Blok zaworowy / mechatronika

Geneza i zastosowanie.

Blok zaworowy (nazywany także korpusem zaworów, sterownikiem hydraulicznym lub w nowszych rozwiązaniach mechatroniką) jest kluczowym komponentem w układzie sterowania automatycznych skrzyń biegów. Jego historia jest ściśle związana z ewolucją samej automatycznej skrzyni biegów, która zaczęła się rozwijać na początku XX wieku.

Pierwsze automatyczne skrzynie biegów pojawiły się w latach 30. XX wieku. W 1939 roku firma General Motors wprowadziła na rynek skrzynię Hydra-Matic, uznawaną za pierwszą masowo produkowaną automatyczną skrzynię biegów. Blok zaworowy był już wtedy integralną częścią skrzyni biegów, pełniąc funkcję sterowania przepływem oleju hydraulicznego.

W kolejnych dekadach automatyczne skrzynie biegów stawały się coraz bardziej zaawansowane. Wprowadzano więcej biegów, a bloki zaworowe stawały się bardziej skomplikowane. W latach 50. XX wieku bloki zaworowe zaczęły zawierać większą liczbę zaworów, które kontrolowały ciśnienie płynu hydraulicznego w różnych częściach skrzyni biegów, co pozwalało na płynniejsze i bardziej precyzyjne zmiany biegów.

W latach 60. i 70. XX wieku wprowadzono pierwsze elementy elektroniczne do automatycznych skrzyń biegów. Elektroniczne moduły sterujące zaczęły współpracować z blokami zaworowymi, umożliwiając bardziej precyzyjne i efektywne sterowanie pracą skrzyni biegów. Bloki zaworowe w tym okresie stawały się coraz bardziej złożone, zawierały więcej zaworów i bardziej skomplikowane kanały przepływu płynu hydraulicznego.

W latach 80. i 90. XX wieku rozwój technologii mikroprocesorowej doprowadził do jeszcze większej integracji elektroniki w automatycznych skrzyniach biegów. Elektroniczne moduły sterujące (TCU – Transmission Control Unit) zaczęły przejmować większość funkcji kontrolnych, które wcześniej były realizowane przez mechaniczne lub pneumatyczne zawory i nastawniki. Bloki zaworowe nadal pełniły kluczową rolę, ale ich konstrukcja musiała być dostosowana do współpracy z zaawansowanymi systemami elektronicznymi.

Współczesne automatyczne skrzynie biegów są skomplikowanymi systemami, w których bloki zaworowe współpracują z elektronicznymi modułami sterującymi lub są z nimi zintegrowane. Blok zaworowy zintegrowany z elektronicznym sterownikiem automatycznej skrzyni biegów nazywany jest mechatroniką. Nowoczesne bloki zaworowe oraz mechatroniki posiadają szereg czujników oraz precyzyjnie kontrolowanych elektrozaworów, które wykorzystywane są do sterowania przepływem oleju hydraulicznego na podstawie sygnałów z modułu TCU. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie bardzo płynnych i szybkich zmian biegów, a także ograniczenie zużycia paliwa i większa niezawodność.

Budowa i zasada działania.

Blok zaworowy jest jednym z najważniejszych komponentów automatycznej skrzyni biegów, odpowiedzialnym za kontrolę przepływu płynu hydraulicznego i tym samym za sterowanie zmianą biegów. 

Blok zaworowy jest zazwyczaj wykonany z odlewanego aluminium, które zapewnia lekkość i odporność na korozję. Niektóre mocniej obciążone elementy mogą być wykonane z bardziej wytrzymałych stopów metali. Obudowa zawiera liczne kanały i otwory, które kierują przepływem oleju hydraulicznego do odpowiednich miejsc wewnątrz automatycznej skrzyni biegów. Wewnątrz bloku zaworowego znajduje się wiele zaworów różnego typu – kulkowe, suwakowe, elektrozawory. Są one odpowiedzialne za otwieranie i zamykanie kanałów hydraulicznych w odpowiedzi na ciśnienie płynu lub sygnały elektryczne. Część zaworów posiada sprężyny o różnej wielkości i sile, które utrzymują zawory w wymaganej pozycji lub powodują ich powrót do pierwotnej pozycji po ustaniu działania ciśnienia hydraulicznego lub prądu. Każdy zawór pełni określoną funkcję, np. zawory zmiany biegów, zawory regulacji ciśnienia, zawory odcinające. Dzięki elektrozaworom kontrolowanym przez TCU możliwe jest precyzyjne sterowanie ciśnieniem płynu w poszczególnych obwodach. Poszczególne sekcje bloku hydraulicznego oddzielone i uszczelnione są miedzy innymi tak zwaną płytą separacyjną. Jest to jeden z głównych elementów uszczelniających kanały wewnątrz bloku zaworowego. Współczesne bloki zaworowe i mechatroniczne wyposażone są także w filtry o różnej konstrukcji, których zadaniem jest wyłapywanie ewentualnych zanieczyszczeń znajdujących się w oleju. Nowszej konstrukcji bloki zaworowe, a także jednostki mechatroniczne wyposażone są w wiele czujników takich jak: czujnik prędkości wejściowej i wyjściowej, czujniki włączonego biegu i sprzęgła (DCT/DSG), ciśnienia oleju, temperatury oleju itp.

Działanie i sterowanie współczesnych bloków zaworowych i jednostek mechatroniki oparte jest o wykorzystywanie sygnałów wejściowych z szeregu czujników, które monitorują stan pracy automatycznej skrzyni biegów, silnika oraz żądania kierowcy. Na ich podstawie elektroniczny sterownik skrzyni biegów TCU wysyła sygnały sterujące do elektrozaworów, w celu załączenia odpowiedniego biegu. W zależności od typu skrzyni biegów elektrozawory mogą zarządzać innymi funkcjami takimi jak sterowanie poszczególnych sprzęgieł (DCT/DSG), włączenie sprzęgła Lock-up w konwerterze, otwarcie lub zamknięcie obiegu chłodzenia oleju czy też włączenie blokady parkingowej. Odpowiednio kierowany przepływ oleju przez różne kanały i zawory powoduje zmianę ciśnienia w poszczególnych sekcjach skrzyni biegów. Zmiany ciśnienia hydraulicznego powodują przesunięcie elementów wykonawczych (np. tłoków, sprzęgieł, widełek), co skutkuje zmianą biegów lub aktywacją innych funkcji. 

Proces regeneracji.

Blok zaworowy lub mechatronika jest rozmontowywany oraz poddany wstępnemu oczyszczeniu. Wszystkie elementy są wizualnie sprawdzane pod kątem widocznych uszkodzeń, takich jak pęknięcia, zużycie czy korozja. Jeśli brak jest tego typu szkodzeń blok/mechatronika jest składany z użyciem nowych uszczelnień po czym jest testowany na specjalnym stole probierczym. W przypadku zbyt dużych odchyłek od wartości wymaganych blok lub mechatronika jest rozmontowywana na części w celu dokładnej weryfikacji poszczególnych jej elementów. Dokładną weryfikację przechodzą zawory, kanały bloku hydraulicznego, sprawdzana jest szczelność poszczególnych obwodów hydraulicznych. W przypadku braku szczelności możliwe jest jej przywrócenie po obróbce mechanicznej otworu w obudowie bloku oraz zastosowaniu nadwymiarowego zaworu sterującego. Innym sposobem jest wymiana uszkodzonej części obudowy bloku lub zastosowanie kompletnego, fabrycznie nowego bloku zaworowego/mechatroniki. Jedno z tych rozwiązań jest wymagane w przypadku poważnego mechanicznego lub elektronicznego uszkodzenia bloku zaworowego/mechatroniki.

Innym charakterem uszkodzeń są usterki elektryczne/elektroniczne. Nierzadko spotyka się problemy z komponentami elektronicznymi układu takimi jak czujniki lub sterownik automatycznej skrzyni biegów. W niektórych przypadkach istnieje możliwość wymiany lub naprawy uszkodzonych elementów. Jeśli brak jest takiej możliwości, jedynym rozwiązaniem jest wymiana sterownika lub kompletnego bloku zaworowego/mechatroniki na fabrycznie nowy. Po wymianie sterownika na inny wykonujemy operację klonowania oprogramowania, dzięki czemu kolejny sterownik jest od razu odpowiednio zaprogramowany i gotowy do pracy.

Zregenerowany blok zaworowy/mechatronika jest poddawany testom ciśnieniowym, aby sprawdzić, czy wszystkie zawory i kanały działają poprawnie pod odpowiednim ciśnieniem hydraulicznym. Próba odbywa się w rzeczywistych warunkach pracy symulując różne scenariusze jazdy, aby upewnić się, że działa poprawnie w całym zakresie operacyjnym.

Przyczyny i rodzaje uszkodzeń

Objawy, które mogą świadczyć o uszkodzeniu bloku zaworowego/mechatroniki:

1. Brak płynnej zmiany biegów – opóźnienia, szarpnięcia lub zbyt gwałtowna zmiana biegów.
2. Brak zmiany biegów lub zmiana biegów w ograniczonym zakresie, brak biegów.
3. Brak reakcji lub opóźniona reakcja podczas przełączania między trybami P-R-N-D.
4. Szarpnięcia lub uderzenia podczas przełączania między trybami P-R-N-D.
5. Brak przeniesienia napędu – silnik zwiększa obroty, ale pojazd nie rusza z miejsca.

Najczęstsze uszkodzenia bloków zaworowych/mechatroniki to:

1. Uszkodzenie lub zużycie zaworów, elektrozaworów.
2. Nieszczelności, zużycie lub uszkodzenie uszczelnień.
3. Uszkodzenia mechaniczne – rysy, pęknięcia, odkształcenia.
4. Problemy z oprogramowaniem sterownika.
5. Problemy z komponentami elektronicznymi.