Cambio automatico 6HP19

Cambio automatico 6HP19

18/06/2019 0 Di Silvano Orsini

Il cambio automatico ZF 6HP19 del modello BMW X3 E83, tecnica, malfunzionamenti e manutenzione

Sviluppo del cambio automatico ZF a sei rapporti, perfezionamento dell’attuatore elettroidraulico a controllo elettronico e introduzione dei rotismi epicicloidali


Friedrichshafen, Germania meridionale, 2001. ZF (Zahnradfabrik Friedrichshafen) compie un passo importante nell’evoluzione dei cambi automatici per il settore automobilistico. L’introduzione del principio di Lepelletier abbinato al sistema Ravigneaux, l’utilizzo dell’alluminio al posto della ghisa per il case, consentono l’introduzione della sesta marcia a fronte di una consistente riduzione del numero dei componenti e del peso complessivo.

Nel confronto con la precedente generazione a 5 marce, la serie 6HP vanta una diminuzione complessiva del peso del 13%, il 30% di componenti in meno e un rilevante risparmio di combustibile e di inquinanti del 5%.

Cambio automatico 6HP19

Cambio automatico 6HP19, teoria e panoramica del sistema

Nei veicoli a motore termico, un sistema di trasmissione è necessario per gestire la differenza tra i limiti fisici di rotazione del motore e la velocità del veicolo.

Nella trasmissione meccanica, un moderno motore a pistoni ha un range di rotazione teorico compreso tra 600 e 12.000 rpm, mentre le ruote del veicolo possono essere ferme o arrivare a 2.500 rpm. Inoltre, il motore termico esprime il massimo rendimento o la massima capacità di produrre una forza o coppia entro un range di rotazione ancora più ristretto rispetto a quello teorico.

Il cambio svolge quindi la funzione di riduttore di giri nella maggior parte delle situazioni di guida e di moltiplicatore di giri durante la marcia del veicolo alle velocità più elevate.

Nei cambi più semplici, la variazione dei giri si ottiene con coppie di ruote dentate disposte su alberi paralleli, dove l’albero motore riceve la coppia dal motore termico e l’albero condotto esprime i giri adatti alla rotazione delle ruote.

Nei primi modelli, risalenti all’inizio del ‘900, i denti della ruota motrice e di quella condotta sono dritti e quest’ultima è in grado di scorrere assialmente, per effettuare gli innesti richiesti manualmente dal conducente.

È un sistema molto impegnativo per il conducente; l’inserimento delle marce richiede una manovra specifica chiamata debraiata o doppietta, dove per non “grattare” si avvicinano il più possibile le velocità di rotazione delle ruote dentate corrispondenti alla marcia desiderata.

I cambi meccanici più moderni, oltre ad avere un numero di marce maggiore rispetto alle prime versioni, dispongono di un sistema di sincronizzazione a denti frontali, per semplificare al conducente l’innesto delle marce.

Cambio manuale 5 marce
Cambio manuale a 5 marce + retromarcia, con sincronizzatori e trasduttore di velocità. I denti delle ruote sono elicoidali, quindi sono sottoposti a forze trasversali, ma il cambio è più silenzioso.

Con l’introduzione del cambio automatico, l’attuatore non è più il braccio del conducente, ma un sistema meccanico o idraulico integrato al cambio stesso.

Il cambio automatico 6HP19 sfrutta un complesso sistema a ingranaggi epicicloidali coassiali, al posto dell’ingombrante sistema ad alberi paralleli già descritto. La ricerca ZF ha migliorato costantemente la qualità dei cambi automatici, per assecondare gli standard di BMW e dei maggiori produttori mondiali di auto dalle prestazioni elevate.

Cambio automatico 6HP19
Interno del cambio 6HP19

Il sistema 6HP19 è predisposto per una coppia massima di 400 Nm (la versione 26 arriva a 600 Nm), è montato in uscita del motore e a monte del ripartitore di coppia ATC 400.

Gli elementi fondamentali della serie 6HP sono:

  • 1) convertitore di coppia
  • 2) primo rotismo epicicloidale (semplice)
  • 3) secondo rotismo epicicloidale (selezione delle marce con frizioni a lamelle)
  • 4) terzo rotismo epicicloidale (doppio, tipo Ravigneaux)
  • 5) meccatronica

Il convertitore di coppia è un giunto fluidodinamico, dove la coppia proveniente dal motore termico viene trasmessa tramite un olio specifico, in movimento tra una girante motrice e una girante condotta.

Per l’assenza di collegamento meccanico, la trasmissione è progressiva e confortevole, mentre il contenimento dei consumi dopo la partenza del veicolo è garantito dal bloccaggio a frizione delle giranti.

Schema principio Lepelletier
Schema del principio di Lepelletier / Ravigneaux

Il treno di ruotismi a valle del primo epicicloidale è composto da 5 frizioni a lamelle, 3 elementi di innesto e 2 elementi frenanti. Il sistema sfrutta il principio Lepelletier in combinazione con quello Ravigneaux e presenta notevoli vantaggi:

  • elevato numero di rapporti al cambio marcia (risparmio di carburante)
  • elevata velocità del cambio marcia (piacere di guida)
  • ridotto numero e ingombro dei componenti (semplicità costruttiva)
  • coassialità di alberi motore e condotto, estrema compattezza del case (ingombro minimo del tunnel centrale)

La meccatronica è l’attuatore dei componenti del cambio e rappresenta lo stato dell’arte dell’integrazione tra la meccanica tradizionale, con un contatto fisico tra elementi solidi, i circuiti idraulici (unità idraulica) e gli avanzati sistemi di comando elettronici e digitali (centralina EGS, gestione elettronica del cambio).


Stile di guida con cambio automatico e consumi di carburante

La leva selettrice a disposizione del conducente, insieme al suo stile di guida, determinano un programma, un diagramma di funzionamento del cambio e consumi di carburante corrispondenti.

Durante la fase di accelerazione, aumentare progressivamente la pressione sul pedale dell’acceleratore significa mantenere la marcia bassa, innalzando nel contempo i giri del motore e i consumi.

Fermare o rilasciare leggermente la pressione sul pedale significa passare alla marcia superiore, mentre rilasciare completamente l’acceleratore comporta l’inizio della scalata verso il basso per fermare il veicolo.

Durante la marcia a velocità costante, il termine “kick-fast” indica una pressione veloce del pedale dell’acceleratore, un impulso, un segnale convenzionale per passare rapidamente alla marcia inferiore, ad esempio per la preparazione di un sorpasso.

Il cambio automatico di un veicolo si gestisce principalmente col pedale dell’acceleratore, non con la leva selettrice.

Ecco le situazioni tipiche di guida gestite dal cambio automatico 6HP19:

Posizione D
stile “tranquillo
display D
Cambio delle marce
automatico
programma Comfort diagramma caratteristico di base XE (eXtreme Economy)
La centralina EGS mantiene le marce alte per contenere il regime del motore entro un determinato range, per ottimizzare il consumo di carburante e l’emissione d’inquinanti.
Posizione D
stile “dinamico
display D
Cambio delle marce
automatico
programma Comfort
diagramma caratteristico E (Economy)
La centralina EGS eleva il regime del motore utilizzando anche le marce basse, per dare una maggiore reattività al comportamento dell’auto a repentine variazioni di carico (salita, discesa, curva, …).
Posizione M/S
stile “prestazioni
display SD
Cambio delle marce
automatico
programma Sport
diagramma caratteristico S (Sport)
La centralina EGS mantiene elevato il regime del motore anche nelle marce basse per lunghi periodi, per fornire reattività e potenza al veicolo.
Posizione M/S
stile “sportivo
display SD
Cambio delle marce
automatico
programma Sport
diagramma caratteristico XS (eXtreme Sport)
La centralina EGS mantiene molto elevato il regime del motore, preferendo le marce basse. Reattività e potenza al veicolo a fronte di consumi elevati.
Posizione M/S
stile “manuale
display M
Cambio delle marce
manuale/sequenziale
Appena la leva selettrice viene portata su “+” (marcia superiore) o “-” (marcia inferiore), il cambio diventa manuale /sequenziale, dove, entro certi limiti, la marcia viene stabilita dal conducente.
Consumi medi (km x litro) BMW X3 E83 motore Diesel 1995 cc N47D20A con cambio automatico 6HP19, utilizzo prevalente su strade extraurbane.

Circuito idraulico e lubrificazione delle parti meccaniche

Ho conseguito la patente per l’auto nel lontano 1985, per un lungo periodo ho considerato il cambio automatico un accessorio inutile o un indice di estrema pigrizia del conducente…

Poi è cambiato qualcosa, un numero crescente di automobilisti è passato al cambio automatico e ho provato interesse per questo sistema di guida.

Nel 2015 desideravo guidare un SUV elegante di medie dimensioni, ho cercato un BMW X3 con motore Diesel e dotato di alcuni accessori, in particolare con i fari allo Xeno, il tetto apribile e il cambio automatico.

Durante l’estate scorsa sentivo delle vibrazioni alla trasmissione, in fase di accelerazione a motore caldo. Pur avendo eseguito la manutenzione al ripartitore di coppia ATC 400 gli strappi sono rimasti, quindi ho eseguito il cambio dell’olio e filtro per il cambio automatico.

Dall’analisi visiva era evidente la causa del problema; l’olio era annerito, quindi esausto e c’erano frammenti metallici (limatura) sulle due calamite del filtro.

L’olio presente nella scatola del cambio è di vitale importanza per il funzionamento e la durata di questo organo della trasmissione, consentendo il funzionamento del convertitore di coppia e del treno di ruotismi epicicloidali.

Un livello insufficiente di olio o il suo deterioramento, comportano l’usura delle frizioni e la presenza di strappi e rumori di strisciamento durante le fasi di accelerazione.

Cambio automatico 6HP19
Frizioni a lamelle usurate del cambio automatico 6HP19.

Cambio olio e filtro, preparazione e lista dei materiali

Circa un mese dopo la manutenzione del ripartitore di coppia ATC 400, a 195.000 km percorsi ho eseguito anche il cambio olio del cambio automatico 6HP19 e il relativo reset degli adattamenti via presa ODB2.

L’operazione DIY (Do It Yourself) è complessa, in quanto occorre rimuovere il carter di protezione del cambio e del tubo di scarico per accedere alla coppa/filtro dell’olio.

Come sempre, occorre preparare per tempo i materiali e gli attrezzi necessari, per operare senza dimenticanze e nel rispetto della propria incolumità.

La sicurezza viene prima di tutto.

Per l’olio ho scelto il Castrol Transmax Z, un fluido specifico per cambi automatici completamente sintetico. È stato sviluppato per automobili, autobus e pullman per l’uso cittadino, dove il numero annuo di cambi marcia è particolarmente elevato e gravoso.

Castrol Transmax Z 70W-80

Per una revisione completa del cambio sono necessari 7 litri di olio, con lo smontaggio completo e svuotamento del convertitore di coppia, mentre per il solo cambio di olio e filtro ne bastano 6.

Il primo riempimento a livello consiste in circa 5 litri di olio, poi è necessario eseguire una procedura con auto in piano e motore acceso al minimo, per mettere in circolazione l’olio ed eseguire un rabbocco di circa mezzo litro, per un totale di 5,5 litri.


Intervalli di manutenzione consigliati e conclusione

Con la centralina ECU (Engine Control Unit) EGS (GS19D) che controlla il cambio automatico 6HP19, ho poi eseguito il reset dei valori di adattamento delle frizioni e la calibrazione della meccatronica, ottenibile con vari software disponibili e scanner OBD2 per uso hobbistico presenti sul mercato.

La sostituzione dell’olio del cambio automatico ha risolto completamente il problema degli strappi in accelerazione ed eliminato i rumori di strisciamento durante il cambio marcia, restituendo alla mia X3 il piacere di guida originale.

Olio e filtro del cambio erano già stati sostituiti a 121.000 km dal precedente proprietario dell’auto, considero quindi che l’intervallo di sostituzione dell’olio corretto è compreso tra 60.000 km e 120.000 km.

Per semplificare, ho stabilito la manutenzione ogni 90.000 km insieme al ripartitore di coppia.


Immagine in evidenza e interni X3: AUTOEVOLUTION.com – BMW introduced a facelift to its X3 model in 2007, only four years after model’s official launch on the sport utility vehicle market.