W przypadku zautomatyzowanych mechanicznych skrzyń biegów ich sterowanie odbywa się za pomocą elektrycznych, pneumatycznych lub hydraulicznych elementów wykonawczych albo przez ich kombinację w odpowiednim zestawieniu łańcucha sterowania. Naprawa takich przekładni jest bardzo trudna i wymaga dużego doświadczenia oraz pełnej znajomości zasady działania i budowy danego typu skrzyni biegów. Wynika to z dużego zróżnicowania rozwiązań konstrukcyjnych, metod sterowania ich pracą oraz odmiennego sposobu ich rozkładania, naprawy i składania.
Dwusprzęgłowe skrzynie biegów (ang. DSG – Direct Shift Gearbox, DCT – Dual-Clutch Transmission, DCG – Double Clutch Gearbox) stanowią typ mechanicznych skrzynek stopniowych o osiach stałych. Posiadają zalety przekładni mechanicznych i automatycznych. Występują w nich dwa sprzęgła ze wspólnym wałkiem pośrednim, więc należy w nich sprawdzać dwa wałki sprzęgłowe. Włączanie biegów odbywa się w części skrzyni biegów, która w danym momencie nie przenosi momentu obrotowego. Obydwie części mechanizmów są synchronizowane. Sprawdza się ponadto: prawidłowość ich wzajemnego położenia i sposób osadzenia w obudowie skrzynki, stopień zużycia łożysk, otworów gniazd osadzenia wałków oraz stan uzębienia stałych i przesuwnych kół zębatych osadzonych na wałkach. Efektywne przełączanie biegów wymaga płynnego przełączania skrzynki z części pierwszej na drugą. Dzięki elektronicznemu sterowaniu trwa to kilkaset milisekund. Kontroli podlegają także: luz osiowy kół zębatych i synchronizatorów, stopień zużycia wierzchołków zębów skośnych oraz stan elementów wałka głównego. W niektórych rozwiązaniach skrzynek dwusprzęgłowych występują dwa wałki główne. Wówczas należy wzrokowo ocenić umieszczone na końcach wałków głównych zębniki oraz współpracujące z nimi koła przekładni głównej. Częściej dochodzi do zniekształcenia zębów zębników niż zębów kół przekładni głównej. Sterowane przekrycie momentu obrotowego skrzyni biegów wyklucza możliwość powstania przerw w przenoszeniu napędu w chwili przyspieszania samochodu. W tym przypadku oznacza to, że wartość zmniejszenia momentu obrotowego przenoszonego przez pierwsze sprzęgło jest równoznaczna ze zwiększeniem tego momentu o taką samą wartość na sprzęgle drugim. Realizacja tego procesu w tak krótkim czasie wymaga zastosowania wielu elektrycznych elementów pomiarowych, szybkich procesorów oraz skomplikowanych algorytmów. W skrzyniach typu DSG przełączenie biegu z 6 na 2 w bardzo ekstremalnych warunkach hamowania i przyspieszania przebiega w mniej niż jedną sekundę.

Montaż

Podczas składania dwusprzęgłowych skrzynek biegów należy zwrócić uwagę na prawidłowość ułożenia wałków i ich łożysk oraz właściwe wzajemne ustawienie kół zębatych poszczególnych biegów i kół zębatych przekładni głównej. Wymiana uszczelnień gumowych i metalowych realizowana jest podobnie jak w przypadku standardowych wymian w innych typach skrzyni biegów, z tym że w tym przypadku do tego celu należy używać specjalnych szczypiec i pobijaka. Wymiana polega na usunięciu zużytych uszczelnień wałków skrzynki i wprowadzeniu nowych po wcześniejszym powleczeniu ich powierzchni olejem przekładniowym w celu łatwiejszego osadzenia ich w gniazdach obudowy skrzynki oraz lepszego przylegania. Uszkodzone nastawniki sprzęgieł należy wymienić – ich liczba odpowiada liczbie sprzęgieł. W elektrycznych nastawnikach skrzynki biegów najczęściej uszkodzeniu ulegają uzębienie kół zębatych przekładni ślimakowej oraz silnik elektryczny. Silniki elektryczne elementów wykonawczych najczęściej ulegają uszkodzeniu w wyniku nadmiernego ich obciążenia lub przegrzania, co w dużym stopniu może być związane z pośrednim uszkodzeniem elementów mechanicznych, których sprawność wpływa na poprawność przełączania biegów i występujące obciążenia, drgania i wibracje. Niesprawny siłownik wyboru i zmiany biegów trzeba wymienić. Objawem jego zużycia jest nieprawidłowy wybór biegów po ustawieniu dźwigni w trybie automatycznego działania. Jego wymiana wymusza demontaż elementów wyposażenia wnętrza samochodu i nadwozia. Wymiana dźwigni wyboru zmiany biegów nie wymaga dość skomplikowanych czynności a jedynie doświadczenia w naprawach tych skrzyń biegów.
Podczas diagnozowania wybranych elementów składowych sterowania skrzynek zautomatyzowanych należy pamiętać, że każdy z nich jest częścią złożonego układu. Wszystkie siłowniki muszą być wyposażone w czujniki położenia, aby sterownik znał ich aktualne pozycje. Wybór biegu w zautomatyzowanych skrzynkach biegów jest ważnym podmiotem procesu sterowania układem napędowym. Aby zautomatyzowane sterowanie mogło spełnić swoją funkcję, włączenie konkretnego biegu musi odbywać się w jak najkrótszym czasie oraz umożliwić pewne zazębienie odpowiedniej pary kół zębatych w skrzynce biegów. Każda niesprawność tego procesu jest zauważalna zwłaszcza w chwili nagłego przyspieszania w trybie Sport.

Automaty z przekładnią hydrokinetyczną

W stopniowych automatycznych skrzynkach biegów z przekładnią hydrokinetyczną podczas użytkowania elementy mechaniczne, hydrauliczne i elektroniczne również ulegają zużyciu. Wymienia się w nich głównie wewnętrzne sprzęgła wielotarczowe, zespoły przekładni planetarnych, blokadę postojową, przekładnię hydrokinetyczną i jej sprzęgło blokujące oraz podzespoły sterowania elektrohydraulicznego. Opis przebiegu ich naprawy i diagnostyki będzie przedstawiony w kolejnym materiale. Niemniej jednak w tym artykule zostaną opisane także procesy naprawy i diagnostyki elementów elektronicznych tych skrzyń biegów.

Do zmiany poszczególnych biegów najczęściej wykorzystuje się siłowniki elektryczne osadzone w skrzynce biegów lub na jej obudowie. Są to zazwyczaj siłowniki wyposażone w silniki prądu stałego lub silniki komutowane elektronicznie. Dzielą się one na siłowniki o krótkim czasie reakcji oraz siłowniki o dużym momencie obrotowym. Siłowniki prądu stałego są osadzone bezpośrednio na skrzynce biegów. Ich szczotkotrzymacz ma podwójny czujnik hallotronowy, który umożliwia określenie kąta i kierunku obrotu wirnika połączonego z wałkiem wyjściowym. Czujniki hallotronowe diagnozuje się podobnie jak każdy inny czujnik tego typu umieszczony w samochodzie, szczególnie w silnikach spalinowych, do pomiaru prędkości i położenia wałków rozrządu. Wyróżnia się także indukcyjne czujniki skrzyni biegów. Ruch obrotowy wieńca i jego zmienna prędkość wpływają na zmianę wartości pola magnetycznego, która determinuję zmianę wartości napięcia sygnału wyjściowego czujnika. Sygnały napięciowe przetwarzane są przez sterownik na odpowiednie ruchy elementów wykonawczych. Niesprawność czujników prędkości wałków skrzyni biegów oraz ich położenia skutkują brakiem wysterowania skrzyni biegów i przejście sterownika w tryb awaryjny oraz zaświeceniem się lampki kontrolnej silnika. Głównymi przyczynami uszkodzenia czujników skrzyni biegów są: przerwy przewodów zasilania, sygnału, masy, zużycie lub luz wieńca impulsowego, zanieczyszczenia cząstkami stałymi, zwarcia wewnętrzne oraz zwarcia przewodów w wyniku ich przegrzania determinowanego zbyt dużym natężeniem prądu. Przeciętnie rezystancja takiego czujnika przy temperaturze 80°C wynosi około 1000 Ω. W przypadku podłączonego czujnika sprawdza się napięcie zasilania i przebieg napięciowy sygnału za pomocą miernika i oscyloskopu. Jeżeli występują nieścisłości, warto sprawdzić ciągłość przewodów oraz poprawność połączenia przewodów na wtyczce z pinami w czujniku. Ich niepoprawne połączenie może spowodować błędne działanie czujnika i niewłaściwą interpretację przyczyny usterki, np. odczytanej za pomocą diagnoskopu przez złącze OBD. Najczęściej dzieje się tak w przypadku wymiany czujników na czujniki innego producenta lub ingerencję użytkownika w instalację elektryczną sterowania skrzyni biegów, np. po kolizji. Siłownik jest połączony z wewnętrznym mechanizmem zmiany biegów za pośrednictwem koła zębatego, napędzanego przez przekładnię ślimakową. Siłownik komutowany elektronicznie jest bezszczotkowym silnikiem prądu stałego. Siłowniki zmiany biegów są sterowane za pomocą sygnałów wysyłanych przez sterownik skrzynki biegów po uprzedniej analizie sygnału z czujników.

Sterowanie sprzęgłem

Prawidłowe włączanie i wyłączanie biegów wymaga odpowiedniego dopasowania sterowania sprzęgłem. Zminimalizowanie przerwy w przekazywaniu momentu obrotowego oraz zapewnienie odpowiedniego komfortu jazdy podczas zmiany biegów zależy przede wszystkim od skuteczności działania siłownika sprzęgła. Siłownikiem sprzęgła steruje sterownik skrzynki biegów, który oblicza chwilę oraz czas włączania i wyłączania sprzęgła w zależności od chwili zmiany biegu. Istnieje kilka rodzajów siłowników sprzęgła. Najbardziej rozpowszechnione są siłowniki napędzane silnikiem elektrycznym prądu stałego. Wyróżnia się także silnik elektryczny sterowany za pośrednictwem przekładni ślimakowej, który jest źródłem napędu siłownika hydraulicznego połączonego bezpośrednio z elementem sprzęgła.
Diagnozowanie sterowania skrzynki zautomatyzowanej wymaga przeprowadzenia jazdy próbnej, podczas której zwraca się uwagę na poprawność włączania biegów, np. płynne ruszanie, płynne przełączanie biegów podczas gwałtownego przyspieszania oraz prawidłowość hamowania silnikiem i działania dostępnych trybów jazdy (np. zimowego, sportowego i innych). Dopiero po wykryciu niewłaściwego zachowania się układu podczas jazdy próbnej należy przystępować do diagnozowania za pomocą przyrządów elektronicznych. Procedurę tę rozpoczyna się zawsze od diagnostyki szeregowej za pomocą diagnoskopu, dalsze czynności sprawdzające można rozszerzyć o pomiary miernikiem i oscyloskopem w przypadku wykluczenia uszkodzeń mechanicznych. Diagnozowanie skrzynek zautomatyzowanych wymaga dysponowania odpowiednim testerem diagnostycznym umożliwiającym uzyskanie informacji o błędach zarejestrowanych w pamięci sterownika skrzynki biegów. Nie wszystkie testery dysponują odpowiednim oprogramowaniem do wykonywania adaptacji, testów i odczytu kodów usterek z nowych typów skrzyń biegów. Jeżeli usterki nie zostały zarejestrowane w pamięci sterownika, a układ działa niewłaściwie, należy sprawdzić wartości aktualnych parametrów pracy układu, których przeanalizowanie powinno pomóc w wykryciu przyczyn niesprawności. Do ich oceny niezbędna jest znajomość budowy i zasady działania diagnozowanego układu. Ostatnia możliwość diagnostyczna przed demontażem układu to wykorzystanie testera diagnostycznego do sprawdzenia elementów wykonawczych, czyli kolejnego uruchamiania poszczególnych siłowników i obserwowania, czy prawidłowo wykonują one zadane ruchy.

Starsze rozwiązania automatycznych skrzynek biegów posiadają zespół zaworów sterowany hydraulicznie. Podczas jego nieprawidłowej pracy dochodzi do trudności w przełączaniu biegów. W takim przypadku zespół zaworów trzeba zweryfikować w celu znalezienia nieprawidłowo działającego zaworu wykonawczego. Zespół taki składa się z bardzo dużej liczby zróżnicowanych zaworów, dlatego znajomość objawów ich uszkodzenia ma podstawowe znaczenie w poszukiwaniu przyczyny usterki i ustaleniu metody jej usunięcia. Rozróżnia się zawory przełączające i zawory sterujące ciśnieniem – hydrauliczne i elektromagnetyczne. W elektronicznie sterowanej automatycznej skrzynce biegów zawory elektromagnetyczne pełnią funkcję elektrohydraulicznych elementów włączających. Rozróżnia się przy tym zawory przełączające (dwustanowe), które mogą być tylko otwarte lub zamknięte, oraz zawory sterujące ciśnieniem, które są sterowane bezstopniowo i mogą przyjmować dowolne położenia pośrednie. Podczas ich weryfikacji należy zapoznać się z instrukcją producenta, ponieważ każdy producent stosuje indywidualne rozmieszczenie zaworów i ich oznaczenie identyfikacyjne w zespole sterującym. Rozróżnia się m.in. zawór blokowania nadbiegu, zawór sterujący sprzęgła blokującego, zawór blokujący przełączanie na zakresie 2, zawór sterujący włączaniem nadbiegu, zawór blokujący przełączenie na zakresie L, pomocniczy zawór regulacyjny ciśnienia oleju, zawór sterujący przełączaniem biegów między zakresami 1 i 2, 2 i 3, 3 i 4, zawór stabilizacyjny ciśnienia oraz zawór odśrodkowy – przy pełnym sterowaniu hydraulicznym.

Ważna szczelność

Podczas każdej wymiany każdego podzespołu sterowania zaleca się wymianę wszystkich uszczelnień zespołu sterowania hydrauliczno-elektrycznego. Poprawne rozmieszczenie i prawidłowe ułożenie uszczelnień na korpusie lub w gniazdach osadzenia zaworów zapewni poprawną pracę sterownika. Należy pamiętać, że informacje te są jedynie uogólnieniem stosowanych rozwiązań – istnieje bowiem wiele odmian skrzyń biegów i programów ich sterowania. Wiąże się to ze zróżnicowaniem metod ich diagnostyki w wyniku zróżnicowania łańcucha sterowania i działania mechanizmów sterujących na sposób przełączania biegów. Przykładem takiego zróżnicowania są: sterowanie elektroniczno-hydrauliczne, adaptacyjne sterowanie skrzyni biegów, sterowanie sprzęgła blokującego przekładni hydrokinetycznej, zautomatyzowane blokady parkowania, moduły Mechatronic, sterowanie w bezstopniowych automatycznych skrzyniach biegów CVT i wiele innych nowoczesnych typów układów sterowania i rozwiązań mechaniczno-elektrycznych. Przykłady te stanowią poszczególne fragmenty lub całe systemy sterowania. Niemniej jednak w przypadku ich diagnostyki zawsze niezbędna jest znajomość całego łańcucha sterowania konkretnego modelu skrzynki biegów – w tym celu zawsze warto skorzystać z instrukcji producenta, schematów instalacji elektrycznych i przekrojów budowy skrzyni biegów. Nawet w przypadku tych samych typów skrzyni biegów, np. skrzyń typu DSG, poszczególne wdrażane poprawki na etapie poprawy sprawności układu przeniesienia napędu mogą spowodować zmiany w postępowaniu diagnostycznym i demontażu oraz montażu podzespołów tych skrzyń podczas ich regeneracji.

Przykładowe skutki uszkodzenia poszczególnych zaworów elektromagnetycznych w skrzynkach stosowanych przez grupę VAG są następujące:

• zawór elektromagnetyczny N88 – brak możliwości włączenia biegów 4 i 6,
• zawór elektromagnetyczny N89 – brak możliwości dociśnięcia sprzęgła blokującego maksymalnym ciśnieniem oraz brak możliwości hamowania silnikiem,
• zawór elektromagnetyczny N90 – pulsacje i uderzenia podczas włączania biegów od 1 do 4,
• zawór elektromagnetyczny N91 – brak możliwości włączenia sprzęgła blokującego,
• zawór elektromagnetyczny N92 – pulsacje i uderzenia podczas włączania biegów 3 i 5 oraz wstecznego,
• zawór elektromagnetyczny N93 – pulsacje i uderzenia podczas włączania wszystkich biegów,
• zawór elektromagnetyczny 9 – N282 – pulsacje i uderzenia podczas włączania biegów od 4 do 6,
• zawór elektromagnetyczny 10 – N283 – pulsacje i uderzenia podczas włączania biegów od 2 do 6.

Sterowanie elektryczne

W celu poprawnej interpretacji przyczyny usterki należy ponadto sprawdzić pozostałe, trudno dostępne elementy wyposażenia układu sterowania skrzynką biegów w sposób podany poniżej.

• Elektromagnes blokady dźwigni wyboru biegów – podczas braku zasilania elektromagnesu dźwignia jest zblokowana w pozycji P, a gdy jest zasilana w pozycji N, jej ponowne odblokowanie wymusza działania awaryjne (dla modelu Golf 2004). Jeżeli wystąpił brak zasilania elektromagnesu, blokada dźwigni nie działa, ale można ja przestawić bez używania hamulca (w modelu Transporter 2004) – elektromagnes jest umieszczony pod dźwignią wyboru biegów po lewej stronie.
• Czujnik temperatury oleju w skrzynce biegów – brak fazy regulacji sprzęgła blokującego (wyłącznie praca w dwóch trybach otwarcia i zamknięcia), brak adaptacji ciśnienia głównego, która objawia się pulsacjami podczas zmiany biegów oraz przyjęcie wartości zastępczej z czujnika temperatury silnika i czasu pracy – czujnik jest umieszczony w środkowej części korpusu sterowania hydraulicznego obok zaworu elektromagnetycznego N92. Diagnostyka tego czujnika jest realizowana podobnie jak w przypadku innych czujników temperatury, np. umieszczanych w silniku.
• Czujnik wejściowej prędkości obrotowej – sprzęgło blokujące jest zamykane z pominięciem faz regulacji i przyjmowana jest wartość zastępcza prędkości obrotowej silnika – czujnik jest umieszczony pod korpusem zespołu sterowania hydraulicznego (prawa dolna strona) przy kole impulsowym kosza sprzęgła.
• Czujnik wyjściowej prędkości obrotowej – przyjmowany jest sygnał zastępczy z czujnika prędkości jazdy ze sterownika ABS – czujnik jest umieszczony pod korpusem zespołu sterowania hydraulicznego (dolna część wnęki pod przekładnią planetarną) przy wałku pośrednim.
• Przełącznik wielofunkcyjny – jeżeli jest uszkodzony przewód zasilania biegu wstecznego, skrzynka pracuje w trybie awaryjnym, a w przypadku możliwości rozróżnienia wyboru biegów w pozycji do jazdy w przód i do jazdy w tył skrzynka pracuje normalnie – przełącznik jest umocowany na skrzynce biegów i połączony z cięgnem dźwigni sterującej.

W bezstopniowych przekładniach automatycznych z taśmą z ogniwami przesuwnymi weryfikacji podlegają stożkowe tarcze (pierwotna i wtórna), taśma z ogniwami przesuwnymi, sprzęgło wielotarczowe, cylinder ciśnieniowy, przekładnia planetarna oraz zespół sterowania skrzynką. Zużyciu ulegają najczęściej powierzchnia robocza stożkowej tarczy pierwotnej współpracującej bezpośrednio z przekładnią planetarną i za pośrednictwem taśmy z ogniwami przesuwnymi lub łańcucha drabinkowego z powierzchnią roboczą tarczy stożkowej wtórnej. W przypadku łańcucha przenoszenie siły napędowej odbywa się nie przez nacisk, lecz przez ciągnięcie. Zużyciu ulega ponadto powierzchnia robocza cylinderków pierwotnego i wtórnego sterowanych ciśnieniowo, które umożliwiają wzajemne przestawianie tarcz. Nadmiernie zużyte elementy napędowe należy wymienić. Pozostałe podzespoły kontroluje się i wymienia w sposób podobny do opisanego w poprzednich rodzajach skrzynek biegów.

W skrzynkach o nazwie Ecotronic występuje przekładnia hydrokinetyczna sterowana elektrohydraulicznie. Jej weryfikacja i wymiana przebiega podobnie jak w poprzednio opisanych skrzynkach biegów – należy zapoznać się z instrukcją producenta.

CVT

W skrzynkach o nazwie Multitronic do przenoszenia napędu wykorzystuje się łańcuch drabinkowy z obciążnikami umieszczonymi między dwoma parami tarcz stożkowych. W tych skrzynkach występują dwa oddzielne układy sterowania – hydrauliczny oraz elektroniczny, sprzęgło do jazdy wstecz, sprzęgło do jazdy w przód, tłumik koła zamachowego, przekładnia zębata oraz przekładnia planetarna. Istotnym elementem tej skrzyni biegów jest elektroniczne urządzenie sterujące, zamontowane bezpośrednio na hydraulicznym urządzeniu sterujący. W tym przypadku do sterowania niezbędne są trzy sygnały: sygnał regulacji stosunku przełożeń wynikający z ciśnienia w siłowniku regulacyjnym, sygnał sterujący zaworem elektromagnetycznym chłodzenia sprzęgieł i wyłącznikiem bezpieczeństwa oraz prąd regulacji poślizgu sprzęgieł. Informacje do wytworzenia tych sygnałów przez sterownik są oparte na sygnałach wejściowych pobranych z czujników skrzyni biegów oraz przez magistralę CAN z układu sterowania pracą silnika. Na wyposażeniu tych skrzyń biegów znajdują się następujące czujniki: docisku tarcz sprzęgieł, docisku tarcz stożkowych, wejściowej prędkości obrotowej, dwa czujniki wyjściowej prędkości obrotowej, w tym jeden z nich pozwala na ustalenie kierunku obrotu wałków, temperatury oleju oraz przełącznik wielofunkcyjny pozwalający na ustalenie rzeczywistego położenia dźwigni wyboru zmiany biegów. Zintegrowanie czujników z modułem sterującym wyklucza możliwość ich diagnostyki za pomocą pomiarów bezpośrednich przy wykorzystaniu miernika czy oscyloskopu. Toteż w tym celu zawsze wykorzystuje się diagnoskop pozwalający ocenić przebieg sygnałów z elementów pomiarowych. Niezależnie od wymiany danych przez magistralę CAN istnieje także możliwość odczytania informacji o prędkości obrotowej silnika i prędkości samochodu, rozpoznaniu Tiptronic, wysyłaniu sygnału o rzeczywistym biegu przez osobne złącza, wyświetlacz w kabinie oraz złącza programowania i diagnozowania. W niektórych przypadkach stosuje się programowanie flash, kiedy do usunięcia usterki niezbędna jest modyfikacja oprogramowania sterującego. Elektroniczne urządzenia sterujące mogą aktualizować swoje wewnętrzne oprogramowanie za pomocą tzw. Flash EPROM, który stanowi oddzielną pamięć przeprogramowalną blokowo. Znajduje się w nim oprogramowanie do obliczenia sygnałów wyjściowych, które może zostać zaktualizowane przez nadpisanie nową wersją software przez złącze diagnostyczne. Są to jednak czynności bardzo złożone wymagające oddzielnego szczegółowego omówienia.

Podczas weryfikacji podzespołów ocenia się stan uzębień kół zębatych, współosiowość kół oraz sprawność pozostałych elementów wykonawczych zgodnie z zaleceniami producenta. Rozkładanie takich skrzynek biegów wymaga odpowiedniego postępowania i zachowania właściwej kolejności wykonywania poszczególnych czynności. Zużyte podzespoły należy wymienić. Nie dopuszcza się prostowania wałków, frezowania kół zębatych ani naprawy zaworów sterownika hydraulicznego.

Wszystkie usterki elektroniczne są wykrywane i usuwane odrębnie. Wymagają one przestrzegania odpowiednich procedur postępowania, zwłaszcza dotyczących kalibracji i adaptacji parametrów sterujących nie tylko z czujników, lecz także elementów wykonawczych. Ich proces elektronicznego dopasowywania wartości nastawczych i testów poprawności funkcjonowania wymaga stosowania trudno dostępnych programów diagnostycznych, niekiedy dyspozycyjnych jedynie w serwisach producenta.