Il convertitore di coppia [2° parte]

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Nella prima parte della nostra storia, abbiamo visto come le prime automobili dotate di cambio automatico utilizzassero il giunto idraulico per disaccoppiare il motore dalla trasmissione durante le brevi soste; tuttavia, abbiamo anche visto come questo dispositivo fosse molto svantaggioso in fase di spunto a causa delle perdite intrinseche. Come risolvere questo dilemma?


LA SOLUZIONE

Il convertitore di coppia, come abbiamo detto all’inizio, è una particolare applicazione del giunto idraulico. Il convertitore di coppia contiene all’interno della camera idraulica (almeno) un elemento in più denominato “statore” (o “reattore”), il cui compito è quello di modificare la direzione del flusso di liquido proveniente dalla turbina prima che esso ritorni nei vani della pompa: esso è installato esattamente nello spazio tra la pompa e la turbina ed è montato sul cosiddetto “albero di reazione”, un albero che è solidale alla campana del cambio (ATTENZIONE: alla campana, non all’albero di ingresso della trasmissione). Convertitore di CoppiaLo statore, come dice il nome stesso, nasce per restare fermo dov’è e non ruotare seguendo il flusso di olio proveniente dalla turbina: i vani dello statore ricevono dunque il fluido in uscita dalla turbina e lo ridirigono così che esso colpisca le palette dell’impulsore nel senso opposto, eliminando l’interferenza.

Ma c’è di più: invertendo il senso del flusso, non solo il sistema smette di essere svantaggioso. Diventa anche vantaggioso, dal momento che adesso il fluido impatta contro i vani della pompa nel suo stesso senso di rotazione, offrendo all’impulsore una spinta aggiuntiva. Ed è proprio questa forza motrice aggiuntiva quel vantaggio che caratterizza il convertitore di coppia e che lo fa risultare vantaggioso in fase di spunto iniziale.

Bisognerà però attendere il secondo dopoguerra per vedere una vettura dotata di convertitore di coppia: nella fattispecie, il primo cambio automatico dotato di questo dispositivo è stato il Buick Dynaflow introdotto sui modelli della casa statunitense nel 1948.


LA RUOTA LIBERA

Abbiamo detto poco fa che lo statore è montato sull’albero di reazione, con il risultato che esso non è lasciato libero di girare in risposta all’impulso dell’olio proveniente dalla turbina; se lo statore fosse infatti lasciato libero di girare, il convertitore di coppia Convertitore di Coppiamolto banalmente non sortirebbe l’effetto di cui sopra (e avrebbe ancora quelle perdite di potenza proprie del semplice giunto idraulico). Tuttavia, non è tutto rose e fiori: terminata infatti la fase di spunto e raggiunta una condizione di crociera a velocità costante, la presenza dello statore al centro della camera disturbava il flusso di fluido di ritorno, introducendo una nuova resistenza nel sistema che dissipava energia con il risultato di avere ancora una volta una pesante caduta in termini di efficienza.

La soluzione è stata quella di utilizzare una ruota libera: un dispositivo, cioè, capace di far ruotare il reattore solo e soltanto in un verso. Così facendo, quando il regime della pompa è maggiore di quello della turbina (fase di accelerazione), lo statore si blocca in posizione fissa sortendo l’effetto di moltiplicazione della coppia ed evitando che il flusso rallenti l’impulsore; quando invece il regime della pompa e quello della turbina sono uguali e non è più necessario l’effetto di moltiplicazione della coppia (fase di accoppiamento), lo statore girerà evitando di ostacolare il flusso di fluido.


IL FLUSSO

E parlando di flusso di fluido, è doveroso menzionare che esistono due tipi di flussi che si instaurano in un giunto di tipo idraulico, dove uno prevale sull’altro a seconda delle fasi di funzionamento: un flusso detto rotatorio ed un flusso detto vorticoso.

Il regime di flusso rotatorio prevale nel momento in cui la turbina e la pompa girano a velocità uguale (o, comunque, simile): lo osserviamo, dunque, nelle fasi di accoppiamento e nella crociera a velocità costante con pedale del gas parzializzato. Convertitore di CoppiaIl regime di flusso vorticoso prevale, invece, quando la turbina gira ad una velocità ben inferiore rispetto a quella della pompa: lo osserviamo, quindi, nelle fasi di accelerazione.

Si potrebbe affermare che il compito del convertitore di coppia è quello di raggiungere una condizione di flusso prevalentemente rotatorio; e per farlo utilizza una condizione temporanea dove il flusso è vorticoso, dal momento che è proprio il vortice risultante a creare, col passaggio del fluido nei vani dello statore, l’effetto di moltiplicazione della coppia.

Tutto molto bello, fin qui; ma, giustamente, ora vi starete chiedendo “Cosa c’entra questo con il fatto che quando guido un’auto con il cambio automatico e mi fermo ad un semaforo il motore rimane in moto?“. Risponderemo a questa domanda nella terza parte; restate con noi!

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Autore dell'articolo: Leonardo Stefanini

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