Come funzionano le trasmissioni manuali

Le trasmissioni per auto di oggi sono disponibili in standard, manuale, CVT e persino manuale automatizzato. 00ONE / ISTOCK

Se guidi un'auto con cambio manuale, potresti avere diverse domande che ti fluttuano in testa.

Come funziona il divertente Modello "H" che sto muovendo 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 lo sento orribile macinazione suono, cosa sta effettivamente macinando? Cosa succederebbe se dovessi spostarmi accidentalmente in inversione mentre sto accelerando lungo l'autostrada? L'intera trasmissione sarebbe esplosa?

In questo articolo, risponderemo a tutte queste domande e ad altre ancora mentre esploriamo l'interno di una trasmissione manuale.

Le auto hanno bisogno di trasmissioni a causa della fisica del motore a benzina. Innanzitutto, qualsiasi motore ha un file 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 How Horsepower Works, allora sai che i motori hanno intervalli di giri ridotti in cui la potenza e la 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. Puoi cambiare marcia in modo che il motore possa rimanere al di sotto della linea rossa e vicino alla fascia di giri delle sue migliori prestazioni.

Idealmente, la trasmissione sarebbe così flessibile nei suoi rapporti che il motore potrebbe sempre funzionare al suo unico valore di giri / min con le migliori prestazioni. Questa è l'idea alla base della trasmissione a variazione continua (CVT). Ne parleremo dopo.

Contenuti

1. Trasmissioni a variazione continua
2. Una trasmissione molto semplice
3. Passaggio alla prima marcia
4. Una vera trasmissione
5. Che dire del manuale automatizzato?
6. Dove sono finiti i manuali?

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. In questi giorni, i miglioramenti nel design hanno reso le CVT più comuni.

La trasmissione è collegata al motore tramite la frizione. L'albero di entrata della trasmissione ruota 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 delle trasmissioni automatiche sia manuali che tradizionali, e la loro popolarità è salita alle stelle da lì quando le case automobilistiche hanno gareggiato per le migliori valutazioni di risparmio di carburante possibili. Alla fine del 2016, un'auto su quattro vendute negli Stati Uniti era dotata di CVT.

Il CVT ha i suoi lati 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 dalla trasmissione manuale, il che si traduce in meno manuali offerti, il CVT continua ad aumentare la sua presenza. Il CVT funziona meglio anche su auto di piccole dimensioni con motori piccoli, motivo per cui la maggior parte dei camion e dei grandi SUV continuano a utilizzare i sistemi automatici tradizionali.

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 una trasmissione a due velocità molto semplice in folle. Diamo un'occhiata a ciascuna delle parti in questo diagramma per capire come si adattano insieme:

• Il albero verde proviene dal motore attraverso la frizione. L'albero verde e l'ingranaggio verde sono collegati come una singola unità. (La frizione è un dispositivo che consente di collegare e scollegare il motore e la trasmissione.) Quando si preme il pedale della frizione, il motore e la trasmissione vengono scollegati in modo che il motore possa funzionare anche se l'auto è ferma. Quando si rilascia il pedale della frizione, il motore e l'albero verde sono direttamente collegati tra loro. L'albero verde e l'ingranaggio girano allo stesso numero di giri del motore.
• Il albero rosso e gli ingranaggi sono chiamati layshaft. Anche questi sono collegati come un unico pezzo, quindi tutti gli ingranaggi sull'albero di rinvio e l'albero di rinvio stesso ruotano come un'unica unità. L'albero verde e l'albero rosso sono collegati direttamente attraverso i loro ingranaggi in rete in modo che se l'albero verde gira, lo è anche l'albero rosso. In questo modo, l'albero di trasmissione riceve la sua potenza direttamente dal motore ogni volta che viene innestata la frizione.
• Il albero giallo è un albero scanalato che si collega direttamente all'albero motore tramite il differenziale alle ruote motrici dell'auto. Se le ruote stanno girando, l'albero giallo sta girando.
• Il ingranaggi blu cavalcano su cuscinetti, quindi girano sul albero giallo. Se il motore è spento ma l'auto procede per inerzia, l'albero giallo può girare all'interno delle marce blu mentre le marce blu e l'albero di rinvio sono immobili.
• Lo scopo di collare è collegare uno dei due ingranaggi blu al albero di trasmissione giallo. Il collare è collegato, tramite le scanalature, direttamente all'asta gialla e ruota con l'asta gialla. Tuttavia, il collare può scorrere a sinistra oa destra lungo l'albero giallo per innestare uno degli ingranaggi blu. I denti sul collare, chiamati denti di cane, si inseriscono nei fori sui lati degli ingranaggi blu per innestarli.

Vediamo ora cosa succede quando si innesta la prima marcia.

Segui la procedura passo passo per cambiare marcia.

L'immagine a sinistra mostra come, quando si innesta la prima marcia, il collare viola innesta l'ingranaggio blu alla sua destra. Come mostra il grafico, l'albero verde del motore gira l'albero di rinvio, che gira l'ingranaggio blu alla sua destra. Questo ingranaggio trasmette la sua energia attraverso il collare per guidare 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 nella pagina precedente), la trasmissione è in folle. Entrambi gli ingranaggi blu ruotano liberamente sull'albero giallo alle diverse velocità controllate dai loro rapporti con l'albero di rinvio.

Da questa discussione puoi rispondere a diverse domande:

• Quando commetti un errore mentre ti sposti e senti un orribile suono stridente, lo sei non sentire il suono dei denti degli ingranaggi che si ingranano male. Come puoi vedere in questi diagrammi, tutti i denti degli ingranaggi sono sempre completamente ingranati. La molatura è il suono del denti di cane tentando senza successo di inserire i fori sul lato di un ingranaggio blu.
• La trasmissione mostrata qui non ha "synchros" (discussa più avanti nell'articolo), quindi se stessi usando questa trasmissione dovresti doppia frizione esso. Il doppio innesto era comune nelle auto più vecchie ed è ancora comune in alcune moderne auto da corsa. Nella doppia frizione, per prima cosa premi il pedale della frizione una volta per disinnestare il motore dalla trasmissione. Questo riduce la pressione sui denti del cane in modo da poter spostare il collare in posizione neutra. Quindi rilasci il pedale della frizione e giri il motore alla "giusta velocità". La giusta velocità è il valore del numero di giri al quale il motore dovrebbe girare nella marcia successiva. L'idea è di far ruotare la marcia blu della marcia successiva e il collare alla stessa velocità in modo che i denti del cane possano innestarsi. Quindi premi di nuovo il pedale della frizione e blocca il collare nella nuova marcia. Ad ogni cambio di marcia bisogna premere e rilasciare due volte la frizione, da cui il nome "doppia frizione".
• Puoi anche vedere come un piccolo movimento lineare nel pomello del cambio ti consente di cambiare marcia. Il pomello del cambio muove un'asta collegata alla forcella. La forcella fa scorrere il collare sull'albero giallo per innestare una delle due marce.

Nella prossima sezione, daremo uno sguardo a una trasmissione reale.

La maggior parte delle trasmissioni oggi ha almeno cinque velocità.

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 marce. Internamente, assomiglia a questo:

Ci sono tre forcelle controllate da tre aste che sono impegnate dalla leva del cambio. Guardando il file aste del cambio dall'alto, hanno questo aspetto in retromarcia, prima e seconda marcia:

Tieni presente che la leva del cambio ha un'estensione 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 sposti il ​​cambio sinistra e destra stai innestando forcelle diverse (e quindi collari diversi). Spostando la manopola Avanti e indietro sposta il collare per innestare uno degli ingranaggi.

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 procede in avanti; i denti di cane non si sarebbero mai attaccati. Tuttavia, faranno molto rumore.

Sincronizzatori

Trasmissioni manuali nell'uso delle moderne autovetture sincronizzatori o sincronizzatori, eliminare la necessità del doppio innesto. Lo scopo di un sincronizzatore 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 impegnarsi, in questo modo:

Il cono sull'ingranaggio blu si inserisce nell'area a forma di cono del 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 del cane possano innestare la marcia.

Ogni produttore implementa trasmissioni e sincronizzatori in modi diversi, ma questa è l'idea generale.

La trasmissione S tronic a sette velocità di Audi consente ai guidatori di utilizzare le modalità D (Drive) o S (Sport). I conducenti possono utilizzare la leva del cambio o le levette del cambio sul volante per cambiare marcia. Audi

Il cambio manuale automatizzato è forse meglio conosciuto e descritto più accuratamente come automatico a doppia frizione, ed è un'opzione sempre più popolare. Sebbene il cambio automatico a doppia frizione sia diventato popolare su auto ad alte prestazioni, come Porsche e Audis, 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 scollegamento dell'alimentazione. Ciò consente a un cambio a doppia frizione di completare i turni molto più rapidamente, poiché non c'è una "pausa" mentre il motore e la trasmissione cercano di accoppiarsi.

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 di marcia e il risparmio di carburante è migliore perché non c'è potenza persa a cambi 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 le leve del cambio montate sul volante, ma l'esperienza non è la stessa. Alcuni appassionati di prestazioni potrebbero lamentarsi della perdita dell'esperienza "remare da soli", poiché il cambio manuale è un'abilità piacevole da praticare e perfezionare, ma se la velocità è l'obiettivo finale, è difficile discutere con i risultati di una trasmissione manuale automatizzata.

I cambi manuali, noti anche come 5 marce, sono diminuiti di popolarità negli Stati Uniti e nel 2016 hanno rappresentato solo il 5% delle auto vendute. Vladdeep / Thinkstock

Alla fine del 2016, solo il 5% dei nuovi veicoli è stato venduto con cambio manuale, secondo US News & World Report. È sceso da un picco di circa il 25% nel 1987.

Anche se sei tra i rari acquirenti di auto che preferisce guidare un manuale, avrai difficoltà a trovarne uno la prossima volta che andrai in una concessionaria. Alcuni produttori tengono il manuale in giro come scusa per far pagare 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 funzionalità spesso sono disponibili solo su modelli o livelli di allestimento che non offrono trasmissioni manuali. Anche le auto sportive, che erano metodi sicuri per ottenere trasmissioni manuali, 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 a possedere un'auto con cambio manuale è in declino, soprattutto perché i conducenti americani trascorrono più tempo seduti nel traffico intenso, dove il pedale della frizione costantemente premuto può diventare stancante. Come riportato da US News, "poiché i conducenti incontrano più di queste eccellenti macchine automatiche moderne, meno sono interessati a imparare a guidare un manuale".

Ultimo aggiornamento editoriale il 26 marzo 2018 15:47:01.

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