Frizione auto: come funziona il disinnesto e i diversi tipi

L'evoluzione del sistema di disinnesto della frizione auto: dal cavo regolabile all'attuatore idraulico, fino al cambio automatico

17 settembre 2021 - 9:04

Sin dall’inizio della costruzione del primo autoveicolo è stato necessario escogitare un metodo ed un dispositivo per disaccoppiare la trazione dal motore alle ruote. La frizione auto, di cui abbiamo già parlato in questo approfondimento, è il dispositivo che trasmette la coppia del motore al cambio e grazie ad essa possiamo anche effettuare il disaccoppiamento. Buona parte del lavoro è dovuto però ad un sistema posto al suo fianco, gli elementi preposti al disinnesto. Ecco come funziona e i principali sistemi.

QUANTA COPPIA PUO’ TRASMETTERE UNA FRIZIONE?

Il meccanismo di disinnesto della frizione auto ha subito una forte evoluzione negli anni che ci ha portato all’automatismo del sistema. Una delle prime generazioni prevedeva il collegamento diretto dal pedale della frizione alla forcella (collegata al cuscinetto reggispinta) tramite un cavo regolabile. Un sistema semplice ed economico. Il motivo per cui è stata accantonata una soluzione così semplice ed efficace è dovuto ad una formula che regola la massima coppia trasmissibile dalla frizione:

M = F x r x z x μ

Una frizione infatti può trasmettere tanta più coppia, quanto più aumentiamo:

– r cioè il raggio medio del disco della frizione (e quindi il suo ingombro). Per ovvi motivi, non è possibile aumentare a dismisura tale dimensione perché la campana della frizione è dimensionata sulla base dell’ingombro del cambio e del motore;

– μ o coefficiente di attrito tra la superficie di volano e spingidisco e il materiale di attrito del disco frizione.  Si può modificare solamente utilizzando mescole speciali, spesso metalli sinterizzati, penalizzando il comfort e riducendo anche la durata del materiale ferroso su volano e spingidisco;

– z, che rappresenta il numero di dischi della frizione. Alcuni veicoli (auto e camion) e alcune moto usano frizioni a più dischi. Più dischi ci sono nella frizione, più si può aumentare la coppia trasmissibile;

– F che è la forza con cui il piatto di pressione della frizione agisce sul disco frizione.

FRIZIONE AUTO: DAL CAVO ALL’ATTUAZIONE IDRAULICA

Quando i costruttori auto hanno sviluppato motori con maggiore potenza e coppia, hanno dovuto scegliere con i costruttori di frizioni quali parametri modificare. L’unica alternativa plausibile è stata aumentare la forza di pressione, aumentando quindi anche la forza che il guidatore avrebbe esercitato sul pedale della frizione. Questa forza di disinnesto è in qualche modo equivalente alla forza esercitata dallo spingidisco che preme sulla molla a diaframma. Tramite l’utilizzo del solo cavo non è possibile aumentare l’effetto leva (in maniera ragionevole) a favore del guidatore e permettere una pressione del pedale confortevole. Il primo miglioramento ha quindi richiesto l’eliminazione del cavo a favore dell’idraulica.

IL SISTEMA CSC DELLA FRIZIONE AUTO IDRAULICA

Utilizzando un sistema di moltiplicazione della pressione con due pompe idrauliche (primaria, a monte vicino al pedale e secondaria, a una a valle installata sulla campana), non è più necessario esercitare un notevole sforzo sul pedale della frizione. L’effetto leva è quindi garantito dalla presenza delle pompe idrauliche. Ed ecco che i progettisti di componenti si sono trovati di fronte ad un nuovo dilemma: altre componenti da installare e collocare nel vano motore. Più componenti da installare comportano più codici in magazzino, la movimentazione di più articoli, processi più complicati, ecc. Tutte voci che a cascata si riflettono sui costi. Il passo successivo è stato quindi rendere più economico il processo di produzione dell’autoveicolo, riducendo il numero di elementi da installare.

Per questo motivo i progettisti hanno eliminato completamente:

– La pompa secondaria

– La forcella

– Il cuscinetto reggispinta

– Il manicotto di scorrimento

– Fulcri per la forcella

Trasformandoli in un unico componente, denominato CSC (Concentric Slave Cylinder) cuscinetto reggispinta idraulico, ma impropriamente, perché la pompa secondaria non viene rimossa, bensì semplicemente integrata. Prima dell’avvento del CSC era possibile robotizzare il disinnesto e innesto della frizione con attuatori elettrici o elettroidraulici. Ma in questi casi l’attuazione è indiretta (viene esercitata forza sul puntale che agisce sulla forcella, non direttamente sul cuscinetto). Quindi il controllo dell’attuazione (tramite il sensore di posizione) non può effettivamente percepire la corsa del cuscinetto. L’introduzione del CSC ha reso più semplice l’attuazione diretta del disinnesto della frizione.

LA FRIZIONE AUTO E I CAMBI AUTOMATICI ZF

Uno dei prodotti di punta di ZF per l’automotive è il cambio automatico, che ha visto la luce negli anni 70 su BMW e Peugeot e che in questi ultimi anni ha subito uno sviluppo incredibile. Un optional raffinato e sempre più apprezzato dagli automobilisti, disposti a investire di più in comfort di guida. Una delle soluzioni tecniche ZF recenti per eliminare il pedale della frizione auto contenendo i costi, è partire da un cambio meccanico semplice a cui si aggiunge un’elettronica e un’idraulica che automatizza il cambio marcia e il disinnesto. Tuttavia con la diffusione dei veicoli elettrici si parlerà sempre meno di sistemi di disinnesto.

Nel frattempo però il CSC ha subito già un’ulteriore evoluzione. Nei veicoli industriali, dove l’idraulica è spesso soppiantata dalle attuazioni pneumatiche, il CSC idraulico aumenta la complessità di montaggio e i costi. Ecco perché ZF ha progettato e sviluppato il cuscinetto ConAct, un cuscinetto reggispinta completamente pneumatico, già in uso su molti camion. E’ collegato ad un’elettronica di gestione del gas in pressione, tale da rendere il cambio automatizzato con poco dispendio di energia ed in maniera economica.

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