Cambio automatico con convertitore di coppia: come funziona e cosa offre nell'uso quotidiano

• Il convertitore di coppia idrodinamico trasmette la forza del motore attraverso il flusso dell'olio. Grazie a lui l'auto parte in modo fluido e, in partenza, il convertitore moltiplica la coppia. Le singole marce nascono invece dai rotismi epicicloidali che si trovano dopo il convertitore.
• Dopo la partenza la frizione di lock-up collega meccanicamente il motore al cambio. Il convertitore smette così di slittare, l'olio non si scalda inutilmente e i consumi non aumentano.
• Gli automatici di oggi hanno da 6 a 9 marce e anche di più. La fama di cambio assetato appartiene quindi ai vecchi automatici a tre e quattro marce.
• I punti di forza sono la marcia fluida in coda, il traino di un rimorchio, la guida in fuoristrada e la resistenza a coppie elevate. I punti deboli sono il peso maggiore, la costruzione più complessa e il calore prodotto dagli slittamenti prolungati sotto carico.
• Lo si trova soprattutto sulle auto di segmento medio e superiore, sui SUV e sui pick-up. Negli annunci si nasconde dietro nomi come Steptronic (BMW), 9G-Tronic (Mercedes-Benz) o EAT8 (Peugeot, Citroën).

Il cambio automatico con convertitore di coppia è ciò che la maggior parte degli automobilisti immagina quando sente la parola automatico: parte con dolcezza, in coda avanza da solo e non ha il pedale della frizione. Tra le auto usate lo incontrerà su familiari, berline premium e SUV. Il nome commerciale riportato nell'annuncio, però, spesso non ne rivela il principio di funzionamento. La fama di cambio comodo ma pigro e assetato è nata all'epoca degli automatici a tre e quattro marce e non corrisponde più alla tecnica di oggi. Per capire come si comporta questo cambio conviene distinguere tre cose: la partenza attraverso l'olio, il passaggio di marcia nei rotismi epicicloidali e il collegamento meccanico tramite la frizione di lock-up. La panoramica di tutte le soluzioni si trova nell'articolo sui tipi di cambio automatico, la cura dell'olio nell'articolo sulla sostituzione dell'olio del cambio automatico.

Un automatico classico è composto da tre gruppi principali. Il convertitore di coppia idrodinamico trasmette la forza in partenza, i rotismi epicicloidali cambiano il rapporto di trasmissione e l'elettronica, insieme all'idraulica, decide quando e come il cambio passa di marcia.

Convertitore di coppia: la forza viaggia con il flusso dell'olio

Il convertitore si trova tra il motore e il cambio vero e proprio. Al suo interno lavorano tre elementi principali:

Per questo il motore può restare acceso anche con la posizione D inserita e l'auto ferma sul freno. La pompa gira, la turbina è ferma e l'olio assorbe la differenza tra le loro velocità. Quando il guidatore rilascia il freno, il flusso dell'olio comincia a far girare la turbina. Lo statore intanto aumenta la coppia in uscita, così anche un'auto pesante parte senza fatica. Quando i giri di pompa e turbina si pareggiano, la moltiplicazione della coppia termina. Il convertitore funziona quindi come un “rapporto aggiuntivo” solo in partenza e nelle accelerazioni brusche a bassa velocità.

Rotismi epicicloidali: qui nascono le singole marce

Il convertitore da solo non ha né prima, né seconda, né altre marce. Le crea il cambio che lo segue, negli automatici classici con più rotismi epicicloidali collegati tra loro.

Un rotismo epicicloidale è formato da un ingranaggio centrale chiamato solare, da ruote più piccole che gli girano intorno, i satelliti, dal loro portasatelliti e da una corona esterna a dentatura interna. Le frizioni multidisco e i freni all'interno del cambio collegano o bloccano le singole parti. A seconda degli elementi innestati si ottiene un diverso rapporto di trasmissione. Durante la cambiata il cambio rilascia gradualmente alcuni elementi di attrito e ne innesta altri, così la trasmissione della forza alle ruote non si interrompe. La centralina collabora con il motore e un automatico ben tarato cambia marcia rapidamente e senza strappi percepibili.

Frizione di lock-up: perché il motore non deve far girare sempre l'olio

La trasmissione attraverso il fluido è piacevole in partenza, ma la differenza di giri tra pompa e turbina comporta perdite. Una parte dell'energia si trasforma in calore dell'olio invece di spingere le ruote.

Per questo il convertitore ha una frizione di lock-up (detta anche frizione di blocco del convertitore). Quando si chiude, tra motore e cambio si crea un collegamento meccanico e lo slittamento scompare. Gli automatici moderni la chiudono poco dopo la partenza, spesso già in seconda o in terza, e sanno chiuderla anche in parte, con uno slittamento controllato. L'auto parte così morbidamente attraverso l'olio e, una volta avviata, trasmette la forza con la stessa efficienza di una frizione meccanica.

I vecchi automatici avevano tre o quattro marce. Oggi tra le auto usate si incontrano comunemente cambi da 6 a 9 marce, ed esistono anche trasmissioni con più rapporti. Lo scopo non è cambiare marcia il più spesso possibile, ma avere il rapporto giusto per ogni situazione.

Una prima corta aiuta a far partire un'auto carica o un convoglio con rimorchio. Una marcia più alta lunga abbassa i giri del motore in autostrada. Salti ridotti tra un rapporto e l'altro mantengono il motore nella fascia in cui spinge bene e lavora in modo economico. Sull'ampia gamma di rapporti, che il costruttore descrive come il modo per tenere il motore nel punto di funzionamento più adatto, si basa per esempio il cambio a otto marce ZF 8HP.

Gli automatici con convertitore consumano di più?

La fama di automatici assetati è nata con cambi che avevano grandi salti tra le marce e chiudevano la frizione di lock-up solo nella marcia più alta, oppure non l'avevano affatto. Il convertitore slittava allora per buona parte del viaggio e l'energia se ne andava in calore. Gli automatici di oggi chiudono presto la frizione di lock-up, viaggiano a bassi regimi e la loro idraulica ha perdite minori. La differenza di consumo rispetto al manuale è quindi piccola e per molti modelli con cambio automatico il costruttore dichiara consumi uguali o inferiori.

Il punto di forza dell'automatico con convertitore è la trasmissione fluida della forza quando la differenza di giri tra motore e ruote è grande. Si nota ovunque l'auto proceda lentamente e abbia bisogno di molta forza di trazione.

I difetti si vedono meno, ma esistono:

• Peso e complessità. Convertitore, più rotismi epicicloidali, frizioni multidisco e idraulica pesano più di un cambio manuale e la riparazione si risolve spesso con la revisione o la sostituzione dell'intero cambio.
• Perdite durante lo slittamento. In partenza e a bassa velocità una parte dell'energia si trasforma in calore. In città si nota più che in autostrada.
• Risposta più lenta nei cambi più vecchi. I vecchi automatici con meno marce, quando si affonda l'acceleratore, “ci pensano” un attimo. Le unità di oggi a otto e nove marce reagiscono invece con prontezza.
• Sensibilità alla temperatura e allo stato dell'olio. Qui l'olio non si limita a lubrificare, ma trasmette direttamente la forza e comanda le cambiate.

L'automatico con convertitore è robusto?

Questa architettura sopporta coppie elevate e un uso gravoso, per questo la adottano grandi SUV, pick-up e berline potenti. Il convertitore, inoltre, risparmia gli elementi di attrito: l'auto non parte facendo slittare una frizione come con il manuale o con il doppia frizione. La durata dipende però dal dimensionamento dell'intero cambio, dal suo raffreddamento e dallo stato dell'olio, perché all'interno continuano a lavorare frizioni multidisco e freni, valvole idrauliche, cuscinetti ed elettronica.

L'automatico con convertitore è lo standard sulle auto di segmento medio e superiore, sui SUV più grandi e sui pick-up, dove i motori hanno coppie elevate e le auto trainano spesso un rimorchio. Si usa però anche su alcune compatte e SUV. Negli annunci di solito compare il nome commerciale della casa automobilistica, mentre il nome del produttore del cambio (ZF, Aisin) si legge solo di rado.

Il solo nome commerciale non sempre basta. BMW chiama Steptronic anche il cambio a doppia frizione dei modelli più piccoli a trazione anteriore. In molte gamme il tipo di automatico cambia a seconda del motore, e le ibride plug-in hanno spesso, al posto del convertitore, un motore elettrico con frizione, anche se il cambio porta un nome simile a quello delle normali versioni benzina e diesel. In che cosa si distingue il doppia frizione DSG lo spiega l'articolo sul cambio DSG.

In un'auto usata con convertitore, i segnali d'allarme sono colpi secchi in cambiata, vibrazioni in partenza, un ritardo dopo aver spostato il selettore su D o R e un regime che in marcia sale all'improvviso senza un'accelerazione corrispondente. La causa la stabiliscono solo la diagnosi e il giro di prova; per le auto in vendita su Carvago entrambi fanno parte della verifica CarAudit™.

Gli equivoci più frequenti riguardano il principio stesso:

• “Il convertitore leviga tutto.” Smorza le vibrazioni torsionali del motore e ammorbidisce la partenza, ma non nasconde dischi usurati o un'idraulica difettosa.
• “Lo slittamento è sempre un guasto.” In partenza fa parte del funzionamento del convertitore. In marcia deve eliminarlo la frizione di lock-up. Se a velocità costante il regime oscilla, è un segnale d'allarme.
• “Con il rimorchio regge qualsiasi carico.” Retromarce lunghe e manovre lente con un convoglio pesante scaldano l'olio e possono superare le capacità del raffreddamento. Vale la massa rimorchiabile omologata della singola auto.
• “Più marce significano un automatico migliore.” Fluidità e prontezza dipendono soprattutto dal software e dall'abbinamento con il motore. Un nove marce che salta inutilmente avanti e indietro tra due rapporti risulta peggiore di un sei marce ben tarato.

Nell'automatico l'olio trasmette la forza, comanda le cambiate, lubrifica e smaltisce il calore, quindi dal suo stato dipende il funzionamento dell'intero cambio. L'intervallo di sostituzione lo stabilisce il costruttore per il singolo cambio e non esiste una regola unica valida per tutti gli automatici con convertitore.

Carvago offre circa un milione di auto usate di venditori di diversi paesi europei. La combinazione precisa di modello, motore e cambio, per esempio una BMW Serie 3 con Steptronic o una Peugeot 3008 con EAT8, si sceglie così da un'offerta di un ordine di grandezza più ampia di quella del mercato italiano.

Prima della vendita ogni auto viene verificata da un tecnico nell'ambito del CarAudit™, con fino a 270 punti di controllo. La verifica comprende il controllo della storia e delle parti tecniche, la diagnosi e il giro di prova, cioè proprio ciò che rivela lo stato di un automatico. Il cliente conosce il risultato prima di decidere l'acquisto.

Carvago garantisce lo stato indicato nel certificato CarAudit™ e con ogni auto offre una garanzia estesa gratuita. In base alla Carvago Blacklist, Carvago non inserisce nell'offerta i modelli che considera problematici.

Le palette al volante indicano che l'auto ha un cambio con convertitore?

No. Le palette sono solo un modo per comandare il cambio e le hanno anche auto con doppia frizione o con CVT a marce simulate. Sulla struttura interna del cambio non dicono nulla.

Come fa la retromarcia un automatico con convertitore?

La retromarcia nasce da una combinazione dei rotismi epicicloidali che inverte il senso di rotazione dell'albero di uscita. Né il motore né il convertitore cambiano senso di rotazione.

Un'auto con automatico a convertitore si può avviare a spinta?

No. Il motore aziona la pompa dell'olio del cambio, quindi a motore spento nel cambio non c'è pressione e i rotismi non si collegano. Un'auto con la batteria scarica va avviata con una fonte di energia esterna.

L'automatico con convertitore cambia marcia più lentamente del DSG?

Gli automatici di oggi a otto e nove marce cambiano in movimento così rapidamente che un guidatore comune non nota la differenza. Il doppia frizione reagisce un po' più in fretta ed è più leggero, il convertitore è più fluido nelle manovre lente, nelle retromarce in salita e nella guida con il rimorchio.

1. https://static.nhtsa.gov/odi/tsbs/2019/MC-10159424-0001.pdf
2. https://www.zf.com/products/en/cars/products_64238.html?pageLink=service_and_support_divider658792
3. https://carvago.com/it/consegna-veicolo
4. https://carvago.com/it/caraudit
5. https://www.alvolante.it/da_sapere/tecnica/cambi-e-trasmissione/l-abc-del-cambio-automatico-quello-classico-convertitore-coppia-347273