Torsen Diferansiyel Nedir? Nasıl Çalışır? Çeşitleri ve Özellikleri Nelerdir?

Torsen diferansiyel, tamamen mekanik çalışan ve tork aktarımı yaptığı iki mil arasında yük-tork farkı meydana geldiğinde bunu hissedip otomatik olarak kilitlenebilen bir diferansiyel çeşididir. Torsen diferansiyel, normal çalışmada klasik (açık) bir diferansiyel gibi çalışırken, tahrik edilen iki mil arasında tork farkı meydana geldiğinde otomatik olarak %100 olarak kilitlenebilmektedir. Tork farkını hissedip, buna göre çalıştığı için ismi tor-sen: torque-sensing: tork hissedici olarak konmuştur. Diferansiyel çeşidi olarak bir “sınırlı kaymalı kilitlenebilir diferansiyel (LSD)” dir. 

Torsen diferansiyel kilitlense bile, iki aks milinin serbestçe farklı hızlarda dönmelerine izin verir. Bu, virajlarda kasma meydana gelmeden dönüşü sağlar. Torsen diferansiyelin kilitleme etkisi, hız farkına göre değil, tork-yük farkına göre çalışır. Örneğin viskoz kavrama, dönüş hızı farkı bir eşik değeri aştığında kilitlenerek, devir hızlarını eşitler, bu bakımdan viskoz kavrama “hız hissedici” tip diyebiliriz. Torsen diferansiyel ise, iki tekerin (arka diferansiyelde) veya iki şaft milinin (merkezi diferansiyelde) farklı hızlarda dönüp dönmediklerine bakmaz, bunlara binen yüke, tork farkına bakar bakar, bu sebeple “tork hissedici” tip denir.

Yani torsen diferansiyel kilitlendiğinde ve tork dağılımını yolu tutan tekerleklere daha fazla olacak şekilde (asimetrik) dağıttığında, bu sırada iki teker veya iki şaft mili farklı hızlarda dönüyor olabilir. 

Genel prensip olarak torsen diferansiyel, daha yavaş dönen tekerleğe veya şaft miline daha fazla tork gönderir. (Bkz: Diferansiyel Çeşitleri)

Torsen Diferansiyel'in otomotivdeki kullanım alanı iki şekildedir:

*Dört çeker araçlarda "Merkezi Diferansiyel" Olarak

*Ön veya arka akslarda "sınırlı kaymalı kilitlenebilir diferansiyel" olarak.

Torsen Diferansiyelin Ön veya Arka Akslarda Diferansiyel Olarak Kullanılması:

 Açık diferansiyel yerine, sağ veya sol tekerleklerde yol tutuşunu kaybolması (patinaj) durumunda kilitlenebilen, bir “sınırlı kaymalı kilitli diferansiyel (lsd)” olarak kullanılır. Arkadan çekişli araçların arka diferansiyelinde veya önden çekişli araçların ön diferansiyelinde veya dört çeker araçların ön-arka diferansiyellerinde kullanılabilir. 

Amaç: Virajlarda sağ ve sol tekerin farklı hızlarda dönebilmelerini sağlamak, normal yol koşullarında sağ ve sol tekere eşit (%50-%50) tork dağılımı sağlamak, sağ veya sol tekerden birinin yol tutuşu azaldığında (kayma-patinaj) kilitlenerek torkun büyük bir kısmını yola tutunan tekerleğe aktarmak. Torkun hangi oranda yola tutunan tekerleğe aktarılacağı torsen tipine göre, TBR oranına göre değişir. Örneğin aktarılabilir torkun %75’ini yolu tutan tekerleğe %25’ini patinaj yapan tekerleğe aktarabilir. 

(Arka Akslarda Kullanılan Torsen Diferansiyel)

Normal bir torsen diferansiyelde, bir teker havaya kaldırıldığında veya aşırı kaygan buz üzerine geldiğinde, yani tekerin dönmesine karşı neredeyse hiçbir karşı direnç olmadığında; yere tutunan tekerleğe de neredeyse hiç tork gönderilemez, torsen diferansiyel klasik bir açık diferansiyel gibi davranır ve araç hareket etmez. Bu sebeple bir elektronik diferansiyel kilidi (EDL) kullanılarak, havadaki-buzdaki tekere frenleme kuvveti gönderilmesi sorunu çözecektir.

Not: Torsen diferansiyel dışında ön-arka akslara kullanılan diferansiyel tipleri: Klasik (açık) Diferansiyel, Viskoz Kavrama – (Viscous Coupling) *Çok Diskli Hidrolik Kavrama (Hydraulic multi-plate clutch). (Bkz: Diferansiyel Çeşitleri)

(Bakınız: Diferansiyelin Çalışma Prensibi Nedir? Nasıl Çalışır? Tork Nasıl İletilir?)

Torsen Diferansiyelin Merkezi Diferansiyel (Transfer Kutusu) Olarak Kullanılması:

Sürekli (daimi) dört tekerden çekiş sistemlerinde (awd), ön ve arka akslar arasındaki tork dağılımını ve devir dengeleme işlemini gerçekleştirmek üzere bir merkezi diferansiyel olarak kullanılır. Normal sürüşte standart ön-arka aks tork dağılımı (%50-%50) olabileceği gibi, torsen tipine göre (üçüncü nesil) %40 ön akslara %60 arka akslara tork dağılımı yapılabilmektedir. Ön akslarda yol tutuşu kaybolduğunda torkun %80’ini arka akslara gönderebilir. (2005 yılından sonraki quattro). Maksimum tork dağıtabilme oranı, TBR oranına göre değişir (örneğin 3:1 veya 4:1 gibi.)

Sürüş kontrol  üniteleri (ecu) tarafından elektronik olarak kumanda edilememesi ve diğer elektronik sistemlerle uyumlu-iş birliği içerisinde çalışmaması, sürücünün ihtiyaç duyduğunda devreye sokamaması, bu sistemin olumsuz yanlarındandır.
Bkz: 4WD (4 Wheel Drive)
Bkz: AWD (All Wheel Drive)

(Torsen Merkezi Diferansiyel-Quattro)

Torsen merkezi diferansiyel kullanılan araçlar:

Bir çok eski audi quattro sistemlerinde, Audi A3, S3 ve TT dışında ve Haldex kavrama kullanılan enine motor yerleşimli temelde önden çekişli dört çeker araçlarında kullanılmıştır. Örneğin Audi A8,A6,

Bunun dışında Range Rover L322, Toyota 4runner-Land Cruiser, Vw Amarok (daimi dört çekerde)…

Not: Torsen diferansiyel dışında merkezi diferansiyel veya transfer kutusu olarak kullanılan sistemler: Mekanik Merkezi Diferansiyel, Planet Dişli Tip Transfer Kutusu (eski sistem), Haldex (haldex bir diferansiyel değildir, kavramadır) , Viskoz Kavrama (Viscous Coupling), Çok Diskli Hidrolik Kavrama (Hydraulic multi-plate clutch), Crown Gear Differential (Quattro)

İkinci Nesil Quattro Teknolojisi (1988) (Torsen Merkezi Diferansiyel)

Quattro artık ilk nesilde kullandığı klasik merkezi diferansiyeli bırakmış, bunun yerine transfer kutusunda “Torsen” diferansiyel kullanmıştır. Audi A100 ve audi quattro modellerinde üretimleri bitene kadar; Audi 80-90 quattro (1989-1992); Audi 80, Audi S2, Audi RS2 (1991-1994);  A100 quattro (1991-94); Audi A6 S6 (1994-97)

Özellikle 1986’dan sonra, temelde arkadan çekişli aktara organları düzenine sahip dört çeker quattro araçlarda torsen diferansiyeli uzun yıllar kullanılmıştır.

Tork dağılımı: Sürekli (daimi) dört tekerden çekiş (4wd). Normal sürüşte  %50 ön %50 arka akslara tork dağılımı. Ön veya arka akslara torkun %75 oranında dağıtılma kapasitesi. Maksimum %75 ön akslara ve %25 arka akslara veya %75 arka akslara ve %25 ön akslara.

Merkezi Diferansiyel: Torsen diferansiyel kullanılmıştır.

Arka diferansiyel:  Manuel olarak (butonla) kilitlenebilen (normalde açık) arka diferansiyel.

Ön diferansiyel: Kilitsiz (açık) diferansiyel.

Arka diferansiyel kilidi kilitliyken ABS devre dışı kalır. Hız 25km/h aştığında arka diferansiyel kilidi otomatik olarak açılır (serbest konuma geçer).

 TORSEN DİFERANSİYEL ÇEŞİTLERİ VE TEKNİK ÖZELLİKLERİ (QATTRO TORSEN)

Torsen Diferansiyel (Tork Hissedici Tip Diferansiyel Torque Sensing Differential)

1. Nesil Torsen Diferansiyel (Torsen T1)

Torsen diferansiyel tamamen mekanik olarak çalışan bir dişli kutusudur. Audi quattro, 1987 yılından sonra kilitlenebilir tip merkezi diferansiyel yerine, ilk nesil Torsen diferansiyel (T1) kullanmaya başlamıştır. Torsen diferansiyel, sürüş şartlarına ve yol tutuşuna bağlı olarak motor torkunu ön ve arka akslar arasında otomatik olarak paylaştırır. Normal şartlarda kuru asfalt yolda tork dağılım ön/arka aks %50-%50 dağıtılır. Ön ve arka akslar arasındaki tork dağılımını otomatik olarak sağlar, bunu yaparken “devir hızı farkına” değil, “tork-yük farkı” nı baz alarak çalışır, yani tork algılayarak çalışır.

Ön ve arka tekerleklerin yol tutuşları arasında bir fark meydana geldiğinde, motor torkunun maksimum %67’sini ön tekerleklere, maksimum %80’ini ise arka tekerleklere dağıtır (oranlar aktarma organları ve torsen dif. tipine göre değişebilir). Buz-kar-çamur vb olumsuz yüzeylere gelen tekerleklerde yol tutuşu azalır-kaybolur, yol tutuşu kaybı ön veya arka akslarda (tekerleklerde) meydana gelebilir. Otomatik olarak çalışan torsen diferansiyel,  hiç hissedilmeden motor torkunu yol tutuşu olan akslara (ön veya arka aks) yönlendirerek, yol tutuşunu kaybeden tekerleklerin patinaj yapmasını önler, yolu tutan tekerleklere gönderilen tork sayesinde araç ilerler. Patinajı daha meydana gelmeden engellediği için bu sisteme proaktif sistem denir, oysa viskoz kavrama ve elektronik kontrollü merkezi diferansiyel reaktif sistemlerdir, çünkü tork yönlendirmesini patinaj meydana geldikten sonra yaparlar. Torsen diferansiyelin çalışması mekanik esaslara dayandığından, elektronik bir donanıma veya sensörlerden gelen bilgiye gereksinim duymaz. Örneğin tekerlek hız sensöründen gelen tekerlek devir bilgisi gibi. Bu açıdan arıza ve hataya, haldex sistemine göre daha az yatkındır.

Torsen diferansiyelin avantajı hızlanma ve viraj dönüşleri sırasında hissedilir, ön-arka akslar arasındaki tork transferi kusursuz gerçekleştiğinden, aracın yol sürüş dinamikleri ve yol tutuşu iyileşerek, kaza ve kontrol kaybı ihtimalleri azalır. Ayrıca yavaşama sırasında motor freninin etkisi dört tekere birden eşit şekilde dağıtılır, böylece yol tutuşu ve sürüş güvenliği yüksek hızlarda artar.

Torsen diferansiyelli quattro sistemlerinde, bir tekerlek tamamen yol tutuşunu kaybeder ve patinaja düşerse, akslarda açık diferansiyel kullanılması durumunda, aracın çekişi kaybolmakta veya oldukça azalmaktadır. Bunu önleme için audi ilk başkta manuel olarak kilitlenebilen arka diferansiyel kullandı, daha sonraysa patinaj yapan tekere frenleme kuvveti uygulayan elektronik diferansiyel kilidi (Electronic Differential Lock (EDL)) kullanıma alındı. Tutunmayı kaybeden tekerleğe frenleme yapılması, o tekerdeki tork miktarını arttırırken, torsen diferansiyelin yere tutunan diğer 3 tekere de daha fazla tork gönderebilmesini sağlamıştır.Böylece bu sıra dışı durumda görülen çekiş sorunu giderilmiştir.

3. Nesil Torsen Diferansiyel (Torsen T3 - Planet Dişli Tip – 2005 Yılından İtibaren)

1. ve 2. nesil torsen diferansiyellerde ön-arka tork dağılımı simetrik yani %50-%50 iken, 3. nesil T3 torsen diferansiyelde tork dağılımı asimetrik hale getirilmiştir, yani tork %40 ön akslara %60 arka akslara dağıtılmıştır. Bu farklı orandaki tork dağılımı, sisteme ilave edilen bir “planet dişli sistemi” sayesinde olmuştur. Bu %40-60’lık oran, normal yol şartlarında, ön ve arka akstaki tekerleklerin yola tutunmaları eşit olduğunda geçerli oran standart tork dağılım oranıdır. Bu tork dağılımı yol tutuşu ve sürüş dinamiği bakımından daha çok arkadan çekişli sisteme benzemektedir. Bu asimetrik tork 50-60 tork dağılımı ilk kez 2006 model audi rs4 serisinde kullanılmıştır. 2006-2008 yılları arasında audi s4 ve rs4 serilerinde, 2007’den sonraki S6, S8 ve Q7 modellerinde kullanılmıştır.

Torsen diferansiyeli kullanılan Audi Quattro dört tekerden çekiş sisteminde, torkun ön ve arka akslara dağıtılmasında ve tek tekerin tutunmayı kaybedip patinaj yapması durumunda akslardaki sağ-sol tekerlekler arasındaki tork dağılımında 2 temel donanım-sistem konsepti söz konusudur:

*Merkezi diferansiyel (transfer kutusu) + sınırlı kaymalı kilitlenebilir arka diferansiyel

*Merkezi diferansiyel (transfer kutusu) + ön ve arka akslarda klasik açık diferansiyel + EDL (elektronik diferansiyel kilidi, abs ve esp ile birlikte)

Ana Konu (Bkz: Araç Çekiş Sistemleri - Aktarma Organları ve Tork Dağılımı)
(Bakınız: Audi quattro Teknolojisi)

(Bkz: Dört Tekerden Çekiş Sistemi)