ロック式差動装置

ロック式差動装置は、車両でよく使用される機械部品で、基本的に、共通のシャフト上にあるかのように、車軸上の両方の車輪を一緒に「ロック」することにより、標準的なオープン差動装置の主な制限を克服するように設計されています。これにより、どちらかの車輪に個別に利用できる牽引力 (またはその欠如) に関係なく、両方の車輪が同時に回転します。

ディファレンシャルがロック解除されている場合 (オープン ディファレンシャル)、各ホイールは異なる速度で回転できるため (カーブを曲がるときなど)、タイヤの擦り傷を回避できます。オープン (またはロック解除) ディファレンシャルは、常にその車軸上の 2 つのホイールに同じトルク (回転力) を提供します。したがって、ホイールは異なる速度で回転できますが、片方が完全に静止していてもう片方が回転している場合でも、同じ回転力が適用されます (トルクは等しく、回転速度は等しくありません)。

対照的に、ロックされた差動装置は、どちらかの車輪の牽引力の違いに関係なく、ほぼすべての状況で同じ車軸上の左右の車輪を同じ速度で回転させます。したがって、各車輪は、その下の牽引力が許す限りの回転力を適用でき、各サイドシャフトのトルクは不均等になります (不均等なトルク、等しい回転速度)。例外は、以下で説明する自動ロッカーに適用されます。

ロックされた差動装置は、各車輪の下の牽引力が大幅に異なる場合のみ、オープン差動装置に比べて大きな牽引力の利点を提供できます。

上記のすべては、中央の差動装置と各車軸の差動装置の両方に適用されます。フルタイム 4 輪駆動車には、各車軸に 1 つずつ、合計 3 つの差動装置があり、さらに前車軸と後車軸の間に中央の差動装置 (「トランスファー ケース」と呼ばれる) があります。

• レッカー車、フォークリフト、トラクター、重機などの一部のユーティリティ車両は、特に柔らかい、泥だらけの、または不均一な路面を走行する場合に、トラクションを維持するためにロック式差動装置を使用します。 ロック装置は、農業機器や軍用トラックでよく使用されます。 一部の農業用トラクターには、必要に応じてオペレーターのかかとで踏んで差動装置をロックできるペダルが付いています。
• ディファレンシャルロックは、リミテッドスリップディファレンシャルの代替としてドリフトスポーツでも使用できます。
• オフロードを走る四輪駆動車は、緩い、ぬかるんだ、または岩だらけの地形を走行しているときに動けなくなるのを防ぐために、ロック式差動装置を使用することが多い。ロック式差動装置は、本格的なオフロード走行には欠かせない装備と考えられている。多くのそのような車両には、中央差動装置（前車軸と後車軸の間）、後車軸と前車軸、またはこれら 3 つの任意の組み合わせにロック式差動装置がある。差動ロックは、一部の「非実用」四輪駆動車（三菱 ショーグンなど）でも、車軸アーティキュレーション（垂直方向の車輪の動き）の相対的な不足を補うために使用されている。オフロード走行では、車輪が凹凸のある表面でも地面との接触を維持できるように、高いアーティキュレーションが望ましいが、これにより、道路上で高速走行時に過度の車体ロールや、曖昧なステアリングにつながる可能性がある^。そのような 4x4 には、アーティキュレーションとハンドリングの妥協案として設計されたサスペンション システムが^搭載されていることが多い。関節可動域が制限されている場合、起伏の多い地形によって車軸上の 1 つの車輪が地面から浮き上がり、すべての車輪のトラクションが失われることがあります (すべての動力は浮き上がった車輪に伝わり、この車輪は自由に回転します)。この欠点を補うために、多くの場合、後部の差動ロックが装備されています。車輪が地面から浮き上がった場合、差動ロックが作動して、地面に残っている車輪を駆動します。

自動ロッカーは、ドライバーからの直接入力がなくても、自動的にロックおよびロック解除されます。一部の自動ロック式差動装置の設計では、トラクション状態に関係なく、エンジンの動力が常に両方の車輪に伝達され、コーナリング中に一方の車輪が他方の車輪よりも速く回転する必要がある場合のみ「ロック解除」されます。これらは、静止位置がロックされているため、より正確には自動ロック解除差動装置と呼ばれます。これらの差動装置は、どちらの車輪も差動キャリアまたは車軸全体よりも遅く回転することは決してありませんが、車輪がキャリア速度よりも速くオーバードライブされることは許可します。このタイプの最も一般的な例は、イートン社製のデトロイト ロッカー(別名デトロイト ノースピン) で、差動キャリア アセンブリ全体を交換します。ランチボックス ロッカーと呼ばれることもあるその他の差動装置は、標準の差動キャリアを使用し、内部のスパイダー ギアとシャフトのみをインターロック プレートに交換します。どちらのタイプの自動ロッカーも、同等の牽引力の状態でコーナーを曲がるときに、ある程度の車輪速度差を許容しますが、牽引力の状態によっては、両方の車軸シャフトを一緒にロックします。

• 利点: 自動動作なので、道路状況が変わっても作動または解除のために停止する必要はありません。
• 短所: タイヤの摩耗が進み、運転行動に顕著な影響が出る。コーナリング中、どのハーフアクスルが切り離されるかは、ドライブラインによって加えられるトルクの方向によって決まる。トルクの方向が逆転すると、ドライブラインの速度が突然、内側の車軸から外側の車軸に強制的に変更され、タイヤの鳴き声と強い衝撃が伴う。コーナリング中、自動ロッカーは強いアンダーステア​​を特徴とし、トラクションを超えると瞬時にパワーオーバーステアに移行する。^[1]

その他の自動差動装置の中には、ホイールスリップが発生するまでオープンデフとして作動し、その後ロックするものもあります。これらのタイプは通常、内部の調速機を使用して車速とホイールスリップを監視します。その一例が、イートン自動差動装置ロック (ALD)、またはイートン自動差動装置ロック (ADL) です。これはイートン社によって開発され、1973 年にGMの Rounded-Line C/K シリーズピックアップおよびユーティリティ向けに導入されました。^[2]イートン ADL は、GM もイートンもその名前で呼んだことがないにもかかわらず、誤って Gov-Lok と呼ばれることがあります。Gov-Lok は、むしろ起源不明の非公式な名前であり、長年にわたって人気を博しました。イートンと GM のどちらもその名前の由来を知らず、イートンは過去に Gov-Lok という名前を否定しようと何度か試みましたが、失敗しました。^[3]古いイートン ADL 設計の更新バージョンは、現在イートン mLocker 機械式差動装置ロックとして知られているものがイートンからまだ入手可能です。

その他の自動ロック機構は、高トルクがかかるまではオープンデフとして作動し、高トルクがかかるとロックアップします。この方式では、通常、摩擦が非常に高い内部ギア システムが使用されます。この例としては、初期のフォルクスワーゲンで使用されていた ZF スライディング ピンとカムのタイプが挙げられます。

選択可能なロッカーにより、運転者は運転席から自由に差動装置のロックとロック解除を行うことができます。これはさまざまな方法で実行できます。

• 圧縮空気（空気圧）。
• 「Ox Locker」に採用されているケーブル操作機構。
• 電子ソレノイドと（電磁気学）イートンの「ELocker」のような。しかし、OEMも電子ロッカーを提供し始めている。日産の電動ロッカーは、フロンティア（ナバラ）、エクステラ、タイタンのオプション装備として見つけることができる。フォードは、Fシリーズとレンジャートラック、フルサイズのブロンコに電子リアロッカーを提供している。トヨタは現在、タコマ、4ランナー、タンドラ（2022+）（TRDオフロードとTRDプロトリムのみ）にリアeロッカーを提供しているが、過去にはランドクルーザーなどの車両にフロントとリアのeロッカーも提供していた。
  • 利点: ディファレンシャルを「オープン」ディファレンシャルとして機能させて運転性と操縦性を向上させ、望ましい場合や必要な場合には完全なロック機能を提供します。
  • 短所: 機械的に複雑で、故障する部品が多くなります。一部のロッカーでは、作動のために車両を停止する必要があります。人間による操作と、次の地形に関する先見性が必要です。未熟なドライバーは、ロッカーを必要としない地形で差動装置をロックしたままにしておくと、ドライブライン コンポーネントに大きな負担をかけることがよくあります。

スプールまたはフルスプール（ミニスプールとは対照的）は、2つの車軸をリングギアに直接接続する装置です。左右の区別がないため、スプールを装備した車両は、旋回時にタイヤが鳴き、雨天や雪天時には操縦不能になる可能性があります。スプールは通常、路上を走行しない競技用車両に使用されます。^[4]

ミニスプールはストック キャリアを使用し、ディファレンシャルの内部コンポーネントのみを交換します。取り付けはランチボックス ロッカーと同様です。フル スプールは、キャリア アセンブリ全体を 1 つの機械加工部品に交換します。フル スプールは、車軸をロックする最も強力な手段かもしれませんが、車輪の速度を区別する機能がまったくないため、影響を受けるすべてのドライブライン コンポーネントに大きな負担がかかります。

オープンデファレンシャルの内部スパイダーギアを溶接してロックされた車軸を作ることもできますが、溶接プロセスによって溶接部品の冶金組成が著しく損なわれ、ストレス下でユニットが故障する可能性があるため、この方法は推奨されません。

自動ロック式ディファレンシャルは標準のディファレンシャルほどスムーズに作動しないため、タイヤの摩耗が増加する原因となることがよくあります。一部の旧式の自動ロック式ディファレンシャルは、車両がカーブを曲がるときにロックおよびロック解除するときにカチカチという音やバンという音を発することで知られています。これは多くのドライバーにとって迷惑です。自動ロック式ディファレンシャルは、ロッカーが前車軸にある場合、特に車両のステアリング機能にも影響を及ぼします。高摩擦 (低スリップ) 路面での旋回中にタイヤが擦り減るだけでなく、ロックされた車軸はアンダーステア​​を引き起こし、前車軸で使用すると、車両を旋回させるために必要なステアリング力が増加します。さらに、自動ロック式ディファレンシャルは氷上で制御不能になる可能性があり、オープン ディファレンシャルでは 1 つの車輪がスピンし、もう 1 つの車輪は保持され、動力は伝達されません。この例としては、滑りやすい坂道に横向きに駐車された車両が挙げられます。両方の車輪がスピンすると、車両はトラクションを失い、坂道を滑り落ちます。

リミテッドスリップデフ（LSD）は、よりスムーズに作動し、標準的なデフと比較して最もトラクションのあるホイールに余分なトルクを導きますが、100％のロックアップはできないため、標準的なデフとロックデフの妥協案と考えられています。^[5]

トラクション コントロール システムも、多くの最新車両で、差動ロックに加えて、または差動ロックの代わりとして使用されています。例としては、フォルクスワーゲンの電子差動ロック (EDL)、オペルの TC+ (2001 年にオペル アストラ G で初めて搭載) などがあります。これは実際には差動ロックではありませんが、各車輪で動作します。センサーが車輪の速度を監視し、一方の車輪が他方の車輪よりも指定された回転数(たとえば 100) 以上回転している場合 (つまりスリップしている場合)、トラクション コントロール システムがその車輪に瞬間的にブレーキをかけます。これにより、もう一方の車輪に多くの動力が伝達されますが、^[6]オープン ディファレンシャルが引き続き使用され、これは EDL オプションのない車と同じです。すべての駆動輪がトラクションを失うと、スロットル コントロールが自動的に適用されます。電子トラクション コントロール システムは、アンチロック ブレーキシステムと統合されている場合があり、ブレーキに対して同様の動作をし、いくつかの同様のコンポーネントを使用します。このようなシステムは、たとえば最新の^[いつ? 日産パスファインダー^、ランドローバーディフェンダー、ランドローバーフリーランダー、マクラーレンP1、マクラーレン650。

溶接差動装置（一般に溶接デフと呼ばれる）は、（オープン）差動装置のギアが溶接されており、差動装置がないかのように機能します。これは、オフロードやドリフト用の安価な代替手段です。^{[7] [8]}

個別車輪駆動(IWD) は、車両の各車輪に個別のエンジン、モーター、および/またはギアボックスを使用するため、中央の場所からドライブトレイン コンポーネントを使用してトルクを分配する必要がありません。