Szeleptest / mechatronika

Kialakulás és alkalmazás

A szeleptest (más néven hidraulikus vezérlő vagy az újabb fejlesztésekben mechatronika) az automata sebességváltók vezérlőrendszerének kulcsfontosságú eleme. Története szorosan kapcsolódik magának az automata sebességváltónak a fejlődéséhez, amely a 20. század elején kezdett kialakulni.

Az első automata sebességváltók az 1930-as években jelentek meg. 1939-ben a General Motors bemutatta a Hydra-Matic sebességváltót, amelyet az első sorozatgyártású automata sebességváltónak tekintenek. Ekkorra a szeleptest már a sebességváltó szerves részét képezte, irányítva a hidraulikaolaj áramlását.

Az ezt követő évtizedekben az automata sebességváltók egyre fejlettebbé váltak. Több sebességfokozat került bevezetésre, és a szeleptestek egyre összetettebbé váltak. Az 1950-es években a szeleptestek egyre több szelepet tartalmaztak, amelyek a hidraulikafolyadék nyomását szabályozták a sebességváltó különböző részein, lehetővé téve a simább és pontosabb sebességváltásokat.

Az 1960-as és 1970-es években megjelentek az első elektronikus alkatrészek az automata sebességváltókban. Az elektronikus vezérlőmodulok elkezdtek együttműködni a szeleptestekkel, lehetővé téve a sebességváltó működésének pontosabb és hatékonyabb vezérlését. Ebben az időszakban a szeleptestek egyre bonyolultabbá váltak, több szelepet és bonyolultabb hidraulikafolyadék-áramlási csatornákat tartalmaztak.

Az 1980-as és 1990-es években a mikroprocesszor-technológia fejlődése még nagyobb elektronikai integrációt eredményezett az automata sebességváltókban. Az elektronikus vezérlőegységek (TCU-k - Transmission Control Units) átvették a vezérlési funkciók többségét, amelyeket korábban mechanikai vagy pneumatikus szelepek és szabályozók végeztek. A szeleptestek továbbra is kulcsszerepet játszottak, de kialakításukat az elektronikus rendszerekhez kellett igazítani.

A mai automata sebességváltók összetett rendszerek, amelyekben a szeleptestek együttműködnek, vagy integrálva vannak az elektronikus vezérlőmodulokkal. Az automata sebességváltók elektronikus vezérlőegységével integrált szeleptestet mechatronikának nevezik. A modern szeleptestek és mechatronikai egységek számos érzékelővel és pontosan vezérelt mágnesszelepekkel vannak felszerelve, amelyek a TCU jelei alapján irányítják a sebességváltó olajáramlását. Ez lehetővé teszi a nagyon sima és gyors sebességváltásokat, valamint csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és növeli a megbízhatóságot.

Felépítés és működési elv

A szeleptest az automata sebességváltó egyik legfontosabb alkatrésze, amely felelős az olaj áramlásának irányításáért, és így a sebességváltás vezérléséért. 

A szeleptest általában öntött alumíniumból készül, mivel könnyű és korrózióálló. A nagyobb terhelésnek kitett alkatrészeket robusztusabb fémötvözetekből készíthetik. A ház számos csatornát és nyílást tartalmaz, amelyek az olaj áramlását a megfelelő helyekre irányítják az automata sebességváltó belsejében. A szeleptesten belül számos különféle típusú szelep található – golyós szelepek, csúszószelepek, mágnesszelepek. Ezek felelősek a hidraulikus csatornák nyitásáért és zárásáért az olajnyomás vagy elektromos jelek hatására. Néhány szelep különböző méretű és erősségű rugókkal van felszerelve, amelyek a szelepeket a szükséges helyzetben tartják, vagy visszaállítják eredeti helyzetükbe, amikor a hidraulikus nyomás vagy az áram megszűnik. Minden szelepnek specifikus feladata van, például váltószelepek, nyomásszabályzó szelepek, zárószelepek. A TCU által vezérelt mágnesszelepeknek köszönhetően lehetővé válik a folyadéknyomás pontos szabályozása az egyes áramkörökben. A hidraulikus blokk egyes részeit többek között úgynevezett elválasztó lemezek választják el és tömítik. Ez az egyik fő alkatrész, amely a szeleptest belső csatornáinak tömítéséért felelős. A mai szeleptestek és mechatronikai egységek különböző kialakítású szűrőkkel is fel vannak szerelve, amelyek feladata az olajban lévő szennyeződések kiszűrése. Az újabb tervezésű szeleptestek, valamint a mechatronikai egységek számos érzékelővel vannak felszerelve, mint például bemeneti és kimeneti sebességérzékelők, sebességfokozat és tengelykapcsoló (DCT/DSG) kapcsolódás érzékelők, olajnyomás, olajhőmérséklet stb.

A mai szeleptestek és mechatronikai egységek működése és vezérlése számos érzékelő bemeneti jelein alapul, amelyek figyelik az automata sebességváltó, a motor és a vezető kéréseinek állapotát. Ezek alapján az elektronikus sebességváltó vezérlő TCU vezérlőjeleket küld a mágnesszelepekhez a megfelelő sebességfokozat kapcsolásához. A sebességváltó típusától függően a mágnesszelepek más funkciókat is kezelhetnek, például az egyes tengelykapcsolók vezérlését (DCT/DSG), a nyomatékváltó lock-up tengelykapcsolójának aktiválását, az olajhűtő kör megnyitását vagy bezárását, vagy a parkolózár aktiválását. Az olaj áramlásának megfelelő irányításával a különböző csatornákon és szelepeken keresztül a sebességváltó egyes részeiben megváltozik a nyomás. A hidraulikus nyomás változása mozgásba hozza a működtetőket (pl. dugattyúkat, tengelykapcsolókat, villákat), amelyek sebességváltást vagy más funkciók aktiválását eredményezik. 

Felújítási folyamat.

A szeleptestet vagy mechatronikai egységet szétszerelik, majd előzetes tisztításnak vetik alá. Minden alkatrészt vizuálisan ellenőriznek látható sérülések, például repedések, kopás vagy korrózió szempontjából. Ha ilyen sérülés nem található, a szeleptestet/mechatronikát új tömítésekkel összeszerelik, majd egy speciális tesztpadon tesztelik. Ha az eltérés a szükséges értékektől túl nagy, a szeleptestet vagy mechatronikai egységet az egyes alkatrészeire szedik szét alapos ellenőrzés céljából. Alaposan ellenőrzik a szelepeket, a hidraulikus test csatornáit, és ellenőrzik az egyes hidraulikus áramkörök tömítettségét. Ha szivárgás tapasztalható, azt a házban lévő lyuk megmunkálásával és egy túlméretes vezérlőszelep alkalmazásával helyre lehet állítani. Egy másik lehetőség a ház sérült részének cseréje vagy egy teljesen új szeleptest/mechatronikai egység alkalmazása. Ezek közül valamelyik megoldás szükséges a szeleptest/mechatronika súlyos mechanikai vagy elektronikai károsodása esetén.

Egy másik típusú hiba az elektromos/elektronikus hibák. Nem ritka, hogy a rendszer elektronikus alkatrészeivel, például az érzékelőkkel vagy az automata sebességváltó vezérlőjével kapcsolatos problémák merülnek fel. Bizonyos esetekben lehetséges a hibás alkatrészek cseréje vagy javítása. Ha ez nem lehetséges, az egyetlen megoldás a vezérlő vagy a teljes szeleptest/mechatronikai egység cseréje egy teljesen újra. A vezérlőegység cseréje után szoftver klónozási műveletet hajtunk végre, hogy a következő vezérlőegység azonnal megfelelően programozva legyen, és készen álljon a működésre.

A felújított szeleptestet/mechatronikai egységet nyomáspróbának vetik alá, hogy ellenőrizzék, minden szelep és csatorna megfelelően működik-e a megfelelő hidraulikus nyomás alatt. A teszt valós működési körülmények között zajlik, különböző vezetési szcenáriók szimulálásával annak biztosítására, hogy a szeleptest a teljes működési tartományban megfelelően működjön.

A hibák okai és típusai

A hibás szeleptest/mechatronika tünetei a következők lehetnek:

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. Nincs teljesítményátvitel – a motor felpörög, de a jármű nem indul el.

A szeleptest/mechatronika leggyakoribb hibái:

1. Sérült vagy kopott szelepek, mágnesszelepek.
2. Szivárgó, kopott vagy sérült tömítések.
3. Mechanikai sérülések – karcolások, repedések, deformációk.
4. TCU szoftverproblémák.
5. Problémák az elektronikai alkatrészekkel.