Differ- see on imelihtne

Kui teemaks on maastikuautod, käib jutt tihti diferentsiaalide, diferentsiaalilukkude, vedavate ja ringikäivate rataste ümber. Samas jäävad need mõisted paljudele segaseks ja küsida on vahel piinlik. Üritame asja selgitada, laskumata sealjuures sügavale teoreetilise füüsika rägastikku.

Kuigi nelikvedu on üks omadusi, mis teeb maastikuautost selle, mis ta on, ei vea autol tingimata alati kõik neli ratast. Osa maastureid on varustatud pideva nelikveoga, mis tähendab, et mootor veab pidevalt nii esi- kui tagasilda (Toyota LandCruiser 80, Range Rover, LADA Niva), valdaval enamikul veab tavaolukorras ainult tagasild ja esisild tuleb eraldi sisse lülitada.

Maastikuautol võib olla maksimaalselt kolm diferentsiaali (kolm kera joonisel). Üks neist paikneb esisillas (sinine), teine tagasillas (punane) ja kolmas (lilla) vahekastis. Viimast nimetatakse keskdiferentsiaaliks ning teatavatel, eriti vanematel mudelitel ta puudub.

Kõik loetletud (ja paljud loetlemata) erinevused tekitavad küsimusi. Mis on diferentsiaal (kõnekeeles differ) ja milleks teda vaja on? Miks neid nii palju on? Mida need difrilukud teevad?

Mis on diferentsiaal?

Lühidalt, esi- ja tagadiferentsiaalid on need ümarad jämedamad kohad sildadel, mida auto alla vaadates võib näha. Nende paksendite sees on päris diferentsiaal, mis koosneb ühest suurest ja mitmest väiksemast hammasrattast.

Veojõud jõuab diferentsiaali läbi kardaani pöörlemise. Diferentsiaal paneb omakorda pooltelgede kaudu pöörlema rattad.

Diferentsiaali eriomaduseks on, et ta laseb ratastel pöörelda erineva kiirusega tagades sealjuures enam-vähem võrdse veojõu kummalegi rattale.

Miks peavad rattad erineva kiirusega pöörlema?

Vaadake joonist, mis kujutab rataste liikumist pööramisel. Joonisel on vasaku ratta liikumistee pikem kui paremal. Seda on näha sellest, et punane kaar (vasakul) on pikem kui sinine (paremal). Kui rataste vahel on diferentsiaal, siis võib mootor pidevalt mõlemat ratast vedada, kuigi üks liigub rohkem maad (täpsemalt, pöörleb suurema kiirusega) kui teine.

Kui oleks tegemist jäiga, ilma diferentsiaalita teljega, siis peaks sisekurvi jääv ratas pöörde sooritamiseks libisema sõidetaval pinnal (“kummi ringi laskma”). Allpool jõuame sama teemani tagasi, sest vahel on parem, kui differ oskab “teeselda” jäika telge.

Mis on keskdiferentsiaal?

Keskdiffer võimaldab esi- ja tagasilda vedavatel kardaanidel pöörelda erinevate kiirustega, kandes veojõu mõlemale. Keskdiferentsiaal asub vahekastis ja näeb välja nagu käigukasti osa.

Milleks on keskdiferentsiaal kasulik?

Vaadates jällegi joonist, on näha, et esimesed rattad sõidavad läbi pikema maa (punased jooned) kui tagumised (sinised jooned). See tähendab, et esimene ja tagumine kardaan pöörlevad erineva kiirusega. Et see oleks võimalik, on vaja keskdiferentsiaali. Ilma keskdiferentsiaalita peaks auto igal pöördel rattaid ringi vedama, koormates sellega kogu jõuülekannet.

Sellest võib järeldada, et maastikuautodel, millel puudub keskdiferentsiaal, võib esisilla sisse lülitada ainult sõites pehmel pinnasel, millel rataste tühjalt ringikäimine ei põhjusta märkimisväärset ülekoormust jõuülekandele, mitte kunagi aga näiteks maanteel.

Mis juhtub kui ratas käib tühjalt ringi?

Mootori veab keskdiferentsiaali kaudu esi- ja tagakardaani, sealt edasi läbi difrite ratasteni. Diferentsiaalide halb külg on, et mõlemale kardaanile (rattale) rakendub samapalju jõudu, kui vähima haardumisega kardaanile (rattale).

Joonisel ronib auto üle künkliku maastiku ja parem esimene ratas kaotab haardumise (näiteks satub auku). On vaja väga vähe jõudu, et panna see ratas ringi käima ja võttes arvesse ülaltoodut, rakendub ka vasakule esirattale sama väike veojõud.

Et ka keskel on diferentsiaal, rakendub tagakardaani kaudu tagaratastele sama vähe jõudu kui tühjalt pöörlevale paremale esirattale. Asja lõpptulemuseks on, et ratastele, mis korralikult haarduvad, ei rakendu piisavalt jõudu, auto jääb seisma ning üks ratas pöörleb tühjalt ehk kõnekeeli “kaabib”.

Mida teha?

Keskdiferentsiaale on erinevaid. Osa neist blokeerub automaatselt, kui üks ratastest hakkab ringi käima (Honda CR-V), osa tuleb käsitsi kas vahekasti kangiga (Mitsubishi Pajero) või nupuvajutusega (Mercedes-Benz G-klass) lukustada.

Lukustamine (blokeerimine) tähendab, et diferentsiaal ei lase kardaanidel (ratastel) enam erineva kiirusega pöörelda. Samapalju, kui pöörleb üks, peab pöörlema ka teine. Kui maasturitel puudub keskdiferentsiaal (Toyota LandCruiser 40), pole vaja selle pärast ka muretseda, sest esi- ja tagakardaan on jäigalt ühendatud alati, kui esisild on sisse lülitatud.

Ülaltoodud näite puhul tekitab keskdiferentsiaali lukustamine olukorra, kus esi- ja tagakardaan peavad pöörlema sama kiirusega. Kuna mõlemad tagarattad haarduvad korralikult, veavad nad autot edasi.

Keskdiferentsiaali ei tohi lukustada kõval, hea haardumisega pinnasel, kuna pööramisel tekkiv vajadus osa rattaid “ringi vedada” koormab asjatult jõuülekannet.

Mis juhtub kui haardumise kaotab nii esi- kui tagaratas?

Oleme olukorras, kus üks esi- ja üks tagaratas on haardumise kaotanud (näiteks diagonaalis kraavi ületades või üks külg kraavis).

Veojõud kandub läbi kardaanide ja diferentsiaalide ratasteni, aga kuna vähemalt üks ratas käib ringi, seisab auto paigal. Pelgalt keskdiferentsiaali lukustamisest pole abi, sest nii esi- kui tagateljel puudub ühel rattal haardumine.

Mida nüüd teha?

Aeg on mõelda esi- ja tagadiferentsiaali lukkudele. Nood toimivad samal põhimõttel kui keskdiferentsiaali lukustamine ja tagavad, et sama telje mõlemad rattad pöörlevad sama kiirusega – kui liigub üks, liigub teine sama palju.

Lukustame kõigepealt tagadiferentsiaali (ja muidugi keskdiferentsiaali enne seda). Lukustatud keskdiferentsiaal tagab, et esimene ja tagumine kardaan pöörlevad sama kiiresti. Esisilda jõudvast veojõust ei ole kasu, sest üks esiratas käib ringi ja esidiffer ei ole lukustatud. Lukustatud tagadifrisse jõudev veojõud rakendub rattale, mis haardub ja rattale, mis käib tühjalt. Et differ on lukustatud, ei käi üks ratas enam ringi ning haarduv ratas paneb sõiduki liikuma.

Lukustades lisaks veel esidifri, on kõiki nelja ratast vedavad teljed omavahel jäigalt ühendatud, seega pöörlevad kõik rattad sama kiirusega sõltumatult haardumisest.

Appi, ma ei saa pöörata!

Diferentsiaalide lukustamisega tasub siiski olla ettevaatlik. Loo alguses kirjeldatud põhjustel on difrid vajalikud pööramiseks. Mida enam neist on blokeeritud, seda raskem on pöörata. Lukustades kõik diferentsiaalid muutub roolikeeramine tuntavalt raskemaks, ning autot on peaaegu võimatu pöörata.