Funcionamento do diferencial e a sua importância

Hoje vai-se explicar o funcionamento de um componente mecânico muito útil na utilização de um veículo de 4 rodas - o diferencial. O correto estado deste componente pode comprometer, em muitos casos, a progressão de um veículo em TT, daí existirem formas de contornar a sua utilização - o bloqueio de diferencial.

Funcionamento do diferencial

Quando um veículo perfaz uma curva, as rodas que vão no lado de dentro da curva necessitam de dar menos voltas do que as vão no exterior. Isto deve-se ao facto de, na verdade, serem feitos dois círculos paralelos de raio diferente, como 2 carris de comboio imaginários. 

Nos primeiros automóveis, que circulavam a velocidades muito baixas, a transmissão era feita apenas a uma roda. 

Assim, quando os veículos começaram a ter tração em 2 rodas, adotou-se a invenção de 1827 de 

Onésiphore Pecqueur - o diferencial. 

Este permitiu que as rodas tivessem diferentes rotações quando se encontram em curva, dando grande estabilidade ao veículo. Quem já experimentou uma moto4 desportiva, com eixo rígido atrás, sabe que a traseira foge bastante em curva. Isso deve-se à rotação ser igual em ambas as rodas.

Mas como se consegue este efeito?

O video seguinte (da autoria da Chevrolet em 1937) mostra que o funcionamento do diferencial é tão simples, que faz jus ao princípio da parcimónia, no seu melhor.

Após observarmos o video ficamos a ver que existem basicamente 5 peças fundamentais, que são acionadas pelo veio de trasmissão (ou cardan) do veículo. Este último é o responsável pela transmissão da potência do motor para os semi-eixos através do diferencial. As 5 peças de que falámos são as seguintes: roda de coroa, caixa do diferencial, planetárias, satélites e pinhão. A imagem seguinte mostra a forma como os movimentos destes componentes se relacionam.

Como se pode ver, em linha reta e com tração ideal, a roda de coroa faz girar todos os elementos do diferencial à mesma velocidade. Quando o veículo inicia uma curva, em que a roda interior necessita de rodar a uma velocidade menor, os satélites passam a rodar em torno do seu eixo, permitindo assim que os planetários girem a diferentes velocidades.

Bloqueio de diferencial

Como vimos anteriormente, o correto funcionamento do diferencial é de vital importância para que haja segurança em curva. No entanto, é fácil imaginar que este funcionamento poderá criar grandes dificuldades quando a tração de uma das rodas se perde.

O que acontece é que, ao perder tração numa das rodas, apenas a roda sem tração irá rodar, mantendo o veículo imóvel. O mesmo acontecerá se uma roda ficar no ar. 

Para solucionar estas dificuldades, alguns veículo TT são equipados com bloqueios de diferencial. Este é um sistema que anula o efeito do diferencial, ou seja, mantém ambas as rodas com o mesmo binário.

Existem 2 formas de bloqueio do diferencial: bloqueios acionados manualmente e bloqueios automáticos (os chamados autoblocantes).

Bloqueios manuais

Por bloqueios manuais entendam-se aqueles que necessitam da ação do homem para funcionar, ou seja, é necessário que se ative o seu funcionamento. Dentro deste tipo de equipamentos, existem diferentes formas de bloquear o diferencial. Vamos apresentar algumas:

ARB Locker

O ARB Locker permite o melhor de dois mundos, ou seja, permite que, em asfalto, o bloqueio se encontre desligado e assim o efeito diferencial já aconteça. Desta forma consegue-se um bom comportamento em curva, aumentando a segurança e evitando o desgaste prematuro dos componentes.
Por outro lado, em Todo-o-terreno, possui um compressor que faz atuar o bloqueio por força do ar comprimido e de um sistema de molas, funcionando assim como um bloqueio a 100% (como o Detroit Locker).

Tem a desvantagem de ser necessário estar completamente parado para se poder acionar, o que pode representar que já se está atolado quando se consegue ligar o bloqueio.

KAM Locker

O KAM Locker tem um princípio de funcionamento idêntico ao ARB, ou seja, também é acionado de forma manual a partir do interior do veículo, no entanto a forma de funcionamento é completamente diferente, pois utiliza a força eletromagnética para criar o efeito de bloqueio.

Como se pode ver na imagem, uma corrente elétrica de 45A ativa a bobina do solenóide, que faz deslizar o gancho de fixação, de forma a que este bloqueie o diferencial. A força da mola é, após este primeiro passo, suportada por uma corrente elétrica de 0,5A, que mantém o gancho bloqueado. 

O processo de bloqueio, segundo este sistema, demora apenas 0,4 segundos, embora o veículo também necessite de estar parado.

Este sistema oferece a possibilidade de adicionar um componente de nome LSD (Limited Slip Diff), que vai fazer com que permite equilibrar automaticamente a rotação das rodas, sem necessidade de ligar qualquer sistema. Desta forma consegue-se que, em condução em estrada ou Todo-o-terreno mais ligeiro, o efeito diferencial possa ser mantido, mas ao mesmo tempo, em situações de perda de tração o sistema atue e limite a sobre rotação de uma roda em relação à outra. 

Maxi drive

Este sistema também é acionado a partir do interior do veículo, no entanto, utiliza um sistema de vácuo para bloquear o diferencial. O fabricante reclama um acionamento mais silencioso e uma maior durabilidade, já que não tem o efeito de condensação que poderá existir no ARB Locker.

Bloqueios automáticos (Autoblocantes)

Este tipo de bloqueios estão concebidos para detetar automaticamente a perda de aderência de uma das rodas, atuando em conformidade de forma a reduzir esse efeito. Neste caso não é necessária qualque ação humana, sendo todo o processo realizado de forma automática e sem necessidade de paragem.

Detroit Locker

Este tipo de bloqueio retira o efeito de diferencial quase por completo, mantendo as rodas a girar em simultâneo em quase todas as situações, o que faz com que seja bastante eficaz em todo-o-terreno. No entanto, em asfalto, não permite o efeito diferencial, causando grande esforço aos eixos e desgastando bastante os pneus. A baixa velocidade já consegue ter algum efeito diferencial, de forma a permitir as manobras com o veículo.

Começam também agora a aparecer novas versões deste bloqueio, aumentando o efeito diferencial e permitindo uma utilização mais agradável no asfalto.

Diferencial do tipo Ferguson

Este tipo de diferencial dispõe de discos de fricção que controlam automaticamente as diferentes velocidades de rotação das rodas. Até certo ponto funciona como um diferencial normal, no entanto, quando uma roda patina mais do que um valor pré-determinado, atua o travão dos discos dos discos de fricção, conferindo maior binário à roda que gira menos.
Relembremos agora a imagem referente ao diferencial clássico, tentando perceber que, neste caso, quando uma roda patina e o diferencial tende a entregar-lhe mais potência, o mecanismo autoblocante deteta o aumento de velocidade de rotação no suporte dos satélites em relação a um dos planetários, o que obriga a entrar em funcionamento a embraiagem de discos correspondente a esse planetário. Dessa forma, a embraiagem atua como um travão sobre o planetário, anulando o efeito do diferencial e trazendo às rodas motrizes o mesmo binário.

Diferencial do tipo Torsen

Este diferencial mantém um controlo permanente da rotação entre as rodas, não surgindo o se efeito apenas quando a roda patina (como no sistema Ferguson). Este sistema conta com 3 pares de parafusos sem fim, acoplados entre si, que fazem com que, quando o veículo roda normalmente, estes rodem solidários. Ao perfazer uma curva, estes comportam-se como um diferencial normal. No entanto, quando uma das rodas perde tração, estes levam-nas a rodar novamente solidárias, de acordo com a taxa de torque com que são fabricadas.

Sistemas eletrónicos

Existem veículos equipados com sistemas eletrónicos que tentam cumprir a função do bloqueio do diferencial. O que estes sistemas fazem, de uma forma simplificada, é a leitura da tração em cada uma das rodas e, em caso de perda de tração numa delas, atuam a travagem a essa roda o que leva o diferencial a transferir binário para a outra. Em todo-o-terreno podem ser muito imprevisíveis.

Fontes:

http://fr.wikipedia.org/wiki/On%C3%A9siphore_Pecqueur

http://f1visaotecnica.wordpress.com/2011/07/22/como-funciona-um-diferencial/
http://www.terraemania.com/tt/landrover/diferencial.html
http://caraipora2.tripod.com/diferencial_.htm

http://www.planetaoffroad.com/p03o.htm
http://nosmauscaminhos.forumeiros.net/t169-bloqueios-diferencial-arb-vs-detroit-vs-kam
http://www.jeepclubehorizontina.com.br/?pg=desc-dicas&id=145
http://www.summitracing.com/search/brand/detroit-locker

http://www.arbusa.com/Getting-Started/So-Whats-the-Diff.aspx
Vários, 1997, "4X4 Aventura Todo-o-terreno", Temas e Debates
http://auto.howstuffworks.com/differential6.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Diferencial_autoblocante
http://www.aficionadosalamecanica.net/diferencial-autoblocante.htm