駆動力を操る差動制限装置

駆動力を操る差動制限装置

差動制限装置とは

車は左右の車輪が別々に回転することで、なめらかに曲がることができます。これを可能にするのが差動装置です。しかし、片方の車輪が氷の上やぬかるみにはまって空回りしてしまうと、差動装置は空回りしている車輪にばかり駆動力を送ってしまい、結果として車は動けなくなってしまいます。このような状況を避けるために開発されたのが差動制限装置です。

差動制限装置は、左右の車輪の回転数の差を検知し、ある一定以上の差が生じたときに、空回りしている車輪への駆動力伝達を制限する働きをします。こうすることで、グリップしている車輪にも駆動力が伝達され、車がスタックするのを防ぎます。

差動制限装置にはいくつかの種類があります。例えば、機械式は、ギアやクラッチなどの機械部品を用いて回転差を制限します。単純な構造で信頼性が高い一方、反応が急なため、乗り心地に影響を与えることもあります。粘性結合式は、特殊なオイルの粘性抵抗を利用して回転差を制限します。機械式に比べて滑らかな作動が特徴で、乗り心地への影響も少ないです。電子制御式は、センサーやコンピューターを使って回転差を検知し、ブレーキを使って駆動力を制御します。他の方式に比べて高度な制御が可能で、路面状況に応じた最適な駆動力を実現できます。

差動制限装置は、雪道やぬかるみといった悪路での走破性を高めるだけでなく、スポーツ走行においても重要な役割を果たします。カーブを曲がる際に、外側の車輪に多くの駆動力を配分することで、より安定したコーナリングを実現できます。そのため、オフロード車やスポーツカーだけでなく、乗用車にも搭載されるようになっています。近年の技術革新により、様々な種類の差動制限装置が開発され、車種や用途に合わせた最適な選択が可能となっています。

差動制限装置の種類

車は左右の車輪が別々に回転することで、カーブをスムーズに曲がることができます。この左右の回転差を生み出すのが差動装置ですが、片方の車輪が滑りやすい路面にあると、そちらの車輪ばかりが空転し、もう片方の車輪に力が伝わらず、車は動けなくなってしまいます。これを防ぐために開発されたのが差動制限装置です。差動制限装置は、左右の車輪の回転差を制限することで、滑りやすい路面でも駆動力を確保する役割を果たします。

差動制限装置にはいくつかの種類があります。代表的なものとしては、まず左右の車輪にかかる力の差を利用する方式があります。左右の車輪にかかる力の差が大きくなると、装置内部の部品が作動し、差動を制限することで、駆動力を確保します。この方式は構造が単純で、耐久性が高いという利点があります。次に、左右の車輪の回転速度の差を利用する方式があります。左右の車輪の回転速度の差が大きくなると、装置内部の粘性のある液体などが作用し、回転差を制限します。この方式は滑らかに作動するのが特徴です。そして、これらの二つの方式を組み合わせた方式もあります。状況に応じて両方の特性を活かすことで、より高度な制御を可能にし、様々な路面状況に対応できます。

さらに、左右の車輪を強制的に同じ回転速度で回転させる方式も存在します。これは、オフロード走行などで高い走破性を発揮しますが、舗装路面では曲がりにくくなるため、通常走行には適していません。このように、差動制限装置には様々な種類があり、それぞれの方式には利点と欠点があります。車の用途や走行特性に合わせて、最適な方式が選択されることが重要です。

トルク感応型差動制限装置

車輪の回転速度に差が生じた際に、左右の車輪に適切な駆動力を配分する差動装置は、通常走行において円滑な旋回を可能にする重要な部品です。しかし、片方の車輪が氷の上やぬかるみにはまって空転してしまうような状況では、差動装置によって駆動力が空転している車輪に集中し、脱出が困難になることがあります。このような状況を回避するために開発されたのが、トルク感応型差動制限装置です。

この装置は、左右の車輪にかかるトルクの差を感知して作動します。例えば、片方の車輪が滑りやすい路面に遭遇し、駆動力がそちらの車輪に集中し始めると、左右の車輪間のトルク差が大きくなります。このトルク差を検知すると、差動制限装置が働き、空転していない車輪にも駆動力を分配します。これにより、滑りやすい路面から脱出したり、安定した走行を維持することが可能になります。

トルク感応型の代表例として、トルセン式の差動制限装置が挙げられます。トルセン式は、「トルクを感知する」という意味の造語で、ねじ歯車の一種であるウォームギアの原理を応用した機構を備えています。ウォームギアは、一方向への回転は伝達しやすい一方、逆方向への回転は伝達しにくいという特性を持っています。この特性を利用して、トルク差が生じた際に、空転側の車輪への駆動力伝達を制限し、グリップしている車輪への駆動力伝達を優先的に行うのです。トルセン式は、滑らかな作動と高い耐久性が特徴であり、機械的な構造のため、電子制御を必要としないという利点もあります。

一方で、トルク感応型は、反応速度に限界があるという側面も持っています。急激な路面変化や大きなトルク差に対しては、即座に対応できない場合があります。そのため、より高度な制御を求める場合には、電子制御式と組み合わせるなどの工夫が凝らされています。

回転数感応型差動制限装置

回転数に反応して左右の車輪へ伝わる動力を調節する装置を、回転数感応型差動制限装置といいます。これは、左右の車輪の回転する速さの差を感知して働きます。例えば、片方の車輪が滑り始めて空回りし始めると、左右の車輪の回転する速さの差が大きくなります。この差を感知することで、回転数感応型差動制限装置が作動し、動力の伝わり方を調整します。

回転数感応型差動制限装置の代表的な例として、ビスカス式差動制限装置が挙げられます。ビスカス式差動制限装置は、粘り気のある油であるシリコンオイルの粘りの強さを利用した仕組みです。この装置は、構造が単純で、製造費用が安く済むという利点があります。しかし、空転を感知してから実際に作動するまでの時間が遅く、急な路面状況の変化に対応するのが苦手という欠点もあります。

例えば、雪道で片方の車輪が雪に沈んで空回りし始めた場合、ビスカス式差動制限装置は反応が遅いため、空転が進んでしまうことがあります。舗装路から急に砂利道に入った時なども、同様のことが起こる可能性があります。

近年では、電子制御技術の進歩により、より精密な制御が可能な回転数感応型差動制限装置も開発されています。これらの装置は、車輪の回転速度だけでなく、エンジンの回転数や車の速度、ハンドル角度などの様々な情報も考慮して、最適な制御を行います。これにより、ビスカス式差動制限装置のような反応速度の遅さを解消し、様々な路面状況で安定した走行を実現しています。こうした電子制御技術を組み合わせた差動制限装置は、雪道や砂利道だけでなく、一般道での走行安定性向上にも貢献しています。

差動制限装置の効果

車は左右の車輪で回転速度を変えることで、なめらかに曲がることができます。この役割を担うのが差動歯車装置です。しかし、片方の車輪が滑りやすい路面に差し掛かった場合、差動歯車装置の働きによって、滑っている車輪ばかりが空回りし、もう片方のグリップしている車輪には駆動力が伝わらなくなってしまいます。この結果、車は動けなくなってしまうことがあります。これを防ぐために開発されたのが差動制限装置です。

差動制限装置は、左右の車輪の回転速度差を制限することで、駆動力が逃げるのを防ぎます。雪道や凍結路といった滑りやすい路面では、片方の車輪が空転しそうになっても、もう片方の車輪に駆動力を伝え続けるため、スタックする危険性を大幅に減らすことができます。

未舗装路や岩場など、オフロード走行時にも差動制限装置は威力を発揮します。片方の車輪が浮いてしまったり、ぬかるみにハマって空転する場合でも、接地している車輪に駆動力を集中させることで、走破性を高めることができます。

スポーツ走行時にも差動制限装置は有効です。カーブを曲がるとき、外側の車輪は内側の車輪よりも速く回転する必要があります。しかし、差動歯車装置だけでは、この回転速度差が大きくなりすぎ、駆動力が逃げてしまうことがあります。差動制限装置は、左右の車輪の回転速度差を適切に制御することで、トラクション性能を向上させ、安定したコーナリングを可能にします。より速く、よりスムーズにカーブを曲がることができるようになるため、運転の楽しさを増す効果も期待できます。このように、差動制限装置は様々な場面で車の走行安定性を高め、安全で快適な運転を支える重要な装置と言えるでしょう。