Diferencial de bloqueo

Un diferencial de bloqueo es un componente mecánico, comúnmente utilizado en vehículos , diseñado para superar la principal limitación de un diferencial abierto estándar al "bloquear" básicamente ambas ruedas de un eje juntas como si estuvieran en un eje común. Esto obliga a ambas ruedas a girar al unísono, independientemente de la tracción (o falta de ella) disponible para cada rueda individualmente.

Cuando el diferencial está desbloqueado (diferencial abierto), permite que cada rueda gire a diferentes velocidades (por ejemplo, al tomar una curva), evitando así el roce de los neumáticos. Un diferencial abierto (o desbloqueado) siempre proporciona el mismo par (fuerza de rotación) a cada una de las dos ruedas de ese eje. Por lo tanto, aunque las ruedas pueden girar a diferentes velocidades, aplican la misma fuerza de rotación, incluso si una está completamente parada y la otra gira (par de torsión igual; velocidad de rotación desigual).

Por el contrario, un diferencial bloqueado obliga a las ruedas izquierda y derecha del mismo eje a girar a la misma velocidad en casi todas las circunstancias, independientemente de las diferencias de tracción en cada rueda. Por lo tanto, cada rueda puede aplicar tanta fuerza de rotación como lo permita la tracción debajo de ella, y los pares de torsión en cada eje lateral serán desiguales. (Par de torsión desigual, velocidades de rotación iguales). Se aplican excepciones a los bloqueos automáticos, que se analizan a continuación.

Un diferencial bloqueado puede proporcionar una ventaja de tracción significativa sobre un diferencial abierto, pero solo cuando la tracción debajo de cada rueda difiere significativamente.

Todo lo anterior se aplica tanto a los diferenciales centrales como a los de cada eje: los vehículos con tracción integral permanente tienen tres diferenciales, uno en cada eje y uno central (llamado "caja de transferencia") entre los ejes delantero y trasero.

• Algunos vehículos utilitarios, como grúas , carretillas elevadoras , tractores y equipos pesados , utilizan diferenciales de bloqueo para mantener la tracción, especialmente cuando se conduce sobre superficies blandas, fangosas o irregulares. Los diferenciales de bloqueo son comunes en equipos agrícolas y camiones militares. En algunos tractores agrícolas, hay un pedal que se puede pisar con el talón del operador para bloquear el diferencial según sea necesario.
• El bloqueo del diferencial también se puede utilizar en el deporte del drifting como alternativa a un diferencial de deslizamiento limitado.
• Los vehículos con tracción en las cuatro ruedas que circulan fuera de carretera suelen utilizar un diferencial de bloqueo para evitar atascarse al circular por terrenos sueltos, embarrados o rocosos. Los diferenciales de bloqueo se consideran un equipo esencial para una conducción todoterreno seria. Muchos de estos vehículos tienen un diferencial de bloqueo en el diferencial central (entre los ejes delantero y trasero), el diferencial trasero y el diferencial delantero, o cualquier combinación de cualquiera de los tres. Los bloqueos de diferencial también se utilizan en algunos vehículos con tracción en las cuatro ruedas "no utilitarios" (como el Mitsubishi Shogun ) para compensar una relativa falta de articulación del eje (movimiento vertical de las ruedas). Es deseable una gran cantidad de articulación para la conducción todoterreno, para permitir que las ruedas mantengan el contacto con el suelo sobre superficies irregulares, pero esto puede provocar un balanceo excesivo de la carrocería a altas velocidades en la carretera, así como una dirección imprecisa ^{[ vague ]} . Estos 4x4 suelen tener sistemas de suspensión diseñados como un compromiso entre la articulación y el manejo. Si la articulación es limitada, una rueda de un eje puede levantarse del suelo debido a un terreno irregular, con lo que se pierde toda la tracción en todas las ruedas (toda la potencia pasa a la rueda levantada, que gira libremente). A menudo se suministra un diferencial de bloqueo trasero para compensar este compromiso: si una rueda se levanta del suelo, se puede activar el diferencial de bloqueo, que impulsa la rueda que permanece en el suelo.

Los diferenciales de bloqueo automático se bloquean y desbloquean automáticamente sin intervención directa del conductor. Algunos diseños de diferenciales de bloqueo automático garantizan que la potencia del motor siempre se transmita a ambas ruedas, independientemente de las condiciones de tracción, y se "desbloquearán" solo cuando se requiera que una rueda gire más rápido que la otra durante las curvas. Estos se denominarían más correctamente diferenciales de desbloqueo automático, porque su posición de reposo está bloqueada. Nunca permitirán que ninguna de las ruedas gire más lento que el portadiferencial o el eje en su conjunto, pero sí permitirán que una rueda se sobrecargue más rápido que la velocidad del portadiferencial. El ejemplo más común de este tipo sería el Detroit Locker, fabricado por Eaton Corporation , también conocido como Detroit No-Spin, que reemplaza todo el conjunto del portadiferencial. Otros, a veces denominados lockers tipo lonchera , utilizan el portadiferencial de serie y reemplazan solo los engranajes y ejes de araña internos con placas entrelazadas. Ambos tipos de diferenciales de bloqueo automático permitirán un grado de velocidad diferencial de la rueda al girar en las curvas en condiciones de tracción igual, pero bloquearán ambos semiejes juntos cuando las condiciones de tracción lo exijan.

• Ventajas: Acción automática, no es necesario detenerse para activar o desactivar cuando cambian las condiciones de la carretera.
• Contras: Mayor desgaste de los neumáticos y un impacto notable en el comportamiento de conducción. En las curvas, el semieje que se desacopla depende de la dirección del par aplicada por la transmisión. Cuando se invierte la dirección del par, la velocidad de la transmisión se ve obligada a cambiar repentinamente del eje interior al exterior, acompañado de chirridos de los neumáticos y una fuerte sacudida. En las curvas, el bloqueo automático se caracteriza por un fuerte subviraje que pasa instantáneamente a sobreviraje de potencia cuando se excede la tracción. ^[1]

Algunos otros bloqueadores automáticos funcionan como un diferencial abierto hasta que se detecta un deslizamiento de las ruedas y luego se bloquean. Estos tipos generalmente utilizan un regulador interno para monitorear la velocidad del vehículo y el deslizamiento de las ruedas. Un ejemplo de esto es el diferencial de bloqueo automático Eaton (ALD), o bloqueo automático del diferencial Eaton (ADL), desarrollado por Eaton Corporation e introducido en 1973 para las camionetas y utilitarios de la serie C/K de línea redondeada de GM . ^[2] El ADL de Eaton a veces se llama incorrectamente Gov-Lok, a pesar de que ni GM ni Eaton lo llamaron nunca por ese nombre. Gov-Lok es más bien un nombre no oficial de origen desconocido que ganó popularidad con los años. Tanto Eaton como GM no saben de dónde proviene el nombre, y Eaton ha hecho varios intentos infructuosos en el pasado para desacreditar el nombre Gov-Lok. ^[3] Una versión actualizada del antiguo diseño del ADL de Eaton todavía está disponible en Eaton, ahora conocido como bloqueo mecánico del diferencial Eaton mLocker.

Otros tipos de bloqueos automáticos funcionan como diferencial abierto hasta que se aplica un par elevado, momento en el que se bloquean. Este tipo de bloqueo generalmente utiliza sistemas de engranajes internos con una fricción muy alta. Un ejemplo de esto es el tipo de levas y pasadores deslizantes ZF disponible para su uso en los primeros Volkswagen.

Los bloqueos seleccionables permiten al conductor bloquear y desbloquear el diferencial a voluntad desde el asiento del conductor. Esto se puede lograr de muchas maneras.

• Aire comprimido ( neumática ).
• Mecanismo accionado por cable como el empleado en el "Ox Locker".
• Solenoides electrónicos y ( electromagnéticos ) como el "ELocker" de Eaton. Sin embargo, los fabricantes de equipos originales también están empezando a ofrecer cerraduras electrónicas. La cerradura eléctrica de Nissan Corporation se puede encontrar como equipo opcional en la Frontier (Navara), Xterra y Titan. Ford ofrece una cerradura trasera electrónica en las camionetas de la serie F y Ranger, así como en la Bronco de tamaño completo. Toyota actualmente ofrece una cerradura electrónica trasera en la Tacoma, 4Runner y Tundra (2022+) (solo versiones TRD Off-Road y TRD Pro), pero también ha ofrecido cerraduras electrónicas delanteras y traseras en vehículos como la Land Cruiser en el pasado.
  • Ventajas: Permite que el diferencial funcione como un diferencial "abierto" para mejorar la capacidad de conducción y maniobrabilidad, y proporciona una capacidad de bloqueo total cuando es deseable o necesario.
  • Contras: Mecánicamente complejo, con más piezas que pueden fallar. Algunos bloqueos requieren que el vehículo se detenga para activarse. Requiere interacción humana y previsión del terreno que se avecina. Los conductores inexpertos suelen someter a una gran tensión a los componentes de la transmisión cuando dejan el diferencial en funcionamiento bloqueado en terrenos que no requieren un bloqueo.

Un carrete o carrete completo (en contraste con el mini-carrete) es un dispositivo que conecta los dos ejes directamente a la corona dentada. No hay diferenciación de lado a lado, por lo que un vehículo equipado con un carrete hará que los neumáticos se lastimen en las curvas y puede volverse inmanejable en clima húmedo o nevado. Los carretes suelen reservarse para vehículos de competición que no circulan por la calle. ^[4]

El mini-spool utiliza el portador original y reemplaza solo los componentes internos del diferencial, de manera similar a la instalación del lonchera. Un carrete completo reemplaza todo el conjunto del portador con una sola pieza mecanizada. Un carrete completo es quizás el medio más fuerte para bloquear un eje, pero no tiene la capacidad de diferenciar las velocidades de las ruedas en absoluto, lo que genera una gran tensión en todos los componentes de la transmisión afectados.

Los engranajes de araña internos de un diferencial abierto también se pueden soldar entre sí para formar un eje bloqueado; este método no se recomienda ya que el proceso de soldadura compromete seriamente la composición metalúrgica de los componentes soldados y puede provocar la falla de la unidad bajo tensión.

Debido a que no funcionan con tanta suavidad como los diferenciales estándar, los diferenciales de bloqueo automático suelen ser responsables del mayor desgaste de los neumáticos. Algunos diferenciales de bloqueo automático más antiguos son conocidos por hacer un ruido de chasquido o golpeteo al bloquearse y desbloquearse mientras el vehículo negocia curvas. Esto es molesto para muchos conductores. Los diferenciales de bloqueo automático también afectan la capacidad de un vehículo para girar, en particular si hay un bloqueo ubicado en el eje delantero. Además del desgaste de los neumáticos al girar a cualquier grado en superficies de alta fricción (bajo deslizamiento), los ejes bloqueados causan subviraje y, si se usan en el eje delantero, aumentarán las fuerzas de dirección necesarias para girar el vehículo. Además, los diferenciales de bloqueo automático pueden causar una pérdida de control sobre hielo, donde un diferencial abierto permitiría que una rueda girara y la otra se sostuviera, sin transferir potencia. Un ejemplo de esto sería un vehículo estacionado de lado en una pendiente resbaladiza. Cuando ambas ruedas giran, el vehículo perderá tracción y se deslizará cuesta abajo.

Los diferenciales de deslizamiento limitado (LSD) se consideran un compromiso entre un diferencial estándar y un diferencial de bloqueo porque funcionan de manera más suave y dirigen algo de torque adicional a la rueda con más tracción en comparación con un diferencial estándar, pero no son capaces de bloquearse al 100%. ^[5]

Los sistemas de control de tracción también se utilizan en muchos vehículos modernos, ya sea además de, o como reemplazo de, los diferenciales de bloqueo. Los ejemplos incluyen: el bloqueo electrónico del diferencial (EDL) de Volkswagen , el TC+ de Opel instalado por primera vez en el Opel Astra G (2001), etcétera. De hecho, no se trata de un bloqueo del diferencial, sino que funciona en cada rueda. Los sensores controlan las velocidades de las ruedas y, si una gira más de un número específico de revoluciones por minuto (por ejemplo, 100) que la otra (es decir, patina), el sistema de control de tracción la frena momentáneamente. Esto transfiere más potencia a la otra rueda, ^[6] pero sigue empleando el diferencial abierto , que es el mismo que en los automóviles sin la opción EDL. Si todas las ruedas motrices pierden tracción, entonces se puede aplicar automáticamente el control del acelerador. Los sistemas de control electrónico de tracción pueden integrarse con sistemas de frenos antibloqueo , que tienen una acción similar al frenar y utilizan algunos componentes similares. Dichos sistemas se utilizan, por ejemplo, en los más recientes ^{[ ¿cuándo? ]} Nissan Pathfinder , Land Rover Defender , Land Rover Freelander , el McLaren P1 y el McLaren 650s.

Diferencial soldado (comúnmente conocido como diferencial soldado): los engranajes de un diferencial (abierto) están soldados entre sí para funcionar como si no hubiera diferencial. Esta es una alternativa económica para la conducción todoterreno o el drifting . ^{[7] [8]}

Tracción individual (IWD), que utiliza motores y/o cajas de cambios independientes para cada rueda de un vehículo, de modo que no es necesario distribuir el par con los componentes del tren de transmisión desde una ubicación centralizada.