Avtomatski menjalniki

Geneza in uporaba.

Zgodovina samodejnih menjalnikov sega v zgodnje 20. stoletje, ko so inženirji začeli eksperimentirati z metodami samodejnega menjavanja prestav v avtomobilih. Prvi poskusi so potekali v dvajsetih in tridesetih letih prejšnjega stoletja, vendar je družba General Motors šele leta 1939 predstavila prvi resnično samodejni menjalnik, znan kot Hydra-Matic. Šlo je za prelomno rešitev, ki je omogočila nemoteno prestavljanje brez ročnega posredovanja voznika.

Sistem Hydra-Matic je hitro postal priljubljen, njegovo zasnovo pa so uporabili številni drugi proizvajalci avtomobilov. V petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja so se samodejni menjalniki v Združenih državah Amerike vse bolj uveljavljali in postali simbol modernosti in udobja. V Evropi in Aziji je njihova priljubljenost rasla nekoliko počasneje, predvsem zaradi različnih vozniških preferenc ter razlik v zasnovi cest in načinu vožnje.

V sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja je prišlo do nadaljnjega razvoja tehnologije samodejnih menjalnikov. Uvedeni so bili naprednejši hidravlični sistemi in prve različice elektronskega krmiljenja, ki so omogočali še boljši nadzor nad menjavo prestav in zmanjšali porabo goriva. V tem obdobju so samodejni menjalniki postali zanesljivejši in na voljo v številnih vozilih, od osebnih avtomobilov do tovornjakov in avtobusov.

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja je prišlo do prave tehnološke revolucije, ko so računalniki in elektronika začeli igrati ključno vlogo pri upravljanju delovanja menjalnikov. Pojavili so se prvi elektronsko krmiljeni samodejni menjalniki, ki so lahko svoje delovanje prilagodili razmeram na cesti in voznikovemu načinu vožnje. S tem so samodejni menjalniki postali še učinkovitejši in uporabniku prijaznejši.

V 21. stoletju se tehnologija samodejnih menjalnikov še naprej razvija. Današnji menjalniki ponujajo različne načine, vključno s športnim, ekonomičnim in terenskim načinom, ter sisteme, ki omogočajo ročno upravljanje z lopaticami na volanu. Na voljo so tudi nove zasnove, kot sta brezstopenjski menjalnik (CVT) in menjalnik z dvojno sklopko (DCT), ki združujeta prednosti samodejnega in ročnega menjalnika.

Konstrukcija in načelo delovanja.

Klasični samodejni menjalniki (s pretvornikom in planetnimi menjalniki).

Klasični samodejni menjalnik, ki ga pogosto imenujemo planetni menjalnik, je zapleten mehanizem, sestavljen iz več ključnih sestavnih delov. Vsaka od teh komponent ima pomembno vlogo pri prenosu moči z motorja na kolesa, hkrati pa omogoča tudi gladko spreminjanje prestavnih razmerij brez posredovanja voznika.

Srce klasičnega samodejnega menjalnika je planetni menjalnik. Vsak je sestavljen iz treh glavnih delov: sončnega kolesa, planetnih koles (imenovanih tudi sateliti) in obročnega kolesa. Sončno kolo je v središču, planetna kolesa (sateliti) se vrtijo okoli njega in so povezana z obročnim kolesom. Ta postavitev omogoča različne kombinacije prestavnih razmerij glede na to, katero kolo poganja, katero se ustavlja in katero prenaša moč.

Stikala in zavore, ki so hidravlično gnane, so odgovorne za nadzor pretoka moči in prestavljanje prestav. V klasičnem samodejnem menjalniku je oljna črpalka, ki z oljem pod pritiskom oskrbuje različne dele menjalnika, vključno s sklopkami in zavorami. Ko je potrebna menjava prestave, se vklopi ali izklopi ustrezna sklopka, kar omogoča spremembo prestavnega razmerja v planetnem menjalniku.

Ključni sestavni del klasičnega samodejnega menjalnika je tudi pretvornik navora. Nameščen je med motorjem in menjalnikom ter deluje kot hidravlična sklopka. Pretvornik navora je sestavljen iz treh glavnih delov: črpalke, turbine in statorja. Črpalka je prek vztrajnika povezana z ročično gredjo motorja, turbina z vhodno gredjo menjalnika, stator pa je med njima. Ko motor deluje, črpalka spravi olje v gibanje in prenese moč na turbino, nato pa stator usmeri tok vračajočega se olja tako, da poveča učinkovitost prenosa navora.

Delovanje klasičnega samodejnega menjalnika nadzorujeta hidravlični in elektronski sistem. Hidravlični sistem upravlja pretok tekočine v sklopke in zavore, elektronski sistem pa spremlja različne vozne parametre, kot so hitrost vozila, obremenitev motorja ali položaj dušilne lopute. Na podlagi teh podatkov nadzorni računalnik (TCU - Transmission Control Unit) odloči, kdaj in katero prestavno razmerje je treba izbrati. TCU brez elektronskega krmilnika se imenuje ventilni blok, medtem ko je mehatronika sestavni del, ki združuje ventilni blok in elektronski krmilnik samodejnega menjalnika.

Klasični samodejni menjalnik je visokotehnološka naprava, ki združuje mehanske, hidravlične in elektronske komponente za zagotavljanje gladkega in učinkovitega prestavljanja. Planetni menjalnik, sklopke in zavore, pretvornik navora in nadzorni sistemi skupaj zagotavljajo udobno in priročno vožnjo.

Brezstopenjski samodejni menjalniki (CVT).

CVT (Continuously Variable Transmission) ali brezstopenjski menjalnik deluje po načelu brezstopenjskega prenosa, po katerem se razlikuje od običajnih ročnih in samodejnih menjalnikov. Ključni sestavni del konstrukcije CVT so veriga in dva sklopa stožčastih zobnikov (znanih kot variatorji).

Veriga je izdelana iz trpežne kovine ali kompozitov in prenaša moč od motorja do pogonskih koles. Vsak par stožčastih koles, od katerih je eno povezano z vhodno, drugo pa z izhodno gredjo, je sestavljen iz dveh stožčastih diskov, ki se lahko gibljeta vzdolž osi gredi. Ko diska spremenita medsebojno razdaljo, se spremeni aktivni premer, po katerem se giblje veriga. Zaradi zmanjšanja razdalje med diskoma se veriga premakne na večji premer, kar poveča prestavno razmerje, zaradi povečanja razdalje pa se veriga premakne na manjši premer, kar zmanjša prestavno razmerje.

Gibanje stožcev med seboj nadzoruje hidravlični sistem, ki prilagaja aktivni premer, pri katerem deluje veriga, kar omogoča nemoteno menjavanje prestav. Menjalnik CVT upravlja izpopolnjen elektronski sistem, ki spremlja delovanje motorja, hitrost vozila, položaj pedala za plin in druge dejavnike. Na podlagi teh podatkov se sistem odloči za optimalno nastavitev variatorja, da zagotovi najboljše možno prestavno razmerje v danih razmerah.

Planetni menjalnik je na voljo v menjalnikih CVT, ki omogoča dodatno prestavljanje ali uporabo načinov delovanja, kot je vzvratna vožnja. Planetni menjalnik poveča prilagodljivost in območje delovanja menjalnika CVT.

Menjalnik CVT zaradi svoje zasnove omogoča prilagodljivo in brezstopenjsko menjavanje prestav, kar zagotavlja bolj gladko vožnjo, boljšo zmogljivost in optimalno porabo goriva. Menjalnik CVT je še posebej priljubljen v hibridnih in mestnih vozilih, kjer sta udobje in učinkovitost prednostni nalogi. Sistem za hlajenje in mazanje menjalnika CVT skrbi za ustrezno mazanje in hlajenje stožčastih koles in verige, kar zmanjšuje trenje in obrabo ter zagotavlja zanesljivost in vzdržljivost menjalnika.

Avtomatski menjalniki z dvojno sklopko (DCT/DSG).

Samodejni menjalnik z dvojno sklopko, znan tudi kot DCT (Dual-Clutch Transmission) ali DSG (Direct-Shift Gearbox), je napreden mehanizem, ki združuje lastnosti samodejnega in ročnega menjalnika. 

Osnovni element menjalnika DCT sta dve sklopki: ena skrbi za sodo prestavo (2, 4, 6), druga pa za liho prestavo (1, 3, 5, 7). Ti sklopki delujeta po načelu mokrih (potopljenih v olje) ali suhih sklopk, odvisno od zasnove in namena menjalnika. Delovanje sklopk nadzoruje elektronika, ki omogoča natančno vklapljanje in izklapljanje.

Druga pomembna komponenta sta dve vhodni gredi, od katerih je ena nameščena v drugi. Ena gred skrbi za lihe zobnike, druga pa za sode zobnike. To omogoča, da se naslednja prestava hkrati pripravi za vklop, s čimer se zmanjšajo prekinitve pri prenosu moči med menjavo prestav.

Prestavni mehanizem DCT je sestavljen iz niza zobnikov, ki so nameščeni na obeh vhodnih gredeh. Ti zobniki so odgovorni za različna prestavna razmerja, njihov vklop in izklop pa nadzorujejo hidravlični krog in sinhronizacijski mehanizmi. Prestavi se zamenjata tako, da se premaknejo vilice in se skupaj pripnejo ustrezni zobniki, kar omogoča izbiro želenega prestavnega razmerja.

Delovanje menjalnika z dvojno sklopko nadzoruje zapleten elektronski sistem TCU (Transmission Control Unit). TCU spremlja različne vozne parametre, kot so hitrost vozila, obremenitev motorja, položaj stopalke za plin in voznikove želje (način vožnje). Na podlagi teh podatkov se TCU odloči, katero sklopko vključiti, kdaj prestaviti in katero prestavno razmerje izbrati za optimalno zmogljivost in ekonomičnost vožnje.

Pri menjalniku z dvojno sklopko je zelo pomemben sestavni del tudi sistem za mazanje in hlajenje olja. Pri mokrih sklopkah se olje uporablja za mazanje in hlajenje sklopk za daljšo življenjsko dobo in zanesljivost. Olje kroži v zaprtem krogu, črpalka in hladilnik pa vzdržujeta njegov ustrezen tlak in temperaturo.

Postopek regeneracije.

Samodejni menjalnik najprej predhodno očistimo in nato razstavimo. Po demontaži se njegovi sestavni deli očistijo s posebno opremo, kot so kemični in ultrazvočni pralniki. Očiščeni deli se nato skrbno pregledajo glede obrabe, poškodb in drugih napak. Sestavni deli, ki ne izpolnjujejo zahtev, se nadomestijo z novimi ali obnovljenimi deli.

Naslednja faza je zamenjava obrabljenih ali poškodovanih delov. Pri klasičnem samodejnem menjalniku so to običajno sklopka in zavorni diski, zavorni trakovi, tesnila, tesnilni obroči, hidravlični ventili in ležaji. V nekaterih primerih je morda treba obnoviti ali zamenjati oljno črpalko ter sestavne dele prenosa navora.

Pri menjalnikih tipa DCT/DSG se dvojna sklopka vedno zamenja s povsem novo. Pogoste težave so tudi mehanske ali elektronske poškodbe mehatronike in poškodbe ležajev. Redkeje je treba zamenjati sinhronizatorje, zobnike in druge mehanske sestavne dele. Med postopkom obnove se vedno zamenjajo vsi oljni filtri, ki se uporabljajo v posameznem menjalniku. Opozoriti je treba, da imajo nekateri modeli menjalnikov poleg oljnih filtrov, ki so dostopni od zunaj, tudi filtre, ki se nahajajo v ohišju in katerih zamenjava ni mogoča brez demontaže menjalnika.

Hidravlična krmilna enota (ventilni blok/mehatronika), odstranjena iz samodejnega menjalnika, se prav tako razstavi na sestavne dele in temeljito očisti. Po zamenjavi tesnil in drugih obrabljenih ali poškodovanih sestavnih delov se ponovno sestavi in preizkusi na posebni preskusni napravi. Dinamično se preverijo parametri krmilnika pri preskusu, ki posnema njegovo delovanje v menjalniku - predvsem tlak olja, ki doseže posamezne aktuatorje, ki nadzorujejo menjavo prestav. 

Pretvornik, ki je del klasičnega samodejnega menjalnika (in nekaterih modelov menjalnikov CVT), se prav tako obnavlja. Pri tem se pretvornik razreže, očisti vse sestavne dele in nato pregleda. Zamenjajo se vsa tesnila ter obrabljeni ali poškodovani deli, kot so obloge sklopke ali diski zaporne sklopke, ležaji, statorska enosmerna sklopka itd. Po namestitvi novih sestavnih delov se pretvornik pripravi za varjenje, ki se izvede na posebni avtomatizirani postaji. Nato se preveri tesnost pretvornika, sledi merjenje in po potrebi popravek njegovega ravnotežja.

Zadnja faza predelave samodejnega menjalnika je dokončanje, ocena tesnosti in delovanja sestavnih delov ter končni pregled kakovosti.

Vzroki in vrste poškodb

Simptomi, ki lahko kažejo na okvaro samodejnega menjalnika:

1. Premikanje prestave ni gladko - zamude, trzljaji ali prepočasno prestavljanje.
2. Brez prestavljanja ali z omejenim prestavljanjem, brez prestav.
3. Pri preklapljanju med načini P-R-N-D ni odziva ali je odziv zakasnel.
4. Pri preklapljanju med načini P-R-N-D prihaja do tresljajev ali udarcev.
5. Zdrs pogona - motor povečuje hitrost, vendar vozilo ne povečuje hitrosti v skladu s hitrostjo motorja.
6. Pomanjkanje menjalnika - motor se vrti, vendar se vozilo ne zažene.
7. Hrup, vibracije, ki so med vožnjo slišni/občutljivi.
8. Iztekanje olja iz menjalnika.

Najpogostejše okvare samodejnih menjalnikov so:

1. obraba tornih kolutov, poškodbe sklopk in zavor
2. Poškodbe pretvornika
3. Obrabljena ali poškodovana oljna črpalka
4. Poškodbe tesnil
5. Poškodbe bloka ventilov/mehatronike
6. Obrabljeni ali poškodovani ležaji
7. Nepravilno delovanje elektronske krmilne enote menjalnika