Se guidi un'auto con il cambio manuale, potresti avere diverse domande che ti frullano per la testa.
Come funziona il divertente motivo "H" che sto spostando questo pomello del cambio ha qualche relazione con gli ingranaggi all'interno della trasmissione? Cosa si muove all'interno della trasmissione quando sposto il cambio?
Quando sbaglio e sento quell'orribile sfregamento suono, cosa sta effettivamente macinando? Cosa accadrebbe se dovessi passare accidentalmente al indietro mentre sto accelerando in autostrada? L'intera trasmissione esploderebbe?
In questo articolo, risponderemo a tutte queste domande e altre ancora mentre esploriamo l'interno di un cambio manuale.
Le auto hanno bisogno di trasmissioni a causa della fisica del motore a benzina. Innanzitutto, qualsiasi motore ha una linea rossa — un valore massimo di giri al di sopra del quale il motore non può andare senza esplodere. In secondo luogo, se hai letto Come funziona la potenza, allora sai che i motori hanno gamme di giri ristrette in cui potenza e coppia sono al massimo. Ad esempio, un motore potrebbe produrre la sua potenza massima a 5.500 giri/min. La trasmissione consente di modificare il rapporto di trasmissione tra il motore e le ruote motrici man mano che l'auto accelera e rallenta. Si cambia marcia in modo che il motore possa rimanere al di sotto della linea rossa e vicino alla fascia di giri della sua migliore prestazione.
Idealmente, la trasmissione sarebbe così flessibile nei suoi rapporti che il motore potrebbe sempre funzionare al suo unico valore di giri al minuto con le migliori prestazioni. Questa è l'idea alla base della trasmissione a variazione continua (CVT). Ne parleremo dopo.
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Una trasmissione a variazione continua (CVT) ha una gamma quasi infinita di rapporti di trasmissione. In passato, i CVT non potevano competere con le trasmissioni a quattro e cinque velocità in termini di costi, dimensioni e affidabilità, quindi non li vedevi nelle automobili di produzione. Al giorno d'oggi, i miglioramenti nel design hanno reso i CVT più comuni.
La trasmissione è collegata al motore tramite la frizione. L'albero di entrata della trasmissione gira quindi allo stesso numero di giri del motore, il che migliora sia la potenza che il risparmio di carburante. I CVT sono diventati comuni nelle auto ibride perché sono considerevolmente più efficienti sia delle trasmissioni manuali che automatiche tradizionali e la loro popolarità è salita alle stelle da lì poiché le case automobilistiche hanno gareggiato per le migliori valutazioni possibili di risparmio di carburante. Alla fine del 2016, un'auto su quattro venduta negli Stati Uniti era dotata di CVT.
Il CVT ha i suoi aspetti negativi; in particolare, può essere lento da guidare, poiché è progettato per l'efficienza piuttosto che per il divertimento. Tuttavia, poiché molti conducenti scelgono di allontanarsi dal cambio manuale, il che si traduce in un minor numero di manuali offerti, il CVT continua ad aumentare la sua presenza. Il CVT funziona meglio anche nelle auto piccole con motori piccoli, motivo per cui la maggior parte dei camion e dei SUV di grandi dimensioni continua a utilizzare l'automatica tradizionale.
Puoi leggere Come funzionano i CVT per ulteriori informazioni su come funzionano le trasmissioni a variazione continua. Ora diamo un'occhiata a una semplice trasmissione.
Per comprendere l'idea di base alla base di una trasmissione standard, il diagramma a sinistra mostra un cambio a due velocità molto semplice in folle. Diamo un'occhiata a ciascuna delle parti in questo diagramma per capire come si adattano insieme:
Ora, vediamo cosa succede quando passi alla prima marcia.
L'immagine a sinistra mostra come, quando si passa alla prima marcia, il collare viola innesta l'ingranaggio blu alla sua destra. Come mostra il grafico, l'albero verde del motore fa girare l'albero di rinvio, che fa girare l'ingranaggio blu alla sua destra. Questo ingranaggio trasmette la sua energia attraverso il collare per azionare l'albero di trasmissione giallo. Nel frattempo, l'ingranaggio blu a sinistra sta girando, ma sta girando a ruota libera sul suo cuscinetto, quindi non ha alcun effetto sull'albero giallo.
Quando il collare è tra le due marce (come mostrato nella figura della pagina precedente), la trasmissione è in folle. Entrambi gli ingranaggi blu ruotano liberamente sull'albero giallo a velocità diverse controllate dai loro rapporti rispetto all'albero di rinvio.
Da questa discussione, puoi rispondere a diverse domande:
Nella prossima sezione daremo un'occhiata a una trasmissione reale.
Le trasmissioni manuali a quattro velocità sono in gran parte obsolete, con le trasmissioni a cinque e sei velocità che prendono il loro posto come opzioni più comuni. Alcune auto ad alte prestazioni possono offrire ancora più marce. Tuttavia, funzionano tutti più o meno allo stesso modo, indipendentemente dal numero di ingranaggi. Internamente, assomiglia a questo:
Ci sono tre forcelle controllate da tre aste che sono impegnate dalla leva del cambio. Guardando le barre del cambio dall'alto si presentano così in retromarcia, prima e seconda marcia:
Tieni presente che la leva del cambio ha un punto di rotazione nel mezzo. Quando spingi la manopola in avanti per inserire la prima marcia, stai effettivamente tirando indietro l'asta e la forcella per la prima marcia.
Puoi vederlo mentre muovi il cambio sinistra e destra stai ingaggiando diverse forcelle (e quindi diversi collari). Spostando la manopola avanti e indietro sposta il collare per innestare una delle marce.
Retromarcia è gestito da un piccolo ingranaggio folle (viola). In ogni momento, la retromarcia blu in questo diagramma sopra gira in una direzione opposta a tutte le altre marce blu. Pertanto, sarebbe impossibile innestare la retromarcia mentre l'auto avanza; i denti di cane non si sarebbero mai agganciati. Tuttavia, faranno molto rumore.
I cambi manuali nelle moderne autovetture utilizzano sincronizzatori, o sincronizzatori, per eliminare la necessità della doppia frizione. Lo scopo di un synchro è quello di consentire al collare e all'ingranaggio di entrare in contatto per attrito prima che i denti del cane entrino in contatto. Ciò consente al collare e all'ingranaggio di sincronizzare le loro velocità prima che i denti debbano innestarsi, in questo modo:
Il cono sull'ingranaggio blu si inserisce nell'area a forma di cono nel collare e l'attrito tra il cono e il collare sincronizza il collare e l'ingranaggio. La parte esterna del collare scorre quindi in modo che i denti di cane possano innestare l'ingranaggio.
Ogni produttore implementa trasmissioni e sincronizzatori in modi diversi, ma questa è l'idea generale.
Il cambio manuale automatizzato è forse più noto e più accuratamente descritto come automatico a doppia frizione, ed è un'opzione sempre più popolare. Sebbene il cambio automatico a doppia frizione sia diventato popolare sulle auto ad alte prestazioni di fascia alta, come Porsche e Audi, è sempre più disponibile su modelli più tradizionali.
L'automatico a doppia frizione funziona tramite due frizioni, che sono controllate dalla rete di computer dell'auto e non richiedono alcun input da parte del conducente. Come abbiamo discusso, quando la frizione in una trasmissione manuale è innestata, disconnette il motore dalla trasmissione per abilitare il cambio. L'automatico a doppia frizione aziona due marce diverse contemporaneamente, il che completa il cambio bypassando la fase di disconnessione dell'alimentazione. Ciò consente a una trasmissione a doppia frizione di completare i turni molto più rapidamente, poiché non c'è una "pausa" mentre il motore e la trasmissione cercano di abbinarsi.
L'auto è più veloce poiché non ci sono interruzioni di potenza, la guida è più fluida poiché è quasi impossibile individuare il momento del cambio marcia e il risparmio di carburante è migliore perché non si perde potenza a causa di cambi di marcia inefficienti. Puoi leggere maggiori dettagli sulle trasmissioni a doppia frizione qui.
Vale la pena notare che alcune auto con cambio automatico a doppia frizione offrono una modalità di cambio manuale, di solito tramite leve del cambio montate sul volante, ma l'esperienza non è la stessa. Alcuni appassionati di prestazioni potrebbero lamentarsi della perdita dell'esperienza "fai da te", poiché il cambio manuale è un'abilità divertente da praticare e perfezionare, ma se la velocità è l'obiettivo finale, è difficile discutere con i risultati di una trasmissione manuale automatizzata .
Alla fine del 2016, solo il 5% dei nuovi veicoli è stato venduto con cambio manuale, secondo US News &World Report. È in calo rispetto a un picco di circa il 25 percento nel 1987.
Anche se sei tra i rari acquirenti di auto che preferiscono guidare un manuale, avrai difficoltà a trovarne uno la prossima volta che vai in un concessionario. Alcuni produttori tengono il manuale in giro come scusa per addebitare di più per un cambio automatico o CVT, ma il rovescio della medaglia è che è difficile ottenere un'auto ben equipaggiata con una trasmissione manuale. Se desideri opzioni come aggiornamenti del motore o trazione integrale, queste caratteristiche spesso sono disponibili solo su modelli o livelli di allestimento che non offrono trasmissioni manuali. Anche le auto sportive, che erano un modo sicuro per ottenere il cambio manuale, si stanno orientando verso opzioni automatiche più veloci ed efficienti.
Le case automobilistiche affermano che le trasmissioni automatiche sono semplicemente migliori in ogni modo, in particolare le opzioni CVT e doppia frizione che abbiamo trattato nelle pagine precedenti. Anche l'interesse effettivo nel possedere un'auto con cambio manuale è in declino, soprattutto perché i conducenti americani trascorrono più tempo seduti nel traffico intenso, dove premere costantemente il pedale della frizione può diventare noioso. Come riportato da U.S. News, "quando i conducenti incontrano un numero sempre maggiore di questi eccellenti e moderni automatismi, meno sono interessati a imparare a guidare un manuale".
Pubblicato originariamente:1 aprile 2000
