Cutia de viteze automată cu mecanisme planetare – formarea treptelor de viteză

    Într-un articol anterior, Cutia de viteze automată - mod de funcţionare și componente, am discutat despre compenetele principale ale unei cutii de viteze automate. În acest articol vom detalia modul de formare al rapoartelor de transmitere într-o cutie de viteze automată cu mecanisme planetare. Cutia de viteze (transmisia) automată supusă studiului este 4HP20 de la ZF.

Cutia de viteze automată 4HP20 de la ZF

Foto: Cutia de viteze automată 4HP20 de la ZF
Sursa: ZF

    Cutia de viteze automată 4HP20 are 4 rapoarte de transmitere (viteze) și transmite un cuplu maxim de 330 Nm. Are în componență 2 mecanisme planetare simple, un hidrotrasformator (convertizor de cuplu) blocabil, 2 ambreiaje, 3 frâne multidisc și un modul electrohidraulic de comandă.

    4HP20 este de generație mai veche dar același principiu de formare al treptelor de viteză se aplică și cutiilor automate cu 8 sau 9 rapoarte. Acestă cutie a fost utilizata pe o gamă larga de automobile: Mercedes Benz, Renault, Peugeot, Fiat, Lancia, etc.

    În prezent constructori precum Renault sau PSA (Peugeot-Citroen) comercializează automobile ce utilizează versiuni derivate ale acestei cutii de viteze pe piețele din Turcia, Rusia, Mexic, China, etc. Dacia Duster cu cutie de viteze automată, comercializată pe piața din Rusia, are o cutie de viteză similară cu 4HP20.

Cutia de viteze automată 4HP20 – componente (1)

Foto: Cutia de viteze automată 4HP20 – componente (1)
Sursa: ZF

  1. radiator (răcește uleiul de transmisie)
  2. ambreiaj multidisc
  3. frână multidisc
  4. reductor (angrenaj final)
  5. diferențial
  6. hidrotrasformator (convertizor de cuplu)
  7. contact multifuncțional
  8. supapă aerisire
  9. carcasă unitate de control electrohidraulică
  10. jojă ulei de transmisie

Cutia de viteze automată 4HP20 – componente (2)

Foto: Cutia de viteze automată 4HP20 – componente (2)
Sursa: ZF

    Hidrotrasformatorul (convertizorul de cuplu) este prevăzut cu un ambreiaj de blocare controlat de o supapă cu comandă electrică. De obicei, în treptele de viteză 2, 3 și 4, în funcție de regimul de funcţionare, calculatorul transmisiei comandă blocarea hidrotrasformatorului pentru a elimina pierderile hidraulice.

    Circuitul hidraulic este prevăzut și cu un radiator de răcire. Uleiul, datorită faptului că parcurge discurile ambreiajelor și a frânelor, la solicitare intensă, se poate încălzi foarte mult, ajungând la temperaturi de peste 100 °C. În aceste condiții calculatorul transmisiei comandă o supapă electrică care deschide circuitul de răcire și permite uleiului să treacă prin radiator.

Transmisia automată 4HP20 – secțiune transversală

Foto: Transmisia automată 4HP20 – secțiune transversală
Sursa: ZF

  1. ambreiaj de blocare hidrotransformator (convertizor de cuplu)
  2. turbină
  3. pompă
  4. arbore de intrare
  5. roată liberă
  6. stator
  7. pompă ulei
  8. roată dințată intrare reductor fix
  9. senzor turație arbore de ieșire
  10. mecanism planetar simplu 1
  11. mecanism planetar simplu 2
  12. senzor turație arbore de intrare
  13. roată dințată intermediară reductor fix
  14. roată dințată ieșire reductor fix
  15. coroană diferențial
  16. coroană alimentare ulei ambreiaj

    Mecanismele planetare sunt simple, de tipul Simpson. Raportul fiecarei trepte este format de mecanismele planetare plus un reductor fix. Pentru a înțelege cum se formează treptele de viteză trebuie să detaliem modul de funcționare al unui mecanism planetar simplu. Un mecanism planetar este format din 4 elemente:

  1. solară
  2. sateliți
  3. platoul port-sateliți
  4. coroană

Mecanism planetar simplu – componente și schemă cinematică

Foto: Mecanism planetar simplu – componente și schemă cinematică

    În documentația tehnică pentru a reprezenta un mecanism planetar se utilizează schema cinematică. De asemenea, datorită faptului ca este simetrică, pentru simplitate, doar jumătate este utilizată pentru a reprezenta lanțul cinematic al transmisiei automate.

    Avantajul unui mecanism planetar simplu, comparativ cu un mecanism cu roți dințate uzual utilizat la cutiile de viteze manuale, este faptul că poate furniza mai multe rapoarte de transmitere. Practic dintr-un mecanism planetar simplu se pot obține 4 rapoarte de transmitere și teoretic tot atâtea trepte de viteză.

Animație mecanism planetar simplu (intrare – solara, ieșire – coroana, blocat – platou port-sateliți)

Foto: Animație mecanism planetar simplu (intrare – solara, ieșire – coroana, blocat – platou port-sateliți)

    Un mecanism planetar simplu are în componență 3 roți dințate: solara, sateliții și coroana. Prin blocarea unui element și utilizarea celorlalte două ca intrare și ieșire se pot obține mai multe trepte de viteză. Tabelul de mai jos sintetizează rapoartele de transmitere obținute dintr-un mecanism planetar simplu care are în componență o roată dințată solară cu zS = 32 de dinți și o coroană cu zC = 68 de dinți. Numărul de dinți ai sateliților nu intră în calculul raportului de transmitere.

Treapta de viteză Intrare Ieșire Blocat Formulă de calcul Raport de transmitere
A Solara Platou port-sateliți Coroana 1 + zC/zS 3.125
B Platou port-sateliți Coroana Solara 1 / (1 + zS/zC) 0.680
C Solara Coroana Platou port-sateliți - zC/zS 2.125

    În cazul în care se rigidizează solara de coroană, prin intermediul unui ambreiaj multidisc, întregul mecanism se va roti unitar, raportul de transmitere în acest caz va fi de 1.000 (priză directă).

    Evident nu toate rapoartele de transmitere sunt utilizabile direct. Cu alte cuvinte un singur mecanism planetar nu este suficient pentru a realiza etajarea treptelor de viteză a unei transmisii automate. Însă, prin combinarea a două mecanisme planetare simple, se pot obține 4 rapoarte de mers înainte și unul de mers înapoi.

Mecanismele planetare ale transmisiei automate 4HP20 – vedere explodată

Foto: Mecanismele planetare ale transmisiei automate 4HP20 – vedere explodată
Sursa: ZF

C1 – coroană mecanism planetar 1
PS1 – platou port-sateliți mecanism planetar 1
S1 – solară mecanism planetar 1
C2 – coroană mecanism planetar 2
PS2 – platou port-sateliți mecanism planetar 2
S2 – solară mecanism planetar 2

    Transmisia automată 4HP20 conține două mecanisme planetare simple cuplate. Coroana primului mecanism planetar (C1) este cuplată rigid cu platoul port-sateliți (PS2) al mecanismului planetar 2. De asemenea platoul port-sateliți (PS1) al primului mecanism planetar este cuplată rigid cu coroana (C2) a mecanismului planetar 2.

    În manualele de reparație se utilizează des schema cinematică a transmisiei automate. Acesta conține simbolizarea hidrotransformatorului si a mecanismelor planetare împreună cu elementele de cuplare (ambreiaje și frâne multidisc). Pentru simplitate schema cinematică este reprezentată doar pe jumatate, partea superioară a axei longitudinale, deoarece partea inferioară este simetrică.

Transmisia automată 4HP20 – schema cinematică

Foto: Transmisia automată 4HP20 – schema cinematică

  1. arborele de intrare în cutia de viteze (cuplat rigid cu arborele cotit al motorului)
  2. roată dințată intrare reductor fix (ieșire din cutia de viteze)
  3. hidrotransformator (convertizor de cuplu)
  4. ambreiaj de blocare hidrotransformator

S1 – solară mecanism planetar 1
PS1 – platou port-sateliți mecanism planetar 1
C1 – coroană mecanism planetar 1

S2 – solară mecanism planetar 2
PS2 – platou port-sateliți mecanism planetar 2
C2 – coroană mecanism planetar 2

B, E – ambreiaje multidisc
C, D, F – frâne multidisc

    Fiecare transmisie automată are un program de schimbare a treptelor de viteză. Acest program descrie ce elemente (ambreiaje, frâne) trebuie acționate pentru a realiza un anumit raport de transmitere final deci o anumită treaptă de viteză.

Transmisia automată 4HP20 - programul de schimbare a treptelor de viteză

Foto: Transmisia automată 4HP20 - programul de schimbare a treptelor de viteză

    Pentru a realiza treapta 1 de viteză ambreiajul (B) și frâna (F) sunt acționate. Prin ambreiajul (B) se transmite mișcarea de la turbina hidrotransformatorului la solara (S2) a mecanismului planetar 2. Frâna (F) fixează solara (S1) a mecanismului planetar 1. Ieșirea se realizează prin platoul port-sateliți (PS1) care antrenează roata de intrare (PS0) a reductorului fix.

Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 1

Foto: Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 1
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe

    Pentru a trece din treapta 1 în treapta 2, conform programului de schimbare, se decuplează ambreiajul (B) și se cuplează ambreiajul (E). În acest caz turbina hidrotransformatorului va fi cuplată cu patoul port-sateliți (PS2). Solara (S1) a mecanismului planetar 1 este în continuare fixată de frâna (F). Ieșirea se realizează tot prin platoul port-sateliți (PS1) care antrenează roata de intrare (PS0) a reductorului fix.

Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 2

Foto: Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 2
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe

    Pentru trecerea din treapta 2 în treapta 3 se decupleazî frâna (F) și se cuplează ambreiajul (B). Ambreiajul (E) ramâne în continuare cuplat. Ambele ambreiaje (B) și (E) fiind cuplate, solara (S2) este cuplată rigid de platoul port-sateliți (PS2), mecanismul planetar 2 se rotește unitar, fără mișcare relativă între elemente. Prin conexiunea coroană (C2) la platoul port-sateliți (PS1) se transmite mișcarea către mecanismul planetar 1. Acesta, neavând elemente blocate, se rotește de asemenea unitar, raportul de transmitere final fiind 1.000 (treapta de priză directă).

Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 3

Foto: Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 3
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe (nu există)

    Treapta 4 se obține prin cuplarea frânei (C) și decuplarea ambreiajului (B). Ambreiajul (E) rămâne cuplat. Intrarea se face prin platoul port-sateliți (PS2) și prin coroana (C1). Solara (S2) este fixată iar ieșirea este platoul port-sateliți (PS1).

Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 4

Foto: Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta 4
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe

    Treapta de mers înapoi se realizează prin activarea frânei (D). Acesta fixează platoul port-sateliți (PS2) și coroana (C1). Intrarea se face prin solara (S2) care este cuplată la turbina hidrotransformatorului de ambreiajul (B). Platoul port-sateliți (PS1) și coroana (C2), datorită faptului că platoul port-sateliți (PS2) este fix, se vor roti în sens invers realizând astfel treapta de mers înapoi.

Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta de mers înapoi

Foto: Schema cinematică a transmisiei automate 4HP20 – treapta de mers înapoi
roșu – elemente în mișcare
albastru – elemente fixe

    După cum observați mecanica unei cutii de viteze automate este mult mai complexă comparativ cu cea a unei cutii de viteze manuală. De asemenea raportul de transmitere se realizează prin combinarea mai multor mecanisme planetare. Blocarea sau cuplarea elementelor mecanismelor planetare se realizează prin activarea frânelor și a ambreiajelor multidisc.

    Modulul de comadă hidraulic realizează controlul ambreiajelor și a frânelor multidisc. Despre funcționarea acestuia vom discuta pe larg într-un articol viitor.

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

vasy86
Miercuri, 02 Martie 2016
Cam cat ar costa sa reparati urmatoarele erori si cat de grave sunt? Ma intereseaza sa cumpar masina respectiva si are doua erori (ford focus diesel 1,6 automat): P0659 si P0840. Va multumesc anticipat.Dispozitiv de acționare Tensiunea de alimentare

Raportează comentariul
vasy86
Miercuri, 02 Martie 2016
Buna seara. Cam cat ar costa sa reparati urmatoarele erori si cat de grave sunt? Ma intereseaza sa cumpar masina respectiva si are doua erori (ford focus diesel 1,6 automat): P0659 si P0840. Va multumesc anticipat.
Dispozitiv de acționare Tensiunea de alimentare

Raportează comentariul
AlexandruStoica
Miercuri, 01 Iulie 2015 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Intr-un mecanism planetar simplu nu se pot obtine 6 rapoarte de transmitere?

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului