Diferencial activo

El diferencial en el automóvil es el elemento de transmisión que reparte la velocidad a cada rueda del eje en función de la adherencia de cada neumático en el suelo. El funcionamiento del diferencial es mecánico, y es la adherencia de cada rueda, si no patinan, la que determina la velocidad de rotación de cada una. En automóviles 4×4 se puede disponer de un tercer diferencial central que distribuye la velocidad entre los diferenciales de cada eje, es el sistema 4×4 permanente.

El diferencial permite el desplazamiento del automóvil por curvas adaptando la velocidad de cada rueda a los diferentes recorridos, pero si la adherencia disminuye el efecto diferencial puede hacer que llegue todo el par y velocidad a la rueda con menor adherencia, sin que se mueva la otra rueda. Son diversos los sistemas para evitar esta situación, que comentaremos previamente, excepto el diferencial Torsen (sensible al par) al que dedicaremos un artículo.

Componentes del diferencial

Empezamos con una descripción de los componentes del diferencial con la base de un automóvil con motor longitudinal delantero, del que parte el árbol de transmisión hasta el embrague y después está la caja de cambios que integra el diferencial para mover las ruedas traseras motrices. Esta disposición es transaxle. Estos son los componentes del diferencial en el interior de su cárter con aceite;

    • Corona; es un piñón con dentado cónico en este caso o con dentado helicoidal en motores transversales.
    • Piñón de ataque; engrana en la corona y trae el par y movimiento desde la caja de cambios. El número de dientes de la corona dividido entre los del piñón de ataque da la relación del diferencial o grupo, se denomina también así al haber en su interior un conjunto o grupo de piñones como vamos a ver.
    • Satélites; son dos o más piñones generalmente cónicos que están acoplados a la corona y rotan con esta.
    • Planetarios; son dos piñones también cónicos generalmente que engranan a cada lado de los satélites, cada uno de los planetarios mueve a la rueda motriz de su lado mediante el palier o transmisión.

 

    • El diferencial actúa en principio solamente en curvas, cuando es diferente la velocidad de las ruedas motrices.
    • En recta con buena adherencia entre los neumáticos y el suelo no interviene, pues las ruedas motrices giran a la misma velocidad.
    • Entra en acción en recta si alguna rueda patina, girando sobre sí misma, sin que avance o lo haga menos de lo debido el automóvil. Interviene al haber diferencia entre la velocidad de las ruedas motrices, aunque sea en recta.

Como se ha visto, el nombre de diferencial se debe a que su función es permitir que las ruedas motrices puedan girar a velocidades diferentes en las curvas.

Funcionamiento del diferencial

Para adaptar la diferente velocidad de las ruedas en curvas el diferencial funciona así con buena adherencia, lo vemos en un automóvil con motor delantero longitudinal y propulsión (tracción trasera);

    • 1. Está el automóvil tomando una curva a la izquierda…
    • … 2 la rueda exterior de la curva recorre más distancia que la interior 3 en el mismo tiempo, por lo que ha de girar más rápido la exterior.
    • 4. La rueda interior va más despacio haciendo que su planetario gire a menor velocidad
    • … 5 este giro más lento del planetario izquierdo hace que los satélites giren transmitiendo más velocidad al otro planetario (derecho) 6 haciendo que su rueda vaya más rápido. La velocidad que pierde una rueda, la interior en este caso, lo gana la otra, la exterior. Este reparto de velocidad se hace por la buena adherencia de ambas ruedas en el piso, que inducen el funcionamiento descrito del diferencial.
    • Si una de las ruedas pasa por suelo muy deslizante, la del lado interior de la curva en este ejemplo, la escasa adherencia hace que se lleve todo el par y velocidad, girando sobre si misma sin que avance el automóvil, los satélites giran a más velocidad sobre planetario de la rueda exterior que está parado, aumentando al doble de velocidad el de la rueda, deslizando.

 

Esta situación de patinamiento de una rueda motriz dificulta o impide el avance del automóvil por zonas con adherencia precaria, lo que requiere soluciones para poder seguir avanzando.

Diferencial autoblocante

Seguimos con el automóvil con motor delantero longitudinal y propulsión (tracción trasera). El diferencial autoblocante es la solución más clásica para reducir o evitar que el patinamiento de una rueda motriz impida seguir circulando.

    • Está el automóvil en curva y la rueda interior pasa por zona deslizante.
    • El diferencial dispone de dos sistemas dentados, uno es solidario a la corona y el otro a uno de los palieres o transmisiones, en este diferencial es el derecho.
    • Si no hay deslizamiento de ruedas los dos engranajes está separados dejando al diferencial hacer su función normal.
    • Si una rueda patina, la izquierda sobre firme poco adherente en este coche, al aumentar la diferencia de velocidad entre la corona y el palier o transmisión derecho un sistema inercial o centrífugo hace de empujador acoplando los engranajes lo que bloquea el diferencial. Los valores de entrada en acción del diferencial autoblocante dependen del tipo de utilización del automóvil, pues afecta a sus reacciones. En coches de calle suele autorizar valores de patinamiento medios para no ser intrusivo en exceso, en competición entra en acción bastante antes para no perder velocidad de paso por curva, aunque sus reacciones sean más bruscas.

 

Diferencial de deslizamiento limitado

Sobre el mismo coche. Para hacer más suave la anulación parcial del efecto diferencial se utiliza el sistema de discos en baño de aceite, esta es una forma de hacerlo;

    • Se parte de la misma situación anterior, patinamiento de la rueda trasera izquierda.
    • El diferencial dispone de un conjunto de discos en baño de aceite dentro de una carcasa, unos discos giran con la corona y otros con uno de los palieres, el derecho en este coche, ambos conjuntos de discos están decalados.
    • Al haber demasiada diferencia de velocidad entre las dos ruedas motrices, un sistema centrífugo inercial comprime los discos, limitando el deslizamiento de la rueda que patina e forma progresiva, lo que hace llegar parte del par y movimiento a la rueda con adherencia.
    • Se puede hacer que el acoplamiento de los discos y la presión se controle electrónicamente, integrando el sistema en el control de tracción y estabilidad.

El diferencial autoblocante o de deslizamiento limitado, entra en acción en recta si alguna de las ruedas motrices desliza.

En los coches de calle la tendencia es utilizar más el diferencial de deslizamiento limitado por su progresividad, aunque está siendo sustituido por una función integrada en el ABS que se explica a continuación.

Bloqueo parcial del diferencial por el control de tracción

La implantación de este automóvil es la misma que las dos anteriores.

    • Se representa el sistema de frenos equipando antibloqueo de frenos ABS y control de tracción en aceleración CTA, que es una de las funciones derivadas del ABS.
    • Al tender a deslizar la rueda trasera izquierda, que está en piso deslizante, lo detectan los sensores de velocidad del ABS haciendo que entre en acción el CTA; frena intermitentemente la rueda que patina a la vez que se decelera progresivamente el motor (por la intercomunicación con el calculador de inyección que controla el acelerador), pues es el exceso de par en rueda lo que provoca el patinamiento.
    • Se repiten estas actuaciones hasta recuperar la adherencia. Un testigo en el cuadro parpadea durante la intervención del CTA.

 

Al contar todos los automóviles desde hace algunos años con ABS y CTA, se utiliza esta función para reducir el deslizamiento de las ruedas motrices. Si actúa frecuentemente el CTA se desgatarán antes las pastillas y discos o zapatas y tambores, según el equipamiento del automóvil.

Diferencial activo; concepto y actuaciones

Las ruedas motrices reciben el movimiento y par desde el diferencial, que reparte la velocidad entre las dos ruedas según el ángulo de la curva si la adherencia es buena. Ya se ha explicado que si alguna rueda desliza se ha de ayudar al diferencial para que el automóvil siga avanzando. El diferencial activo se basa en dar a cada rueda motriz trasera de forma automática el par y velocidad que le corresponden según el giro del volante de dirección, además de evitar deslizamientos se induce un efecto de giro dinámico del automóvil. Si tiene tracción (delantera) o es 4×4 el coche, como en la imagen, el diferencial delantero no es preciso que sea activo pues el efecto direccional se obtiene al girar las ruedas por el volante. Veamos qué es y cómo funciona el diferencial activo.

    • El objetivo es dar a cada rueda motriz trasera la velocidad y par que le corresponde por el ángulo de giro de la dirección.
    • Las ruedas delanteras marcan la trayectoria a seguir por el giro que toman al mover el volante de dirección, su diferencial no es activo; puede ser autoblocante, de deslizamiento limitado o lo más frecuente es que se compense el deslizamiento de estas ruedas por el control de tracción en aceleración CTA.
    • Se ve como al tomar curvas en diferentes sentidos el diferencial activo envía a la rueda exterior más par y velocidad que a la interior, según lo previsto por el ángulo de giro de la dirección.
    • Las ruedas traseras inducen el giro dinámico del automóvil por la diferente velocidad entre ambas, como hace un vehículo oruga con cadenas que detiene la cadena de un lado para tomar curvas, o reduce su velocidad con respecto a la otra. Este efecto dinámico no es necesario en las ruedas delanteras directrices.
    • El diferencial activo reduce el deslizamiento de las ruedas motrices, incluso en recta pues el reparto de velocidad y par se controla electrónicamente según la posición del volante. Si alguna rueda trasera motriz pasa por zona poco adherente se mantiene el par y velocidad, y también en la otra continuando con capacidad de avance.

 

El diferencial activo puede intervenir en caso de pérdida de trayectoria en curva, quedando integrado en el control de estabilidad y trayectoria en curva CETC, necesitando menos efectos de frenadas intermitentes de ruedas para mantener o recuperar la trayectoria.

Diferencial activo; funcionamiento

Para poder repartir la velocidad y par en las ruedas traseras motrices, el diferencial activo dispone de complejos sistemas de piñones, discos en baño de aceite y control electrónico, esta es una idea de cómo funciona;

    • Tiene conjuntos de engranajes epicicloidales accionados por motores eléctricos, y discos en baño de aceite en cada lado de las salidas del diferencial a cada una de las ruedas motrices.
    • El control electrónico ajusta con precisión la distribución de par y velocidad para cada rueda motriz trasera, induciendo efectos direccionales en el automóvil, como si las ruedas traseras fuesen también directrices.
    • Es como toma las curvas un vehículo oruga con cadenas, y también para girar en una barca con remos.

 

Las ventajas de anticipación del diferencial activo mejoran la seguridad activa o primaria circulando en pisos de baja adherencia, también compensa más eficazmente posibles pérdidas de tracción o de estabilidad.

 

Enlaces a artículos de interés en el blog

En la sección “Tecnologías limpias”

“Tipos de desarrollos de transmisión”, incluye la explicación de la relación del diferencial o grupo (25.05.2016)

En la sección “Nuevas tecnologías”

“ABS y sus derivados I, II y III” (27.11.2012, 5.12.2012 y 10.12.2012)

“Tipos de automóviles 4×4”(16.04.2013)

Tecnología 4×4 I y II”, en el II se presenta el diferencial Torsen (24.06.2015) y (29.09.2015).

En la sección “Historia del automóvil”

“Lada Niva” (3.12.2014)

“Audi coupé Quattro” (29.04.2015)

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

“Círculo de adherencia” (28.07.2015)

En la sección “Actualidad”

“Planeo sobre el agua, aquaplaning” (15.04.2014)

“Deslizamiento límite de ruedas” (28.04.2014)

“Sistemas antideslizamiento de ruedas” (9.03.2016)

 

Otros enlaces

 

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