L'insegna del Garagetorino
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Titolo della Sezione Tecnica

Il Differenziale

Le auto devono essere dotate del differenziale sulle ruote motrici perché, in curva, gli pneumatici interni percorrono una traiettoria più stretta girando più lentamente di quelli dal lato opposto. Se il collegamento fosse rigido, come l'assale posteriore dei kart, le ruote sarebbero inesorabilmente costrette a pattinare sempre di più al diminuire del raggio di svolta. Il classico differenziale, tuttavia, presenta grandi limiti nell'impiego sportivo del veicolo perché, quello che "toglie" ad una ruota motrice, lo indirizza sull'altra... anche quando essa non può essere di nessun aiuto! Se un pneumatico si blocca, l'altro continua a girare al doppio della velocità. Allo stesso modo, quando una gomma si solleva da terra e si mette a girare più velocemente, l'altra che potrebbe garantire aderenza sull'asfalto, diventa incapace di imprimere trazione al veicolo! In sostanza la semplicità meccanica del differenziale composto da 2 planetari e da 2 satelliti permette esclusivamente di tollerare una diversa velocità delle ruote ma, in caso di perdita d'aderenza, non riesce a garantire l'indispensabile coppia motrice. Una vettura a trazione posteriore può esibirsi in una derapata di potenza che si protrae per l'intera percorrenza della curva, solo se è dotata del differenziale autobloccante; altrimenti, appena una delle ruote inizia a pattinare, viene a mancare la spinta del motore e quindi la possibilità di mantenere a lungo quell'equilibrio "in controsterzo"! Le trazioni anteriori, invece, che in accelerazione non possono in ogni caso esibirsi in sovrasterzi, patiscono un altro difetto di motricità: rallentano appena una ruota slitta, compromettendo la traiettoria e l'accelerazione in uscita dalle curve!

I vantaggi dell'autobloccante
II differenziale autobloccante è un dispositivo in grado di trasmettere una porzione della coppia motrice anche quando uno dei due pneumatici slitta, garantendo sempre e comunque la trazione. Il vantaggio più evidente si nota in curva, perché un meccanismo assicura l'accelerazione anche quando la vettura si solleva da un lato! Senza arrivare a tali eccessi, si può comunque godere di altri ... privilegi: sia in termini di motricita, sia di traiettorie. Queste ultime possono essere più strette di quanto accade solitamente a ridosso del punto di corda, nonché percorse con un'accelerazione più vigorosa. Le auto da competizione sono sempre munite del differenziale autobloccante, e ne traggono maggiori benefici quanto più il percorso è ricco di curve... in particolare se sono strette. Il dispositivo agevola anche le partenze da fermo, poiché se le gomme iniziano a pattinare, garantisce in ogni caso la trazione finché c'è aderenza a disposizione. Questo vantaggio viene sfruttato al meglio dalle trazioni anteriori, che altrimenti risulterebbero oltremodo lente in partenza. Comunque, a prescindere dalla tipologia della vettura, è inconcepibile partecipare ad una gara d'accelerazione senza il differenziale autobloccante... a meno che lo scopo ultimo non sia quello di scavare buche nell'asfalto! Anche in frenata è utile questo dispositivo, perché gli pneumatici -fintante che c'è grip- non si bloccano e si ripartiscono la coppia che, in questo caso, non è più motrice ma frenante... Allora, c'è da innamorarsene oppure no?

Tipologie d'autobloccante
Esistono vari tipi di differenziali meccanici autobloccanti: a lamelle, Torsen ed a giunto viscoso. Recentemente ha fatto la sua comparsa nella produzione di serie anche quello interamente elettronico, che sfrutta le potenzialità del sistema ESP per convivere con un differenziale tradizionale. La strategia è quella di frenare la ruota che slitta, rallentandola e impedendo all'altra di bloccarsi; in questo modo, una quota della coppia motrice erogata dal propulsore, viene trasmessa a terra in qualche modo... ma senza l'impiego di congegni meccanici sulla trasmissione!

Il Torsen

Immagine Differenziale Torsen

Denominato anche "a distribuzione di coppia", è un autentico gioiello della meccanica per via della sua complessità. Non è un autobloccante "puro" perché si comporta in modo simile ad un differenziale classico, permettendo alle ruote di variare la velocità relativa in eguale misura... ma quando una ruota tende a pattinare, non riduce più la velocità dell'altra ed indirizza la coppia motrice sulla ruota che esprime più aderenza. Il suo peggiore difetto è l'ingombro (oltre a satelliti e planetari, è composto da numerosi ingranaggi elicoidali)
che rende il Torsen impossibile da utilizzare... dove non è previsto di serie!

Il giunto viscoso Ferguson

Immagine Giunto viscoso Ferguson

E' assai più compatto e viene impiegato spesso sulle vetture a 4 ruote motrici per la sua efficienza ed affidabilità. La sua struttura è semplice poiché collega le parti meccaniche interne per mezzo di un fluido siliconico a densità controllata. E' realizzato all'interno di un contenitore a tenuta stagna, nel quale alloggiano l'albero d'entrata e quello d'uscita non collegati tra loro. Ad ogni modo essi sono dotati di una lunga serie di lamelle, affacciate molto vicine ed immerse in un fluido speciale. Proprio quest'ultimo permette di trasmettere il moto tra le lamelle, come se fossero pressoché solidali. In realtà i due alberi possono avere solo piccoli slittamenti relativi che non possono assumere entità rilevante. Difatti il liquido siliconico, da gelatinoso in condizioni "normali", diventa sempre più denso con l'aumentare della temperatura che si genera variando la velocità relativa tra gli alberi. Quando ciò si verifica, il pattinamento di una ruota è di fatto annullato, seppure con leggero ritardo (ciò rappresenta il suo unico neo!) e il bloccaggio del differenziale si protrae fino a quando la temperatura del fluido non ritorna nella norma. Il giunto viscoso viene utilizzato spesso dai costruttori come differenziale centrale di trazioni integrali "permanenti" ma ne è stata ideata una sorta di variante che le rende "semipermanenti". Il dispositivo prende il nome di frizione Haldex(in figura):

Immagine funzionamento giunto viscoso Ferguson

e, a differenza del giunto viscoso meccanicamente autonomo, si avvale di un controllo elettronico di gestione capace di comandare a piacimento il bloccaggio tra gli alberi d'entrata e d'uscita del differenziale centrale. L'attuazione, in genere, è ottenuta per mezzo di un pistone che comprime le lamelle affacciate tra loro. Questa soluzione è utilizzata frequentemente sulle vetture del Gruppo Volkswagen nate con la trazione anteriore (le berline Audi hanno invece il Torsen), in modo da renderle 4x4 per volontà del software 4 gestione. In questo modo la motricità in condizioni di marcia normali è affidata esclusivamente all'asse anteriore ma, in caso di necessità, la frizione Haldex provvede a ripartire la coppia su ambedue gli assi; per tale ragione prende il nome improprio di semi-permanente", mentre sarebbe più corretto definirla una quattro ruote motrici "all'occorrenza"! Le vetture 4x4, possono adottare da uno a tre differenziali autobloccanti, anche di tipo diverso, piazzati sia tra le ruote] dello stesso asse, sia come ripartitori di coppia tra avantreno e retrotreno.

L'autobloccante a lamelle
II differenziale autobloccante più gettonato per l'impiego sportivo dell'auto è senza dubbio quello a lamelle: sia per l'efficacia sia per la compattezza. A differenza degli altri modelli può essere | utilizzato anche dove non è previsto di serie, perché le s dimensioni rispettano gli ingombri del normale differenziale in dotazione su tutte le auto! Questa peculiarità ne determina il successo sulle vetture da competizione derivate dalla serie e, soprattutto, sulle auto I elaborate... che spesso hanno! grandi problemi a scaricare la| potenza sull'asfalto. L'esemplare che vi presentiamo è progettato e realizzato dall'Officina Sacci I (055/8071561), specializzata in trasmissioni meccaniche per vetture d'epoca, da competizione ed ovviamente anche per quelle "hard tuning"!
Per le vetture più anziane e per quelle più moderne, con problemi d'alloggiamento (come la Fiat Seicento!), l'Azienda toscana realizza differenziali autobloccanti a "rulli di trascinamento". Questi, realizzati esclusivamente con una taratura fissa al 40%, funzionano concettualmente come quelli a lamelle, ovvero si "allargano assialmente" ma sono assai più semplici nell'architettura e compatti, poiché sprovvisti di satelliti e planetari. I mozzetti d'ancoraggio sono rappresentati da due rulli, uno ad otto e l'altro a nove alloggiamenti, al cui interno sono presenti dei nottolini che, quando la coppia sugli alberi è sbilanciata, si mettono di traverso bloccando il differenziale.

Come funziona l'autobloccante
II dispositivo illustrato in figura,

Immagine funzionamento differenziale a lamelle

è del tutto simile per forma e volume esterno al tradizionale differenziale; però, a differenza di questo, la coppia di entrata non viene trasmessa direttamente ai satelliti ma passa per i mozzetti di ancoraggio (che non sono liberi di ruotare). L'autobloccante prevede che i 4 satelliti (ingranaggi viola) possano muoversi lungo le gole inclinate dei mozzetti di ancoraggio (verde). Pertanto, quando i due alberi esterni ruotano a velocità differenti, i satelliti sono sottoposti ad una spinta laterale che li obbliga a risalire la pendenza delle gole dei mozzetti. Questi ultimi, essendo affacciati parallelamente, tendono ad allontanarsi assialmente tra loro e - annullando il piccolo "gioco" preesistente -, vanno a comprimere i pacchi di lamelle (azzurre e rosse) ai margini del congegno. In sostanza il meccanismo diviene autobloccante solo se il nucleo centrale si espande assialmente premendo sulle lamelle e ciò si verifica quando sulle ruote velocità e coppia differiscono di una certa entità. Le lamelle affacciate sono di due tipi, a denti esterni (azzurre) o a denti interni (rosse); le prime sono solidali con l'involucro esterno, mentre le seconde con i planetari.

Taratura dell'autobloccante

Tabella taratura differenziale

L'attrito all'interno del congegno è generato grazie al riporto di molibdeno che riveste le lamelle rosse; pertanto proprio agendo su di esse si può variare facilmente la taratura dell'autobloccante. Il primo metodo consiste, ove ciò è fattibile, nell'aumentare il numero delle lamelle, passando da 4 a 6 o 8 per ogni lato, in modo da facilitare il bloccaggio del dispositivo. Tuttavia, se non c'è spazio a sufficienza per aggiungere nuovi elementi, si possono disporre le lamelle di attrito diversamente (vedi figura 5). Affiancandole, come nel "caso 1" si riduce l'attrito mentre, frapponendole a quelle azzurre a denti esterni come nel "caso 2", si facilita il bloccaggio del meccanismo. Un altro metodo per agire sulla taratura consiste nel modificare l'inclinazione delle gole sui mozzetti di ancoraggio verdi. Più esse sono ripide -"caso 3"-, minore è la facilità con cui il differenziale arriva al bloccaggio. Nel "caso 4" invece, è sufficiente una modesta diversità di coppia tra entrata ed uscita, per fare in modo che i satelliti viola risalgano agevolmente le scanalature meno inclinate dei mozzetti, ottenendo così una maggiore facilità di bloccaggio del congegno. Quando si agisce sulle lamelle, nei casi 3 e 4, non si modificano le tarature nei due sensi (in frenata ed in accelerazione), mentre variare l'inclinazione delle gole dei mozzetti, permette di diversificare la percentuale di bloccaggio nella direzione in cui si esercita la coppia sulle ruote. Dal lato della frenata (verso destra sul disegno), l'inclinazione delle scanalature è sempre più ripida (in genere 30° o 40°), in modo che l'effetto autobloccante sia meno evidente. Dal fianco opposto, in trazione, solitamente l'angolo della gola è di 45° o di 60° in modo da incrementare l'efficacia dell'autobloccante in quel verso. Quest'ultima è sempre espressa in percentuale ma, per i non addetti ai lavori, è difficile comprenderne il significato. Autobloccante al 40% vuoi dire che il 30% della coppia è destinato alla ruota con minore aderenza mentre, il restante 70%, spetta a quella con maggiore aderenza. In altre parole, tra le due ruote motrici, si può instaurare una differenza di coppia pari al 40% prima che si arrivi al pattinamento di entrambe per mancanza di grip sulle gomme. Il caso estremo è rappresentato dal bloccaggio del differenziale al 100%, nel quale tutta la forza della trazione è dirottata sul pneumatico che esprime le migliori condizioni di aderenza.

Curiosità e vantaggi nella guida
Per sapere se una vettura è dotata di differenziale autobloccante, non c'è bisogno di guidarla... basta spingerla a motore spento con le ruote sterzate: si fa una fatica non indifferente, poiché le ruote non ne vogliono sapere di girare con velocità diverse! Ho verificato personalmente questa circostanza, parcheggiando a spinta la Punto HGT Gr. N del Direttore. L'operazione è difficoltosa ma si può fare, mentre con la Toyota Corolla WRC (provata sul n° 53) dotata di tre differenziali di cui due attivi, diventa quasi impossibile senza l'aiuto di qualche volenteroso! I differenziali autobloccanti offrono un grande aiuto nella guida sportiva e agonistica, seppur in modi diversi secondo il tipo di trazione. Tralasciando gli effetti sulle auto con 4 ruote motrici perché ne sono sempre dotate, passiamo alle altre. Le trazioni posteriori molto potenti -oltre 300 CV-, solitamente ne sono dotate, come pure certe spider con 140 cavalli o poco più. Per le prime il beneficio è più evidente in termini di motricità in curva ma anche la traiettoria può essere più "chiusa" ed efficace, sfruttando la tendenza al sovrasterzo del retrotreno. Quando la cavalleria è scarsa, invece, l'effetto autobloccante è di modesta entità e se ne avverte l'utilità soprattutto nelle curve più strette o in condizioni critiche d'aderenza.
Le tarature degli autobloccanti meccanici di serie sono abbastanza blande, spaziando dal 25% al 30%. Le trazioni anteriori equipaggiate di serie con il differenziale autobloccante sono rare; spesso si preferisce dotarle esclusivamente di un controllo antipattinamento elettronico che in alcun modo riesce a sortire effetti paragonabili, perché "taglia" l'erogazione del motore o "frena" una ruota! Tra le eccezioni segnaliamo la Fiat Coupé Turbo con il giunto viscoso Ferguson, e la Honda Integra Type-R con autobloccante meccanico al 25-30%.
Le auto, che di serie non lo hanno ma lo adottano in seguito per l'impiego sportivo, utilizzano tarature dalla percentuale più bassa rispetto a quelle con la trazione posteriore. Il motivo è semplice: l'asse anteriore è motrice e sterzante; ciò comporta forti reazioni sul volante sia in curva, sia sugli avvallamenti... anche in rettifìlo e, più in generale, in tutti i casi di perdita di aderenza in presenza di fondi viscidi. In caso di modeste accelerazioni laterali in curva, la ruota interna può esprimere maggiore aderenza e l'azione dell'autobloccante si avverte soprattutto in termini di resistenza nella rotazione dello sterzo o di decisi "strattonamenti". Per accelerazioni laterali maggiori (e relativi trasferimenti di carico "importanti"), la ruota interna arriva addirittura a sollevarsi da terra mentre l'altra trasmette tutta la coppia possibile. In tal caso si genera un sovrasterzo del veicolo, poiché l'intera massa della vettura fa perno sulla ruota anteriore esterna per effetto del momento generato dal braccio a terra positivo. Ovviamente, nel caso in cui si oltrepassa il limite di grip del pneumatico, il veicolo torna ad essere sottosterzante, proprio come accadrebbe con ogni altra vettura "normale"! Non esistono regole precise per determinare la percentuale di bloccaggio dell'autobloccante ma si possono dare delle indicazioni di massima relative alla tipologia di trazione ed all'impiego che se ne fa. Le trazioni posteriori dotate di Torsen arrivano al 100%, mentre con quello meccanico a lamelle si attestano su valori prossimi al 75% in pista e circa la metà o poco più per l'utilizzo stradale sportivo. Le trazioni anteriori stradali, per non avere eccessive ripercussioni sul volante utilizzano valori compresi tra 25-30%, mentre in pista adottano tarature del 50-55% di norma. Alcune vetture fanno eccezione ad esempio le Opel "tollerando" percentuali fino al 75%! Per quanto riguarda le auto da rally a trazione anteriore, che affrontano fondi più sconnessi, si utilizzano tarature del 25-35% se dispongono di poca potenza, mentre le altre arrivano al 40%... ma non oltre! Il costo di un differenzia autobloccante a lamelle by Bacci (Tel. 055/8071561) parte da 1.000,00 Euro IVA esclusa, mentre quelli a rulli di trascinamento costano meno: da 850,00 Euro in su.

Smontaggio di un differenziale autobloccante

Tutorial dello smontaggio del differenziale

Informazioni e immagini tratti dal sito:
www.Elaborare.com
Per suggerimenti, correzioni, segnalazioni:
Suggerimenti
ToRnA aLLa
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