Diferencial, o que é? Como funciona?

Em Dicionário de acessórios automotivos por André M. Coelho

Como a maioria das coisas nos automóveis modernos, a simples peça de engrenagem conhecida como diferencial viu constante aperfeiçoamento e experimentação – levando a uma variedade de tipos, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Entender seu funcionamento, tipos, e possíveis defeitos pode ajudar a prevenir e detectar problemas no seu veículo.

O que é diferencial?

O conceito do diferencial é permitir que rodas montadas no mesmo eixo girem independentemente umas das outras, e é um projeto antigo, com o primeiro exemplo conhecido de seu uso registrado na China durante o primeiro milênio aC. Embora isso tenha ocorrido muito antes da invenção do automóvel, carrinhos, carroças e carruagens ainda sofriam do mesmo problema de uma roda escorregar ou arrastar nas curvas, aumentando o desgaste e danificando as estradas. O advento dos motores que impulsionam as rodas para propulsionar um veículo, em vez de apenas arrastá-los através do cavalo, acrescentou um novo problema a ser superado – como permitir uma rotação independente e, ao mesmo tempo, poder alimentar ambas as rodas. Os primeiros automóveis não se incomodaram em tentar, eles simplesmente acionavam apenas uma roda em um eixo independente. Mas isso estava longe de ser ideal, pois significava que eles não tinham potência suficiente e enfrentavam problemas freqüentes de tração em algo que não fosse solo firme e nivelado. Eventualmente, isso levou ao desenvolvimento do diferencial aberto antes que outros tipos mais complicados fossem desenvolvidos para superar condições de condução mais complexas.

Diferencial aberto

Um diferencial em sua forma mais básica compreende duas metades de um eixo com uma engrenagem em cada extremidade, conectadas juntas por uma terceira engrenagem formando três lados de um quadrado. Isso geralmente é complementado por uma quarta marcha para maior resistência, completando o quadrado. Esta unidade básica é então aumentada ainda mais por uma engrenagem anelar que é adicionada à caixa do diferencial que segura as engrenagens de núcleo básicas – e esta engrenagem de anel permite que as rodas sejam acionadas conectando-se ao eixo de acionamento através de um pinhão. Esse arranjo de engrenagens compõe o diferencial de tipo aberto e é o tipo mais comum de diferencial automotivo do qual derivam os sistemas mais complicados. O benefício deste tipo é principalmente limitado à função básica de qualquer diferencial como descrito anteriormente, concentrando-se principalmente em permitir que o eixo encoste de forma mais eficaz, permitindo que a roda na parte externa da curva se mova a uma velocidade mais rápida que a roda interna. cobre mais terreno. Também se beneficia de seu design básico ser relativamente barato de produzir. A desvantagem deste tipo é que, como o torque é dividido igualmente entre as duas rodas, a quantidade de potência que pode ser transmitida através das rodas é limitada pela roda com a menor quantidade de aderência. Uma vez atingido o limite de tração de ambas as rodas, a roda com a menor quantidade de tração começará a girar – reduzindo ainda mais esse limite, pois há ainda menos resistência da roda já girando.

Diferencial bloqueado

O diferencial bloqueado é uma variante encontrada em alguns veículos, principalmente aqueles que saem da estrada. É essencialmente um diferencial aberto com a capacidade de ser bloqueado no lugar para criar um eixo fixo em vez de um independente. Isso pode acontecer manualmente ou eletronicamente, dependendo da tecnologia do veículo. O benefício de um diferencial bloqueado é que ele pode ganhar uma quantidade consideravelmente maior de tração do que um diferencial aberto. Como o torque não é igualmente dividido 50/50, ele pode canalizar mais torque para a roda que tem melhor tração – e não é limitado pela menor tração da outra roda em um dado momento. Como é improvável que você esteja viajando em alta velocidade e em geral esteja viajando em terrenos irregulares, a questão de arraste e desgaste de pneus em torno de curvas em um eixo fixo é um problema menor. Uma desvantagem de diferenciais bloqueados é chamada de ligação, que ocorre quando o excesso de energia rotacional (torque) é construído dentro do trem de acionamento e precisa ser liberado – normalmente alcançado pelas rodas que saem do solo para redefinir a posição. Ou simplesmente liberando as travas quando elas não forem mais necessárias. Imagine um longo tubo de papelão preso em cada extremidade e depois torcendo o tubo em direções opostas até o ponto em que o tubo não suportaria mais a força e as dobras e as lágrimas – isso é obrigatório. Isso acontece porque as rodas estão se movendo a velocidades diferentes, o que distorce os eixos e aumenta a pressão nas engrenagens – mas a carga nas rodas e sua maior tração são suficientes para evitar que os pneus deslizem para liberar a pressão.

Diferencial soldado

Os diferenciais soldados são essencialmente os mesmos que um diferencial bloqueado, somente ele foi permanentemente soldado de um diferencial aberto em um eixo fixo (também conhecido como diferencial de carretel). Isso geralmente é feito apenas em circunstâncias específicas, onde as características do eixo bloqueado, que torna mais fácil manter as duas rodas girando simultaneamente, são desejáveis - por exemplo, em carros destinados à tração. Normalmente não é recomendado, já que o calor da soldagem pode comprometer a força dos componentes e aumentar o risco de falha catastrófica de peças – potencialmente resultando em engrenagens diferenciais quebradas explodindo através do revestimento do diferencial e representando um risco para outros usuários e pedestres.

Diferencial de deslizamento limitado

O trabalho deste para combinar os benefícios dos diferenciais Aberto e Bloquado através de um sistema mais complicado. Existem duas categorias que usam diferentes formas de resistência para obter o mesmo efeito: Diferencial de deslizamento limitado de embreagem mecânica Este tipo de diferencial envolve a mesma engrenagem central vista no diferencial aberto com um par de anéis de pressão, que exercem força em dois conjuntos de placas de embreagem posicionadas ao lado das engrenagens. Isso proporciona resistência à rotação independente das rodas, alterando o efeito do diferencial de aberto para bloqueado – e proporcionando a tração aumentada que esse tipo beneficia de um diferencial aberto. Os anéis de pressão ao redor das engrenagens do núcleo forçados a afastar-se pelos pinos de engrenagem centrais que empurram contra as superfícies anguladas sob rotação. Esse movimento empurra os anéis de pressão para os conjuntos de embreagem em ambos os lados, gerando resistência e alterando o comportamento do eixo de um tipo de efeito aberto para um fixo. Os diferenciais de embreagem mecânica também são divididos em subtipos que se comportam de maneiras ligeiramente diferentes e se alteram quando a pressão nas chapas da embreagem e nos anéis de pressão é exercida: Em um diferencial unidirecional, a pressão é exercida apenas sob aceleração. Isso significa que, quando em curva e fora da potência, o diferencial se comporta como um tipo aberto, permitindo que girem independentemente – mas sob aceleração a rotação forçada do diferencial cria atrito nas placas da embreagem, travando-as no lugar para ganhar mais tração. Um diferencial de dois sentidos dá um passo adiante e exerce pressão sobre as placas de embreagem também sob desaceleração, em um esforço para melhorar a estabilidade durante a frenagem em superfícies de estrada variáveis. O primeiro e meio caminho novamente tenta combinar o melhor de ambos os subtipos, exercendo uma quantidade maior de pressão sob aceleração e menor quantidade sob desaceleração. A desvantagem dos diferenciais mecânicos é que eles exigem manutenção regular para se manterem operacionais e são propensos a se desgastarem completamente, tornando a substituição de peças caras. Diferencial de deslizamento limitado viscoso O segundo tipo de diferencial de deslizamento limitado, eles usam um líquido espesso no lugar de embreagens para criar a resistência necessária para alterar o comportamento dos diferenciais entre aberto e travado. Devido a ter menos partes móveis do que um mecânico, os modelos viscosos são mais simples, mas também têm uma faixa mais ampla de vantagens e desvantagens em comparação. Em sua operação básica, o efeito é mais suave na aplicação do que os diferenciais mecânicos, já que a resistência se constrói em uníssono com a velocidade com que as rodas estão viajando em comparação com o caso diferencial – proporcionando um aumento muito gradual. Os diferenciais viscosos também são capazes de direcionar o torque com mais eficiência para a roda que tem mais tração. Como o fluido atua com resistência sob velocidade, se uma roda perder a tração e a diferença de velocidade entre as duas rodas dentro do diferencial criar mais resistência na roda mais lenta – canalizando mais torque do eixo de acionamento para ela. Diferenciais viscosos tornam-se menos eficazes com o uso prolongado, como o fluido aquece torna-se menos viscose e fornece menos resistência. Ele também não pode travar tão completamente quanto um diferencial mecânico devido a um fluido ser incapaz de fornecer resistência absoluta dentro de um espaço adequado. Uma desvantagem dos diferenciais mecânicos e viscosos é que o sistema nem sempre canaliza o torque com eficiência durante curvas de alta velocidade, pois ele pode interpretar a roda externa mais rápida em movimento como perda de tração. Em seguida, ele direciona o torque para a roda interna, gerando um excesso / subviragem no momento oposto a quando é necessário.

Um diferencial de carro serve para entregar o torque do motor para as rodas da maneira a fazer as rodas se moverem. (Foto: Carfax)

Diferencial Torsen

O diferencial Torsen (Torque – Sensing) emprega o uso de alguma engrenagem inteligente para produzir o mesmo efeito que um Diferencial de Deslizamento limitado sem a necessidade de embreagens ou resistência a fluidos. Ele consegue isso adicionando uma camada de engrenagem helicoidal à engrenagem tradicional de um diferencial aberto. Esses conjuntos de engrenagens helicoidais atuando em cada eixo fornecem a resistência necessária para permitir a transferência de torque, o que, em seguida, consegue com as engrenagens helicoidais em malha constante entre si por meio de engrenagens retas conectadas. A malha constante entre os dois lados do diferencial tem o benefício adicional de transferir o torque imediatamente, tornando-o extremamente sensível às mudanças nas condições da estrada e da direção. Enquanto um diferencial aberto sempre precisa dividir o torque dividido em 50/50 entre cada roda, o diferencial Torsen é capaz de direcionar uma porcentagem maior de torque através de uma roda, dependendo das relações das engrenagens. Isso elimina a limitação de potência que os diferenciais abertos sofrem porque a quantidade de torque disponível não está sendo limitada pela quantidade de tração nas duas rodas. Além disso, a engrenagem também pode ser usinada de modo a conferir uma relação diferente de resistência ao acelerar e desacelerar da mesma forma que um diferencial de deslizamento limitado de um e meio. Tudo isso obtido mecanicamente, sem o uso de componentes eletrônicos ou qualquer forma de peça perecível sendo sacrificada por fricção, e em geral o diferencial Torsen é o sistema mecânico superior que combina os benefícios primários de todos os tipos diferenciais anteriores listados.

Diferencial ativo

Muito parecido com um diferencial de deslizamento limitado, o diferencial ativo ainda emprega mecanismos para fornecer a resistência necessária para transferir o torque de um lado para outro – mas, em vez de confiar na força puramente mecânica, essas embreagens podem ser ativadas eletronicamente. O diferencial ativo pode usar componentes eletrônicos para alterar artificialmente as forças mecânicas que o sistema está experimentando por meio de mudanças nas condições de direção. Isso os torna controláveis e, portanto, programáveis, e empregando uma variedade de sensores em todo o veículo, um computador pode detectar automaticamente quais rodas direcionam a energia para e quando. Isso melhora drasticamente o desempenho, especialmente em superfícies de estrada imperfeitas, e é particularmente favorecido por pilotos de rally cujos carros resistem a mudanças rápidas nas condições de direção e precisam de um sistema que possa acompanhar seus ajustes contínuos ao veículo.

Diferencial de vetor de torque

Este diferencial leva esse sistema aprimorado eletronicamente ainda mais usando-o para manipular o ângulo, ou vetor, do veículo dentro e fora das curvas, incentivando rodas específicas a receber mais torque em momentos-chave – melhorando o desempenho nas curvas. Ao ativar a embreagem oposta ao que um diferencial de deslizamento limitado puramente mecanicamente acionado normalmente acionaria, você pode usar o efeito para auxiliar na direção e, ao mesmo tempo, diminuir a potência, superando as deficiências do sistema. Na entrada para a curva, um diferencial de múltiplas vias exerce resistência a ambas as rodas para bloquear pelo menos parcialmente o eixo e estabilizá-lo durante a frenagem – que é então liberado quando a velocidade da roda cai e o veículo gira, permitindo que as rodas girem velocidades diferentes. No entanto, em vez de liberar a resistência em ambas as rodas, o diferencial de vetor de torque continua a ativar a embreagem somente na roda externa – aumentando a resistência da roda e fazendo com que o sistema canalize mais torque através dela. Este desequilíbrio de poder para o exterior encoraja o veículo a se tornar mais afiado e a reduzir a subviragem. Continuando a aplicar essa resistência através do canto, à medida que o veículo ultrapassa o ápice e começa a acelerar, ele continuará a ultrapassar um diferencial de vias múltiplas normal – o que interpretaria novamente a roda externa mais rápida como escorregando e desviar o torque durante a aceleração para o roda interior, que percebe como tendo mais aderência. Com o diferencial vetor de torque exercendo mais resistência sobre a embreagem de rodas externas, ele engana o sistema para desviar mais torque através dele – aumentando a quantidade de potência que pode ser aplicada e reduzindo a subviragem experimentada sob aceleração em um canto. Este modelo é capaz de canalizar 100% do torque disponível através de uma única roda, quando necessário, na mais extrema das circunstâncias. A desvantagem do sistema é que ele é muito complicado e muito caro, e normalmente usado apenas para aplicações de corrida / pista devido ao seu potencial de alta velocidade nas curvas.

Qual o melhor tipo de diferencial?

Cada sistema possui benefícios e desvantagens e, embora os sistemas mais complicados sejam geralmente superiores, eles têm um custo associado que excede em muito os sistemas mais simples. Tal como acontece com tudo automotivo, quanto benefício você vai ganhar de cada sistema se resume ao que exatamente você estará fazendo com seu veículo e o que você precisa do seu diferencial para ser capaz de fazer. Você não terá muita necessidade de um Diferencial de Vetor de Torque ao visitar o supermercado local, a menos que você se imagine no próximo campeonato de rally – mas você pode querer um Diferencial de Bloqueio se morar em um local rural melhor acessado por um veículo off-road.

Problema no diferencial: como identificar?

Seja qual for o tipo de configuração diferencial que você tem, você quer que ele esteja funcionando corretamente. Aqui estão alguns dos sintomas mais comuns de um diferencial deficiente: 1. Serviço vencido Como todos os componentes do seu veículo, seu diferencial precisa de manutenção periódica. A principal etapa de manutenção é substituir o óleo do diferencial de acordo com a recomendação do fabricante. Para entender seus requisitos e frequência de manutenção diferencial, consulte o manual do proprietário. 2. Vazamento de Óleo do Diferencial A olho nu, o diferencial / óleo de engrenagem será semelhante ao óleo de motor comum se estiver vazando pela parte inferior do veículo. No entanto, um bom indicador é descobrir de onde os vazamentos estão vindo. Se o vazamento estiver diretamente embaixo de um de seus eixos (especialmente o que corresponde ao sistema de tração dianteira ou traseira), existe uma boa chance de vazamento diferencial e você vai querer que isso seja consertado o mais rápido possível para evitar danos nas rodas, eixos, transmissão ou transmissão. 3. Ruídos estranhos Um diferencial em falha geralmente produz barulhos de zunido alto ou, às vezes, chocalhar. Toda vez que você ouve um barulho estranho vindo do seu veículo, você deve obtê-lo verificado por um especialista em reparação de automóveis. Pode ser qualquer número de problemas, incluindo o diferencial. 4. Vibrações Sentir vibrações incomuns durante a condução é outro indicador comum de um problema diferencial. No entanto, assim como ruídos estranhos ou cheiros, pode ser um sinal de muitos problemas automotivos diferentes que valem a pena serem vistos por um mecânico profissional. 5. Cheiros incomuns Quando o óleo diferencial vai mal, vai começar a engrossar e queimar. Por sua vez, pode fazer com que as engrenagens internas e outros componentes se amontoem ou quebrem. Se você notar um forte cheiro de óleo em chamas, leve-o ao seu mecânico. Você pode ser devido apenas para uma troca de óleo regular ou pode ser o óleo diferencial se deteriorando. https://youtu.be/cw5Judofbc8 Estes são apenas alguns sinais de problemas diferenciais que você pode procurar. Se você acha que pode ter um problema no diferencial ou qualquer outro tipo de problema de transmissão, embreagem ou transmissão, ligue para seu mecânico e agende um diagnóstico. Dúvidas? Deixem nos comentários suas perguntas e iremos ajudar!

Sobre o autor

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

Veja também