Automatické převodovky

Vývoj a použití.

Historie automatických převodovek sahá až do počátku 20. století, kdy konstruktéři začali experimentovat s metodami automatického řazení rychlostních stupňů v automobilech. První pokusy probíhaly ve 20. a 30. letech 20. století, ale teprve v roce 1939 představila společnost General Motors první skutečně automatickou převodovku, známou jako Hydra-Matic. Jednalo se o přelomový vývoj, který umožnil plynulé řazení rychlostních stupňů bez nutnosti ručního zásahu řidiče.

Hydra-Matic si rychle získal oblibu a jeho konstrukci využilo mnoho dalších výrobců automobilů. V 50. a 60. letech 20. století se automatické převodovky ve Spojených státech stále více rozšiřovaly a staly se symbolem modernosti a pohodlí. V Evropě a Asii jejich obliba rostla poněkud pomaleji, především kvůli odlišným preferencím řidičů a rozdílům v konstrukci silnic a stylu jízdy.

V 70. a 80. letech 20. století došlo k dalšímu vývoji technologie automatických převodovek. Byly zavedeny dokonalejší hydraulické systémy a první verze elektronického řízení, které umožnily ještě lepší kontrolu nad řazením a snížení spotřeby paliva. V tomto období se automatické převodovky staly spolehlivějšími a byly dostupné v široké škále vozidel, od osobních až po nákladní automobily a autobusy.

V 90. letech 20. století došlo ke skutečné technologické revoluci, kdy počítače a elektronika začaly hrát klíčovou roli v řízení provozu převodovek. Objevily se první elektronicky řízené automatické převodovky, které dokázaly přizpůsobit svou činnost podmínkám na silnici a stylu jízdy řidiče. Automatické převodovky se tak staly ještě účinnějšími a uživatelsky přívětivějšími.

V 21. století se technologie automatických převodovek neustále vyvíjí. Dnešní převodovky nabízejí řadu režimů, včetně sportovního, ekonomického nebo terénního, a také systémy, které umožňují manuální ovládání pomocí pádel na volantu. Existují také nové konstrukce, jako je převodovka s plynule měnitelným převodem (CVT) a dvouspojková převodovka (DCT), které kombinují výhody automatické a manuální převodovky.

Konstrukce a princip činnosti.

Klasické automatické převodovky (s měničem a planetovými převodovkami).

Klasická automatická převodovka, často označovaná jako planetová převodovka, je složitý mechanismus, který se skládá z několika klíčových součástí. Každá z těchto součástí hraje důležitou roli při přenosu výkonu z motoru na kola a zároveň umožňuje plynulou změnu převodových poměrů bez zásahu řidiče.

Srdcem klasické automatické převodovky je planetová převodovka. Každá z nich se skládá ze tří hlavních částí: slunečního kola, planetových kol (nazývaných také satelity) a ozubeného kola. Sluneční kolo je uprostřed, planetová kola (satelity) se otáčejí kolem něj a jsou spojena s kruhovým kolem. Toto uspořádání umožňuje různé kombinace převodových poměrů podle toho, které kolo je poháněno, které je zastaveno a které přenáší výkon.

Hydraulicky ovládané spojky a brzdy jsou zodpovědné za řízení toku výkonu a řazení rychlostních stupňů. V klasické automatické převodovce je olejové čerpadlo, které dodává natlakovaný olej do různých částí převodovky, včetně spojek a brzd. Při potřebě změny převodového stupně se sepne nebo rozepne příslušná spojka, čímž se změní převodový poměr v planetové převodovce.

Klíčovou součástí klasické automatické převodovky je také měnič točivého momentu. Je umístěn mezi motorem a převodovkou a funguje jako hydraulická spojka. Měnič točivého momentu se skládá ze tří hlavních částí: čerpadla, turbíny a statoru. Čerpadlo je přes setrvačník spojeno s klikovou hřídelí motoru, turbína se vstupní hřídelí převodovky a stator je umístěn mezi nimi. Když motor běží, čerpadlo uvádí do pohybu olej, který přenáší výkon na turbínu, načež stator usměrňuje tok vracejícího se oleje tak, aby se zvýšila účinnost přenosu točivého momentu.

Činnost klasické automatické převodovky je řízena hydraulickým systémem a elektronickým systémem. Hydraulický systém řídí průtok kapaliny do spojek a brzd, zatímco elektronický systém sleduje různé jízdní parametry, jako je rychlost vozidla, zatížení motoru nebo poloha škrticí klapky. Na základě těchto údajů řídicí počítač (TCU - Transmission Control Unit) rozhoduje o tom, kdy a jaký převodový poměr zvolit. Jednotka TCU bez elektronické řídicí jednotky se nazývá ventilový blok, zatímco mechatronika je součást, která integruje ventilový blok a elektronickou řídicí jednotku automatické převodovky.

Klasická automatická převodovka je technologicky vyspělé zařízení, které kombinuje mechanické, hydraulické a elektronické komponenty, aby zajistilo hladké a účinné řazení. Planetová převodovka, spojky a brzdy, měnič točivého momentu a řídicí systémy spolupracují, aby zajistily pohodlnou a komfortní jízdu.

Automatické převodovky s plynule měnitelným převodem (CVT).

CVT (Continuously Variable Transmission) neboli převodovka s plynule měnitelným převodem funguje na principu plynule měnitelného převodu, čímž se liší od tradičních manuálních a automatických převodovek. Klíčovou součástí konstrukce převodovky CVT je řetěz a dvě sady kuželových převodů (tzv. variátorů).

Řetěz je vyroben z odolného kovu nebo kompozitů a přenáší výkon z motoru na hnací kola. Každý pár kuželových kol, z nichž jedno je připojeno ke vstupnímu hřídeli a druhé k výstupnímu hřídeli, se skládá ze dvou kuželových disků, které se mohou pohybovat podél osy hřídele. Když disky mění svou vzájemnou vzdálenost, mění se aktivní průměr, po kterém se řetěz pohybuje. Zmenšení vzdálenosti mezi kotouči způsobí, že se řetěz pohybuje po větším průměru, čímž se převodový poměr zvětší, zatímco zvětšení vzdálenosti způsobí, že se řetěz pohybuje po menším průměru, čímž se převodový poměr zmenší.

Vzájemný pohyb kuželů je řízen hydraulickým systémem, který upravuje aktivní průměr, při němž řetěz pracuje, a umožňuje tak plynulé řazení. Převodovka CVT je řízena sofistikovaným elektronickým systémem, který sleduje výkon motoru, rychlost vozidla, polohu plynového pedálu a další faktory. Na základě těchto údajů systém rozhoduje o optimálním nastavení variátoru tak, aby v dané situaci poskytoval co nejlepší převodový poměr.

V převodovkách CVT lze nalézt planetovou převodovku, která umožňuje další změny převodových stupňů nebo realizaci provozních režimů, jako je zpětný chod. Planetová převodovka zvyšuje flexibilitu a provozní rozsah převodovky CVT.

Převodovka CVT nabízí díky své konstrukci flexibilní a plynulé řazení, což vede k plynulejší jízdě, lepšímu výkonu a optimalizované spotřebě paliva. Převodovka CVT je oblíbená zejména v hybridních a městských vozidlech, kde je prioritou komfort a efektivita. Chladicí a mazací systém převodovky CVT zajišťuje správné mazání a chlazení kuželových kol a řetězu, čímž minimalizuje tření a opotřebení a zajišťuje spolehlivost a životnost převodovky.

Automatické dvouspojkové převodovky (DCT/DSG).

Automatická dvouspojková převodovka, známá také jako DCT (Dual-Clutch Transmission) nebo DSG (Direct-Shift Gearbox), je pokročilý mechanismus, který kombinuje vlastnosti automatické i manuální převodovky. 

Základním prvkem převodovky DCT jsou dvě spojky: jedna se stará o sudé převodové stupně (2, 4, 6) a druhá o liché převodové stupně (1, 3, 5, 7). Tyto spojky pracují na principu mokré spojky (ponořené v oleji) nebo suché spojky, v závislosti na konstrukci a účelu převodovky. Činnost spojek je řízena elektronikou, která umožňuje jejich přesné zapínání a vypínání.

Další důležitou součástí jsou dva vstupní hřídele, z nichž jeden je umístěn uvnitř druhého. Jeden hřídel je zodpovědný za liché převody a druhý za sudé převody. To umožňuje, aby byl další převodový stupeň připraven k zařazení současně, čímž se minimalizuje přerušení dodávky výkonu při řazení.

Řadicí mechanismus převodovky DCT se skládá ze sady převodových stupňů, které jsou umístěny na obou vstupních hřídelích. Tyto převody odpovídají za různé převodové poměry a jejich zapínání a vypínání je řízeno hydraulickým okruhem a synchronizačními mechanismy. Převody se mění pohybem vidlic a přišroubováním příslušných ozubených kol k sobě, což umožňuje zvolit požadovaný převodový poměr.

Fungování dvouspojkové převodovky řídí sofistikovaný elektronický systém TCU (Transmission Control Unit). Jednotka TCU sleduje různé jízdní parametry, jako je rychlost vozidla, zatížení motoru, poloha škrticí klapky a preference řidiče (jízdní režim). Na základě těchto údajů TCU rozhoduje, kterou spojku sepnout, kdy přeřadit a jaký převodový poměr zvolit pro optimální výkon a hospodárnost jízdy.

U dvouspojkové převodovky je velmi důležitou součástí také systém mazání a chlazení oleje. V případě mokrých spojek se k mazání a chlazení spojek používá olej, který prodlužuje jejich životnost a spolehlivost. Olej cirkuluje v uzavřeném okruhu a čerpadlo a chladič udržují jeho správný tlak a teplotu.

Proces regenerace.

Automatická převodovka se nejprve předem vyčistí a poté rozebere. Po demontáži se její součásti čistí ve speciálních zařízeních, jako jsou chemické a ultrazvukové myčky. Vyčištěné díly se poté pečlivě zkontrolují na opotřebení, poškození a další závady. Součásti, které nevyhovují požadavkům, jsou nahrazeny novými nebo repasovanými díly.

Další fází je výměna opotřebovaných nebo poškozených dílů. U klasické automatické převodovky jsou to obvykle spojkové a brzdové kotouče, brzdové pásy, těsnění, těsnicí kroužky, hydraulické ventily a ložiska. V některých případech může být nutné repasovat nebo vyměnit olejové čerpadlo a také součásti převodovky točivého momentu.

U převodovek typu DCT/DSG se dvojitá spojka vždy vyměňuje za zcela novou. Častým problémem je také mechanické nebo elektronické poškození mechatroniky, poškození ložisek. Méně často je třeba vyměnit synchronizátory, ozubená kola a další mechanické součásti. Při repasi se vždy vyměňují všechny olejové filtry použité v dané převodovce. Je třeba poznamenat, že kromě olejových filtrů přístupných zvenčí mají některé modely převodovek také filtry umístěné uvnitř skříně, jejichž výměna není možná bez demontáže převodovky.

Hydraulická řídicí jednotka (blok ventilů/mechatronika) vyjmutá z automatické převodovky se rovněž rozebere na součástky a důkladně vyčistí. Po výměně těsnění a dalších opotřebovaných nebo poškozených součástí se znovu sestaví a otestuje na speciální zkušební stolici. Dynamicky se testují parametry řídicí jednotky při zkoušce reprodukující její činnost v převodovce - především tlak oleje, který se dostává k jednotlivým akčním členům ovládajícím řazení. 

Měnič, který je součástí klasické automatické převodovky (a některých převodovek CVT), také prochází procesem regenerace. Ten zahrnuje rozřezání měniče, vyčištění všech součástí a jejich následnou kontrolu. Vyměňují se všechna těsnění a opotřebované nebo poškozené díly, jako jsou spojkové obložení nebo kotouče blokovací spojky, ložiska, jednocestná spojka statoru atd. Po montáži nových součástí se měnič připraví ke svařování, které se provádí na speciální automatizované stanici. Poté se zkontroluje těsnost měniče, následuje měření a v případě potřeby korekce jeho vyvážení.

Závěrečnou fází repase automatické převodovky je její kompletace a vyhodnocení těsnosti a funkčnosti komponentů, jakož i závěrečná kontrola kvality.

Příčiny a typy poškození

Příznaky, které mohou indikovat vadnou automatickou převodovku:

1. Nedostatečně plynulé řazení - prodlevy, trhání nebo příliš prudké změny převodových stupňů.
2. Žádné řazení nebo omezené řazení, žádné převody.
3. Žádná odezva nebo zpožděná odezva při přepínání mezi režimy P-R-N-D.
4. Při přepínání mezi režimy P-R-N-D dochází k trhání nebo rázům.
5. Prokluz pohonu - motor zvyšuje otáčky, ale vozidlo nezvyšuje otáčky v souladu s otáčkami motoru.
6. Chybějící převodovka - motor se roztočí, ale vozidlo nenastartuje.
7. Hluk, vibrace slyšitelné/vnímatelné za jízdy.
8. Únik oleje z převodovky.

Nejčastější závady automatických převodovek jsou:

1. Opotřebení třecích kotoučů, poškození spojek a brzd.
2. Poškození měniče
3. Opotřebované nebo poškozené olejové čerpadlo
4. Poškození těsnění
5. Poškození ventilového bloku/mechatroniky
6. Opotřebovaná nebo poškozená ložiska
7. Porucha elektronické řídicí jednotky převodovky