[Tecnica] Differenziale Torsen

Geps GTC · Fino al 23/05/19:

Con la parola "trazione" ci si intende riferire alla forza che determina il movimento di un veicolo, vincendo le resistenze che vi si oppongono. La trazione di un'auto può essere anteriore, posteriore, integrale. Ognuna di queste tre diverse soluzioni ha i suoi pregi ed i suoi difetti. La trazione anteriore ha conosciuto grande diffusione grazie alla semplicità ed istintività di guida che garantisce in tutte le situazioni; la trazione posteriore, dal canto suo, è stata per lungo tempo l’unica scelta possibile quando si manifestava l'esigenza di scaricare a terra molti cavalli. E proprio in quest'ultimo caso, quale valida alternativa, si è imposta la trazione integrale permanente. Con il termine "permanente" ci si intende riferire alla particolarità che tutte le quattro ruote sono sempre pronte a dare la trazione necessaria in qualsiasi momento. All’inizio degli anni '80, la trazione integrale permanente, lanciata dai rally, trovò vasta applicazione sulle auto stradali, non più per garantire mobilità su fondi difficili (come invece nel caso delle fuoristrada 4x4), ma per assicurare l'adeguata trasmissione a terra di potenze elevate. Perché ciò avvenga occorre un sistema che permetta alle ruote di ruotare a velocità differenti una dall'altra, pur mantenendo il collegamento con il motore. Infatti, percorrendo una curva, le quattro ruote di un'auto compiono quattro traiettorie diverse con velocità di rotazione differente. Se si imponesse una velocità identica per tutte le ruote, l'auto affrontando una curva finirebbe inesorabilmente in testacoda: si avrebbe - infatti - una velocità media delle ruote non appartenente a nessuna di esse, la quale cosa provocherebbe la loro perdita di aderenza. Il vero vantaggio di una trazione integrale permanente rispetto ad una normale vettura a due ruote motrici (anteriori o posteriori che siano) è che ogni singola ruota della vettura dovrà gestire una potenza inferiore. Infatti, se la potenza è - ad esempio - di 300 cv, ogni pneumatico di una trazione integrale dovrà scaricare a terra 75 cv; con due sole ruote motrici, invece, il valore salirebbe a 150 cv per ogni ruota: ciò significherebbe impegnare gravemente lo pneumatico in aderenza longitudinale per avere trazione, a scapito dell'aderenza trasversale e quindi della tenuta di strada. Ebbene, l'unico sistema in grado di garantire la ripartizione della coppia sempre uguale e velocità di rotazione diverse è l’adozione dei tre differenziali, uno per ogni assale ed il terzo fra i due assali, in modo - appunto - da garantire velocità diverse alle singole ruote. Lo schema a tre differenziali (che costituisce lo schema classico della trazione integrale permanente) presenta però anche alcuni svantaggi, come l'impossibilità di muoversi su percorsi innevati: infatti, se una delle quattro ruote comincia a slittare, per effetto dei differenziali verrà trasferita anche alle altre tre ruote la stessa coppia della ruota che sta slittando e quindi il veicolo rimarrà fermo; per questo motivo sono stati introdotte alcune soluzioni, come i differenziali autobloccanti. Altro svantaggio è la frenata. Per avere una frenata efficace, ogni ruota deve essere in grado di rallentare per suo conto, in modo che l'ABS sia in grado di applicare l'adeguata coppia frenante in base all'aderenza della singola ruota, cosa non possibile se una ruota è collegata ad un'altra tramite un albero o un differenziale; ciò rende meno efficaci in frenata, in discesa, le trazioni integrali rispetto alle vetture con due ruote motrici. Nel corso degli anni si è assistito ad una rapida variazione ed evoluzione dello schema con tre differenziali, tramite l'utilizzo di meccanismi (anche notevolmente diversi tra loro) finalizzati a ripartire la coppia motrice fra le ruote. Ne sono un valido esempio: il giunto viscoso (utilizzato in passato per le Alfa 33 Permanent4, le Alfa 155 Q4 e le Alfa 164 Q4), il differenziale a slittamento limitato, il differenziale con diverse possibilità di bloccaggio (dall'interno, con frizione a comando idraulico, elettrico, elettronico), il differenziale Torsen, la frizione Haldex (per le integrali "on demand", cioè una due ruote motrici che quando occorre si trasforma in trazione integrale), il differenziale ad incremento della coppia sulla ruota esterna alla traiettoria, il differenziale Torsen a ripartizione di coppia. Ebbene, proprio quest'ultimo è quello che è stato utilizzato dall'Alfa Romeo quale differenziale centrale, debuttando per la prima volta sulle 156 Crosswagon Q4 e 156 Sportwagon Q4. Più precisamente, l'Alfa Romeo, per questo suo schema di trazione integrale permanente battezzato nuovamente "Q4", ha scelto un differenziale centrale autobloccante a quattro livelli di bloccaggio, il Torsen type C, conosciuto anche come "type 3" (figura 1 e figura 2), completamente meccanico, in assoluta controtendenza rispetto alle altre case costruttrici.

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FIG. 1

FIG.2

Questo differenziale ha una caratteristica inedita, quella di trasmettere costantemente - in condizioni normali - più coppia all'asse posteriore (58%) che all'asse anteriore (42%). Il bloccaggio dei differenziali esterni (anteriore e posteriore) viene invece controllato elettronicamente tramite il VDC (controllo elettronico della stabilità Alfa Romeo). Il Torsen C, per generare una coppia maggiore al retrotreno, ricorre ad un gruppo di ingranaggi epicicloidali di differente diametro (fig. 3).

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FIG.3

Essenzialmente, il differenziale centrale è costituito da un piatto portacorolla (in verde nella figura 3) attraverso il quale avviene l'ingresso del moto che è ripartito - all'asse anteriore - tramite un albero (in azzurro nella figura 3) collegato al "sole portasatelliti" (satelliti in bianco nella figura 3) e - all'asse posteriore - tramite una corona esterna (in blu nella figura 3). La maggior coppia viene ripartita al retrotreno grazie ai satelliti che creano un Delta N tra i due alberi di uscita (figura 4).

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FIG.4

Lo schema Alfa Romeo Q4, grazie al Torsen C, è in grado di variare la ripartizione della coppia in base alle fasi di utilizzo della vettura. Infatti, in fase di accelerazione circa l'80% della coppia viene inviata al retrotreno per ridurre il sottosterzo; al contrario, per evitare il sovrasterzo, in determinate condizioni la coppia inviata al retrotreno si ferma al 40%. Altra particolarità classica del Torsen è che esso, grazie agli ingranaggi elicoidali a vite senza fine, ha una funzione autobloccante: quando una delle ruote perde aderenza e inizia a pattinare, gli ingranaggi si bloccano e diventano un corpo unico, trasmettendo tutta la coppia alla ruota o all'asse aderente. Ecco, nella figura che segue, un utile quadro d'insieme.

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Fig. 5 - Nel Torsen C dell'Alfa Romeo, attraverso l'ingranaggio centrale (in rosso nel disegno) la coppia va all'asse anteriore. Attraverso la corona dentata (in giallo nel disegno) va invece al retrotreno, con un incremento di coppia. Il differenziale si blocca automaticamente grazie all'elica dei satelliti quando un asse slitta.

Il comportamento di un differenziale meccanico rimane rapido ed invariato nel tempo: per questo è stato scelto dai tecnici dell'Alfa Romeo che ritengono i sistemi gestiti elettronicamente efficaci solo a veicolo nuovo o in perfette condizioni, ma inevitabilmente soggetti a imprecisioni, ritardi e starature quando il veicolo invecchia. Basti solo pensare che la lettura dei sensori può essere influenzata da diversi fattori come, ad esempio, lo stato di usura degli pneumatici: uno pneumatico più consumato di un altro porta i sensori ad una diversa lettura della velocità di rotazione della ruota, fatto che viene recepito erroneamente dal sistema di gestione elettronica come una variazione delle condizioni di aderenza.

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