Automata sebességváltók

Kialakulás és alkalmazás

Az automata sebességváltók története a 20. század elejére vezethető vissza, amikor a mérnökök elkezdtek kísérletezni az autók sebességváltásának automatikus módjaival. Az első kísérletek az 1920-as és 1930-as években zajlottak, de csak 1939-ben mutatta be a General Motors az első valóban automata sebességváltót, amelyet Hydra-Matic néven ismertek. Ez egy áttörést jelentő fejlesztés volt, amely lehetővé tette a sebességváltás zökkenőmentes végrehajtását a vezető manuális beavatkozása nélkül.

A Hydra-Matic gyorsan népszerűvé vált, és sok más autógyártó is alkalmazta ezt a kialakítást. Az 1950-es és 1960-as években az automata sebességváltók egyre gyakoribbá váltak az Egyesült Államokban, és a modernitás és kényelem szimbólumává váltak. Európában és Ázsiában népszerűségük valamivel lassabban nőtt, főként a vezetési preferenciák és az útkialakítások, valamint a vezetési stílusok eltérései miatt.

Az 1970-es és 1980-as években az automata sebességváltó technológia tovább fejlődött. Fejlettebb hidraulikus rendszereket és az első elektronikus vezérlő rendszereket vezették be, amelyek még jobb irányítást tettek lehetővé a sebességváltások felett, és csökkentették az üzemanyag-fogyasztást. Ebben az időszakban az automata sebességváltók megbízhatóbbá váltak, és egyre szélesebb körben elérhetővé váltak, a személyautóktól kezdve a teherautókig és buszokig.

Az 1990-es években valódi technológiai forradalom zajlott, amikor a számítógépek és az elektronika kulcsszerepet kezdtek játszani a sebességváltók működésének irányításában. Megjelentek az első elektronikus vezérlésű automata sebességváltók, amelyek képesek voltak alkalmazkodni az útviszonyokhoz és a vezető vezetési stílusához. Ezáltal az automata sebességváltók még hatékonyabbá és felhasználóbarátabbá váltak.

A 21. században az automata sebességváltók technológiája tovább fejlődik. A mai sebességváltók különféle üzemmódokat kínálnak, beleértve a sport, gazdaságos vagy terep módokat, valamint olyan rendszereket, amelyek lehetővé teszik a kézi vezérlést a kormány mögötti váltókarok segítségével. Új tervezések is megjelentek, mint például a fokozatmentes automata sebességváltó (CVT) és a duplakuplungos sebességváltó (DCT), amelyek az automata és a manuális sebességváltók előnyeit kombinálják.

Felépítés és működési elv

Klasszikus automata sebességváltók (nyomatékváltóval és bolygóműves sebességváltóval).

A klasszikus automata sebességváltó, amelyet gyakran bolygóműves sebességváltónak neveznek, egy összetett mechanizmus, amely több kulcsfontosságú komponensből áll. Minden egyes komponens elengedhetetlen szerepet játszik az erőátvitelben a motortól a kerekekig, miközben lehetővé teszi a sebességfokozatok zökkenőmentes váltását a vezető beavatkozása nélkül.

A klasszikus automata sebességváltó középpontjában egy bolygómű áll. Ez három fő részből áll: a napkerékből, a bolygókerekekből (más néven műholdak) és a gyűrűkerékből. A napkerék középen helyezkedik el, a bolygókerekek (műholdak) körülötte forognak, és kapcsolódnak a gyűrűkerékhez. Ez a kialakítás lehetővé teszi a különböző sebességfokozat-kombinációkat attól függően, hogy melyik kereket hajtják meg, melyik van leállítva és melyik továbbítja az erőt.

A kuplungok és a fékek, amelyek hidraulikusan működnek, felelősek az erőáramlás irányításáért és a sebességváltások végrehajtásáért. Egy klasszikus automata sebességváltóban van egy olajszivattyú, amely nyomás alatt álló olajat juttat a sebességváltó különböző részeire, beleértve a kuplungokat és a fékeket. Amikor sebességváltásra van szükség, a megfelelő kuplung aktiválódik vagy kiold, lehetővé téve a fokozatváltást a bolygóműben.

A klasszikus automata sebességváltó egyik kulcsfontosságú eleme a nyomatékváltó. Ez a motor és a sebességváltó között helyezkedik el, és hidraulikus tengelykapcsolóként működik. A nyomatékváltó három fő részből áll: egy szivattyúból, egy turbinából és egy állóból. A szivattyú a motor forgattyús tengelyéhez csatlakozik a lendkerék segítségével, a turbina a sebességváltó bemeneti tengelyéhez csatlakozik, az álló pedig a kettő között helyezkedik el. Amikor a motor működik, a szivattyú olajat mozgat, hogy továbbítsa az erőt a turbinának, majd az álló irányítja a visszatérő olaj áramlását úgy, hogy növelje a nyomatékváltás hatékonyságát.

A klasszikus automata sebességváltó működését hidraulikus és elektronikus rendszer vezérli. A hidraulikus rendszer az olaj áramlását irányítja a kuplungokhoz és fékekhez, míg az elektronikus rendszer különböző vezetési paramétereket figyel, mint például a jármű sebessége, a motor terhelése vagy a gázpedál helyzete. Ezek alapján a vezérlő számítógép (TCU - Transmission Control Unit) dönt arról, hogy mikor és milyen sebességfokozatot kell kiválasztani. Az elektronikus vezérlő nélküli TCU-t szeleptestnek nevezik, míg a mechatronika az a komponens, amely integrálja a szeleptestet és az automata sebességváltó elektronikus vezérlőjét.

Összefoglalva, a klasszikus automata sebességváltó egy fejlett technológiai eszköz, amely mechanikai, hidraulikus és elektronikus komponenseket egyesít a zökkenőmentes és hatékony sebességváltás biztosítása érdekében. A bolygómű, a kuplungok és fékek, a nyomatékváltó és a vezérlőrendszerek együtt dolgoznak, hogy kényelmes és praktikus vezetési élményt nyújtsanak.

Fokozatmentes sebességváltók (CVT-k).

A CVT (fokozatmentes sebességváltó) a fokozatmentes átvitel elvén működik, amely megkülönbözteti a hagyományos kézi és automata sebességváltóktól. A CVT tervezésének kulcsfontosságú eleme egy lánc és két sor ékszíjtárcsa (más néven variátor).

A lánc tartós fémből vagy kompozit anyagokból készül, és az erőt a motorról a hajtott kerekekre továbbítja. Minden ékszíjtárcsa pár, egyik a bemeneti tengelyhez, a másik a kimeneti tengelyhez csatlakozik, két kúpos tárcsából áll, amelyek elmozdulhatnak a tengely mentén. Amikor a tárcsák távolsága egymástól változik, megváltozik az aktív átmérő, amelyen a lánc mozog. A tárcsák közötti távolság csökkentésekor a lánc nagyobb átmérőre kerül, ami növeli az áttételt, míg a távolság növelésekor a lánc kisebb átmérőre kerül, ami csökkenti az áttételt.

A kúpok egymáshoz viszonyított mozgását egy hidraulikus rendszer irányítja, amely beállítja az aktív átmérőt, amelyen a lánc működik, lehetővé téve a zökkenőmentes sebességváltást. A CVT sebességváltót egy kifinomult elektronikus rendszer vezérli, amely figyeli a motor teljesítményét, a jármű sebességét, a gázpedál helyzetét és egyéb tényezőket. Ezek alapján a rendszer dönti el az optimális variátor beállítást, hogy a legmegfelelőbb áttételt biztosítsa az adott helyzethez.

A CVT sebességváltókban bolygómű is található, amely lehetővé teszi a további sebességváltásokat vagy az olyan üzemmódok megvalósítását, mint a hátramenet. A bolygómű növeli a CVT sebességváltó rugalmasságát és működési tartományát.

A CVT sebességváltó kialakításának köszönhetően rugalmas és fokozatmentes sebességváltást kínál, ami simább utazást, jobb teljesítményt és optimalizált üzemanyag-fogyasztást eredményez. A CVT különösen népszerű a hibrid és városi járművekben, ahol a kényelem és a hatékonyság prioritást élvez. A CVT sebességváltó hűtési és kenési rendszere biztosítja, hogy az ékszíjtárcsák és a lánc megfelelően kenve és hűtve legyenek, minimálisra csökkentve a súrlódást és a kopást, és biztosítva a sebességváltó megbízhatóságát és tartósságát.

Duplakuplungos sebességváltók (DCT/DSG)

A duplakuplungos automata sebességváltó, amelyet DCT (Dual-Clutch Transmission) vagy DSG (Direct-Shift Gearbox) néven is ismernek, egy fejlett mechanizmus, amely egyesíti az automata és a kézi sebességváltók tulajdonságait. 

A DCT sebességváltó alapvető elemei a két tengelykapcsoló: az egyik a páros fokozatokért (2, 4, 6), a másik pedig a páratlan fokozatokért (1, 3, 5, 7) felel. Ezek a tengelykapcsolók a nedves tengelykapcsolók (olajban áztatva) vagy száraz tengelykapcsolók elvén működnek, a sebességváltó kialakításától és rendeltetésétől függően. A tengelykapcsolók működését az elektronika irányítja, amely lehetővé teszi azok pontos bekapcsolását és kikapcsolását.

Egy másik fontos elem a két bemeneti tengely, amelyek közül az egyik a másik belsejében található. Az egyik tengely a páratlan fokozatokért, a másik pedig a páros fokozatokért felel. Ez lehetővé teszi, hogy a következő fokozatot már előkészítsék a bekapcsolásra, minimálisra csökkentve az erőátvitel megszakadását a sebességváltások során.

A DCT sebességváltó váltómechanizmusa egy fogaskerékkészletből áll, amelyek mindkét bemeneti tengelyen helyezkednek el. Ezek a fogaskerekek felelősek a különböző áttételekért, és bekapcsolásuk és kikapcsolásuk egy hidraulikus kör és szinkronizáló mechanizmusok segítségével történik. A fogaskerekek elmozdításával és a megfelelő fogaskerekek összekapcsolásával történik meg a kívánt áttétel kiválasztása.

A duplakuplungos sebességváltó működését egy kifinomult elektronikus rendszer, az úgynevezett TCU (Transmission Control Unit) irányítja. A TCU különböző vezetési paramétereket figyel, mint például a jármű sebessége, a motor terhelése, a gázpedál helyzete és a vezető preferenciái (vezetési mód). Ezek alapján a TCU dönti el, hogy melyik tengelykapcsolót kapcsolja be, mikor váltson sebességet, és melyik áttételt válassza az optimális teljesítmény és vezetési gazdaságosság érdekében.

A duplakuplungos sebességváltók esetében a kenési és olajhűtési rendszer szintén nagyon fontos alkotóelem. Nedves tengelykapcsolók esetén az olaj a tengelykapcsolók kenésére és hűtésére szolgál, ami hosszabb élettartamot és megbízhatóságot biztosít. Az olaj zárt körben kering, és egy szivattyú és hűtő biztosítja annak megfelelő nyomását és hőmérsékletét.

Felújítási folyamat.

Az automata sebességváltót először előtisztítják, majd szétszerelik. A szétszerelés után a komponenseket speciális berendezésekben, például vegyi és ultrahangos mosókban tisztítják meg. A tiszta alkatrészeket ezután alaposan megvizsgálják kopás, sérülés és egyéb hibák szempontjából. Azok az alkatrészek, amelyek nem felelnek meg az előírásoknak, új vagy felújított alkatrészekkel helyettesítik.

A következő lépés a kopott vagy sérült alkatrészek cseréje. Egy klasszikus automata sebességváltóban ezek általában a kuplung- és féktárcsák, fékszalagok, tömítések, tömítőgyűrűk, hidraulikus szelepek és csapágyak. Bizonyos esetekben az olajszivattyút is fel kell újítani vagy cserélni kell, valamint a nyomatékátviteli komponenseket.

A DCT/DSG típusú sebességváltók esetében a duplakuplungot mindig teljesen újra cserélik. A mechatronika mechanikai vagy elektronikai hibái, csapágyhibák is gyakori problémák. Ritkábban szükséges a szinkronizálók, fogaskerekek és egyéb mechanikai komponensek cseréje. A felújítási folyamat során mindig kicserélik az adott sebességváltóban használt összes olajszűrőt. Érdemes megjegyezni, hogy az olajszűrők közül néhány a házon belül található, amelyek cseréje nem lehetséges a szétszerelés nélkül.

A sebességváltóból eltávolított hidraulikus vezérlőegységet (szeleptest/mechatronika) is szétszerelik alkotóelemeire, és alaposan megtisztítják. A tömítések és egyéb kopott vagy sérült alkatrészek cseréje után újra összeszerelik, és speciális tesztpadon ellenőrzik. Dinamikusan tesztelik a vezérlőegység paramétereit egy olyan teszt során, amely szimulálja annak működését a sebességváltóban – elsősorban az olajnyomás mérését az egyes fokozatváltó aktuátorokhoz. 

A nyomatékváltó, amely egy klasszikus automata sebességváltó része (és néhány CVT váltó kialakításban is megtalálható), szintén felújítási folyamaton megy keresztül. Ez magában foglalja a nyomatékváltó szétvágását, az összes alkatrész tisztítását, majd azok ellenőrzését. Minden tömítést kicserélnek, valamint a kopott vagy sérült alkatrészeket, például a lock-up tengelykapcsoló béléseit vagy tárcsákat, csapágyakat, az álló egyirányú tengelykapcsolóját stb. Az új alkatrészek felszerelése után a nyomatékváltót előkészítik a hegesztésre, amelyet egy speciális automatizált eszközön végeznek el. Ezután ellenőrzik a nyomatékváltó tömítettségét, majd mérik és szükség esetén korrigálják annak kiegyensúlyozottságát.

Az automata sebességváltó felújításának utolsó szakasza a sebességváltó összeállítása, a komponensek tömítettségének és működésének értékelése, valamint egy végső minőségellenőrzés.

A hibák okai és típusai

Az automata sebességváltó meghibásodására utaló tünetek:

1. A sebességváltás nem sima – késések, rángatások vagy túl hirtelen sebességváltások.
2. Nincs sebességváltás, vagy korlátozott sebességváltás, nincs fokozat.
3. Nincs válasz vagy késleltetett válasz a P-R-N-D módok közötti váltáskor.
4. Rángatások vagy ütések a P-R-N-D módok közötti váltáskor.
5. Hajtási csúszás – a motor fordulatszáma nő, de a jármű sebessége nem nő arányosan a motor sebességével.
6. Nincs teljesítményátvitel – a motor felpörög, de a jármű nem indul el.
7. Zaj, rezgés hallható/érzékelhető vezetés közben.
8. Olajszivárgás a sebességváltóból.

A leggyakoribb hibák az automata sebességváltókban:

1. A súrlódó tárcsák kopása, a tengelykapcsolók és a fékek károsodása.
2. A nyomatékváltó meghibásodása
3. Kopott vagy sérült olajszivattyú
4. Tömítések sérülése
5. A szeleptest/mechatronika sérülése
6. Kopott vagy sérült csapágyak
7. Az elektronikus sebességváltó vezérlőegység hibás működése