Mi a sebességváltó és hogyan működik?
Sebességváltó - Minden autónak sok alkatrésze van, valójában több ezer, de néhány rendszer, amely szabályozza, hogy mit és hogyan csinál az autó, fontosabb lehet, mint mások. A sebességváltó az egyik legfontosabb, hiszen nélküle a motorból származó erő nem jutna el a kerekekhez, és az autója nem sokat érne.
A sebességváltó egy mechanikus eszköz, amely lehetővé teszi egy jármű számára, hogy különböző sebességeken mozogjon anélkül, hogy a motor túlterhelné magát vagy alacsony hatékonysággal működne. A váltás során a sebességváltó megváltoztatja a motor nyomatékát és fordulatszámát, így optimális teljesítményt biztosítva különböző vezetési körülmények között. Ezáltal a jármű gazdaságosabban és hatékonyabban használhatja a motor erejét, javítva ezzel a vezetési élményt és a üzemanyag-fogyasztást.
A ma forgalomban lévő autók többségében kétféle sebességváltó létezik: automata és kézi váltó. Ezek működéséről mindjárt részletesebben is szólunk, de fontos megjegyezni, hogy az utóbbi években számos más sebességváltó-típus is egyre nagyobb teret hódít. A duplakuplungos sebességváltó a kézi váltóhoz hasonló elvek alapján működik, de számítógépes vezérléssel, áthidalva a kézi és az automata közötti szakadékot. A fokozatmentes sebességváltó (CVT) teljesen eltekint az egyes fokozatoktól, és az erőátviteli arányt egy szabályrendszer szerint növeli. Az elektromos autóknak pedig gyakran egyáltalán nincs is sebességváltójuk, szigorúan véve csak egyetlen fix áttétel közvetíti az erőt a kerekekhez.
Sebességváltó alapfogalmak
Mielőtt azonban belemerülnénk a kézi és az automata sebességváltók működésébe, meg kell határoznunk néhány kulcsfogalmat:
- Fogaskerék: ebben az összefüggésben a fogaskerék fogazott kerekek összessége, amelyek együttesen határozzák meg vagy változtatják meg a jármű motorjának fordulatszáma és a kerekek fordulatszáma közötti kapcsolatot. Ez a kifejezés a vezető által választható egyes sebességfokozatok leírására is szolgál, amelyek valójában a bemeneti és a kimeneti tengelyen kiválasztott fogaskerekek áttételét jelentik.
- Áttétel: egy fogaskerék-készlet be- és kimeneti tengelyeinek forgási sebessége közötti arány.
- Tengelykapcsoló: a jármű motorjának és erőátviteli rendszerének összekapcsolására és szétkapcsolására szolgáló mechanizmus.
- Sebességváltó: a jármű motorjától a kerekekhez történő erőátvitelre szolgáló mechanizmus.
- Váltókar: olyan vezérlőkar, amellyel a járművezető a jármű sebességváltójának aktuális fokozatát (vagy sebességtartományát) kezeli.
- H-mintázat: a sebességfokozatok elrendezése, általában a váltókar gombján, ahol a sebességfokozatok párhuzamos sorokba vannak rendezve, egy "H"-ra emlékeztető mintázat
Most pedig térjünk rá, hogyan működik a két leggyakoribb sebességváltó-típus.
Az automata sebességváltó messze a legnépszerűbb típus az utakon, és a legnépszerűbb az új járművek eladásában. A kézi váltó azonban egyszerűbb felépítésű és működésű, ezért a leírást ezzel kezdjük. A kézi sebességváltó működésének nagy része hasonló, illetve analóg módon átvihető az automata sebességváltók tanulmányozására.
Kézi sebességváltó
Legegyszerűbb formájában a kézi sebességváltó egy tengelypár, a bemeneti és a kimeneti tengelyek mentén elhelyezkedő fogaskerekekből áll. Az egyik tengelyen lévő fogaskerekek a másik tengelyen lévő fogaskerekekbe kapcsolódnak. A bemeneti tengelyen kiválasztott fogaskerék és a kimeneti tengelyen kapcsolt fogaskerék közötti eredő áttétel határozza meg az adott "sebességváltó" teljes áttételét.
A vezető a kézi sebességváltókban a sebességváltókar mozgatásával választja ki a fokozatokat, amely egy olyan összekötőszerkezetet kapcsol be, amely a fogaskerekek mozgását vezérli a bemeneti tengelyen. A kar előre- vagy hátrafelé történő mozgatásával az adott kapcsolószerkezeten rendelkezésre álló két fokozat közül lehet választani; a négy fokozatú autók két kapcsolószerkezetet használnak; az öt- vagy hatfokozatú autók három kapcsolószerkezetet használnak. A vezető a váltókar jobbra és balra történő mozgatásával vált a váltókarok között.
A kézi sebességváltó sebességfokozatának bekapcsolásához a vezető benyomja a kuplungpedált, és ezzel leválasztja a motort a sebességváltó bemeneti tengelyéről. Ez felszabadítja a bemeneti tengelyen lévő fogaskerekek mozgását, mivel amikor a motor nyomatékot küld a bemeneti tengelyen keresztül, a rajta lévő fogaskerekek kapcsolódva vannak. Miután a tengelykapcsoló megszakította a motor és a sebességváltó közötti kapcsolatot, a felhasználó kiválasztja a megfelelő sebességfokozatot (pl. első, harmadik, hátramenet), és felengedi a tengelykapcsolót, így a motor újra bekapcsolja a bemeneti tengelyt, és a kiválasztott áttétellel hajtja az autót.
A kézi sebességváltók egy kuplungpedállal és egy váltóval rendelkeznek, amelyet a vezető kézzel használ a sebességváltáshoz. Az ilyen típusú sebességváltók egy sor fogaskerékből állnak egy tengelypáron, amelyet bemeneti és kimeneti tengelynek neveznek.
A kézi sebességváltó esetében a vezetőnek kell kiválasztania a megfelelő fokozatot, és be- vagy kikapcsolnia a tengelykapcsolót. A sebességváltó egy lendkerékkel, nyomólemezzel és kuplunggal kapcsolja be és ki a motort a sebességváltóból.
A lendkerék és a nyomólap a motorhoz van csatlakoztatva. A tengelykapcsoló közöttük helyezkedik el, és a váltó bemeneti tengelyéhez van rögzítve. A "kuplung benyomása" kifejezés a nyomólap kioldását jelenti. Minden váltáskor először be kell nyomni a kuplungot.
A következőkben a kézi sebességváltók különböző típusai szerepelnek.
Kettős tengelykapcsolós sebességváltó
Ez a sebességváltó két tengelykapcsolót használ, amelyek lehetnek nedves vagy száraz tengelykapcsolók. Az egyik tengelykapcsoló a páros fokozatokat (2, 4 és 6) működteti. A másik tengelykapcsoló a páratlan fokozatokat (1, 3, 5 és hátramenet) működteti. A duplakuplungos sebességváltók gyakoriak voltak a régebbi autókban, és még mindig megtalálhatók a modern versenyautókban. A mai duplakuplungos automatizált kézi sebességváltóknál, amelyeket néha duplakuplungos váltónak is neveznek, egy számítógép vezérli a tengelykapcsolót és a váltást, áthidalva a kézi és az automata sebességváltó közötti szakadékot.
Nem szinkronizált
Az első kézi sebességváltók szinkronizálatlanok, vagy "nem szinkronizáltak" voltak. Kődarálónak is nevezték őket, mert a vezetők összecsiszolták a fogaskerekeket, hogy megpróbálják őket összeilleszteni. A tehergépkocsik egészen az 1960-as évek elejéig ezt a sebességváltó típust használták, mivel ezek a sebességváltók nagyon erősek voltak.
Szinkronizált/állandó áttételű
A szinkronizált/állandósult fogazású sebességváltók folyamatosan mozgásban tartják a csoportos fogaskereket, a hajtóművet és a főtengely fogaskerekeit. Ezek a sebességváltótípusok betéteket használnak a fogaskerekek lassítására. Ez kiküszöböli a kettős kuplungolás szükségességét.
Automatizált
Az automatizált sebességváltó, amelyet néha AMT-nek is neveznek, olyan kézi sebességváltó, amelyben a váltást és a kuplungot számítógép vezérli. Az AMT-t nehéz teherautókban használják.
Egykuplungos
Az egykuplungos egy kézi sebességváltó, amelyben a számítógép vezérli a váltást és a kuplungot. A váltás és a kuplung vezérlése lehet elektromos, hidraulikus vagy elektrohidraulikus. Az egykuplungos sebességváltók népszerűsége kezdett elhalványulni, mivel a kettős tengelykapcsolók képesek voltak kezelni a megnövekedett nyomatékot.
Előválasztó
Az előválasztó egy vákuumos vagy hidraulikus váltóvezérléssel ellátott kézi sebességváltó volt, amelyet leginkább az 1930-as évektől az 1950-es évek elejéig használtak. Alapvetően bármilyen előremeneti sebességfokozatot is választottak, a kuplung következő bekapcsolásakor az adott sebességfokozatba váltott.
A kézi sebességváltó előnyei és hátrányai
Előnyök
Amellett, hogy szórakoztató vezetni (azok számára, akik tudják, hogyan kell!), a sebességváltós járművek több szempontból is előnyösek a vezetők számára:
- Könnyebb karbantartani. Mivel kevésbé bonyolultak, mint az automaták, kisebb az esélye annak, hogy valami elromoljon. A kuplung az egyetlen olyan elem, amely általában javításra szorul, de a legtöbbször erre több százezer kilométeren keresztül nincs szükség.
- Sebváltóolaj használata. Ez a folyadék kevésbé gyorsan használódik el, és nem igényel gyakori cserét.
- Jobb üzemanyag-fogyasztás. Az automata járművek nyomatékváltóval és hidraulikus szivattyúval rendelkeznek, ami megfosztja az autót az üzemanyag-hatékonyság egy százalékától. Akik kézi váltós járműveket vezetnek, akár 15 százalékkal is növelhetik az üzemanyag-fogyasztást.
- Több kontroll. Az automata járművekben található nyomatékváltó nélkül könnyebb a fékezés.
- Olcsóbb. Általában a vadonatúj kézi váltós járművek olcsóbbak, mint automata társaik.
Hátrányok
- Tanulási görbe. Aki kézi váltóval tanul vezetni, számíthat arra, hogy az első néhány menet során rángatózni és akadozni fog, miközben hozzászokik a kuplunghoz és a váltás időzítéséhez.
- Nehézségek a dombokon. A dombon való megállás és az újra elindulás kényelmetlen és ijesztő is lehet. Mivel a jármű visszagurul, a járművezetők a forgalomban sokszor hátragurulnak vagy elakadnak.
- Fájdalom a kuplungtól. A bal lába állandó használatban van, ha botváltós autót vezet. Idővel ez igénybe veszi a láb ízületeit, és fájdalmat okozhat.
Automata sebességváltó
Egy automata sebességváltóban ugyanez a lényeges folyamat zajlik, de mindez a színfalak mögött történik. Az egyik fő különbség az automata és a kézi sebességváltó között az, hogy az automaták nem használnak tengelykapcsolót (általában legalábbis). Ehelyett az automata sebességváltó egy nyomatékváltóra támaszkodik a motor és a sebességváltó szétkapcsolásához.
A nyomatékváltó folyadékdinamikai elvek alapján működik, amelyek túlságosan technikaiak ahhoz, hogy részletesen tárgyaljuk őket a mögöttük lévő matematika és tudomány nélkül, de az alapfeltevés egyszerű: amikor a motor lassan forog, nagyon kevés nyomaték kerül át a folyadékon és a turbinán keresztül a nyomatékváltóba. Amikor a motor gyorsan forog, a motor szinte teljes nyomatéka átkerül a sebességváltóba. A nyomatékváltó az oka annak, hogy az automata sebességváltós autók üresjáratban és "hajtásban" "kúsznak" előre. Ekkor a motor nyomatékának egy kis része a sebességváltó bemeneti tengelyére jut.
Mivel a nyomatékváltó kezeli a sebességváltó bemeneti tengelyének a motorból történő csatlakoztatását, a sebességváltóban lévő fogaskerekek a vezető közvetlen beavatkozása nélkül végezhetik a munkájukat. De hogyan találja ki az automata sebességváltó, hogy melyik fokozatra van szükség, majd hogyan választja ki azt a fokozatot? Az alapfeltevés ugyanaz, mint a kézi sebességváltónál, de a cél elérésének módja nagyon eltérő.
Ahelyett, hogy a fogaskerekek két párhuzamos tengely mentén helyezkednének el, mint a kézi sebességváltóknál, az automata sebességváltó egyetlen koncentrikus tengelyt használ, amelyen belül és egymás körül "bolygóműves" elrendezésben fogaskerekek sorakoznak.
Ez a bolygómű-készlet úgy működik, hogy az egyik fogaskeréknek a másikhoz való kapcsolása révén megváltoztatja a bemeneti és a kimeneti sebességek arányát, és a rendelkezésre álló áttételek tartományát kínálja attól függően, hogy melyik fogaskerék melyikhez van kapcsolva. Ahelyett azonban, hogy egy váltókarral vezérelnék, egy összetett hidraulikarendszer szabályozza, hogy egy adott időpontban melyik bolygóműves fogaskerék-készlet van bekapcsolva. Ezt a hidraulikus vezérlőrendszert viszont egy elektronikus vezérlőegység vezérli, amelyet az automata sebességváltó motorjának megfelelően programoznak.
Mindezek a fogaskerék-készletek egy sor belső tengelykapcsolón keresztül kapcsolódnak a motor bemenetéhez, amelyeket szintén a számítógép és a hidraulikus rendszer vezérel, hogy meghatározzák a kimeneti tengelyen keresztül a kerekekhez vezető hajtótengelyre kimenő áttételt.
Az automata sebességváltó előnyei
Az automata sebességváltó legnagyobb előnye az, hogy kuplung nélkül vezethet, nem úgy, mint ahogyan a kézi sebességváltó esetében szükséges. Számos fogyatékossággal élő személy is képes vezetni automata váltóval, mivel a működtetéshez csak két használható végtagra van szükség.
A kuplung hiánya miatt nem kell figyelni a kézi váltásra és a fordulatszámmérő figyelése sem a szükséges váltások elvégzéséhez, így több figyelmet fordíthat a vezetés feladatára.
Sok járművezető emellett úgy találja, hogy alacsony sebességnél könnyebb irányítani az automata sebességváltót, mint a kézi váltót. A hidraulikus automata sebességváltó az úgynevezett üresjárati kúszás jelenségét hozza létre, amely üresjáratban is előrehaladásra ösztönzi a járművet.
A legtöbb nagy SUV és teherautó hagyományos automata sebességváltóval rendelkezik. Íme néhány kifejezés, amelyet általában az automata sebességváltókkal társítanak.
- Közvetlen váltós sebességváltó: A DSG-nek is nevezett közvetlen váltós sebességváltó két kuplunggal rendelkezik, amelyek váltakozva kapcsolnak ki a sebességváltáskor. A DSG-k sima gyorsulást és gyors váltást biztosítanak.
- Tiptronic: A tiptronic sebességváltó lehetővé teszi, hogy az automata sebességváltót kézzel, a váltókar és/vagy a kormánykerék kezelőszervei segítségével kapcsolják. Hátránya, hogy a számítógép felülbírálja/nem engedélyezi a kézi üzemmódot, ha a sebességváltó a beállított paramétereken kívül van.
- Hidraulikus: A hidraulika az automata sebességváltó belsejében lévő nyomás/folyadék.
Az Automata Sebességváltók Hátrányai
Az automata sebességváltók manapság egyre népszerűbbek a kényelem és a felhasználóbarát vezetési élmény miatt. De vajon minden arany, ami fénylik? Bár az automata váltók kényelmi szintjét nehéz tagadni, fontos tisztában lenni bizonyos hátrányaikkal is, mielőtt elköteleződnénk mellettük. Nézzük meg részletesen, miért nem mindig az automata sebességváltó a legjobb választás.
Költségek: A Kezdetektől a Karbantartásig
Egyik legfontosabb tényező, amit figyelembe kell vennünk, az az ár. Az automata sebességváltóval rendelkező autók gyakran drágábbak, mint manuális társaik. De nem csak a kezdeti vásárlási árban rejlenek a plusz költségek; a karbantartásuk és javításuk is borsosabb. Az automata váltók összetettebb mechanikai és elektronikai rendszereket tartalmaznak, amelyek specializált szervizelést igényelnek, ezáltal növelve a fenntartási költségeket.
Teljesítmény és Hatékonyság Kérdései
Habár az automata sebességváltók technológiája jelentősen fejlődött az évek során, sok modell esetében még mindig tapasztalható egyfajta teljesítménybeli kompromisszum. Ez különösen észrevehető amikor dinamikus vezetésről van szó, ahol a váltások nem mindig történnek a legideálisabb pillanatban. Ezen felül, néhány automata váltó kevésbé hatékony üzemanyag-felhasználással működik, mint manuális megfelelői, bár ez a különbség az újabb technológiákkal (például a kettős tengelykapcsolós sebességváltókkal) csökkent.
Vezetési Élmény és Kontroll
Sok hagyományos vezető számára, akik szeretik maguk irányítani a járművet, az automata sebességváltó csökkenti a vezetési élményt. Az az érzés, hogy teljes kontroll alatt tarthatjuk az autót a manuális váltás során, valamint az azzal járó precízió és reakcióidő, egy automatával felszerelt autóban gyakran hiányzik. Ez a hátrány különösen érezhető vészhelyzetekben vagy speciális vezetési körülmények között, ahol a gyors és pontos válaszadás kulcsfontosságú lehet.
Az automata sebességváltók kényelmes és felhasználóbarát alternatívát kínálnak, de fontos, hogy tisztában legyünk potenciális hátrányaikkal is. A magasabb költségek, a néha kevésbé optimális teljesítmény és hatékonyság, valamint a csökkent vezetési élmény olyan tényezők, amelyeket mérlegelni kell, mielőtt döntést hozunk. Mint minden autóvásárlási döntés esetében, itt is a személyes preferenciák és szükségletek határozzák meg, hogy mi számít igazán font
CVT (fokozatmentes) sebességváltók
A CVT-nek nevezett fokozatmentes sebességváltók olyan csigakerék-alapú sebességváltók, amelyeket elsősorban kis motorral rendelkező kis járművekben használnak. A CVT-ket évek óta használják többek között hójárókban, ATV-kben. Újabban a hibrid járművekben is népszerűek.
Az alapfelépítés egy elsődleges kis meghajtású és egy másodlagos nagy meghajtású tengelykapcsoló, a kettőt pedig szíj vagy lánc köti össze. A szíj vagy lánc az elsődleges hajtásban alacsonyan, a másodlagos hajtásban pedig magasan helyezkedik el megálláskor.
Gyorsításkor az elsődleges hajtómű összehúzódik, és a szíj vagy lánc felfelé megy, míg ezzel egyidejűleg a másodlagos kitágul, és a szíj vagy lánc lefelé megy.
Forrás