|
Sistemas de tracción integral para turismos Los Diferenciales |
|
La simple presencia de tres diferenciales en la configuración ya comentada proporciona las ventajas ya conocidas mientras no se llega a producir deslizamiento en ninguna de las ruedas. Sin embargo, llegado este punto, sus ventajas desaparecen, ya que el deslizamiento de una sola de las ruedas deja al vehículo sin capacidad motriz al enviar casi toda la potencia a la rueda que desliza, provocando un aumento de dicho deslizamiento. Esto ocurre indistintamente en vehículos de 2 o cuatro ruedas motrices, sin embargo, tiene mayor relevancia en los de 4 dado que estamos buscando generalmente aumentar al máximo la motricidad y poder circular por firmes muy deslizantes, donde el deslizamiento es frecuentemente inevitable. Por ello, es necesaria la adopción de diferenciales de deslizamiento limitado (LSD - Limited Slip Differentials) , también llamados diferenciales autoblocantes. Estos diferenciales pueden presentar distintas tipologías y características. Estudiaremos en adelante sus peculiaridades más esenciales. Los diferenciales, en general, tienen las siguientes funciones: · Transmitir potencia a las ruedas motrices Diferencial abierto o convencional El diferencial convencional con ruedas cónicas presenta la siguiente característica: Envía exactamente el mismo par a ambos lados. Esto como ya hemos comentado provoca problemas de motricidad cuando una rueda desliza, ya que el par enviado a la otra es exactamente el mismo, que no será en general suficiente para mover el vehículo apropiadamente o para arrancar. El esquema de un diferencial convencional en posición trasera, que conceptualmente es idéntico a uno en posición delantera, es el siguiente:
Veamos ahora el funcionamiento de este diferencial, que
es el más empleado en sistemas convencionales de dos ruedas motrices
y en algunos S.T.I.P. Cuando el vehículo se mueve en línea recta, ambas ruedas giran libremente. Se transmite potencia al piñón, que mueve la corona. Los engranajes cónicos son arrastrados por la corona y giran conjuntamente. Cada semiárbol recibe la misma potencia, luego ambas ruedas giran a la misma velocidad. Animación cortesía de HowStuffWorks.com En cambio, cuando se traza una curva, el diferencial permite girar más deprisa la rueda exterior que la interior, manteniendo la transmisión de par igual a ambos lados, con lo cuál la potencia transmitida a cada lado es función directa de la velocidad de giro. Veamos las diferencias: Animación cortesía de HowStuffWorks.com Llevado al extremo, ante la falta de adherencia en una rueda, el diferencial mandará toda la potencia a dicha rueda con una velocidad muy elevada y un par muy bajo (el par resistente más el término de aceleración). Este mismo para será el disponible en la rueda con adherencia, pudiendo ser imposible el movimiento del vehículo. El diferencial central convencional, ya sea cónico o epicicloidal, tiene un comportamiento totalmente análogo. Diferencial bloqueable Aunque no se utiliza en general en sistemas para turismos, su comprensión nos ayudará a entender sistemas más complejos. Básicamente se trata de un diferencial convencional con un dispositivo de mando del tipo que sea (hidráulico, mecánico, etc.), capaz de bloquearlo a voluntad haciendo solidarios ambos semiárboles y permitiendo transmitir toda la potencia disponible a una sola de las ruedas.. Su funcionamiento básico es muy sencillo, y podemos verlo en el siguiente video: Ver video cortesía de Eaton Automotive Debido a que el bloqueo es total, no es conveniente en sistemas permanentes, y su uso se limita a aplicaciones todo-terreno.
Diferencial autoblocante tipo embrague Con embrague pasivo Es uno de los tipos de autoblocante más sencillos. Tiene los mismos elementos que un diferencial convencional, pero añade un sistema de muelles y un conjunto de embragues. Algunos tienen un embrague cónico similar a los sincronizadores de una caja de cambios manual. El sistema de muelles presiona los engranajes laterales sobre los embragues, que van fijados a la carcasa. Ambos engranajes giran con la carcasa cuando las dos ruedas van a la misma velocidad, y los embragues no ejercen ninguna acción. Sin embargo, cuando algo provoca que las ruedas giren a distintas velocidades, como un giro del vehículo, los embragues entran en acción. Tenderán a que las ruedas mantengan la misma velocidad, siendo necesario vencer el par de rozamiento del embrague para provocar una diferencia de velocidades. Dicho par vendrá determinado por la constante de los muelles y su precarga, así como por la superficie y coeficiente de rozamiento de los embragues.
Volviendo a la situación en la que una rueda tractora está sobre firme muy deslizante y la otra tiene buena adherencia: con este autoblocante, aunque una rueda no sea capaz de transmitir apenas par al suelo, la otra aún tendrá el para suficiente para moverse. Dicho par será igual al par necesario para vencer la resistencia de los embragues. El resultado es que hay capacidad de tracción, aunque no se pueda transmitir toda la potencia disponible. Este dispositivo presenta una resistencia fija a la diferencia de velocidades entre ruedas, lo cuál provocará que si incrementamos la presión sobre los embragues dispongamos de más tracción en condiciones difíciles, pero a costa de provocar efectos parásitos sobre la conducción normal. Con embrague de accionamiento centrífugo Subiendo el grado de sofisticación de este mecanismo, nos encontramos con la posibilidad de bloquear el diferencial haciendo uso de los embragues de la misma manera, pero en lugar de estar acoplados permenentemente, o bloquearse a voluntad del conductor, podemos conseguir que se bloqueen proporcionalmente según la diferencia de velocidades entre ambos árboles (speed-sensing), siendo, por tanto, un sistema reactivo. Presentamos un ejemplo de diferencial de este tipo que depende de un regulador centífugo para su bloqueo,el Eaton G80. Su funcionamiento básico es muy sencillo: - Cuando no existe diferencia de velocidades entre ambas ruedas, el diferencial actúa como un diferencial convencional. - Cuando se da una diferencia de velocidades, el regulador centrífugo presiona proporcionalmente los embragues provocando un grado de bloqueo proporcional a la diferencia de velocidad, pudiendo llegar al 100%. Ver video cortesía de Eaton Automotive Ajustando la relación diferencia de velocidades-bloqueo mediante la correcta elección del regulador, se puede conseguir que apenas interfiera en los giros y tenga buena capacidad de bloqueo ante pérdidas de tracción grandes. No obstante, el tiempo de respuesta y la curva de bloqueo no resultan tampoco los más convenientes para turismos aunque sí son válidos para todoterrenos y vehículos industriales ligeros destinados al uso fuera de carretera. Con embrague de accionamiento hidráulico. El funcionamiento es exactamente igual que para el de accionamiento hidráulico, sólo que en este caso el giro de los satélites activa una bomba hidráulica acoplada que es la que presiona los discos de los embragues. Es igualmente un sistema reactivo, pero tiene una reacción más rápida que el centrífugo y es más común. Tipo Salisbury, sensible al par. Este dispositivo consta igualmente de un diferencial convencional con un mecanismo de bloqueo por embragues. La diferencia fundamental es que se trata de un dispositivo sensible al par de entrada. cuanto mayor es dicho par, mayor efecto autoblocante tiene. Se consigue de forma totalmente mecánica. Se trata de un sistema activo, aunque al ser la señal que lo gobierna el par de entrada (que no tiene nada que ver con la adherencia) dista mucho de ser ideal. En ocasiones se le aplica también una precarga inicial, de manera que a bajos pares de entrada actúe como el dispositivo con embrague pasivo ya comentado.
Acoplamiento viscoso En este tipo de acoplamiento, se tienen dos conjuntos de discos próximos entres sí dos a dos, unidos cada uno a uno de los semiárboles y sumergidos en un líquido de gran viscosidad. Cuando ambos semiárboles giran a la misma velocidad, no se produce nigún efecto. En cambio, al girar a velocidades distintas, la fuerza viscosa originada transmitirá par del semiárbol que gira más deprisa al que gira más despacio, mayor cuanto mayor sea la diferencia de viscosidades.
Podemos ver el esquema de un acoplamiento viscoso: Animación cortesía de HowStuffWorks.com La curva de reacción par transferido- diferencia de velocidades tiene una forma exponencial. Hay que hacer constar también que en frenado, este tipo de acolpamiento trata igualmente de igualar las velocidades, pudiendo interferir con el funcionamiento del ABS, por lo cuál se requiere un dispositivo de desacoplamiento en frenado, ya sea un embrague basado en el pricipio de rueda libre (el más común) o bien de otro tipo. Bloqueo viscoso de diferencial Para solucionar el problema de que el acoplamiento viscoso no transmite par al girar ambos semiárboles a la misma velocidad, se puede optar por unir un acoplamiento viscoso a la carcasa de un diferencial convencional. Esta configuración se conoce también como diferencial Ferguson. Básicamente se consigue que en condiciones normales se transmita igual par a ambos semiárboles, y en condiciones de deslizamiento, el acoplamiento viscoso envíe más par a la rueda de mayor adherencia. Nótese que se trata de un sistema reactivo que por su naturaleza tendrá un cierto retraso, y que el acoplamiento viscoso introduce una característica de no linealidad ya comentada. Veamos unas imágenes aclaratorias:
O, más clarificador todavía:
Este sistema requiere igualmente el desacoplamiento en frenado para no interferir con el ABS. Diferencial Torsen (r) Torsen es una marca registrada de Zexel Torsen Inc. Este diferencial se basa en el uso de tornillos sinfín con propiedades autoblocantes, en concreto los Invex desarrollados por Gleason Corp. Veamos su esquema y funcionamiento básico (en este caso sería un Torsen trasero):
Funcionamiento: 1) El motor transmite par al piñón de
ataque (no representado) por medio del árbol de transmisión 
Particularidad: Se puede transmitir par de los semiárboles a los satélites con movimiento, pero no viceversa. La transmisión de par de los satélites a los semiárboles provoca el bloqueo del diferencial.
En cuanto una fuerza diferente es aplicada a cada uno de los semiárboles los tornillos sinfín de los semiárboles empiezan a girar a velocidades diferentes. Esta diferencia de rotación obliga a los satélites a girar sobre su eje. Si el par es fuerte se dice que el diferencial resbala. Si el par es débil los tornillos sin fin no consiguen arrastrar las ruedas y por el mal rendimiento el diferencial se bloquea. Por ello se denomina Torsen, de TORque SENsing. Es sensible al par resistente de las ruedas, que en principio es lo ideal. Envía más par a la rueda con mayor adherencia, sin esperar a que esta deslice. Se trata de un sistema activo.
Este sistema es perfectamente progresivo y resuelve la casi totalidad de los problemas que tiene un diferencial, sin interferir con el sistema ABS, ya que en ausencia de para plicado las ruedas giran libremente. El sistema no es autobloqueante cien por cien sino que es capaz de mandar a la rueda con más adherencia un múltiplo del par que recibe la rueda con menor adherencia más baja. Esta relación de pares depende del diseño de las roscas, y está fijada por diseño (lo que implica que no puede cambiarse a voluntad). Valores habituales son de 4:1 a 5:1 que implican que el Torsen puede proporcionar hasta tres veces más tracción que un diferencial convencional. Puede combinarse con un bloqueo electrónico del diferencial (como se verá más adelante) para conseguir una ventaja aún mayor y poder tener tracción cuando una rueda gira completamente libre . Se considera generalmente la solución más satisfactoria, aunque es también la más cara. Aparte del coste, las principales desventajas del Torsen aluden al mayor peso, la extrema dificultad de montaje que dificulta mucho un eventual (aunque improbable) mantenimiento, y una mayor generación de calor (menor rendimiento) bajo uso severo respecto a un diferencial abierto,.
Puede usarse como diferencial central, delantero o trasero indistintamente. No interfiere en el funcionamiento del ABS. Existe al menos otro diseño, conocido por el nombre del fabricante, Quaife, que utiliza un esquema ligeramente diferente, incluyendo engranajes helicoidales, pero basado en los mismos principios y funcionalmente muy similar. Podemos ver un dibujo ilustrativo:
Embragues multidisco con control electrónico Otro dispositivo que puede emplearse en sistemas de transmisión con una funcionalidad similar a la de un diferencial es un embrague multidisco. Puede tratarse de uno o varios embragues independientes. Los sistemas con varios embragues son más progresivos y resistentes al uso pero también más pesados y costosos. Estará gobernado por un sistema automático que permita acoplarlo gradualmente y variar así el deslizamiento y el par transmitido. Es un sistema sujeto a desgaste de las superficies rozantes. Permite repartir el par de forma activa (aunque no es sensible a la adherencia) o reactiva al detectarse pérdidas de adherencia. Al utilizarlo como diferencial central se tiene la ventaja respecto a los acoplamientos ya vistos de que puede desconectarse totalmente lo cuál permite remolcar el coche de manera convencional (con dos ruedas girando en contacto con el suelo), cosa que puede averiar cualquiera de los otros sistemas. El control electrónico permite un sencillo desacoplamiento en frenado para no interferir con el ABS. Podemos ver un ejemplo de esquema de embrague multidisco, en concreto el fabricado por la firma Haldex:
En este caso concreto es un sistema hidráulico con control electrónico el que varía el grado de acoplamiento variando la presión sobre el embrague. Podemos ver un ejemplo de funcionamiento donde se aprecia esto y la característica de sensibilidad a la diferencia de velocidades:
Bloqueo electrónico del diferencial Puede aplicarse en combinación con los demás dispositivos ya tratados. Básicamente se trata de un sistema que utiliza los sensores y actuadores del ABS para frenar la rueda en la que se detecta un exceso de velocidad atribuible a una pérdida de adherencia. Suele conbinarse con diferenciales convencionales, a los que aporta cierta capacidad autoblocante, o con diferenciales tipo Torsen, a los que dota de una extraordinaria funcionalidad (al poder mandar múltiplos del par de frenado a la otra rueda). Se trata en todo caso de un sistema reactivo, que tiene un cierto retraso. Su progresividad está limitada por las capacidades de los sensores y actuadores, que pueden introducir brusquedades y sacudidas bajo uso severo. Este uso exigente puede también provocar un sobrecalentamiento de los frenos. Se incorpora actualmente en muchos vehículos de dos ruedas motrices con diferencial convencional, como parte del sistema de control de tracción. Cabe destacar que este sistema no funciona habitualmente por encima de una cierta velocidad, generalmente baja y del orden de 30-50 Km/h.
|
|||||||||||||||||||||||||||||
