Il dispositivo e il principio di funzionamento di un moderno convertitore di coppia

Il primo convertitore di coppia è apparso più di cento anni fa. Dopo aver subito molte modifiche e miglioramenti, questo metodo efficiente di trasmissione regolare della coppia viene utilizzato oggi in molte aree dell'ingegneria meccanica e l'industria automobilistica non fa eccezione. La guida è ora molto più semplice e confortevole in quanto non è più necessario utilizzare il pedale della frizione. Il dispositivo e il principio di funzionamento del convertitore di coppia, come tutto ciò che è geniale, è molto semplice.

La storia di

Per la prima volta, il principio del trasferimento della coppia mediante ricircolo di fluido tra due giranti senza una connessione rigida è stato brevettato dall'ingegnere tedesco Hermann Fettinger nel 1905. I dispositivi che funzionano sulla base di questo principio sono chiamati giunti idraulici. A quel tempo, lo sviluppo della costruzione navale richiedeva ai progettisti di trovare un modo per trasferire gradualmente la coppia da un motore a vapore alle enormi eliche delle navi nell'acqua. Quando accoppiata saldamente, l'acqua rallentava lo strappo delle pale durante l'avviamento, creando un carico inverso eccessivo sul motore, sugli alberi e sui loro giunti.

Successivamente, i giunti idraulici modernizzati iniziarono ad essere utilizzati sugli autobus londinesi e sulle prime locomotive diesel per garantire il loro buon avviamento. E anche in seguito, i giunti idraulici hanno reso la vita più facile agli automobilisti. La prima auto di serie con un convertitore di coppia, la Oldsmobile Custom 8 Cruiser, uscì dalla catena di montaggio della General Motors nel 1939.

Dispositivo e principio di funzionamento

Il convertitore di coppia è una camera chiusa di forma toroidale, all'interno della quale le giranti di pompaggio, reattore e turbina sono disposte coassialmente vicine tra loro. Il volume interno del convertitore di coppia è riempito di fluido per trasmissioni automatiche che circolano in cerchio da una ruota all'altra. La ruota della pompa è ricavata nell'alloggiamento del convertitore ed è rigidamente collegata all'albero motore, ad es. ruota con la velocità del motore. La ruota della turbina è rigidamente collegata all'albero di entrata del cambio automatico.

Tra di loro c'è la ruota del reattore, o statore. Il reattore è montato su una ruota libera che gli consente di ruotare in una sola direzione. Le pale del reattore hanno una geometria speciale, grazie alla quale il flusso di fluido restituito dalla ruota della turbina alla ruota della pompa cambia direzione, aumentando così la coppia sulla ruota della pompa. Questa è la differenza tra un convertitore di coppia e un giunto idraulico. In quest'ultimo, non c'è reattore e, di conseguenza, la coppia non aumenta.

Come funziona Il convertitore di coppia si basa sul trasferimento della coppia dal motore alla trasmissione mediante un flusso di fluido di ricircolo, senza connessione rigida.

Una girante motrice, collegata all'albero a gomiti rotante del motore, crea un flusso di fluido che colpisce le pale di una ruota della turbina opposta. Sotto l'influenza del fluido, si mette in moto e trasmette la coppia all'albero di ingresso della trasmissione.

Con un aumento della velocità del motore, la velocità di rotazione della girante aumenta, il che porta ad un aumento della forza del flusso di fluido che trasporta la ruota della turbina. Inoltre, il liquido, ritornando attraverso le pale del reattore, riceve un'ulteriore accelerazione.

Il flusso del fluido si trasforma in base alla velocità di rotazione della girante. Al momento dell'equalizzazione delle velocità delle ruote della turbina e della pompa, il reattore impedisce la libera circolazione del liquido e inizia a ruotare grazie alla ruota libera installata. Tutte e tre le ruote ruotano insieme e il sistema inizia a funzionare in modalità di accoppiamento fluido senza aumentare la coppia. Con un aumento del carico sull'albero di uscita, la velocità della ruota della turbina rallenta rispetto alla ruota di pompaggio, il reattore si blocca e ricomincia a trasformare il flusso del fluido.

Vantaggi

1. Movimento fluido e partenza.
2. Riduzione delle vibrazioni e dei carichi sulla trasmissione causati da un funzionamento irregolare del motore.
3. Possibilità di aumentare la coppia del motore.
4. Nessuna necessità di manutenzione (sostituzione di elementi, ecc.).

Limitazioni

1. Bassa efficienza (per l'assenza di perdite idrauliche e collegamento rigido con il motore).
2. Scarsa dinamica del veicolo associata al costo del potere e del tempo per svolgere il flusso del fluido.
3. Alto costo

Modalità di blocco

Per far fronte ai principali svantaggi del convertitore di coppia (bassa efficienza e scarsa dinamica del veicolo), è stato sviluppato un meccanismo di bloccaggio. Il suo principio di funzionamento è simile alla classica frizione. Il meccanismo è costituito da una piastra di bloccaggio, che è collegata alla ruota della turbina (e quindi all'albero di entrata del cambio) tramite le molle dello smorzatore di vibrazioni torsionali. La piastra ha un rivestimento di attrito sulla sua superficie. Al comando della centralina del cambio, la piastra viene premuta contro la superficie interna della carcassa del convertitore mediante pressione del fluido. La coppia inizia a essere trasmessa direttamente dal motore al cambio senza la partecipazione di fluido. In questo modo si ottengono una riduzione delle perdite e una maggiore efficienza. Il blocco può essere attivato in qualsiasi marcia.

Modalità slip

Il blocco del convertitore di coppia può anche essere incompleto e funzionare in una cosiddetta "modalità di scorrimento". La piastra di bloccaggio non è completamente premuta contro la superficie di lavoro, fornendo così uno slittamento parziale del pattino di attrito. La coppia viene trasmessa simultaneamente attraverso la piastra di bloccaggio e il fluido di ricircolo. Grazie all'utilizzo di questa modalità, le qualità dinamiche dell'auto sono notevolmente aumentate, ma allo stesso tempo viene mantenuta la fluidità del movimento. L'elettronica garantisce che la frizione di blocco sia innestata il prima possibile durante l'accelerazione e disinnestata il più tardi possibile quando la velocità viene ridotta.

Tuttavia, la modalità di slittamento controllato presenta un notevole inconveniente associato all'abrasione delle superfici della frizione, che, inoltre, sono esposte a gravi effetti della temperatura. I prodotti di usura penetrano nell'olio, compromettendone le proprietà lavorative. La modalità slip consente al convertitore di coppia di essere il più efficiente possibile, ma allo stesso tempo riduce notevolmente la sua durata.