Cutii de viteze automate

Istorie și aplicare.

Istoria transmisiilor automate poate fi urmărită până la începutul secolului al XX-lea, când inginerii au început să experimenteze metode de schimbare automată a vitezelor în mașini. Primele teste au avut loc în anii 1920 și 1930, dar abia în 1939 General Motors a introdus prima transmisie cu adevărat automată, cunoscută sub numele de Hydra-Matic. Aceasta a fost o dezvoltare revoluționară care a făcut posibilă schimbarea treptelor de viteză fără a fi nevoie de intervenția manuală a șoferului.

Hydra-Matic a câștigat rapid popularitate, iar designul său a fost utilizat de mulți alți producători auto. În anii 1950 și 1960, transmisiile automate au devenit din ce în ce mai frecvente în Statele Unite, devenind un simbol al modernității și confortului. În Europa și Asia, popularitatea lor a crescut ceva mai lent, în principal din cauza preferințelor diferite ale șoferilor și a diferențelor în ceea ce privește designul drumurilor și stilurile de conducere.

În anii '70 și '80, tehnologia transmisiilor automate a cunoscut noi evoluții. Au fost introduse sisteme hidraulice mai avansate și primele versiuni de control electronic, permițând un control și mai bun asupra schimbării treptelor de viteză și reducând consumul de combustibil. În această perioadă, transmisiile automate au devenit mai fiabile și disponibile într-o gamă largă de vehicule, de la autoturisme la camioane și autobuze.

În anii '90 a avut loc o adevărată revoluție tehnologică, când calculatoarele și electronica au început să joace un rol esențial în gestionarea funcționării cutiilor de viteze. Au apărut primele transmisii automate controlate electronic, care își puteau adapta funcționarea la condițiile de drum și la stilul de condus al șoferului. Astfel, transmisiile automate au devenit și mai eficiente și mai ușor de utilizat.

În secolul XXI, tehnologia transmisiilor automate continuă să evolueze. Cutiile de viteze actuale oferă o gamă largă de moduri, inclusiv modurile sport, economic sau off-road, precum și sisteme care permit controlul manual prin intermediul padelelor montate pe volan. Există, de asemenea, noi modele, cum ar fi transmisia cu variație continuă (CVT) și transmisia cu dublu ambreiaj (DCT), care combină avantajele transmisiilor automate și manuale.

Construcție și principiu de funcționare.

Transmisii automate clasice (cu convertor și cutii de viteze planetare).

Transmisia automată clasică, denumită adesea cutie de viteze planetară, este un mecanism complex care constă din mai multe componente cheie. Fiecare dintre aceste componente joacă un rol esențial în transmiterea puterii de la motor la roți, permițând, în același timp, ca rapoartele de transmisie să se schimbe fără probleme, fără intervenția șoferului.

La baza unei transmisii automate clasice se află un set de angrenaje planetare. Fiecare constă din trei părți principale: o roată solară, roți planetare (numite și sateliți) și o roată inelară. Roata solară se află în centru, roțile planetare (sateliții) se rotesc în jurul acesteia și sunt conectate la roata inelară. Acest aranjament permite diferite combinații de rapoarte de transmisie în funcție de roata care este acționată, de cea care este oprită și de cea care transmite puterea.

Ambreiajele și frânele, care sunt acționate hidraulic, sunt responsabile de controlul fluxului de putere și de schimbarea treptelor de viteză. Într-o transmisie automată clasică, există o pompă de ulei care furnizează ulei sub presiune diferitelor părți ale transmisiei, inclusiv ambreiajelor și frânelor. Atunci când este necesară o schimbare de treaptă de viteză, ambreiajul corespunzător este cuplat sau decuplat, permițând schimbarea raportului în cutia de viteze planetară.

O componentă cheie a transmisiei automate clasice este și convertorul de cuplu. Acesta este situat între motor și cutia de viteze și acționează ca un ambreiaj hidraulic. Convertorul de cuplu este format din trei părți principale: o pompă, o turbină și un stator. Pompa este conectată la arborele cotit al motorului prin intermediul volanului, turbina la arborele de intrare al cutiei de viteze, iar statorul este situat între cele două. Atunci când motorul funcționează, pompa pune uleiul în mișcare pentru a transfera puterea către turbină, după care statorul direcționează fluxul de ulei care se întoarce astfel încât să crească eficiența transmisiei cuplului.

Funcționarea unei transmisii automate clasice este controlată de un sistem hidraulic și de un sistem electronic. Sistemul hidraulic gestionează fluxul de lichid către ambreiaje și frâne, în timp ce sistemul electronic monitorizează diverși parametri de conducere, cum ar fi viteza vehiculului, sarcina motorului sau poziția accelerației. Pe baza acestor date, computerul de control (TCU - Transmission Control Unit) decide când și ce raport de transmisie să selecteze. Un TCU fără un controler electronic se numește bloc de supape, în timp ce mecatronica este componenta care integrează blocul de supape și controlerul electronic al transmisiei automate.

Pe scurt, transmisia automată clasică este un dispozitiv de înaltă tehnologie care combină componente mecanice, hidraulice și electronice pentru a asigura schimbări de viteze fluide și eficiente. Cutia de viteze planetară, ambreiajele și frânele, convertorul de cuplu și sistemele de control lucrează împreună pentru a oferi o experiență de conducere confortabilă și convenabilă.

Transmisii automate cu variație continuă (CVT).

Transmisia CVT (Continuously Variable Transmission), sau transmisia continuu variabilă, funcționează pe principiul transmisiei continuu variabile, ceea ce o diferențiază de transmisiile manuale și automate tradiționale. O componentă cheie a designului CVT este un lanț și două seturi de angrenaje conice (cunoscute sub numele de variatoare).

Lanțul este fabricat din metal sau materiale compozite durabile și transmite puterea de la motor la roțile motoare. Fiecare pereche de roți conice, una conectată la arborele de intrare și cealaltă la arborele de ieșire, constă din două discuri conice care se pot deplasa de-a lungul axei arborelui. Atunci când discurile își modifică distanța unul față de celălalt, diametrul activ de-a lungul căruia se deplasează lanțul se modifică. Scăderea distanței dintre discuri determină deplasarea lanțului pe un diametru mai mare, ceea ce crește raportul de transmisie, în timp ce creșterea distanței determină deplasarea lanțului pe un diametru mai mic, ceea ce scade raportul de transmisie.

Mișcarea conurilor unul în raport cu celălalt este controlată de un sistem hidraulic care ajustează diametrul activ la care funcționează lanțul, permițând schimbarea lină a treptelor de viteză. Transmisia CVT este controlată de un sistem electronic sofisticat care monitorizează performanțele motorului, viteza vehiculului, poziția pedalei de accelerație și alți factori. Pe baza acestor date, sistemul decide setarea optimă a variatorului pentru a oferi cel mai bun raport de transmisie posibil pentru o anumită situație.

Transmisiile CVT pot fi echipate cu o cutie de viteze planetară, care permite schimbarea treptelor de viteză suplimentare sau realizarea unor moduri de funcționare precum mersul înapoi. Cutia de viteze planetară mărește flexibilitatea și gama de funcționare a transmisiei CVT.

Datorită designului său, transmisia CVT oferă schimbări flexibile și continue ale treptelor de viteză, rezultând o rulare mai lină, performanțe mai bune și un consum optimizat de combustibil. Transmisia CVT este deosebit de populară în cazul vehiculelor hibride și urbane în care confortul și eficiența sunt prioritare. Sistemul de răcire și lubrifiere al transmisiei CVT asigură că roțile conice și lanțul sunt lubrifiate și răcite corespunzător, minimizând frecarea și uzura și asigurând fiabilitatea și durabilitatea transmisiei.

Transmisii automate cu dublu ambreiaj (DCT/DSG).

Transmisia automată cu dublu ambreiaj, cunoscută și ca DCT (Dual-Clutch Transmission) sau DSG (Direct-Shift Gearbox), este un mecanism avansat care combină caracteristicile transmisiilor automate și manuale. 

Elementul de bază al transmisiei DCT sunt două ambreiaje: unul responsabil pentru vitezele pare (2, 4, 6) și celălalt pentru vitezele impare (1, 3, 5, 7). Aceste ambreiaje funcționează pe principiul ambreiajelor umede (imersate în ulei) sau al ambreiajelor uscate, în funcție de modelul și destinația transmisiei. Funcționarea ambreiajelor este controlată electronic, ceea ce permite cuplarea și decuplarea lor cu precizie.

O altă componentă importantă sunt cei doi arbori de intrare, dintre care unul este situat în interiorul celuilalt. Un arbore este responsabil pentru vitezele impare, iar celălalt pentru vitezele pare. Acest lucru permite ca următoarea treaptă de viteză să fie pregătită pentru cuplare în același timp, minimizând întreruperile în furnizarea puterii în timpul schimbării treptelor de viteză.

Mecanismul de schimbare a treptelor de viteză al DCT constă dintr-un set de angrenaje amplasate pe ambii arbori de intrare. Aceste angrenaje sunt responsabile pentru diferitele rapoarte, iar cuplarea și decuplarea lor este controlată de un circuit hidraulic și de mecanisme de sincronizare. Vitezele sunt schimbate prin deplasarea furcilor și prin fixarea împreună a vitezelor corespunzătoare, permițând selectarea raportului dorit.

Funcționarea transmisiei cu dublu ambreiaj este controlată de un sistem electronic sofisticat cunoscut sub numele de TCU (Transmission Control Unit). TCU monitorizează diverși parametri de conducere, cum ar fi viteza vehiculului, sarcina motorului, poziția accelerației și preferințele șoferului (modul de conducere). Pe baza acestor date, TCU decide ambreiajul care trebuie cuplat, când să se schimbe treapta de viteză și ce raport de transmisie să se selecteze pentru performanțe optime și economie de conducere.

Într-o transmisie cu dublu ambreiaj, sistemul de lubrifiere și răcire a uleiului este, de asemenea, o componentă foarte importantă. În cazul ambreiajelor umede, uleiul este utilizat pentru lubrifierea și răcirea ambreiajelor pentru o durată de viață și o fiabilitate mai mari. Uleiul circulă într-un circuit închis, iar o pompă și un răcitor îi mențin presiunea și temperatura corespunzătoare.

Procesul de remanufacturare.

Cutia de viteze automată este mai întâi curățată în prealabil și apoi dezasamblată. După dezasamblare, componentele sale sunt curățate în echipamente speciale, cum ar fi spălătoarele chimice și cu ultrasunete. Piesele curățate sunt apoi inspectate cu atenție pentru uzură, deteriorări și alte defecte. Componentele care nu îndeplinesc cerințele sunt înlocuite cu piese noi sau recondiționate.

Următoarea etapă este înlocuirea pieselor uzate sau deteriorate. Într-o transmisie automată clasică, acestea sunt de obicei discurile de ambreiaj și de frână, benzile de frână, garniturile, inelele de etanșare, supapele hidraulice și rulmenții. În unele cazuri, este posibil ca pompa de ulei să trebuiască să fie remanufacturată sau înlocuită, precum și componentele cuplului de transmisie.

În cazul cutiilor de viteze de tip DCT/DSG, ambreiajul dublu este întotdeauna înlocuit cu unul nou. Deteriorările mecanice sau electronice ale mecatronicii, deteriorarea rulmenților sunt, de asemenea, probleme frecvente. Mai rar, trebuie înlocuite sincroanele, angrenajele și alte componente mecanice. În timpul procesului de recondiționare, toate filtrele de ulei utilizate într-o anumită transmisie sunt întotdeauna înlocuite. Este demn de menționat faptul că, pe lângă filtrele de ulei accesibile din exterior, unele modele de cutii de viteze au și filtre situate în interiorul carcasei, a căror înlocuire nu este posibilă fără demontarea cutiei de viteze.

Unitatea de comandă hidraulică (bloc de supape/mecatronică) scoasă din transmisia automată este, de asemenea, dezasamblată în părțile sale componente și curățată temeinic. După înlocuirea garniturilor de etanșare și a altor componente uzate sau deteriorate, aceasta este reasamblată și testată pe un stand de testare specială. Dinamic, parametrii controlerului sunt testați într-un test care reproduce funcționarea acestuia în cutia de viteze - mai presus de toate, presiunea uleiului care ajunge la actuatoarele individuale care controlează schimbările de viteză. 

Convertizorul, care face parte dintr-o transmisie automată clasică (și unele modele de transmisii CVT), este, de asemenea, supus unui proces de recondiționare. Aceasta implică demontarea convertizorului, curățarea tuturor componentelor și apoi inspectarea lor. Toate garniturile sunt înlocuite, precum și piesele uzate sau deteriorate, cum ar fi garniturile de ambreiaj sau discurile ambreiajului de blocare, rulmenții, ambreiajul unidirecțional al statorului etc. După instalarea noilor componente, convertizorul este pregătit pentru sudare, care se efectuează pe o stație automată specială. Se verifică apoi etanșeitatea convertizorului, urmată de măsurarea și, dacă este necesar, corectarea echilibrului acestuia.

Etapa finală a recondiționării unei transmisii automate este finalizarea acesteia și evaluarea etanșeității și a funcționării componentelor, precum și o verificare finală a calității.

Cauze și tipuri de daune

Simptome care pot indica o transmisie automată defectă:

1. Lipsa unor schimbări de viteze line - întârzieri, sacadări sau schimbări de viteze prea bruște.
2. Fără schimbare de viteze sau schimbare limitată a vitezelor, fără viteze.
3. Niciun răspuns sau răspuns întârziat la comutarea între modurile P-R-N-D.
4. Tresăriri sau denivelări la comutarea între modurile P-R-N-D.
5. Alunecarea tracțiunii - motorul crește viteza, dar vehiculul nu crește viteza în conformitate cu turația motorului.
6. Lipsa transferului de tracțiune - motorul crește turația, dar vehiculul nu pornește
7. Zgomot, vibrații audibile/perceptibile în timpul condusului.
8. Scurgeri de ulei din cutia de viteze.

Cele mai frecvente defecte ale transmisiilor automate sunt:

1. Uzura discurilor de fricțiune, deteriorarea ambreiajelor și a frânelor
2. Deteriorarea convertizorului
3. Pompă de ulei uzată sau deteriorată
4. Deteriorarea garniturilor de etanșare
5. Deteriorarea blocului de supape/mecatronică
6. Rulmenți uzați sau deteriorați
7. Defecțiune a unității de comandă electronică a cutiei de viteze