Diferenciál je téměř tak starý, jako automobil sám a dost možná ještě výrazně starší. Pro úspěšné zkrocení dvoustopého vozidla je totiž nezbytný a má jej tudíž každé auto. Minimálně jeden. Nebo dva… a nebo také tři. Bez „diferáku“ bychom bez ohledu na zběsilé točení volantem jezdili více méně jen rovně, což, uznejte, není úplně praktické.
Kdy vzniklo první zařízení s funkcí diferenciálu není úplně jasné, některé zdroje hovoří již o období zhruba v roce 100 let před naším letopočtem, kdy prý staří Římané používali podobný mechanismus v námořních navigačních přístrojích. První nepochybně zdokumentované mechanické prostředky s funkcí diferenciálu pochází z Číny z doby kolem roku 1100 našeho letopočtu a také sloužily k navigaci – uloženy byly v umělecky zpracovaných a poněkud bizarních modelech dvoukolových kočárů, které díky na svou dobu nesmírně pokročilým mechanismům ve svých útrobách ukazovaly ojí stále na jih.
Každopádně, a tady se již spory nevedenou, první moderní „automobilový“ diferenciál si patentoval francouzský hodinář Onésiphore Pecqueur v roce 1827 jako součást pohonu „silniční lokomotivy“, což byly předchůdci dnešních náklaďáků a zároveň první stroje, které se dají považovat za automobil.
Už v obskurních čínských kompasových modelech i v Pecqueurově parním náklaďáku měl diferenciál na starosti tytéž dvě funkce, jako v moderních automobilech. Nejsnadněji pochopitelný je princip na příkladu vozu s podélně uloženým motorem vpředu a pohonem zadních kol, což je ostatně uspořádání s nímž automobily, alespoň ty již hodné toho jména, začínaly před více než stovkou let a dodnes se poměrně hojně uplatňuje.
O prvním úkolu diferenciálu vypovídá jeho dnes již nepříliš používaný český název: rozvodovka. Výstupem veškerých čar a kouzel v motoru (o nichž si povíme někdy příště) je jedna otáčející se hřídel, zato poháněná kola jsou na autě minimálně dvě. Prvním úkolem diferenciálu je tedy „rozvést“ výstup motoru na obě kola a v našem modelovém případě jej ještě otočit o 90°. Je fakt, že to by zvládlo i úplně jednoduché soukolí dvou ozubených kol se zkosením ozubení 45°, pak by ovšem auta měla tendenci jezdit jen rovně – jako po kolejích.
Mimochodem právě na železnici se s použitím diferenciálů tradičně příliš neobtěžují. Poloměry zatáček jsou tak velké a třecí síly mezi kolejnicí a ocelovým kolem tak relativně malé, že se nevyplatí laborovat se soukolím rozvodovky a ztrátami v něm (které má každé mechanické zařízení a které jsou také do značné míry důvodem, proč mají auta s pohonem 4×4 obecně vyšší spotřebu).
Druhým úkolem diferenciálu je tak umožnit autu zatáčet. Zde napoví mezinárodní název tohoto zařízení a v něm ukryté slovo „diference“, rozdíl. V zatáčce totiž každé kolo na nápravě opisuje jiný oblouk – kolo uvnitř jede po oblouku s menším poloměrem a kolo na vnější straně musí urazit delší vzdálenost a tady se na stejné vzdálenosti ujeté celým vozem otočit méněkrát než kolo vnitřní. Pokud by náprava neměla diferenciál a kola byla pevně spojena, měla by obě neodolatelnou touhu ujet stejnou vzdálenost čili jet rovně. Auto s pohonem zadních kol by tak tlačilo zatočená přední kola před sebou a jejich pneumatiky by se bezmocně smýkaly. To se ostatně stává řidičům off-roadů, když zapomenout zamknutou uzávěrku zadního diferenciálu (o té později).
Možných řešení tohoto problému je několik. Buď zmenšit rozchod nápravy (vzdálenost kol od sebe), čímž se zmenší rozdíl otáček jednotlivých kol v oblouku. Čím menší rozchod, tím menší problém. S tímto přístupem bychom ale skončili tam, co konstruktéři Velorexu nebo Morganu Three-wheeler, jejichž společným jmenovatelem jsou poněkud záludné jízdní vlastnosti a poněkud obtěžující tendence otáčet se kolečky vzhůru a střechou dolů.
Druhá možnost je nechat nápravě kvůli stabilitě kola dvě, ale pohánět jen jedno. Tento princip ostatně vyznávaly i první závodní vozy s pohonem řetězem vnějškem vedle karoserie. Technicky zcela jednoduché řešení má dvě droboulinké nevýhody. První z nich je o 50 % nižší trakce, druhou pak, že v pravotočivé zatáčce jede auto pomaleji a v levotočivé rychleji (nebo opačně, podle toho, které z kol je poháněno). A asi se shodneme, že ani toto řešení řidiče s ohledem na bezpečnost a komfort ovládání dvakrát nepotěší. Alespoň z dnešního hlediska, v dobách nedlouho po přelomu 19. a 20. století se leckteré závodní vozy zhusta nezatěžovaly ani takovou drobností jako mít brzdy, takže koho by zajímalo nějaké nerovnoměrné zrychlení (přitom ty nejzběsilejší jezdily klidně kolem 150 km/h). Třetí možností a nejelegantnější možností je použít diferenciál, který umožňuje kolům jedné nápravy otáčet se různou rychlostí, přitom na obě přenášet točivý moment a hnát tak vůz kupředu. Mazané! Ale jak to dělá?
Uvnitř toho nejjednoduššího automobilového diferenciálu pracuje planetové soukolí složené ze šikmo ozubených kol, kde je vstupní hřídel od motoru pod úhlem 90° napojena na talířové kolo, které nese „klec“ diferenciálu. Na rotující klec jsou opět pod úhlem 90° osazena satelitní kola, která pohánějí planetová kola spojená s dvěma výstupními hřídelemi, které vedou ke poháněným kolům auta. Jelikož se celá konstrukce skládá z množství ozubených kol, je nasnadě, že převodové poměry mezi nimi se dají různě obměňovat (stejně jako stálý převod z převodovky).
Toho se dlouhá léta využívá i v motorsportu. Vyměnit diferenciál je pro profesionální mechaniky závodního týmu poměrně snadné a lze tak upravit jedno auto pro různé podmínky. Na šotolinové trati s řadou zatáček a vlásenek osadí „krátké“ diferenciály pro co nejlepší akceleraci, na soutěžích s dlouhými asfaltovými rovinkami obětují trochu dynamiky pro zvýšení maximální rychlosti a osadí diferenciály „dlouhé“ s nimiž vůz může při stejných maximálních otáčkách motoru dosahovat vyšší maximální rychlosti.
Zní to složitě? Možná, ale je to ten nejjednodušší možný diferenciál! Diferenciály uzamykatelné, samosvorné nebo s vektorováním točivého momentu jsou násobně složitější. Ty existují proto, že klasický „otevřený“ diferenciál má dvě zásadní nectnosti. První z nich jsou mechanické ztráty v soukolí, které vznikají v každém mechanickém zařízení. Ty se dají optimalizovat, ale z principu se jich zcela zbavit nelze. Druhou je právě ta „otevřenost“. Otevřený diferenciál z principu své konstrukce přenáší více točivého momentu na to kolo, které klade menší odpor (v zatáčce vnější). Představte si, že zastavíte s autem jedním poháněným kolem na dokonale hladkém ledu a druhým na suchém asfaltu s dobrou adhezí. Nerozjedete se. V této situaci se bude kolo na ledě bezmocně protáčet, zatímco druhé, které se ani nehne.
V běžném provozu civilního auta se s podobnou situací možná setkáte párkrát a jistě si nějak poradíte, ale při specializovaném užití jako jsou závody nebo jízda v terénu je podobný problém denním chlebem. Při jízdě v těžkém terénu není prioritou rychlost ani preciznost ovládání, ale průchodnost a odolnost mechaniky. Proto jsou pravověrné off-roady osazovány uzávěrkami diferenciálu, které jej uzamknou a udělají z něj v případě potřeby ono jednoduché soukolí zmiňované na začátku.
Sportovní vozy zase mají při agresivní jízdě v zatáčkách nízkou adhezi vnitřních kol a často je třeba i zvednou do vzduchu. Závodní vůz si ale v boji o desetiny vteřiny nemůže dovolit v tu chvíli přijít o pohon. Jelikož ale ovladatelnost je alfou a omegou každého závodního speciálu, jsou využívány diferenciály samosvorné. Ty za využití různých konstrukčních principů a do různé míry udávané v procentech zajišťují svornost diferenciálu, tedy schopnost přenášet točivý moment i na kolo s nižší trakcí, a to plynule v závislosti na aktuálních provozních podmínkách.
Otevřený diferenciál má svornost nula, zcela uzamčený dělí točivý moment v poměru 50:50 a má svornost 100 %, svornost 50 % znamená dělení točivého momentu v poměru 25 % na odlehčené kolo a 75 % na to s větší trakcí.
Existují i systémy, které za použití moderních technologií simulují účinek samosvorného diferenciálu. Například vozy ŠKODA jsou vybaveny systémem XDS+, který v případě prokluzu jednoho z poháněných kol toto kolo přibrzdí provozní brzdou. I zcela civilní otevřený diferenciál si tak „myslí“, že má trakci a pustí na kolo točivý moment. Pro sportovní jízdu ale je, co naplat, lepší komplikovanější řešení s mechanickým samosvorem, proto má například nejrychlejší OCTAVIA, model RS245, na přední nápravě osazen pokročilý samosvorný diferenciál VAQ.
V úvodu jsme zmiňovali, že auto může mít diferenciály i dva nebo tři. To je i příklad soutěžáku FABIA R5, který má dva. Soutěžní FABIA je samozřejmě čtyřkolka a na obou poháněných nápravách proto potřebuje diferenciál, jelikož obě řeší tentýž problém s rozdílnou délkou oblouků v zatáčce… jakkoli spoustu z nich projedou piloti ŠKODA Motorsport bokem s plynem v podlaze a se všemi koly v plném záběru.
S ohledem na specifické využité v automobilových soutěžích je pro škodováckou R5 nejvýhodnější konfigurace se dvěma diferenciály a odolnou mezinápravovou hřídeli. Avšak třetí diferenciál se také váže k pohonu všech kol a řeší dělení točivého momentu mezi jednotlivé nápravy. Dříve jej mívala většina čtyřkolek, s pokrokem v materiálovém inženýrství a technologiích řízení se ale začalo prosazovat moderní řešení s mezinápravovou spojkou. Ta umí nejen totéž, co diferenciál, ale zvládne také odpojit pohon jedné nápravy v případě, kdy není potřeba, a naopak připojit ji v náročnějších jízdních podmínkách. Tím minimalizuje ztráty v pohonném řetězci a snižuje spotřebu paliva. Nejmodernější systém s viskózní mezinápravovou spojkou sedmé generace používají i vozy ŠKODA, ať již jde o modely OCTAVIA a SUBERB 4×4, nebo SUV KODIAQ a KAROQ.
