Tipos de Diferencial Explicados: Funciones y Beneficios para Vehículos

Existen varios tipos de diferencial adecuados para un vehículo específico, ya que sirven para transmitir la potencia del motor a las ruedas. En mi artículo anterior, el diferencial se explicó como un mecanismo que transmite el par del motor a las ruedas para dividir la potencia, permitiendo que las ruedas giren a velocidades variables.

Hoy profundizaremos en los diversos tipos de diferencial y su principio de funcionamiento.

Tipos de diferencial

Los siguientes son los diferentes tipos de diferencial que se pueden encontrar en automóviles:

• Diferencial abierto
• Diferencial bloqueado
• Diferencial soldado/bloqueo (spool)
• Diferencial de deslizamiento limitado
• Diferencial Torsen
• Diferencial activo
• Diferencial vectorial de par

¡Ahora veamos sus explicaciones!

Leer: Entendiendo el sistema de transmisión automática

Diferencial abierto:

La forma básica de un diferencial abierto contiene dos mitades de un eje con un engranaje en cada extremo, conectados entre sí por un tercer engranaje que forma tres lados de un cuadrado. Para completar el cuadrado, se añade un cuarto engranaje para aumentar la resistencia. La resistencia se incrementa con el engranaje de corona añadido a la carcasa del diferencial que contiene los engranajes centrales básicos. Este engranaje de corona permite que las ruedas sean impulsadas conectando el árbol de transmisión a través de un piñón.

La ventaja de un diferencial abierto es permitir que el eje gire en curvas de manera más eficaz, lo que se logra ya que la rueda exterior de la curva se mueve a mayor velocidad que la interior al recorrer más distancia. Otro beneficio es que es relativamente barato de producir y común.

También ocurren desventajas en este tipo de diferencial, ya que el par se divide equitativamente entre ambas ruedas. Por esto, la potencia transmitida a las ruedas está limitada por la rueda con menor agarre.

Diferencial bloqueado:

El diferencial bloqueado se encuentra a menudo en vehículos todo terreno. Es básicamente un diferencial abierto con el efecto de bloquear el eje en su lugar para crear uno fijo en lugar de independiente. Este efecto puede activarse manual o electrónicamente en el vehículo.

Las ventajas del diferencial bloqueado son obtener una cantidad apreciablemente mayor de tracción que el diferencial abierto. Esto se logra porque el par no se divide 50/50 entre las ruedas. Más par puede dirigirse a la rueda que tiene mejor tracción.

Una de las desventajas de los diferenciales bloqueados se llama "binding" (atrapamiento), ocurre cuando se acumula energía rotacional excesiva (par) dentro del tren de transmisión y necesita liberarse. Esta liberación puede hacerse cuando las ruedas dejan el suelo para restablecer la posición o simplemente desbloqueando el eje cuando ya no se necesitan.

Diferencial soldado/spool:

El diferencial soldado es bastante similar al tipo bloqueado, solo que se ha soldado permanentemente desde un diferencial abierto a un eje fijo. La soldadura del eje fijo se hace deliberadamente para mantener ambas ruedas girando simultáneamente. Los vehículos con este diferencial están destinados al drift.

El diferencial no es adecuado para ninguna otra condición de conducción, ya que la soldadura ya ha comprometido la resistencia del componente. También aumenta el riesgo de fallo catastrófico de la pieza, lo que puede resultar en engranajes del diferencial rotos explotando a través de la carcasa.

Diferencial de deslizamiento limitado (LSD):

Este tipo de diferencial se abrevia como LSD. Combina los beneficios de los diferenciales abiertos y bloqueados a través de un sistema más complejo. Se usa una forma diferente de resistencia para lograr lo mismo en este diferencial. Se categorizan en:

• LSD de embrague mecánico
• LSD viscoso

LSD de embrague mecánico

El LSD de embrague mecánico contiene el mismo engranaje central que los diferenciales abiertos con un par de anillos de presión. Los anillos de presión ejercen fuerza sobre dos juegos de discos de embrague posicionados junto a los engranajes. Esto proporciona resistencia a la rotación independiente de las ruedas, cambiando el efecto del diferencial de abierto a bloqueado. También proporciona mayor tracción.

En este tipo de LSD mecánico, los anillos de presión que rodean los engranajes centrales son forzados a separarse por los pasadores del engranaje central. Empujan contra las superficies inclinadas bajo rotación y empujan los anillos de presión hacia el paquete de embrague (amarillo y azul) a cada lado. Esto genera resistencia y cambia el funcionamiento del eje de abierto a un efecto fijo.

Leer: Todo lo que necesitas saber sobre el diferencial

El LSD de embrague mecánico se divide aún más en subtipos que funcionan de manera diferente. Cambian cuando se ejerce presión sobre los discos de embrague y el anillo de presión. A continuación, los diversos tipos de LSD de embrague mecánico:

• LSD unidireccional: la presión solo se ejerce bajo desaceleración, lo que significa que se comporta como tipo abierto al tomar curvas. Esto hace que las ruedas giren independientemente. Pero bajo aceleración, la rotación del embrague del diferencial crea fricción en los discos de embrague. Esto los bloquea en su lugar para ganar más tracción.
• LSD bidireccional: la presión también se ejerce sobre los discos de embrague bajo desaceleración. Ayuda a mejorar la estabilidad al frenar en superficies variables.
• LSD de una dirección y media: intenta combinar los beneficios de los subtipos, ejerciendo una buena cantidad de presión bajo aceleración y una menor cantidad bajo desaceleración.

LSD viscoso:

El viscoso es el segundo tipo de diferencial de deslizamiento limitado que usa un líquido espeso en lugar de embrague para crear la resistencia necesaria para cambiar el funcionamiento del diferencial entre abierto y bloqueado. Este tipo es más simple porque tiene menos piezas móviles que el LSD mecánico.

El funcionamiento es más suave en la aplicación, ya que la resistencia aumenta en consonancia con la velocidad de las ruedas, proporcionando un aumento muy gradual. El LSD viscoso transfiere par de manera más efectiva a la rueda que tiene más tracción. Esto se debe a que el fluido actúa como resistencia bajo velocidad. Si una rueda pierde tracción y gira, la diferencia de velocidad entre las dos ruedas dentro del diferencial crea más resistencia en la rueda que gira más lento, canalizando más par del árbol de transmisión hacia ella.

La desventaja de este tipo que limita su uso es que el fluido se calienta y se vuelve menos viscoso, lo que conduce a menos resistencia. Tampoco puede bloquearse completamente como el LSD mecánico porque el fluido no puede proporcionar resistencia absoluta dentro de un espacio adecuado.

Diferencial Torsen:

El diferencial Torsen usa un engranaje especial para producir el mismo efecto que el diferencial de deslizamiento limitado. Pero no funciona con embragues ni resistencia de fluido. En su lugar, se añade una capa de engranajes helicoidales (tornillo sin fin) a un conjunto de engranajes tradicional de un diferencial abierto. Los conjuntos de engranajes helicoidales actúan sobre cada eje para proporcionar la resistencia requerida para permitir la transferencia de par. Esto se logra teniendo los engranajes helicoidales en malla constante entre sí a través de un engranaje recto conectado.

El malla constante entre los dos lados del diferencial ayuda a transferir el par inmediatamente. Esto lo hace más sensible al cambiar las condiciones de la carretera y de conducción. El diferencial Torsen también es capaz de dirigir un alto porcentaje de par a una rueda dependiendo de la relación de engranajes. A diferencia del diferencial abierto que debe dividir su par equitativamente entre las ruedas.

En el diferencial Torsen, el engranaje puede mecanizarse de modo que diferentes relaciones de resistencia afecten al acelerar y desacelerar, igual que el LSD de una dirección y media. Esto se logra mecánicamente sin el uso de electrónica ni ninguna otra forma evanescente. El diferencial Torsen es el mejor sistema mecánico que tiene todas las cualidades de los otros diferenciales listados en este artículo.

Diferencial activo:

El tipo activo de diferencial es muy similar al de deslizamiento limitado, ya que aún emplea mecanismos. El mecanismo se usa para ofrecer la resistencia necesaria para transferir par de un lado a otro. Los embragues se activan electrónicamente en lugar de depender de fuerza puramente mecánica.

Los diferenciales activos usan electrónica para cambiar artificialmente las fuerzas mecánicas que el sistema enfrenta a través de las cambiantes condiciones de conducción. Por eso son controlables y, por tanto, programables. Y con sensores en el vehículo, una computadora puede detectar automáticamente a qué ruedas transferir potencia y cuándo debe transferirse.

Estos tipos de diferencial son buenos en rendimiento, especialmente en malas carreteras, y ayudan a mejorar coches que soportan condiciones de conducción que cambian rápidamente. Pero será un sistema que debe mantener sus ajustes continuos al vehículo.

Diferencial vectorial de par (TVD):

El diferencial de vectorización de par también usa un sistema mejorado electrónicamente e incluso lo usa para cambiar el ángulo, o vector, del vehículo. Anima a ruedas específicas a tomar más par cuando lo necesitan, lo que mejora su rendimiento en curvas. Cuando se activa un embrague opuesto, lo que un LSD puramente mecánico normalmente engancharía, puede usarse para asistir con la dirección. Mientras también pone más potencia al suelo, superando las deficiencias del sistema LSD.

En la curva de este diferencial, un LSD multidireccional ejerce resistencia en ambas ruedas hasta que el eje se bloquea parcialmente. Y también lo estabiliza bajo frenado, lo que luego se libera cuando la velocidad de la rueda cae y el vehículo gira. Esto permite que las ruedas giren a diferentes velocidades. Pero, en lugar de liberar la resistencia en ambas ruedas, un TVD continuará aplicando el embrague solo en la rueda exterior. Esto aumenta la resistencia experimentada por la rueda y hace que el sistema canalice más par hacia ella. El desequilibrio de potencia empujará hacia el exterior, haciendo que el vehículo tome una curva más cerrada y reduciendo el subviraje.

Cuando la resistencia se experimenta continuamente a través de la curva, mientras el vehículo pasa el ápice y comienza a acelerar hacia afuera, continuará sobrescribiendo un LSD multidireccional normal. Esto volvería a interpretar la rueda exterior más rápida como patinando y desviaría par durante la aceleración a la rueda interior al percibir que tiene más agarre.

El TVD ejerciendo más resistencia sobre el embrague de la rueda exterior, el sistema se engaña para desviar más par a través de él. Esto se logra aumentando la cantidad de potencia que se puede aplicar y reduciendo el subviraje experimentado bajo aceleración al salir de una curva.

Leer: Cosas que necesitas saber sobre el sistema de transmisión manual

Los diferenciales vectoriales de par son capaces de transmitir el 100% del par disponible a través de una sola rueda. Esto solo ocurre cuando se necesita el par en las circunstancias más extremas.

La limitación de este TVD es que es muy complicado y muy costoso, y se usa típicamente para aplicaciones de carreras/pista por su potencial de curvas a alta velocidad.

Todos los tipos de diferencial tienen sus propias ventajas y desventajas. Espero que ahora conozcas los diversos tipos de diferencial. Si tienes alguna pregunta, pregúntala en la caja de comentarios y por favor comparte este artículo con otros estudiantes técnicos. ¡Gracias!