V-ati intrebat vreodata care este principiul de functionare al unei cutii de viteze automate? De ce nu mai exista pedala de ambreiaj?
Ce se intampla in cutie atunci cand schimbatorul este in Drive? Ce inseamna P R N D? In acest articol, ne-am propus sa raspundem la aceste intrebari si sa va explicam, in detaliu, cum functioneaza o cutie de viteze automata.
Nota importanta: transmisia automata a fost creata de Gogu Constantinescu, un inventator roman, si montata pentru prima data pe un autoturism in 1923.
Datorita performantelor sale slabe, aceasta nu a fost produsa in serie. General Motors, insa, a reusit sa ofere cutia Hydramatic in anul 1939. Aceasta a fost prima transmisie automata ce a putut fi produsa in serie.
Care este scopul unei cutii de viteze automate?
Scopul principal al unei cutii de viteze automate este de a lucra in tandem cu motorul, schimband treptele de viteza fara a fi nevoie ca soferul sa intervina. Avand in vedere ca, pentru a functiona corespunzator, un motor trebuie sa se invarta la o anumita viteza, transmisia este cea care mareste sau micsoreaza puterea motorului in functie de nevoie.
Calculatorul electronic al cutiei este cel care poate verifica si efectueaza fiecare schimbare datorita senzorului de viteza al masinii, de turatie al motorului, de pozitie a pedalei de acceleratie etc.
In primul rand, transmisia este un element foarte important din partea mecanica a unui automobil. Fara ea, masinile ar avea doar un singur raport de viteza, bazat pe viteza maxima dorita. Spre exemplu, pentru o viteza de 90 km/h, acest raport ar fi similar treptei a treia de la o cutie de viteze manuala. Astfel, masina ar pleca extrem de greu de pe loc si s-ar tura la maxim la viteza mare, acest lucru facand-o inutilizabila.
In general, angrenajele din cutia de viteze permit utilizarea corecta si eficienta a turatiei motorului si, in acelasi timp, optimizeaza viteza de operare a acestuia. In cazul transmisiei automate, spre diferenta de cea manuala, angrenajul planetar este cel care produce diferitele rapoarte de viteza. Vom vedea mai tarziu ce reprezinta acesta.
Cate tipuri de cutii automate exista?
Fiecare producator auto alege sa utilizeze un anumit tip de transmisie automata, in functie de modelul de automobil pe care doreste sa o monteze etc. Vom expune aici cinci dintre numeroasele variatii ale acestui tip de cutie:
Cutie de viteze cu dublu ambreiaj
Considerata ca fiind cea mai performanta dintre toate tipurile de cutii automate, acest model are un principiu de functionare extrem de simplu, bazat pe doua ambreiaje. Mai exact, ele functioneaza in sincron, fiecare cupland cate o treapta pe rand.
Cutia automata cu dublu ambreiaj este formata, la baza, din doua cutii manuala montate in paralel, una cu trepte impare si una cu cele pare. Aici avem doua tipuri:
Cu ambreiaje uscate, cu un singur disc, comandate electric
Cu ambreiaje umede, cu discuri multiple, comandate hidraulic
Producatorii auto care au ales acest tip de cutie sunt:
- Volkswagen (Borg Warner) - DSG (Direct Shift Gearbox)
- Audi - S-Tronic
- Porsche (ZF) - PDK (Porsche Doppel Kupplunggetriebe)
- Seat
- Renault (Getrag) - EDC (Efficient Dual Clutch)
- Ford (Getrag) - PowerShift
- Fiat (FPT) - DDCT (Dual Dry Clutch Transmission)
- Mercedes-Benz (Getrag) - SpeedShift
- Mitsubishi (Getrag) - TC-SST (Twin Clutch Sport Shift Transmission)
Cutie de viteze cu convertizor de cuplu
O cutie utilizata de majoritatea producatorilor auto, cum ar fi:
- BMW
- Mercedes-Benz
- Jaguar
Generatia mai noua a aceste transmisii automate (cea cu 9 trepte de viteza este ultima versiune) este cunoscuta ca fiind foarte comfortabila la utilizare, schimband vitezele fara nici un soc si chiar reducand consumul de combustibil.
In cazul acestei cutii, la un nivel scazut de turatii, motorul decupleaza transmisia. Ambreiajul a fost inlocuit cu un hidrotransformator de cuplu care functioneaza ca si mesager al miscarii catre cutie cu ajutorul uleiului de transmisie.
Cutie de viteze CVT (cu variatie continua)
Acest tip de transmisie este utilizat, in cea mai mare parte, de producatorii auto din Asia, spre exemplu:
- Nissan
- Toyota
- Subaru
Cutia CVT mai este cunoscuta si ca transmisia cu o singura viteza sau fara intrerupere datorita principiului sau diferit de functionare. Mai exact, ea reuseste sa mareasca puterea miscarii de rotatie a unui motor pe baza unui lant sau a unei curele care isi modifica in permanenta forma.
Ca un scurt istoric interesant, putem sa va spunem ca prima incercare de cutie CVT a fost realizata de Leonardo da Vinci in 1490, iar in anul 1926, George Constantinescu a reusit sa modifice acest tip de cutie intr-o formula foarte apropiata de cea de astazi.
Cutie de viteze robotizata
Aceasta cutie de viteze automata este cea mai ieftina varianta dintre toate, fiind prezenta la modelele create de Dacia si Opel. A fost creata pe baza cutiei manuale si, din acest motiv, multi nu o considera o cutie automata in adevarata putere a cuvantului.
Principiul acesteia de functionare se bazeaza pe mecanismul clasic al cutiei manuale. In plus, timoneria de la schimbatorul de viteze a fost inlocuita cu un sistem de servomecanisme electrohidraulice sau electrice care, de asemenea, comanda ambreiajul.
Schimbarea treptelor de viteza este realizata in mod automat de catre o unitate de comanda electronica, dar poate fi efectuata si manual, de catre sofer, prin actionarea padelelor de pe volan sau a schimbatorului.
Cutie de viteze secventiala
Cutia secventiala a aparut pentru prima data intre anii 1970 - 1980, ca urmare a ideii de a schimba vitezele mult mai rapid decat prin intermediul cutiei manuale. Dupa cum spune si numele, aceasta cutie schimba vitezele secvential si foarte rapid, neputand astfel gresi sau omite vreo treapta.
Acest tip de cutie are la baza tot o cutie manuala (plus ambreiaj cu placa, disc si rulment), dar pedala de ambreiaj si timoneria au fost inlocuite de sisteme electronice sau hidraulice specifice. Astfel, treptele de viteza pot fi schimbate automat sau manual, de catre sofer, fara intarzieri sau greseli.
Care sunt, in general, componentele unei cutii de viteze automate?
Cutia de viteze automata este, in primul rand, alcatuita din trei parti principale:
- Hidrotransformator sau convertor de cuplu
- Angrenajele / mecanismele planetare, impreuna cu franele multidisc si ambreiajele
- Calculatorul electrohidraulic al cutiei (Mecatronic)
Mai departe, fiecare se imparte in mai multe subansamble, exemplificate pe o cutie 7G-tronic, cu 7 trepte, de la Mercedes-Benz:
- Convertor de cuplu / hidrotransformator
- Turbina
- Stator
- Rotor
- Supapa aerisire carcasa cutie
- Pompa de ulei - ajuta la generarea presiunii pe baza turatiilor motorului
- Frana multidisc B1
- Ambreiaj multidisc K1
- Mecanisme planetare Ravigneaux
- Frana multidisc B3
- Ambreiaj multidisc K2
- Mecanism planetar simplu
- Frana multidisc BR
- Ambreiaj multidisc K3
- Frana multidisc B2
- Pin de blocare pentru modul Parking
- Inel conducator al senzorului de turatie
- Levier selector de programe - modul de control electrohidraulic
- Inel magnetic al senzorului de turatie N2
- Modul electrohidraulic de control, cu supape electromagnetice, senzori si mecatronic
- Inel magnetic al senzorului de rotatii
- Supape electromagnetice (solenoid) - actioneaza franele si ambreiajele multidisc
- Ambreiaj cu alunecare controlata care blocheaza hidrotransformatorul
- Y3/8n4 - Mecatronic / modul electronic de control si comanda / calculator cutie viteze
Vom explica ce rol are fiecare dintre cele trei parti principale:
Hidrotransformatorul sau convertorul de cuplu
Motivul pentru care o masina poate sta pe loc chiar si cu motorul pornit este discontinuitatea fluxului de putere dintre acesta si transmisie. La o cutie manuala, spre exemplu, acest lucru poate fi realizat prin apasarea pedalei de ambreiaj. In cazul cutiei de viteze automate exista un hidrotransformator sau convertor de cuplu care “se ocupa” de acest aspect.
Aceasta componenta este pozitionata in partea din fata a cutiei, exact acolo unde se creeaza legatura directa cu motorul.
Carcasa convertorului este prinsa cu bolturi de volanta motorului, iar miscarea sa de rotatie se produce la aceeasi viteza cu cea a motorului. Functiile principale ale hidrotransformatorului sunt:
- Intermediaza transferul de putere dinspre motor catre arborele de intrare al cutiei
- Mareste cuplul produs de motor
Hidrotransformatorul functioneaza pe baza puterii hidraulice datorata unui fluid de transmisie (ATF). Principiul de functionare al acestuia poate fi explicat in detaliu prin intermediul partilor sale componente:
Pompa
Acest subansamblu de tip centrifugal este montat direct pe carcasa hidrotransformatorului care, de asemenea, este prinsa de volanta motorului, cum spuneam mai devreme.
In timp ce se invarte la aceeasi turatie cu motorul, pompa trimite fluidul spre exterior creand, in acelasi timp, un vacuum care atrage o cantitate mare de fluid spre centrul sau si apoi spre turbina. Design-ul pompei se aseamana cu cel al unui ventilator.
Stator
Este localizat intre pompa si turbina. Statorul are rolul de a trimite uleiul de cutie din turbina inapoi la pompa, de a mari cuplul provenit de la motor pentru a putea pune in miscare rotile automobilului si de a micsora acest cuplu atunci cand masina prinde viteza. Statorul arata ca elicea unui avion.
Turbina
Turbina este pozitionata in interiorul hidrotransformatorului si se aseamana ca si forma cu pompa. Este conectata direct la arborele de intrare al cutiei de viteze, dar nu si la pompa. Acest lucru ii permite sa se invarta cu o viteza diferita, astfel motorul va putea functiona intr-un alt mod fata de celelalte componente ale transmisiei.
Ambreiaj de blocare
Datorita dinamicii fluidelor, puterea se pierde pe parcursul transmiterii uleiului intre pompa si turbina. In acest caz, turbina va avea o miscare de rotatie mai mica decat pompa, situatie care nu deranjeaza atunci cand masina pleaca de pe loc. In schimb, atunci cand automobilul este in miscare, se va resimti o diminuare a puterii.
Pentru a rezolva aceasta problema, convertoarele de cuplu moderne au in plus un ambreiaj de blocare conectat la turbina. Acesta incepe sa functioneze, prin intermediul unui calculator, atunci cand masina ajunge la o anumita viteza si are rolul de a regla viteza de rotatie a turbinei cu cea a pompei.
In cazul cutiilor de viteze automate de ultima generatie, hidrotransformatorul functioneaza doar in cazul plecarii de pe loc, pana la o viteza de maxim 25 km/h, si in cazul schimbarii vitezelor. In rest, acesta ramane blocat deoarece, in acest fel, poate mari randamentul transmisiei.
Angrenajele / mecanismele planetare, franele multidisc si ambreiajele
Atunci cand automobilul ajunge la o viteza mai mare, va fi necesar mai putin cuplu pentru a mentine nivelul de viteza. In mod normal, transmisia poate mari sau micsora nivelul de cuplu necesar pentru a misca rotile pe baza rapoartelor de transmisie.
Astfel, atunci cand raportul este mai mare, cuplul va fi mai mic si invers. In cazul unei cutii de viteze automate, rapoartele de viteza cresc si descresc intr-un mod automat datorita mecanismelor planetare.
Cele trei componente ale angrenajelor planetare sunt:
Roata dintata centrala (Sun Gear) - pozitionata in centrul angrenajului planetar
Roti dintate planetare mici plus un suport - roata dintata centrala este conectata cu trei sau patru roti mai mici plasate in jurul lui si sustinute de un suport. Fiecare roata are un ax propriu pe care se invarte, care este conectat la suport. In acelasi timp, toate aceste roti orbiteaza in jurul rotii dintate centrale.
Angrenaj inelar - roata exterioara cu dinti interiori. Aceasta este in permanenta conexiune cu rotile dintate planetare, ingloband tot ansamblul de mai sus.
Franele multidisc sunt create din metal captusit cu material de frecare organica, iar rolul lor este sa opreasca roata dintata sau angrenajul inelar in cazul in care este necesar. Acestea sunt controlate de un sistem hidraulic specific.
In plus, o cutie de viteze automata prezinta o serie de ambreiaje conectate in diferite puncte ale angrenajelor planetare. Create din mai multe discuri de metal si frecare, acestea pot actiona ambreiajul in momentul in care sunt presate.
Un singur ambreiaj are posibilitatea de a modifica starea unui angrenaj planetar, transformandu-l intr-un angrenaj de intrare sau stationar. Ambreiajele sunt actionate automat de un mecanism mecanic, electric si hidraulic in acelasi timp.
Calculatorul electrohidraulic al cutiei (Mecatronic)
Aceasta componenta este responsabila de actionarea hidraulica a cuplajelor si transmisiilor partiale. Termenul “mecatronic” este compus din notiunile mecanic si electronic deoarece este compus din:
Sistemul electronic care comanda transmisia - este responsabil de selectarea treptei corecte de viteza si calculeaza momentul exact pentru a schimba viteza pe baza informatiilor primite de la: viteza si programul de rulare, turatia motorului si pozitia pedalei de acceleratie.
Senzori
Sistemul hidraulic de comanda - actioneaza asupra comenzilor de cuplare printr-o serie de actiuni complexe executate in perfecta coordonare.
In termeni mai tehnici, mecatronicul este format dintr-un grup de valve care sunt legate printr-un traseu hidraulic si care pun in functiune furcile ce antreneaza pinioanele.
Ce inseamna P R N D?
Spre deosebire de cutia de viteze manuala care are notate treptele pe capacul ornamental montat pe nuca schimbatorului, cea automata prezinta, in general, literele P R N D. Ce reprezinta acestea?
P (Park) - modul de parcare care blocheaza rotile motrice, dar nu tine loc de frana de parcare si nici nu este conectat la aceasta. In momentul in care opresti masina, selectorul se trece in P pentru a putea opri si reporni apoi motorul.
R (Reverse) - marsarierul sau mersul inapoi. Nu poate fi utilizat decat atunci cand automobilul este oprit complet pe loc. De obicei, poate fi selectat doar prin apasarea unui buton.
N (Neutral) - modul neutru, exact ca la cutia manuala. Atunci cand este selectat, masina nu poate pleca de pe loc. Este utilizat, spre exemplu, la stationarile mai lungi de 20 de secunde pentru a nu uza ambreiajele (la cutiile cu dublu ambreiaj) sau in timpul unei tractari.
D (Drive) - modul de mers, utilizat pentru a pune masina in miscare si pentru a circula. Permite folosirea tuturor treptelor de viteza, excluzand marsarierul.
In plus, exista cateva programe optionale:
S (Sport) - unele masini au si acest modul care ofera o schimbare a treptelor de viteza la turatii mai mari pentru un plus de sportivitate.
E (Eco) - modul economic, utilizat pentru un consum redus de combustibil.
A (Adaptive) - calculatorul cutiei de viteze automate are posibilitatea de a deduce stilul de condus al soferului pe baza informatiilor primite de la pedala de frana, acceleratie si viteza masinii. In functie de rezultat, acesta selecteaza modul cel mai potrivit dintre Sport si Eco.
Butonul Winter - atunci cand este activat, acesta permite plecarea de pe loc direct in treapta a 2-a de viteza si limiteaza tractiunea rotilor schimband vitezele la turatii cat mai joase.
Concluzie
In ultimii ani, cutia de viteze automata a castigat foarte mult teren in comparatie cu cea manuala datorita multiplelor sale avantaje, cum ar fi:
- Schimbarile corecte si rapide de viteza
- Transmiterea unor cupluri mai mari
- Confortul in timpul condusului mai ales in trafic sau pe distante lungi
- Amplificarea cuplului motor
Principiul de functionare al unei astfel de cutii este foarte complex, dupa cum s-a vazut pe parcursul acestui articol, dar rezultatul este unul extraordinar. In plus, aparitia cutiilor de viteze automate a revolutionat piata auto inca de la primele incercari.
Surse foto: mercom.ro, auto-bild.ro, cars.ro, 4tuning.ro, constructionmanuals.tpub.com, micro-tronik.com, artofmanliness.com, e-automobile.ro, motorstory.ro
