Automatski mjenjači

Podrijetlo i primjena.

Povijest automatskih mjenjača seže u rano 20. stoljeće, kada su inženjeri počeli eksperimentirati s metodama automatskog mijenjanja brzina u automobilima. Prvi pokušaji dogodili su se 1920-ih i 1930-ih, ali tek je 1939. General Motors predstavio prvi istinski automatski mjenjač, poznat kao Hydra-Matic. Ovo je bilo revolucionarno postignuće koje je omogućilo glatke promjene stupnjeva prijenosa bez potrebe za ručnom intervencijom vozača.

Hydra-Matic je brzo stekao popularnost, a njegov dizajn koristili su mnogi drugi proizvođači automobila. Tijekom 1950-ih i 1960-ih, automatski mjenjači postali su sve češći u Sjedinjenim Državama, postavši simbol modernosti i praktičnosti. U Europi i Aziji njihova je popularnost rasla nešto sporije, uglavnom zbog različitih preferencija vozača te razlika u konstrukciji cesta i stilu vožnje.

1970-ih i 1980-ih godina doživjelo je daljnji razvoj tehnologije automatskog prijenosa. Uvedeni su napredniji hidraulički sustavi i prve verzije elektroničkog upravljanja, što je omogućilo još bolju kontrolu mijenjanja brzina i smanjenu potrošnju goriva. U tom su razdoblju automatski mjenjači postali pouzdaniji i dostupni u širokom rasponu vozila, od osobnih do kamiona i autobusa.

Devedesetih godina prošlog stoljeća dogodila se prava tehnološka revolucija, kada su računala i elektronika počeli igrati ključnu ulogu u upravljanju radom mjenjača. Pojavili su se prvi elektronski kontrolirani automatski mjenjači koji su svoj rad mogli prilagoditi uvjetima na cesti i načinu vožnje vozača. To je učinilo automatske mjenjače još učinkovitijima i jednostavnijima za korištenje.

U XXI stoljeću tehnologija automatskog mjenjača nastavlja napredovati. Moderni mjenjači nude mnoge načine rada, uključujući sportske, ekonomične i off-road načine, kao i sustave koji omogućuju ručno upravljanje pomoću poluga smještenih na upravljaču. Pojavili su se i novi dizajni, poput kontinuirano varijabilnih CVT (Continuously Variable Transmission) mjenjača i DCT (Dual-Clutch Transmission) mjenjača, koji kombiniraju prednosti automatskih i ručnih mjenjača.

Konstrukcija i princip rada.

Klasični automatski mjenjači (s pretvaračem i planetarnim mjenjačima).

Klasični automatski mjenjač, koji se često naziva i planetarni mjenjač, složen je mehanizam koji se sastoji od nekoliko ključnih komponenti. Svaka od ovih komponenti ima važnu ulogu u prijenosu snage s motora na kotače, istovremeno omogućujući glatku promjenu stupnjeva prijenosa bez intervencije vozača.

Srce klasičnog automatskog mjenjača je skup planetarnih zupčanika. Svaki od njih sastoji se od tri glavna dijela: sunčevog kotača, planetarnih kotača (koji se nazivaju i sateliti) i prstenastog kotača. Sunčani zupčanik nalazi se u sredini, oko njega se okreću planetarni zupčanici (sateliti) koji su spojeni na prstenasti zupčanik. Ovaj raspored omogućuje različite kombinacije prijenosa ovisno o tome koji je kotač pogonjen, koji je zaustavljen i koji prenosi snagu.

Spojke i kočnice, koje se pokreću hidraulički, odgovorne su za kontrolu protoka snage i promjenu stupnjeva prijenosa. Klasični automatski mjenjač ima uljnu pumpu koja pod pritiskom opskrbljuje uljem različite dijelove mjenjača, uključujući spojke i kočnice. Kada je potrebna promjena stupnja prijenosa, uključuje se ili isključuje odgovarajuća spojka, što omogućuje promjenu prijenosnog omjera u planetarnom prijenosniku.

Ključni element klasičnog automatskog mjenjača također je pretvarač zakretnog momenta. Nalazi se između motora i mjenjača i djeluje kao hidraulička spojka. Pretvarač momenta sastoji se od tri glavna dijela: pumpe, turbine i statora. Pumpa je zamašnjakom povezana s radilicom motora, turbina s ulaznom osovinom mjenjača, a stator je smješten između njih. Kada motor radi, pumpa pokreće ulje koje prenosi snagu na turbinu, a zatim stator usmjerava tok povratnog ulja na način da se poveća učinkovitost prijenosa momenta.

Radom klasičnog automatskog mjenjača upravlja se pomoću hidrauličkog i elektroničkog sustava. Hidraulički sustav upravlja protokom tekućine do spojki i kočnica, dok elektronički sustav nadzire različite parametre vožnje kao što su brzina vozila, opterećenje motora i položaj leptira za gas. Na temelju tih podataka kontrolno računalo (TCU - Transmission Control Unit) odlučuje kada i koji stupanj prijenosa treba odabrati. Hidraulička jedinica bez elektroničkog regulatora naziva se blok ventila, dok se mehatronička jedinica naziva podsklop koji integrira blok ventila i elektronički regulator automatskog mjenjača.

Ukratko, klasični automatski mjenjač je uređaj visoke tehnologije koji kombinira mehaničke, hidrauličke i elektroničke komponente kako bi se osiguralo glatko i učinkovito mijenjanje brzina. Planetarni zupčanik, kvačila i kočnice, pretvarač zakretnog momenta i kontrolni sustavi rade zajedno kako bi pružili udobnu i praktičnu vožnju.

Kontinuirano varijabilni automatski mjenjači (CVT).

CVT (Continuously Variable Transmission) mjenjač, odnosno kontinuirano varijabilni mjenjač, radi na principu glatke promjene stupnjeva prijenosa, što ga razlikuje od tradicionalnih ručnih i automatskih mjenjača. Ključni element CVT dizajna su lanac i dva seta koničnih zupčanika (tzv. varijatori).

Lanac je izrađen od izdržljivog metala ili kompozita i prenosi snagu s motora na pogonske kotače. Svaki par koničnih zupčanika, od kojih je jedan spojen na ulazno vratilo, a drugi na izlazno vratilo, sastoji se od dvije konusne ploče koje mogu kliziti po osi vratila. Kada kotači mijenjaju svoju udaljenost jedan od drugog, mijenja se aktivni promjer duž kojeg se lanac kreće. Smanjenje razmaka između diskova uzrokuje pomicanje lanca na veći promjer, što povećava prijenosni omjer, dok povećanje razmaka uzrokuje pomicanje lanca na manji promjer, što smanjuje prijenosni omjer.

Kretanje stožaca jednih u odnosu na druge kontrolira hidraulički sustav koji prilagođava aktivni promjer na kojem lanac radi, omogućujući glatku promjenu stupnjeva prijenosa. CVT mjenjačem upravlja napredni elektronički sustav koji prati parametre rada motora, brzinu vozila, položaj papučice gasa i druge čimbenike. Na temelju tih podataka sustav odlučuje o optimalnoj postavci varijatora kako bi osigurao najbolji mogući prijenosni omjer za danu situaciju.

Kod CVT mjenjača možete pronaći planetarni zupčanik koji omogućuje dodatne promjene stupnjeva prijenosa ili načine rada kao što je vožnja unatrag. Planetarni prijenosnik povećava fleksibilnost i radni raspon CVT mjenjača.

Zahvaljujući svojoj strukturi, CVT mjenjač nudi fleksibilne i bezstupanjske promjene stupnjeva prijenosa, što se prevodi u mirniju vožnju, bolje performanse i optimizaciju potrošnje goriva. CVT je posebno popularan u hibridnim i gradskim vozilima gdje su udobnost i učinkovitost prioriteti. CVT sustav hlađenja i podmazivanja osigurava da su konusni zupčanici i lanac pravilno podmazani i ohlađeni, smanjujući trenje i trošenje te osiguravajući pouzdanost i trajnost prijenosa.

Automatski mjenjači s dvostrukom spojkom (DCT/DSG).

Automatski mjenjač s dvostrukom spojkom, poznat i kao DCT (Mjenjač s dvostrukom spojkom) ili DSG (Mjenjač s izravnim prijenosom), napredni je mehanizam koji kombinira značajke automatskih i ručnih mjenjača. 

Osnovni element DCT mjenjača su dvije spojke: jedna za parne stupnjeve prijenosa (2, 4, 6), a druga za neparne (1, 3, 5, 7). Ove spojke rade na principu mokre spojke (uronjene u ulje) ili suhe spojke, ovisno o izvedbi i namjeni mjenjača. Radom spojki upravlja elektronika, što omogućuje njihovo precizno uključivanje i isključivanje.

Druga važna komponenta su dvije ulazne osovine, od kojih je jedna smještena unutar druge. Jedna osovina je odgovorna za neparne, a druga za parne. To omogućuje simultanu pripremu sljedećeg stupnja prijenosa za uključenje, minimizirajući prekide u isporuci snage tijekom promjene stupnja prijenosa.

Mehanizam mjenjača u DCT-u sastoji se od skupa zupčanika koji se nalaze na oba ulazna vratila. Ovi zupčanici su odgovorni za različite prijenosne omjere, a njihovo uključivanje i isključivanje kontroliraju hidraulički krug i mehanizmi za sinkronizaciju. Mijenjanje stupnjeva prijenosa vrši se pomicanjem vilica i spajanjem odgovarajućih zupčanika, što omogućuje odabir željenog prijenosnog omjera.

Radom mjenjača s dvostrukom spojkom upravlja napredni elektronički sustav poznat kao TCU (Transmission Control Unit). TCU prati različite parametre vožnje kao što su brzina vozila, opterećenje motora, položaj leptira za gas i želje vozača (način vožnje). Na temelju tih podataka TCU odlučuje koju će spojku uključiti, kada promijeniti stupanj prijenosa i koji stupanj prijenosa odabrati kako bi se osigurale optimalne performanse i ekonomičnost vožnje.

U mjenjaču s dvostrukom spojkom sustav podmazivanja i hlađenja uljem također je vrlo važan element. U slučaju mokrih spojki, ulje se koristi za podmazivanje i hlađenje spojki, čime se osigurava njihov dulji vijek trajanja i pouzdanost. Ulje cirkulira u zatvorenom krugu, a pumpa i hladnjak održavaju odgovarajući tlak i temperaturu.

Proces regeneracije.

Automatski mjenjač se najprije čisti, a zatim rastavlja na dijelove. Nakon rastavljanja, njegove komponente se čiste u posebnim uređajima kao što su kemijski i ultrazvučni čistači. Čisti dijelovi se potom pažljivo pregledavaju zbog istrošenosti, oštećenja i drugih nedostataka. Elementi koji ne udovoljavaju zahtjevima zamjenjuju se novima ili prerađenima.

Sljedeći korak je zamjena istrošenih ili oštećenih dijelova. Kod klasičnog automatskog mjenjača to su obično diskovi spojke i kočnice, kočione trake, brtve, brtveni prstenovi, hidraulički ventili i ležajevi. U nekim slučajevima može biti potrebno regenerirati ili zamijeniti uljnu pumpu, kao i zamijeniti elemente za prijenos okretnog momenta.

U DCT/DSG mjenjačima dvostruka spojka uvijek se mijenja potpuno novom. Mehanička ili elektronička oštećenja mehatronike i oštećenja ležajeva također su česti problemi. Sinkronizatori, zupčanici i drugi mehanički elementi rjeđe se mijenjaju. Tijekom procesa regeneracije uvijek se mijenjaju svi filtri ulja koji se koriste u određenoj kutiji. Važno je napomenuti da osim filtera ulja dostupnih izvana, neki modeli mjenjača imaju i filtere smještene unutar kućišta, koji se ne mogu zamijeniti bez rastavljanja mjenjača.

Hidraulička upravljačka jedinica (blok ventila/mehatronika) uklonjena iz automatskog mjenjača također se rastavlja na svoje komponente i temeljito čisti. Nakon zamjene brtvi i ostalih istrošenih ili oštećenih elemenata, sastavlja se i ispituje na posebnom ispitnom stolu. Parametri regulatora dinamički se testiraju u testu koji oponaša njegov rad tijekom rada u mjenjaču - prvenstveno tlak ulja koji ide prema pojedinačnim aktuatorima koji kontroliraju promjenu stupnja prijenosa. 

Pretvarač, koji je dio klasičnog automatskog mjenjača (i nekih CVT izvedbi), također prolazi proces regeneracije. To uključuje rezanje pretvarača na dijelove, čišćenje svih komponenti i zatim njihov pregled. Zamjenjuju se sve brtve, dotrajali ili oštećeni dijelovi, kao što su obloge ili diskovi lock-up spojke, ležajevi, jednosmjerna spojka statora i sl. Nakon ugradnje novih elemenata pretvarač se priprema za zavarivanje koje se izvodi na automatiziranoj stanici. Zatim se pretvarač provjerava na nepropusnost, mjeri i, ako je potrebno, ispravlja ravnotežu.

Završna faza regeneracije automatskog mjenjača je njegova montaža i procjena nepropusnosti i rada komponenti, kao i završna kontrola kvalitete.

Uzroci i vrste oštećenja

Simptomi koji mogu ukazivati na oštećenje automatskog mjenjača:

1. Nedostatak glatkih promjena brzina - kašnjenja, trzaji ili prenagle promjene brzina.
2. Bez ili ograničeno mijenjanje brzina, nema stupnjeva prijenosa.
3. Nema odgovora ili je odgovor odgođen pri prebacivanju između PRND načina rada.
4. Trzaji ili udarci prilikom prebacivanja između PRND načina rada.
5. Proklizavanje pogona - motor se okreće, ali vozilo ne povećava brzinu u skladu s brzinom motora.
6. Nema prijenosa snage - motor povećava brzinu, ali se vozilo ne miče.
7. Buka, vibracije koje se čuju/osjete tijekom vožnje.
8. Curenje ulja iz mjenjača.

Najčešća oštećenja automatskih mjenjača su:

1. Istrošenost tarnih diskova, oštećenje spojki i kočnica
2. Oštećenje pretvarača
3. Pumpa za ulje istrošena ili oštećena
4. Oštećenje brtvila
5. Oštećenje bloka ventila/mehatronike
6. Ležajevi istrošeni ili oštećeni
7. Neispravna upravljačka jedinica elektroničkog mjenjača