Il differenziale autobloccante è il sofisticato compromesso tra il differenziale aperto e quello bloccato, ideale per abbinare alte prestazioni e sicurezza alla guida.
In ambito automobilistico, il differenziale è una componente meccanica del sistema di trasmissione. La sua funzione primaria è quella di distribuire la coppia motrice sulle due ruote motrici appartenenti al medesimo asse.
In virtù della sua ‘posizione’, il differenziale svolge un ruolo molto importante ai fini del comportamento della vettura in quelle situazioni che implicano una possibile perdita di aderenza (fondo stradale sconnesso e curve). Esso, infatti, consente alle ruote di uno stesso assiale di avere differenti regimi di rotazione. Ciò è molto importante, specie quando il veicolo deve affrontare un tratto di strada in curva. Il motivo è semplice: durante la percorrenza di una curva, le ruote esterne girano ad una velocità superiore (anche di poco) rispetto a quelle interne, dal momento che devono percorrere una traiettoria più ampia nello stesso lasso di tempo. Il differenziale consente appunto di ‘differenziare’ (e da qui il nome) la velocità di rotazione e in tal modo si evita – o si limita – il rischio di slittamento.
La meccanica di base del differenziale auto
Il moderno meccanismo differenziale è stato brevettato agli inizi del diciannovesimo secolo per i meccanismi ad orologeria e solo successivamente è stato applicato alle macchine motrici. Da allora, la tecnologia ha fatto passi da gigante, permettendo di perfezionare il meccanismo e di renderlo sempre più sofisticato. Ad oggi, infatti, esistono numerosi tipi di differenziale ma il principio di base resta lo stesso. Vediamo in breve di cosa si tratta.
Nella sua forma più semplice, il differenziale è costituito da una piccola castellatura (o da una gabbia portasatelliti) che unisce i due semiassi. Al suo interno si trova una coppia di planetari su cui fanno presa i due satelliti vincolati ai semiassi. Questa disposizione degli ingranaggi consente al differenziale di trasmettere il moto longitudinale prodotto dall’albero motore ai due semiassi, trasformandolo nel moto latitudinale che permette la rotazione delle ruote motrici.
Il differenziale aperto o ‘open’
Si tratta di un tipo di differenziale (detto anche ‘libero’) particolarmente diffuso su diversi tipi di automobile, siano esse a trazione anteriore o posteriore. Il differenziale open permette di distribuire sempre in maniera equa la coppia motrice ai due semiassi e di ottenere una variazione del regime rotatorio in curva. Presenta, ovviamente, sia vantaggi che svantaggi: da un lato non crea scompensi, né in fase di trazione né in fase di rilascio; dall’altro, penalizza di molto la vettura in termini di capacità di trazione, e per questo non risulta essere una soluzione particolarmente adatta alle auto dalla guida sportiva o concepite per la competizione agonistica.
Il differenziale aperto, infatti, agisce in questo modo: quando una delle due ruote motrici perde aderenza, per ripristinare una soluzione di equilibrio, tende a distribuire una coppia motrice quasi nulla ai due semiassi dal momento che non è più in grado di operare una equa ripartizione della coppia. In tal modo, la ruota che ha conservato l’aderenza perde velocità mentre l’altra aumenta la propria velocità. Il perdurare di queste condizioni può portare all’arresto completo della ruota che ha mantenuto il maggiore grado di aderenza al terreno.
Il differenziale chiuso o ‘blocked’
Il differenziale bloccato (tipico, ad esempio, dei kart) verte su di un principio completamente diverso e – naturalmente – sortisce anche effetti diametralmente opposti. Questo tipo di differenziale, infatti, favorisce di molto le prestazioni della vettura, aumentandone la capacità di trazione; la distribuzione della coppia è piuttosto variabile e questo va a scapito delle capacità prestazionali in curva dal momento che le due ruote dello stesso asse non riescono a percorrere la curva come dovrebbero, ossia a velocità diverse. Il rischio, però, è quello che la vettura vada sottosterzo.
Il differenziale autobloccante
Il differenziale autobloccante è, in buona sostanza, una via di mezzo tra un differenziale aperto ed uno bloccato. Si basa sul presupposto di combinare gli aspetti positivi di entrambi e di ottenere cioè una distribuzione non simmetrica della coppia motrice che permetta alle ruote di affrontare nella maniera migliore le situazione in cui l’aderenza al fondo stradale o al terreno non è ottimale.
In presenza di questo tipo di differenziale, la ruota motrice che perde aderenza o slitta viene bloccata, così che la coppia motrice venga indirizzata in misura maggiore sulla ruota che ha più aderenza. Questo risultato viene ottenuto attraverso l’incremento della coppia di attrito all’interno del differenziale: ciò aumenta la differenza tra le due coppie trasferite ai semiassi e ‘premia’ la ruota con maggiore aderenza.
Tipologie di differenziali autobloccanti
Esistono svariati tipi di differenziali autobloccanti; di seguito, vediamo quali sono:
- Limited Slip Differential (differenziale autobloccante a slittamento limitato): un sistema di frenatura (viscoso o a frizione) aumenta la coppia di attrito interna. I planetari all’interno della gabbia del differenziale non sono bloccati, ma sono collegati ad un pacco dischi frizione. Se le due ruote girano alla stessa velocità, il differenziale si comporta allo stesso modo di uno ‘open’; nel caso contrario, invece, i dischi iniziano a girare e producono un effetto frenante che modula la distribuzione della coppia.
- Il differenziale a giunto viscoso (o differenziale Ferguson): il principio è, di base, lo stesso del differenziale LSD; la sostanziale differenza è la presenta di un giunto viscoso in luogo dei dischi frizione. Il giunto si definisce ‘viscoso’ perché al suo interno si trovano una serie di ingranaggi immersi in un liquido viscoso che aumenta di densità all’aumentare della temperatura. Pertanto, quando uno dei due planetari inizia a girare più velocemente, il liquido diventa più denso e incrementa l’attrito e può arrivare a provocare persino un blocco tra i due alberi. Questo tipo di differenziale consente di sfruttare in maniera ottimale la trazione integrale ma al contempo non previeni gli slittamenti ma riesce soltanto a limitarne gli effetti.
- Il differenziale Torsen. È sensibile alla coppia e non alla velocità. Il funzionamento di questo tipo di differenziale si fonda sul principio della ‘vite senza fine’ per cui la trasmissione dell’energia è più facile in un verso che nell’altro. Questo sistema consente alla due ruote di variare la propria velocità ma in maniera direttamente proporzionale; quando una ruota aumenta di velocità (come in procinto di slittare), il sistema si blocca e indirizza la coppia sulla ruota che ha conservato l’aderenza. Generalmente, il Torsen viene adottato su vetture a trazione integrale.
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