Il giunto viscoso è un componente meccanico cruciale nelle trasmissioni di molte autovetture, in particolare quelle a trazione integrale. Conosciuto anche come giunto Ferguson o giunto viscostatico, svolge un ruolo fondamentale nella gestione della potenza tra gli alberi, permettendo slittamenti relativi controllati e garantendo una maggiore motricità in condizioni di scarsa aderenza. Questo articolo esplora in dettaglio il suo principio di funzionamento, le sue applicazioni, come viene testato e i problemi comuni che possono insorgere.
Che cos'è il Giunto Viscoso e a Cosa Serve?
Il giunto viscoso è un dispositivo meccanico che connette due alberi in rotazione in modo non rigido. La sua funzione principale è quella di collegare due alberi pur lasciandoli liberi di avere piccoli slittamenti relativi, in modo che possano ruotare a velocità leggermente differenti. Questo componente è costituito da una scatola riempita con uno speciale liquido siliconico e da pacchetti di lamelle metalliche. Le lamelle sono molto vicine tra loro e sono collegate alternativamente all'albero d'entrata e a quello d'uscita.
Normalmente, gli impieghi del giunto viscoso sono due:
- Come organo aggiuntivo per differenziali autobloccanti: sia su trasmissioni 2WD che 4WD, migliora la trazione su uno stesso asse.
- Come elemento ausiliario nelle trasmissioni integrali non permanenti: consente di trasferire coppia motrice all'asse non primario solo quando necessario.
Il giunto viscoso è utilizzato come sistema automatico di bloccaggio del differenziale o anche in sostituzione del differenziale centrale in alcune vetture con trazione integrale ad inserimento automatico, come la VW "Syncro", Porsche, Ford, Lamborghini e Subaru. Le vetture dotate di trazione integrale con giunto viscoso di collegamento tra gli assi devono avere un sistema che lo scollega in caso di frenata, dove l'indipendenza di rotazione delle ruote è essenziale per un corretto funzionamento dell'impianto, sia esso con o senza ABS.
Viene a volte impiegato anche per il collegamento della ventola di raffreddamento del radiatore al motore, anche se ultimamente si preferiscono elettroventilatori per questa funzione.
Principi di Funzionamento del Giunto Viscoso
Il cuore del giunto viscoso è il suo liquido siliconico, che ha la proprietà di diventare gelatinoso e sempre più denso man mano che la sua temperatura aumenta. Questa caratteristica viene utilizzata per limitare, fino a impedire del tutto, lo slittamento reciproco fra due serie di dischi metallici che si fronteggiano a brevissima distanza.
Funzionamento in Condizioni Normali
In presenza di velocità di rotazione sincrona (o comunque simile) tra i due alberi, le varie lamelle ruotano quasi alla stessa velocità e quindi sono quasi ferme tra loro. Il fluido, di solito a base siliconica, mantiene una temperatura bassa (ambientale più qualche grado) e quindi una certa fluidità che consente di non legare meccanicamente le due serie di lamelle e quindi i due alberi in rotazione. Questo permette ai due alberi di ruotare a velocità leggermente differenti, compensando le variazioni naturali che si verificano, ad esempio, in curva.
Funzionamento in Condizioni di Slittamento
In presenza di scorrimento, quindi di velocità asincrona tra i due alberi, le lamelle iniziano a "sfregare" attraverso il fluido. Questo sfregamento provoca un repentino aumento della temperatura del fluido e, di conseguenza, della sua viscosità. Il liquido diventa più denso, quasi gelatinoso, creando un momentaneo blocco meccanico tra le due serie di lamelle e, di conseguenza, tra i due alberi in presa. Questo trasferimento di coppia è ciò che permette al veicolo di superare situazioni di scarsa aderenza.
Nel momento in cui il differenziale di velocità si riduce drasticamente o si annulla, il fluido torna a temperature più basse e quindi ad essere più "liquido", consentendo un certo grado di scorrevolezza tra le lamelle alternate e connesse ai due alberi. I due alberi sono nuovamente svincolati tra loro e gestiti dal normale funzionamento del differenziale, questo fino ad un'eventuale nuova perdita di aderenza di una delle due ruote, caso nel quale il ciclo si ripete.
Differenziale autobloccante viscoso - Spiegazione
Impiego del Giunto Viscoso nelle Trasmissioni
Come Differenziale Autobloccante
Per ottenere una maggiore motricità su uno stesso asse, su alcuni veicoli sono installati differenziali a blocco controllato oppure autobloccanti. Quelli di secondo tipo possono impiegare un giunto viscoso collegato tra i due semiassi.
In caso di normale moto durante le curve, il differenziale consente di compensare la differenza di velocità di rotazione tra la ruota interna alla curva (velocità più bassa) e la ruota esterna alla curva (velocità più alta). Un eventuale giunto viscoso collegato tra i due assi lascerebbe praticamente svincolati i due alberi in normali condizioni di marcia.
In caso di pattinamento di una ruota (slittamento), la differenza di velocità tra i due assi raggiungerebbe un valore sufficiente a far innalzare immediatamente la temperatura del fluido del giunto viscoso. Questo, momentaneamente, bloccherebbe i due assi trasferendo gran parte della coppia alla ruota in presa con il fondo stradale, consentendo maggiore motricità. Non appena il veicolo inizia ad accelerare, la ruota che aveva scarsa aderenza inizia a ruotare ad una velocità simile o uguale a quella in presa con il fondo stradale, le lamelle del giunto viscoso limitano il loro sfregamento ed il fluido riprende le condizioni fisiche di normale funzionamento a bassa temperatura; i due alberi sono nuovamente svincolati tra loro e gestiti dal normale funzionamento del differenziale.
Nelle Trazioni Integrali Non Permanenti
Alcune auto utilizzano sistemi di trazione integrale non permanente, il che significa che la coppia è normalmente trasmessa ad un solo asse del veicolo (per esempio, nella Seat Alhambra 4drive la trazione è normalmente anteriore). Solo in caso di pattinamento delle ruote dell'asse normalmente in trazione, un giunto viscoso - bloccandosi come nel caso del differenziale autobloccante - trasmette coppia motrice all'altro asse (nell'esempio della Seat Alhambra 4drive, all'asse posteriore) togliendo dall'impaccio il veicolo.
Appena la differenza di velocità tra i due assali si ripristina a valori normali (quindi quando si riprende motricità) il giunto viscoso svincola i due alberi di trasmissione facendo tornare di fatto la trazione 2WD. Si tratta di una soluzione più semplice e meno costosa rispetto alla trazione integrale permanente, la quale però richiede tre differenziali (uno per asse + uno centrale per la compensazione della velocità in curva che è differente tra i due assi), ma rappresenta la migliore soluzione dal punto di vista della guidabilità.
Il Giunto Viscoso nella Ventola di Raffreddamento del Motore
Un'altra applicazione del giunto viscoso è nel sistema di raffreddamento del motore, in particolare per azionare la ventola del radiatore. Il principio di funzionamento è specificamente quello di trascinare il "ventolone" quando il motore è molto caldo, per raffreddarlo con aria convogliata a forte velocità.
A motore freddo, il ventolone gira, ma ad una velocità ridotta rispetto ai giri del motore, soprattutto a motore accelerato. Questo perché il liquido viscoso mantiene una bassa densità, permettendo uno slittamento significativo tra la ventola e il motore. È una delle cause del fatto che la temperatura del motore, specie nei periodi freddi, fatica a salire. Per contro, per far prendere temperatura al motore c'è il termostato che chiude il circuito dell'acqua fino a una certa temperatura.
Quando invece il motore è surriscaldato, le lamelle del giunto "sentono" tale calore e il liquido viscoso contenuto all'interno del giunto si solidifica, rendendo solidale le pale della ventola con il giunto stesso. Il risultato è che la ventola gira alla stessa velocità del giunto (cioè molto maggiore) e invia molta più aria al motore. Questo avviene se tutto è in ordine e perfettamente funzionante.
Va detto che il liquido, dopo un certo numero di anni, perde la sua efficacia e quindi il giunto andrebbe cambiato. Un segno di un giunto ventola difettoso è che la ventola "girava ma girava lenta lenta non ce la faceva più". Alcuni, come nel Td5 o nel Defender 200, hanno notato che la ventola "fa quello che vuole", partendo anche con temperature sotto zero, per poi rallentare o fermarsi. Questo, come affermato da Max della Defender 200 Tdi, è un normale trascinamento per "inerzia", e può essere fermato con una mano (usando un guanto, ovviamente).
Per i proprietari di Land Rover, è stato notato che il giunto viscoso della ventola funziona solo occasionalmente, tra il 5% e il 10% durante il normale funzionamento, in quanto il motore è raffreddato dall'aria (ram air) per la maggior parte del tempo. Il risparmio di carburante non nasce dal minor sforzo per l'azionamento della ventola, ma dal fatto che finché il motore è freddo il consumo è più elevato, e un giunto ventola efficiente aiuta il motore a raggiungere più rapidamente la temperatura operativa ideale.
Test di Funzionamento del Giunto Viscoso su Veicoli 4x4
Per verificare il corretto funzionamento del giunto viscoso in un sistema 4x4, si possono effettuare diversi test che simulano condizioni di slittamento. I risultati di questi test possono variare notevolmente a seconda del veicolo e del suo stato di manutenzione.
Test con Frenometro e Vettura Ferma
Un metodo per testare il giunto viscoso di una Panda 4x4, ad esempio, prevede l'uso di un frenometro con la vettura ferma in folle. Si posizionano le ruote posteriori sul pavimento e le ruote anteriori sui rulli del frenometro. Mettendo in moto e simulando la guida, si osserva il comportamento.
In un test di questo tipo, si è registrato che le ruote anteriori arrivano a una velocità relativa di 5 km/h per ogni ruota, con una coppia di circa 5800 N. In questa fase, le ruote posteriori, pur poggiate a terra, iniziano a sgommare a tratti, suggerendo un trasferimento di coppia verso l'asse posteriore. Il giunto viscoso, in questo caso, interviene con una coppia pari al 58% della coppia fornita dal cambio al posteriore, lasciando il 42% all'anteriore. Uscendo dai rulli, è stata misurata una coppia di 66 Nm al posteriore.
Questo test simula una condizione in cui le ruote anteriori perdono aderenza, e il giunto viscoso dovrebbe intervenire per trasferire coppia al posteriore. Tuttavia, se l'ELD (Electronic Locking Differential) non entra in funzione nonostante sia azionato, questo potrebbe indicare un problema.
Confronto tra Diverse Panda 4x4
Un confronto tra diverse Panda 4x4 ha rivelato comportamenti interessanti.
- Panda Standard e Altre Due Panda Testate: In queste vetture, le ruote anteriori tendevano a sgommare per prime, mentre al posteriore le cose cambiavano. Questo suggerisce che il giunto viscoso interveniva in modo diverso o con efficacia variabile. Le due "pandine" rispondevano in maniera simile, con una ripartizione della coppia che indicava un funzionamento quasi atteso del giunto viscoso.
- Panda Cross Personale: La "mia Cross" ha mostrato risultati deludenti. In passato, come l'estate scorsa e il sabato precedente a S., il giunto viscoso sembrava funzionare correttamente. Tuttavia, durante i test recenti, la percentuale di coppia al posteriore era solo del 32%. Questo ha portato alla conclusione che il giunto viscoso fosse "cotto".
Problemi e Malfunzionamenti del Giunto Viscoso
Il giunto viscoso, pur essendo un componente robusto e affidabile, può incorrere in malfunzionamenti che compromettono le prestazioni del veicolo, in particolare quelle legate alla trazione integrale. La diagnosi dei problemi può essere complessa, ma ci sono alcuni segnali e indicazioni che possono aiutare a identificarli.
Giunto Viscoso "Cotto"
Uno dei problemi più comuni è il giunto viscoso "cotto". Questo termine indica che il fluido siliconico all'interno del giunto ha perso le sue proprietà originali a causa del surriscaldamento prolungato o dell'età. Quando il liquido è "cotto", non riesce più a variare la sua viscosità in modo efficiente in base alla temperatura, compromettendo la capacità del giunto di bloccare gli alberi in caso di slittamento.
Nel caso della Panda Cross menzionata, una temperatura di 124 gradi Celsius è stata un forte indicatore di un malfunzionamento. Un giunto viscoso danneggiato non sarà in grado di trasferire efficacemente la coppia all'asse posteriore, riducendo la motricità del veicolo in condizioni di scarsa aderenza. Questo si manifesta con una ridotta percentuale di coppia trasferita all'asse posteriore, come il 32% rilevato nel test.
Il proprietario ha notato che, nonostante la sostituzione del giunto qualche giorno prima, il comportamento del veicolo non era cambiato. Questo potrebbe indicare che il problema non era solo il giunto stesso, ma anche altri componenti del sistema di trazione, oppure che il nuovo giunto potrebbe essere stato compromesso rapidamente da fattori esterni, o che l'analisi non ha identificato tutte le cause.
Problemi con l'ELD e l'Haldex
Spesso, in discussioni sui sistemi di trazione 4x4, emergono interrogativi sulla relazione tra giunto viscoso, ELD (Electronic Locking Differential) e sistemi come l'Haldex. Alcuni si chiedono se l'Haldex sia autobloccante o se l'ESP (Electronic Stability Program) e l'ASR (Acceleration Slip Regulation) possano svolgere le stesse funzioni di un giunto viscoso o di un ELD.
- Haldex: L'Haldex è una frizione multidisco a controllo elettronico, utilizzata come differenziale centrale in molti sistemi di trazione integrale. Non è un differenziale autobloccante nel senso tradizionale del termine, ma la sua gestione elettroidraulica, in concomitanza con l'ESP, che rileva la velocità di ogni singola ruota, riesce a compiere un lavoro simile a quello di un autobloccante.
- ELD (Electronic Locking Differential): Se il giunto viscoso non funziona correttamente, come nel caso in cui "l'eld, azionato, non entra in funzione", il veicolo perde la capacità di distribuire efficacemente la coppia alle ruote con maggiore aderenza.
- ESP e ASR: L'ESP rileva il pattinamento e frena la ruota che slitta, trasferendo la coppia all'altra ruota con maggiore aderenza. L'ASR ha una funzione simile, prevenendo lo slittamento in fase di accelerazione. La domanda se l'ELD sia ancora necessario se ESP e ASR possono fare lo stesso lavoro è legittima. L'ELD offre un blocco più meccanico e diretto rispetto all'intervento elettronico dell'ESP/ASR, che agisce sui freni. Entrambi i sistemi lavorano in sinergia, ma l'ELD fornisce un livello di blocco e di trasferimento di coppia più robusto in condizioni estreme.
Un argomento un po' "incasinato", ma dalle elucubrazioni di queste discussioni si osserva qualche spiraglio: la combinazione di questi sistemi è progettata per massimizzare la trazione in diverse situazioni. Se uno di questi anelli nella catena fallisce, l'intero sistema può essere compromesso.
Differenziale autobloccante viscoso - Spiegazione
Implicazioni della Non Funzionalità del Giunto Viscoso
Se il giunto viscoso non funziona, le implicazioni possono essere significative:
- Perdita di Trazione 4x4: In una vettura a trazione integrale senza "blocco solidale" tra gli assali anteriori e posteriori, se una sola ruota slitta, l'auto può rimanere ferma se le altre non riescono a far presa. Questo è un problema comune nei fuoristrada "veri" con il blocco del centrale che non funziona.
- Usura Anomala dei Pneumatici: Un giunto viscoso bloccato o che funziona male può causare una ripartizione della coppia non uniforme, portando a un'usura accelerata e irregolare dei pneumatici.
- Danneggiamento di Altri Componenti: Lo sforzo eccessivo o la cattiva distribuzione della coppia possono mettere sotto stress altri componenti della trasmissione, come i differenziali, i semiassi o il cambio, portando a costosi interventi di riparazione.
Manutenzione e Sostituzione
Il giunto viscoso non richiede una manutenzione specifica, ma è fondamentale monitorare il suo funzionamento e considerare la sua sostituzione dopo un certo numero di anni o chilometri. Come accennato, il liquido siliconico al suo interno può perdere le sue proprietà con il tempo e l'esposizione a temperature elevate.
La durata del giunto viscoso può variare, ma è consigliabile una verifica periodica e, in caso di dubbi o anomalie nel comportamento del veicolo, procedere con i test diagnostici. La sostituzione è l'unica soluzione quando il giunto è irrimediabilmente compromesso.