Hydrodynamický měnič

HYDRODYNAMICKÝ MĚNIČ TOČIVÉHO MOMENTU

Hydrodynamická spojka (spojka) a hydrodynamický měnič (měnič) jsou zařízení sloužící k přenosu točivého momentu z hnacího hřídele motoru přímo na automatickou převodovku. Mezi hnacím a hnaným hřídelem obou mechanismů není mechanické spojení, proto přenos rotace z jedné osy na druhou probíhá rovnoměrně a bez jakýchkoliv přerušení či otřesů.

Měnič je nedílnou součástí téměř každé automatické převodovky (výjimku tvoří převodovky DSG, CVT a robotizované převodovky).

Jeho porucha může způsobovat nejenom nepohodlí při jízdě, v podobě otřesů, ale může způsobit i úplnou ztrátu automatické převodovky.Velmi často se totiž správná funkce měniče podceňuje a opomíná se pravidelná revize.

Krátce z historie

Za svůj vznik vděčí rozmachu loďařství.Měnič je vynálezem německého profesora Dr. Ing. Hermanna Föttingera, který si ho nechal patentovat24. 6. 1905 u císařského patentového úřadu pod č. 221422. Prvně byl „Föttingerův transformátor, jak se tehdy měnič nazýval, použit v roce 1909 na remorkéru „Föttinger Transformator“ s pohonem parní turbínou. Později byly tyto mechanismy přizpůsobeny montáži do londýnských autobusů, a pak, kvůli dosažení plynulejšího pohybu, i montáži do automobilů a prvních dieselových lokomotiv.

Stručně o hydrodynamické spojce

• představuje nejjednodušší prvek hydrodynamického přenosu
• dříve se instalovala do vozů s poloautomatickými a automatickými převodovkami
• v současné době je vytlačena hydrodynamickým měničem
  • není schopna zvyšovat předávaný točivý moment (točivý moment hnacího hřídele se tedy rovná točivému momentu hnaného hřídele)

Konstrukce a princip fungování

Uvnitř jsou v těsné blízkosti a v ose umístěna dvě rotující lopatková kola, jedno je spojeno hnacím a druhé hnaným hřídelem. Prostor hydrodynamické převodovky je vyplněn přenosovou kapalinou.

Hnací hřídel se otáčí prostřednictvím motoru.

V prostoru spojky, spolu s hnací hřídelí, cirkuluje i přenosová kapalina. Do cirkulace je postupně zapojován hnaný hřídel, a to díky vysoké viskozitě kapaliny.

Měnič

Automatické převodovky jsou koncipovány především na 6 až 9 rychlostních stupňů, kdy jsou na měnič kladeny skutečně vysoké nároky.

Popis jednotlivých částí měniče

• čerpadlo - vstupní prvek poháněný přímo od motoru
• turbína – výstupní prvek hydraulicky poháněný čerpadlem
• stator – reakční prvek (násobič momentu) na volnoběžné spojce
  • spojka přemostění měniče (blokovací spojka) – mechanicky spojuje čerpadlo s turbínou, je složena z pístu a opěrné desky, spojkové lamely/tlumiče - TCC (mezi pístem a opěrnou deskou) na drážkování turbíny

Funkce: je spojena nebo rozpojena v závislosti na elektronickém signálu řídící jednotka převodovky (TCM). Při sepnutí spojky blokování měniče dojde k přímému pohonu vstupu převodovky motorem. Eliminuje se tak prokluz měniče a tím nežádoucí ztráty. Přenos krouticího momentu je efektivní při nižší spotřebě paliva. Spojka měniče se rozpojuje při nižších rychlostech, nebo když jednotka TCM vyhodnotí podmínky provozu a rozhodne o jejím rozpojení. Torsní tlumič absorbuje torsní vibrace motoru, aby se tyto nepřenášely dále na ostatní díly převodovky (lamelové spojky atd.) anebo na díly připojené k převodovce.

Spojka přemostění měniče je aktivní již od 1 RS a její četnost spínání a rozpínání je skutečně vysoká.

• vnější plášť – mívá tvar podobný anuloidu, je svařen ze dvou polovin, kliková hřídel motoru je pevně spojena s vnějším pláštěm a lopatky čerpadla jsou k němu zevnitř pevně připevněny (buď přivařeny, nebo připájeny), měnič je v podstatě nerozebíratelný – po svaření dvou polovin vnějšího pláště nelze ostatní díly (stator, turbínu, blokovací spojku) vyjmout

Konstrukce a princip fungování

Má složitější konstrukci a vyšší koeficient výkonnosti (COP) než spojka a jeho užitná hodnota v porovnání s hydrodynamickou spojkou je mnohem vyšší.

Mezi motorem a AT převodovkou není žádná pevná mechanická vazba. Přenos krouticího momentu od motoru zabezpečuje právě měnič. V zásadě se jedná o hydrodynamickou spojku doplněnou reakčním prvkem, třetí lopatkové kolo (stator). Slouží k usměrnění proudu kapaliny z turbíny na lopatkové kolo. S rostoucími otáčkami motoru dochází k plynulému přenosu krouticího momentu do lopatkového kola a tím k rozjetí vozidla. V měniči dochází ke ztrátám (obecně 8-15%). K eliminování těchto ztrát slouží spojka přemostění měniče (lock-up), která je umístěna právě v měniči. Prakticky se jedná o třecí spojku, která je ovládaná elektromagnetickým solenoidem dle požadavku řídící jednotky (TCM) automatické převodovky.

S měničem je stator spojen přes jednosměrnou spojku (může se otáčet pouze jedním směrem).

Čerpadlo je spojeno s hnacím kolem motoru, lopatky turbínového kola uvádějí do pohybu přenosovou kapalinu vyplňující vnitřní prostředí měniče. Přenosová kapalina uskutečňuje dva druhy pohybu: přenosný – od lopatek čerpadla k lopatkám turbíny a poměrový – od centra čerpadla k jeho obvodu (v důsledku odstředivých sil). Při nízkých otáčkách hřídele motoru přenosová kapalina zasahuje vnitřní povrch statoru a přiměje ho k rotaci.

Lopatky statoru navádějí přenosovou kapalinu na lopatky turbíny, díky čemuž se využívá kinetická energie jak přenosného tak poměrového pohybu přenosové kapaliny, což zvyšuje celkovou účinnost mechanismu. Část kinetické energie přenosové kapaliny, která není převedena na mechanickou energii turbíny, se přes lopatky statoru vrací na lopatky čerpadla, v důsledku čehož dochází ke zvýšení točivého momentu. Se zvyšující se rychlostí vozidla jednosměrná spojka snižuje frekvenci rotace statoru s cílem blokovat ho. K tomuto dochází, když se frekvence otáček klikového hřídele motoru rovná přibližně třem čtvrtinám z maxima. Měnič přejde do režimu zastavení, v němž se stator na redistribuci pohybu přenosové tekutiny nepodílí.

Lopatky statoru i turbíny mají specifický tvar. V momentu, kdy je průtok přenosové kapaliny naváděn na rubovou stranu lopatek statoru, díky čemuž se stator zaklíní a zůstane nehybný, předává na lopatky oběžného kola maximální množství zbytkové energie přenosové kapaliny, která vzniká při rotaci turbínového kola. Tento provozní režim měniče zabezpečuje maximální přenos točivého momentu.

V automatickém přenosu se točivý moment plně přenáší přes měnič na první, druhý rychlostní stupeň a na zpátečku. Na třetí rychlostní stupeň kolem 40 % točivého momentu je přenášeno prostřednictvím měniče a 60 % s vypnutým měničem přímo na automatickou převodovku (poté, co se dosáhla rychlost vozidla 70 km/h). Ve čtvrtém rychlostním stupni měnič do přenosu točivého momentu zapojen není.

Při rozjezdu vozidla hydrodynamický měnič zvyšuje točivý moment prakticky trojnásobně. V momentě rozběhu (zrychlení) automobilu tedy měnič vykonává užitečnou práci, ale při rovnoměrném pohybu vozidla je jeho použití bezúčelné.

Pokud je blokovací spojka odpojená, točivý moment je do turbíny přenášen přes tlumicí pružiny blokovací spojky. Ve stavu zapojení blokovací spojky, její píst tlačí opěrnou desku k třecímu obložení, tímto dochází k hladkému vyrovnání rotace hnacího a hnaného hřídele, a následně k jejich blokování, což má za následek, že točivý moment se přímo z motoru přenáší na mechanismy transmise.

Blokovací spojka se může pohybovat doleva a doprava. Pro její posunutí doleva, je potřeba, aby se průtok přenosové kapaliny přiváděl do prostoru mezi deskou a tělesem měniče. Tento průtok zabezpečí mechanické rozpojení blokovací spojky a turbíny, což má za následek, že opěrná deska nijak neovlivňuje funkci měniče. Když vozidlo dosáhne vysoké rychlosti, na speciální „příkaz“ ovládaní funkce automatické převodovky, průtok přenosové kapaliny zatlačí opěrnou desku vpravo k tělu měniče. Pro zvýšení síly spojení se na vnitřní stranu pouzdra nanáší třecí vrstva. Dochází tedy k mechanickému blokování čerpadla i turbíny, měnič přestává plnit svou funkci, motor se pevně spojí s vstupní hřídelí automatické převodovky a přenos točivého momentu se uskutečňuje přímo. Při sebemenším brzdění vozidla se blokování samozřejmě okamžitě vypne. Existují i jiné způsoby blokování měniče ale podstata všech je tatáž, a spočívá v eliminaci poměru rotace turbíny a čerpadla.

Výhody a nevýhody spojky a měniče

Přednosti

• možnost plynule měnit točivý moment sloužící na přenos výkonu
• míra maximálního předávaného točivého momentu je ohraničena
• nikdy nemohou předat nadmíru velký točivý moment, tj. takový, který by poškodil mechanismy transmise
• Chrání proti přetížení motoru (zejména při startu)
• měnič slouží jako tlumič vibrací motoru
  • Přítomnost blokovací spojky dovoluje realizovat režim brzdění motorem a zvyšuje efektivitu

Nevýhody

• nízká účinnost, v porovnání se zařízením s pevným mechanickým propojením hnacího a hnaného hřídele
• místo přeměny na potřebný točivý moment na výstupním hřídeli se rotační energie transformuje na teplo, což vede ke zvýšené spotřebě paliva (aby se zvýšení spotřeby paliva zabránilo, měniče se vybavují automatickou blokovací spojkou)

Nezapomeňte na pravidelnou revizi měniče v intervalu každých 120 000 km – prevence je na prvním místě.