TUNE-IT: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 26

Συνεκτικό διαφορικό 

Όπως και άλλα είδη, είναι και αυτό σχεδόν άγνωστο στο ευρύ κοινό. Όπως βλέπετε και στην εικόνα, ανάμεσα στα ημιαξόνια και το κέλυφος παρεμβάλλονται ειδικά διαμορφωμένα δισκάκια με εναλλασσόμενη οδόντωση μέσα/έξω, περίπου με την ίδια διάταξη του -γνωστού μας πια- μπλοκέ της ZF. Το μηχανικό αυτό σύνολο περιβάλλεται από ένα πολύ ιδιαίτερο υγρό, βασισμένο στο πυρίτιο, με ιδιόρρυθμες ιδιότητες ρευστότητας. Το υγρό αυτό είναι κατά κάποιο τρόπο πηκτό και δεν σπάει εύκολα η συνοχή του -εξ ου και η περιγραφή «συνεκτικό». Κινούμενο ανάμεσα στις εγκοπές και τις τρύπες που φέρουν τα δισκάκια, αντιτίθεται στη σχετική τους κίνηση όταν το ένα ημιαξόνιο αρχίσει να επιταχύνει σε σχέση με το άλλο. Κατά κάποιο «μαγικό» χημικό τρόπο, τα μόρια του υγρού μεταβάλλουν τη συνοχή τους κατά περίσταση. Πολύ σημαντική είναι η προσθήκη μερικών γραναζιών με πολύ συγκεκριμένη θέση και αποστολή: την αύξηση της πίεσης του υγρού στα δισκάκια. Το ποσοστό του μπλοκέ και η καμπύλη κατανομής της ροπής στα ημιαξόνια μπορεί να μεταβληθεί με τον αριθμό των δίσκων, το σχέδιο και αριθμό των εγκοπών/οπών και με τη διαφορετική σύνθεση του «μαγικού» υγρού. Υπάρχει μια εσφαλμένη εντύπωση σε πολλούς ότι η αντίσταση του υγρού μεταβάλλεται με την άνοδο της θερμοκρασίας, αλλά δεν είναι καθόλου έτσι. Η αλλαγή της ρευστότητας οφείλεται στις δυνάμεις διάτμησης που εφαρμόζονται στο υγρό μέσα στις πολύ μικρές διόδους, όπου πιέζεται να περάσει. Όσο για τη θερμοκρασία, από τους 70-150 ⁰C -το εύρος λειτουργίας, δηλαδή, του διαφορικού- οι ιδιότητες είναι σταθερές σε αξιοσημείωτο βαθμό. Εκεί, όμως, που παίζει ρόλο η θερμοκρασία, είναι σε ό,τι αφορά τις διαστάσεις του διαφορικού. Φυσικά και υπάρχει διαστολή των υλικών λόγω θέρμανσης και η διαστολή αυτή μεταβάλλει έστω και ελάχιστα τον όγκο του υγρού. Με τη σειρά της, αυτή η διαστολή πιέζει περισσότερο τους δίσκους, σε σημείο που να υπάρχει επαφή μεταξύ τους, οπότε το ποσοστό του μπλοκέ εκτοξεύεται στα ύψη, πολύ ψηλότερα απ’ ό,τι κανονικά είναι σχεδιασμένο να επιτρέπει το υγρό. Ο κατασκευαστής είναι σε θέση να προβλέψει ακριβώς πότε γίνεται αυτή η μεταβολή των χαρακτηριστικών και κανονίζει τον όγκο του υγρού και την προφόρτιση των δίσκων ανάλογα. Τα συνεκτικά αυτά διαφορικά κατασκευάζονται αρκετά χρόνια τώρα από την GKN Axles, η οποία έχει φτιάξει μάλιστα μερικά εκατομμύρια μονάδες για αυτοκίνητα δρόμου. Άλλη εταιρεία, η FF Developments, κατασκευάζει τα αγωνιστικά διαφορικά -αλλά και μερικά για ειδικά αυτοκίνητα δρόμου. Η πιο γνωστή εφαρμογή βρίσκεται σε αυτοκίνητα «τουρισμού» FISA Class 2, αλλά και μεγαλύτερα, όπως ήταν η FISA Class 1 Alfa 155 V6 TI και το supercar των 90’s Jaguar XJ 220C.

Το συνεκτικό διαφορικό είναι εξίσου κατάλληλο για μπροστοκούνες, πισωκούνες και τετρακούνες, έχοντας σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα απλά δισκάτα μπλοκέ. Είναι ελαφρύ και ως εκ τούτου με μικρή ροπή αδρανείας. Σχεδιάζεται για κάθε εφαρμογή ξεχωριστά και έχει πιο σταθερή και προβλέψιμη συμπεριφορά από το κλασικό δισκάτο, κοστίζοντας όμως κάτι παραπάνω…

Ας περάσουμε τώρα στη μεγάλη οικογένεια των μπλοκέ διαφορικών εξαρτώμενης ροπής και τα αυτασφαλιζόμενα. Τα πρώτα, διοχετεύουν περισσότερη ροπή στον τροχό με τη μεγαλύτερη πρόσφυση, πριν ο άλλος τροχός αρχίσει να σπινάρει. Πρακτικά, κατανέμουν τη διαθέσιμη ροπή σε ποσοστό που είναι ανάλογο με την κατά περίπτωση πρόσφυση του κάθε τροχού, με εύκολα αντιληπτά τα πλεονεκτήματα.

Weismann Locker

Στις δεκαετίες’60 και ’70, σχεδόν όλα τα αυτοκίνητα αγώνων όλων των κατηγοριών και ιδιαίτερα αυτά που έπαιρναν τις νίκες (F1, F2, Indy, Can-Am, F5000, Trans-Am, Πρωτάθλημα Κατασκευαστών και ό,τι άλλο υπήρχε) χρησιμοποιούσαν το Weismann Locker που σχεδίασε -ποιος άλλος- ο Peter Weismann. Αν και σήμερα δεν τα βλέπουμε συχνά πια, μερικές ομάδες έχουν μείνει πιστές στη χρήση του. Πρόκειται για ένα μπλοκέ που «αντιλαμβάνεται» τη διαφορά της ροπής. Η βασική κατασκευή -για να το θέσω πολύ απλά- αποτελείται από δύο «συμπλέκτες» με ημιελεύθερα κυλινδράκια. Ο κάθε συμπλέκτης αντιστοιχεί σε ένα ημιαξόνιο και περιέχει μέσα κλωβό, έξω έκκεντρο, κυλινδράκια και το κέλυφος. Ο μέσα κλωβός μοντάρει με καρέ στο ημιαξόνιο. Τα κυλινδράκια δουλεύουν ανάμεσα από τον μέσα κλωβό και το έξω έκκεντρο, και το τελευταίο οδηγεί τον μέσα κλωβό με τα κυλινδράκια. Υπάρχουν επίσης και ελατήρια στον μέσα κλωβό που δημιουργούν κάποια προφόρτιση στο σύστημα και… μπλέξαμε. Για να μην μπερδεύουμε περισσότερο την ιστορία με λεπτομέρειες σεμιναριακού τύπου, ας περάσουμε στο λειτουργικό: στην ευθεία τα κυλινδράκια είναι σφηνωμένα στις φωλιές και το διαφορικό είναι «κλειδωμένο». Στο φρενάρισμα και το άφημα του γκαζιού, είναι πάλι κλειδωμένο, οπότε το αυτοκίνητο φρενάρει και με τους δυο τροχούς. Στις στροφές χωρίς ζόρι το διαφορικό είναι ανοιχτό. Όταν ο εξωτερικός τροχός τείνει να σπινάρει, ο μηχανισμός αποσυνδέει ουσιαστικά την οδήγηση στο ημιαξόνιο και τέρμα το σπινάρισμα. Σ’ αυτήν την περίπτωση, όλη η ροπή εφαρμόζεται στον εσωτερικό τροχό. Αυτή η κατάσταση δημιουργεί ελαφρά υποστροφή. Όταν εφαρμοστεί σημαντική ροπή, ο μηχανισμός ξανακλειδώνει το μπλοκέ και πάει λέγοντας. Στο όριο πρόσφυσης, κάθε προσπάθεια να ολισθήσει ένας τροχός, κλειδώνει τον μηχανισμό. Όταν είναι κλειδωμένος, το σύνολο κινείται όλο μαζί, οπότε και δεν παράγεται θερμότητα ούτε υπάρχει σπατάλη ισχύος. Ο μηχανισμός μπορεί να ξεκλειδώσει όταν υπάρχει διαφορική κίνηση των τροχών, έχοντας πρόσφυση. Σε στροφή και στο όριο πρόσφυσης, ο μηχανισμός «αντιλαμβάνεται» τη δυνατότητα κάθε τροχού να δεχθεί ροπή και κατανέμει τη διαθέσιμη ροπή από το σασμάν ανάλογα. Στο όριο πρόσφυσης, κλειδώνει. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι εξυπηρετούνται κατάλληλα όλες οι καταστάσεις! Η δυνατότητα να μπλοκάρει 100% είναι σημαντικό προσόν, ιδιαίτερα για δυνατά αυτοκίνητα με λίγα κιλά/ίππο. Για να εκμεταλλευτεί όμως κανείς πλήρως τα πλεονεκτήματα του Weismann, πρέπει να θυμάται ότι ποτέ -μα ποτέ- δεν πατάμε γκάζι σε στροφή όταν έχουμε υποστροφή… Η απότομη προσθήκη ροπής στον εσωτερικό τροχό θα μας στείλει κατευθείαν στον τοίχο! Αυτό σημαίνει ότι ο οδηγός πρέπει να οδηγεί επιθετικά στο «έμπα» για να μην αφήσει περιθώρια υποστροφής.

Υπάρχουν, όμως, και μειονεκτήματα στο Weismann. Εκτός από το ότι είναι δυσεύρετο, είναι βαρύ και επομένως έχει μεγάλη ροπή αδρανείας, αλλά είναι και ευαίσθητο στον τύπο των λιπαντικών που «ανέχεται». Όπως όλα τα δισκάτα μπλοκέ, λειτουργεί και αυτό με την τριβή. Έστω και ελάχιστα ίχνη από MOS2 (διθειούχο μολυβδαίνιο) είναι ικανά να αχρηστεύσουν τον μηχανισμό, που μόνο με αποσυναρμολόγηση και καλό πλύσιμο επανέρχεται στα… λογικά του.

Η χρήση του Weismann απογειώνεται όταν οδηγείται επιθετικά το αυτοκίνητο (υπάρχει άλλος τρόπος?) και όταν βγει ο ένας τροχός από την πίστα. Αν ο οδηγός συνεχίσει την πορεία, δεν θα έχει κανένα πρόβλημα διότι ο «έξω» τροχός δεν θα σπινάρει προκαλώντας αποσταθεροποίηση. Τα τελευταία και ίσως καλύτερα προσόντα του είναι η υποδειγματική συμπεριφορά στο βρεγμένο και η έξοδος από στροφές χαμηλής/μεσαίας ταχύτητας. Τελικά, κρίμα που τα Weismann χάθηκαν πρόωρα! Ο λόγος? Όπως έχει γίνει και με πολλούς άλλους μηχανισμούς που έχουν λάμψει κατά καιρούς στο τεχνολογικό στερέωμα: η δύσκολη και ακριβή για πολλούς επισκευή και η πρόοδος της τεχνολογίας στο αντικείμενο.

Και τώρα… TORSEN!

Είναι και αυτό παλιό πια. Την… παιδική του ηλικία δεν την πέρασε καλά καθότι είχε διάφορα προβλήματα, οφειλόμενα κυρίως στην ποιότητα κατασκευής -υλικά, ακρίβεια, ανοχές. Σχετικά με αυτό, ο διάσημος Mike Hewland είχε πει κάποτε ότι «από τότε που ο Gleason μάς έμαθε να κόβουμε σωστά γρανάζια (~1920), το μόνο που άλλαξε από τότε είναι η μεταλλουργία». Το διαφορικό που σχεδίασε ο Vernon Gleasman κατασκευάζεται από τη Zexel-Gleason και κατάφερε σε σχετικά λίγο χρόνο να εφοδιάζει αρκετά γρήγορα αυτοκίνητα παραγωγής και πάρα πολλά αγωνιστικά. Πώς λειτουργεί? Βασίζεται στην ιδιαιτερότητα που έχουν τα ελικοειδή γρανάζια να μεταδίδουν αποδοτικά τη ροπή μόνο κατά τη μία φορά περιστροφής τους, ενώ από την άλλη -την ανάποδη- παρουσιάζουν τεράστια τριβή. Η λεπτομερής περιγραφή της λειτουργίας δεν είναι εύκολη και μάλλον θα στείλει τους περισσότερους για… ύπνο! Μια σημαντική, πάντως, διαφορά με τα περισσότερα διαφορικά είναι ότι δεν περιέχει κωνικά γρανάζια! Τα ελικοειδή γρανάζια που κομπλάρουν στα ημιαξόνια, οδηγούνται από τρία (συνήθως) σετ…«σκουληκογράναζα» (πλανήτες) που στηρίζονται και περιστρέφονται μαζί με το κέλυφος. Η κινητήρια ροπή εφαρμόζεται στο κέλυφος (κορονοπήνιο) και από εκεί φθάνει στα ημιαξόνια σε ποσοστό που καθορίζει ο μηχανισμός που παρεμβάλλεται. Όταν κάποια ανισότητα ροπής στους τροχούς τείνει να περιστρέψει τα γρανάζια με διαφορετική ταχύτητα, η αντίσταση (λόγω μεγάλης τριβής) των ελικοειδών γραναζιών αντιστέκεται στην κίνηση αυτή. Ο μηχανισμός αντιλαμβάνεται τη διαθέσιμη πρόσφυση κάθε τροχού και επιμερίζει τη διαθέσιμη ροπή ανάλογα. Το Torsen αντιδρά σε συνθήκες ανομοιόμορφης πρόσφυσης και στέλνει περισσότερη ροπή στον τροχό με την περισσότερη πρόσφυση, μόλις πριν ο άλλος τροχός αρχίσει να σπινάρει. Το ποσοστό του μπλοκέ μπορεί κατασκευαστικά να μεταβληθεί από 2,5:1 ως και 6:1 και δεν είναι κάτι που μπορεί να αλλάξει κατά τη χρήση -ανοίγοντας π.χ. το διαφορικό. Το κύριο μειονέκτημα του Torsen είναι η σχετικά μεγάλη μάζα του και οι αυξημένες τριβές, πράγμα που οφείλεται στα πολλά γρανάζια του μηχανισμού. Εφόσον είναι τοποθετημένα στο εξωτερικό μέρος του κελύφους, έχουν ως φυσικό αποτέλεσμα μια καθόλου ασήμαντη ροπή αδρανείας που γίνεται ιδιαίτερα αισθητή σε αυτοκίνητα χαμηλής/μέτριας ισχύος. Όπου υπάρχει χρήμα και ανάγκη, οι μονάδες κατασκευάζονται από ειδικό ατσάλι ή ακόμα και τιτάνιο… Όταν υπάρχει διαφορική κίνηση με φορτίο, οι τριβές μεταξύ όλων των γραναζιών παράγουν σημαντική θερμότητα και αφαιρούν σημαντικό ποσοστό ισχύος για ένα μέρος της τροχιάς εξόδου από τις στροφές. Το φαινόμενο αυτό γίνεται κυρίως αισθητό σε αυτοκίνητα χαμηλής/μέτριας ιπποδύναμης, ενώ δεν απασχολεί καθόλου σε αυτοκίνητα παραγωγής επιδόσεων. Μάλιστα, στις πρώτες γενιές Torsen, η μεγάλη τριβή οδηγούσε σε πρόωρη και σημαντική φθορά. Το πρόβλημα εξέλειψε με τη χρήση βελτιωμένων κραμάτων/βαφής και στοχευμένων σχεδιαστικών αλλαγών στα γρανάζια.

Ύστερα από σοβαρές μελέτες, εμφανίσθηκε -και καθιερώθηκε στην αγορά- το Torsen II, μια σαφής βελτίωση του αρχικού σχεδίου, ελαφρύτερο και με άριστα μέταλλα, που μπορούσε να λειτουργήσει και με το υδραυλικό λάδι για αυτόματα σασμάν.

QUAIFE!

Το γραναζωτό Quaife έχει κάποια επιφανειακή ομοιότητα με το Torsen, αλλά διαφέρει σημαντικά στον τρόπο λειτουργίας. Όπως βλέπετε στο σχέδιο, ο μηχανισμός αποτελείται από δυο σετ πλανήτες με αξονική τοποθέτηση στο κέλυφος. Τα γρανάζια που κομπλάρουν στα ημιαξόνια κινούνται από δυο σετ πλανήτες. Οι πλανήτες γυρίζουν με το κέλυφος (και την κορόνα). Όταν εφαρμοσθεί ροπή, πιέζονται προς τα έξω δημιουργώντας τριβή. Η τριβή των πλανητών ανθίσταται στη διαφορική λειτουργία και διοχετεύει περισσότερη ροπή στον τροχό με την περισσότερη πρόσφυση. Η μεταδιδόμενη σε κάθε άξονα ροπή είναι ευθέως ανάλογη των τριβών, οι οποίες με τη σειρά τους είναι συνάρτηση της εφαρμοζόμενης ροπής. Το ποσοστό του μπλοκέ ορίζεται στο κατασκευαστικό στάδιο, υιοθετώντας διαφορετική γωνία έλικας των γραναζιών και γωνίες σύμπλεξης των γραναζιών και δεν είναι δυνατόν να μεταβληθεί εκ των υστέρων.

Όπως γίνεται και με το Torsen, η τριβή που παράγεται κατά τη λειτουργία στα ζόρια κοστίζει… άλογα! Η κατασκευή, όμως, είναι αρκετά στιβαρή και δεν υπάρχουν προβλήματα. Το διαφορικό που κατασκευάζεται από την GKN Axles χρησιμοποιείται σε αρκετά αυτοκίνητα παραγωγής, από μέτρια ως και θηρία.

Ενεργό δισκάτο 

Τα μπλοκέ αυτά ονομάζονται ενεργά, επειδή τα χαρακτηριστικά τους ελέγχονται κατά κάποιο τρόπο από υπολογιστή. Ανάλογα με το πρόγραμμα, μεταβάλλεται το ποσοστό εμπλοκής σε συνάρτηση με εξωτερικά ερεθίσματα, όπως η γωνία του τιμονιού, η ταχύτητα, το σήμα από τους αισθητήρες του ABS, το άνοιγμα της πεταλούδας και πιθανώς και άλλα. Στην περίπτωση του εικονιζόμενου μπλοκέ της GKN, ένα μικρό αλλά ισχυρό servomotor περιστρέφει ένα δίσκο με επικλινείς εγκοπές. Στις εγκοπές αυτές, ολισθαίνουν μικρές μπίλιες, οι οποίες με την περιστροφή αλλάζουν ύψος και συμπιέζουν τα δισκάκια περισσότερο μεταξύ τους, αυξάνοντας την τριβή, επομένως και το ποσοστό μπλοκέ. Αντίστροφα, μόλις υποχωρήσουν οι δίσκοι με αντίθετη κίνηση στις ράμπες, ελευθερώνεται η πίεση και μηδενίζεται το ποσοστό εμπλοκής. Άριστη σύλληψη, αλλά όπου υπάρχουν ενεργά στοιχεία αρχίζει να υποφέρει η αξιοπιστία.

Αυτασφαλιζόμενα μπλοκέ

Ο καλύτερος εκπρόσωπος της κατηγορίας αυτής είναι το Detroit Locker, που βασιλεύει στις ΗΠΑ για περισσότερα από 50 χρόνια! Κάθε γκαζόβιος πιτσιρικάς που έπαιρνε μια Mustang, Camaro κ.λπ., πήγαινε και έβαζε ένα τέτοιο -και μάλιστα, μπορούσε να το παραγγείλει στον εξοπλισμό του αυτοκινήτου αν το αγόραζε καινούργιο! Στη μεγάλη του δημοτικότητα βοήθησε το γεγονός ότι το απαιτούσε η NASCAR για την κατηγορία, οπότε καταλαβαίνετε για τι μιλάμε! Λίγο πρωτόγονο, θορυβώδες στις εναλλαγές πάτα/άσε, αλλά κυρίως φθηνό και παντού διαθέσιμο. Το κέλυφος περιέχει έναν κεντρικό μηχανισμό που στηρίζεται σταυρωτά πάνω του. Οι δυο εξωτερικές πλευρές του είναι οδοντωτές και κομπλάρουν σε εξωτερικούς δίσκους με αντίστοιχη οδόντωση, οι οποίοι πιέζονται από ένα ελατήριο ο καθένας. Στο γκάζι, το σύνολο συμπιέζεται και είναι σαν ένα σώμα -μηδέν ολίσθηση. Στις στροφές, ο εξωτερικός τροχός επιταχύνει και τα εξωτερικά «δόντια» ξεκλειδώνουν. Στην επιβράδυνση ή στη στροφή χωρίς γκάζι, λειτουργεί μόνο ο εσωτερικός τροχός. Στην ευθεία επιτάχυνση ή βγαίνοντας με γκάζι από στροφή: κλειδωμένο. Το σημαντικό στοιχείο είναι ότι ο μηχανισμός αντιδρά στη διαφορά ταχύτητας των δύο τροχών και όχι στη διαφορά ροπής! Οι ανοχές μεταξύ των εξαρτημάτων του μηχανισμού είναι μεγάλες, γι’ αυτό είναι και θορυβώδες, κάτι που δεν ενοχλεί βέβαια στους αγώνες. Το μόνο πρόβλημα είναι κατά την εναλλαγή από την οδήγηση δυο τροχών στον ένα και αντίστροφα, κάτι που κάνει πολύ δύσκολη την ακριβή τοποθέτηση του αυτοκινήτου στις στροφές αλλά από την άλλη, το κάνει «παιχνιδιάρικο» -ένας ακόμα λόγος που το κάνει δημοφιλές! Στη χώρα όπου γεννήθηκε, το φτιάχνουν για όλα σχεδόν τα μοντέλα «εντόπιας παραγωγής», αλλά και για αρκετά ιαπωνικά.

Ύστερα από όλα αυτά, το πρώτο και εύλογο ερώτημα που προκύπτει για τα μπλοκέ εν γένει είναι ένα: Ποιο είναι το καλύτερο? Μπορείτε, φαντάζομαι, να αντιληφθείτε ότι καθαρή απάντηση, μαύρο-άσπρο, δεν υπάρχει. Αν υπήρχε, θα είχε μείνει μόνο το «καλύτερο» στην αγορά και τα πράγματα θα ήταν απλά. Όλα εξαρτώνται από παράγοντες όπως διαμόρφωση της πίστας, στεγνό/βρεγμένο, downforce ή όχι και πάει λέγοντας. Αν τρέχετε σε κάποιο συγκεκριμένο γκρουπ -π.χ. F3- σίγουρα ξέρετε τι δουλεύει καλύτερα για τις δικές σας ανάγκες. Από εκεί και πέρα, ακόμα και το στιλ οδήγησης έχει να κάνει με την επιλογή του μπλοκέ, οπότε το θέμα ούτε στο καφενείο δεν λύνεται!

Σημ. Η έλλειψη λεπτομερούς περιγραφής για μερικούς τύπους διαφορικών που είδαμε δεν είναι θέμα δικής μου βαρεμάρας, αλλά έχει να κάνει με την αδυναμία λεπτομερούς παρουσίασης μηχανισμών και κινήσεων μόνο με γραπτό λόγο και σε περιορισμένο χώρο. Ενώ είναι εφικτό και απλό π.χ. να εξηγηθεί το μπλοκέ της ZF, δεν είναι καθόλου το ίδιο με τα Quaife/Torsen. Για όσους ξέρουν, σκεφθείτε για παράδειγμα να επιχειρήσετε να περιγράψετε πλήρως το μηχανικό ψεκασμό Lucas με ένα-δυο σχέδια… Αν ποτέ το περιοδικό προχωρήσει σε τεχνικά σεμινάρια (κάποιες σκέψεις αιωρούνται στο διάστημα) τότε θα έχουμε να πούμε -και να ακούσουμε, φαντάζομαι- πολλά όλοι μας!