Konwertery

Geneza i zastosowanie.

W pierwszych konstrukcjach automatycznych skrzyń biegów stosowano sprzęgło hydrokinetyczne, które z czasem zostało rozwinięte do znanej obecnie konstrukcji konwertera momentu obrotowego. Konwerter jest częścią klasycznej skrzyni automatycznej oraz niektórych konstrukcji bezstopniowych skrzyń typu CVT.

Sprzęgło hydrokinetyczne jest prostszym urządzeniem, które było używane w niektórych starszych skrzyniach automatycznych. Jego główną funkcją jest umożliwienie płynnego przenoszenia mocy z silnika do skrzyni biegów poprzez wyeliminowanie sztywnego połączenia pomiędzy nimi. Sprzęgło hydrokinetyczne składa się z dwóch głównych komponentów: pompy (połączonej z silnikiem) i turbiny (połączonej z przekładnią). Oba elementy są zamknięte w obudowie wypełnionej cieczą (olejem przekładniowym). Pompa, napędzana przez silnik, wytwarza przepływ oleju, który wprawia w ruch turbinę, przekazując moment obrotowy do skrzyni biegów. Sprzęgło hydrokinetyczne działa na zasadzie przenoszenia energii przez płyn, co pozwala na płynne, choć nieco stratne, przenoszenie mocy.

Konwerter momentu obrotowego jest bardziej zaawansowanym urządzeniem, które zastąpiło sprzęgło hydrokinetyczne w nowoczesnych automatycznych skrzyniach biegów. Oprócz funkcji przenoszenia mocy, konwerter momentu obrotowego ma zdolność do zwiększania momentu obrotowego, co poprawia wydajność układu i osiągi pojazdu. Konwerter momentu obrotowego składa się z trzech głównych komponentów: pompy, turbiny i statora. Pompa, połączona z silnikiem, wytwarza przepływ oleju, który napędza turbinę, połączoną z przekładnią. Stator, umieszczony między pompą a turbiną, kieruje przepływem oleju, zwiększając efektywność przenoszenia mocy. Stator ma jednokierunkowe sprzęgło, które pozwala mu obracać się w jednym kierunku, blokując się w przeciwnym, co wpływa na zwiększenie momentu obrotowego w pewnych warunkach, takich jak ruszanie z miejsca. Dodatkowo, nowoczesne konwertery momentu obrotowego są wyposażone w mechanizm blokujący (tzw. sprzęgło lock-up), który eliminuje poślizg miedzy pompą a turbiną, zapewniając bezpośrednie połączenie między silnikiem a przekładnią. To znacznie wpływa na obniżenie zużycia paliwa dzięki zmniejszeniu strat przepływu mocy.

Budowa i zasada działania.

Konwerter składa się z kilku podstawowych elementów:

1. Obudowa – konwerter momentu obrotowego jest zamknięty w szczelnej, metalowej obudowie, w której znajdują się elementy wewnętrzne oraz olej przekładniowy. Obudowa jest połączona kołem zamachowym z silnikiem i obraca się razem z nim.
2. Pompa – jest połączona z obudową konwertera i obraca się razem z nią. Jest to element, który bezpośrednio odbiera moment obrotowy od silnika, wprawiając olej przekładniowy w ruch wirowy za pomocą szeregu łopatek.
3. Turbina – znajduje się wewnątrz konwertera naprzeciwko pompy i jest połączona z wałkiem wejściowym skrzyni biegów. Łopatki turbiny są ustawione tak, aby przechwytywać strumień oleju przekładniowego wytworzony przez pompę, co powoduje obracanie się turbiny i przenoszenie momentu obrotowego do skrzyni biegów.
4. Stator – umieszczony jest między pompą a turbiną na nieruchomym wałku. Jest to kluczowy element, który kieruje przepływem oleju między turbiną a pompą. Stator posiada łopatki, które zmieniają kierunek przepływu oleju, zwiększając efektywność przenoszenia momentu obrotowego. Wyposażony jest w jednokierunkowe sprzęgło, które pozwala mu obracać się tylko w jednym kierunku. Przy dużej różnicy prędkości obrotowej pompy i turbiny stator blokuje się, co umożliwia skierowanie oleju z powrotem do pompy pod większym kątem, zwiększając moment obrotowy.
5. Sprzęgło lock-up – mechanizm pozwalający na ograniczenie lub wyeliminowanie różnicy prędkości obrotowych pompy oraz turbiny, co pozwala zmniejszyć zużycie paliwa.
6. Łożyska i uszczelnienia – elementy odpowiedzialne za płynny ruch obracających się niezależnie od siebie elementów konwertera oraz zachowanie szczelności połączeń.

Gdy silnik pracuje, pompa obraca się razem z nim, wprowadzając olej przekładniowy w ruch wirowy. Olej przekładniowy jest wypychany przez łopatki pompy na łopatki turbiny. Strumień oleju przekładniowego uderza w łopatki turbiny, powodując jej obrót. Turbina jest połączona z wałem wejściowym skrzyni biegów, więc jej obrót przenosi moment obrotowy na skrzynię biegów, co napędza pojazd. Gdy olej przepływa przez turbinę, zmienia kierunek i powraca w stronę pompy. W tym momencie stator, który jest zamontowany na stałym wałku z jednokierunkowym sprzęgłem, kieruje przepływem oleju z powrotem na łopatki pompy pod większym kątem. To zwiększa moment obrotowy i poprawia efektywność przenoszenia mocy. Największy efekt wzmocnienia momentu obrotowego jest osiągany w momencie dużego poślizgu pomiędzy pompą a turbiną, czyli głównie podczas ruszania z miejsca. Jednokierunkowe sprzęgło w statorze pozwala mu blokować się w jednym kierunku, aby zmieniać kierunek przepływu oleju, ale obracać się swobodnie w drugim, co minimalizuje straty energii w czasie gdy pompa i turbina obracają się z niemal jednakową prędkością obrotową. W nowoczesnych konwerterach momentu obrotowego znajduje się mechanizm blokujący, który eliminuje poślizg wewnętrzny przy wyższych prędkościach. Gdy pojazd osiąga określoną prędkość, mechanizm blokujący aktywuje się, łącząc bezpośrednio pompę z turbiną. To tworzy bezpośrednie połączenie między silnikiem a skrzynią biegów, co poprawia efektywność paliwową i zmniejsza straty mocy.

Proces regeneracji.

Proces rozpoczyna się od opróżnienia konwertera z resztek oleju. Następnie konieczne jest rozcięcie obudowy konwertera, co realizowane jest na tokarce. Wszystkie elementy wewnętrzne konwertera są dokładnie czyszczone, aby usunąć zanieczyszczenia, osady i resztki zużytego oleju przekładniowego. Używa się do tego specjalnych środków czyszczących i sprzętu, takiego jak myjki ultradźwiękowe. Po oczyszczeniu, wszystkie komponenty są dokładnie sprawdzane pod kątem zużycia, uszkodzeń i pęknięć. Ocenie podlegają łopatki pompy i turbiny, statora, sprawdzane jest działanie sprzęgła jednokierunkowego statora, stan i stopień zużycia łożysk, tłumików drgań oraz połączeń wielowypustowych i innych. Zużyte lub uszkodzone elementy są wymieniane na nowe regenerowane. Najczęściej wymianie podlegają łożyska, okładzina cierna lub tarcze sprzęgła lock-up, uszczelki oraz inne elementy mechaniczne, które wykazują oznaki zużycia. Po wymianie i naprawie wszystkich niezbędnych komponentów, konwerter jest ponownie składany. Elementy są precyzyjnie ustawiane i montowane, a obudowa jest ponownie spawana, aby zapewnić szczelność. Spawanie odbywa się na specjalnym, automatycznym stanowisku, co zapewnia wykonanie równej i szczelnej spoiny na całym obwodzie obudowy konwertera. Aby jednak zachować 100% pewności, że spaw został wykonany prawidłowo, w kolejnym kroku przeprowadza się test szczelności konwertera. Następnie sprawdzane, a w razie potrzeby korygowane jest wyważenie konwertera. Końcowym etapem jest znakowanie i malowanie konwertera.

Przyczyny i rodzaje uszkodzeń

Objawy, które mogą świadczyć o uszkodzeniu konwertera to:

1. Szarpanie podczas zmiany biegów.
2. „Ślizganie” napędu, problemy z przyśpieszaniem.
3. Dławienie silnika podczas ruszania z miejsca.
4. Hałasy i wibracje.
5. Przegrzewanie się skrzyni biegów.
6. Zwiększone zużycie paliwa.

Najczęstsze uszkodzenia konwerterów to:

1. Uszkodzenie lub zużycie okładziny ciernej lub tarcz sprzęgła lock-up
2. Uszkodzenie łopatek pompy i turbiny
3. Zużycie łożysk
4. Zużycie lub uszkodzenie statora
5. Zużycie lub uszkodzenie uszczelnień
6. Uszkodzenie połączeń (wielowypustowe i inne)