5.1     Construcția și principiul de funcționare al cutii de viteze complet automate

Cutia de viteze cu convertizor de cuplu

Cutia de viteze cu convertizor de cuplu este un tip de transmisie automată ce utilizează un convertizor de cuplu pentru a transmite puterea de la motor la cutia de viteze, eliminând necesitatea unui ambreiaj mecanic.

Cutia de viteze cu convertizor de cuplu (Figura 5.1) este alcătuită din următoarele componente:

Convertizor de cuplu (Convertizorul hidrodinamic)

Convertizorul hidrodinamic are rolul de a transmite cuplul motorului către reductorul planetar. În convertizorul hidrodinamic, energia mecanică a motorului este transformată în energie dinamică a uleiului ATF. Ulterior, această energie este reconvertită în energie mecanică, punând în mișcare reductorul planetar. Convertizorul hidrodinamic este alcătuit din următoarele componente principale (Figura 5.2):

-  Roata turbinei - Aceasta preia cuplul motorului și îl transmite către reductorul planetar prin intermediul uleiului ATF.

-  Roata de pompare - Este acționată direct de motor și produce fluxul de ulei ATF care circulă prin sistem.

-  Statorul - Statorul crește eficiența energetică a convertizorului de cuplu prin accelerarea debitului și menținerea direcției corecte a fluxului de ulei, sprijină motorul prin amplificarea energiei cinetice a fluidului pentru a permite pompei să funcționeze mai rapid și previne încetinirea acesteia prin eliminarea contracurenților datorită unei mufe unisens (cuplaje unidirecționale).

Funcționare: Roata de pompă, care este totodată carcasa convertizorului, este antrenată direct de motor, având același număr de rotații. Sub acțiunea forței centrifuge, uleiul ATF curge între paletele roții de pompă, de la centru către exterior. Acesta este direcționat către roata turbinei de peretele interior al carcasei convertizorului. Energia hidrodinamică este captată de paletele roții turbinei, determinând rotirea acesteia. Astfel, energia hidrodinamică este transformată în mișcare mecanică de rotație. Uleiul ATF curge înapoi către axul convertizorului prin paletele statorului, care direcționează uleiul către roata de pompă. În convertizorul de cuplu, uleiul ATF circulă într-un circuit închis.

La creșterea turației, eficiența convertizorului hidrodinamic scade. La turații marii, convertizorul hidrodinamic transmite doar până la 85% din cuplul motorului.

În carcasa convertizorul hidrodinamic este integrat un ambreiaj de blocare, care are rolul de a transmite cuplul motorului fără pierderi. Când ambreiajul de blocare este activat, hidrodifuzorul transmite mecanic cuplul motorului către axul primar al cutiei de viteze.

Ambreiajul de blocare este montat pe canelurile axului primar al cutiei de viteze. Acesta include o garnitură de frecare în formă de inel, amplasată pe arborele primar a cutii de viteze. Când ambreiajul de blocare este activat, garnitura de frecare se apasă pe carcasa convertizorul hidrodinamic, care este fixată cu șuruburi pe volantul motorului (Figura 5.3).

Pentru activarea ambreiajului de blocare, unitatea de comandă a transmisiei automate (AKP) și supapa electromagnetică de reglare a presiunii N218, schimbă direcția fluxului de lichid de transmisie (ATF). Astfel, aerul este evacuat din cavitatea din fața ambreiajului, iar ATF-ul ajunge în partea din spate a acestuia. Ambreiajul se activează datorită diferenței de presiune.

Când ambreiajul de blocare este dezactivat, uleiul ATF trece către partea din față a ambreiajului de blocare, iar de acolo ajunge în hidrodifuzor. Presiunea pe ambele părți ale ambreiajului este echilibrată.

Reductor planetar

Cutiile de viteze automate cu convertizor de cuplu permit schimbarea treptelor de viteză fără întreruperea fluxului de putere, ceea ce este foarte convenabil. Acest lucru se datorează utilizării transmisiei planetare (Figura 5.4). Din acest motiv, mecanismele planetare fac parte din construcția tuturor cutiilor de viteze automate cu convertizor de cuplu.

Transmisia planetară este formată din 2 până la 4 reductoare planetare, conectate între ele prin intermediul unor ambreiaje. Un reductor planetar este alcătuit din următoarele componente principale:

Roata centrală sau solară – reprezintă componenta centrală a sistemului.

Sateliți – un număr de roți dințate (de obicei între trei și șase) care sunt montate pe un port-satelit.

Port-satelit– ansamblul care fixează sateliții și permite mișcarea lor în jurul roții solare.

Roata coroanei externe – echipată cu dinți interiori care intră în contact cu sateliții.

Toate componentele (roata solară, sateliții, port-satelitul și roata coroanei) sunt conectate la arbori diferiți. Componentele reductorului planetar trebuie să fie blocate, fie antrenate din exterior pentru a asigura funcționarea corectă a transmisiei. Pentru a permite aceste operațiuni, arborii componentelor reductorului planetar sunt proiectați să iasă în exterior și să fie conectați cu arborii intermediari. Problema conectării a fost rezolvată prin utilizarea arborilor goi, conectați reciproc printr-un angrenaj dințat (formă de clopot).

Tipuri de transmisii automate bazate pe reductoare planetare

Configurațiile transmisiei planetare simple cu un singur mecanism planetar

Când roata coroanei este fixă, iar roata solară se rotește: (Figura 5.5 a)

Se obține un raport mare de transmisie, viteza de rotație a elementului condus este redusă, iar cuplul este amplificat.

Când roata solară este fixă, iar roata coroanei se rotește: (Figura 5.5 b)

Se obține un raport mic de transmisie, viteza de rotație a elementului condus este mai mare, iar cuplul este redus.

Când port-satelitul este fix, iar roata solară se rotește: (Figura 5.5 c)

Direcția de rotație a roții coroanei sau a elementului condus este inversată față de direcția de rotație a roții solare. 

Figura 5.5. Configurațiile transmisiei planetare simple cu un singur mecanism planetar

Configurațiile transmisiei planetare cu două reductoare planetare cu un port-satelit comun

Port-satelitul are două grupuri de sateliți: (Figura 5.6)

-          Sateliți scurți, de diametru mare: în contact cu roata solară mică.

-          Sateliți lungi, de diametru mic: în contact cu roata solară mare și cu sateliții scurți.

Dispune de o singură roată coroanei care este în contact cu sateliții scurți.

Particularități:

Fluxul de putere iese întotdeauna din transmisie prin roata coroanei.

Permite realizarea a 4 viteze înainte și una pentru marșarier.

Datorită dimensiunilor compacte, această transmisie este ideală pentru vehicule cu tracțiune pe față.

Figura 5.6. Configurațiile transmisiei planetare simple cu două reductoare planetare cu un port-satelit comun

Transmisia automată cu mai multe reductoare planetare dispuse secvențial: (Figura 5.7)

Raporturile de transmisie necesare se obțin prin combinarea raporturilor de transmisie ale reductoarelor individuale.

Cuplaje multidisc de frecare și frâne (multidisc și cu bandă)

În fiecare cutie de viteze care include cel puțin un mecanism planetar, schimbarea treptelor de viteză se realizează prin transferul puterii prin frecare, utilizând ambreiaje multidisc. Aceste ambreiaje transferă puterea de la arborele roții turbinei la reductorul planetar.

Ambreiajele multidisc sunt formate din discuri interne și externe, conectate la componentele rotative (Figura 5.8). Discurile sunt montate alternativ, formând cavități. Atunci când cuplajul nu este activ, între discuri se creează cavități care se umplu cu ulei, permițând discurilor să se rotească fără rezistență.

Discurile de frecare sunt presate unul împotriva celuilalt de un piston hidraulic, acționat de presiunea uleiului (Figura 5.9). Când cuplajul este dezactivat, presiunea care presează discurile de frecare este eliminată de arcuri (fie arcurile cuplajului, fie cele ale discurilor).

Supapele cu bilă (amplasate în piston sau în suportul discurilor) asigură o reducere rapidă a presiunii la dezactivarea cuplajului, permițând uleiului să se scurgă.

Frânele multidisc (Figura 5.10).

Frânele multidisc sunt utilizate pentru blocarea anumitor componente ale reductorului planetar. Acestea sunt similare ca structură cu ambreiajele multidisc și, de asemenea, conțin discuri interne și externe. Discurile interne sunt conectate la o piesă rotativă prin intermediul unor proeminențe, în timp ce discurile externe sunt fixate la carcasa cutiei de viteze.

Când frâna este activată, pistonul hidraulic presează discurile de frecare unul împotriva celuilalt. Spre deosebire de ambreiajul multidisc, pistonul hidraulic din frâna multidisc nu se mișcă.

Frânele cu bandă (Figura 5.11).

Frâna cu bandă reprezintă o soluție constructivă suplimentară utilizată în transmisia automată (AKP) pentru fixarea anumitor componente ale mecanismului planetar. Aceasta constă într-o bandă de oțel, care servește drept element de fricțiune, înconjurând o frână multidisc montat pe arborele transmisiei. Frâna multidisc se rotește liber atunci când frânacu bandă nu este activată. Un capăt al benzii de frână este fixat de carcasa cutiei de viteze, în timp ce celălalt capăt este acționat de un piston hidraulic, care, prin aplicarea presiunii, determină oprirea completă a tamburului.

Cupla cu gheare (Figura 5.13) este mai complexă decât cea cu role, însă permite transmiterea unui cuplu motor mai mare în cadrul unui mecanism de dimensiuni similare. Ghearele, având o formă de gantere, sunt amplasate într-un separator elastic între inelul interior și cel exterior, separatorul menținând ghearele în poziții prestabilite.

În direcția de rotație liberă, ghearele se înclină, permițând mișcarea fără restricții. În schimb, atunci când cupla începe să se rotească în direcția opusă, ghearele se blochează, împiedicând mișcarea. Atunci când motorul funcționează în regim de turație forțată la ralanti, fluxul de putere își schimbă direcția spre invers. În acest context, cupla cu rotație liberă se decuplează, prevenind frânarea motorului, la fel cum se întâmplă în cazul cuplelor libere utilizate la biciclete. Din acest motiv, frânele sau ambreiajele funcționează concomitent cu cupla cu rotație liberă.

Unitatea mecatronică

Blocul de control al transmisiei hidraulice pentru schimbarea treptelor de viteză reprezintă centrul de gestionare a presiunii lichidului ATF. Presiunea lichidului ATF este reglată de acest bloc în conformitate cu semnalele de comandă transmise de unitatea electronică de control a transmisiei și este distribuită către componentele mecanismului de schimbare a treptelor de viteză.

De obicei, blocul de control al transmisiei este compus din mai multe module de supape. În interiorul blocului de supape sunt montate diverse tipuri de supape (supape de comutare, supape electromagnetice de control și supape pentru reglarea presiunii). În plus, acesta conține și conductele de ulei ale sistemului hidraulic. (Figura 5.14)

Conductele de ulei din cadrul blocului de supape nu se intersectează direct. Toate intersecțiile necesare sunt realizate prin intermediul unor canale prevăzute în blocul intermediar. Acest lucru permite formarea canalelor de ulei în diferitele module de supape dispuse una peste alta.

Supapele (inclusiv supapele electromagnetice), care sunt acționate electric pe baza semnalelor transmise de unitatea electronică de control, sunt amplasate pe partea exterioară a blocului de supape. Această amplasare permite un acces ușor pentru întreținere și înlocuire. Supapele electromagnetice din cadrul blocului de supape de control deschid și închid canalele către cuplajele multidisc și frânele corespunzătoare pentru activarea anumitor trepte de viteză.

Blocul de control al transmisiei hidraulice este, în general, montat sub carcasa transmisiei. În acest caz, unele dintre conductele de ulei se află în interiorul carcasei transmisiei. Aceste conducte pot fi, de asemenea, integrate în plăci separate pentru transportul uleiului.

Cutia de viteze continuu variabilă (CVT)

Cutia de viteze CVT are următoarele componente:

Cutia de viteze CVT poate fi dotată fie cu hidrotransformator, fie cu mecanism planetar, în funcție de designul și tipul specific de transmisie. Nu este obligatoriu ca ambele componente să fie prezente în aceeași unitate. (Figura 5.16)

·  Cutia de viteze CVT cu hidrotransformator utilizează convertizorul de cuplu pentru a decupla motorul de cutia de viteze atunci când vehiculul staționează, oferind o funcționare lină.

·  Cutia de viteze CVT cu mecanism planetar folosește un sistem de roți planetare pentru a asigura variația continuă a raportului de transmisie.

În unele cazuri, ambele tehnologii pot fi combinate pentru a oferi o performanță optimă în funcție de necesitățile vehiculului, dar acest lucru nu este valabil pentru toate modelele de cutii CVT.

• Fulie principală (fulie conducătoare). Aceasta este conectată la motor prin intermediul convertizorului de cuplu sau al hidrotransformatorului.

• Fulie secundară (fulie condusă). Aceasta este conectată la arborele de ieșire.

• Cureaua metalică de transmisie. Aceasta leagă fulia principală de fulia secundară.

• Ambreiajul hidraulic. Asigură deplasarea autovehiculului înainte și înapoi.

Când motorul acționează fulia principală, fulia secundară se va roti, iar autovehiculul va fi pus în mișcare.

Fiecare fulie a variatorului de turație al cutiei de viteze CVT este compusă din două jumătăți: o jumătate fixă și o jumătate mobilă. Prin deplasarea acestor jumătăți una spre cealaltă, se modifică diametrul fuliei, iar astfel se schimbă raza de înfășurare a curelei metalice. Părțile mobile ale celor două fulii se deplasează axial, fiind acționate de cilindri hidraulici care sunt alimentați cu presiune hidraulică.

5.1                  Operații de diagnosticare și mentenanță al cutii de viteze complet automate

Operațiile de diagnosticare și mentenanță ale cutiei de viteze complet automate sunt esențiale pentru asigurarea unei funcționări optime și prelungirea duratei de viață a transmisiei. Aceste procese includ identificarea simptomelor de defecțiuni, stabilirea cauzelor posibile, aplicarea unor metode de diagnosticare precise și implementarea soluțiilor corective necesare. Mai jos sunt prezentate simptomele comune, cauzele, metodele de diagnosticare și soluțiile de remediere pentru cutiile de viteze complet automate. Aceste soluții sunt generale și pot varia în funcție de modelul specific al transmisiei automate.