Konstrukcja bezstopniowej automatycznej skrzyni biegów
Mariusz LeśniewskiKonstrukcję bezstopniowej automatycznej skrzyni biegów można przestawić na przykładzie skrzyni biegów typu Multitronic niemieckiego koncernu Audi. Występuje ona w wariantach zależnych od sposobu zabudowy silnika (poprzeczny/wzdłużny) oraz różnych wartości maksymalnego momentu obrotowego, który jest zdolna przenieść. W artykule omówiono budowę najpopularniejszej przekładni bezstopniowej o kodzie 01J, która występuje w konfiguracji z silnikiem benzynowym lub wysokoprężnym i jest zdolna do przeniesienia maksymalnie 300 Nm momentu obrotowego.
- Budowa i działanie skrzyni Multitronic 01J – poznaj główne elementy konstrukcji i zasadę funkcjonowania.
- Wariator i regulacja jego położenia. Efektywna współpraca tłoków.
- Wszystko o sprzęgłach kierunku jazdy. Łańcuch przekładni i przekładnia planetarna – za co odpowiadają w całym układzie?
- Objawy uszkodzenia przekładni bezstopniowej.
Idea funkcjonowania bezstopniowej skrzyni biegów opiera się na zasadzie przekazywania momentu obrotowego silnika w sposób ciągły wprost do skrzyni biegów. Skrzynia Multitronic 01J realizuje tę koncepcję dzięki przekładni pasowej o specjalnej konstrukcji.
Wariator i elementy mu towarzyszące
Głównym podzespołem przekładni pasowej (ilustracja otwierajaca) jest wariator, który składa się z dwóch par tarcz stożkowych: pary tarcz napędzających (przez silnik za pośrednictwem przekładni wstępnej) i pary tarcz napędzanych (przekazujących napęd do mechanizmu różnicowego skrzyni Multitronic).
Napęd tarcz stożkowych jest realizowany za pomocą łańcucha o budowie drabinkowej. Inni producenci stosują też wytrzymałe elastyczne paski stalowe. Konstrukcję każdej z tarcz stożkowych opracowano tak, żeby istniała możliwość swobodnego osiowego przesuwu jednej tarczy względem wałka, na którym jest ona zamocowana. Przesuw osiowy tarczy powoduje płynną zmianę średnicy danego koła pasowego, w czego efekcie następuje zmiana przełożenia wariatora.
Co daje odpowiedni naciąg łańcucha?
Kluczowy jest proces zmiany średnicy każdego z dwóch zestawów kół stożkowych, ponieważ musi on być odpowiednio zsynchronizowany, aby odbywał się w tym samym czasie. Właściwa synchronizacja bezstopniowej regulacji przełożenia wariatora pozwala na odpowiedni naciąg łańcucha. Jeśli łańcuch nie zostanie prawidłowo napięty i będzie się ślizgał po powierzchni tarcz stożkowych, dojdzie do obniżenia sprawności skrzyni Multitronic.
Z kolei zbyt mocny naciąg łańcucha prowadzi do uszkodzenia podzespołów wariatora i zakłóceń w fazach zmiany przełożenia. Konstruktorzy skrzyni Multitronic zwrócili szczególną uwagę na proces zmiany przełożenia wariatora i wprowadzili czujnik regulacji siły docisku tarcz stożkowych, który kontroluje pracę przekładni i prawidłowy naciąg łańcucha.
2 sprzęgła wielopłytkowe w kąpieli olejowej
Skrzynia Multitronic jest wyposażona w 2 sprzęgła wielopłytkowe pracujące w kąpieli olejowej (tzw. sprzęgła mokre), które są niezbędne do jazdy samochodu w określonym kierunku (do przodu lub do tyłu). Sprzęgło pośredniczące w jeździe do tyłu współpracuje z przekładnią planetarną, która pozwala na zmianę kierunku obrotów wałka wyjściowego przekładni.
Działanie wariatora i regulacja jego położenia
Działanie wariatora opiera się na współpracy pary tłoków: dociskowego i przestawiającego. Przy tym tłoki te są przyporządkowane każdej parze kół stożkowych oraz rozmieszczone w ich osi po jednej i tej samej stronie. Tłoki przestawiające realizują zmianę przełożenia wariatora, natomiast tłoki dociskowe odpowiadają za prawidłowe ściśnięcie tarcz stożkowych. Wstępnie zapoznać się z procesem hydraulicznej regulacji przełożenia wariatora pozwala schemat działania widoczny na ilustracji 2.
Pompa oleju pobiera olej z miski olejowej i dostarcza go do dwóch hydraulicznych zaworów sterujących o oznaczeniu: ZRWC (zawór regulacji wstępnego ciśnienia) i ZZP (zawór zmiany przełożenia). Zadaniem ZRWC jest utrzymanie wartości ciśnienia zasilania na poziomie 5 barów. Natomiast funkcją ZZP jest doprowadzenie oleju poprzez specjalne kanały do tłoków przestawiających w zespołach tarcz napędzanych i napędzających.
Działanie zaworów ZZP i ZRWC kontroluje elektroniczny sterownik skrzyni bezstopniowej za pośrednictwem elektrozaworu N216 który dodatkowo dopasowuje ciśnienie oleju dla zaworu ZZP – co powoduje zmianę przełożenia wariatora Zmiana przełożenia przekładni zależy od wartości ciśnienia sterującego, które jest kontrolowane przez elektrozawór N216. Kiedy ciśnienie sterujące mieści się w przedziale 1,8–2,2 bara, ZZP jest zamknięty.
W fazie wzrostu ciśnienia sterującego powyżej 2,2 bara ZZP ustawia się w pozycji, która pozwala na doprowadzenie oleju do tłoka przestawiającego zespół tarcz napędzających. Jednocześnie umożliwia odpływ ciśnienia oleju z tłoka przestawiającego zespołu tarcz napędzanych. Proces ten powoduje osiągnięcie dużego przełożenia wariatora.
Na ilustracji nr 2 przedstawiono fazę regulacji w trakcie ruszania samochodu, kiedy wartość przełożenia jest duża. Podczas ruszania pojazdu duże przełożenie jest niezbędne, kiedy średnica tarcz napędzających jest najmniejsza, a napędzanych – największa.
Sprzęgła kierunku jazdy
Żeby wyeliminować szkodliwe działanie drgań rezonansowych, które mogłyby uszkodzić podzespoły skrzyni Multitronic, moment obrotowy silnika przekazywany jest za pomocą dwumasowego koła zamachowego lub koła zamachowego z tłumikiem drgań skrętnych (wersje silnika o mniejszej mocy).
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Budowa tych sprzęgieł odpowiada budowie sprzęgieł używanych w klasycznych automatach, gdzie w koszu sprzęgła umieszczone są pakiety tarcz, które zawierają naprzemiennie zestawione tarcze stalowe i tarcze z płytkami ciernymi.
Zaadaptowanie dwóch oddzielnych sprzęgieł przyczyniło się do zredukowania masy skrzyni bezstopniowej, a także pozwoliło na monitorowanie stanu obciążenia sprzęgieł. Sterowanie sprzęgłami odbywa się za pośrednictwem elektronicznego sterownika przekładni Multitronic.
Elektroniczna regulacja sprzęgieł kierunku jazdy
Priorytetowym parametrem, który jest potrzebny do regulacji sprzęgieł kierunkowych, jest prędkość obrotowa wału korbowego. W pamięci sterownika skrzyni Multitronic zapisane są charakterystyki regulacji sprzęgieł, które określają wymaganą prędkość obrotową silnika, niezbędną do przeniesienia momentu obrotowego przez dane sprzęgło. Program sterujący pracą skrzyni bezstopniowej uwzględnia dodatkowo: styl jazdy kierowcy, rodzaj jednostki napędowej (silnik wysokoprężny lub benzynowy) i temperaturę oleju skrzyni.
W przypadku klasycznej automatycznej skrzyni biegów do transferu momentu obrotowego z silnika do skrzyni stosuje się przekładnię hydrokinetyczną. Konstrukcja skrzyni Multitronic wymaga zastosowania dwóch wielopłytkowych sprzęgieł mokrych, z których każde indywidualnie realizuje jazdę do przodu lub do tyłu.
Sterownik przekładni Multitronic, by prawidłowo regulować funkcjonowanie skrzyni biegów, potrzebuje sygnałów z następujących czujników pojazdu:
- sensora prędkości obrotowej wału korbowego,
- sensora położenia pedału przyspieszenia,
- przepływomierza powietrza (sygnał identyfikujący obciążenie silnika),
- sensora prędkości obrotowej wałka wejściowego/ wyjściowego skrzyni biegów,
- sensora temperatury oleju przekładni Multitronic,
- sensora położenia pedału hamulca.
Przekładnia planetarna
Głównym zadaniem przekładni planetarnej zabudowanej w skrzyni Multitronic jest zmiana kierunku obrotów z uwagi na potrzebę realizowania jazdy do tyłu przy przełożeniu, które wynosi 1:1. Zastosowana przekładnia jest przekładnią nawrotną.
Wałek wejściowy skrzyni biegów Multitronic jest zespolony z kołem słonecznym przekładni planetarnej i tarczami stalowymi sprzęgła. Jarzmo satelitów jest podzespołem napędzanym, który stanowi jeden zespół z kołem przekładni wstępnej i płytkami sprzęgła. Budowę przekładni planetarnej przedstawia ilustracja 3.
Łańcuch przekładni
Łańcuch odpowiada za przekazanie napędu między parą kół stożkowych tarcz napędzanych parą kół stożkowych tarcz napędzających. Użycie łańcucha pozwoliło na zwiększenie rozpiętości przełożeń wariatora i zastosowanie przekładni bezstopniowej w konfiguracji z silnikami o maksymalnym momencie obrotowym, którego wartość nie przekracza 300 Nm.
Specjalna konstrukcja łańcucha (ilustracja 4) i wykorzystanie płytek łączonych sworzniami bujakowymi zwiększyło sprawność skrzyni. Pozwoliło też na pracę z kołami stożkowymi o mniejszej średnicy.
Typowe uszkodzenia przekładni bezstopniowych
Generalnie przekładnie bezstopniowe skonstruowano do współpracy z silnikami o niewielkiej mocy. Wyjątki stanowią skrzynie wzmocnione stosowane przez niektórych producentów.
Większość awarii, którym ulegają przekładnie bezstopniowe (ilustracja 5), wiąże się z zaniedbaniami w obsłudze serwisowej (ignorowaniem terminu wymiany oleju) lub ich zbyt intensywną eksploatacją (podniesieniem mocy silnika bez uwzględnienia limitu momentu obrotowego, jaki może przenieść dana przekładnia).
Uszkodzenia przekładni bezstopniowej
Sporadycznie zdarzają się przypadki uszkodzenia sterownika skrzyni biegów lub czujników układu sterującego. Dla przykładu, w opisywanej skrzyni Multitronic awaria sterownika przekładni często wiąże się z zarejestrowaniem poniższych kodów usterek:
- P17106 – brak sygnału z sensora G195 prędkości wyjściowej skrzyni biegów,
- P17101 – brak sygnału z sensora G182 prędkości wejściowej skrzyni biegów,
- P17114 – niewłaściwe przełożenie wariatora.
Do najbardziej charakterystycznych objawów uszkodzenia przekładni bezstopniowej należą:
- szarpnięcia podczas jazdy w fazie przyspieszania,
- pogorszenie komfortu jazdy związane z brakiem płynności w zmianie kolejnych przełożeń,
- zapalenie się wszystkich indeksów P-R-N-D przy dźwigni wyboru przełożenia lub na wyświetlaczu deski rozdzielczej (ilustracja 6), brak możliwości jazdy do przodu lub tyłu (uszkodzenie związane ze sprzęgłem kierunkowym).
Źródło: Materiały redakcyjne
O Autorze
