Przekładnia hydrokinetyczna - dlaczego pełni tak ważną rolę?

Przekładnia hydrokinetyczna

Przekładnia hydrokinetyczna nazywana jest roboczo zmiennikiem lub przetwornikiem momentu obrotowego, co dokładnie oddaje specyfikę jej pracy, gdyż element ten pełni funkcję sprzęgła i jest montowany między skrzynią biegów, a silnikiem spalinowym - z reguły bezpośrednio do obudowy koła zamachowego. 

W skład hydrokinetycznego układu napędu jazdy wchodzą następujące elementy: przekładnia hydrokinetyczna, mechaniczna skrzynia biegów oraz mosty napędowe.

Zasada działania przekładni hydrokinetycznej 

Przekładnia hydrokinetyczna wykorzystuje energię cieczy (oleju) i umożliwia zwiększenie momentu obrotowego nawet do 3.5 raza, a największą wartość uzyskuje podczas ruszania, gdy maszyna jest najbardziej obciążona. 

Wartość momentu obrotowego jest w sposób bezpośredni zależna od prędkości wirowania cieczy, a w niektórych maszynach zastosowano innowacyjne rozwiązanie polegające na dołożeniu przekładni planetarnej do przekładni hydrokinetycznej celem zwiększenia maksymalnego momentu obrotowego oraz poprawienia sprawności układu.

Funkcje przekładni hydrokinetycznej

Przekładnia, czyli zmiennik momentu obrotowego, pełni bardzo istotną rolę w maszynie – umożliwia samoczynne i ciągłe przenoszenie momentu obrotowego, co z kolei przekłada się na płynną pracę całej skrzyni biegów oraz zwiększa wytrzymałość układu napędowego. 

Aby zwiększyć sprawność zmiennika, jak również całego układu, zaraz po uruchomieniu silnika spalinowego należy podgrzać olej w przekładni, a dobrą praktyką skracającą ten czas jest zahamowanie maszyny hamulcem zasadniczym.

Proces sprzęgania ma charakter łagodny, co wpływa na wydłużenie żywotności podzespołów, biorących udział w całym procesie. To właśnie ten niepozorny element chroni silnik spalinowy przed ryzykiem jego przeciążenia wskutek wzrastających obciążeń zewnętrznych.

Poza tym warto wspomnieć również o łagodnym rozruchu, wysokiej kulturze pracy oraz skutecznym tłumieniu drgań skrętnych. Cechą wyróżniającą jest brak sztywnego połączenia, dzięki czemu w sytuacji przeciążenia przekładni, nie ma niebezpieczeństwa przeciążenia układu napędowego.

Tego typu rozwiązanie technologiczne sprawdza się tam, gdzie płynność jazdy jest ważniejsza od dynamiki.

Jak to w życiu bywa – nie ma rozwiązań idealnych i w tym przypadku również są również wady, do których należą m.in. wzrost zużycia paliwa czy produkowanie zbyt dużej ilości ciepła. Regeneracja tego elementu z reguły nie należy do najtańszych.

Budowa i zasada działania

Do podstawowych elementów konstrukcyjnych zmiennika zalicza się pompę, turbinę, tłumik drgań skrętnych oraz jednokierunkową kierownicę. To właśnie zastosowanie wirnika kierownicy jest tym elementem, który odróżnia przekładnię od zwykłego sprzęgła hydrokinetycznego.

Wirnik pompy połączony jest z silnikiem spalinowym (a  dokładniej z wieńcem koła zamachowego lub wałem korbowym). Z kolei wirnik turbiny łączy się z wałkiem wyjściowym oraz skrzynią biegów. Oba wirniki nie są ze sobą połączone w sposób bezpośredni, a odległość między nimi jest niewielka i zazwyczaj wynosi ok 2-3 mm.

Wraz z rozruchem silnika spalinowego, rozpoczyna się w przekładni przepływ oleju, który kierowany jest na wirnik pompy. Następnie (w wyniku osiągnięcia odpowiedniej wartości energii kinetycznej) olej przemieszcza się do wirnika turbiny, co z kolei powoduje jego ruch.

W ten właśnie sposób energia kinetyczna wykorzystując ruch wirowy cieczy zamieniana jest w energię mechaniczną.  Prędkości pracy pompy i turbiny są różne, dzięki czemu pozostają w ruchu.

Bardzo istotnym elementem budowy jest wirnik kierownicy, który odpowiada za wzmocnienie momentu obrotowego o tzw. moment reakcyjny kierownicy. W skrócie kierownica zmienia parametry energetyczne cieczy.

Między wirnikiem pompy i wirnikiem turbiny występuje poślizg, tzn. liczba obrotów wchodzących do przekładni jest wyższa od liczby obrotów wychodzących.

Bardzo interesującym rozwiązaniem jest  zastosowanie blokady przekładni (sprzęgła mostkującego), która działa w pewnych trybach pracy likwidując ten poślizg i tym samym chwilowe spadki mocy. Dzięki temu następuje przeniesienie napędu bez poślizgu, co odbywa się w sposób sprawny i niezauważalny.

Załączanie blokady przekładni (czyli uruchomienie tzw. lock-upu) następuje poprzez naciśnięcie dedykowanego przycisku na konsoli sterującej, a regulacja tej funkcji (odbywająca się w sposób automatyczny) uwzględnia wiele sygnałów, przede wszystkim moment obrotowy silnika oraz to jaki bieg jest w danym momencie.

Dzięki zastosowaniu lock-upu zmniejsza się spalanie, a także poprawia się sprawność i dynamika jazdy. 

Olej tylko dobrej jakości!

Obieg oleju w zmienniku jest bezpośrednio połączony z cyrkulacją oleju w skrzyni biegów – do przekładni pobierany jest on z misy olejowej skrzyni biegów za pomocą pompy zębatej (poprzez filtr ssawny).

W porównaniu do układów hydrostatycznych, olej w układach hydrokinetycznych musi spełniać bardziej rygorystyczne wymagania pod względem jakościowym (odpowiednia lepkość, odporność na utlenianie i pienienie, dobre właściwości smarne oraz odpowiednia charakterystyka cierna).

Zazwyczaj stosuje się oleje ATF (Automatic Transmission Fluid), które produkowane są na bazie odpowiednich olejów syntetycznych lub mineralnych i wzbogacone są odpowiednimi dodatkami uszlachetniającymi. Charakteryzują się one również specjalnym, zazwyczaj czerwonym lub zielonym kolorem, aby w sposób wyraźny odróżniał się od oleju silnikowego.

Dobierając olej do danej przekładni bezwzględnie należy przestrzegać wytycznych producenta i postawić na jakość. Źle dobrany może doprowadzić do uszkodzeń i awarii. Opis norm i dokładną specyfikację olejową znajdziemy w książce serwisowej. Inwestując w olej dobrej jakości mamy pewność, że nasza przekładnia będzie w skuteczny sposób chroniona.

Olej chłodzony jest obwodem zewnętrznym, a bardzo niebezpiecznym zjawiskiem jest jego przegrzanie się - wśród głównych przyczyn można wymienić przede wszystkim jego zbyt niski poziom czy zabrudzoną chłodnicę.

Co oczywiste, przekładnia hydrokinetyczna jak każdy inny podzespół, z biegiem czasu wypracowuje się i jest narażona na uszkodzenia. Spadek wydajności, falowanie obrotów w trakcie równomiernej jazdy, dziwne odgłosy czy po prostu wrażenie „ślizgającego się” sprzęgła (znane użytkownikom samochodów z manualną skrzynią biegów, w których wypracowane jest już sprzęgło) powinny być impulsem do weryfikacji stanu tego niezwykle ważnego elementu, jakim bez wątpienia jest zmiennik. Regeneracja jest usługą stosunkowo drogą, dlatego częstszą praktyką jest jego wymiana.