Automatické prevodovky

História a aplikácia.

História automatických prevodoviek siaha do začiatku 20. storočia, keď inžinieri začali experimentovať s metódami automatickej zmeny prevodových stupňov v automobiloch. Prvé pokusy sa uskutočnili v 20. a 30. rokoch 20. storočia, ale až v roku 1939 spoločnosť General Motors predstavila prvú skutočne automatickú prevodovku, známu ako Hydra-Matic. Išlo o prelomový vývoj, ktorý umožnil plynulú zmenu prevodových stupňov bez potreby manuálneho zásahu vodiča.

Hydra-Matic si rýchlo získal popularitu a jeho konštrukciu použilo mnoho ďalších výrobcov automobilov. V 50. a 60. rokoch 20. storočia sa automatické prevodovky v Spojených štátoch čoraz častejšie používali a stali sa symbolom modernosti a pohodlia. V Európe a Ázii ich popularita rástla o niečo pomalšie, najmä kvôli odlišným preferenciám vodičov a rozdielom v konštrukcii ciest a štýle jazdy.

V 70. a 80. rokoch 20. storočia došlo k ďalšiemu vývoju technológie automatických prevodoviek. Zaviedli sa pokročilejšie hydraulické systémy a prvé verzie elektronického riadenia, ktoré umožnili ešte lepšiu kontrolu nad zmenami prevodových stupňov a zníženie spotreby paliva. V tomto období sa automatické prevodovky stali spoľahlivejšími a dostupnejšími v širokej škále vozidiel, od osobných automobilov až po nákladné vozidlá a autobusy.

V 90. rokoch 20. storočia došlo k skutočnej technologickej revolúcii, keď počítače a elektronika začali zohrávať kľúčovú úlohu v riadení prevádzky prevodovky. Objavili sa prvé elektronicky riadené automatické prevodovky, ktoré dokázali prispôsobiť svoju činnosť podmienkam na ceste a štýlu jazdy vodiča. Automatické prevodovky sa tak stali ešte účinnejšími a užívateľsky prívetivejšími.

V 21. storočí sa technológia automatických prevodoviek neustále vyvíja. Dnešné prevodovky ponúkajú celý rad režimov vrátane športového, ekonomického alebo terénneho režimu, ako aj systémy, ktoré umožňujú manuálne ovládanie pomocou pádiel na volante. Existujú aj nové konštrukcie, ako napríklad prevodovka s plynulou zmenou prevodového pomeru (CVT) a dvojspojková prevodovka (DCT), ktoré kombinujú výhody automatickej a manuálnej prevodovky.

Konštrukcia a princíp fungovania.

Klasické automatické prevodovky (s meničom a planétovými prevodovkami).

Klasická automatická prevodovka, často označovaná ako planetová prevodovka, je zložitý mechanizmus, ktorý pozostáva z niekoľkých kľúčových komponentov. Každý z týchto komponentov zohráva dôležitú úlohu pri prenose výkonu z motora na kolesá a zároveň umožňuje plynulú zmenu prevodových pomerov bez zásahu vodiča.

Srdcom klasickej automatickej prevodovky je planetová prevodovka. Každá pozostáva z troch hlavných častí: centrálneho kolesa, planetových kolies (nazývaných aj satelity) a prstencového kolesa. Centrálne koleso je v strede, planetové kolesá (satelity) sa otáčajú okolo neho a sú spojené s kruhovým kolesom. Toto usporiadanie umožňuje rôzne kombinácie prevodových pomerov v závislosti od toho, ktoré koleso je poháňané, ktoré je zastavené a ktoré prenáša výkon.

Hydraulicky ovládané spojky a brzdy sú zodpovedné za riadenie toku výkonu a radenie prevodových stupňov. V klasickej automatickej prevodovke je olejové čerpadlo, ktoré dodáva tlakový olej do rôznych častí prevodovky vrátane spojok a bŕzd. Keď je potrebná zmena prevodového stupňa, príslušná spojka sa zapne alebo vypne, čím sa umožní zmena prevodového pomeru v planetovej prevodovke.

Kľúčovou súčasťou klasickej automatickej prevodovky je aj menič krútiaceho momentu. Je umiestnený medzi motorom a prevodovkou a funguje ako hydraulická spojka. Menič krútiaceho momentu sa skladá z troch hlavných častí: čerpadla, turbíny a statora. Čerpadlo je cez zotrvačník spojené s kľukovým hriadeľom motora, turbína so vstupným hriadeľom prevodovky a stator je umiestnený medzi nimi. Keď motor beží, čerpadlo uvádza do pohybu olej, ktorý prenáša výkon na turbínu, a potom stator usmerňuje tok vracajúceho sa oleja tak, aby sa zvýšila účinnosť prenosu krútiaceho momentu.

Činnosť klasickej automatickej prevodovky je riadená hydraulickým systémom a elektronickým systémom. Hydraulický systém riadi prietok kvapaliny do spojok a bŕzd, zatiaľ čo elektronický systém monitoruje rôzne jazdné parametre, ako je rýchlosť vozidla, zaťaženie motora alebo poloha škrtiacej klapky. Na základe týchto údajov riadiaci počítač (TCU - Transmission Control Unit) rozhoduje, kedy a aký prevodový pomer zvoliť. TCU bez elektronickej riadiacej jednotky sa nazýva ventilový blok, zatiaľ čo mechatronika je komponent, ktorý integruje ventilový blok a elektronickú riadiacu jednotku automatickej prevodovky.

Klasická automatická prevodovka je technologicky vyspelé zariadenie, ktoré kombinuje mechanické, hydraulické a elektronické komponenty na zabezpečenie hladkého a efektívneho radenia. Planétová prevodovka, spojky a brzdy, menič krútiaceho momentu a riadiace systémy spolupracujú, aby zabezpečili pohodlnú a komfortnú jazdu.

Plynulé automatické prevodovky (CVT).

CVT (Continuously Variable Transmission), teda prevodovka s plynulou zmenou prevodového pomeru, funguje na princípe plynulého prevodu, čím sa odlišuje od tradičných manuálnych a automatických prevodoviek. Kľúčovou súčasťou konštrukcie CVT je reťaz a dve sady kužeľových prevodov (tzv. variátory).

Reťaz je vyrobená z odolného kovu alebo kompozitov a prenáša výkon z motora na hnacie kolesá. Každý pár kužeľových kolies, z ktorých jedno je pripojené k vstupnému hriadeľu a druhé k výstupnému hriadeľu, pozostáva z dvoch kužeľových diskov, ktoré sa môžu pohybovať pozdĺž osi hriadeľa. Keď disky menia svoju vzájomnú vzdialenosť, mení sa aktívny priemer, pozdĺž ktorého sa reťaz pohybuje. Zmenšovanie vzdialenosti medzi diskami spôsobuje, že sa reťaz pohybuje po väčšom priemere, čo zvyšuje prevodový pomer, zatiaľ čo zväčšovanie vzdialenosti spôsobuje, že sa reťaz pohybuje po menšom priemere, čo znižuje prevodový pomer.

Vzájomný pohyb kužeľov je riadený hydraulickým systémom, ktorý upravuje aktívny priemer, pri ktorom reťaz pracuje, čo umožňuje plynulé zmeny prevodových stupňov. Prevodovka CVT je riadená sofistikovaným elektronickým systémom, ktorý monitoruje výkon motora, rýchlosť vozidla, polohu plynového pedála a ďalšie faktory. Na základe týchto údajov systém rozhoduje o optimálnom nastavení variátora, aby sa zabezpečil najlepší možný prevodový pomer v danej situácii.

V prevodovkách CVT sa nachádza planétová prevodovka, ktorá umožňuje dodatočné zmeny prevodových stupňov alebo realizáciu prevádzkových režimov, ako je napríklad spiatočka. Planétová prevodovka zvyšuje flexibilitu a prevádzkový rozsah prevodovky CVT.

Vďaka svojej konštrukcii ponúka prevodovka CVT flexibilné a plynulé zmeny prevodových stupňov, čo vedie k plynulejšej jazde, lepšiemu výkonu a optimalizovanej spotrebe paliva. Prevodovka CVT je mimoriadne obľúbená v hybridných a mestských vozidlách, kde sú prioritou komfort a efektívnosť. Chladiaci a mazací systém prevodovky CVT zabezpečuje správne mazanie a chladenie kužeľových kolies a reťaze, čím sa minimalizuje trenie a opotrebovanie a zabezpečuje spoľahlivosť a životnosť prevodovky.

Dvojspojkové automatické prevodovky (DCT/DSG).

Dvojspojková automatická prevodovka, známa aj ako DCT (Dual-Clutch Transmission) alebo DSG (Direct-Shift Gearbox), je moderný mechanizmus, ktorý kombinuje vlastnosti automatickej aj manuálnej prevodovky. 

Základným prvkom prevodovky DCT sú dve spojky: jedna zodpovedá za párne prevodové stupne (2, 4, 6) a druhá za nepárne prevodové stupne (1, 3, 5, 7). Tieto spojky pracujú na princípe mokrých spojok (ponorených v oleji) alebo suchých spojok v závislosti od konštrukcie a účelu prevodovky. Činnosť spojok riadi elektronika, ktorá umožňuje ich presné zapínanie a vypínanie.

Ďalším dôležitým komponentom sú dva vstupné hriadele, z ktorých jeden je umiestnený v druhom. Jeden hriadeľ je zodpovedný za nepárne prevody a druhý za párne prevody. To umožňuje, aby sa ďalší prevodový stupeň pripravil na zaradenie v rovnakom čase, čím sa minimalizujú prestávky v dodávke výkonu počas zmeny prevodového stupňa.

Mechanizmus radenia DCT pozostáva zo sústavy prevodových stupňov, ktoré sú umiestnené na oboch vstupných hriadeľoch. Tieto prevody zodpovedajú za rôzne prevodové pomery a ich zapínanie a vypínanie je riadené hydraulickým obvodom a synchronizačnými mechanizmami. Prevody sa menia pohybom vidlíc a zopnutím príslušných prevodových stupňov, čo umožňuje zvoliť požadovaný prevodový pomer.

Činnosť dvojspojkovej prevodovky riadi zložitý elektronický systém známy ako TCU (Transmission Control Unit). Jednotka TCU monitoruje rôzne jazdné parametre, ako sú rýchlosť vozidla, zaťaženie motora, poloha škrtiacej klapky a preferencie vodiča (jazdný režim). Na základe týchto údajov TCU rozhoduje, ktorú spojku zopnúť, kedy preradiť a aký prevodový pomer zvoliť pre optimálny výkon a hospodárnosť jazdy.

V dvojspojkovej prevodovke je veľmi dôležitou súčasťou aj systém mazania a chladenia oleja. V prípade mokrých spojok sa na mazanie a chladenie spojok používa olej, ktorý predlžuje ich životnosť a spoľahlivosť. Olej cirkuluje v uzavretom okruhu a čerpadlo a chladič udržiavajú jeho správny tlak a teplotu.

Proces regenerácie.

Automatická prevodovka sa najprv predbežne vyčistí a potom sa rozoberie. Po demontáži sa jej komponenty čistia v špeciálnych zariadeniach, ako sú chemické a ultrazvukové umývačky. Vyčistené diely sa potom starostlivo skontrolujú, či nie sú opotrebované, poškodené a či nemajú iné chyby. Komponenty, ktoré nespĺňajú požiadavky, sa nahradia novými alebo repasovanými dielmi.

Ďalšou fázou je výmena opotrebovaných alebo poškodených dielov. V klasickej automatickej prevodovke sú to zvyčajne spojkové a brzdové kotúče, brzdové pásy, tesnenia, tesniace krúžky, hydraulické ventily a ložiská. V niektorých prípadoch môže byť potrebná repasácia alebo výmena olejového čerpadla, ako aj komponentov prevodovky krútiaceho momentu.

Pri prevodovkách typu DCT/DSG sa dvojitá spojka vždy vymieňa za úplne novú. Častým problémom je aj mechanické alebo elektronické poškodenie mechatroniky a poškodenie ložiska. Menej často je potrebné vymeniť synchronizátory, ozubené kolesá a iné mechanické komponenty. Počas procesu repasovania sa vždy vymenia všetky olejové filtre použité v danej prevodovke. Je potrebné poznamenať, že okrem olejových filtrov prístupných zvonku majú niektoré modely prevodoviek aj filtre umiestnené vo vnútri skrine, ktorých výmena nie je možná bez demontáže prevodovky.

Hydraulická riadiaca jednotka (blok ventilov/mechatronika) demontovaná z automatickej prevodovky sa tiež rozoberie na súčasti a dôkladne vyčistí. Po výmene tesnení a iných opotrebovaných alebo poškodených súčastí sa opäť zostaví a otestuje na špeciálnej skúšobnej stolici. Parametre riadiacej jednotky sa dynamicky testujú pri skúške simulujúcej jej činnosť v prevodovke - predovšetkým tlak oleja ktorý posúva jednotlivé akčné členy, ktoré ovládajú zmeny prevodových stupňov. 

Procesom regenerácie prechádza aj hydromenič, ktorý je súčasťou klasickej automatickej prevodovky (a niektorých prevodoviek CVT). Ten zahŕňa rozrezanie hydromeniča, vyčistenie všetkých komponentov a ich následnú kontrolu. Vymenia sa všetky tesnenia, ako aj opotrebované alebo poškodené diely, napríklad spojkové obloženie alebo kotúče blokovacej spojky, ložiská, jednosmerná spojka statora atď. Po montáži nových komponentov sa hydromenič pripraví na zváranie, ktoré sa vykonáva na špeciálnej automatizovanej stanici. Potom sa skontroluje tesnosť hydromeniča, nasleduje meranie a v prípade potreby korekcia jeho vyváženia.

Záverečnou fázou repasovania automatickej prevodovky je jej dokončenie a vyhodnotenie tesnosti a funkčnosti komponentov, ako aj záverečná kontrola kvality.

Príčiny a typy poškodenia

Príznaky, ktoré môžu poukazovať na chybnú automatickú prevodovku:

1. Nedostatočne plynulé radenie prevodových stupňov - oneskorenia, trhnutia alebo príliš prudké zmeny prevodových stupňov.
2. Žiadna zmena prevodového stupňa alebo obmedzená zmena prevodového stupňa, žiadne prevodové stupne.
3. Žiadna odozva alebo oneskorená odozva pri prepínaní medzi režimami P-R-N-D.
4. Trhnutie alebo nárazy pri prepínaní medzi režimami P-R-N-D.
5. Preklzávanie pohonu - motor zvyšuje otáčky, ale vozidlo nezvyšuje rýchlosť v súlade s otáčkami motora.
6. Chýbajúci prevod - motor sa roztočí, ale vozidlo sa nepohne.
7. Hluk, vibrácie počuteľné/vnímateľné počas jazdy.
8. Únik oleja z prevodovky.

Najčastejšie poruchy automatických prevodoviek sú:

1. Opotrebovanie trecích kotúčov, poškodenie spojok a bŕzd
2. Poškodenie hydromeniča
3. Opotrebované alebo poškodené olejové čerpadlo
4. Poškodenie tesnení
5. Poškodenie bloku ventilov/mechatroniky
6. Opotrebované alebo poškodené ložiská
7. Porucha elektronickej riadiacej jednotky prevodovky