車に詳しい方教えてください。センターデファレンシャルはフルタイム4wdの曲がる時の前輪と後輪の回転差をなくして曲がりやすくするのはわかりましたが前輪の左タイヤと右タイヤと後輪の左タイ

Question

ヤが接地して後輪の右タイヤが浮いてる時は浮いてる後輪の右タイヤに動かないから脱出できないけどセンターデフロックすれば接地している前輪の左タイヤと右タイヤと後輪の左タイヤが動くから脱出できるんですよね？でもじゃあなんで前輪と後輪のデフロックが必要なんですか？センターデフロックだけで良いんじゃないんですか？前輪と後輪のデフロックも必要な意味を教えてください。

Answer 1

4WDで考えると複雑なので、2WDでのデフギアの動きから整理して説明しますね。これを読み終わるときにはご理解いただけるようにしますので、最後までお読みいただけましたら幸いです。

なお、ご回答の中には誤った情報も散見されますので、一度情報をリセットした状態でお読みいただけたらと思います。

■ デフギア

すでにご存じの内容もあると思いますが、ご確認も兼ねて、まず分かりやすくするため2WDのFR車でいきます。
コーナーでは、外輪よりも内輪の方が回転が遅いため、左右輪を直結してしまうと、内輪は滑りながらでないと曲がれません。 曲がりにくく、タイヤは減り、駆動系も傷みます。この問題を解決してくれるのがご存じ「デファレンシャルギア=Differencial Gear」(以下「デフギア」) ですね。左右輪の回転差を抵抗なく差動制御してくれます。しかし、デフギアは左右輪いずれかが空転してしまうと、反対側の駆動輪には動力が伝えられなくなるという致命的な欠点があります。  これゆえ、雪道では片輪が滑ると、反対側のタイヤがグリップしていても進めなくなるのですね。 このような通常のデフのことを「オープンデフ」と呼びます。動きは以下の動画をご参考にしてください。

＜デフギアの動き＞
https://nam01.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fyoutu.be%2Ffg9qHLd_Zio&data=02%7C01%7C%7C1befcc46b2e84a90c46108d6196e671e%7C84df9e7fe9f640afb435aaaaaaaaaaaa%7C1%7C0%7C636724359290760138&sdata=5L6BHrsWWHrhQ0O03sKbcrOFLovgX4k25cz5n4BS1S8%3D&reserved=0

このような欠点の対応策として、 LSD（リミテッドスリップデフ）やデフロック機構を設けている車種もあります。スポーツ車両やオフロード車両に多くみられますね。LSDは普段オープンデフですが特定の条件でのみデフの働きを制限します。デフロックはロック機構をオンにすると左右輪を直結状態にします。最近ではオープンデフの欠点を逆利用して、滑った車輪にのみブレーキをかけることで反対側の車輪に強制的に駆動力を発生させる「ブレーキLSD」というものも登場しています。

■ センターデフ

2WDのデフは、エンジンからの出力をこのデフが受けて左右輪に分配しますが、その仕組みを4WDの前後輪の間に装着したのがセンターデフになります。エンジンの出力はセンターデフが一度受けて、そこから前後輪に分配されます。前後輪にもデフがあるので計3つのデフギアを持つことになります。

■ ３つのデフがオープンデフの場合

この３つのデフが全て「オープンデフ」だった場合、4輪のうち1輪でも空転するとクルマは進めなくなります。例えば、左前輪+右前輪+左後輪はグリップがあり、右後輪のみ空転している状態を想定します。左右後輪はオープンデフですから、右後輪が空転すると左後輪には駆動力が伝わりません。次に前後輪ですが、後輪空転＋前輪グリップという状態で、それをつないているのがセンターデフというわけです。しかしセンターデフもオープンデフですので、片側（後輪側）が空転すると、その反対側（前輪）には駆動力を伝えることができません。よって、右後輪だけが空転するだけでクルマは進めないわけです。そんなことから「センターデフ式フルタイム4WD」は、センターデフにオープンデフではなく、LSDやデフロック機構を備えるのが一般的となっています。

■ センターデフのみがロックの場合

３つのデフのうち、前後輪はオープンデフのまま、センターデフのみロックした状態を想定します。これはパートタイム式4WDを四駆に切り替えたのと同じ状態です。

＜片輪スタック＞
「左前後輪グリップ+右前後輪空転」の場合、 前デフ、後デフともオープンデフですから、前後左側の車輪には駆動力が伝えられず、前後右輪が空転したまま進めません。この状態を「片輪スタック」といいます。

＜対角線スタック＞
次に、「右前輪グリップ+左前輪空転+右後輪空転+左後輪グリップ｣を想定します。オープンデフの前輪は右がグリップしていても左が空転していますから進めません。そこで後輪のグリップを頼りにするべく、センターデフロックで後輪に駆動力を伝えますが、オープンデフの後輪は左がグリップしていても右が空転しています。従って、左前輪と右後輪が空転をしてしまい、結果クルマは進めないのです。この状態を「対角線スタック」といいます。

＜右後輪のみ空転＞
最後に、右前輪グリップ、左前輪グリップ、右後輪空転、左後輪グリップという状況を想定します。左右前輪のグリップ確保されています。一方、後輪はオープンデフの弱点で、左輪がグリップしていても右後輪が空転してしまい進む力を持ちません。ここでセンターデフがオープンデフであれば、先に説明したように、後輪側だけが回転して右後輪のみ空転し、前輪に駆動力が伝わりません。しかし、センターデフがロックされていますから前後輪直結しており回転が後輪側に逃げることはありません。前輪に駆動力によって、前輪駆動状態で抜け出すことができます。

■ 後輪のみデフロック

３つのデフのうち、前輪デフとセンターデフがオープンデフ、後輪デフのみロックを想定します。
「前輪空転＋後輪グリップ」の場合は、センターデフがオープンデフである欠点により前輪が空転するのみで後輪は動かせずクルマは進めません。
「前輪グリップ+後輪空転」の場合は、逆に後輪が空転するのみでクルマは進めません。
「前後左輪グリップ＋前後右輪空転」の場合、一見リアデフが活躍しそうですが、右前輪のみ空転して進めません。確かにリアの左右はロックされているので、リアデフに駆動力さえ与えればクルマは進むのですが、残念ながらセンターデフがオープンデフなので空転している前輪側に全て回転力がいってしまい滑っている右前輪のみが空転、他の3輪は動かない状態になります。ここでセンターデフにロックがかかれば、クルマは左後輪のグリップ力で進むことができます。前輪のみデフロックの場合は、上記の文章の前輪と後輪が入れ替わり、あとは同じですね。

■ センターデフロック＋後輪デフロック

ここまで読んできて、最低でもセンターデフにはロック機構やＬＳＤがあった方がよさそうなことはご理解いただけていると思います。さらに「センターデフロック＋リアデフロック」の場合を説明します。

「左前後輪グリップ＋右前後輪が空転」の状況では、左後輪のグリップを利用して進めます。 「片輪スタック」状態にはなりません。

「右前輪グリップ＋左前輪空転＋右後輪空転＋左後輪グリップ」でも、左後輪のグリップを利用して進めます。「対角線スタック」状態にはなりません。

「右前輪グリップ＋左前輪グリップ＋右後輪空転＋左後輪グリップ」の状況では、左右前輪+左後輪のグリップで進めます。

「右前輪空転＋左前輪グリップ＋右後輪グリップ＋左後輪グリップ」では、左右後輪のグリップで進めます。

少し長くなりましたが、構造ご理解いただけましたでしょうか。先にも書きましたが、最近では、センターデフのみ何かしらの機械的なLSDを設けて、前後のデフはオープンデフのまま「ブレーキLSD」で走破性を高めている車両も多いです。４輪個別にブレーキをかけられるABSシステムを逆利用してプログラムするだけで、別途複雑で重たい機械的なLSDを組み込む必要などないのでコストも安くすみます。

その他ご不明な点などございましたら、追加でご質問いただけましたら幸いです。

Answer 2

>前輪と後輪の回転差をなくして曲がりやすくするのはわかりました.
違います。前輪と後輪の回転数差がなくなったら曲がれません
センターデフは前輪と後輪の回転数差があってもスムーズに曲がれるように回転数差を許容しつつ、前後輪にトルクをかけられるようにするデバイスです。

デファレンシャルギアの構造を理解すればわかります。

>センターデフロックすれば接地している前輪の左タイヤと右タイヤと後輪の左タイヤが動くから脱出できるんですよね？

違います
その場合、後輪にかかるトルクは右後輪から抜けて左後輪にトラクションはかかりません。前輪のみにかかるトルクが有効にはたらいでFF状態で動きます。


センターデフから出力される前後輪のトルクは反力関係になります。(ロックしていない)後輪にかかるトルクは前輪にかかるトルクの反力になります
貴方の想定したように1輪だけが浮いた状態や、前2輪だけ、もしくは後ろ2輪だけがスタックした状態だと、前後デフロックがなくてもセンターデフロックだけでも動けます。

前後一輪ずつ同時にスタックした場合、センターデフロックしても、前後のデフロックができないと動けません。

対角の右(左)前と左(右)後ろが同時にスタックすることはあまりないかもしれませんが、右2輪もしくは左２輪が同時にスタックすることはあり得るのではないでしょうか
また、3輪同時スタックの場合もセンター、前後のデフロックすれば、残り1輪にトルクをかけることができます。

Answer 3

センターデフ式のＡＷＤは１輪でも空転するとスタック

全デフロックは最終手段


近年はＥＳＣの機能流用でカバーしています

Answer 4

後輪の右タイヤが浮いて空回りをすれば、デフロックをしないと左の後輪は回らない。