AUTOMATYCZNE SKRZYNIE BIEGÓW
STOSOWANE W SAMOCHODACH
Automatyczna skrzynia biegów jest samochodową skrzynią zmieniającą biegi wraz ze zmianą obciążenia silnika pojazdu, zwalniając użytkownika z konieczności manualnej zmiany. Skrzynia automatyczna pozwala na bardzo płynną jazdę, optymalizując przełożenie do obrotów silnika. Dzięki temu auta z taką skrzynią osiągają większe przebiegi - silnik jest mniej "zmęczony". Najpopularniejsza w Stanach Zjednoczonych, zyskuje popularność także w Europie. Typowa automatyczna skrzynia biegów nie jest zwykłą skrzynią biegów z automatycznym sterowaniem. Różni się ona konstrukcją i sposobem przeniesienia napędu - skrzynia manualna posiada bowiem klasyczne sprzęgło, podczas gdy w skrzyniach automatycznych stosowane są inne rodzaje sprzęgieł np. sprzęgło hydrokinetyczne i inne sterowanie. Automatyczne skrzynie biegów oparte na zwykłych skrzyniach i sprzęgłach z dodanym sterowaniem można spotkać w praktyce wyłącznie w samochodach ciężarowych itp.
Skrzynie automatyczne pod względem sposobu sterowania można podzielić na główne grupy:
1. Skrzynie hydrauliczne,
2. Skrzynie hydrauliczno-elektryczne
3. Skrzynie hydrauliczne ze sterowaniem elektronicznym.
4. Skrzynie bezstopniowe
1. Skrzynie hydrauliczne, na podstawie aktualnych parametrów jazdy i pracy silnika dobierają optymalne przełożenie całkowicie mechanicznie i/lub hydraulicznie. Nie oznacza to "prostego" czy "ubogiego" sterowania biegami - także regulatory mechaniczno-hydrauliczne biorą pod uwagę szereg parametrów, jak prędkość kół (jazdy), prędkość obrotową silnika, moment rozwijany przez silnik, tryb pracy wybrany przez kierowcę, i szereg dodatkowych blokad..
Zautomatyzowana skrzynia biegów ze sterowaniem hydraulicznym (Alfa Romeo): 1. sterownik; 2. hydrauliczny zespół zmiany biegów; 3. czujnik sprzęgła; 4. siłownik sprzęgła; 5. prędkościomierzi wskaźnik aktualnego biegu; 6,7. przyciski sekwencyjnej zmiany biegów; 8. włącznik sekwencyjnej zmiany biegów (city); 9. dźwignia sekwencyjnej zmiany biegów 10. potencjometr pedału przyspieszenia; 11. czujnik hamowania
2. Skrzynie hydrauliczno-elektryczne to wzbogacone o elementy sterowania elektrycznego i elektronicznego, co pozwoliło na zwiększenie ilości parametrów i blokad, np. do starszych skrzyń 3 biegowych dodawano w latach 80. czwarty bieg, sprzęgło konwertera (lock-up), układ redukcji biegów (kick-down) itp. funkcje sterowane elektrycznie i elektronicznie, typowo - elektrozaworami włączonymi w układy hydrauliczne skrzyni. Zwiększyło to znacznie ilość parametrów i blokad branych pod uwagę przy sterowaniu biegami.
Zautomatyzowana skrzynia biegów ze sterowaniem elektrycznym (Citroën C3): A. sterownik skrzyni biegów B. silnik obsługujący sprzęgło; C. silnik wyboru i przełączania biegów; D.czujnik prędkości jazdy
Skrzynie hydrauliczne ze sterowaniem elektronicznym.(obecnie powszechne w nowych samochodach) o sterowaniu elektronicznym, to skrzynie w których praktycznie tylko elementy wykonawcze i najważniejsze blokady pozostały mechaniczne i hydrauliczne, natomiast wszystkie funkcje sterowania i kontroli sprawuje układ elektroniczny (typowo - komputer, wyspecjalizowany lub wbudowany w główny komputer silnika), sterując hydrauliką skrzyni za pomocą zespołu zaworów. Charakterystyczną różnicą wzg. drugiej grupy jest to, że za utrzymywanie ważnych parametrów ciśnienia i pracy hydrauliki skrzyni nie odpowiadają już żadne regulatory mechaniczno-hydrauliczne, ale pętla czujniki - komputer - zawory sterujące ciśnieniami np. metodą PWM.
Sterowanie sprzęgła i zmiana przełożeń
W zautomatyzowanych systemach, nazywanych zależnie od marki pojazdu: AMT, Sportshift, R Tronic, Sensodrive, Allshift, Softip, Easytronic oraz SMG, zewnętrzny mechanizm sterowania sprzęgła składa się z silnika elektrycznego poruszającego poprzez przekładnię ślimakową klasyczne widełki współpracujące z łożyskiem wysprzęglającym. Odpowiednie impulsy prądowe wysyłane są do silnika przez mikroprocesorowy sterownik, reagujący na sygnały otrzymywane z czujników: położenia dźwigni zmiany biegów (lub przycisków umieszczonych na kole kierownicy), prędkości obrotowej wału korbowego i aktualnej prędkości jazdy. Na tej podstawie sterownik realizuje płynne ruszanie z&nbso;biegu pierwszego lub wstecznego i krótkie wysprzęglenia na czas zmiany pozostałych biegów. Roboczy skok łożyska wysprzęglającego może być przy tym rozwiązaniu minimalny, czyli powodujący bardzo krótką przerwę w przenoszeniu napędu (okres rozłączenia sprzęgła), co zapewnia bardzo szybką zmianę biegów.
Elektryczny nastawnik skrzyni biegów wyposażony jest w dwa silniki elektryczne, z których pierwszy służy do ustalania ścieżki zmiany biegów (I - II, III - IV, V - wsteczny), a drugi - do włączania konkretnego biegu z pozycji neutralnej lub jego wyłączania. Rozwiązanie to umożliwia włączanie biegów w dowolnej kolejności, a synchronizacja każdego z nich realizowana jest w sposób szybki i płynny. Uruchomienie silnika w pojeździe wyposażonym w tego typu skrzynię biegów możliwe jest (tak samo jak w pojazdach ze skrzyniami automatycznymi) wyłącznie przy wciśniętym pedale hamulca i&nbso;ustawieniu dźwigni wyboru biegów w pozycji neutralnej.
Klasyczna skrzynia automatyczna to najczęściej zespół sprzęgła hydrokinetycznego lub przekładni hydrokinetycznej z kilkoma przekładniami planetarnymi. Koła zębate w przekładniach planetarnych są łączone lub blokowane za pomocą odpowiednich sprzęgieł ciernych i hamulców wielopłytkowych (wielotarczowych) lub pasowych.
W przekładni planetarnej mamy małe koło słoneczne o zazębieniu zewnętrznym (1), duże koronowe o zazębieniu wewnętrznym (3) i pomiędzy nimi satelity (2) - kilka kół połączonych wspólnym jarzmem. Wprowadzając moment na koło słoneczne możemy go odbierać z jarzma satelitów lub z koła koronowego, zależnie od tego, które elementy połączymy lub zahamujemy. Ponieważ koła są ciągle zazębione, to zmiana przełożenia lub kierunku obrotów może odbywać się błyskawicznie. Przekładnie planetarne są bardzo trwałe - siły międzyzębne są dzielone pomiędzy kilka satelitów, jednocześnie promieniowe siły międzyzębne znoszą się. Sprzęgło hydrokinetyczne, ma dwa wirniki, pompy i turbiny, i potrafi tylko zmieniać prędkość obrotową (od zera, prawie do prędkości silnika). Moment obrotowy na wyjściu jest taki sam jak na wejściu. Przekładnia hydrokinetyczna posiada wirnik pompy, turbiny i kierownic (czasami kilka). Dzięki temu ostatniemu elementowi, może ona nie tylko zmieniać prędkość obrotową, ale także transformować moment. Moment na wyjściu może być nawet ponad trzykrotnie wyższy niż na wejściu (największy gdy wirnik wyjściowy turbiny się nie obraca).
4. Skrzynie bezstopniowe,
Jedną z konstrukcji automatycznych skrzyń biegów jest rozwiązanie bezstopniowe (np. CVT, Audi Multitronic, Toyota Multidrive), w którym zmiana całkowitego przełożenia odbywa się bez przerw w przenoszeniu momentu obrotowego. Posiada ona dwa zespoły kół stożkowych, połączone paskiem klinowym lub łańcuchem wielopłytkowym. Zsuwając stożki, regulujemy średnice, na których pracuje pasek (łańcuch), tym samym zmieniając przełożenie. Właśnie ten łańcuch lub pasek jest źródłem strat, które podwyższają zużycie paliwa i pogarszają osiągi. Do rozłączenia napędu jest potrzebne dodatkowe sprzęgło. Pomiędzy silnikiem a tego typu skrzynią nie stosuje się sprzęgieł hydrokinetycznych. Moment obrotowy przenoszony jest z wykorzystaniem dwóch mokrych sprzęgieł ciernych, z których jedno służy do jazdy w przód, a drugie – do cofania. Oba sprzęgła są sterowane hydraulicznie, a wartość ciśnienia płynu użytego do ich włączania i rozłączania oblicza odpowiedni elektroniczny moduł sterujący. To rozwiązanie również przyczynia się do uzyskania większej sprawności przenoszenia napędu niż w przypadku automatycznej skrzyni biegów w jej klasycznej konstrukcji. Hydrauliczne sterowanie sprzęgieł przez bardzo precyzyjną regulację ciśnienia płynu roboczego pozwala na uzyskiwanie „efektu pełzania”, czyli bardzo wolnego ruchu pojazdu (bez użycia pedału przyspieszenia) podczas manewrowania nim w trakcie parkowania. W samej skrzyni moment obrotowy przenoszony jest z wału wejściowego (sprzęgłowego) poprzez przekładnię planetarną na pierwszą parę tarcz stożkowych, skąd za pośrednictwem klinowego pasa transmisyjnego przekazywany jest na drugą parę tarcz stożkowych osadzonych na wale połączonym z przekładnią główną i mechanizmem różnicowym. Pas transmisyjny jest łańcuchem drabinkowym o specjalnej konstrukcji. Składa się on z równoległych ogniw, tworzących w sumie obwód zamknięty. Przeniesienie napędu przez pas transmisyjny realizowane jest na zasadzie tarcia, poprzez zakleszczanie się ogniw łańcucha pomiędzy wewnętrznymi powierzchniami tarcz stożkowych. Spośród tarcz tej samej pary jedna osadzona jest na wale przesuwnie. Jej ruch poosiowy wymuszany jest siłownikiem hydraulicznym. Wzrost ciśnienia w cylindrze siłownika powoduje zbliżenie się tarcz do siebie. Skutkiem tego pas transmisyjny wypierany jest w stronę ich obwodu. Tym samym zwiększa się czynna średnica koła pasowego. Zmniejszenie ciśnienia w siłowniku daje oczywiście efekt odwrotny.
Skrzynia
zależnie od kąta pochylenia kół pośrednich. Moment przekazywany jest Szczególną konstrukcją odznacza się bezstopniowa skrzynia Nissan Extroid. Zwana ona jest też przekładnią toroidalną, bowiem wykorzystuje koła współpracujące z powierzchniami toroidalnymi. Przełożenie zmienia się wyłącznie przez tarcie, pomimo tego przekładnia ta może współpracować z dość dużymi silnikami. Nissan zastosował ją w modelu 350GT
Skrzynie dwusprzęgłowe
Znane są pod różnymi nazwami, np.: S Tronic, DSG, DCT, SMG, DKG, PDK lub SST. Mają konstrukcję opartą na podobnej kinematyce jak manualne skrzynie mechaniczne, a równocześnie działają identycznie z automatycznymi. Ich największą zaletą jest brak wywoływanych zmianą przełożenia przerw w przekazywaniu momentu obrotowego z silnika do przekładni głównej. Pojazdy w nie wyposażone charakteryzują się mniejszym zużyciem paliwa zarówno w porównaniu ze skrzyniami zautomatyzowanymi, jak i w pełni automatycznymi. Dwusprzęgłową skrzynię biegów tworzą właściwie dwie równoległe bliźniacze skrzynie klasyczne, połączone wspólnym wałem pośrednim, odpowiedzialnym za przekazywanie napędu ze skrzyni do dalszych części układu napędowego. Jedna z nich ma pary kół zębatych odpowiadające biegom parzystym, a druga – nie parzystym. Każda współpracuje z osobnym sprzęgłem głównym, lecz są to sprzęgła osadzone na dwóch współosiowych (zewnętrzny ma budowę drążoną) wałach wejściowych. Wał zewnętrzny obsługuje biegi parzyste, natomiast wewnętrzny – nieparzyste. Włączenie biegu (poprzez sprzężenie wału z odpowiednim zespołem kół zębatych za pomocą synchronizatorów i sprzęgieł kłowych) realizowane jest w tej połowie skrzyni, która nie przenosi w tym czasie momentu obrotowego. Tzw. mokre, czyli pracujące w kąpieli olejowej, wielotarczowe sprzęgła główne działają na przemian, dzięki czemu zmiana biegów odbywa się błyskawicznie, gdyż w czasie korzystania z jednego przełożenia zostaje już włączone drugie, które ma być użyte w następnej kolejności, a znajduje się ono w nieobciążonej wówczas części skrzyni. Przełączenie napędu między jednym wałem wejściowym odbywa się płynnie na skutek poślizgu sprzęgieł głównych, z których jedno włącza się synchronicznie z rozłączaniem drugiego. Im bardziej zmniejsza się wartość momentu obrotowego przenoszonego przez pierwsze sprzęgło, tym większą zaczyna przekazywać drugie.
Obsługa skrzyni automatycznej
Typowa skrzynia automatyczna posiada wybierak (lewarek) dostępny kierowcy, który wprowadza skrzynię w żądany podstawowy tryb pracy. Z wybierakiem związany jest wskaźnik włączonego trybu (lub sam lewarek i jego pozycja jest jednocześnie wskaźnikiem). Typowe skrzynie obecnie spotykane posiadają podstawową "ścieżkę" przełączania i pozycje o układzie P-R-N-D (wymaganą przez obecne przepisy USA), czasem spotyka się inne, starsze, układy. Często "ścieżce" dodatkowo towarzyszą specjalne tryby (czasem włączane dodatkowymi przyciskami na lub obok głównego wybieraka (lewarka)). Wszelkie operacje wybierakiem zaleca się wykonywać na zatrzymanym samochodzie i z wciśniętym hamulcem głównym, chyba że instrukcja producenta dopuszcza inaczej. Uruchamianie silnika jest z reguły możliwe wyłącznie na P i N. Gaszenie silnika jest zalecane również na P i N i zatrzymanym pojeździe choć możliwe jest przy dowolnym położeniu wybieraka a nawet "w biegu" (właściwe wyłączanie napędu odciąża znacznie hydraulikę, szczególnie starszych automatów - w pozycji P/N zostają "rozładowane" ciśnienia, siłowniki i różne elementy sprzęgające; przy zgaszeniu w pozycji D czy R układy skrzyni pozostają na postoju pod niekorzystnymi ciśnieniami i naprężeniami). Znaczenie poszczególnych pozycji to:
P - Parking pozycja w której skrzynia jest w trybie neutralnym ("luz"), czyli nie przenosi obrotu i momentu na koła pojazdu, identycznie jak w pozycji N, a dodatkowo jest blokowana mechanicznie od strony kół, co blokuje też oś (osie) napędzane. Należy pamiętać, że koła nienapędzane mogą się nadal obracać. W pozycji tej jest możliwe uruchomienie rozrusznika, podobnie jak w N. Blokada jest czysto mechaniczna i nigdy nie wolno jej próbować włączyć w czasie, nawet bardzo wolnego, toczenia się pojazdu, gdyż grozi to jej zniszczeniem (np. koło zębate z 1cm zębem i zapadką będzie usiłowało natychmiast zatrzymać wielotonowy pojazd, co może zniszczyć zapadkę i jej obudowę). Z powyższego powodu zaleca się przed użyciem P wcisnąć hamulec główny, i zaciągnąć pomocniczy, aby odciążyć mechanikę zapadki (na przykład na stoku może być łatwo zablokować P, ale pod obciążeniem zapadki masą samochodu może być bardzo trudne lub niemożliwe jej proste odblokowanie).
R - Reverse bieg wsteczny. Skrzynia przestawia się w tryb pracy rewersyjny, spinając odpowiednie sprzęgła i układy planetarne. Na ogół następuje to z pewnym zauważalnym opóźnieniem, jest to efekt działania blokad elektronicznych i/lub hydraulicznych przeciwdziałających próbom szybkiego przestawienia na R w czasie jazdy w przód itp. sytuacjom.
N - Neutral pozycja neutralna, "luzu", skrzynia nie przenosi momentu (lub przenosi znikomy moment) od silnika na koła napędzane. Pozycja identyczna z P, tylko bez wprowadzenia blokady. W tej pozycji (i podobnie w P) układ skrzyni odblokowuje układ rozrusznika, typowo w innych pozycjach niż P i N niemożliwe jest uruchomienie silnika (jest to blokada przeciwko wypadkom, ponieważ, z braku sprzęgła mechanicznego, w stanie spoczynkowym skrzyni silnik obraca się swobodnie i można byłoby uruchomić go w zasadzie w dowolnej pozycji wybieraka, ale po chwili, koniecznej na zbudowanie ciśnień roboczych itd. skrzynia ustawiłaby bieg i pojazd ruszyłby, często w przypadkowym bądź niepożądanym kierunku).
Jest to jedyna pozycja zalecana do ew. holowania pojazdu ze skrzynią automatyczną z wyłączonym silnikiem i napędzanymi kołami obracanymi przez ruch pojazdu - choć holowanie takiego pojazdu powinno raczej odbywać się z kołami napędzanymi podniesionymi itp. rozwiązaniami. W przypadku holowania z napędem skrzyni od kół, bezwzględnie należy używać N i przestrzegać zaleceń instrukcji obsługi pojazdu - typowo wolno holować pojazd na odległości kilku-klikudziesięciu kilometrów, z niewielką prędkością, z przerwami na ostygnięcie skrzyni (jeśli możliwe jest uruchomienie silnika i praca skrzyni, należy co kilka-kilkadziesiąt kilometrów włączyć silnik, i pozwolić skrzyni na pracę jałową, dla smarowania i schłodzenia mechanizmów). Zbyt szybkie i długie holowanie (czy ogólniej próby długiej i/lub szybkiej jazdy z napędem odłączonym od kół, np. kilkudziesięciokilometrowe zjazdy z gór na N) z reguły powodują uszkodzenia mechanizmów skrzyni wskutek przegrzania i braku smarowania (główna pompa robocza skrzyni jest z reguły napędzana wyłącznie od silnika, skrzynia napędzana od kół nie ma żadnej możliwości właściwego chłodzenia i smarowania).
D - Drive (czasem oznaczone OD, D wewnątrz O, itp.) podstawowa pozycja do jazdy w przód (dyskusje o opisach i różnicach pomiędzy drive, overdrive itp. są tu nieistotne - pozycja następna za pozycją N to podstawowa pozycja jazdy w przód, niezależnie od tego jak nazywa ją producent pojazdu). Skrzynia zestawia biegi w pełnym zakresie prędkości i przełożeń (3 dla starszych skrzyń, 4 lub 5 dla typowych, po 6 do 8 dla najnowszych generacji), w zależności od położenia pedału gazu, hamulca, prędkości pojazdu, i kilku do kilkudziesięciu innych parametrów branych pod uwagę przez układ sterowania. Typowo punkty zmiany biegów zależą od agresywności operowania pedałem gazu, także redukcje odbywają się głównie w zależności od pozycji tego pedału. Przy krótkich zatrzymaniach (światła, skrzyżowania, itp) należy używać do zatrzymania wyłącznie pedału hamulca głównego, nie należy przestawiać wybieraka z pozycji D na N czy podobne - nie daje to żadnych oszczędności ani nie odciąża skrzyni czy silnika, zwiększa tylko zużycie sprzęgieł skrzyni, które spinają i rozpinają pierwszy bieg; w pozycji D układ sterowania "rozumie" sytuację kiedy pojazd stoi i należy odciążyć silnik i skrzynię, pozostając w gotowości do jazdy w przód, a przy tym w pozycji D (w przeciwieństwie do N i P) zapewnione jest znacznie lepsze chłodzenie i smarowanie. Typowa skrzynia automatyczna w trybie podstawowym D nie ma żadnych możliwości hamowania momentem ("hamowania silnikiem" czy podobnie, ale samą skrzynią), gdyż w układzie kinetycznym występują sprzęgła jednokierunkowe i hydrokinetyczne.
Tryby dodatkowe popularne w obecnych skrzyniach to:
3, itp lub D jeśli podstawowa to OD - pozycja która "skraca" skrzynię o górny bieg (biegi) overdrive. Skrzynia działa nadal w trybie automatycznym od pierwszego biegu do któregoś pośredniego, np. 3. Należy zapoznać się z instrukcją by poznać cechy i zalecenia co do użycia trybów skróconych - typowo zleca się je dla oszczędzania biegów wysokich (overdrive) pod zwiększonymi obciążeniami (biegi wysokie mają z reguły względnie delikatną konstrukcję gdyż z założenia nie przenoszą znacznych momentów), czasem tryby skrócone polecane są do jazdy miejskiej i ogólniej z prędkościami, gdy punkt zmiany biegu wysokiego wypada tak, że skrzynia ciągle przełącza biegi wysokie (np. punkt zmiany biegu 3-4 to 70km/h, przy jeździe w dużym ruchu i średniej około tej wartości, lepiej jest włączyć tryb 3 by skrzynia pozostawała na 3 biegu, zamiast co chwila przełączała 3-4-3-4). W niektórych skrzyniach występuje w trybach skróconych mniej lub bardziej efektywne hamowanie momentem (silnika lub układów hydraulicznych skrzyni) zbliżone do "hamowania silnikiem" w ręcznej skrzyni.
2 lub S zblokowany 2 bieg (second, snow). W zależności od producenta, skrzynia blokuje bezwzględnie 2 bieg lub używa automatycznie 1 i 2 biegu w przód. Tryb ten bywa oznaczony gwiazdką, śnieżynką, "snow" itp. Tryb służy do ruszania na śliskich nawierzchniach jak śnieg, lód, piasek (jeśli nawierzchnia nie stawia oporu kołom napędzanym i kręcą się one coraz szybciej w miejscu, to układy skrzyni interpretują to po prostu jako jazdę w przód, i skrzynia włącza coraz wyższe biegi, co w starszych rozwiązaniach uniemożliwiało sprawne ruszanie na śliskich nawierzchniach). W wielu skrzyniach jest to też tryb zalecany do najcięższych zadań, typu holowanie ciężkich przyczep, strome zjazdy i podjazdy, itp. Wynika to z konstrukcji skrzyń, gdzie drugi bieg jest z reguły najsilniejszym biegiem pod względem możliwości przenoszenia momentu obrotowego, a zapewnia już prędkość maksymalną rzędu 80km/h. Należy zawsze sprawdzić jakie są zalecenia producenta pojazdu i jak prawidłowo należy używać zblokowanych biegów (możliwości przełączania wybieraka "w biegu", zalecane obciążenia, prędkości maksymalne, itp).
1 lub L zblokowany 1 bieg (low). Skrzynia blokuje bezwzględnie 1 bieg, użycie podobnie jak tryby 2/S, szczególnie do ruszania pod znacznymi obciążeniami (przyczepy, stoki, itp). Należy zawsze sprawdzić jakie sa zalecenia producenta pojazdu i jak prawidłowo należy używać zblokowanych biegów (obciążenia, prędkości maksymalne, itp).
W wielu skrzyniach, szczególnie ze sterowaniem elektronicznym, występują dodatkowe tryby i przełączniki modyfikujące pracę skrzyni, np. tryby sportowe (agresywna, późna zmiana biegów), ekonomiczne (wczesna zmiana biegów, mała dynamika), zimowe (zmniejszanie poślizgów) i inne, w zależności od inwencji producenta. Czasami wprowadza się tryby półautomatyczne (skrzynia zmienia biegi w górę i w dół na komendę kierowcy, wydawaną np. przyciskami na kierownicy albo krótkim skokiem lewarka przód-tył, symulując pracę sekwencyjnych skrzyń wyczynowych)
Źródło:
Wilkipedia
Serwis profesjonalisty castrol
www.e-autonaprawa.pl
4
cinka35