アラフォーから始めるハイエースのある生活

夫婦と子供2人 ハイエース初心者のブログ

オープンデフを勉強しました❗️

こんにちは、ジャンボです(^O^)/
我が家が選んだハイエースは4WDですが、ネットでハイエース 4WD」と検索するとディーゼルに良く当たりますが、その他にデフLSD装着と言う言葉に当たります。

デフデファレンシャルギア
LSD=リミテッドスリップデフ

だそうです🤔

ネットダイブ🐬していろんなサイトを読み漁ったのですが、イメージがつきにくかったので、自分なりに納得できた内容で記録しておきます_φ( ̄ー ̄ )
正直ちょっと退屈なお話です...。

 

どうぞ、最後までお付き合いください。

この記事の流れ

 

 

1 はじめに

デフって言葉。そもそもLSDのがデフですよね⚙⚙⚙
なのでその違いがわかりやすいように
デフの働きを制限する=L(リミテッド)を冠した「LSD」
普通のデフを「オープンデフ
と呼ぶ事が多いそうです。

まずは、そのデフがどんな働きをしているのか❓(´-ω-`)と言う疑問が生まれます。

そして、先輩ブロガーや解説サイトには、的確にに綴られた説明がありました。

でもね。
自分の中ですんなり理解できなかったんです❗️

 

学校や塾で先生達がどんなに熱心に教えても、わからない子にはわからない❗️(´°̥̥̥̥̥̥̥̥ω°̥̥̥̥̥̥̥̥`)
合点が行かないないんです❗️❗️

 

そんな時は自分の問題なので自習学習しかありません。

そんな記録です。
(自分がアホだと言う事に力んでしまいました...。)

 

2 数字でイメージする事にしてみた。

オープンデフを差動装置と言うそうですが、外側と内側のタイヤの速度(回転)の“差”を吸収したりエンジンからの動力を配分する装置なので、その“差”について算数を使ってイメージしました。

もちろんザックリ計算🤪ですが、小学校文章問題風に。

問題
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ジャンボさんは、ハイエースバンを運転して交差点を直角に左折しました。左折時の後輪タイヤは曲がり始めの地点(右後輪A点)から曲がり終わりまので点(右後輪A’点)まで常に左折した角の頂点Pまでの距離は6mの地点でした。
この時のハイエースバンの外側(右後)タイヤAA’と内側(左後)のタイヤBB’の走ったは距離とその差はいくらでしょう。
また、外側と内側のタイヤが進むのに必要な回転数とその差は約何回転でしょうか(少数第一位まで)
ハイエースバン(標準ボディ・車幅1693mm)
・純正タイヤ(195/80/R15・外径693mm)
舵角は一定
として計算しなさい。


①扇型の円周の求め方
直径×円周率(3.14)×扇の角度/360°

②外側のタイヤの距離AA’(円周)
直径12m×3.14×1/4=9.42m

③外側タイヤの回転数

9.420m÷0.693m=13.59(約13.6回転)

④内側のタイヤの距離BB’(円周)

外側タイヤより車幅分内側になるので内側タイヤの走った半径は
6.000m - 1.693m = 4.307m
よって、内側タイヤの走った距離は
直径8.614m × 3.14×1/4 = 6.761m
⑤内側タイヤの回転数
6.761m ÷ 0.693m = 9.75(約9.8回転)
⑥距離AA’ー距離BB’
9.42m - 6.76m = 2.66m

答え
外側タイヤの走った距離AA’とタイヤの回転数
9.42m 約13.6回転
内側タイヤの走った距離BB’とタイヤの回転数
6.76m 約9.8回転
外側タイヤと内側タイヤの進んだ距離の差とタイヤの回転の差
2.66m 約3.8回転

 

うーむ、計算間違いの不安が拭いきれません。
間違ってたら優しく教えてください。
⚠️もちろん実際には、もっとたくさんの事象が絡み合い、小学生の算数だけでは難しいのですが、こんな問題が学校で出ていたらもっと勉強に楽しさを感じれたかもしれません。
(いや、伝えてもらっていたけど、話を聞いてなかっただけか...。( ; ; ))

この設定では狭い交差点ですが、あるえる想定内で計算してみましたが
「想像以上に差があるんだな」
と思いました。

言い換えるとデフがなければ、この差を調整してくれないので、タイヤには何百kgも荷重が掛かり、摩擦力の強いタイヤを約3.8回も空回りさせるのってすごく抵抗・負荷になるし、物凄く曲がりにくいのがよくわかりました🤗

街中をスムーズに走るためには、デフサマサマなんですね。

 

3 デフのおせっかい

デフは左右のタイヤの
抵抗・負荷の差を感知して抵抗・負荷の少ない方へ多くの動力を分配」します。
しかし、直進していても片側のタイヤの接地が柔らかい砂ぬかるみ等でタイヤがグリップを失って空転した時には、「反対側のきちんとグリップしているタイヤの抵抗・負荷」との差を感知し、「抵抗・負荷の少ない方へ多くの動力を分配」してくれます。
この結果、空転しているタイヤに動力が多く分配され、さらに空転。
そして、頼みのグリップ側には動力の分配は少なくなり、動けない状態に陥ってしまうのです。

おばあちゃんが言ってました。
「右も左も具合がいいのは、ほっかむりだけ...。」
ん?どういう意味や
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両耳の暖かさの話かよ❗️

 

⑴ LSD

「じゃ、デフに手を加えてみますか」ってのがLSDやデフロック機構ですね。

LSDはデフによって発生する空転に対し、歯車や熱、圧力によってデフに働きかけて空転に制限を掛けるLSD(リミテッド・スリップ・デフ=デフの空転を制限する)ってわけです。

LSDにはその構造の違いから

①多板クラッチ式(機械式)

回転感応型
大きな差動制限力を発揮できその調整も無限大である一方、摩耗が多く定期的なメンテナンスが必要で、公道には過剰な装備となり、競技車両等少数で使用されているが、現在、販売されている国産車では使われていません。

②トルセン式ヘリカル式

トルク感応型

複数のギアを組み合わせて各ギアの噛みあわせの抵抗とデフケースとの摩擦力を利用した仕組みになっています。 機械式LSDには劣るとされていますが、強い差動制限力を発揮し、メンテナンスもほとんど不要というメリットがあります。

機械式LSDには劣るとされていますが、強い差動制限力を発揮し、メンテナンスもほとんど不要というメリットがあります。

片側にトルクが集中すると、ピニオンギアにねじり応力が発生して、反対側に駆動力を伝える自己LSD機能を持ちます。

片側のトラクションが消失することで差動機能が制限されます。センターデフとしては差動制限装置にもなるため、デフロックなどは不要になります。
このため、レーシングカーやオフロードカー、高性能スポーツカー等に多く採用されています 

③ビスカスカップリング式

回転感応型
シャフトと共に回転するプレートとケースと共に回転するプレートが交互に配置され、両者の回転に対して、そこに封入された高粘性シリコーンオイルせん断抵抗によりプレート同士が密着して直結する流体クラッチです。
比較的反応が鈍く制限効果も弱いが、軽量で制御機構を必要とせずコストも抑えられるため、扱いやすいのでヘリカル式と並んで自動車メーカー純正で用意されることが多いようです。

⚠️しかし、原則として通常の走行状態では前輪・後輪の回転差が発生せず、雪道や悪路などで駆動輪がスリップした場合にのみ作動することを前提としているため、何らかの理由により長時間作動し続ける状態が継続すると、内部のシリコーンオイルが高熱になり、最終的には常時直結状態になることがあります。

⭐️ちなみにこれがハイエース4WDのセンターデフに使用されています。
f:id:sportsgutsmama:20211230133525j:imageトヨタ自動車HPより引用)

と、まぁ、他にもいろいろありますが...。

これらを各自動車メーカーは車両特性と合わせて選択しています。

また、後付けで社外品を装着することもできますが、その場合は、メーカー保証の対象から外れてる場合も多分にあることを念頭において必ず専門店等にご相談をすべきですね。

この他、車両の個体差、採用方式、製品の個体差や相性等によって中にはハンドルの舵角が大きい時等に「コンコン」「ゴリゴリ」と異音がする場合もあるようで、ネット上でも確定的な話はなかなか出てきませんし、価格も決して安くはありません。
従って、LSDの必要性をしっかりと考えて選び装着させる必要があります。

 

⑵ デフロック

究極のデフロックとはデフレス
そう、「デフなんかなくてもいいわ。」というのが、 サンドバギー です。
サンドバギーは、ぬかるみでは無類の強さを誇ります。
その上は、もうキャタピラしかないくらいです。
そんなサンドバギーですが、アスファルトに出ると全然曲がりません!!
それを解消するのがデフなんですから❗️❗️

少し外れましたが、

デフロック機構とは、その名の通り、完全にデフの機能を止めるので両輪に動力がガンガンが伝わり、不整地では、パワフルに走ります。

しかし、そのままでは街中では全然曲がりませんので、右左折、車庫入れ等で苦労したり、タイヤが早く擦り減ったりしてしまいます。
ですから、デフロックはその機能を任意又は自動で切り替える事で必要な時に必要な性能が出せます。

現在では、運転席からスイッチ一つで切り替えれたりますね。


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※もちろん車種によってやり方は違いますが...。

 

⑶ トルクベクタリングコントロール

まずもって、名称のからつまずきます。
TORQUE VECTORING
(トルク ベクタ(ト)リング)
トルク=駆動力
ベクタリング=大きさや方向の指定
つまり、トルク(駆動力)を制御して車の進む方向(ベクタリング)する機構です。

また、LSDの一分類のとも考えれる事ができ、
アクティブ感応型
とも言われています

実はこの機構は、昔から存在しています。
ここ数年では4WD・AWD(All Wheel Driveは世界的市場での表現)に採用されており、マツダでは2WD車にも装備されています。

ます、大きく分けて

①駆動力制御によるベクタリング

カーブで外側タイヤに大きく駆動力を配分し、車体が外側に膨らもうとする力を押さえます。
● 課題

システムが複雑でコスト高、質量増、摩耗により機能低下、故障による動力伝達不能に陥る(技術開発でかなり解消されつつある)

 

②ブレーキ制御によるベクタリング

カーブで内側タイヤのブレーキ制御を行い、同じく車体が車体が外側に膨らもうとする力を押さえてくれます。
● 課題
ブレーキによるエネルギーロスが発生し、燃費性能には消極的

 

③エンジン出力制御によるベクタリング(マツダ車)

運転手のハンドル操作等を検知し、自動で出力制限調整し、エンジンブレーキ効果による荷重移動で前輪外側タイヤを路面に押しつけてグリップさせ、タックインといわれる現象を作り出しコーナリング精度を高める。
● 課題
運転手の意図と合わず、出力不足になることもある。

 

これらの方法を組み合わせ、以前から各社のエンジニア達の味付けにより各社の個性を出しています。

特に最近では、

駆動力(トルク)配分の比率
前後比
100:0〜50:50〜0:100
左右比
100:0~0:100

配分幅が車の自由度と捉えるかのようにその幅を広げ、技術競争であるとも言えます。

そして、今後は従来のLSDよりも意図的に駆動力(トルク)配分できることで、従来のLSDの代わりを務めていくのかもしれませんね。

動画検索すれば、各社各車の「雪道」「ぬかるみ」「山道」等の得意不得意が見え隠れしていますが、構造が持つ特性を少しでも理解し、長所短所に見合った運転をする事が大切だと思います。
でも、その見ているだけ時間ってめっちゃ楽しくてワクワクしますよね。
どの車にしようか迷っている時が一番イイ時間なので、ぜひたくさんの情報に触れてみて下さい。
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(トヨタ自動車HP RAV4より引用)

 

4 まとめ

自分なりにデフについて、理解をまとめたのですが、難しい用語の意味を調べるところからスタートで正直、難しかったです。

一昔前は、アクセル、ブレーキ、ハンドルと別々に考えて、それぞれのシステムが存在していましたが、現在はそれらがすべて一つに統合され、日々進化していますね。

完全自動運転までは、法整備、道路環境、IT技術等に課題がまだまだありそうですが、車のエンジンやタイヤ等全てを統合したカーナビのAIとのコミュニケーションを通じ、人と車がアクセル、ブレーキ、ハンドル等の操作を相談や協力し、力を融合させてより安全で便利な時代が来るのかともうと本当にワクワクしますね❗️

まぁ、生意気なナビシステムにカチンッ💢と来るかも知れませんがww

そういえばそんなアニメがありましたね。

そう。皆様ご存じ!!

新世紀GPXサイバーフォーミュラ(1991年)に出てくる主人公のマシン スラーダG.S.XのAIシステム アスラーダが現実になる日も近いですね。
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サンライズ 新世紀GPXサイバーフォーミュラより引用)

ちなみに、2021年はTVシリーズ放送30周年だそうです(`・ω・´)シャキーン

 

少し話が逸れてしましましたが、今回はここまでです。
最後まで長文駄文にお付き合い頂きありがとうございますm(_ _)m

よければ、ご指摘やいろんなアドバイス、コメントをお待ちしております。

 

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