Jak działa skrzynia biegów?
Skrzynie biegów to urządzenia używane przez wszystkich kierowców, ale niewielu z nich wie, jak dokładnie działają. Podstawowy podział na przekładnie manualne i automatyczne to dopiero początek, ponieważ istnieje kilka typów automatów. Wyjaśniamy zasady ich działania.
Tradycyjne rozwiązanie
Chodzi o to, że silnik spalinowy ma dość wąski zakres obrotów, w których dysponuje maksymalną mocą i maksymalnym momentem obrotowym. Dlatego zastosowanie przełożenia potrafiącego zamienić tę samą prędkość obrotową silnika na różne prędkości obrotowe kół było konieczne.
Oprócz tego skrzynia biegów umożliwia jazdę w dwóch kierunkach - do przodu i do tyłu. Wsteczny bieg pomaga w manewrowaniu i znacznie ułatwia życie kierowcom.
To pierwszy i do tej pory najchętniej wybierany w Europie rodzaj skrzyni biegów. Dawniej przekładnie nie miały synchronizatorów i zazwyczaj tylko dwa lub trzy biegi do przodu plus bieg wsteczny.
Aby je zmieniać, należało zainicjować wyłączenie danego przełożenia, a później znów wysprzęglać i włączać inny bieg.
Zastosowanie synchronizatorów znacznie ułatwiło korzystanie ze skrzyni biegów. Dzięki temu pracują ciszej, są trwalsze i nie ma konieczności precyzyjnego dobierania obrotów silnika do włączania danego biegu.
Obecnie na rynku dostępne są skrzynie manualne z siedmioma biegami do przodu. Takie rozwiązanie można spotkać w najnowszych autach Porsche i Chevroletach Corvette'ach.
Planetarne skrzynie biegów
Prace nad pierwszymi automatami służącymi do zmiany biegów trwały już na początku XX wieku. Dwubiegowa przekładnia z mechanizmem odśrodkowym z 1904 roku zmieniała bieg na wyższy, kiedy rosły obroty silnika, a także potrafiła redukować bieg, kiedy te obroty spadały. Problematyczny okazał się wtedy dobór materiałów, które zniosą przeciążenia. Finalnie skrzynie się psuły i uniemożliwiały korzystanie z auta.
Dwubiegowy automat miał w ofercie Ford od 1908 roku (w modelu T).
Z czasem udoskonalono działanie planetarnej przekładni, która zmieniała biegi za pomocą hydraulicznego urządzenia. Kilka dekad później rolę decyzyjną przejął komputer. Obecnie automatyczne skrzynie mają nawet 9 przełożeń. Wszystko po to, aby w czasie, kiedy pełna moc silnika nie jest potrzebna, móc zredukować obroty i oszczędzać paliwo.
BMW M3 E46 SMG
Takie rozwiązanie wprowadzono, ponieważ producenci uznali, że kierowcy samochodów o mocnych silnikach często doprowadzali do przedwczesnego zużycia sprzęgła i innych elementów napędu. Dlatego wymyślono, że pedał sprzęgła i lewarek zmiany biegów zastąpią specjalne siłowniki, które są bardziej precyzyjne i będą lepiej współpracować z przepustnicą silnika, aby zmiany biegów na wyższe były bezpieczne dla suchego sprzęgła.
Jak tylko dopracowano to rozwiązanie, podjęto próby przyspieszania procesu zmiany biegów, ponieważ tempo pracy pierwszych zautomatyzowanych skrzyń było wolniejsze od możliwości profesjonalnych kierowców. Przykładem takiej sytuacji była przekładnia SMG w BMW M3 E46.
Lexus e-cvt
Kariera skrzyń CVT trwa już ponad pół wieku i przez ten czas rozwiązanie to nie zdobyło uznania kierowców samochodów osobowych. Co ciekawe, obecnie wszystkie skutery są wyposażone w taki rodzaj przekładni, a w świecie czterech kółek spotkamy je najczęściej w autach hybrydowych takich jak Lexusy czy Toyoty.
Zaletą tego rozwiązania jest np. to, że skrzynia utrzymuje cały czas optymalne obroty silnika, a oprócz tego pracuje niezwykle płynnie.
Zastosowanie w niej dwóch kół pasowych, które dzięki mechanicznemu rozwiązaniu zmieniają przełożenia, zbliżając się do siebie lub oddalając, pozwala na osiąganie optymalnego stosunku pomiędzy maksymalną mocą i momentem obrotowym, a ekonomiką jazdy. Z tego punktu widzenia CVT jest o wiele bardziej efektywna od skrzyni manualnej, bo potrafi na bieżąco odczytywać intencje kierowcy i szybko reagować na styl jego jazdy.
Skrzynia ta ma relatywnie prostą konstrukcję, dzięki czemu obserwujemy jej powszechne stosowanie w skuterach, ale niestety nie nadaje się do aut o sportowym charakterze.
Co ciekawe, europejscy kierowcy wielokrotnie narzekali, że w czasie jazdy autem z CVT mają niewystarczające poczucie kontroli nad samochodem, dlatego producenci zastosowali możliwość trybu pracy skrzyni, który symuluje zmiany przełożeń za pomocą drążka zmiany biegów, łopatek za kierownicą czy też specjalnych przycisków.
Volkswagen
To tak naprawdę dwie skrzynie biegów i dwa sprzęgła w jednej obudowie. Pomysłowo stworzono dwa wałki z przełożeniami. Jeden z nich odpowiada za biegi parzyste, a drugi za nieparzyste.
Komputer analizuje styl jazdy kierowcy i kiedy np. jedzie on na dwójce i przyspiesza, steruje sprzęgłami tak, aby na drugim wałku był wpięty trzeci bieg. Zmiana dokona się niemal nieodczuwalnie i bez przerwy w dostarczaniu momentu obrotowego na koła.
Przełączanie sprzęgieł jest błyskawiczne, chyba że kierowca w czasie sportowej jazdy dźwignią, łopatkami lub przyciskami wywoła redukcję o dwa biegi. Wtedy skrzynia musi wykonać niestandardowe działanie i potrzebuje na to trochę więcej czasu.
Rozwiązanie stosowane jest w samochodach Audi, Volkswagen, Skoda, Porsche, BWM czy też Mercedes-Benz i jest tak chętnie wybierane przez klientów, że w najbliżej przyszłości prawdopodobnie wszyscy producenci będą mieli w ofercie taki rodzaj skrzyni.
Jakub Tujaka, Wirtualna Polska
