Szpera – co to jest mechanizm różnicowy i jak działa szpera

Co to jest szpera?

Szpera jest potocznym określeniem mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu. Po angielsku „Limited Slip Differential„, czyli popularne LSD. A po niemiecku „Sperrdifferenzial” i właśnie od tego słowa pochodzi uważane przez nas słowo „szpera”.

Mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu to bardzo sprytne rozwiązanie na problem zachowania kół samochodu podczas skręcania. Jak łatwo można sobie wyobrazić, koła przy skręcaniu poruszają się w tym samym kierunku, ale jedno z nich jest zawsze po wewnętrznej stronie, a drugie po zewnętrznej stronie łuku czy też okręgu. Przez to jedno z kół kręci się wolniej od drugiego i stanowi to problem w przekazywaniu momentu obrotowego pomiędzy silnikiem, a kołami.

Po co stosuje się mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu?

Aby doprowadzić do idealnej sytuacji, w której koła kręcą się z różną prędkością, ale będą otrzymywany odpowiedni moment obrotowy, opracowano mechanizm różnicowy (differential). Ma on jednak sporą wadę, ponieważ dyferencjał przekazuje większy moment obrotowy na koła, które stawia mniejszy opór. W przypadku kiedy jedno z kół straci kontakt z podłożem, jego opór będzie minimalny a mechanizm różnicowy przekaże na to koło cały moment obrotowy. Taka sytuacja jest zupełnie bez sensu, ponieważ koło uniesione w powietrze nie przełoży tego momentu na asfalt i nie przyniesie to żadnych korzyści.

Problem jednak nie dotyczy tylko kół oderwanych od asfaltu. Wyobraźmy sobie dynamiczną jazdę po łuku. Samochód w zakręcie będzie, zgodnie z prawami fizyki, dociążony od zewnętrznej strony, więc dyferencjał przekaże większy moment na wewnętrzne koło. W efekcie doprowadzi to do poślizgu i buksowania wewnętrznego koła, kiedy jednocześnie koło zewnętrzne będzie miało bardzo dużo przyczepności.

Z tego tez powodu wymyślono lepszy mechanizm różnicowy, czyli taki o ograniczonym poślizgu – tak zwaną szperę. Szpera ma bardzo uzasadnione działanie, ma przekazywać moment obroty na oba koła, niezależnie od pokonywanego łuku, przyczepności czy warunków panujących na drodze. Szpera tak na dobrą sprawę ma umożliwić kołom poruszanie się z różnymi prędkościami. Czy to nie brzmi wspaniale? 

Zalety stosowania szpery

Dzięki posiadaniu w swoim samochodzie szpery zyskamy:

• Większą przewidywalność w prowadzeniu,
• Możliwość  łatwiejszego wprowadzenia auta w kontrolowany poślizg,
• Lepsze przyśpieszenie w codziennych trudnych warunkach drogowych, czyli przy mokrej lub nierównej nawierzchni,
• Większą kontrolę nad autem w przypadku poruszania się w trudnym terenie,
• Możliwość uniknięcia sytuacji stania w miejscu, kiedy jedno koło ślizga się i kręci w miejscu.

Czy mam szperę w swoim samochodzie?

Jest bardzo prosty i niezawodny sposób sprawdzenia, czy szpera jest zamontowana w naszym samochodzie. Należy podnieść auto na podnośniku (a przynajmniej oś napędzaną) i zakręcić jednym z kół. Jeśli drugie koło kręci się w tym samym kierunku, oznacza to, że mamy szperę w swoim samochodzie. Jeśli drugie koło kręci się w przeciwnym kierunku, nie mamy szpery.

Jeśli nie możemy podnieść auta, to jest drugi sposób na sprawdzenie, czy nasze auto jest wyposażone w LSD. Jednym z kół należy najechać na coś bardzo śliskiego, np plamę oleju. Drugie koło w tym czasie powinno pozostać na przyczepnej powierzchni. Kiedy spróbujemy ruszyć, koło w aucie ze szperą zakręci się. W aucie bez szpery koło pozostające na suchej nawierzchni nie ruszy się.

Typy mechanizmów różnicowych

Mechanizmy różnicowe dzielimy na otwarte oraz te z ograniczonym poślizgiem.

Wśród mechanizmów z organicznym poślizgiem, czyli szper, można wyróżnić między innymi:

• LSD ze sprzęgłem wielopłytkowym
• LSD ze sprzęgłem wiskotycznym (sprzęgłem lepkościowym)
• Mechanizm różnicowy z blokadą
• Mechanizm różnicowy typu Torsen

Mechanizm różnicowy typu Torsen

Torsen jest mechanizm różnicowym czysto mechanicznym w swoim działania. Nie ma w nim żadnej elektroniki. Torsen w sposób samoczynny jest w stanie przenieść moment obrotowy na oś i większej przyczepności. Nazwa TORSEN pochodzi od 2 słów:

• „TORque” – czyli MOMENT,
• „SENsing” – czyli WYCZUCIE

Koła zębate w mechanizmie Torsen trą o siebie bardzo mocno, co przekłada się na duże tarcie wewnętrzne. Koła zębate od strony ślimakowej zastosowane w przekładni obracają się swobodnie, ale z drugiej strony (od ślimacznicy) z łatwością się blokują. To właśnie dzięki temu, podczas różnicy prędkości obrotowej, zazębienia kół stawiają znacznie większy opór. Z reguły Torsen przenosi moment obrotowy w proporcjach 50:50, ale typ T-3 może przenosić również moment w proporcjach 65:35 lub odwrotnej 35:65.

Szpery Torsen stosują między innymi takie koncerny motoryzacyjne jak:

• Audi
• AM General (HUMMER)
• BMW
• Ford
• GM
• Honda
• Lexus
• Land Rover
• Mazda
• Toyota
• Volkswagen

Zastosowanie szpery w drifcie

Dzięki zastosowaniu szpery, samochody tylkonapędowe mają znacznie większą tendencję do nadsterowności. Podczas normalnej i zwyczajnego użytkowania samochodu, nie jest to pożądane zjawisko. Ale w przypadku jazdy ekstremalnej, do aut tylnonapędowych o dużej mocy, montowane są szpery. Dzięki szperom i w efekcie nadsterowności, profesjonalny kierowca wyścigowy lub drifter, zyskuje większą kontrolę nad samochodem oraz większą przewidywalność zachowania auta. Większa nadsterowność, to automatycznie mniejsza szansa podsterowności. Choć niektórzy kierowcy Formuły 1 lubią bardziej podsterowne bolidy, np: Robert Kubica, Fernando Alonso lub Jenson Button, to jednak większość kierowców F1 woli nadsterowne, np: Michael Schumacher,  Lewis Hamilton czy Sebastian Vettel.

W drifcie sytuacja jest jeszcze ważniejsza. Jeśli dyferencjał nie będzie posiadał szpery, to w poślizg będzie wpadało tylko wewnętrzne koło, co zamiast powodować nadsterowność, będzie pogłębiało tylko podsterowność. A drift polega przecież na kontrolowanym poślizgu tylnej osi i „lataniu bokami„, a nie poślizgu przedniej osi i jeździe na wprost w zakrętach.

Szpera to nie sposób na zastąpienie blokady mechanizmu różnicowego

Offroad to jednak zupełnie inny styl jazdy. Tutaj szpera nie jest rozwiązaniem problemu. W przypadku jazdy w bardzo grząskim i nieutwardzonym terenie, potrzebne jest czasami przeniesienie 100% momentu obrotowego na jedno z kół. Tylko pełna blokada mechanizmu różnicowego jest nam w stanie to zapewnić. Szpera nie będzie tutaj dostatecznie skuteczna. Dzięki temu wystarczy sytuacja, kiedy tylko 1 przyczepne koło wyciągnie nas z błota albo głębokiego śniegu.