Come funzionano le trasmissioni a doppia frizione

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La maggior parte delle persone sa che le auto sono dotate di due tipi di trasmissione di base: manuali, che richiedono al guidatore di cambiare marcia premendo un pedale della frizione e utilizzando un cambio manuale, e automatiche, che fanno tutto il lavoro di cambio per i conducenti che utilizzano le frizioni, un convertitore di coppia e set di ingranaggi planetari. Ma c'è anche qualcosa in mezzo che offre il meglio di entrambi i mondi: il trasmissione a doppia frizione, chiamato anche la trasmissione semiautomatica, il cambio manuale "senza frizione" e il cambio manuale automatizzato.

Nel mondo delle auto da corsa, i cambi semiautomatici, come il cambio manuale sequenziale (o SMG), sono stati un punto fermo per anni. Ma nel mondo dei veicoli di produzione, è una tecnologia relativamente nuova, che viene definita da un design molto specifico noto come cambio a doppia frizione o cambio diretto..

Questo articolo esplorerà come funziona una trasmissione a doppia frizione, come si confronta con altri tipi di trasmissioni e perché alcuni prevedono che sia la trasmissione del futuro.

Hands-on o Hands-Off

Un cambio a doppia frizione offre la funzione di due cambi manuali in uno. Per capire cosa significa, è utile rivedere come funziona un cambio manuale convenzionale. Quando un guidatore vuole passare da una marcia all'altra in un'auto con cambio manuale standard, prima preme il pedale della frizione. Questo aziona una singola frizione, che scollega il motore dal cambio e interrompe il flusso di potenza alla trasmissione. Quindi il conducente utilizza la leva del cambio per selezionare una nuova marcia, un processo che comporta lo spostamento di un collare dentato da una ruota dentata a un'altra ruota dentata di dimensioni diverse. Dispositivi chiamati sincronizzatori abbinare gli ingranaggi prima che siano innestati per evitare macinature. Una volta inserita la nuova marcia, il guidatore rilascia il pedale della frizione, che ricollega il motore al cambio e trasmette la potenza alle ruote.

Quindi, in una trasmissione manuale convenzionale, non c'è un flusso continuo di potenza dal motore alle ruote. Invece, l'erogazione di potenza cambia da sopra per via per sopra durante il cambio, provocando un fenomeno noto come "shock del cambio" o "interruzione di coppia". Per un guidatore inesperto, ciò può comportare che i passeggeri vengano lanciati in avanti e indietro quando si cambiano le marce.

Un cambio a doppia frizione, al contrario, utilizza due frizioni, ma non ha il pedale della frizione. L'elettronica e l'impianto idraulico sofisticati controllano le frizioni, proprio come fanno in un cambio automatico standard. In un DCT, tuttavia, le frizioni funzionano in modo indipendente. Una frizione controlla le marce dispari (prima, terza, quinta e retromarcia), mentre l'altra controlla le marce pari (seconda, quarta e sesta). Utilizzando questa disposizione, le marce possono essere cambiate senza interrompere il flusso di potenza dal motore alla trasmissione. In sequenza, funziona in questo modo:

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Grazie a Jeff Beckman per la sua assistenza con questo articolo.

Contenuti
  1. Alberi di trasmissione a doppia frizione
  2. Pro e contro delle trasmissioni a doppia frizione
  3. Trasmissioni a doppia frizione: passato, presente e futuro

Un albero di trasmissione in due parti è il cuore di un DCT. A differenza di un cambio manuale convenzionale, che ospita tutti i suoi ingranaggi su un unico albero di ingresso, il DCT divide gli ingranaggi pari e dispari su due alberi di ingresso. Com'è possibile? L'albero esterno è scavato, lasciando spazio a un albero interno, che è annidato all'interno. L'albero cavo esterno alimenta la seconda e la quarta marcia, mentre l'albero interno alimenta la prima, la terza e la quinta.

Il diagramma seguente mostra questa disposizione per un tipico DCT a cinque velocità. Si noti che una frizione controlla la seconda e la quarta marcia, mentre un'altra frizione indipendente controlla la prima, la terza e la quinta marcia. Questo è il trucco che consente cambi di marcia velocissimi e mantiene costante l'erogazione di potenza. Una trasmissione manuale standard non può farlo perché deve utilizzare una frizione per tutte le marce pari e dispari.

Frizioni multidisco

Poiché una trasmissione a doppia frizione è simile a una automatica, potresti pensare che richieda un convertitore di coppia, che è il modo in cui un cambio automatico trasferisce la coppia del motore dal motore alla trasmissione. I DCT, tuttavia, non richiedono convertitori di coppia. Invece, i DCT attualmente sul mercato utilizzano frizioni multidisco in bagno d'olio. Una frizione "a bagno d'olio" è quella che bagna i componenti della frizione in un fluido lubrificante per ridurre l'attrito e limitare la produzione di calore. Diversi produttori stanno sviluppando DCT che utilizzano frizioni a secco, come quelle solitamente associate alle trasmissioni manuali, ma tutti i veicoli di produzione equipaggiati con DCT oggi utilizzano la versione a bagno d'olio. Molte motociclette hanno frizioni singole multidisco.

Come i convertitori di coppia, le frizioni multidisco in bagno d'olio utilizzano la pressione idraulica per azionare gli ingranaggi. Il fluido fa il suo lavoro all'interno del pistone della frizione, visto nello schema sopra. Quando la frizione è innestata, la pressione idraulica all'interno del pistone forza una serie di parti di molle elicoidali, che spinge una serie di dischi frizione e dischi di attrito impilati contro uno spingidisco fisso. I dischi di attrito hanno denti interni dimensionati e sagomati per ingranare con le scanalature sul tamburo della frizione. A sua volta, il tamburo è collegato al cambio che riceverà la forza di trasferimento. La trasmissione a doppia frizione di Audi ha sia una piccola molla elicoidale che una grande molla a diaframma nelle sue frizioni multidisco in bagno d'olio.

Per disinnestare la frizione, la pressione del fluido all'interno del pistone viene ridotta. Ciò consente alle molle del pistone di rilassarsi, riducendo la pressione sul pacco frizione e sullo spingidisco.

Successivamente, esamineremo i pro ei contro dei cambi a doppia frizione.

Audi TT Roadster, uno dei numerosi modelli Audi disponibili con cambio a doppio turno Foto per gentile concessione di Audi Press Database

Si spera che stia diventando chiaro perché il DCT è classificato come una trasmissione manuale automatizzata. In linea di principio, il DCT si comporta proprio come un cambio manuale standard: ha alberi di ingresso e ausiliari per ospitare ingranaggi, sincronizzatori e una frizione. Quello che non ha è un pedale della frizione, perché i computer, i solenoidi e l'impianto idraulico fanno il cambio effettivo. Anche senza un pedale della frizione, il guidatore può ancora "dire" al computer quando agire tramite leve, pulsanti o un cambio di marcia.

L'esperienza del conducente, quindi, è solo uno dei tanti vantaggi di un DCT. Con i cambi di marcia che richiedono solo 8 millisecondi, molti ritengono che il DCT offra l'accelerazione più dinamica di qualsiasi veicolo sul mercato. Offre certamente un'accelerazione fluida eliminando lo shock del cambio che accompagna i cambi di marcia nelle trasmissioni manuali e persino in alcuni automatismi. Soprattutto, offre ai conducenti il ​​lusso di scegliere se preferiscono controllare il cambio o lasciare che sia il computer a fare tutto il lavoro.

Forse il vantaggio più convincente di un DCT è il miglioramento del risparmio di carburante. Poiché il flusso di potenza dal motore alla trasmissione non viene interrotto, l'efficienza del carburante aumenta notevolmente. Alcuni esperti affermano che un DCT a sei velocità può offrire un aumento fino al 10% dell'efficienza relativa del carburante rispetto a un cambio automatico a cinque velocità convenzionale.

Molte case automobilistiche sono interessate alla tecnologia DCT. Tuttavia, alcune case automobilistiche diffidano dei costi aggiuntivi associati alla modifica delle linee di produzione per accogliere un nuovo tipo di trasmissione. Ciò potrebbe inizialmente far aumentare i costi delle auto dotate di DCT, il che potrebbe scoraggiare i consumatori attenti ai costi.

Inoltre, i produttori stanno già investendo molto in tecnologie di trasmissione alternative. Uno dei più notevoli è la trasmissione a variazione continua, o CVT. Un CVT è un tipo di trasmissione automatica che utilizza un sistema di pulegge mobili e una cinghia o una catena per regolare all'infinito il rapporto di trasmissione su un'ampia gamma. I CVT riducono anche gli shock del cambio e aumentano notevolmente l'efficienza del carburante. Ma i CVT non possono gestire le elevate esigenze di coppia delle auto ad alte prestazioni.

I DCT non hanno questi problemi e sono ideali per i veicoli ad alte prestazioni. In Europa, dove le trasmissioni manuali sono preferite per le loro prestazioni e l'efficienza del carburante, alcuni prevedono che i DCT cattureranno il 25% del mercato. Solo l'1% delle auto prodotte in Europa occidentale sarà dotato di CVT entro il 2012.

Successivamente, esamineremo la storia del DCT e vedremo cosa riserva il futuro.

Porsche 962 Foto per gentile concessione di Porsche Cars North America

L'uomo che ha inventato il cambio a doppia frizione è stato un pioniere nell'ingegneria automobilistica. Adolphe Kégresse è meglio conosciuto per aver sviluppato il semicingolato, un tipo di veicolo dotato di battistrada in gomma senza fine che gli consentono di guidare fuoristrada su varie forme di terreno. Nel 1939, Kégresse concepì l'idea di un cambio a doppia frizione, che sperava di utilizzare sul leggendario veicolo Citroën "Traction". Sfortunatamente, circostanze lavorative avverse hanno impedito un ulteriore sviluppo. -

Sia Audi che Porsche hanno ripreso il concetto della doppia frizione, sebbene il suo utilizzo fosse inizialmente limitato alle auto da corsa. Le auto da corsa 956 e 962C includevano il Porsche Dual Klutch, o PDK. Nel 1986, una Porsche 962 vinse la gara del campionato mondiale di prototipi sportivi di 1000 chilometri di Monza, la prima vittoria per un'auto equipaggiata con la trasmissione semiautomatica PDK con cambio al volante. Audi ha fatto la storia anche nel 1985, quando un'auto da rally Sport quattro S1 dotata di cambio a doppia frizione vinse la Pikes Peak hill climb, una corsa su una montagna alta 4.300 metri.

La commercializzazione del cambio a doppia frizione, tuttavia, non è stata possibile fino a tempi recenti. Volkswagen è stata un pioniere nelle trasmissioni a doppia frizione, concedendo in licenza la tecnologia DualTronic di BorgWarner. Le automobili europee dotate di DCT includono Volkswagen Beetle, Golf, Touran e Jetta, nonché Audi TT e A3; la Skoda Octavia; e la Seat Altea, Toledo e Leon.

Volkswagon Jetta 2.0 Foto per gentile concessione di VM Media Room

Ford è il secondo produttore principale a impegnarsi in trasmissioni a doppia frizione, prodotte da Ford Europa e dal suo produttore di trasmissioni in joint venture 50/50, GETRAG-Ford. Ha dimostrato il sistema Powershift, una trasmissione a doppia frizione a sei velocità, al Salone Internazionale dell'Automobile di Francoforte 2005. Tuttavia, i veicoli di produzione che utilizzano un Powershift di prima generazione sono a circa due anni di distanza.

Per molte più informazioni sulle trasmissioni a doppia frizione e argomenti correlati, controlla i link nella pagina successiva.

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Altri ottimi link

  • Audi World
  • Dibattito a doppia frizione contro CVT
  • BorgWarner - produttore del DCT utilizzato nei Volkswagons
  • Ford Europa mette le trasmissioni a doppia frizione in marcia alta
  • Considerazioni sulla trasmissione: oltre il cambio manuale

fonti

  • Adams, Eric, et al. "The Popular Science Automotive Buyer's Guide: Managing Power - Transmission", Popular Science, luglio 2005.
  • Amoroso, Frank. "2004 Audi TT 3.2: Got Smooth? Got DSG?" AudiWorld, 17 gennaio 2004. http://www.audiworld.com/features/tests/2004tt32.shtml
  • Audi World Site http://www.audi.com/audi/com/en1/new_cars/technology/ drive ___ suspension / dsg / technology_and_details.html
  • "DSG e CVT: quale prevarrà?" CARToday.com, 5 luglio 2005. http://www.cartoday.com/content/news/singlepage.asp?in=7312
  • "L'interesse europeo per la tecnologia a doppia frizione cambia marcia", Just-auto.com, 2 dicembre 2005. http://www.just-auto.com/features_detail.asp?art=1171
  • Erjavec, Jack. "Tecnologia automobilistica: un approccio sistemico". New York: Thomson Delmar Learning. 2005.
  • Kluger, Michael e Bapiraju Surampudi. "Liscio nella frizione." Southwest Research Institute, estate 2004. http://www.swri.edu/3pubs/ttoday/Summer04/Clutch.htm
  • Thomas, Mike. "Ford Europa mette le trasmissioni a doppia frizione in marcia alta". Ford Newsroom, 13 febbraio 2006. http://media.ford.com/newsroom/feature_display.cfm?release=22361
  • "Cambio a doppia frizione", Scuola tecnica AutoZine, 2003. http://www.autozine.org/technical_school/gearbox/tech_gear_manual.htm
  • Visnic, Bill. "Insegnare nuovi trucchi a una vecchia trans: BorgWarner dà vita alla nuova generazione di trasmissioni manuali", WardsAuto.com, 1 dicembre 2000. http://wardsautoworld.com/ar/auto_tech_trends_4/index.html
  • "Il cambio sportivo a cambio diretto". AudiWorld, 27 agosto 2003. http://www.audiworld.com/news/03/082703/content.shtml



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