Tipos de Diferencial Explicados: Funções e Benefícios para Veículos

Existem diversos tipos de diferencial adequados a veículos específicos, pois servem para transmitir a potência do motor às rodas. Em post anterior, o diferencial foi explicado como mecanismo que transmite o torque do motor às rodas para dividir a potência, permitindo que as rodas girem em velocidades variadas.

Hoje examinaremos profundamente os diversos tipos de diferencial e seus princípios de funcionamento.

Tipos de Diferencial

Os seguintes são os diferentes tipos de diferencial encontrados em automóveis:

• Diferencial aberto
• Diferencial bloqueado
• Diferencial soldado/Spool
• Diferencial de deslizamento limitado
• Diferencial Torsen
• Diferencial ativo
• Diferencial de vetorização de torque

Vamos às explicações!

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Diferencial Aberto:

A forma básica de um diferencial aberto contém duas metades de um eixo com uma engrenagem em cada extremidade, conectadas por uma terceira engrenagem formando três lados de um quadrado. Completando o quadrado, uma quarta engrenagem é adicionada para aumentar a resistência. A resistência aumenta com a engrenagem de anel adicionada à caixa do diferencial que mantém as engrenagens centrais básicas. Esta engrenagem de anel permite que as rodas sejam alimentadas conectando o eixo de transmissão através de um pinhão.

A vantagem do diferencial aberto é permitir que o eixo faça curvas mais eficazmente, o que é alcançado pois a roda externa da curva move-se em velocidade maior que a interna, pois percorre maior distância. Outro benefício é ser relativamente barato de produzir e comum.

Desvantagens também ocorrem neste tipo, pois o torque é dividido igualmente entre ambas as rodas. Por isso, a potência transmitida às rodas é limitada pela roda com menor aderência.

Diferencial Bloqueado:

O tipo de diferencial bloqueado é frequentemente encontrado em veículos off-road. É basicamente um diferencial aberto com o efeito de bloquear o eixo no lugar, criando um eixo fixo em vez de independente. Este efeito pode ocorrer manual ou eletronicamente no veículo.

As vantagens do diferencial bloqueado são obter tração apreciavelmente maior que o diferencial aberto. Isso ocorre porque o torque não é dividido igualmente 50/50 para as rodas. Mais torque pode ser canalizado para a roda com melhor tração.

Uma das desvantagens dos diferenciais bloqueados é chamado de "binding" (travamento), ocorre quando excesso de energia rotacional (torque) acumula-se no trem de força e precisa ser liberado. Essa liberação pode acontecer quando as rodas saem do solo para resetar a posição ou simplesmente desbloqueando o eixo quando não são mais necessários.

Diferencial Soldado/Spool:

O diferencial soldado é bastante similar ao tipo bloqueado, apenas que foi permanentemente soldado de um diferencial aberto para um eixo fixo. A soldagem do eixo fixo é feita propositalmente para manter ambas as rodas girando simultaneamente. Veículos com tal diferencial são destinados ao drift.

O diferencial não é adequado para qualquer outra condição de condução, pois a solda já comprometeu a resistência do componente. Também aumenta o risco de falha catastrófica de peças, que pode resultar em engrenagens do diferencial explodindo através da carcaça.

Diferencial de Deslizamento Limitado:

Este tipo de diferencial é abreviado como LSD. Combina os benefícios do diferencial aberto e bloqueado através de um sistema mais complexo. Uma forma diferente de resistência é usada para alcançar o mesmo efeito. São categorizados em:

• LSD de embreagem mecânica
• LSD viscoso

LSD de Embreagem Mecânica

O LSD de embreagem mecânica contém o mesmo conjunto de engrenagens centrais encontrado nos diferenciais abertos com um par de anéis de pressão. Os anéis de pressão exercem força sobre dois conjuntos de placas de embreagem posicionados ao lado das engrenagens. Isso proporciona resistência à rotação independente das rodas, alterando o efeito do diferencial de aberto para bloqueado. Também proporciona maior tração.

Neste tipo, os anéis de pressão ao redor das engrenagens centrais são forçados a separar-se pelos pinos da engrenagem central. Empurram contra as superfícies angulares sob rotação e empurram os anéis de pressão contra as placas de embreagem (amarela e azul) em ambos os lados. Isso gera resistência e altera o funcionamento do eixo de aberto para efeito fixo.

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O LSD de embreagem mecânica subdivide-se em subtipos que funcionam de maneiras diferentes. Mudam quando a pressão nas placas de embreagem e anéis de pressão é exercida. Abaixo os diversos tipos:

• LSD unidirecional (One-way): a pressão é exercida apenas na desaceleração, comportando-se como tipo aberto ao fazer curvas. As rodas giram independentemente. Mas na aceleração, a rotação da embreagem do diferencial cria atrito nas placas. Isso as trava no lugar para ganhar mais tração.
• LSD bidirecional (Two-way): a pressão também é exercida nas placas de embreagem na desaceleração. Ajuda a melhorar a estabilidade na frenagem em superfícies variadas.
• LSD um e meio (One and a half way): tenta combinar benefícios dos subtipos, exercendo boa pressão na aceleração e menor na desaceleração.

LSD Viscoso:

O viscoso é o segundo tipo de diferencial de deslizamento limitado que usa um líquido espesso em substituição à embreagem para criar a resistência necessária para alterar o funcionamento do diferencial entre aberto e bloqueado. Este tipo é mais simples por ter menos peças móveis que o LSD mecânico.

O funcionamento é mais suave na aplicação, pois a resistência aumenta em uníssono com a velocidade das rodas, proporcionando aumento muito gradual. O LSD viscoso transfere torque mais eficazmente para a roda com mais tração. Isso ocorre porque o fluido atua como resistência sob velocidade. Se uma roda perde tração e gira, a diferença de velocidade entre as duas rodas dentro do diferencial cria mais resistência na roda de movimento mais lento, canalizando mais torque do eixo de transmissão para ela.

A desvantagem que limita seu uso é que o fluido aquece e torna-se menos viscoso, levando a menor resistência. Também não pode travar totalmente como o LSD mecânico, pois o fluido não consegue fornecer resistência absoluta em espaço adequado.

Diferencial Torsen:

O diferencial Torsen usa engrenagens helicoidais para produzir o mesmo efeito do diferencial de deslizamento limitado. Mas não trabalha com embreagens ou resistência de fluido. Em vez disso, uma camada de engrenagens helicoidais é adicionada a um conjunto tradicional de engrenagens de um diferencial aberto. Os conjuntos de engrenagens helicoidais atuando em cada eixo fornecem a resistência necessária para permitir a transferência de torque. Isso é alcançado pelas engrenagens helicoidais em engrenamento constante entre si através de uma engrenagem cilíndrica conectada.

O engrenamento constante entre os dois lados do diferencial ajuda na transferência imediata de torque. Isso o torna mais sensível às mudanças de condições de estrada e condução. O diferencial Torsen também é capaz de direcionar alta porcentagem de torque para uma roda dependendo da relação das engrenagens. Diferente do diferencial aberto que deve dividir seu torque igualmente entre as rodas.

No diferencial Torsen, as engrenagens podem ser usinadas de forma que diferentes relações de resistência impactem na aceleração e desaceleração, assim como o LSD um e meio. Isso é alcançado mecanicamente sem uso de eletrônica ou qualquer outra forma evasiva. O diferencial Torsen é o melhor sistema mecânico que possui todas as qualidades dos outros diferenciais listados neste post.

Diferencial Ativo:

O tipo ativo de diferencial é muito similar ao de deslizamento limitado, pois ainda emprega mecanismos. O mecanismo oferece a resistência necessária para transferir torque de um lado para outro. Embreagens são ativadas eletronicamente em vez de depender de força puramente mecânica.

Diferenciais ativos usam eletrônica para alterar artificialmente as forças mecânicas que o sistema enfrenta através das condições de condução variáveis. Por isso são controláveis e programáveis. Com sensores no veículo, um computador pode detectar automaticamente quais rodas transferir potência e quando.

Estes tipos de diferencial têm bom desempenho, especialmente em estradas ruins, e ajudam a melhorar carros que enfrentam condições de condução rapidamente variáveis. Mas será um sistema que acompanha seus ajustes contínuos ao veículo.

Diferencial de Vetorização de Torque:

O tipo de diferencial de vetorização de torque também usa sistema eletronicamente aprimorado e o utiliza para alterar o ângulo, ou vetor, do veículo. Incentiva rodas específicas a receber mais torque quando necessário, melhorando desempenho em curvas. Quando uma embreagem oposta é ativada, o que um LSD puramente mecânico normalmente engataria, pode ser usado para auxiliar na direção. Ao mesmo tempo, colocando mais potência no solo, superando deficiências do sistema LSD.

Na curva deste diferencial, um LSD multi-via exerce resistência em ambas as rodas até o eixo travar parcialmente. E também estabiliza sob frenagem, que é então liberada quando a velocidade da roda cai e o veículo entra na curva. Isso permite que as rodas girem em velocidades diferentes. Mas, em vez de liberar a resistência em ambas as rodas, um TVD continua a aplicar a embreagem apenas na roda externa. Isso aumenta a resistência experimentada pela roda e faz o sistema canalizar mais torque para ela. O desequilíbrio de potência empurra para fora, fazendo o veículo fazer curva mais fechada e reduzindo subesterço.

Quando a resistência é experimentada continuamente pela curva, conforme o veículo passa o ápice e começa a acelerar na saída, continuará a sobrescrever um LSD multi-via normal. Este novamente interpretaria a roda externa mais rápida como patinando e desviaria torque durante a aceleração para a roda interna, percebendo-a com mais aderência.

O TVD exercendo mais resistência na embreagem da roda externa, o sistema é induzido a desviar mais torque através dela. Isso é alcançado aumentando a quantidade de potência que pode ser aplicada e reduzindo o subesterço experimentado sob aceleração na saída da curva.

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Diferenciais de vetorização de torque são capazes de transmitir 100% do torque disponível através de uma única roda. Isso apenas quando necessita do torque nas circunstâncias mais extremas.

A limitação deste TVD é que é muito complicado e muito caro, sendo tipicamente usado para aplicações de corrida/pista por seu potencial de curvas em alta velocidade.

Todos os tipos de diferencial têm suas próprias vantagens e desvantagens. Espero que agora conheça os diversos tipos de diferencial. Se tiver dúvidas, pergunte via caixa de comentários e compartilhe este artigo com outros estudantes técnicos. Obrigado!