En autonoción.com buscamos siempre temas que os resulten curiosos, interesantes, divertidos y prácticos. Por esta razón os proponemos diferentes sagas de artículos referidos a temas mecánicos como funcionamiento de componentes, qué averías son las más comunes por dejadez, o qué tipos de averías suelen tener ciertos elementos importantes de nuestros motores.
En esta ocasión vamos a tratar un tema relacionado con la serie de artículos de ¿cómo funciona tal o cual? En relación con esto os vamos a hablar sobre los diferenciales Haldex y Torsen. Para que no os suenen a chino estos nombres, comentaremos que son, para que sirven, cómo funcionan, en que modelos los podemos encontrar y qué diferencia hay entre ellos.
Antes de todo, ¿Qué es un diferencial?
El diferencial es un elemento que permite que, en el momento el vehículo está tomando una curva, sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin deslizamiento sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorren un espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas.
El diferencial reparte el esfuerzo de giro de la transmisión entre los semiejes de cada rueda actuando como un mecanismo de balanza; es decir, haciendo repercutir sobre una de las dos ruedas el par, las vueltas o los ángulos de giro que pierda la otra.
Diferenciales Haldex
Desde que este sistema fue patentado originalmente por el ingeniero sueco Sigvar Johansson en 1.998, Haldex ha utilizado esta patente para el desarrollo de sus productos , introduciendo en ese mismo año su primer sistema inteligente de tracción integral, concretamente la primera generación del Haldex de acoplamiento de deslizamiento limitado o con sus siglas en inglés LSC (Limited Slip Coupling).
Haldex ha desarrollado 5 generaciones de su sistema de tracción, las cuales vamos a tratar en este artículo de la mejor forma posible para que no os sea muy pesado.
El sistema Haldex es un conjunto de embragues multidisco en baño de aceite que son los responsables de transmitirnos el par necesario a las ruedas posteriores, junto con los demás elementos de la parte mecánica. Para poder transmitir el par, el conjunto del diferencial se compone de tres elementos principales para su funcionamiento:
- Parte mecánica
- Parte hidráulica
- Parte electrónica
Su parte mecánica es la responsable de transmitir el par de tracción que nos viene a través del árbol de transmisión cardan al diferencial trasero mediante un embrague multidisco. Dicha parte mecánica a su vez se compone de los siguientes elementos, los cuales explicaremos su funcionamiento de forma resumida y comentaremos de cuantas partes se compone cada parte:
El árbol de entrada
Es el eje que transmite el par al embrague, siendo todas sus piezas solidarias y girando a la misma velocidad (representado en azul). Éste árbol está formado por:
- El eje con brida para el árbol cardán,
- La carcasa portadiscos de embrague
- Rodillos
El árbol de salida
Representado por los elementos en rojo, constituye el segundo conjunto compacto del sistema mecánico, y se compone de:
- El disco de levas
- Y el piñón de ataque
El conjunto multidisco
Está compuesto de los siguientes elementos
- Los discos de embrague (en azul),
- Los discos metálicos (en rojo)
- Y un disco prensaembragues.
El dentado de los discos de embrague encaja en el nervado interior de la carcasa portadiscos. Y el de los discos metálicos, en el nervado del árbol de salida.
Los émbolos anulares
Se apoyan en los rodillos, y no giran tan sólo tienen posibilidad de movimientos axiales y se dividen en:
- Dos émbolos de elevación (en la figura sólo aparece uno)
- Y un émbolo de trabajo
Su parte hidráulica se compone de las siguientes partes:
- Bomba hidráulica: responsable de generar una presión inicial. Utiliza el aceite recogido en la carcasa del embrague enviándolo a los émbolos de elevación, haciéndolo pasar previamente por el filtro.
- Válvula reguladora de presión: es la encargada de regular y mantener la presión en el émbolo de trabajo. De esta forma logramos transmitir diferentes magnitudes de par motriz al eje posterior.
- Acumulador: mantiene y estabiliza la presión generada por la bomba hidráulica.
- Filtro de aceite
- Válvulas auxiliares: consisten en un entramado de válvulas imprescindibles para el buen funcionamiento del sistema, y son:
- una válvula limitadora de presión,
- dos válvulas de admisión
- y dos válvulas de presión.
Una serie de conductos completan el circuito hidráulico y permiten que el aceite llegue a todas las válvulas y émbolos.
El circuito hidráulico trabaja con dos tipos de presiones. La diferencia de presión depende del componente que la genere y la función a desempeñar. Por lo que encontramos las siguientes presiones de trabajo:
La presión previa: es aquella originada por la electrobomba de aceite y neutraliza las holguras.
La presión de trabajo: es creada por los émbolos de elevación para comprimir el conjunto multidisco. Su magnitud varía desde un valor nulo hasta un máximo.
En cuanto a su parte electrónica el sistema de embrague Haldex utiliza tanto sensores exclusivos para la tracción total como de otras gestiones, concretamente de la gestión de motor y de la gestión de frenos.
Señales
Las señales utilizadas por la unidad de control Haldex llegan a través de dos vías:
- directamente del sensor
- A través de señales CAN-Bus de las unidades de control del motor y del ABS.
El funcionamiento de la unidad de control Haldex, trabaja analizando las señales de los sensores para reconocer las condiciones en que circula el vehículo. Una vez analizados los parámetros, calcula el par motriz necesario en el eje posterior y generar la presión previa y el posterior control de la presión de trabajo por medio de los actuadores.
La presión de trabajo comprime el conjunto multidisco en mayor o menor medida, en función de la lectura y análisis de los parámetros recogidos por los sensores, modificando el resbalamiento de los embragues y variar el par motriz en el eje posterior, para conseguir la mejor tracción.
Resumiendo un poco todo lo comentado hasta ahora. El conjunto lo podemos ver como una bomba hidráulica en la que el alojamiento y un pistón anular están conectados a un eje y un actuador de pistón está conectado a otro eje.
Los dos árboles están conectados mediante el conjunto de embrague multidisco húmedo, normalmente descargada y transfiriendo así no par entre los ejes.
Cuando ambos ejes están girando a la misma velocidad, no hay ninguna acción de bombeo. Cuando se produce una diferencia de velocidad, el bombeo se inicia inmediatamente para generar flujo de aceite. Es una bomba de pistón, por lo que hay una reacción virtualmente instantánea sin ninguna pérdida de bombeo a baja velocidad.
El aceite fluye hasta un pistón de embrague, comprimiendo el paquete de embrague y frenando la diferencia de velocidad entre los ejes, mediante esta diferencia de velocidad vamos aumentando el par en el eje. Una vez ajustado el par correspondiente, el aceite retorna al depósito mediante una válvula de control que ajusta la presión del aceite y la fuerza sobre el paquete del embrague.
Activación y sistema
El sistema Haldex en su generación I y II basa todos los sistemas de transmisión a la rueda son reactivos. Esto quiere decir que el acoplamiento de los embragues se activa después de que se detecte un deslizamiento, por pequeño que sea, de las ruedas. Cuando el sistema detecta estas pérdidas de tracción, su reacción es muy rápida y sólo se necesita 1/4 de una vuelta de la rueda para que se conecte el conjunto. Mediante la gestión electrónica podemos aumentar o disminuir la presión del aceite, dependiendo de las condiciones de la conducción, tal y como hemos comentado más arriba.
Por ejemplo, en condiciones normales (conducción a la velocidad constante), la distribución de par es 90/10 entre ambos ejes, mientras que, en el momento en que el embrague está bloqueado, el par se distribuye hasta un 50/50 entre los ejes.
Como hemos dicho un poco más arriba, los embragues Haldex Generación I y II, basa su funcionamiento en un sistema reactivo para sus sistemas de transmisión a la rueda, es decir, que el acoplamiento de los embragues, se realiza después de que se detecte un patinado de las ruedas.
Nuevas generaciones
En sus siguientes generaciones, se introduce la capacidad de pre-tensado de los embragues hidráulicos (PreX ™). Además, en estas generaciones su funcionamiento pasa de ser reactivo a proactivo. Esto quiere decir que, a través de la gestión electrónica del conjunto, podemos pretensar los embragues antes de que se produzca un patinamiento, lo que nos va a garantizar tracción en cada todas y cada una de las ruedas.
Por ejemplo, cuando circulamos en línea recta, con buena adherencia y a velocidad constante, a las ruedas traseras les llega entre un 5 y un 10 por ciento de la fuerza total. El reparto de fuerza es variable independientemente de las circunstancias, llegando a ser solidarias las ruedas traseras con las delanteras.
Por ejemplo, si salimos línea recta y la rueda delantera derecha pisa una superficie deslizante que hace actuar al control de tracción, el sistema Haldex modifica el reparto de fuerza en las ruedas traseras antes de que lleguen a pasar por esa misma superficie. En este caso enviará hasta un 80% del par a la rueda que sí tiene adherencia.
Diferencial Torsen
Su nombre procede de las palabras inglesas Torque Sensitive (sensible al par. Este sistema fue inventado por Vernon Gleasman y fabricado por el Gleason Corporation. Se trata de diferencial central autoblocante que regula la potencia entre los ejes delantero y trasero de acuerdo con la demanda. Responde en función de la variación de las fuerzas de rotación entre los ejes de entrada y de salida (eje delantero y trasero).
Esto permite una distribución variable de par motor entre los ejes. En un diferencial Torsen, los dos engranajes de salida están conectados entre sí por engranajes helicoidales, en vez de acoplamientos de embragues. Limitan velocidades de rotación alta diferenciales, pero aún así equilibrar las velocidades en las curvas.
Virtudes y funcionamiento
Su principal virtud es que puede transmitir, durante el trazado de una curva, más par a la rueda que menos gira, en contraposición al resto de diferenciales, mientras que su principal desventaja es que, en el momento que no se detecta ningún par en uno de los ejes, el diferencial no se bloquea. El sistema Torsen no es capaz de transferir 100% del par de torsión a uno de los ejes. En la vida real esto significa que cuando un solo eje pierde tracción, por ejemplo con hielo, el coche no es capaz de moverse.
En cualquier tipo de diferencial autoblocante, ya sea convencional o viscoso, el reparto de fuerza entre los dos semiejes se realiza en proporción a su velocidad de giro, pero el diferencial Torsen puede repartir la fuerza del motor a cada semieje en función de la resistencia que oponga cada rueda al giro, del mismo modo que permite que la rueda interior en una curva gire menos que la exterior, aunque esta última reciba menos par.
Su funcionamiento se basa en la combinación de una serie de engranajes convencionales y helicoidales. En concreto, se utilizan tres pares de ruedas helicoidales que engranan a través de dientes rectos situados en sus extremos y situados sobre unos engranajes helicoidales que son los que le transfieren el movimiento a estos. La disminución o aumento de la fricción se produce ya que las ruedas helicoidales funcionan como un mecanismo de tornillo sinfín.
El punto de contacto entre los dientes se desplaza sobre una línea recta a lo largo del propio diente helicoidal del engranaje sinfin, lo que supone unir al movimiento de giro de las ruedas un movimiento de deslizamiento que supone fricción. El tarado de la resistencia se determina precisamente por el ángulo de la hélice de estas ruedas helicoidales
Si lo comparamos con un diferencial convencional, en un Torsen se sustituyen los satélites convencionales por tres pares de engranajes helicoidales, engranados dos a dos por piñones de dientes rectos en sus extremos. Los planetarios en este caso son tornillos sin fin, con los cuales engrana cada uno de los engranajes helicoidales, tal y como podemos ver en la siguiente imagen.
En curva los satélites giran sobre sus ejes acelerándose uno y frenándose otro para permitir que las ruedas giren a diferente velocidad. Si se genera el deslizamiento de una rueda los satélites helicoidales no pueden hacer girar más rápido al planetario dada la disposición de tornillo sin fin. Cuando se produce un deslizamiento, , la reacción de uno con respecto al otro impide el giro del planetario cuando hay deslizamiento ya que estos están de dos en dos dentro del conjunto.
El tarado a partir de cual manda el par a la rueda que tiene mejor agarre se determina con el ángulo de la hélice helicoidal. Esto nos permite, disponer siempre del máximo par en la rueda que más agarre tiene, sin tener que llegar a que se produzca un deslizamiento en la rueda de menor agarre, y que este propicie el blocaje del diferencial.
Como resultado, obtenemos un mejor comportamiento sin pérdidas de tracción en ninguna rueda, siempre y cuando haya capacidad de transmitir, lo que favorece las aceleraciones y evita derivas que tengan que ser controladas. Actualmente se están empleando estos sistemas de tracción total con tecnología híbrida, tal y como podemos ver en la siguiente imagen.
Los diferenciales traseros autoblocantes tipo Torsen y similares no solo actúan en aceleración sino que también lo hacen en las reducciones de velocidad. En este caso ocurre lo mismo que en aceleración, el diferencial aporta más par de frenado dependiendo que rueda tenga más agarre. Es una característica inherente al diferencial Torsen.
Mencionar que estos diferenciales se ajustan de forma que cuando el reparto de par a uno u otro lado llega a un cierto límite el diferencial se bloquea por completo. Dicho porcentaje de bloqueo (lo que llamamos tarado del diferencial) suele ser distinto para aceleración y retención.
Dentro de los autoblocantes Torsen, encontramos 3 variantes dependiendo de su constitución interna. Estos los denominamos T-1, T-2 y T-3.
La versión T-1, el sistema utiliza un cruce de engranajes helicoidales para aumentar la fricción interna. El tipo I se pueden diseñar para relaciones de par más alta que la de tipo II, este sistema es más brusco, y es más propenso al ruido, además de mayores vibraciones y mayor dureza. Este tipo, debido a su constitución requiere una configuración e instalación más precisa.
La versión T2 del diferencial Torsen, difiere con respecto al T1 en la posición de los engranajes satélites que están encima de las ruedas, ya que en vez de estar cruzados están paralelos. El funcionamiento es exactamente el mismo. Sobre la base de este T2, existe una versión para modelos de competición llamado T2-R (RaceMaster).
El modelo T3 cambia su composición interna, pasando de utilizar engranajes helicoidales y de dientes rectos a usar un sistema planetario (imagen posterior). La particularidad de esta versión es que el reparto de par nominal no es 50/50 como pasa en las otras versiones.
Para que quede un poco más claro todo lo que os hemos comentado, vamos a hacer una tabla resumen con las diferencias entre estos dos tipos de diferencial autoblocantes.
Ventajas y desventajas diferenciales Haldex y Torsen
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Ventajas |
Desventajas |
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Haldex |
Tracción regulable en las ruedas traseras.Transmisión de un elevado par, hasta 3.200 Nm sobre el eje trasero.Reacción rápida en el reparto del par motriz entre ejes
Conducción confortable Es totalmente combinable con las funciones de los sistemas electrónicos. Posibilita la conducción con la rueda de emergencia. Permite el remolcado del vehículo con un eje levantado.
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Tracción no permanente.Necesidad de electrónica para su gestión.Necesita modificación del eje posterior.
Modificación del sistema de combustible. |
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Torsen |
Rápida respuesta de actuación.Tracción permanente en la 4 ruedas.No interviene en el funcionamiento del ABS
Reparto preciso del par a las ruedas |
Sistema muy caro.Los vehículos que lo equipan no pueden ser arrastrados.Sistema muy rígido.
No es compatible con electrónica, debido a su concepción mecánica. |
