WO2009065992A1

WO2009065992A1 - Diferencial de vehículo con delizamiento limitado

Info

Publication number: WO2009065992A1
Application number: PCT/ES2008/070209
Authority: WO
Inventors: Javier Marcelo Julia
Original assignee: Cornidez, Jeronimo Lucas; Cornidez, Juan Ignacio
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US20100255946A1; AR066389A1; WO2009065992A9

Abstract

Diferencial de un vehículo, del tipo de engranajes cónicos (3,4), que dispone de medios para controlar el deslizamiento de las ruedas del vehículo acopladas en rotación a sus respectivos engranajes planetarios (3). Dichos medios comprenden al menos un pistón (10) alojado en una cavidad anular de la carcasa (2), estando dicha cavidad llena de un fluido a presión que empuja dicho pistón axialmente contra la pared transversal del planetario (3), estando intercalados entre ambos unos medios de fricción (6).

Description

" Diferencial de vehículo con delizamiento limitado "

RESEÑA DEL INVENTO

El presente invento está referido a un dispositivo de control de tracción a pistón hidroneumático del diferencial de un vehículo, haciendo posible el aumento de Ia potencia transmitida entre las ruedas derecha e izquierda del eje del diferencial, cuando estas ruedas giran a velocidades angulares diferentes y reducir así los riesgos de derrape del vehículo por falta de adherencia sobre una sola de las ruedas motrices. Comprende un método y un sistema hidroneumátíco autoblocante para controlar Ia tracción en diferencíales, permitiendo a un vehículo aplicar Ia tracción en forma homogénea y, en situaciones de diferencias de adherencia entre una y otra rueda, impedir Ia disipación de potencia mecánica debido al giro de Ia rueda con menor adherencia al terreno. Aún en circunstancias extremas de hallarse una de las ruedas girando sobre una superficie muy resbaladiza, el sistema canaliza el torque a través de Ia única rueda que presenta adherencia al terreno.

El método y el sistema tienen aplicación en vehículos de calle, competición, carga, maquinaria agrícola, vial, etc..

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Los diferencíales clásicos están constituidos generalmente, por engranajes cónicos y contenidos en un portacorona de transmisión. En un automóvil convencional, el portacorona tiene un engranaje externo solidario al mismo para recibir Ia transmisión de Ia salida de Ia caja de cambios y lleva dos engranajes planetarios y al menos uno, típicamente dos o eventualmente más engranajes satélites. Cada planetario recibe un eje (palier) correspondiendo a una de las ruedas derecha e izquierda en tanto que

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) el(los) satéüte(s) hace(n) que cada planetario reciba el mismo torque del motor, aun cuando las ruedas giren a velocidades diferentes, por ejemplo en curvas.

Si alguna de las ruedas del vehículo pierde adherencia por el estado de Ia ruta, disminuye su carga y acelera debido a que el diferencial reacciona para tratar de mantener el torque. La rueda adherida del otro lado pierde tracción ya que el diferencial trata de mantener los torques ¡guales. Lo que ocurre en realidad es que cuando una rueda empieza a girar en el aire, necesita menos torque para girar a gran velocidad, provocando Ia disminución del torque que transmite el diferencial. La otra rueda que se mantiene adherida al asfalto recibe entonces el mismo torque (dado que el diferencial siempre funciona transmitiendo el mismo torque a ambos lados) que, a causa de esta reducción, es insuficiente para traccionar sobre el asfalto y Ia rueda se detiene. Como consecuencia, el vehículo pierde toda motricidad y Ia transmisión no puede recuperarse (patina).

También nos permite poder tomar curvas sumamente cerradas sobre superficies muy adherentes como el asfalto seco como si no tuviera ningún sistema de bloqueo y manejar en barro, arena, nieve, montañas, asfalto y competición sin perder todo el torque que genera el motor, esto no se puede lograr con los dispositivos existentes a Ia fecha, ya que si el bloqueo del diferencial es muy fuerte se tracciona bien en suelos sueltos pero no se puede realizar curvas cerradas y si se libera el bloqueo del diferencial para lograr estos giros se pierde tracción ante las diferencias de adherencias entre las ruedas tractoras.

La pérdida de tracción en un vehículo puede ser evitada por un diferencial que controle el deslizamiento. Se conocen distintos tipos de bloqueos como, por ejemplo, por rampas, por engranajes, viscosos, precarga de resortes, accionados por aire, etc.. Hay también sistemas electromecánicos que detectan electrónicamente Ia carga asimétrica (aceleración unilateral) de las ruedas y activan un solenoide que controla el

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) deslizamiento, haciendo que los engranajes planetarios sean solidarios en rotación con Ia corona por el piñón. Los sistemas de bloqueo de diferencial existentes presentan una gran complejidad y/o un gran costo, demasiado para su inserción en un diferencial de un automóvil común.

Además, con los dispositivos hoy existentes no se logra un funcionamiento totalmente confiable bajo cualquier condición de rodaje. Para una buena respuesta antiderrape es necesario que el bloqueo del diferencial sea muy fuerte; en estos casos se tracciona bien en condiciones de pérdida de adherencia pero el sistema es propenso a responder de Ia misma manera al realizar curvas cerradas al detectar Ia asimetricidad de las cargas que significan las ruedas derecha e izquierda, propiciando un efecto de bloqueo que anula Ia función diferencial justamente en una situación cuando más se justifica. Este inconveniente no sólo puede ocasionar mayor desgaste en los neumáticos sino provocar pérdida de control del automóvil ya que disminuye Ia maniobrabilidad de Ia dirección del volante.

SÍNTESIS DEL INVENTO

El objetivo del presente invento es generar, de manera sencilla y económica, un efecto de bloqueo sobre el engranaje planetario correspondiente para frenar Ia rueda que se acelera repentina o anormalmente.

La presente invención permite evitar estos inconvenientes por Ia utilización de un pistón hidroneumático como medio de freno del/los planetario/s.

El término "bloqueo y/o freno" es utilizado en Ia presente descripción para definir un efecto de inmovilización de los engranajes alojados dentro del portacorona, de manera que el giro de estas ruedas conserve su tracción aunque una rueda pretenda dispararse por falta de adherencia al piso, siendo Ia rotación del portacorona Io que es

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) impartido directamente a ambas ruedas con Ia misma velocidad debido a Ia acción frenante a que están sometidos los planetarios.

Durante el funcionamiento normal, los planetarios así como el o los satélites no tendrán prácticamente ningún movimiento relativo cuando el vehículo transita en línea recta sin sobresaltos y movimiento relativo escaso cuando toma una curva o dobla en una esquina, todo ello relativo al portacorona, ya que es ésta Ia que gira a Ia velocidad necesaria para transmitir el torque a las ruedas. Pero cuando una rueda pierde Ia carga que significa Ia adherencia sobre el terreno, el diferencial seguirá intentando entregar el mismo torque cuando Ia carga que puede oponer Ia rueda ha decrecido dramáticamente, por Io cual Ia rueda intenta aumentar su velocidad rápidamente (queda "loca"). Como se reduce el torque transmitido por el diferencial pero se mantiene Ia elevada carga resistente de Ia otra rueda, debido a que sigue adherida al terreno normalmente, esta rueda se detiene ya que el torque reducido es insuficiente para traccionarla. Hasta aquí esto es en pocas palabras Io que ocurre en un diferencial normal.

El diferencial del presente invento, hay un sistema de fricción en contacto íntimo con los planetarios y el portacorona. Por Io tanto, en el diferencial del presente invento, en Ia situación de incipiente pérdida de tracción esbozada en el párrafo precedente, el planetario correspondiente a Ia rueda loca tendería a rotar más rápidamente dentro del portacorona, pero se Ie opone Ia resistencia a Ia aceleración generada por el/los pistón/es hidroneumático/s y el rozamiento generado por el contacto íntimo del sistema de fricción interpuesto entre el planetario y el portacorona. Por Io tanto, el planetario en cuestión es frenado y el torque transmitido aumenta suficientemente para mantener Ia tracción suficiente de Ia segunda rueda.

El dispositivo blocante del presente invento comprende un pistón precargado con aceite, que aloja el diferencial del vehículo. El pistón está precargado a una presión

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) determinada pero no tan elevada para impedir el funcionamiento correcto del diferencial en condiciones cinéticas (velocidad y aceleración) normales, tal como al doblar en curvas (por cerradas que sean), pero Io suficientemente elevado para producir el efecto de bloqueo cuando una rueda pierde adherencia con el terreno y empieza a girar más rápido. La presión del pistón actúa sobre las caras libres del engranaje, dado que es Ia que se encuentra contra Ia pared interna de Ia carcasa y está en contacto íntimo con el mencionado sistema de fricción, que es transmitido a los planetarios dentro del portacorona, inmovilizándolos contra Ia pared interna de este último debido al contacto íntimo mencionado previamente. El efecto frenante desacelera Ia rueda del vehículo que gira sin transmitir tracción, para asi permitir que Ia otra rueda pueda traccionar, reconstituyendo así Ia movilidad del vehículo.

Este dispositivo trabaja a Ia tracción y al frenado haciendo que, en caso de necesidad extrema, sean las dos ruedas las que se adhieren con el frenado al pavimento al mismo tiempo, no permitiendo que una sola patine.

El dispositivo descrito recién admite, sin embargo, tomar curvas sumamente cerradas, aún sobre superficies muy adherentes como el asfalto seco, como si no tuviera ningún sistema de bloqueo, es decir manteniendo a pleno Ia función diferencial, aplicando torques simétricos a ruedas con cargas asimétricas. De esta manera, permite manejar en suelos de distinto tipo, como barro, arena, nieve, montañas y asfalto, contando en cada momento con poder transmitir todo el torque disponible del motor. En virtud de estas características, el sistema también tiene utilidad en diferenciales de vehículos de tracción delantera, sin aumentar el esfuerzo para doblar las ruedas.

En Ia práctica el pistón del invento, se puede cargar desde afuera con aceite, esta ubicado dentro del portacorona, a presión normal e introducir un gas a una determinada presión para presurizar el aceite a Ia magnitud deseada, de este modo es con el gas que se controla Ia presión de precarga del pistón. La combinación de un

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) medio compresible (el gas) y otro incompresible (el aceite) permite amortiguar las variaciones de presión que se dan durante el funcionamiento, fundamentalmente por dilatación termométrica del fluido dentro del diferencial. En un día normal, Ia temperatura ambiente inicial del aceite puede estar alrededor de 20° y subir hasta 80° después de un viaje prolongado, Io que puede importar una variación de 50% de Ia presión ya que el volumen de Ia cámara y pistón es constante y estanca y los fluidos hidráulicos dilatan generalmente entre un 7 y 8%. En un automóvil de competición se midieron temperaturas en exceso de 120° a Ia conclusión de una carrera.

El gas (p.ej. nitrógeno) esta presente dentro de Ia cámara del/los pistón/es; que tiene un conducto para carga desde el exterior, y están alojados dentro del portacorona, se presenta mezclado dentro del aceite mismo, ya suma un componente de presión al aceite y este al pistón.

Se evidenciarán diversas características adicionales, objetivos y ventajas del presente invento a aquellos entendidos en Ia materia a partir de Ia siguiente descripción detallada y los dibujos que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La fig. 1 es una vista en elevación en despiece de un diferencial convencional.

La fig. 2 "A"; 2 "B" y 2 "C" son una vista en perspectiva, también en despiece, del diferencial de Ia fig. 1 adaptado según una primera realización del dispositivo de control de tracción a pistón hidroneumático del presente invento.

La fig. 3 "A" y 3 "B" son una vista con otra en perspectiva en despiece del diferencial de Ia fig. 1 , adaptado según una primera realización del dispositivo de control de tracción a pistón hidroneumático del presente invento.

La fig. 4 es una vista en perspectiva en despiece del separador 9 con una división 12 en Ia cámara 11

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La fig. 5 es una vista en perspectiva en despiece del separador 9 sin división en Ia cámara 11

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

El invento puede ser aplicado a diferenciales existentes como el ilustrado en Ia fig. 1 , con el cual viene de fábrica el Ford Ranger. Este modelo comprende una carcasa en una sola parte, a saber: un portacorona 1y 2 (en nuestro ejemplo con caja de diferencial dividida) y cuyo interior aloja un par de engranajes planetarios 3 enfrentados uno a otro. Cada planetario 3 está provisto internamente con estrías longitudinales para acoplar un extremo de palier que transmite potencia a una rueda izquierda o derecha respectiva (que no se ¡lustran). El portacorona 1 y 2 aloja, además, un par de engranajes satélites 4 enfrentados uno a otro, montados en el mismo portacorona 1 y 2 por medio de respectivos pernos 5. Los cuatro engranajes 3-4 están en planos perpendiculares, engranando planetarios 3 con satélites 4 de Ia manera conocida y convencional.

Todo el conjunto 1-2-3-4 da vueltas a Ia velocidad de las ruedas cuando ésta es pareja en ambas ruedas por desplazarse el vehículo en línea recta, en tanto que 1os cuatro engranajes están prácticamente sin movimiento relativo al portacorona 1 y 2. Al tomar el vehículo una curva, Ia rueda exterior tendrá un recorrido mayor que Ia interior, de manera que ambos planetarios 3 tienen que rotar a velocidades diferentes para que las ruedas del vehículo mantengan Ia misma velocidad de traslación, diferencia que es compensada por los satélites 4 que rotan a velocidad lenta alrededor de sus pernos 5.

El problema que soluciona el presente invento se presenta cuando alguna de las ruedas pierde adherencia y acapara todo el par o torque disponible, que es excesiva frente a Ia poca carga que opone Ia rueda loca, perdiendo toda tracción Ia rueda

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) contraria (es decir Ia "buena") a pesar de mantenerse adherida firmemente sobre el asfalto o terreno, como está explicado anteriormente.

Acorde con una realización del presente invento ilustrado en Ia Fig.2 "A"; 2 "B"; 2 "C"; 3 "A" y 3 "B", se realiza en el interior de Ia carcasa 2 en una cavidad o recinto cerrado 11. En Ia parte de Ia tapa de Ia carcasa 2 se coloca un pico 8 por medio del cual se ingresa aceite (o fluido hidráulico) a presión ambiente, esta ranura se tapa con el pistón 10 y el sello 7, terminando cuando se juntan Ia carcasa 1 y 2. Previamente, se colocan respectivas arandelas de fricción 6 hermanadas con cada planetario 3, para que presionen contra Ia carcasa 1-2 cuando aumenta Ia presión del pistón 10, frenando dicho engranaje.

Una parte del volumen de Ia ranura 11 es ocupado por gas de nitrógeno, el cual cumple Ia doble función de presurizar el aceite y servir de amortiguador para compensar variaciones de Ia presión ante variaciones termométricas propias del funcionamiento del diferencial.

En Ia realización alternativa de Ia fig.2 "A"; 2 "B"; 2 "C"; 3 "A" y 3 "B", el nitrógeno es inyectado a través del mismo pico 8 que el aceite, con el cual se mezcla dentro de Ia cámara sellada 11 tapado por el pistón 10 y los sellos 7, formando una mezcla presurizada.

También es cambiable Ia ubicación del pistón 10, Ia cavidad 11 , el sello 7 y el pico de carga 8 como se ve en Ia figura 4 y 5 donde tenemos los pistones 10 insertados en el separador 9 que presiona Ia arandela 6 contra Ia cabeza del planetario 3 logrando el efecto frenante. Los pernos 5 son roscados y cada uno de ellos contiene el pico de carga 8. El separador 9 puede estar dividido en 2 compartimientos estancos por una división 12 dejando independientes los pistones 10, como se ve en Ia Fig. 4 y/o no tener esta separación 12 como se ve en Ia Fig. 5

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Si bien se ha descrito el invento con referencia a una realización preferida, debe entenderse que no es intención limitar el invento a Ia misma. El invento es aplicable a vehículos automotores tanto de poca como de mucha potencia, adecuándose los parámetros de presión a cada caso en particular. Se reconoce que aquellos entendidos en Ia material podrán apreciar que pueden practicarse ciertas sustituciones, alteraciones, modificaciones y omisiones sin apartarse del espíritu o intención del invento. Por Io tanto, Ia descripción precedente es a título ilustrativo únicamente, teniéndose que el invento incluyo todo equivalente razonable al objeto del invento, y sin limitar el alcance del invento.

HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un método de control de tracción a pistón hidroneumático que se monta en un vehículo para transmitir potencia a ruedas del vehículo, incluyendo el diferencial un portacorona (1 y 2) destinado a recibir potencia y torque y provisto de al menos un engranaje satélite (4) acoplado con al menos dos engranajes planetarios (3) destinados a transmitir potencia a dichas ruedas, caracterizado por utilizar uno o mas pistones hidroneumáticos realizando presión sobre los planetarios de modo de resistir que cualquiera de dichos engranajes planetarios adquiera una aceleración o velocidad excesiva ante una pérdida importante de Ia carga de Ia rueda vinculada a dicho engranaje planetario, de manera de bloquear el diferencial para que ambos engranajes planetarios roten sustancialmente a Ia misma velocidad.

2. El método de control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicha aceleración o velocidad excesiva es sustancialmente mayor que Ia del engranaje planetario relativo al portacorona cuando el vehículo dobla normalmente por una curva cerrada.

3. El método de control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el medio presurizado comprende un líquido (inclusive grasas) lubricante con el cual se llena a presión Ia cavidad 11 que contiene el pistón 10 que provoca el freno.

4. El método de control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 3, caracterizado porque se aplica una presión en el intervalo de 32 a 41 Ibs/pulg. al líquido.

5. El método de control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque se presuriza el líquido por medio de un gas.

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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

6. El método de control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 5, caracterizado porque el gas es nitrógeno.

7. Un diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático para las ruedas de un vehículo, incluyendo el diferencial un portacorona (1 y 2) destinado a recibir potencia y torque y provisto de al menos un engranaje satélite (4) acoplado con al menos dos engranajes planetarios (3) destinados a transmitir potencia a dichas ruedas, caracterizado porque dichos engranajes planetarios se encuentran separados entre si por un separador macizo 9 y están acoplados a un dispositivo de fricción (6) oprimidos por uno o mas pistones 10 que contienen un líquido presurizado capaz de ejercer una presión blocante que solicita dichos planetarios contra dichos dispositivos de fricción y estos contra las carcasa 1 y 2, para frenar un aumento de velocidad o aceleración indicativa de incipiente pérdida de tracción en una de dichas ruedas, de manera de bloquear el diferencial para que ambos engranajes planetarios roten sustancialmente a Ia misma velocidad.

8. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 7, caracterizado porque el o los pistón/es se encuentra/n dentro del portacorona.

9. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 7, caracterizado porque el líquido es aceite o fluido hidráulico (inclusive grasas).

10. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 7; 8 ó 9, caracterizado porque el líquido está presurizado por un gas.

11. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 10, caracterizado porque el gas es nitrógeno.

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12. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación

11 , caracterizado porque el gas está contenido dentro del pistón (10; 7 y 11) ubicado dentro del portacorona (1y2).

13. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación

12, caracterizado porque Ia unidad separadora 9 puede ser una sola pieza maciza.

14. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación 11 , caracterizado porque el gas está mezclado a presión en dicho líquido.

15. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de Ia reivindicación

13, caracterizado porque Ia pieza separadora de planetarios 9 puede ser intercambiada por otra que contenga dos pistones 10 que hagan presión sobre Ia cabeza de los planetarios 3.

16. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de alguna reivindicación 7 a 15, caracterizado porque el líquido de los pistones está presurizado en el intervalo de 32 a 41 Ibs/pulg.

17. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de alguna reivindicación 7 a 16, caracterizado porque el dispositivo de fricción comprende respectivas arandelas frenantes (6) interpuestas entre cada engranaje planetario y Ia pared interna del portacorona y en contacto rozante con ambos.

18. El diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de alguna reivindicación 7 a 17, caracterizado porque el dispositivo de fricción comprende las respectivas arandelas frenantes 6 interpuestas entre cada engranaje planetario y Ia pared interna del portacorona y en contacto rozante con ambos sumado a esto el separador 9 que contiene 2 arandelas frenantes 6 que actúan

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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) en la cabeza del planetario 3 presionados todos, por los pistones del separador 9.

19. Uso de un diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de alguna reivindicación 7 a 18 en un vehículo automotor de calle o carga.

20. Uso de un diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de alguna reivindicación 7 a 18 en un automóvil de competición.

21. Uso de un diferencial con control de tracción a pistón hidroneumático de alguna reivindicación 7 a 18 en una máquina agrícola o vial.

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