Blocco differenziale, il principio di funzionamento

Il blocco differenziale è un sistema che utilizza un comando per attivare o disattivare a piacimento il bloccaggio del differenziale, limitando il funzionamento di quest’ultimo. Questo sistema è spesso utilizzato sui veicoli fuoristrada per migliorare le prestazioni in condizioni di guida impegnative, come passaggi in twist, ecc, evitando il pattinamento di una ruota e consentendo il trasferimento di tutta la coppia disponibile spostandone percentualmente il peso sulla ruota con più aderenza.

Il differenziale di un veicolo è un componente meccanico che permette alle ruote di girare a velocità diverse, fondamentale durante le curve dove la ruota interna percorre una distanza minore rispetto alla ruota esterna. Senza un differenziale, le ruote sarebbero forzate a girare alla stessa velocità, causando lo slittamento delle stesse, usura eccessiva e rotture meccaniche.

Il differenziale è composto da un insieme di ingranaggi (satelliti e planetari) che trasmettono lo stesso valore di coppia (50%-50%) ad entrambe le ruote e consentono alle stesse di girare a velocità diverse quando necessario. Tuttavia, in condizioni di scarsa aderenza, come su ghiaccio o fango (ad esempio con una coppia all’albero di trasmissione di 100 Nm), in presenza di una delle due ruote con aderenza inferiore, questa può iniziare a slittare (es. situazione in cui riesce a scaricare solo 20 Nm di coppia), girando più velocemente rispetto all’altra, con conseguente perdita di trazione e arresto del veicolo. Con il differenziale libero, viene trasferita a terra una coppia massima complessiva che è di valore doppio (su 2 ruote trazionate) di quella della ruota con aderenza più bassa, quindi 20+20= 40 Nm.

I blocchi dei differenziali sono dispositivi utili, vitali in alcune situazioni, per i fuoristrada, in quanto migliorano la trazione e la possibilità di superare terreni accidentati; inoltre servono per non stressare tutta la catena cinematica evitando inutili pattinamenti con il differenziale libero nel caso si verifichi una perdita di aderenza su una ruota. La ruota priva di grip slitterebbe, riducendo i valori di coppia trasferibili a terra. Per questo, nei 4×4, vengono utilizzati differenziali bloccabili.

Blocco del differenziale a comando meccanico, pneumatico, elettronico

Il bloccaggio di un differenziale può essere comandato attraverso 3 modalità, meccanicamente, con aria compressa (pneumatico) o elettricamente.

Blocco differenziale meccanico: questo tipo di blocco differenziale è il più diffuso ed è controllato manualmente dall’operatore del veicolo. Un esempio di questo tipo di blocco è quello utilizzato per bloccare il differenziale centrale. Quando è attivato impedisce agli assi anteriori e posteriori di girare a velocità diverse, forzandoli a ruotare alla stessa velocità, distribuendo la coppia sull’assale con maggiore trazione.

Blocco differenziale pneumatico: questo tipo impiega un sistema pneumatico per attivare e disattivare il blocco. È dotato di un compressore d’aria, solitamente dedicato esclusivamente al suo funzionamento, che una volta alimentato mette in pressione il circuito che consentirà, quando richiesto, all’attuatore l’inserimento del blocco del differenziale.

Blocco differenziale elettronico: questo tipo di blocco è controllato elettricamente attraverso una centralina elettronica, la quale può variare il valore del blocco che può essere anche parziale limitando lo slittamento tra i due assi. È in grado di adattarsi istantaneamente alle condizioni di guida e offre un ottimo equilibrio tra trazione e maneggevolezza.

Funzionamento del bloccaggio di un differenziale

Quando una delle due ruote di un’auto con differenziale tradizionale “libero” si trova sul ghiaccio e l’altra su asfalto è la classica situazione in cui ci sono problemi di trazione, mentre con il bloccaggio del differenziale il veicolo avanza tranquillamente.

Vediamo due esempi con differenziale “libero” funzionante e differenziale bloccato.

Differenziale libero: con un differenziale tradizionale aperto, la coppia viene distribuita equamente tra le due ruote che hanno lo stesso grip a terra (50-50). Se una ruota ha minore aderenza (es. su ghiaccio o fango) e l’altra buona, la ruota su superficie con bassa aderenza tenderà a slittare ed a girare liberamente perché ha una resistenza al rotolamento molto minore rispetto alla ruota con aderenza. Poiché il differenziale distribuisce la coppia in maniera equa, il valore massimo della coppia che si riesce a trasferire a terra da entrambe le ruote è data dalla somma della coppia della ruota con aderenza inferiore (esempio 20 Nm) moltiplicato per 2: 20 Nm + 20 Nm = 40 Nm.

Blocco del differenziale: se il veicolo è dotato di un blocco del differenziale, attivando il blocco si costringono entrambe le ruote a ruotare alla stessa velocità ed il trasferimento della coppia massima è dato dalla somma delle coppie massime trasmissibile dalle 2 ruote. Anche se una ruota è sul fango (coppia massima 20 Nm) e l’altra su terreno con aderenza massima (coppia massima trasferibile 500 Nm), la ruota con aderenza maggiore riceverà quasi una coppia maggiore e l’insieme potrà garantire il movimento del veicolo (esempio ruota destra 20 Nm, ruota SX 500 Nm, la coppia inviata dall’albero di trasmissione di 100 Nm sarà 20 Nm sulla ruota destra e 80 Nm su quella sinistra).

In presenza di un differenziale libero ed in assenza di un blocco del differenziale o di sistemi di controllo della trazione avanzati, una ruota che si trova su una superficie con aderenza zero può impedire al veicolo di muoversi, nonostante l’altra ruota sia su una superficie aderente. Questo è un limite ben noto dei differenziali tradizionali aperti.

Come funziona il blocco differenziale meccanico comandato pneumaticamente (Air Locker ARB)

ll blocco differenziale ARB con comando pneumatico impiega un compressore che rilascia la pressione necessaria per azionare la ghiera interna, che ha il compito di rendere solidale con la scatola del differenziale satelliti e planetari. L’accensione del compressore è automatica e serve per mantenere sempre costante la pressione necessaria per inserire il blocco differenziale. Gli interruttori, fissabili sul cruscotto, permettono di mettere in funzione e disattivare il bloccaggio.

L’inserimento può avvenire anche con il veicolo in marcia, ma se ne consiglia l’inserimento a velocità ridotta con ruote dritte o meglio a veicolo fermo. Quando il dispositivo viene disattivato, l’aria compressa fuoriesce dall’elettrovalvola e delle piccole molle aprono l’anello di sicurezza, liberando così il differenziale nuovamente libero.

Ecco come funziona un blocco differenziale in video.

In sintesi, un blocco differenziale pneumatico offre al conducente la capacità di bloccare il differenziale per migliorare la trazione in determinate situazioni, utilizzando l’aria compressa come mezzo di attivazione.

Sotto un esploso di un blocco differenziale con legenda sui singoli componenti.

Semiassi rinforzati necessari con i blocchi?

Quando si utilizzano i blocchi sui differenziali bisogna rivedere il dimensionamento dei semiassi: con il differenziale libero i semiassi sono chiamati a sostenere un massimo del 50% della coppia trasmessa dall’albero di trasmissione (esempio coppia 500 Nm, arriva ad ogni semiasse 250 Nm), mentre con il differenziale bloccato ed in una situazione estrema, al singolo semiasse arriva anche il doppio fino a 500 Nm. Tra i fuoristrada che soffrono di più sui semiassi con i blocchi ci sono i vecchi Land Rover Defender, mentre sono già ben dimensionati quelli di molti altri come Nissan Patrol GR, Toyota Land Cruiser, ecc.

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