Sappiamo tutti che il cambio è un componente meccanico fondamentale per un veicolo perchè ha la funzione di modificare a seconda delle esigenze la coppia disponibile alle ruote. Ma a cosa serve? Perché è necessario modificare la coppia caratteristica di un propulsore?
Per rispondere a questa domanda è prima necessario chiedersi : “ Siamo sicuri che il motore termico sia così adatto alla trazione stradale? La coppia che esso eroga ha l’andamento sperato per l’autotrazione?”. Probabilmente rimarrete sorpresi, ma la risposta è no, se si guarda solamente alle curve caratteristiche, il motore termico non è così adatto per un utilizzo automobilistico.
Se non siete convinti andiamo ad analizzare il grafico seguente dove sono riportate due diverse curve di coppia al variare del numero di giri dell’albero motore.
Noi vorremmo un motore che fosse in grado di erogare la coppia massima fin da subito in modo da poter vincere l’elevata resistenza che serve per muovere la macchina quando è ferma e che sia poi in grado di diminuire progressivamente la coppia erogata quando la macchina è in movimento, fase in cui ne è richiesta di meno.
Per questi motivi la coppia desiderata ha un andamento iperbolico, con il picco ai bassi e il minimo agli alti regimi di rotazione. Un motore termico purtroppo non segue queste caratteristiche, la coppia reale da esso erogata ha un andamento simil-parabolico che mal si concilia con l’esigenza di avere un’elevata coppia fin da subito.
Per questo motivo si è obbligati in un qualche modo a riadattare la curva di coppia reale mediante l’utilizzo della frizione e di un cambio. La frizione fa sì che il motore risenta della coppia resistente solo dopo che ha avuto la possibilità di raggiungere un regime di rotazione tale da poterla sovrastare gradualmente senza spegnersi. Il cambio invece consente di “trasformare artificiosamente” la curva di coppia reale in una curva iperbolica che abbia l’andamento desiderato per l’autotrazione.
Per meglio chiarire questo concetto osserviamo il grafico successivo dove sono riportate le curve di coppia della prima, seconda, terza e quarta marcia.
Come si nota, se si usano le marce nel loro range di utilizzo ottimale, si crea una banda di utilizzo “ideale” (in rosso) che può essere schematizzata dalla linea tratteggiata di mezzeria che ha proprio l’andamento iperbolico sperato. Ecco quindi che, nonostante le curve di coppia delle singole marce continuino a mantenere un andamento simil-parabolico, se si cambia marcia è come se ci muovesse lungo la linea iperbolica.
Il motore sarà così sempre in grado di operare facendo fronte alle richieste del percorso senza “morire” ed evitando di girare a regimi troppo elevati. Ad esempio, nel caso in cui ci si trovasse di fronte ad una salita impegnativa sarà necessario inserire la prima o la seconda per vincere l’elevata coppia resistente, mentre nel caso di una strada piana o leggermente in discesa è opportuno innestare una marcia più elevata per evitare di far schizzare i giri motore.
Ora che abbiamo capito a cosa serve, nel prossimo articolo siamo pronti ad analizzare il meccanismo di funzionamento del cambio capendo concretamente come sia possibile modificare la coppia disponibile alle ruote.