Cambio MA: valori di serie e upgrade

Cambio MA di serie

La Saxo è equipaggiata di un cambio MA a 5 rapporti.

Queste le rapportature della versione VTS 16v:

Il cambio di serie, come su tutte le auto, è il risultato di una mediazione tra diverse esigenze:

• valorizzare le performance dalla vettura in termini di accelerazione
• garantire una buona velocità massima
• garantire una buona elasticità di marcia (ripresa)
• garantire una quinta abbastanza lunga da consentire una marcia confortevole e consumi accettabili nei percorsi autostradali (cosiddetto fattore di riposo)
• ottimizzare i consumi
• permettere, anche a un guidatore non esperto, una partenza da fermo agevole con la macchina carica (ad esempio con bagagli e 4 passeggeri), anche in salita (in parole povere non avere una prima troppo lunga che, in queste situazioni, obbligherebbe il guidatore a partire a regimi elevati per avere coppia a terra sufficiente per spostare la macchina)

E' facile notare che non tutti questi obiettivi sono votati alla pura performance dell'auto. Avendo ben chiaro il proprio obiettivo è possibile modificare la lunghezza dei rapporti con esiti positivi.

La migliore soluzione in termini di prestazioni andrebbe studiata a seconda del percorso. Non esiste infatti una rapportatura ideale, vincente in tutte le situazioni. Tendenzialmente percorsi rallystici, tortuosi e ricchi di tornanti, prediligono rapporti al cambio molto corti, mentre le piste più veloci richiedono rapporti più lunghi.

Tuttavia, avendo chiaro il tipo di impiego (rally, pista, track day...) esistono tuttavia delle soluzioni semplici che si prestano ad andare bene in più situazioni.

Alcuni criteri di base nella realizzazione della rapportatura di un cambio da corsa

Tendenzialmente tra i criteri base che una rapportatura progettata per ottenere le migliori performance deve rispettare:

la prima marcia sarà tendenzialmente più lunga (fino al +20-25%) rispetto alla stradale.

Questo perchè:

• consente al pilota un migliore feeling nella partenza da fermo. Più la prima marcia è corta e più la partenza è nervosa e con elevata probabilità di pattinamenti con la vettura che saltella senza scaricare a terra tutta la potenza
• relativamente alla partenza da fermo si ha un altro vantaggio: la cambiata da prima a seconda è più agevole in quanto i giri del differenziale sono tanto minori quanto più lunga è la marcia
• soprattutto tanto più lunga è la prima e tanto più ravvicinati saranno tutti gli altri rapporti del cambio

N.B. L'utilizzo sportivo prevede al massimo un passeggero, niente bagagli, vettura possibilmente alleggerita e un pilota più o meno esperto, quindi è possibile allungare anche di molto la prima marcia senza inconvenienti come quelli sopra citati.

la velocità massima sarà raggiunta nella marcia più alta nei dintorni del regime di potenza massima.

Questo comporta la totale assenza di fattore riposo della marcia più alta, minore comfort e peggiori consumi in autostrada ma significa, in parole povere, che si hanno tutte le marce pienamente fruibili lungo tutto l'arco utile di giri.

Di seguito è riportata una tabella indicante le velocità raggiunte dalla Saxo VTS 16v con il cambio e i pneumatici di serie (195/45 R15) ai vari regimi. Si noti che si tratta di velocità reali (non soggette a scarto di rilevazione tachimetro; lo strumento, tipicamente, darà un valore leggermente più alto).

Esaminiamo i risultati in rapporto a una vettura completamente originale in termini di motore. Su una Saxo 16v non elaborata le cambiate più performanti si effettuano a circa 7.000 giri. Notiamo quindi che:

• la prima marcia, di 53 km/h, è piuttosto corta (l'esperienza delle competizioni su pista insegna che generalmente la prima ideale dovrebbe garantire una velocità superiore ai 75 km/h)
• la quinta marcia va abbastanza bene. Infatti il regime di potenza massima è a 6.600 giri. La Saxo in quinta a questo regime fa circa 201 km/h, con un potenziale di circa 205 km/h reali

Vediamo ora come si adatta il cambio originale ad una Saxo che abbia effettuato una preparazione di circa 170 cv. La potenza massima si attesta attorno ai 7.600 giri, le cambiate ottimali sono a 7.800-8.000 giri e il potenziale di velocità massima è di 220-225 km/h.

L'adeguatezza della rapportatura del cambio originale è peggiorata:

• la prima marcia, chiaramente, è corta come nel caso precedente (60,6 km/h a 8000 giri)
• la quarta e la quinta sono lunghe. Infatti tirando la quarta siamo già a 197 km/h. L'utilizzo della quinta è praticamente superfluo. Forse solo in fondo al rettilineo di Monza, riusciremo ad appoggiare per pochi secondi la quinta. Di fatto su tutte le piste ci troveremo a correre con un cambio a quattro marce. La Saxo in quinta al regime di potenza massima di 7.600 giri farà 233 km/h, difficilmente raggiungibili; a 8.000 giri la velocità sarebbe addirittura di 243,7 km/h, decisamente irrealistica su una vettura da 170 cv.

Coppia conica corte

L'intervento più semplice e meno costoso per intervenire sugli equilibri sopra esposti è la sostituzione della coppia conica.

La coppia conica (la chiamerò così anche se, per essere precisi, si tratta di una coppia cilindrica composta da alberino + corona dentata) determina il cosiddetto rapporto finale del cambio.

Cambiando la coppia conica si vanno a modificare in ugual misura (allungando o accorciando) tutti i rapporti del cambio.

La Saxo 16v in origine monta una 16/63.

Le coppie coniche provenienti dai cambi Saxo/106 (famiglia MA) sono intercambiabili.

Tra le più comuni, 13/64, 13/59 e 14/60 accorciano i rapporti del cambio, 17/64 e 17/61 li allungano.

Da notare che Citroen Sport per il trofeo monomarca Saxo Cup (vettura da 140 cv) aveva scelto la 13/59, montandola su un cambio con rapportature di serie.

Nella foto una coppia conica 13/59 completa di differenziale.

Nella tabella sono riportate delle velocità raggiunte ad ogni regime montando le coppie coniche più comuni all'interno del cambio originale (riferimento Saxo VTS 16v con pneumatici 195/45R15). Di nuovo, si noti che si tratta di velocità reali (non soggette a scarto di rilevazione tachimetro; lo strumento, tipicamente, darà un valore leggermente più alto).

Quale scegliere?

La risposta non è semplice e univoca.

Cambiare la coppia conica infatti è un intervento semplice e dai costi relativamente ridotti ma ha un limite: accorcia o allunga tutti i rapporti del cambio in egual misura, senza darci la possibilità di modificarli a piacimento.

Se prendiamo l'esempio precedente (Saxo preparata 170 cv che "tira" 8.000 giri) avremo che:

1. La prima marcia migliore è quella con la 17/61
2. La quinta ideale è quella con la 14/60 o con la 13/59

Cambiando solo la coppia conica dovremo scendere per forza a compromessi...

Di seguito una semplice sintesi dei pro e dei contro della coppie coniche più comuni, a seconda dei differenti obiettivi che ci si prefigge.

Lettura caselle:

+ Leggero miglioramento

++ Miglioramento consistente

+++ Forte miglioramento

- Leggero peggioramento

-- Peggioramento consistente

--- Forte peggioramento

Giro di pista

Difficile rispondere senza conoscere le caratteristiche del circuito. Tendenzialmente conviene accorciare. Nel 99% dei casi, a parità di ogni altra condizione, una Saxo con una coppia conica 13/59 prevale su una Saxo originale.

• la 13/59 rappresenta il compromesso migliore per utilizzo su pista. Non a caso è la scelta effettutata da Citroen Sport per il trofeo ufficiale che correva sia su pista lente che veloci.
• la 14/60 è il miglior compromesso per utilizzo misto sport/strada.
• la 13/64 è la scelta migliore per uso rallystico/montagna. Può essere troppo corta sui circuiti veloci (Monza, Mugello...)

Miglioramento tempo accelerazione (es. 400 metri partenza da fermo)

Lasciare conica di serie o allungare.

Questo va contro a un luogo comune che confonde i concetti di ripresa, accelerazione e accelerazione istantanea. Molti sono infatti convinti che accorciando i rapporti del cambio i tempi in accelerazione migliorino. In realtà si confonde il concetto di accelerazione con quello di accelerazione istantanea. L'accelerazione istantanea (tanto per intenderci il calcio nella schiena che si sente quando si butta giù la tavoletta dell'acceleratore) migliora accorciando i rapporti grazie ad una maggiora coppia alla ruota. L'accelerazione invece (la classica prova con partenza da fermo) vede un leggero peggioramento delle performance. Per capire il perchè facciamo un esempio semplice: confrontiamo due Saxo con la medesima preparazione motoristica: 150 cavalli e limitatore a 8.000 giri. Su una adottiamo la conica di serie e sull'altra la 13/59.

La Saxo con 13/59 risulta svantaggiata per almeno tre motivi:

• poichè la capacità di partire da fermo non dipende dalla coppia disponibile alla ruota quanto dalla capacità dell'auto di avere motricità e quindi di scaricarla a terra (in questo caso, avendo assunto che le vetture siano identiche per assetto e pneumatici, la capacità di mettere coppia a terra sarà identica), al momento della partenza il pilota con la conica più corta dovrà gestire un auto molto più sensibile e nervosa e tendente al pattinamento.
• la cambiata tra prima e seconda è più difficoltosa con 13/59 (la conica più corta comporta una cambiata a un maggior numero di giri del differenziale)
• la Saxo con 13/59 taglierà il traguardo dei 400 metri con tre cambiate, mentre l'avversario con la 16/63 farà solo due cambiate (in terza la Saxo con 16/63 raggiunge 152 km/h contro i 132 della Saxo con 13/59)

Se lo scopo è esclusivamente la gara di accelerazione conviene lasciare il rapporto originale o, piuttosto, adottare un rapporto leggermente più lungo.

Miglioramento velocità di punta

Impossibile dare un consiglio senza conoscere la curva di potenza del motore. Indicativamente:

• motori originali: lasciare conica di serie o al massimo 14/60
• motori aspirati con pesanti preparazioni: accorciare
• motori preparati tramite sovralimentazione: allungare

Pensare che la velocità massima dell'auto cambi in modo direttamente proporzionale all'accorciamento/allungamento dei rapporti del cambio è un altro luogo comune errato.

La velocità di punta di un auto a cui a cui vengono accorciati i rapporti può infatti rimanere invariata, diminuire o aumentare. Questo dipende della rapportatura originale del cambio e dalla curva di potenza dell’auto. Molte auto di piccola cilindrata ad esempio raggiungono la velocità massima in quarta marcia in quanto la quinta marcia, pur essendo più lunga, non consente di raggiungere un sufficiente numero di giri. Rapporti più corti consentono un numero di giri più elevato nella marcia più alta e questo può compensare, solo in parte o del tutto, l’accorciamento del rapporto stesso. Chiaramente se l'accorciamento dei rapporti è molto elevato (come accade in molti cambi da Rally) anche raggiungendo un numero di giri elevatissimo la velocità massima risulterà diminuita. Analogo ragionamento per l'allungamento dei rapporti del cambio. E' un intervento utile nelle trasformazioni turbo in cui si raggiungono potenza molto elevate a un numero di giri abbastanza basso. In questo caso per sfruttare il potenziale di velocità massima, ora molto più elevato, è utile allungare i rapporti del cambio. In altre situazioni però una quinta più lunga non significa quasi mai una velocità massima superiore in quanto il motore non riesce più a raggiungere regimi adeguatamente elevati.

Miglioramento ripresa (capacità di salire di giri rapidamente partendo da bassi regimi)

Sicuramente consigliata una coppia conica corta (14/60 o meglio ancora 13/59). Con una 13/59 la differenza rispetto all'originale è davvero sorprendente. La macchina risulta incredibilmente più elastica.

Miglioramento performance su percorsi molto tortuosi o montagna

Certamente accorciare, anche di molto.

Piacere di guida

Da ultimo una considerazione sul piacere di guida: sicuramente accorciare. Per un amante della guida sportiva una Saxo con 13/59 è tre volte più piacevole da guidare di una Saxo con il cambio in configurazione originale...

Qualche consiglio operativo

Coppie coniche 13/59 e 14/60 possono essere reperite smontando il cambio di parecchie vetture Peugeot/Citroen come Peugeot 205 Rally, 106 1300 Rally, AX Sport, 106 XSI, 106 e Saxo 1100 (vedi tabella sotto riportata).

Operativamente nella sostituzione della coppia conica occorre fare attenzione ad alcuni accorgimenti:

1) Dimensioni campana differenziale e planetari

Due piccoli ma importantissimi accorgimenti per la 16v.

1. Spesso le campane differenziali di 13/59, 14/60, 17/64 e 17/61 (utilizzate in origine su vetture con minori potenze) hanno spessori e planetari di dimensioni inferiori rispetto alla 16/63 della 16v. Meglio quindi utilizzare la campana differenziale della 16/63 e applicare la corona dentata dell'altra coppia conica sul differenziale della 16/63. Nella foto sotto riportata è visibile il risultato ottenuto montando una 14/60 di origine 1.100 sul cambio della 16v senza effettuare le operazioni descritte. I planetari hanno ceduto causando uno squarcio nel guscio del cambio.
2. Meglio dare due punti di saldatura tra campana differenziale e corona (avendo cura di equilibrare l'insieme). Non sono rari casi di slittamento differenziale-corona su macchine preparate e utilizzate in maniera "intensa"

2) Montaggio cambi provenienti da altre motorizzazioni

Al contrario di quanto divulgato su parecchi forum non è vero che tutti i cambi Saxo (dal 1.100 al VTS 16v) hanno identica rapportatura e differiscono solo per la coppia conica più o meno lunga. E' vero che la maggioranza dei rapporti utilizzati restano gli stessi ma esistono differenze, a seconda dei modelli e persino a seconda delle annate, da un cambio all'altro.

Questo significa che, in caso di montaggio di un cambio proveniente da un'altra motorizzazione Saxo o 106, bisognerà prendere in conto anche i cambiamenti di rapportatura delle singole marcie.

Di seguito tabella ufficiale Citroen con tutte le rapportature della Saxo.

N.B. La tabella è datata 1996 ed è da considerare indicativa. Dal 1996 al 2003 ci state diverse modifiche e aggiornamenti (solo un esempio: la coppia conica della 1600 8v è stata quasi subito sostituita con la 16/65).

Cambi ravvicinati

Abbiamo visto quali sono i limiti della sola sostituzione della coppia conica.

La soluzione che consente di non scendere a compromessi è quella di sostituire, oltre alla coppia conica, tutti gli ingranaggi.

Tra il materiale da competizione si possono trovare molteplici soluzioni. Prenderemo in considerazione la soluzione maggiormente compatibile con l'utilizzo stradale: il cambio sincronizzato con cascata di ingranaggi ravvicinata a denti elicoidali, tralasciando altre soluzioni che, per caratteristiche tecniche o costi, sono, di fatto, utilizzabili solo in competizione.

La cosiddetta cascata di ingranaggi ravvicinata designa, in pratica, una rapportatura che prevede un calo di giri inferiore a quello di serie tra una marcia e l'altra.

Questo avviene tipicamente allungando la prima e accorciando la quinta (scalando opportunamente le marce intermedie).

Per comprendere l'effetto di questa soluzione effettuiamo il seguente confronto tra rapportature:

Colonna 1: cambio originale

Colonna 2: cambio originale con sostituzione conica in favore di una rallystica 13/64

Colonna 3: cambio originale MA con cascata ingranaggi ravvicinata omologata FIA e coppia conica di serie 16/63.

La cascata FIA è impiegato nei Rally, di conseguenza prevede una rapportatura molto corta. Persino a 8.000 giri non si va oltre i 173 km/h.

E' interessante confrontare la seconda colonna (cambio di serie con 13/64) e la quarta colonna (cascata FIA con 17/61). Le velocità di punta sono simili ma le rapportature molto diverse.

Con la cascata FIA la prima resta lunga mentre nella soluzione 13/64 è troppo corta. La caduta in giri in tutte le cambiate è minore, aiutando la prontezza di risposta all'acceleratore, come documentato nella seguente tabella.

Tenendo conto che la Power-band del motore della Saxo (praticamente l'intervallo tra i regimi di copia massima e potenza massima) varia normalmente da 1.500 a 2.000 giri a seconda della preparazione, è logico dedurre che cadute giri molto più ampie di questo intervallo penalizzeranno le prestazioni. Dalla lettura della tabella è facile rendersi conto del vantaggio assicurato dal cambio raccicinato.