレンシャルのプロパティに戻ります。
ドリフトでのみ一般的な溶接されたデフは、ロックを解除できないロックされたデフのようなものです。駆動輪には常に 50/50 のパワー分割があり、これはバーンアウトを発生させたり、車をドリフトさせたりするのに適していますが、ドリフトしていないシナリオが発生した場合は、これが厄介になる可能性があります.
説明するリミテッド スリップ ディファレンシャルには、クラッチ タイプと機械式 (ヘリカル リミテッド スリップ ディファレンシャルとしても知られている) の 2 つの一般的なタイプがあります。粘性タイプもありますが、それは今後のブログに取っておきます。
クラッチタイプは通常、トラックでの使用のみを目的としており、一方向、一方向半、または二方向のバリエーションの形で提供されます。クラッチタイプとは、ディファレンシャル内にクラッチパックがあり、一緒にロックして各後輪に等量の動力を送ることを意味します。クラッチディスクが互いにロックし、各ホイールに等しい量の電力を送信する速度は、ロックアップ率と呼ばれます。通常、ロックアップ率が厳しいほど、より正確で熟練した入力が必要になります。
ワンウェイ ディファレンシャルは、加速時に後輪をロックします。双方向ディファレンシャルは、加速と減速の下で後輪をロックします。 1.5 ウェイ ディファレンシャルは、ロックアップ率がそれほど厳しくない中間的なものです。
機械式リミテッド スリップ ディファレンシャルは、クラッチの代わりにギアを使用して、より多くの牽引力で動力をホイールに伝達し、牽引力が増加し、抵抗が減少し、スリップが解消されると、動力を後退させます。ヘリカル ディファレンシャルの一般的なタイプは、Torsen (トルクセンシングの略) と Wavetrac で、それぞれ独自の特許取得済みのスリップ制限方法を使用しています。
選択できる種類やニュアンスは非常に多いため、すべて用途によって異なります。ロッカー (ロッキング ディファレンシャルの一般的な用語) の利点は、ロック時にドライバーが作動することです。ただし、すべてのロッカーが同じというわけではありません。車両が後方に転がるとロックが解除されるものもあれば、ロックされたままになるものもあります。
リミテッド・スリップ・デフといえば、消費者がショールームのフロアから購入できる限り、機械式が最も一般的です.ただし、可能な限り効率的にターマックにパワーを伝達することになると、パフォーマンス面で不足し始めます。そこでは、クラッチタイプのディファレンシャルが登場します。ただし、クラッチタイプのディファレンシャルは、クラッチの交換を伴うメンテナンスが必要ですが、機械式ディファレンシャルが必要とするメンテナンスは通常、フルードの交換のみです。
しかし、一部のリミテッド スリップ ディファレンシャルは電子的にロックします。つまり、誰かがコース上でパフォーマンスを重視するシナリオでコーナーを出るときにスモーキー バーンアウトを抑えたい場合、電子的にロックするデフは従来の機械式デフよりも効果的にそうします。 .この良い例は、BMW のアクティブ M ディファレンシャルです。これは、スロットル入力、ヨー レート、車輪速度、全体の速度などのさまざまな入力を使用して、最適なパフォーマンスのためにディファレンシャルを最適にロックするタイミングを決定します。
繰り返しになりますが、各ディファレンシャルの設計に関係なく、前輪または後輪に取り付けられた駆動輪のいずれかに動力を送るという考え方です。快適さとコストを重視するものもあれば、最適なパフォーマンスを重視するものもあります。次に、2 つの特定のバランスを持つ大きな中間点があります。
これらすべてがまだ少し不明確な場合でも、心配する必要はありません。Donut Media の Recurrent Media の同僚にお問い合わせください。 微分がどのように機能するかを視覚的に示す優れたビデオを作成してください。
最後に、Engineering Explained によるこのビデオをご覧ください。 クラッチ タイプとヘリカル リミテッド スリップ ディファレンシャルの違いについて、もう少し視覚的な知識を得るには: