Variatore: che tipo di cosa è questa?

“Sulla vettura è installato un variatore a variazione continua”: molti di noi si sono imbattuti in questa frase sfogliando i cataloghi di automobili. Oppure si può vedere questa combinazione di parole in una tabella di caratteristiche tecniche. Tutti sanno cos’è un cambio manuale (tranne gli americani), tutti sono abituati da tempo al cambio automatico (soprattutto gli americani). Ma il variatore è relativamente sconosciuto. Ma non è una novità.

Sarete sorpresi di sapere che questa invenzione non appartiene a Honda e nemmeno a Mercedes. Il brevetto del variatore è stato rilasciato alla fine del XIX secolo! Inoltre, il primo variatore è stato inventato nel 1490. Il bonario barbuto Leonardo da Vinci ne fu l’autore.

Tuttavia, la prima automobile funzionante con questo tipo di trasmissione non apparve nel Rinascimento, ma più tardi, circa cinquecento anni dopo, negli anni Cinquanta. Il variatore fu installato in commercio sulle auto DAF (all’epoca non si producevano solo camion, ma anche autovetture con questo marchio). Poi Volvo iniziò a produrre qualcosa di simile, ma i variatori sono diventati veramente diffusi solo ora.

In effetti, il variatore (anche trasmissione a variazione continua) è, scusate la tautologia, una variante del cambio automatico. E a prima vista, l’auto che ne è dotata non si tradisce in alcun modo: ci sono solo due pedali e una leva di cambio della modalità di trasmissione – P, R, N, D – uguale a quella di un’auto con un cambio automatico convenzionale. Tutto è familiare. Ma il variatore funziona in modo completamente diverso. Non ci sono prime, seconde e decime marce fisse. Provate a immaginare quante stelle ci sono nel nostro universo o quanti granelli di sabbia ci sono su tutte le spiagge della Terra messe insieme: il variatore ha ancora molte più marce. E il “cambio di marcia” è fluido e impercettibile.

Ecco perché non ci sono scatti all’avvio e al “cambio”. E non a caso abbiamo scritto questa parola tra virgolette: non ci sono cambi di marcia in quanto tali. Il variatore cambia in modo continuo e fluido il rapporto di trasmissione mentre l’auto accelera o decelera.

Esistono diversi tipi di variatori: Cinghia trapezoidale con pulegge regolabili, catena, toroidale… Il primo tipo è il più comune. Vediamo come funziona. Ecco un buon esempio: prendiamo due matite (cilindri) che giacciono parallele a una certa distanza l’una dall’altra. Le avviciniamo con un elastico e iniziamo a far ruotare una di esse. La seconda inizia a girare immediatamente, alla stessa velocità. Ma se le matite sono di diametro diverso, la storia è ben diversa: mentre una di esse, più grande, farà un giro, la seconda, ad esempio, ne farà due.

Il variatore ha questo aspetto, ma il diametro delle “matite” cambia continuamente. Ha due pulegge, ognuna delle quali ha la forma di una coppia di coni rivolti l’uno verso l’altro con le estremità appuntite. Tra le pulegge è fissata una cinghia trapezoidale.

Ora, se ciascuna delle coppie di coni può spostarsi l’una verso l’altra e viceversa, otterremo pulegge con un diametro variabile. Infatti, quando i coni sono separati, la cinghia che è in contatto con essi con le sue nervature cadrà al centro della puleggia e vi girerà intorno con un piccolo raggio. E quando i coni si avvicinano, il raggio è grande.

Non resta che dotare entrambe le pulegge di un sistema (di norma idraulico, ma può esserci anche qualche altro servo), che sposti in modo rigorosamente sincrono le metà della prima puleggia e spinga le metà della seconda. E se una puleggia si trova sull’albero motore (che parte dal motore) e la seconda sull’albero condotto (che va alle ruote), è possibile organizzare una variazione del rapporto di trasmissione in un intervallo molto ampio.

Non resta che aggiungere un’unità responsabile del cambio del senso di rotazione dell’albero di uscita (per la retromarcia), che può essere, ad esempio, un normale ingranaggio planetario. E il variatore è pronto.

A proposito, c’è una domanda interessante: che tipo di cinghia si usa qui? Naturalmente, una normale cinghia in gomma e tessuto, come quelle che fanno ruotare i generatori e altri accessori, non durerebbe nemmeno un migliaio di chilometri. La cinghia nei variatori a cinghia trapezoidale ha una disposizione complessa.

Può trattarsi di un nastro d’acciaio con un certo rivestimento o di un insieme di corde d’acciaio (nastri) con una sezione composita, su cui è teso un numero enorme di sottili piastre d’acciaio trasversali di forma trapezoidale, i cui bordi si agganciano alle pulegge. In effetti, è in questo modo che è stato possibile creare una cinghia di spinta che trasmette potenza non solo alla metà che va dalla puleggia condotta a quella motrice, ma anche a quella opposta. Una cinghia normale, quando tenta di trasmettere una forza di compressione, si piegherebbe semplicemente, mentre una cinghia d’acciaio accoppiata acquisisce rigidità.

A proposito, una catena in lamiera d’acciaio larga può essere utilizzata anche come cinghia trapezoidale, toccando i coni con i suoi bordi. È una “cinghia” di questo tipo che funziona nei variatori delle auto Audi.

È interessante notare che per lubrificare la catena viene utilizzato un liquido speciale, che cambia il suo stato di fase sotto la forte pressione che si crea nel punto di contatto con la puleggia. Grazie a ciò, la catena può trasmettere una forza significativa, quasi senza slittare, nonostante un’area di contatto molto ridotta.

Il modo in cui il variatore cambia il rapporto di trasmissione durante l’accelerazione dipende dal programma di controllo selezionato. Quando si accelera su un’auto tradizionale, si porta il motore a regime in ogni marcia, poi si passa alla marcia successiva e così via. Quando un’auto con variatore accelera, il motore rimane allo stesso regime (ad esempio, al regime corrispondente alla coppia massima), ma il rapporto di trasmissione cambia in modo fluido.

Questo crea una sensazione un po’ strana. Se si preme il pedale dell’acceleratore, il motore sale ad alti regimi e vi rimane per tutta l’accelerazione, ululando come un aspirapolvere. Ma l’accelerazione è elevata e il passaggio da una marcia all’altra non richiede tempo.

Tuttavia, in alcuni casi, il variatore viene regolato in modo che l’accelerazione con esso assomigli di più a un aumento di velocità con un cambio tradizionale, con un aumento graduale del regime del motore.

Naturalmente, quando si cerca di affrontare una salita o di rallentare l’auto, il variatore intelligente non lascerà la marcia alta, nonostante la pressione del pedale del gas. Le pulegge torneranno rapidamente indietro per un sicuro assalto all’altezza – per aumentare la coppia in uscita dal cambio.

Su alcune auto, inoltre, è possibile scegliere una modalità con diverse marce “virtuali” (6 o addirittura 8) impostate dall’elettronica. Marce tra le quali il variatore salta bruscamente, come in un classico cambio automatico. In questo caso, è anche possibile cambiare “marcia” a piacimento. Come in un cambio automatico con modalità sequenziale manuale.

Il variatore presenta quindi molti vantaggi. Ma ci sono anche degli svantaggi. Ad esempio, una potenza del motore relativamente piccola, per gli standard moderni, “digerita”. Non per niente questi cambi hanno iniziato la loro marcia in tutto il mondo su auto di piccola classe. E ancora oggi, le auto più potenti sono spesso dotate di cambi meccanici, o di classici cambi automatici o semiautomatici.

In ogni caso, c’è un progresso. E qui è impossibile non ricordare i detentori di record. Ad esempio, il variatore a cinghia trapezoidale Multitronic (con catena) dell’Audi A4 2.0 TFSI gestisce senza problemi un flusso di 200 “cavalli”.

Si potrebbe obiettare che la Classe D non è tutto. 200 CV non possono più essere considerati una quantità così elevata per le auto di classe executive e business, e soprattutto per un SUV di grandi dimensioni.  Ma i risultati dei variatori più moderni non si limitano a questo. Così, il crossover Nissan Murano con un V6 da 3,5 litri con una capacità di 234 CV è equipaggiato con il variatore a cinghia trapezoidale X-Tronic. Si tratta di uno dei modelli più grandi e pesanti dotati di variatore. E cosa succederà domani?

Il secondo svantaggio dei variatori è rappresentato da una manutenzione e una riparazione relativamente costose, nonché da un fluido di trasmissione speciale e quindi non economico. I variatori a cinghia possono richiedere la sostituzione della cinghia ogni 100-150 mila chilometri. Allo stesso tempo, l’olio costa un po’ di più rispetto a quello di un cambio automatico, ma può essere sostituito un po’ meno spesso – all’incirca dopo 40-50 mila chilometri per diversi modelli di auto.

Eppure i variatori stanno diventando sempre più comuni su auto di varie classi, inoltre sono solitamente più economici di un buon cambio automatico di tipo classico.

Poiché i variatori hanno un numero infinito di marce, permettono al motore di funzionare nelle modalità più favorevoli – sia che si abbia bisogno della massima potenza (nelle corse al semaforo), sia, al contrario, della fluidità e del minor consumo di carburante (quando si guida con calma). Pertanto, i modelli con variatore si distinguono, a parità di altre condizioni, per l’elevata efficienza unita a una dinamica non meno decente.

Tra l’altro, di recente si è registrata la tendenza ad aumentare il numero di marce nei cambi automatici classici. Negli ultimi modelli ci sono già 8 marce (per un’autovettura). E questo proprio per combinare alta dinamica ed efficienza. Vedremo presto cambi automatici con dieci o addirittura dodici marce? Ma i variatori sono già lì, dove le normali trasmissioni automatiche con i loro riduttori planetari commutabili non arriveranno mai. Dopo tutto, il numero di marce del variatore è infinito.

Questa è una traduzione. Potete leggere l’originale qui: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e32e2.html