Dopo aver illustrato le caratteristiche e il funzionamento del cambio manuale, parleremo adesso del cambio automatico, considerato suo antagonista in virtù del suo principio di funzionamento, dipendente esclusivamente dalla dinamica e dalla velocità del veicolo.
In figura: Spaccato di un cambio automatico
Il cambio automatico rappresenta più che un’alternativa, un’evoluzione del cambio manuale. I meccanismi che compongono il cambio automatico ed il loro funzionamento sono infatti totalmente diversi da quelli del cambio meccanico. Sono più sofisticati, i quali garantiscono un funzionamento performante, senza che vi sia l’intervento del guidatore, che quindi può condurre la vettura più comodamente, senza il pensiero di dover cambiare marcia a seconda delle caratteristiche della strada.
In questa tipologia di cambio, la frizione e il relativo pedale sono assenti: al suo posto è presente un convertitore di coppia.
In figura: Convertitore di coppia – A sinistra, il disegno schematico. A destra, gli elementi costruttivi. Dall’alto: pompa, statore, turbina.
Il convertitore è un meccanismo idraulico costituito da tre elementi, tutti provvisti di palettature curve:
- La pompa P, collegata all’albero motore. Ha il compito di conferire al flusso d’olio la spinta e la direzione necessarie per il funzionamento della turbina.
- La turbina T, collegata all’albero d’ingresso del cambio. Tale elemento è azionato proprio dal flusso d’olio direzionato dalla pompa.
- Lo statore S, in collegamento alla scatola del cambio tramite una ruota libera, coassiale all’albero d’ingresso del cambio. Ha il compito di deviare il fluido proveniente dalla turbina per evitare che ostacoli il moto della pompa.
Quando il motore trasmette moto alla pompa, essa comincia a girare, fornendo un moto centrifugo al fluido. Con tale moto, il fluido passa alla turbina, che attiva la sua rotazione, incanalandosi fra le palettature. Il fluido, una volta scambiata l’energia con la turbina, discende e si indirizza verso lo statore. La presenza dello statore modifica la direzione del flusso tale da fornire un’ulteriore spinta alla pompa. Questo significa un fluido più pressurizzato, che consente una spinta maggiore del fluido sulla turbina, incrementando la sua velocità di rotazione, fino a quando non ruota alla medesima velocità della pompa. La rotazione alla medesima velocità della pompa e della turbina corrisponde all’innesto della frizione del cambio manuale. Data la natura idraulica del convertitore, è difficile che la pompa e la turbina ruotino esattamente alla medesima velocità per velocità del veicolo medio-alte a causa dei fenomeni di slittamento. Per questo, la centralina opera l’inserimento di una frizione lock-up, che connette rigidamente pompa e turbina.
La peculiarità del convertitore consente l’eliminazione del pedale della frizione. Questo proprio a grazie alla costruzione stessa del convertitore: a vettura ferma, il fluido non ha sufficiente energia per far ruotare la turbina a velocità importanti, per cui possiamo arrestare il veicolo con una semplice pressione del freno quando ce ne bisogno oppure innestando la cosiddetta marcia P che blocca meccanicamente la trasmissione. Il fluido si limita quindi a scorrere fra le palettature, ritornando alla pompa, senza creare situazioni di stallo caratteristici per un cambio manuale.
Nel cambio automatico non sono presenti sincronizzatori, in quanto il principio di funzionamento della scatola del cambio si basa sull’impiego di rotismi epicicloidali. Il rotismo epicicloidale è un complesso ingranaggio costituito dall’anello, avente la dentatura interna, dal solare, avente la dentatura esterna e che riceve moto dal convertitore, e dai satelliti, che fanno da ponte fra l’anello e il solare e trasmettono il moto tramite un portatreno all’uscita della scatola del cambio. In base a chi svolge la funzione di elemento fisso o statore, è possibile ottenere un rapporto di trasmissione, e quindi una marcia, diverso.
Rotismo epicicloidale di derivazione automobilistica.
Per motivi di vincoli progettuali e di ingombro, è necessario impiegare più di un rotismo epicicloidale per avere a disposizione un diverso numero di marce. Per avere a disposizione rapporti differenti, vengono impiegati frizioni a disco multipli e freni a nastro per consentire o bloccare determinate rotazioni. Prendiamo di riferimento l’immagine sottostante per comprendere il funzionamento base. Marcia per marcia, sono illustrati il percorso del moto dal convertitore all’uscita della scatola del cambio (linea verde) e gli elementi bloccati (linea rossa).
Schema di funzionamento di un cambio automatico. B1 e B2 sono freni a nastro. C1 e C2 sono frizioni a dischi multipli
Partiamo dall’inserimento della prima marcia. In questo caso la centralina opera il bloccaggio del pacco delle frizioni C1 e del freno B2. Tale freno blocca la rotazione del portatreno sinistro e i satelliti relativi sono vincolati a muoversi solo attorno al proprio asse. Tale vincolo porta il moto a passare per i satelliti del rotismo destro e poi al relativo porta treno prima di uscire dalla scatola del cambio.
In figura: Cambio automatico: prima marcia
Viene inserita la seconda marcia. In questo caso si attiva il freno B1 che blocca i solari. Il percorso del moto è lo stesso, ma essendo avvenuti dei cambiamenti dello stato di moto di alcuni componenti, è avvenuta la variazione del rapporto di trasmissione.
In figura: Cambio automatico: seconda marcia
La terza marcia in questo esempio rappresenta la presa diretta. Infatti vengono attivati entrambi i pacchi frizione e disattivati i freni. Ciò porta l’intero meccanismo a ruotare alla medesima velocità d’ingresso proveniente dal convertitore e a consentire la trasmissione del moto eguale a quello recepito all’ingresso della scatola del cambio.
In figura: Cambio automatico – terza marcia
In figura: Cambio automatico – retromarcia
Come nel cambio manuale, anche in quello automatico è prevista la retromarcia. Vengono attivati il pacco C2 e il freno B2 per consentire l’inversione di moto proveniente dal motore.
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters e poi:
Immagine spaccato cambio automatico: By Silverxxx (talk) 04:33, 1 March 2009 (UTC) – File:Lexus IS F 07.JPG, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39178588
Immagini tratte da “L’Autotelaio-Progetto dei componenti”, di Giancarlo Genta e Lorenzo Morello, Ed. ATA
Rotismo epicicloidale tratto www.fourwheeler.com/how-to/0706or-automatic-transmission-tech/photo-20.html
