Il differenziale è un componente cruciale del sistema di trasmissione di un'automobile, essenziale per il suo corretto funzionamento. La sua funzione primaria è duplice: ripartire la potenza erogata dal motore tra le due ruote motrici di uno stesso asse e consentire a queste ultime di ruotare a velocità differenti. Questa capacità è particolarmente importante durante le curve, permettendo alla ruota interna di percorrere una distanza inferiore rispetto a quella esterna.
Differenziale "Open" o "Libero"
Il tipo di differenziale più comune, denominato "open" o "libero", è presente nella maggior parte delle auto in circolazione, indipendentemente dal tipo di trazione (anteriore o posteriore). Questo differenziale ripartisce equamente la coppia motrice tra i due alberi di uscita, garantendo velocità diverse in curva tra la ruota interna ed esterna.
Sebbene questa equa ripartizione della coppia sia vantaggiosa perché non genera significativi momenti di imbardata o effetti sul comportamento direzionale del veicolo in accelerazione o rilascio, essa penalizza la capacità di trazione, specialmente in una guida sportiva. In situazioni in cui una delle due ruote perde aderenza, il differenziale "open" trasferisce una coppia quasi nulla a entrambe le ruote, limitando la forza longitudinale complessiva trasmissibile al terreno a circa il doppio della forza massima che può trasmettere la ruota con minore aderenza. Di conseguenza, la ruota con aderenza rallenta, mentre quella che slitta aumenta la sua velocità di rotazione.
Differenziale "Locked" o "Chiuso"
Un differenziale "locked" o "chiuso", completamente bloccato, mantiene la medesima velocità su entrambi gli alberi di uscita e, di conseguenza, su entrambe le ruote, consentendo una ripartizione della coppia motrice completamente variabile. Questo incrementa notevolmente la capacità di trazione del veicolo, ma penalizza il comportamento degli pneumatici in curva, che non riescono più a girare a velocità diverse, peggiorando la capacità direzionale del veicolo e donandogli un comportamento sottosterzante.
Differenziale Autobloccante: Il Compromesso Ideale
Il differenziale autobloccante rappresenta una soluzione di compromesso tra il differenziale "open" e quello "locked". Esistono diverse tipologie di differenziali autobloccanti, ma tutti condividono l'obiettivo di combinare i vantaggi di entrambi i sistemi, permettendo una ripartizione asimmetrica della coppia motrice in condizioni di aderenza differenti tra i pneumatici, senza forzare i due alberi di uscita ad assumere la stessa velocità di rotazione.
Leggi anche: Importanza Olio Differenziale
In pratica, un differenziale autobloccante può essere considerato un differenziale "open" con un rendimento interno estremamente basso, ottenuto aumentando la coppia di attrito interna, incrementando così la differenza tra le due coppie trasmesse agli alberi di uscita.
Tipi di Differenziali Autobloccanti
Esistono diverse tipologie di differenziali autobloccanti, tra cui:
- Differenziale autobloccante sensibile alla velocità di rotazione (LSD): Questo tipo di differenziale adotta un sistema di frenatura a frizione o viscoso per ottenere una maggiore coppia di attrito interna. I planetari sono collegati tra loro tramite un pacco dischi frizione. Quando i planetari ruotano alla stessa velocità, il meccanismo non entra in funzione e si comporta come un differenziale "open". Non appena si riscontra una differenza di velocità tra i due planetari, i dischi del pacco frizione iniziano a ruotare, generando la fase di frenatura.
- Differenziale autobloccante con giunto viscoso: Questo differenziale utilizza un giunto contenente dischi forati immersi in un fluido non Newtoniano definito "dilatante" (fluido siliconico), che accresce la sua viscosità all'aumentare della velocità di sollecitazione (temperatura). Quando gli alberi iniziano a girare a velocità diverse, il fluido si scalda e, aumentando di densità, incrementa l'attrito tra i dischi. Questo sistema consente di ottenere un collegamento tra i due alberi che consente una certa velocità relativa tra i due. Se la differenza di velocità diventa eccessiva, il sistema crea un blocco vero e proprio tra i due alberi. Il dispositivo si comporta quasi come un open in presenza di piccole differenze tra le velocità delle ruote motrici, senza influenzare apprezzabilmente il carattere sovra-sottosterzante del veicolo e senza la creazione di coppie significative sul volante. Permette ad un veicolo a trazione integrale di viaggiare per la maggior parte del tempo con la sola trazione a due ruote motrici e di diventare in automatico una trazione a quattro ruote motrici. Tuttavia, il giunto viscoso interviene solo dopo che una delle ruote abbia iniziato a slittare e non riesce ad impedire la nascita di slittamenti. L'aumento di temperatura del fluido è possibile anche per effetto dei cambiamenti di temperatura dell'ambiente esterno o per la presenza di piccole differenze di velocità protratte per lungo tempo.
- Frizione Haldex: Si tratta di una frizione multidisco elettroidraulica a controllo elettronico che distribuisce la forza motrice in maniera variabile e continua tra le ruote anteriori e posteriori. Una centralina regola la distribuzione in base a slittamento, condizioni di maneggevolezza e coppia trasmessa agli pneumatici. L'azionamento idraulico permette di variare la pressione esercitata sulle lamelle in modo continuo, variando la coppia di trasmissione tra asse anteriore e posteriore da un 90%-10% (trazione quasi esclusivamente anteriore) fino a un 0-100% (trazione interamente posteriore) in condizioni limite.
- Differenziale Torsen: Il Torsen, acronimo di "Torque Sensitive" (sensibile alla coppia), sfrutta il principio della "vite senza fine". I planetari sono ingranaggi con dentatura inclinata, e i satelliti sono realizzati allo stesso modo. A differenza dei differenziali normali, ha un solo satellite per planetario, e i due satelliti dei due planetari sono collegati tra loro da un ingranaggio comune. Questo sistema permette alle due ruote di variare la loro velocità relativa, purché una ruota aumenti la sua velocità nella stessa percentuale in cui l'altra la diminuisca. Sfruttando la teoria della "vite senza fine", è possibile ottenere due coefficienti di bloccaggio diversi, a seconda del verso del flusso di potenza tra il motore e le ruote. Il coefficiente di bloccaggio più piccolo corrisponde alle fasi di rilascio, per ridurre le interferenze con i sistemi di controllo attivo della dinamica del veicolo. Il TorSen non è capace in curva di distribuire uniformemente la coppia tra i due assi anche in assenza di macroslittamenti e non è completamente bloccante, risultando inefficace quando una ruota è completamente sollevata.
Il Differenziale nelle Auto Sportive e non
Il differenziale è quindi un componente fondamentale per il comportamento stradale di un'auto, sia essa una vettura sportiva o un'auto di tutti i giorni. La scelta del tipo di differenziale influenza la trazione, la maneggevolezza e la stabilità del veicolo.
Assenza del Differenziale
Alcuni veicoli, come i kart, sono privi di differenziale. In questi casi, le ruote motrici sono solidali all'asse e girano alla stessa velocità anche in curva. Questa soluzione crea difficoltà in curva, quando la ruota interna percorre meno strada di quella esterna, determinando attriti, scarsa maneggevolezza e un consumo anomalo dei pneumatici.
Componenti del Sistema di Trasmissione
Il differenziale fa parte del sistema di trasmissione, che comprende tutti i componenti necessari a trasferire l'energia prodotta dal motore alle ruote. Oltre al differenziale, il sistema di trasmissione include la frizione e il cambio.
Leggi anche: Soluzioni Rumore Differenziale BMW
- Frizione: La frizione collega il volano motore al cambio, consentendo l'accoppiamento e il disaccoppiamento tra il motore e il cambio.
- Cambio: Il cambio utilizza rotismi per variare i rapporti di trasmissione tra il motore e le ruote, adattando la coppia e la velocità in base alle esigenze di guida.
Leggi anche: Tipi di Differenziale Autobloccante Subaru
tags: #differenziale #automobilistico #funzionamento