Samočinné převodovky - Svět planet

Za sedmdesát let používání samočinných převodovek vzniklo několik koncepcí, kterým se budeme postupně věnovat. Nejpoužívanější je planetová s hydrodynamickým měničem.

Samočinné převodovky vznikly především kvůli pohodlnosti řidičů a usnadnění řízení automobilu. Podle konstrukce a principu se dělí na planetové, bezestupňové s plynule měnitelným převodem (CVT), automatizované (robotizované) a dvouspojkové. Historie automatických převodovek sahá až do čtyřicátých let minulého století do Spojených států amerických, kdy v květnu 1933 automobilka Reo Motor Car Company představila poloautomatickou převodovku Self-Shifter určenou za příplatek 85 dolarů pro model Royal. Byly to vlastně dvě sériově spojené převodovky - první klasická dvoustupňová, proto měl automobil stále tři pedály, druhá také dvoustupňová, ale samočinná.

O čtyř roky později přišel s podobnou konstrukcí Oldsmobile, který svou převodovku nazval Automatic Safety Transmission (AST). I ona byla vybavena spojkovým pedálem, který se ale používal je při změně režimů z Low , kdy převodovka automaticky řadila z první na druhý převod, na High, kdy řadila ze třetí na čtvrtou. Historickým okamžikem byl rok 1939, kdy Oldsmobile představil plně samočinnou čtyřstupňovou převodovku Hydra-Matic s hydraulicky ovládaným planetovým soukolím a hydrodynamickou spojkou. Příplatek za ní vzrostl z původních 58 na 100 dolarů. Momentový měnič se na scéně objevil o devět let později a již v roce 1952 se v USA prodalo dva miliony samočinných převodek. A právě tato koncepce se s většími či menšími úpravami používá dodnes.

Základem tohoto typu převodovek je planetové soukolí, které se skládá z korunového kola s vnitřním ozubením, satelitů, což jsou ozubená kola s vnějším ozubením kroužící na unášeči, a planetového, tzv. centrálního kola.Výhodou planetových převodovek je poměrně široké spektrum převodů, schopnost snášet velké točivé momenty a řadit pod zatížením. Zatímco u klasických manuálních převodovek s čelním ozubením je nutné ji odpojit od motoru, planetová ústrojí mění převodové stupně pomocí spojování nebo zastavování jednotlivých členů soukolí. Proto se hodí k přeplňovaným motorům, neboť při řazení dochází jen k malému poklesu otáček motoru, resp. turbodmychadla a motor je stále v tahu.

Brzdy a spojky jsou ovládány tlakem oleje, který obvykle zároveň maže ozubená kola, cirkuluje v momentovém měniči a má na starosti i samotné ovládání převodovky. Přestože výrobci většinou nepředepisují výměnu olejové náplně, z dlouhodobých zkušeností a v zájmu životnosti se doporučuje měnit ji po 80 000 km. V minulosti řazení pracovalo výhradně na fyzikálním principu, kdy o vhodném okamžiku řazení rozhodovaly tlakové poměry vyvolané dvěma hlavními členy: odstředivý regulátor spojený s hnacími koly a šoupátko s vazbou na plynový pedál a sání motoru. I proto staré převodovky řadily pomalu a trhavě.

Složitý hydraulický okruh s množstvím šoupátek a ventilů tvoří základ i moderních převodovek, vše už ale řídí elektronika a aktivní členy pracují na základě informací od senzorů. Současné planetové převodovky díky tomu řadí mnohem rychleji a téměř bez cukání. Mají vlastní logiku, která se dokáže přizpůsobit stylu jízdy řidiče, profilu silnice a okamžitým jízdním podmínkám. Proto už současné převodovky většinou nemají blokaci rychlostí pro brzdění motorem, neboť řídicí program na základě údajů od senzorů rozpozná jízdu z kopce a nedovolí zařadit vyšší stupeň.Vedle plně samočinného režimu řazení už je samozřejmostí ruční volba voličem, oblíbené jsou páčky na volantu. Některé převodovky již dokonce ani nemají mechanickou vazbu mezi voličem na středové konzoli a převodovkou (např. Toyota Prius, Audi A8, BMW 5 nebo Mercedes-Benz S).

Tím, jak rostly výkony motorů a požadavky na snižování spotřeby, zvyšoval se počet rychlostních stupňů. První převodovky si vystačily se třemi, resp. čtyřmi, na což stačilo jednoduché planetové soukolí. Časem se ale jejich odstupňování ukázalo jako nevhodné (velký rozdíl mezi první a druhou rychlostí), proto vznikly složitější typy se dvěma planetovými soukolími Ravigneaux a Simpson. Ty se od sebe liší počtem planetových kol a satelitů nebo provedením korunového kola, převodové rozsahy ale mají podobné.

V polovině devadesátých let se na trhu objevily pětistupňové převodovky, které už měly vedle dvojitého planetového soukolí navíc ještě jedno jednoduché. Důležitým mezníkem bylo uvedení šestistupňové převodovky ZF 6HP26 ve vozech BMW v roce 2003, která používala soukolí Ravigneaux doplněné o zcela nové, teprve na konci minulého století patentované, jednoduché soukolí nazvané podle svého vynálezce Lepelletier. Díky němu klesl počet řadicích členů z šesti na pět, čímž se snížily ztráty, zrychlilo řazení a celkový rozsah vzrostl na 6,04 (první automaty měly kolem 4). Ve stejném roce však Mercedes-Benz trumfoval sedmistupňovou převodovkou 7G-Tronic tvořenou jedním dvojitým soukolím Ravigneaux a dvěma jednoduchými planetovými soukolími.

Pomyslný rekord v počtu rychlostí stanovil v roce 2006 Lexus, který ve spolupráci s japonskou firmou Aisin představil v luxusním sedanu LS460 osmistupňové ústrojí. Podobně jako 7G-Tronic obsahuje jedno soukolí Ravigneaux, které je ale doplněno dvěma jednoduchými typu Lepelletier. Osmistupňová převodovka Aisin vhodná i pro hybridní pohon se vloni objevila v nabídce značek Audi a Volkswagen. Firma ZF přišla s vlastním osmistupňovým automatem roce 2009. Typ 8HP, představený opět ve vozech BMW, je zajímavý tím, že jeho funkční schéma vzniklo vůbec poprvé v historii celé na počítači. Do té doby se totiž vycházelo z konstrukčních znalostí jednotlivých inženýrů. Převodovka 8HP má čtyři planetová soukolí, převodový rozsah až 7 a pro řazení používá jen pět prvků. V současné době inženýři ZF připravují osmi- a devítistupňovou převodovku pro příčnou zástavbu. Převod navíc u té druhé by však měla být extrémně krátká jednička, která nahradí hydrodynamický měnič.

Měnič je totiž energeticky nejztrátovější část hnacího řetězce. Skládá ze tří lopatkových kol: čerpadlového, spojeného s klikovou hřídelí motoru fungující zároveň jako setrvačník, turbínového, spojeného se vstupním hřídelem převodovky, a reaktorového. K největším ztrátám měniče dochází při rozjezdu, kdy proudící olej postupně vyrovnává otáčky čerpadlového a turbínového kola (hovoříme o tzv. skluzu). Právě při největším rozdílu otáček umí díky reaktorovému kolu měnič nejvíc násobit točivý moment od motoru. S postupným vyrovnáváním skluzu ale tato schopnost klesá a jakmile otáčky turbínového kola dosáhnou 85 % otáček čerpadlového, moment nenásobí nic a začne se chovat jako hydrodynamická spojka (pracující ale pořád se ztrátami). Dříve se řízený skluz a zvyšování momentu využívaly coby virtuální převodový stupeň, proto si automaty dlouho vystačily jen se čtyřmi rychlostmi. Dnes, kdy se šetří každý gram paliva, se od něj upouští.

Převodovky mají víc rychlostí a měniče pracují s tzv. přemostěním, kdy v určitý okamžik elektronicky řízená blokovací spojka napevno spojí čerpadlové a reaktorové kolo (funkce Lock-up). Zatímco dříve se přemosťovaly pouze vyšší stupně, například převodovka 7G-Tronic blokuje všechny. Musí se to však naladit s citem, aby nedocházelo k velkým rázům. Mercedes-Benz ale přišel s dalším zajímavým řešením, jak snížit ztráty. U sedmistupňové samočinné převodovky Speedshift MCT určené výhradně pro modely 63 AMG totiž inženýři měnič nahradili soustavou v oleji uložených lamelových spojek, které snížily spotřebu i prodlevu při rozjezdu. Toto řešení je však pro běžné modely příliš drahé.

Fotogalerie