Czym jest szpera? Za co odpowiedzialne jest to rozwiązanie i jak działa?

Wywodzi się ze sportów samochodowych, a obecnie coraz częściej znajduje zastosowanie w zwyczajnych autach drogowych. Jej zadaniem jest poprawa prowadzenia. Czym jest szpera, za co odpowiada i jak działa?

Szpera, czyli inaczej mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu, poprawia trakcję samochodu praktycznie w każdych warunkach. Ale nie tylko, umożliwia również lepsze prowadzenie w zakrętach i pokonywanie ich z wyższymi prędkościami.

Obecnie jej najpopularniejszy rodzaj stanowi elektroniczna szpera (eLSD), która tak naprawdę jest funkcją układu ABS.

Czym jest i za co odpowiada szpera?

Zwyczajny, otwarty mechanizm różnicowy w taki sposób rozdziela moment obrotowy, aby jego identyczna wartość trafiała do obu kół. Z kolei szpera „żongluje” niutonometrami w zależności od ich skrętu czy przyczepności nawierzchni.

Weźmy sytuację z życia. Jedna połowa auta stoi na przyczepnym asfalcie, a druga – na szutrze. Przy ruszaniu z miejsca do obu kół trafi tyle samo momentu obrotowego. Dlatego łatwo wtedy o poślizg tego koła, które znajduje się na luźnej nawierzchni.

Szpera Mercedesa-AMG C 63 z 2018 roku.

Jeśli jednak w aucie zastosuje się szperę, rozdzieli ona niutonometry w taki sposób, aby ich większa wartość trafiła do tego koła, którym trudniej obrócić. Czyli o większej przyczepności, jednocześnie ograniczając poślizg drugiego koła.

Jak działa szpera?

Podobnie jak otwarty mechanizm różnicowy, szpera umożliwia obracanie się kół z różnymi prędkościami, ale w razie potrzeby skutecznie przenosi moment obrotowy na to o większej przyczepności. Jego wielkość jest ograniczona, dlatego szperę nazywa się mechanizmem różnicowym o ograniczonym poślizgu. Najczęściej tego typu rozwiązanie stosuje się w samochodach sportowych lub w pojazdach terenowych.

O ile podczas ruszania na nawierzchni o równej przyczepności po obu stronach, zastosowanie go nie ma istotnego znaczenia, o tyle w zakrętach – już tak. Wynika to z faktu, że koła obracają się tutaj z różną prędkością. Na dodatek zewnętrzne jest bardziej dociążone, a wewnętrzne – odciążone.

Z tego względu koło po wewnętrznej stronie ma mniejszą zdolność do przenoszenie momentu obrotowego. Powoduje to praktyczną utratę możliwości przyspieszenia w skręcie. Jest to możliwe dopiero po wyprostowaniu kół.

I właśnie tutaj pojawia się zbawienne działanie szpery. Powoduje ona bowiem częściowe zblokowanie dyferencjału, a więc i częściowe wyrównanie prędkości obrotowej pomiędzy oboma kołami. W rezultacie auto sprawniej pokonuje zakręty i jest w stanie przyspieszyć jeszcze przed wyprostowaniem kierownicy.

Na dodatek w samochodzie przednionapędowym – bo o takim cały czas jest mowa – jej zastosowanie niweluje tendencję przodu do płużenia. W przypadku modelu tylnonapędowego, po dodaniu gazu samochód przejawia z kolei więcej chęci do zamiatania tyłem.

Rodzaje mechanizmów różnicowych

Wyróżniamy następujące rodzaje mechanizmów różnicowych:

• otwarty, czyli stożkowy mechanizm różnicowy, w którym na każde z kół trafia taka sama wartość momentu obrotowego
• szpera płytkowa – jedno z popularniejszych rozwiązań, zwłaszcza w samochodach sportowych. Jest zbudowana podobnie do otwartego mechanizmu różnicowego, z tym że wewnątrz niej są umieszczone sprzęgła w postaci płytek ciernych, które są dociskane przez kosze satelitów
• mechanizm różnicowy typu Torsen – wynalazek amerykańskiego inżyniera Verna Gleasmena, potrafiący w czysto mechaniczny sposób przenieść większość momentu obrotowego na koło o większej przyczepności. Wykorzystuje on właściwości przekładni ślimakowych, które zazębiają się w momencie, gdy pojawia się różnica prędkości obrotowych obu wałów wyjściowych. Gdy więc jedno z kół zacznie się obracać szybciej, mechanizm zostaje zblokowany, a moment obrotowy przeniesiony na koło o niższej prędkości. Torsena stosuje się jako centralny mechanizm różnicowy w autach ze stałym napędem obu kół
• sprzęgło wiskotyczne (lepkościowe) – pozwala na wyrównywanie prędkości obrotowych pomiędzy dwiema półosiami w mechanizmie różnicowym z napędem na jedną oś lub wyrównywanie prędkości obrotowych między osiami w napędzie na cztery koła.
• elektroniczna szpera (eLSD) – najczęściej stosowany rodzaj szpery w nowoczesnych samochodach. Stanowi on tak naprawdę dodatkową funkcję układu ABS. Jak działa? W momencie utraty przyczepności któregoś z kół przyhamowuje je tak, aby uzyskać jak najlepszą przyczepność

Szpera a klasyczny mechanizm różnicowy

Szpera ma tą przewagę nad klasycznym mechanizmem różnicowym, że zapewnia lepszą trakcję praktycznie w każdych warunkach. Dzięki swojemu działaniu nie tylko poprawia ją przy ruszaniu na nawierzchni o różnej przyczepności, ale i w zakrętach.

Dążąc do wyrównania prędkości obracania się kół w skręcie, sprawia, że samochód sprawniej pokonuje zakręty oraz szybciej z nich odjeżdża.

Kiedy szpera to dobry pomysł?

Klasyczną szperę producenci najczęściej stosują w przypadku samochodów sportowych. Jest ona szczególnie pożądana w przednionapędowych autach o bardzo dużej mocy. Jej zastosowanie nie tylko zwiększa sprawność samochodu w zakrętach, ale i pomaga w niwelowaniu wpływu sił z napędu na układ kierowniczy.

Szpera Mercedesa-AMG SLC 43, znajdująca się przy tylnej, napędzanej osi.

Oczywiście, stanowi ona jedno z kilku rozwiązań, które mają na to pozytywny wpływ.

Zalety i wady zastosowania szpery

Zalety stosowania szpery:

• redukcja podsterowności w samochodach przednionapędowych
• poprawa trakcji – zarówno na prostej drodze, jak i w zakrętach
• możliwość wprowadzenia samochodu w nadsterowność w autach z napędem na tylną oś oraz utrzymania długiego poślizgu
• zwiększenie „sprawności” samochodu na drogach o gorszej przyczepności
• pomoc w zniwelowaniu sił działających na kierownicę w mocnych autach przednionapędowych

Wady zastosowania szpery:

• przyczynia się do przyspieszonego zużywania opon
• wymaga zmiany nawyków za kierownicą

FAQ

Do czego służy szpera?

Zastosowanie szpery służy przede wszystkim poprawie trakcji oraz sprawności samochodu w pokonywaniu zakrętów.

Jak działa szpera?

Szpera tak żongluje momentem obrotowym, aby zapewnić jego większą dawkę kołu, które ma lepszą przyczepność. W przypadku otwartego mechanizmu różnicowego do obu kół trafia ta sama ilość niutonometrów.

Jak sprawdzić czy w samochodzie jest szpera?

Umieść auto na podnośniku tak, aby dwa napędzane koła były w powietrzu. Jeśli zakręcisz jednym z nich w przypadku auta ze szperą drugie obróci się w tę samą stronę. Jeśli w przeciwną – oznacza to brak szpery.