Porównujemy automatyczne skrzynie biegów: sekwencyjne, dwusprzęgłowe, CVT

Za ojczyznę automatycznej skrzyni biegów uważa się Stany Zjednoczone. Już w 1904 roku pewna firma w Bostonie zaproponowała dwubiegowy automat. Działanie tego mechanizmu było co prawda bardzo zawodne, ale idea trafiła na podatny grunt i w USA zaczęły się pojawiać różnego rodzaju konstrukcje z samoczynnym przełączaniem biegów.

Jednak pierwsza automatyczna skrzynia biegów, która budową i działaniem przypomina obecne przekładnie, pojawiła się dopiero tuż przed II wojną światową. Była to przekładnia Hydra-Matic opracowana przez koncern General Motors.

REKLAMA

Przekładnia hydrauliczna

Pośród automatycznych skrzyń biegów najbardziej rozpowszechnione (jak na razie) są przekładnie hydrauliczne. To skomplikowany mechanizm, który składa się najczęściej z zespołu sprzęgła hydrokinetycznego lub przekładni hydrokinetycznej z kilkoma przekładniami planetarnymi.

Koła zębate w przekładniach planetarnych są łączone lub blokowane za pomocą odpowiednich sprzęgieł ciernych i hamulców wielopłytkowych (wielotarczowych) lub pasowych. Ponadto nieodzownym elementem przekładni hydraulicznej jest olej, którym w całości jest wypełniona skrzynia biegów.

Zmiana przełożeń następuje przez blokowanie różnych zestawów kół słonecznych współpracujących ze sprzęgłami jednokierunkowymi, przez sprzęgła tarczowe (przeważnie wielopłytkowe), hamulce taśmowe itp. elementy cierne, napędzane siłownikami hydraulicznymi.

Konstrukcyjnymi rozwinięciami hydraulicznej skrzyni biegów są skrzynie hydrauliczno-elektryczne (posiadające np. dodatkową funkcję redukcji biegu, tzw. kickdown) oraz skrzynie ze sterowaniem elektronicznym. W tym przypadku przekładni może mieć kilka trybów pracy, np. sport czy komfort.

Wzrosła tez liczba przełożeń. Pierwsze hydrauliczne automaty miało trzy przełożenia. Obecnie standardem jest pięć, sześć przełożeń, ale są już konstrukcje, które maja ich dziewięć.

Szczególnym rodzajem przekładni automatycznej jest sekwencyjna skrzynia biegów (nazywana także skrzynią półautomatyczną). W tego typu mechanizmie biegi można zmieniać za pomocą dźwigni, która przesuwa się tylko do przodu lub do tyłu i zmienia biegi o jeden w górę lub w dół albo za pomocą łopatek, które są umieszczone przy kierownicy.

Takie rozwiązanie jest możliwe dzięki zastosowaniu elektronicznego mikropocesora, który steruje pracą przekładni. Sekwencyjne skrzynie biegów stosowane są powszechnie w bolidach Formuły 1, zaś w samochodach seryjnych spotykane są m.in. w Audi, BMW, Ferrari.  

Zdaniem eksperta
Witold Rogowski, sieć ProfiAuto:

- Zaletą hydraulicznych automatycznych skrzyń biegów jest przede wszystkim komfort jazdy, czyli brak konieczności ręcznej zmiany przełożeń. Poza tym tego typu przekładnie chronią silnik przed przeciążeniami, oczywiście pod warunkiem prawidłowej eksploatacji przekładni. Skrzynia dostosowuje się do prędkości obrotowej silnika i sama wybiera odpowiednie przełożenie. Natomiast główną wadą jego mechanizmu jest duże zużycie paliwa. Automatyczne przekładnie są duże i ciężkie, dlatego nadają się przede wszystkim do dużych, mocnych silników, z którymi bardzo dobrze współpracują. Pewną wadą tych przekładni jest także to, że na rynku wtórnym można się natknąć na wyeksploatowany egzemplarz.

Bezstopniowe skrzynie biegów

Przekładnia bezstopniowa jest rodzajem automatycznej skrzyni biegów, ale o dość specyficznej budowie. Spotykane są dwa rozwiązania – skrzynia tradycyjna z przekładniami planetarnymi oraz obecnie częściej spotykana skrzynia CVT (Continously Variable Transmission).

W tym pierwszym przypadku za zmianę biegów odpowiada przekładnia planetarna. Konstrukcja przypomina układ słoneczny w miniaturze. Do wyboru przełożeń wykorzystuje ona zespół kół zębatych, z których największe ma uzębienie wewnętrzne (tzw. koło pierścieniowe). Natomiast wewnątrz znajduje się centralne koło (tzw. słoneczne) połączone z głównym wałem skrzyni, a wokół są kolejne koła zębate (czyli satelity). Zmiana biegów następuje poprzez blokowanie i załączanie poszczególnych elementów przekładni planetarnej.

Z kolei skrzynia CVT jest przekładnią bezstopniową ze stałozmiennym przeniesieniem napędu. Posiada ona dwa zespoły kół stożkowych, które połączone są ze sobą paskiem klinowym lub łańcuchem wielopłytkowym. W zależności od obrotów silnika stożki są zsuwane, czyli regulowana jest średnica, na której pracuje pasek. W ten sposób zmienia się przełożenie.

Zdaniem eksperta
Witold Rogowski, sieć ProfiAuto:
- Skrzynie bezstopniowe, dzięki stosunkowo niewielkim wymiarom i niskiej masie, znajdują zastosowanie w samochodach kompaktowych i miejskich, które napędzane są mniejszymi silnikami. Zaleta tych przekładni jest bezobsługowość. Nie zaleca się w nich nawet wymiany oleju i wytrzymują podobne przebiegi jak silnik. Poza tym moment zmiany przełożeń jest praktycznie niezauważalny. Nie są też tak drogie, jak skrzynie hydrauliczne i nie mają dużego wpływu na cenę pojazdu. Natomiast największą wadą są spore opóźnienia w reakcji na naciśnięcie pedału gazu, czyli straty mocy. Wiąże się to też z podwyższonym zużyciem paliwa. Skrzynie bezstopniowe nie nadają się do współpracy z silnikami turbodoładowanymi.

Na dwa sprzęgła

Od kilku lat karierę robi przekładnia dwusprzęgłowa. Taka skrzynia biegów jako pierwsza na rynku pojawiła się na początku tego wieku w samochodach Volkswagena, choć wcześniej spotykana była w autach rajdowych i w wyścigowych modelach Porsche. Chodzi o przekładnię DSG (Direct Shift Gearbox - z ang. skrzynia z bezpośrednim przełożeniem). Obecnie takie skrzynie występują już u wielu producentów, m.in. w autach marek koncernu Volkswagena, a także w BMW czy Mercedesach AMG lub Renault (np. Megane i Scenic).

Skrzynia dwusprzęgłowa jest to połączenie skrzyni mechanicznej i automatycznej. Skrzynia może działać w pełnym trybie automatycznym, jak i z funkcją umożliwiającą manualne przełączanie biegów.
Najważniejsza cechą konstrukcyjną tej przekładni są dwa sprzęgła, czyli tarcze sprzęgłowe, które mogą być w wersji suchej (słabsze silniki) lub mokre, pracujące w kąpieli olejowej (mocniejsze silniki). Jedno sprzęgło obsługuje biegi nieparzyste oraz bieg wsteczny, drugie sprzęgło obsługuje biegi parzyste. Z tego powodu można mówić o dwóch równolegle przełączanych skrzyniach biegów zamkniętych we wspólnej obudowie.

Oprócz dwóch sprzęgieł są jeszcze po dwa wałki sprzęgłowe i po dwa wałki główne. Dzięki takiej konstrukcji kolejny, wyższy bieg cały czas jest gotowy do natychmiastowego uaktywnienia. Auto jedzie np. na trzecim biegu, ale bieg czwarty jest już wybrany, lecz jeszcze nieaktywny. Po osiągnięciu momentu obrotowego idealnego do zmiany biegów otwiera się sprzęgło nieparzyste odpowiedzialne za realizację trzeciego biegu, podczas gdy sprzęgło parzyste zamyka się w celu uaktywnienia biegu czwartego, czyli koła na osi napędowej cały czas odbierają moment obrotowy z silnika. Proces przełączania biegów zajmuje około czterech setnych sekundy, czyli krócej niż trwa mrugnięcie powieką.
Niemal wszystkie przekładnie dwusprzęgłowe są wyposażone w dodatkowe tryby pracy, np. sport.

Zdaniem eksperta
Witold Rogowski, sieć ProfiAuto:

- W przekładni dwusprzęgłowej nie występuje przerwanie przepływu momentu obrotowego. Dzięki temu samochód ma bardzo dobre przyspieszenie. Poza tym silnik pracuje on w optymalnym zakresie momentu obrotowego. Do tego dochodzi jeszcze jeden atut - zużycie paliwa jest w wielu przypadkach mniejsze niż w przypadku skrzyni manualnej. Wreszcie skrzynie dwusprzęgłowe są bardzo trwałe. Jeśli użytkownik pilnuje wymiany oleju co 60 tys. km, to praktycznie są nie do zdarcia. Jednak na rynku wtórnym spotkane są auta, w których podkręcono licznik i w takim przypadku trudno o zachowanie prawidłowego okresu serwisowania takiej przekładni. Zresztą można się też natknąć na samochody, w których tych przeglądów nie przestrzegano i skrzynia jest po prostu wyeksploatowana. Zagrożeniem dla tych przekładni jest także uszkodzenie dwumasowego koła zamachowego, bo wtedy niepożądane drgania są przenoszone na mechanizm skrzyni. Minusem skrzyń dwusprzęgłowych jest też wysoka ich cena. 

Wojciech Frelichowski