MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2011
LADISLAV BLAŽEK
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav automobilové dopravy
Automatické převodovky motorových vozidel Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera Ph.D
Vypracoval: Ladislav Blaţek
Brno 2011
Volná stránka pro zadání
Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Automatické převodovky motorových vozidel vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis .……………………………………
PODĚKOVÁNÍ Rád bych tímto poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D., za jeho cenné rady a připomínky při tvorbě této práce
Abstrakt Bakalářská práce, která se zabývá problematikou automatických převodovek motorových vozidel, popisuje v úvodní části hnací charakteristiku vozidel, účel, základní funkci převodovek, rozdělení převodových ústrojí podle určitých kritérií a prostředky pro přenos točivého momentu z motoru na převodovky jako jsou hydrodynamické spojky a hydrodynamický měnič točivého momentu. Hlavní část je věnována popisu jednotlivým typům automatických převodovek, jejich hlavní části, moţnosti pouţití a popis principu činnosti. Závěr se zabývá trendům v pohonech, které současně popisují výhody mezi automatickými a manuálně řazenými převodovkami bez elektronicky řízených systémů. Klíčová slova: Hnací charakteristika vozidel, pilový diagram, hydrodynamický měnič točivého momentu, DSG, CVT
Abstract Bachelor thesis, which deals with the automatic transmissions of motor vehicles, describes in the introductory part the driving characteristics of vehicles, principal functions of transmissions, transmission distribution system according to certain criteria and means for transferring torque from the engine to the transmission, such as hydrodynamic clutches and hydrodynamic torque converter. The main part is devoted to describing various types of automatic transmissions, their main components, applications and operating principles. The conclusion part describes trends in the drives, and points out benefits of automatic and manual transmissions without electronic control systems. Keywords: Driving characteristics of vehicles saw diagram, a hydrodynamic torque converter, the DSG, CVT
1 ÚVOD ............................................................................................................................ 9 2 CÍL PRÁCE ................................................................................................................. 10 3 HNACÍ CHARAKTERISTIKA VOZIDEL ................................................................ 11 3.1 Volba počtu a odstupňování převodových stupňů ................................................ 11 3.2 Pilový diagram ...................................................................................................... 12 3.3 Určení rozsahu rychlostních stupňů ...................................................................... 13 4 PŘEVODOV ÚSTROJÍ ............................................................................................... 14 4.1 Popis ...................................................................................................................... 14 4.2 Rozdělení............................................................................................................... 15 4.2.1 Podle druhu převodů....................................................................................... 15 4.2.2 Podle způsobu řazení ...................................................................................... 15 4.2.3 Podle způsobu změny převodového poměru .................................................. 15 4.2.3.1 Stupňové převodovky .............................................................................. 15 4.2.3.2 Plynulé převodovky ................................................................................. 16 4.3 Přenos krouticího momentu automatických převodovek ...................................... 16 4.3.1 Hydrodynamická spojka ................................................................................. 16 4.3.2 Hydrodynamický měnič točivého momentu .................................................. 22 4.3.2.1 Princip činnosti ........................................................................................ 23 5 PŘEVODOVKY .......................................................................................................... 25 5.1. Planetové převodovky .......................................................................................... 25 5.1.1 Převod planetového soukolí ........................................................................... 26 5.1.2 Převodové stupně planetového soukolí .......................................................... 28 5.1.3 Spojení planetových soukolí........................................................................... 31 5.2 Polosamočinné převodovky .................................................................................. 31 5.2.1 Simca 1000 GLA ............................................................................................ 32 5.2.2 ZF – Transmatic ............................................................................................. 34 5.3 Samočinné převodovky ......................................................................................... 36 5.3.1 DSG ................................................................................................................ 36 5.3.1.1 Konstrukce ............................................................................................... 36 5.3.1.2 Princip činnosti ........................................................................................ 38 5.3.2 CVT převodovky ............................................................................................ 39 5.3.2.1 Samočinná bezstupňová převodovka s tlačným ocelovým řemenem ...... 39 5.3.2.2 Vario převodovka .................................................................................... 43
5.3.2.3 Převodovka John Deere – AutoPowr ....................................................... 46 6 TRENDY V POHONECH........................................................................................... 51 7 ZÁVĚR ........................................................................................................................ 53 8 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY ......................................................................... 54 9 SEZNAM POUŢITÝCH PŘÍLOH .............................................................................. 55
1 ÚVOD Automatické převodovky prošly více jak stoletým vývojem. Počátky se datují k roku 1904, kdy ve firmě bratrů Sturtevantů vyrobili první dvoustupňovou převodovku. Vývoj nové technologie si nenechali ujít ani další giganti automobilového trhu. Například General Motors přináší první poloautomatickou převodovku a Chrysler podobný koncept s názvem Fluid Drive. Konečné prvenství ale získal General Motors, kdyţ v roce 1939 uvádí na trh plně automatizovanou převodovku HydraMatic. O další vývoj v oblasti převodovek se zaslouţil také Francouz André Citroën, který roce 1912 zaloţil malou továrnu na výrobu ozubených kol Engrenages Citroën s.r.o. Tady poprvé pouţil své logo, dvojitou “stříšku”, představující šípové zuby, které pouţíval i při svých dalších činnostech a které se na vozech Citroën pouţívá dodnes. V průběhu 2. světové války výhody automatických převodovek vyuţívala americká armáda. Po jejím konci nastal obrovský boom v šíření automatických převodovek do celého světa a vyuţití automatických převodovek dnes nejvíce ocení však odvětví těţkých uţitkových vozidel a zemědělské a lesnické techniky, kde je zapotřebí plné soustředění na práci s vozidlem a přípojného zařízení. Hlavní vývoj během dalších let znamenal velké změny z pohledu konstrukce a ovládání samotné převodovky, protoţe převodovky, které se v počátcích automobilismu začaly pouţívat, nemají nic společného s jiţ dnes vyvinutými automatickými, nebo automaticky řazenými manuálními převodovkami, které vyuţívají propojení jednotných řídících jednotek pomocí sběrnice CAN-BUS, dokáţou jízdu vozidlem plně zautomatizovat tak, ţe řidič mimo základního nastavení rychlosti a řízení směru vozidla se nemusí ve vozidle prakticky o nic starat.
9
2 CÍL PRÁCE Cílem práce je popis funkčnosti jednotlivých typů ústrojí a členů, přenášející točivý moment z motoru na převodovky a analýza současného stavu automatických a automaticky řazených manuálních převodovek u motorových vozidel. Dále popis nejčastějších typů převodovek, popis a princip činnosti a důvod pouţívání automatických převodovek u motorových vozidel.
10
3 HNACÍ CHARAKTERISTIKA VOZIDEL Je závislost hnací síly, jízdních odporů na rychlosti. Vychází z rovnováhy hnací síly s jízdními odpory. 3.1 Volba počtu a odstupňování převodových stupňů Nejlepší vyuţití výkonu motoru při všech rychlostech vozidla dává průběh hnací síly podle hyperboly konstantního výkonu
P = F . v = Pmax . ηm = konst.
(1)
F – hnací síla (kN) v – rychlost (km/h) Kdyby mělo vozidlo jen základní převod i0 a maximální potřebný převod ic
max,
nebylo by moţno pro hnací sily a rychlost jízdy vyuţít dostatečně výkon motoru, jak je znázornění těchto poměrů v diagramu F-v (obr. 3.1). Proto je nutno mezi základní převod a maximální převod vloţit další převodové stupně (obr. 3.2), čímţ se zlepší vyuţití výkonu motoru při středně velkých hnacích sil.
Obr. 3.1 Diagram F-v pro vozidlo s dvoustupňovým převodem
Obr. 3.2Diagram F-v pro vozidlo s pětistupňovou převodovkou (Vlk, 2006)
11
Mimo vyuţití výkonu motoru, zlepšuje počet rychlostních stupňů i moţnost řazení převodů během jízdy. Čím menší rozdíly mezi dvěma sousedními rychlostními stupni jsou, tím jsou převody snáze řazeny bez velkého rozsahu otáček motoru (2000 – 3000 ot/min). Při jízdě do svahu s maximální dávkou paliva je pak maximálně moţný odstup dvou sousedních rychlostních stupňů dán podmínkou, aby rychlost vozidla, při které je moţno řadit na větší rychlostní stupeň, neklesla pod rychlost, při níţ je na daný převod, maximální taţná síla, tj. aby otáčky motoru neklesly pod otáčky, při nichţ má motor maximální točivý moment.
3.2 Pilový diagram Pilový diagram je graf závislostí rychlostí motorového vozidla a otáčkami motoru při jednotlivých rychlostních stupních. Tato závislost je vyjádřena přímkami procházejícími počátkem souřadnic. nPemax – otáčky motoru při maximálním výkonu, nMtmax - otáčky motoru při maximálním točivém momentu.
Obr. 3.3 pilový diagram (Ţdánský & Jan,2001) 12
3.3 Určení rozsahu rychlostních stupňů Rozsahem rychlostních stupňů Ri rozumíme poměr maximálního celkového převodu mezi motorem a hnacími koly ic max a minimálního (základního) převodu mezi motorem a hnacími koly ic min (resp. i0), tzn. (Vlk, 2006) ,
(2)
Základní převod i0 nazýváme celkový převod, vřazený mezi motor a hnací kola vozidla, při nejmenším zařazení rychlostního stupně ip. Určení tohoto stupně je důleţité, neboť jeho velikost určuje polohu rovnováţného stavu při jízdě maximální rychlostí na rovině. Základní převod má vliv jak na dynamické vlastnosti vozidla tak i na pracovní reţim motoru. Z „Dynamiky motorových vozidel“ plyne pro základní převod:
i0 = ic min=
,
(3)
Kde nm [1/min] jsou otáčky motoru, rd [m] dynamický poloměr, v [km/h] rychlost. Pro ochranu motoru před přetočením do vysokých otáček, ke kterému můţe dojít při jízdě ze svahu, někdy se určuje základní převod z rovnováţného stavu při jízdě ze svahu 1,5%, kdy maximální rychlost bude vyšší a tedy základní převod vyjde menší. Při jízdě na rovině bude ovšem menší dynamičnost vozidla. Rychlostní poměr i je poměř, kdy převody zvyšují hnací moment motoru (bez zřetele na ztráty):
i=
á
í
á
í í
převod dopomala znamená: i >1 převod dorychla i <1.
13
,
(4)
Minimální celkový převod, tzn. Základní převod ic min = i0 je celý v rozvodovce, tzn.: ic min = ir .irych.
(5)
Přičemţ ir je stálý převod a převod v převodovce ip = 1. Má-li vůz převod irych< 1 pak: ic min = ir .irych
(6)
4 PŘEVODOVÁ ÚSTROJÍ
4.1 Popis Převodovky slouţí ke změně přenášeného točivého momentu, jeho dlouhodobému přerušení (neutrál) a změně smyslu otáčení hnacích kol (couvání). Změna rychlostí pomocí převodovek je buď stupňovitá, nebo plynulá (variabilně). Hlavním účelem převodovky je umoţnění změny převodového stupně mezi motorem a hnacími koly, tak aby motor pracoval v ideálním reţimu nejvyššího točivého momentu a nejniţší měrné spotřeby. Při jízdě po rovině musí motor kromě ztrát v poháněcím ústrojí překonávat jen odpor valení a odpor vzduchu. Výkon motoru se volí tak, aby tyto odpory překonával bez převodu v převodovce, tj. přímý záběr a vysoké otáčky se vyuţily k dosaţení nejvyšší rychlosti. Při jízdě do stoupání musí motor překonávat tíhu vozidla, která působí proti směru jízdy. Protoţe by se motor neměl přetěţovat a výkon motoru nestačí k překonání jízdních odporů, musí se sníţit rychlost vozidla, aby se sníţil odpor valení a odpor vzduchu. Výkon motoru klesá při sniţujících se otáčkách. Proto je třeba zařadit niţší rychlostní stupeň, aby bylo moţno dosáhnout vyšších otáček a tím vyššího výkonu motoru, který stačí k překonání jízdních odporů. V městském provozu zajišťuje niţší převodový stupeň menší rychlost, pruţnější jízdu a je pohotovostnější při předjíţdění pomalejších vozidel. Převodovka také musí umoţnit volný chod motoru při sepnuté spojce a stojícím vozidle. Všechna soukolí se nastaví tak, aby hnací hřídel byl odpojen od hnaného hřídele a nastavil se neutrální chod. 14
4.2 Rozdělení
4.2.1 Podle druhu převodů
s ozubenými koly
- dvouhřídelové, tříhřídelové - planetové
třecí převodovky
- převody jsou tvořeny třecími koly
hydrostatické převodovky
- hydrogenerátory, hydromotory
hydrodynamické převodovky - hydrodynamické měniče
elektrické převody
diferenciální hydrostatické převodovky
4.2.2 Podle způsobu řazení Podle způsobu řazení lze rozdělit převodovky:
s přímým řazením – volba je závislá na přímém působení řidiče
s nepřímým řazením – řadí se pomocí pomocného zařízení (vzduch, kapalina)
samočinné převodovky – volba převodových stupňů je samočinná
4.2.3 Podle způsobu změny převodového poměru
4.2.3.1 Stupňové převodovky
Stupňové převodovky vyuţívají ke změně převodového poměru čelní ozubená kola nebo planetové převody. Při změně převodového poměru, dochází k přerušení přenosu krouticího momentu pomocí spojky, coţ je hlavní nevýhoda při jízdě do stoupání, protoţe v době rozepnutí spojky nedochází k přenášení krouticího momentu od motoru na hnaná kola a vozidlo zpomaluje.
15
4.2.3.2 Plynulé převodovky
U plynulé převodovky dochází ke změně převodového poměru plynule a pod zatíţením. Tím nedochází k úbytku krouticího momentu při jízdě do stoupání. Ke změně převodového poměru se vyuţívají různá zařízení jako např.: variátory, planetové převodovky, planetové převodovky s regulací otáček hydromotorem tzv. Vario převodovky.
4.3 Přenos krouticího momentu automatických převodovek
4.3.1 Hydrodynamická spojka Hydrodynamická spojka, se dnes u vozidel pouţívá zejména u automatických převodovek. Dříve se často pouţívala ve spojení s mechanickou převodovkou. Hydrodynamická spojka se skládá ze dvou částí – čerpadla Č a turbíny T, obr. 4.1 Čerpadlové kolo je spojeno s motorem (hnacím hřídelem) a turbínové kolo je spojeno s převodovkou (hnaným hřídelem). Kola čerpadla i turbíny jsou uzavřena ve společné skříni naplněné speciálním olejem a ztráty povrchovým třením jsou minimální. Není zapotřebí potrubí, kde dochází k netěsnostem, stačí jediná ucpávka pro celý systém. Skříň spojky má tvar anuloidu, prstence a jejich vnitřní prostor je rozdělen na dvě poloviny. Hnací čerpadlová část je pevně spojena se setrvačníkem, uvnitř má radiálně umístěny lopatky a tvoří i plášť pro druhou polovinu spojky – turbínu.
16
Obr. 4.1 schéma hydrodynamické spojky s motorem (Vlk, 2006)
Turbína je symetrická k čerpadlu a je pevně spojena s výstupním hřídelem vedoucím do převodovky. Spuštěním motoru se otáčí setrvačník s čerpadlovým kolem a s celou skříní. Turbínové kolo, spojené s převodovkou, stojí a nedochází k přenosu sil na převodovku. Olej v kole čerpadla se začne pohybovat odstředivou silou radiálním směrem od hřídele, na vnějším obvodu přetéká olej z čerpadla do turbíny a tím se začne unášet. Zvyšováním otáček čerpadla se zvyšuje moment hybnosti oleje; roste úměrně druhé mocnině otáček. Proto i točivý moment, který spojka přenáší, vzrůstá s druhou mocninou otáček. Při volnoběţných otáčkách je přenášený moment nepatrný a nestačí k rozjetí vozidla. Spojka prokluzuje a vozidlo stojí. Při zvyšujících se otáčkách se přenášený moment zvyšuje a jiţ v oblasti vysokého točivého momentu motoru se přenáší moment jen s malým skluzem. Při nejvyšších otáčkách je skluz spojky 2 aţ 3 %, coţ se současně rovná ztrátě její účinnosti. Při dimenzování spojky se musí dbát na to, aby vyhovovala charakteristice motoru. Důleţitý je zejména vnější průměr spojky, neboť přenášený moment je závislý na páté mocnině vnějšího průměru. Tvarem obou polovin spojky lze upravovat přechod mezi činností spojky na volnoběh a při maximálních otáčkách. Mimo tvaru obou kol se často pouţívá také odrazové desky kotouče na vnitřním průměru spojky. Tato odrazová deska je pevně spojena s čerpadlem nebo s turbínou, mění efektivní stupeň plnění a tím 17
sniţuje moment přenášený při nízkých otáčkách, coţ je ţádoucí, aby nedocházelo k popojíţdění stojícího vozidla při volnoběţných otáčkách motoru.
Obr. 4.2 Hydrodynamická spojka kombinovaná se suchou třecí spojkou 1- hvězdice; 2- čerpadlové kolo; 3- turbínové kolo; 4- rušivý kotouč; 5- turbínový hřídel; 6- mechanická spojka; 7- hnací hřídel; 8- krycí miska; 9- vodící plech pro chladící vzduch; 10- skříň spojky; 11- vypínací loţisko; 12- vypínací páka; 13válec; 14- píst (Vlk, 2006)
18
Při větším počtu otáček motoru nelze hydrodynamickou spojku přerušit spojení mezi motorem a převodovkou, proto není moţno řadit rychlostní stupně v mechanické převodovce. Je proto nutno pouţít v kombinaci s třecí spojkou. Hydrodynamická spojka je výhodná zejména pro automatické převodovky, u nichţ nedochází k rázům při řazení a při zastavení vozidla a běţícím motoru přestane přenášet kroutící moment. Při skluzu spojky se ztrátový výkon přeměňuje v teplo a dochází k zahřívání spojky. Proto bývají na vnějším obvodu chladící ţebra, která při otáčení tvoří ventilátor pro ochlazování skříně. Hydrodynamickou spojkou se nezvyšuje točivý moment motoru, ale především odpojuje motor při volnoběhu a měkce zachycuje rázy. Protoţe čerpadlové kolo Č spojeno přímo s motorem M, platí pro momenty a otáčky:
Mm = M ,
nm = n ,
(7)
U Hydrodynamické spojky dochází ke změně otáček turbíny T. Nedochází však ke změně momentu, tzn. nt ≠ n ,
Mt = Mt,
(8)
Pro účinnost hydrodynamické spojky platí:
,
(10)
Účinnost tedy vzrůstá úměrně s poloměrem nt /n (např. pro nt /n =0,4). Teoretickou hodnotu η = 1 nelze dosáhnout neboť při rovnosti otáček nt=n zaniká schopnost spojky přenášet točivý moment a η = 0.
19
Pro skluz platí:
,
(10)
Pro točivý moment na hřídeli čerpadlového kola platí:
, [N.m]
(11)
Kde n jsou otáčky čerpadla [1/min], D [m] je jmenovitý průměr spojky a k [N.min2 . m-4] je momentový součinitel spojky. Závislost k = f (nt /n ) znázorňuje diagram na obr. 4.3. Hodnota k závisí na měrné hmotnosti pracovní kapaliny, tvarů pracovního prostoru a skluzu. Určuje se experimentálně. Spolupráce spalovacího motoru s hydrodynamickou spojkou je vysvětlena na obr. 4.4. Ve znázorněném příkladu bude motor během zapínání spojky pracovat pod plným zatíţením (vnější charakteristika spalovacího motoru). U stojícího vozidla (nt /nč=0) přenáší spojka moment, který je dán průsečíkem charakteristiky čerpadla (parabola „0“) s charakteristikou motoru. Je-li tento moment větší neţ moment rezultující z jízdních odporů, vozidlo zrychluje. Pak vzrůstá podíl nt /nč. Tím se zmenší faktor k a tím stoupání čerpadlové křivky. Nový průsečík s charakteristikou motoru dává nový spojkový moment atd. Zapnutí spojky je ukončeno, kdyţ vozidlo více nezrychluje, tedy nt /nč je konstantní. (Vlk, 2006)
20
Obr. 4.3 Závislost momentového součinitele hydrodynamické spojky na skluzu
Obr. 4.4 spolupráce spalovacího motoru s hydrodynamickou spojkou: a) točivý moment spalovacího motoru a moment čerpadlového kola (vstup) b) moment turbínového kola (výstup) (Vlk, 2006)
21
4.3.2 Hydrodynamický měnič točivého momentu Hydrodynamický (kapalinový) měnič je konstrukcí podobný hydrodynamické spojce, která je rozšířena o reaktorové kolo. Celou konstrukci tvoří lopatkové kolo čerpadla (1), (spojené s klikovým hřídelem motoru), hnané lopatkové kolo turbíny (2), (spojené s výstupním hřídelem) a lopatkové kolo reaktoru (3), na kterém je umístěna volnoběţka (4). Jednotlivá kola mají zakřivené lopatky a otáčejí uzavřené skříni. Čerpadlo zajišťuje oběh kapaliny v hydrodynamickém měniči. Tlak kapaliny je v rozmezí 0,3 MPa aţ 0,7 MPa (3 aţ 7 bar). Umístění hydrodynamického měniče ve vozidle je mezi motorem a převodovkou. Plynule zvyšuje přenášený točivý moment a také přebírá funkci rozjezdové spojky. Velká část hydrodynamických měničů je opatřena třecí spojkou, která při zařazení vyšších rychlostních stupňů měnič spojí v jeden kus a tím dojde k vytvoření pevného spojení mezi čerpadlovým a turbínovým kolem.
Obr. 4.5 Hydrodynamický měnič (Ţdánský & Jan, 2001)
22
Vlastnosti hydrodynamických měničů - nedochází k mechanickému opotřebení spojky - menší náročnost na prostor - rázy a kmitání motoru jsou eliminovány kapalinovou náplní a jejich přenos na další části převodového ústrojí je omezen - zvětšování (násobení) točivého momentu probíhá samočinně a plynule v závislosti na jízdních odporech - plynulý rozjezd vozidla - motor se nemůţe při rozjezdu nebo přetíţení zastavit - vyšší spotřeba neţ při pouţití srovnatelné mechanické převodovky způsobena prokluzem tj. niţší účinnost. - tichý chod
4.3.2.1 Princip činnosti
Běţí-li motor, proudí kapaliny vlivem odstředivé síly mezi lopatkami čerpadla na obvod, tam je usměrněna a vstupu na lopatky turbíny (obr. 4.6). Pohybová energie proudící kapaliny se mění na točivý moment, který začne roztáčet turbínu a s ní pevně spojený výstupní hřídel (hřídel mechanické převodovky). Kapalina proudí z turbíny do reaktoru a snaţí se otáčet reaktorem proti smyslu otáčení čerpadla i turbíny. Tento smysl pohybu je blokován volnoběţkou a reaktor se tedy neotáčí. Směr proudění kapaliny je zakřivením lopatek změněn asi o 90°, vzniká reakční síla, která má za následek zvětšení točivého momentu turbíny (točivý moment turbíny se násobí). Reaktor vede proud kapaliny pod vhodným úhlem opět na lopatky čerpadla a tím je okruh kapaliny uzavřen. Se zvětšujícími se otáčkami turbíny se rozdíl mezi jejími otáčkami a otáčkami čerpadla sniţuje. Nyní naráţí proud kapaliny na lopatky reaktoru pod jiným úhlem, točivý moment přenášený turbínou na hnací hřídel převodovky se zmenší. Reaktor se pomalu začíná otáčet. Bude mít přibliţně stejné otáčky jako turbína, aţ proud kapaliny, vstupující do reaktoru, přestane vytvářet reakční sílu. V tomto okamţiku jiţ reaktor nenásobí točivý moment přenášený turbínou a ten se rovná přibliţně točivému momentu motoru (poměr otáček čerpadla k otáčkám turbíny je asi 1,1:1). Činnost reaktoru se v tomto okamţiku ruší a měnič pracuje jako kapalinová 23
spojka. Podle provedení měniče můţe být při rozjezdu vozidla točivý moment motoru zvětšen 1,5 aţ 4,5 krát (tzv. násobnost měniče obvykle 2,0 aţ 2,5). Změna točivého momentu probíhá plynule. Postupně se otáčky čerpadla a turbíny téměř vyrovnají, skluz bude asi 2%. Účinnost hydrodynamického měniče je, stejně jako u kapalinových spojek nejvýše 98%.
Měnič je obvykle doplněn třecí spojkou („lock-up“), ovládanou
hydraulicky, která při zařazeném třetím nebo čtvrtém rychlostním stupni blokuje měnič vytvořením pevné vazby mezi turbínou a čerpadlem. Tím se točivý moment přenáší beze ztrát do převodovky (účinnost měniče je 100%), sniţuje se hlučnost a zbytečně se neohřívá kapalina. (Ţdánský & Jan, 2001)
Obr. 4.6 proudění kapaliny v hydrodynamickém měniči při rozjezdu
(Ţdánský & Jan, 2001)
24
5 PŘEVODOVKY 5.1. Planetové převodovky Planetové převodovky umoţňují řazení převodových stupňů pod zatíţením, tím pádem nedochází k přerušení kroutícího momentu na kola během řazení. Planetové převodovky mají řadu výhod. Hnací moment přiváděným hnacím kolem se přenáší na satelity, takţe v ozubení působí menší síly a modul ozubení můţe být menší. Loţiska všech rotujících částí, kromě satelitu, nejsou zatíţena v radiálním směru, neboť zatěţující síly působí jako dvojce, coţ platí i při lichém počtu satelitů. Mohou dobře přenášet i vysoké otáčky. Nevýhodou je však sloţitost převodovky a velký počet součástí při větším počtu převodových stupňů. Více se uplatňují tří - čtyřstupňové planetové převodovky umoţňující i zpětný chod, které pracují společně s hydrodynamickou spojkou nebo hydrodynamickým měničem momentu. Řazení můţe být poloautomatické nebo automatické (brzdění určitých částí planetového soukolí pásovou nebo elektromagnetickou brzdou)a obsluha vozidla se soustřeďuje pouze na řízení, ovládání akceleračního a brzdového pedálu. Dále se planetové soukolí uplatňuje jako soukolí diferenciálů v rozvodovkách, jako redukce umístěná v kolech hnací nápravy a u přidaných převodovek. Planetové soukolí se skládá z vnitřního, tzv. centrálního kola (C), vnějšího, tzv. korunového kola (K) a unášeče (U), na kterém se mohou otáčet satelity (S) viz. Obr. 5.1
25
Obr. 5.1 schéma planetového soukolí (Vlk, 2006)
5.1.1Převod planetového soukolí Určíme momentové a otáčkové poměry pro jednoduché planetové soukolí. Podle obr. 5.2 plyne z rovnováhy na satelitu (S):
,
(12)
Obr. 5.2Síly a momenty na jednoduchém planetovém soukolí (Vlk, 2006) 26
Součet momentů na všech třech ven jdoucích hřídelů od centrálního kola (C), unášeče (U) a korunového kola (K) musí být roven nule (předpoklad: η = 1): MC +MK – MU =0,
(13)
Dosadíme-li za MC první rovnici dostaneme:
, (16) Za předpokladu η = 1 je výkon na vstupu Pvst roven výkonu výstupu Pvýst, tzn.: Mvst ∙ωvst = Mvýst ∙ ωvýst,
(14)
nebo Mvst ∙nvst = Mvýst ∙ nvýst,
(15)
a tím pro převodový poměr dostáváme:
ý ý
,
(16)
Obr. 5.3 Rychlostní plán na satelitu (Vlk, 2006) 27
5.1.2Převodové stupně planetového soukolí I°: Korunové kolo (K) je zabrzděno, centrální kolo (C) je poháněno, satelity (S) poháněné centrální kolem (C) se odvalují po nepohyblivém korunovém kole (K) a otáčí unášečem (U), ze kterého je odebírán výstupní moment. II°: Centrální kolo (C) je pevné, korunové kole (K) je poháněno. Satelity (S) poháněné korunovým kolem (K) se odvalují po pevném centrálním kole (C) a otáčí unášečem (U) ze kterého je odebírán výstupní moment III°: Je to přímý záběr (i = 1,0); korunové kolo (K) a centrální kolo (C) jsou poháněny tak, ţe mají stejné otáčky a pohání satelity (S), které se přitom otáčejí kolem svých os. Satelity (S) otáčí unášečem (U), který má stejné otáčky. S unášeče je odebírán výstupní moment; planetová převodovky se otáčí jako jeden blok. IV°: Tento stupeň je rychloběh. Centrální kolo (C) je pevné a je poháněn unášeč (U). Satelity (S) poháněné unášečem (U) se odvalují po pevném centrálním kole (C) a otáčejí korunovým kolem (K) ve stejném smyslu. Výstupní moment je přenášen korunovým kolem (K). Výstupní otáčky jsou vyšší neţ vstupní, tzn. Je docílen převod do rychla, čili rychloběh. Z.°: Pro zpětný chod je pevný unášeč (U) a poháněno je centrální kolo (C). Satelity (S) se otáčejí v opačném smyslu a v tomto smyslu otáčejí také korunovým kolem (K), ze kterého je odebírán výstupní moment. Výstupní otáčky jsou niţší neţ vstupní otáčky, smysl otáčení na výstupu je opačný neţ na vstupu. Na obrázku 5.4 je znázorněna funkce jednoduché planetové převodovky pro dosaţení čtyř dopředných a jednoho zpětného stupně. Toto zjednodušené znázornění slouţí k základnímu objasnění funkce planetového převodu, aniţ by byly zapotřebí znalosti z oblasti automatických automobilových převodovek. (Vlk, 2006)
28
Obr. 5.4 Funkce planetového převodu se čtyřmi dopřednými stupni a jedním zpětným stupněm K – korunové kolo; S – satelit; C – centrální kolo; U – unášeč (Vlk, 2006)
29
Obr. 5.5 převody pro jednoduché planetové soukolí a moţná uspořádání (Vlk, 2006) 30
5.1.3Spojení planetových soukolí Při zapojení dvou planetových soukolí obr. 5.6, vzniká 7∙7 = 49 převodových moţností. Celkový převod je nyní: i = i1 ∙ i2.
(17)
Obr. 5.6 spojení dvou planetových soukolí (Vlk, 2006)
5.2 Polosamočinné převodovky Převodovky, které jsou ovládány řadicí pákou, nazýváme poloautomatické převodovky, nebo téţ automatické převodovky se selektivním řazením. Automobily s poloautomatickými převodovkami mohou být ovládána pomocí dvou pedálů a řazení jednotlivých stupňů je manuální (řidič nastaví rozsah rychlostních stupňů) a samotné řazení v převodovce je prováděno elektropneumaticky nebo elektrohydraulicky.
31
Polosamočinné ovládání převodovky musí zabezpečit: -
automatické zapnutí spojky, při rozjezdu automobilu
-
průběh zapínání musí mít pozvolný náběh, po kterém následuje dostatečně rychlé úplné zapnutí spojky
-
vypnutí spojky při poklesu otáček motoru na hranici otáček běhu naprázdno, toto vypnutí musí být rychlé
-
přerušení
sílového
toku
mezi
motorem
a
převodovkou při řazení převodových stupňů (pokud nejsou řazeny pod zatíţením) -
při vypnuté spojce nesmí během řazením stoupnout otáčky motoru
-
parkovací brzdění motorem při stojícím vozidle.
5.2.1 Simca 1000 GLA U tohoto typu polosamočinné převodovky, je hydrodynamický měnič dimenzován tak, ţe jako měnič pracuje jen při rozjezdu vozidla a při akceleraci. Během dlouhodobé jízdy zastává funkci hydrodynamické spojky. Jednokotoučová řadící spojka, která je u této konstrukce v olejové lázni musí být zařazena za měnič, neboť by byla příliš velká hmotnost rotujících částí, které je nutno synchronizovat. Spojka se pouţívá pouze k přerušení sílového toku při řazení, neslouţí k rozjezdu automobilu. Automatizované řazení probíhá následovně: při navolení rychlosti pákou dojde k pohybu elektromagnetu (a) na obr. 5.8(vlevo), čímţ se posune řídící píst (c) a tlakový olej je dodáván k rozpojení řadící spojky. Po změně převodu a uvolnění ruční řadicí páky je přerušen proud k elektromagnetu (a) a řadící spojka sepne. Ručně řazená převodovka je jednoskupinová převodovka se třemi dopřednými a jedním zpětným chodem.
32
Obr. 5.8 hydrodynamický měnič se spojkou pro řazení převodových stupňů a – elektromagnetický spínač; b – vedení tlakového oleje; c – řídící pístový ventil; d – čerpadlové kolo; e – rozvaděč s volnoběţkou; f – turbínové kolo; g – jednokotoučová spojka; h – setrvačník s ozubením pro spouštěč
Obr. 5.9 polosamočinná třístupňová převodovka Simca 1000 GLA 1 – nejvyšší rychlostní stupeň; 2 – střední stupeň; 3 – nejniţší stupeň; 4 – zpětný chod; 5 – rozvodovka; 6 – čerpadlo; 7 – reaktor; 8 – turbína; 9 – řadící spojka (Vlk, 2006) 33
5.2.2 ZF – Transmatic Tato polosamočinná převodovka pouţívá automatický spojkový systém WKS (Wandler- Schaltkupplung) a je určená pro nákladní automobily s výkonem motoru 220 aţ 500 kW. ZF-Transmatic má následující výhody: -
zvýšení
bezpečnosti
značným
zjednodušením
obsluhy -
méně řadících cyklů vlivem spínače kick-down
-
šetření
celého
hnacího
ústrojí
34ezrámovým
provozem -
hospodárné pouţití měniče pouţitím automaticky řazené přemosťovací spojky
-
brzdění motorem
Schéma polosamočinné převodovky uvádí obrázek 5.10. K řazení převodů šestistupňové mechanické převodovky obsluhuje řidič rozpojovací (řadící) spojkou obvyklým spojkovým pedálem (s posilovačem). Hydrodynamický měnič s volnoběţkou je vybaven blokovací (téţ tzv. přemosťovací) spojkou. Tato spojka slouţí k mechanickému přemostění čerpadlového a turbínového kola měniče, jestliţe delší jízda s velkým otáčkovým rozdílem mezi čerpadlovým a turbínovým kolem vede k ohřevu měničového oleje a k přehřátí převodů. V řízení blokovací spojky je automatické. Spínačem kick-down (zajišťuje reakci převodovky na prudké sešlápnutí akceleračního pedálu) můţe být měnič kdykoliv opět zapnut, aby při předjíţdění vozidla byl k dispozici větší hnací výkon nebo větší taţná síla. (Vlk, 2006)
34
Obr. 5.10 Schéma polosamočinné převodovky ZF – Transmatic
Obr. 5.11 polosamočinná převodovka ZF – Transmatic s integrovanou rozdělovací převodovkou pro pohon všech kol (Vlk, 2006)
35
Systémy, ovládající elektromagnetické řazení u převodovek se pouţívají hlavně u uţitkových vozidel. Přímo řazené převodovky s automatickým procesem řazení, např.: Mercedes-Benz EPS, Eaton SAMT, Scania CAG, ZF ECOSHIFT AVS, Scania Opticruise, ZF-AS Tronic.Automatizované řazení konvenční převodovky (ASG = Automatisiertes Schlatgetriebe)
ovládá
elektromagneticky
převodovku
a
spojku
(EKS
=
Elektromechanisches Kupplungs-Steuerung). Řízení celého systému (MannesmannSachs) zajišťují mikroprocesory v elektronické řídící jednotce. Řídící jednotka s integrovaným softwarem je snímači informována o aktuální jízdní situaci: rychlost, otáčky motoru a převodovky, aktuální a zvolené stupně převodovky, poloha akceleračního pedálu aj. Systém určuje okamţiky řazení a řídí řazení rychlostních stupňů a vypínání spojky a ovlivňuje systém řízení motoru z hlediska otáček a točivého momentu
během
řazení.
Automatizovaným
(robotizovaným)
manuálním
(mechanickým) převodovkám se také říká sekvenčně řazené převodovky. (Vlk, 2006)
5.3 Samočinné převodovky
5.3.1 DSG Zkratka DSG vznikla z anglického spojení Direct Shift Gear, jehoţ německý ekvivalent zní Direktschaltgetriebe. DSG představuje převodovku spojující výhody mechanické a automatické převodovky. Převodovka DSG je společným dílem konstruktérů Volkswagenu a společnosti BorgWarner. Vývoj této nové převodovky DSG trval celých pět let. 5.3.1.1 Konstrukce Převodovka je schopna přenášet krouticí momenty do 350 Nm a její hmotnost bývá 90 kg (včetně olejové náplně). Základem převodovky DSG je dvojice paralelně uspořádaných dvouhřídelových převodovek. Pro zmenšení rozměrů převodovky jsou vstupní hřídele vloţené do sebe. Důleţitou částí je vícelamelová spojka, jejíţ vývoj měla na starosti firma BorgWarner. 36
Spojkové kotouče pracují v olejové lázni, která zaručuje chlazení a mazání celé soustavy spojky. Volbou spojky s olejovou lázní je zaručena delší ţivotnost a širší spektrum moţných provozních podmínek. Nevýhodou je nutnost pohánění olejového čerpadla, které zvyšuje ztráty. Kaţdá ze dvou spojek přenáší výkon na jednu hřídel. První spojka ovládá liché převodové stupně, tedy: 1., 3. a 5. převodový stupeň a zpětný chod. Druhá spojka ovládá hřídel se sudými rychlostními stupni, tedy: 2., 4. a 6.
Obr. 5.12 Schéma převodovky VW DSG (http://www.holt.us/tdi/dsg.htm)
37
5.3.1.2 Princip činnosti
Účinnost DSG převodovky se blíţí účinnosti běţným manuálním převodovkám. Díky počítačem řízenému způsobu řízení dvojice spojek a řadících mechanismů. Elektrohydraulický řídící modul stále připravuje jeden dopředu zařazený rychlostní stupeň. Například při rozjezdu je zároveň zařazen 1. a 2. rychlostní stupeň. Po sešlápnutí plynu je aktivována spojka pro první rychlostní stupeň. Při dosaţení optimálních otáček motoru se automobil rozjíţdí. Řidičem zvolený reţim („D“ můţe být vystřídán sportovním reţimem „S“, kdy řídící jednotky motoru a převodovky spolupracují se senzory otáček kol a reţim „Tiptronic“ nechává rozhodnutí o okamţiku změny převodu na řidiči (tlačítka na volantu, nebo samostatná dráha voliče), rozhoduje, kdy dojde k postupnému vypínání spojky č. 1 za současného zapínání spojky č. 2. Nedochází tak k přerušení kroutícího momentu na kola. V okamţiku, kdy je sepnuta spojka č. 2 a výkon je přenášen touto částí, je připravena spojka č. 1 pro zařazení třetího stupně (hřídel s lichými převodovými stupni). Celé řazení trvá 0,3 aţ 0,4 s. V opačném případě, kdy vozidlo zpomaluje, řídící elektronika připravuje nezatíţenou část převodovky pro niţší rychlostní stupně. V situaci, kdy je potřeba sníţit rychlostní stupně o dva a více stupňů (například ze šestého na druhý), elektronika celou operaci rozdělí na dvě části. Nejdříve dojde k zařazení ze 6. Na 5. Rychlostní stupeň a tím uvolní hřídel pro zařazení druhého rychlostního stupně. Toto sloţitější podřazení převodovce DSG trvá 0,9 s.
38
Obr. 5.13 Sedmistupňová DSG převodovka AUDI (www.my-gti.com/887/volkswagen-dsg-7-speed-dual-clutch-gearbox-high-output)
5.3.2 CVT převodovky U těchto převodovek se mění převodový poměr plynule v závislosti na jízdních podmínkách. Obecně jsou tyto převodovky označovány CVT (Continously Variable Transmission).
5.3.2.1 Samočinná bezstupňová převodovka s tlačným ocelovým řemenem
Hnací část tvoří čelní planetové soukolí s lamelovými spojkami a řemenice převodovky s plynule nastavitelným průměrem. Unášeč satelitů je pevně spojen s klikovým hřídelem. Pro jízdu vzad je spojena lamelová spojka s korunovým kolem planetového. Hlavní části je variátor, sloţen z dvojice klínových řemenic (hnací a hnané). Kaţdá řemenice je tvořena dvěma ocelovými kuţelovými kotouči, z nichţ jeden kotouč je pevný (nepohyblivý) a druhý je axiálně posuvný. Pevná část hnací řemenice je spojena 39
pevně s centrálním kolem planetového soukolí, axiálně posuvná část je spojena s řadící spojkou pro jízdu vpřed. Pevný kotouč hnané řemenice je spojen s hnaným výstupním hřídelem.
Obr. 5.14 samočinná bezstupňová převodovka s tlačným ocelovým řemenem (Ford CTX) (Ţdánský & Jan, 2001)
40
Obr. 5.15 Článkový ocelový řemen (Ţdánský, Jan, 2001)
Točivý moment se přenáší z hnací řemenice na hnanou, přes ocelový řemen. Tento řemen se skládá z ocelových článků, které jsou navlečeny na ohebných ocelových prstencích. Kaţdý prstenec tvoří deset pásků poloţených na sebe. Točivý moment se přenáší tlakem z jednoho článku na druhý.
Převodový poměr Převodový poměr se mění pomocí změny průměrů hnací a hnané řemenice (axiálním posuvem pohyblivých řemenic). Převodovka je ovládána hydraulicky nebo elektrohydraulicky a v závislosti na poloze volící páky, rychlosti vozidla, polohy akcelerátoru se pomocí hydraulických válců mění průměry řemenic.
41
Obr. 5.16 princi činnosti variátoru (Ţdánský & Jan, 2001)
42
5.3.2.2 Vario převodovka
U převodovky Vario je od motoru poháněn unášeč satelitů převodů (1). Od korunového kola je poháněn hydrogenerátor (2). Planetové kolo je přes ozubené kolo spojeno se skupinovou převodovkou (5).
Obr. 5.17 Uspořádání převodovky Vario (Bauer a kol. 2006)
43
Hydrostatický
převodník
je
sloţen
z axiálního
regulačního
pístového
hydrogenerátoru a regulačního hydromotoru. Regulační u hydrogenerátoru -30° aţ 45°. Planetové soukolí tvoří část mechanické. Převodovka pracuje ve čtyřech stavech: neutrál, rozjezd a zrychlování, nejvyšší rychlost a jízda vzad.
Obr. 5.18 Schéma převodovky Vario (Bauer a kol. 2006)
Režimy jízdy
Neutrál Točivý moment motoru je přiváděn na unášeč satelitů (5). Výstupní částí planetového převodu je planetové kolo (4), které se neotáčí. Satelity se odvalují po planetovém kole a roztáčí korunové kolo, které přes převod otáčí hydrogenerátorem.
44
Hydromotoru je nastaven na maximální geometrický objem. Jelikoţ hydrogenerátor nedodává tlak oleje, hydromotor se neotáčí a tím i planetové kolo. Rozjezd a zrychlování Točivý moment motoru je přiváděn na unášeč satelitů (5). Změny nastávají, kdyţ se u hydrogenerátoru začne měnit úhel α k maximálnímu vyklonění α = 45° a začne se zvětšovat jeho geometrický objem. Regulační blok hydromotoru zůstává v poloze maximálního sklonu, ale jiţ se otáčí. V planetovém soukolí se začne otáčet planetové kolo (4) a vozidlo se začíná pohybovat. Hydrogenerátor stále zvětšuje svůj geometrický objem a do okamţiku dosaţení α = 45° a regulační blok hydromotoru se začne pohybovat směrem k poloze α → 0°. Vozidlo zrychluje při klesající úhlové rychlosti korunového kola (3). Maximální rychlost Nastane v okamţiku, při kterém hydromotor dosáhne polohy α = 0°. Tím dojde k vyřazení hydrostatické části (korunové kolo 3 stojí a působí jako reakční člen, regulační blok hydrogenerátor je stále vykloněn) a výkon je veden pouze mechanickou větví od motoru na unášeč, satelity a planetové kolo (4). Za tohoto stavu dosáhne planetové kolo (4) nejvyšší úlohové rychlosti. Nejvyšší pojezdová rychlost přesáhne 50 km/h. Jízda vzad Jízda vzad je způsobena vykloněním hydrogenerátoru (6) z polohy α = 0° na opačnou stranu neţ pro jízdu vpřed. Moment motoru je veden stejnou cestou jako v ostatních případech. Hydromotor má na počátku regulace geometrický objem (Vg = 0). Protoţe je hydrostatický převodník reverzační, dojde ke změně pracovního reţimu. Hydromotor nyní pracuje jako hydrogenerátor a hydrogenerátor jako hydromotor. Po změně začne hydrogenerátor zvyšovat geometrický objem a hydromotoru se začne otáčet. Úhlová rychlost korunového kola (3) se bude zvyšovat ve směru modré šipky (obr. 2.47) a planetové kolo (4) změní smysl otáčení. Točivý moment je přenášen do skupinové převodovky, kde lze zařadit synchronizační spojkou polní (0,02 – 32 km/h) nebo silniční (0,02 – 50 km/h) rozsah (jízda vpřed). Pro jízdu vzad jsou k dispozici dva 45
rozsahy: polní 0,02 – 20 km/h a silniční 0,02 – 38 km/h. Ve skříni převodovky je umístěn pohon přední nápravy a vývodového hřídele. (Bauer a kol. 2006)
Obr. 5.20 Kinematika planetového převodu převodovky Vario (Bauer a kol. 2006)
5.3.2.3 Převodovka John Deere – AutoPowr
Převodovka AutoPowr byla vyvinuta firmou John Deere. Uspořádána je ze dvou planetových soukolí, plnící funkci slučovacího (P) a reverzačního (R) převodu (obr. 5.21). Řazení probíhá dvěma lamelovými spojkami (KL, KS) a jednou lamelovou brzdou (B). Lamelové spojky ovládají jízdní rozsahy a lamelová brzda slouţí pro jízdu vzad. Regulační hydrogenerátor tvoří hydrostatický převodník (regulace geometrického objemu se provádí naklápěním bloku hydrogenerátoru v obou směrech pod úhlem αmax = 45°, pístový hydromotoru pracuje s konstantním geometrickým objemem). Převodovka pracuje ve čtyřech základních stavech: neutrál, rozjezd a zrychlování, nejvyšší rychlost a jízda vzad. 46
Obr. 5.21 Uspořádání převodovky AutoPowr 1 – hydromotor, 2 – soukolí pohonu hydrostatického převodníku, 3 – soukolí poháněné hydrostatickým převodníkem, 4 – slučovací planetové soukolí, 5 – reverzační soukolí, 6 – řazení skupin (Bauer a kol. 2006)
47
Obr. 5.22 Schéma převodovky AutoPowr p1,2,3 – planetová kola, k1,2 – korunová kola, s1,2,3 – satelity, u – unášeč, B – lamelová brzda, KL a K – lamelové spojky (Bauer a kol. 2006) Neutrál (unášeč – u stojí, spojka – KL zapnutá) Točivý moment je přiváděn do hydrostatického převodníku soukolím (1) a současně veden do slučovacího planetového převodu (P), kde pohání planetové kolo (p1). Úhlová rychlost korunového kola (k1) je regulována hydrostatickým převodníkem přes soukolí (2). Regulační blok hydrogenerátoru je nakloněn pod úhlem α = -45° a korunové kolo (k1) proto dosahuje nejvyšší úhlové rychlosti, ale v opačném smyslu, neţ kterým se otáčí planetová kola (p1,2). Jelikoţ jsou obvodové rychlosti korunového kola (k1) a planetového kola (p2)stejné, ale opačného smyslu, unášeč (u) se zastaví. Spojkou (KL) je tento stav přenesen na další převodová ústrojí.
48
Jízda vpřed 1. rychlostní rozsah (0 aţ 15,2 km/h, spojka KL zapnutá) Nastavení hydrostatického převodníku je stejné jako v neutrálu. Sníţením úhlové rychlosti korunového kola (k1) se uvede do pohybu unášeč (u) a tím i traktor. Sníţení úhlové rychlosti korunového kola (k1) způsobí přibliţování regulačního bloku hydrogenerátoru k poloze α = 0° a jeho další vyklonění aţ α = + 45°. Při nejvyšší pojezdové rychlosti (v prvním rychlostním rozsahu) se korunové kolo (k1) otáčí stejným smyslem jako planetová kola (p1,2) a unášeč (u) (obr. 2.51).
2. rychlostní rozsah (15,2 aţ 63 km“h, spojka KS zapnutá) V okamţiku dosaţení nejvyšší úhlové rychlosti unášeče (u) dochází k rozepnutí spojky (KL) a zapnutí spojky (KS). Následkem toho se stane výstupní částí planetové kolo (p2). Vlivem sniţování geometrického objemu hydrogenerátoru se začne zpomalovat korunové kolo (k1). Jakmile bude poloha regulačního bloku α = 0°, korunové kolo (k1) se zastaví. Pojezdová rychlost je nyní 38 km/h. Další zrychlení planetového kola (p2) se dosáhne vykloněním regulačního bloku hydrogenerátoru aţ do polohy α = -45°. Nejvyšší pojezdová rychlost přesáhne 50 km/h. Jízda vzad (0 aţ 18 km/h, brzda B zapnutá) Ke změně smyslu jízdy dochází při zabrzdění lamelové brzdy (B), kterou se zastaví korunové kolo (k2). Regulační blok hydrogenerátoru má sklon α = -45°. Jakmile se začne sklon regulačního bloku přibliţovat k = -45°. Jakmile se začne sklon regulačního bloku přibliţovat k α = 0°, korunové kolo (k1) zpomaluje a unášeč (u) zrychluje. Jeho pohyb se přenáší do planetového převodu (R). Vlivem zastaveného korunového kola (k2) a satelitů (s2, s3) se začne otáčet planetové kolo (p3) v opačném smyslu neţ unášeč (u), viz obr. 5.23 (Bauer a kol. 2006)
49
Obr. 5.23 Kinematika planetového převodu převodovky AutoPowr (Bauer a kol. 2006) Možnost ovládání pojezdu Pojezd lze ovládat pohybem páky nebo pedálem pojezdu. Nastavení pojezdové rychlosti lze rozdělit dvou rozsahů, např. 0 aţ 12 km/h a druhý rozsah se automaticky nastaví na 12 aţ 50 km/h. Rozsah rychlostí lze měnit během jízdy pomocí otočného potenciometru, umístěného na ovládací páce. Reverzace je ovládána páčkou. Traktor je vybaven ovladačem reţimu jízdy se čtyřmi polohami. První poloha, značí práci s vývodovým hřídelem, druhá orbu a kypření, třetí dopravu a poslední pevný převodový poměr. Další moţností je potenciometr (tempomat) otáček, kterým lze nastavit otáčky motoru v rozmezí 1500 aţ 2200 n/min a management traktoru potom upřednostňuje nastavenou hodnotu otáček pře pojezdovou rychlostí. (Bauer a kol. 2006) 50
6 TRENDY V POHONECH
Je pravda, ţe jsme jako spotřebitelé velice konzervativní, a to i z důvodu přetrvávajících mýtů o automatické převodovce, podle kterých je „poruchová s velkými náklady na opravu“ a je s ní spojená „vysoká spotřeba pohonných hmot“, ale tato argumentace platila v 70. a 80. letech, kdy se automatické převodovky začaly vyvíjet. Podobné tvrzení ještě nedávno platilo o dieselech, tvrdilo se, ţe jsou „hlučné a líné“, ale podívejme se na 90. léta, kdy přišly na trh motory s přímým vstřikem TDI, následně systém pumpe düse (čerpadlo - tryska tzv. PD) a později common rail CDI (MercedesBenz), HDI (PSA – Citroën, Peugeot), JTD (Fiat, Alfa Romeo), které se dnes stoprocentně vyrovnají svým výkonem benzinovým motorům. (http://www.autoplace.cz/cz/dulezite-informace/proc-automat-4/)
V otázce automatických převodovek převládá v ČR neinformovanost. Příkladem opačného přístupu je americký trh, který vţdy udával vývojový trend u automobilů. V USA je 95 % vozidel osazeno automatickou převodovkou. Tento trend přešel i do států Evropy, např. v Německu či Švýcarsku je dnes v určitých kategoriích vozidel stejné procentní zastoupení vozů s automatickou převodovkou jako ve Spojených státech. Důvodem větší obliby u spotřebitelů jsou technicky vyspělé automatické převodovky 21. století, se kterou si vozidlo řadí v optimálním reţimu jízdy, prakticky bez postřehnutí řidiče. Jelikoţ kaţdý automat má vlastní řídicí jednotku, která si vyměňuje informace o otáčkách motoru, teplotě a reţimu jízdy s centrální řídící jednotkou vozu a dle těchto parametrů jsou měněny rychlostní stupně. Automaty jsou dnes v naprosté většině případů minimálně pětistupňové. Poslední vývoj svědčí o růstu počtu rychlostních stupňů, objevily se i automatické převodovky s 8 rychlostními stupni. Dnešní automaty mají moţnost sekvenčního řazení, tj. moţnost přepnout řazení do manuálního reţimu („sportovně“), a to buď přímo na řadicí páce (pohyb páky dopředu a dozadu +, -), nebo na volantu. Rozdíl sekvenčního řazení automatické převodovky oproti manuální převodovce je pouze v tom, ţe se nepouţívá spojkový pedál a tím je hnací síla přenášena kontinuálně. 51
Vozy s dnešními automatickými převodovkami mají totoţnou spotřebu jako vozy s převodovkou manuální, a u motorů s větším obsahem dokonce niţší! Tvrzení, ţe jsou automatické převodovky více poruchové, je způsoben neinformovaností. Jsou sloţené z různých průměrů lamel a hydraulických ventilů, které jsou stále ponořeny ve speciálním oleji. Většina automatických převodovek je bezúdrţbová, olejová náplň je celoţivotní a je předpokládána ţivotnost aţ 500 tisíc kilometrů. Mechanicky je automatická převodovka jednodušší oproti klasické převodovce, která obsahuje velký počet ozubených kol, které do sebe vzájemně zapadají a mohou se snadno poškodit špatným způsobem řazení nebo horší funkčností spojky. Z pohledu ţivotnosti jsou automatické převodovky velmi dobré, protoţe vydrţí prakticky po celou dobu ţivotnosti vozidla, za podmínky, ţe v automatické převodovce musí stále být dostatek kvalitního oleje, proto je nutná kontrola těsnosti v pravidelných servisních intervalech. Na rozdíl od klasické mechanické převodovky, u které dochází k pravidelnému běţnému opotřebení, po kaţdých cca 200 000 km dle typu uţívání můţe být opotřebená spojka, která je sloţená z přítlačného talíře, lamely a loţiska (cena opravy se pohybuje okolo 15.000 Kč dle typu vozu). Další podstatnou výhodou je vysoká bezpečnost provozu s automatickou převodovkou, nedojde k tomu, aby došlo k zastavení motoru na křiţovatce, jak tomu bývá u manuálních převodovek vlivem rychlého pouštění pedálu, kdy se spojka nedostane do skluzu a tak nedovolí plynulé rozjetí, ale rázové přenesení kroutícího momentu přes převodovku na kola a motor pro nedostatečný výkon ztratí otáčky na nulu. Snadno se rozjíţdí do kopce, snadno se parkuje a nesmíme také zapomenout, ţe jízda je velice komfortní, a to zejména v městském provozu.
52
7 ZÁVĚR Jak jiţ bylo psáno v závěrečné práci, o informovanost o automatických převodovkách v ČR kaţdý ví, ţe spotřeba paliva a cena jednotlivých převodovek je vyšší a tím poptávka niţší oproti státům kde jsou tyto převodovky velkým trendem, např. USA. Ale tyto informace jsou mylné, dnešní systémy řízení automatických převodovek dokáţou komfortní jízdu, s rozdílnou spotřebou 0,4 – 0,6 litrů/100 km. Nehledě na to, ţe ţivotnost této převodovky díky hydraulickému systému ovládání a přenosu momentů, je aţ 2krát větší a údrţba prakticky ţádná. Hlavní pokrok mezi převodovkami oproti dřívější době je, ţe dříve se pouţívaly pouze 3° planetové převodovky a jednotlivé prvky byly brzděny pomocí pásové brzdy nebo ovládány pomocí lamelových spojek a pouţití těchto systémů s hydrodynamickým měničem mělo za následek, ţe výkon motoru nebyl 100% vyuţit. V dnešní době se k ovládání pouţívají proporcionální ventily s integrovanou elektronikou a celý systém, je podle naprogramování přesnější neţ člověk, který nepozná, kdy vozidlo potřebuje změnit rychlostní stupeň a kdy pojede nejhospodárněji. V současné době je také kladen důraz na sníţení emisí výfukových plynů. S touto souvislostí je úzce spjata spotřeba paliva, na které má svoji zásluhu i volba převodovek a reţim jízdy a během příštích let se jistě očekává další sniţování těchto emisních norem.
53
8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. VLK, F., 2006: P evody motorových vozidel. Nakladatelství a vydavatelství VLK, Brno, 371 s. 2. JAN Z., ŢDÁNSKÝ B., 2001: Automobily: P evody 2. 3. vyd. Nakladatelství Avid s.r.o., Brno, 129 s. 3. BAUER F., SEDLÁK P., ŠMERDA T., 2006: Traktory. Nakladatelství Profi Pres, s.r.o., Praha, 192 s. ISBN 80-86726-15-0 4. Pro automat? [online]. 2008 [cit. 2011-04-05]. Dostupný z WWW: < http://www.autoplace.cz/cz/dulezite-informace/proc-automat-4/> 5. P evodovka DSG[online]. 2009 [cit. 2011-04-05]. Dostupný z 6. WWW:
54
9 SEZNAM POUŽITÝCH PŘÍLOH Obr. 3.1 Diagram F-v pro vozidlo s dvoustupňovým převodem 11 Obr. 3.2 Diagram F-v pro vozidlo s pětistupňovou převodovkou 11 Obr. 3.3 pilový diagram 12 Obr. 4.1 schéma hydrodynamické spojky s motorem 17 Obr. 4.2 Hydrodynamická spojka kombinovaná se suchou třecí spojkou
18
Obr. 4.3 Závislost momentového součinitele hydrodynamické spojky na skluzu Obr. 4.4 spolupráce spalovacího motoru s hydrodynamickou spojkou 21 Obr. 4.5 Hydrodynamický měnič
22
Obr. 4.6 proudění kapaliny v hydrodynamickém měniči při rozjezdu 24 Obr. 5.1 schéma planetového soukolí
26
Obr. 5.3 Rychlostní plán na satelitu 27 Obr. 5.4 Funkce planetového převodu
29
Obr. 5.5 převody pro jednoduché planetové soukolí a moţná uspořádání 30 Obr. 5.6 spojení dvou planetových soukolí
31
Obr. 5.8. hydrodynamický měnič se spojkou pro řazení převodových stupňů
33
Obr.5.9 polosamočinná třístupňová převodovka Simca 1000 GLA 33 Obr. 5.10 Schéma polosamočinné převodovky ZF – Transmatic Obr. 5.11 polosamočinná převodovka ZF – T
35
35
Obr. 5.12 Schéma převodovky VW DSG 37 Obr. 5.13 Sedmistupňová DSG převodovka AUDI
39
Obr. 5.14 samočinná bezstupňová převodovka s tlačným ocelovým řemenem 40 Obr. 5.15 Článkový ocelový řemen 41 Obr. 5.16 princi činnosti variátoru
42
Obr. 5.17 Uspořádání převodovky Vario 43 Obr. 5.18 Schéma převodovky Vario 44 Obr. 5.20 Kinematika planetového převodu převodovky Vario
46
Obr. 5.21 Uspořádání převodovky AutoPowr 47 Obr. 5.22 Schéma převodovky AutoPowr
48
Obr. 5.23 Kinematika planetového převodu převodovky AutoPowr
55
50
21
