Bloqueo del diferencial

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

Cuando el diferencial está desbloqueado (diferencial abierto), permite que cada rueda gire a diferentes velocidades (como al tomar una curva), evitando así el desgaste 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 estacionaria y la otra gira (par 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 cualquiera de las ruedas. Por lo tanto, cada rueda puede aplicar tanta fuerza de rotación como lo permita la tracción debajo de ella, y los pares en cada eje lateral serán desiguales. (Par desigual, velocidades de rotación iguales). Se aplican excepciones a los casilleros 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 permanente a las cuatro ruedas tienen tres diferenciales, uno en cada eje, y uno central (llamado "transferencia caso") entre los ejes delantero y trasero.

Aplicaciones

• Algunos vehículos de utilidad como camiones de remolque, montacargas, tractores y equipo pesado utilizan diferenciales de bloqueo para mantener la tracción, especialmente cuando se conduce en superficies suaves, fangosas o irregulares. Los taquillas son comunes en equipos agrícolas y camiones militares. En algunos tractores de granja, hay un pedal que se puede pisar con el tacón del operador para bloquear el diferencial según sea necesario.
• El bloqueo diferencial también se puede utilizar en el deporte de la deriva como una alternativa a un diferencial de clip limitado.
• Los vehículos de tracción de cuatro ruedas que conducen fuera del camino a menudo utilizan un diferencial de bloqueo para evitar que se atasquen cuando conducen en terrenos sueltos, fangosos o rocosos. Los diferenciales de bloqueo son considerados equipos esenciales para la conducción en off-road grave. Muchos de estos vehículos tienen un diferencial de bloqueo en el diferencial central (entre los ejes delantero y trasero), diferencial trasero y diferencial frontal, o cualquier combinación de cualquiera de los tres. También se utilizan cerraduras diferenciales en algunos vehículos con tracción de cuatro ruedas (como el Shogun Mitsubishi) para compensar la falta relativa de articulación de ejes (movimiento vertical de rueda). Altas cantidades de articulación son deseables para la conducción off-road, para permitir que las ruedas mantengan el contacto terrestre sobre superficies irregulares, pero esto puede llevar a una excesiva tirada corporal a altas velocidades en la carretera, así como una dirección vaga. Estos 4x4s suelen tener sistemas de suspensión diseñados como un compromiso entre articulación y manejo. Si la articulación es limitada, una rueda sobre un eje puede ser levantada fuera del suelo por terreno áspero, perdiendo así toda la tracción a todas las ruedas (todo el poder va 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 fuera del suelo, se puede activar el diferencial de bloqueo, conduciendo la rueda que permanece en el suelo.

Tipos

Taquillas automáticas

Los casilleros automáticos se bloquean y desbloquean automáticamente sin intervención directa del conductor. Algunos diseños de diferencial con bloqueo automático garantizan que la potencia del motor siempre se transmita a ambas ruedas, independientemente de las condiciones de tracción, y "desbloqueará" sólo cuando se requiere que una rueda gire más rápido que la otra durante las curvas. Sería más correcto denominarlos 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 permitirán que una rueda gire 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 portador del diferencial. Otros, a veces denominados casilleros para lonchera, usan el soporte del diferencial original y reemplazan solo los engranajes de araña internos y los ejes con placas de enclavamiento. Ambos tipos de bloqueos automáticos permitirán un grado de velocidad diferencial de las ruedas al girar en las esquinas en condiciones de igual tracción, pero por lo demás bloquearán ambos semiejes cuando las condiciones de tracción lo exijan.

• Pros: Acción automática, no es necesario parar para el compromiso o la separación cuando las condiciones de la carretera cambian.
• Cons: Mayor desgaste de neumáticos y notable impacto en el comportamiento de conducción. Durante la curvatura, que el medio eje no está cubierto depende de la dirección del par aplicado por la línea de tracción. Cuando la dirección del par se invierte, la velocidad de la línea de tracción se ve obligada de repente a cambiar del eje interior al exterior, acompañado de un chirpa de neumáticos y un fuerte imbécil. Durante la curvatura, el taquilla automático se caracteriza por un subsisterio pesado que transfiere instantáneamente a la sobrecarga de energía cuando se supera la tracción.

Algunos otros bloqueos automáticos funcionan como un diferencial abierto hasta que las ruedas patinan y luego se bloquean. Estos tipos generalmente usan 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 (ALD) de Eaton, o bloqueo del diferencial automático de Eaton (ADL), desarrollado por Eaton Corporation e introducido en 1973 para las camionetas y servicios públicos de la serie Rounded-Line C/K de GM. El Eaton ADL 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 el paso de los años. Tanto Eaton como GM no saben de dónde viene el nombre, y Eaton ha realizado varios intentos fallidos en el pasado para desacreditar el nombre Gov-Lok. Eaton todavía ofrece una versión actualizada del antiguo diseño ADL de Eaton, ahora conocido como bloqueo del diferencial mecánico Eaton mLocker.

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

Taquillas seleccionables MRT

Los taquillas 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 operado por cable como se emplea en el "Locker Ox".
• solenoides electrónicos y (electrognetica) como "ELocker" de Eaton. Sin embargo, los OEM están empezando a ofrecer taquillas electrónicas también. El armario eléctrico de Nissan Corporation se puede encontrar como equipamiento opcional en la Frontier (Navara), Xterra y Titan. Ford ofrece un armario trasero electrónico en los camiones F-series y Ranger, así como el Bronco de tamaño completo. Toyota ofrece actualmente un e-bloqueador trasero en los bordes Tacoma, 4Runner y Tundra (2022+) (TRD Off-Road y TRD Pro solamente), pero también ha ofrecido e-bloqueadores delanteros y traseros en vehículos como el Land Cruiser en el pasado.
  • Pros: Permite que el diferencial funcione como un diferencial "abierto" para mejorar la drivabilidad y la maniobrabilidad, y proporciona una capacidad de bloqueo completa cuando es deseable o necesario.
  • Cons: Mecánicamente complejo con más partes para fallar. Algunos taquillas requieren que el vehículo pare para el compromiso. Necesita interacción humana y pensamiento futuro en relación con el próximo terreno. Los conductores no calificados a menudo ponen estrés masivo en los componentes de la línea de tracción al dejar el diferencial en operación bloqueada en el terreno sin requerir un casillero.

Spool

Una bobina o una bobina completa (en contraste con mini-spool) es un dispositivo que conecta los dos ejes directamente con el equipo de anillo. No hay diferenciación lado a lado, por lo que un vehículo equipado con una carretilla ladrará neumáticos en turnos y puede ser inmanejable en el tiempo húmedo o nevado. Las bobinas son generalmente reservadas para los vehículos de competición no impulsados en la calle.

El Mini-spool utiliza el soporte original y reemplaza solo los componentes internos del diferencial, similar en instalación al casillero de la lonchera. Un carrete completo reemplaza todo el conjunto del transportador 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, lo que genera una gran tensión en todos los componentes afectados de la línea motriz.

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 fallas de la unidad bajo tensión.

Desventajas

Debido a que no funcionan tan suavemente como los diferenciales estándar, los diferenciales de bloqueo automático a menudo son responsables del mayor desgaste de los neumáticos. Algunos diferenciales de bloqueo automático más antiguos son conocidos por emitir un clic o un golpe al bloquear y desbloquear cuando el vehículo gira. Esto resulta molesto para muchos conductores. Los diferenciales de bloqueo automático también afectan la capacidad de dirección de un vehículo, particularmente si hay un bloqueo ubicado en el eje delantero. Además del desgaste de los neumáticos al girar en cualquier grado sobre 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, el bloqueo automático de los diferenciales puede causar una pérdida de control sobre hielo, donde un diferencial abierto permitiría que una rueda patine y la otra se mantenga, sin transferir potencia. Un ejemplo de esto sería un vehículo estacionado de lado en una pendiente resbaladiza. Cuando ambas ruedas patinan, el vehículo perderá la tracción y se deslizará cuesta abajo.

Alternativas

Los diferenciales de deslizamiento limitado (LSD) se consideran un compromiso entre un diferencial estándar y un diferencial de bloqueo porque funcionan más suavemente y dirigen algo de torque adicional a la rueda con mayor tracción en comparación con un diferencial estándar, pero son no es capaz de bloquearse al 100%.

Los sistemas de control de tracción también se utilizan en muchos vehículos modernos, ya sea además de los diferenciales de bloqueo o como reemplazo de ellos. 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. En realidad, no se trata de un bloqueo del diferencial, sino que funciona en cada rueda. Los sensores monitorean la velocidad 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, pero aún emplea el diferencial abierto, que es el mismo que en los autos sin la opción EDL. Si todas las ruedas motrices pierden tracción, entonces se puede aplicar automáticamente el control del acelerador. Los sistemas electrónicos de control de tracción pueden integrarse con los sistemas de frenos antibloqueo, que tienen una acción similar al frenar y utilizan algunos componentes similares. Estos sistemas se utilizan, por ejemplo, en los más recientes Nissan Pathfinder, Land Rover Defender, Land Rover Freelander, McLaren P1 y McLaren 650.

Diferencial soldado (comúnmente conocido como diferencial soldado), los engranajes en un diferencial (abierto) están soldados entre sí para funcionar como si no hubiera diferencial. Esta es una alternativa económica para todo terreno o derrape.

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