Samočinné převodovky: Měnič, dvouspojka, robot, nebo variátor?

Úvod

Historicky vzato, samočinná převodovka je nerozlučně spjata s americkými automobily. Pohodlní Američané objevili její kouzlo už v 50. letech, takže od té doby je naprostá většina automobilů, které kdy Detroit produkoval, vybavena tímto důmyslným a život řidičovi usnadňujícím zařízením.

Podobné je to v Asii. Třeba na japonském trhu mají automat i vyloženě sportovní auta, například glorifikovaná Mazda MX-5, zde nazývaná Eunos Roadster (v minulosti) nebo Mazda Roadster.

Evropští řidiči ale samočinné převodovky až na výjimky dlouhá desetiletí odmítali. Snad i z důvodu toho, že řídit auto v Evropě je záživnější než v USA na jejich dalekých rovinkách, kde vás rychlost vyšší než 70 až 80 mil za hodinu (podle státu) může dostat až před soud.

Jak ale léta plynou, samočinná převodovka je i v Evropě stále populárnější. Důvodů je více. Některé pramení čistě z potřeby řidičů a jejich vývoje, jiné z popudu automobilek. Zatímco v minulosti jste si mohli i leckterá výkonná auta objednat s manuálně řazenou skříní, v současné době nemáte stále častěji na výběr. Asi nejvíce je tento trend vnucování samočinné převodovky i u sportovních výkonných modelů viditelný u značky BMW. Naproti tomu třeba Mercedesy mívaly samočinné převodovky u sportovních verzí svých modelů už dříve.

I tady hledejte racionalitu

Nahrazování manuálních skříní samočinnými má ale i jiné důvody. Těmi je neustálé zvyšování výkonů a točivých momentů motorů. A je to právě samočinná převodovka s měničem momentu planetové konstrukce, která se s rostoucími výstupními parametry pohonných jednotek popere mnohem snáze než sebelepší manuál.

Ve snaze nabídnou více efektivity, objevily se v první dekádě nového milénia první samočinné převodovky s dvojicí soustředných spojek. Dvouspojky i planetové skříně s měničem momentu jsou ale poměrně nákladné, takže se nehodí pro zástavbu do levných aut nižších tříd. Aby i jejich řidičům mohli výrobci nabídnout svezení bez potřeby řazení, vznikly takzvané automatizované manuální převodovky. Někdy se jim říká robotizované, Francouzi, konkrétně koncern PSA, je nazývají pilotované. A konečně existují také variátory, tedy převodovky s plynulou změnou převodu (CVT). V autech se poprvé objevily v roce 1920, avšak většího rozmachu dosáhly až na přelomu 50. a 60. let díky holandské společnosti DAF.

Planetová převodovka s hydrodynamickým měničem

Samočinná planetová převodovka s hydrodynamickým měničem momentu – to pravé nejen pro amerického řidiče

Automobilová automatická převodovka ve své nejryzejší podobě využívá pro přenos točivého momentu od motoru na převodové ústrojí hydrodynamický měnič momentu. Měnič momentu vlastně spojuje přednosti kapalinových a mechanických převodů. Zlepšuje zejména plynulost záběru, je celkově tišší a navíc i konstrukčně jednodušší. Jeho základem je kolo reaktoru, který vymezuje rozdíly mezi točivým momentem na vstupu a na výstupu. Samotný převodový rozsah hydrodynamického měniče je ale relativně malý a pohybuje se do zhruba 1:2,5. K tomu, aby dobře plnil svůj účel, tak musí být spojen s mechanickou převodovkou, většinou planetového typu. Toto spojení pak tvoří základ tradiční samočinné automobilové převodovky.

Planetový automat se skládá vždy z několika souborů planetových soukolí. Většinou se kombinují jednoduchý Simplex se složeným soukolím Ravigneaux. V současnosti mají planetové samočinné převodovky až devět převodů. Nicméně ta pro příčnou zástavbu původem od ZF navíc využívá ještě dvě zubové spojky. Naopak nejjednodušší samočinná planetová převodovka má dva převody pro jízdu vpřed. Ještě na začátku 90. let měly tyto skříně běžně čtyři převody.

Předností planetové měničové převodovky je jednak plynulá změna převodu a také poměrně vysoká teoretická životnost. Plynulost změny kvaltu závisí na prokluzu měniče momentu. Čím je větší, tím je změna převodu diskrétnější, ale zároveň také pomalejší. Navíc při tom vznikají větší mechanické ztráty, a tedy se tím snižuje mechanická účinnost převodovky. To je jeden z důvodů, proč auta s automaty v minulosti poskytovala citelně horší zrychlení než obdobné verze s manuální převodovkou.

Zrychlit řazení, zvýšit mechanickou účinnost planetové převodovky s měničem, lze jeho účinným přemosťováním, a to obvykle třecí spojkou. Dnešní automaty tak mnohem účinněji přemosťují (někdy se také používá výraz blokují) měnič momentu. Díky tomu řadí rychleji a vozidla s nimi vykazují nižší spotřebu paliva. Díky přemostování měniče lze také lidově řečeno brzdit motorem. To u starých automatů bylo možné jen v případě, že jste měnič zablokovali při zařazeném určitém převodu. K tomu sloužily pozice v kulise volicí páky s čísly, příslušející danému „kvaltu“. Pokud jste do polohy s daným číslem ručně volič přesunuli, převodovka již dále nepřeřazovala. Dnes, v době funkce manuálního řazení nazývalo, je toto již zbytečné. Stejně jako programy řazení – zimní či sportovní. Již od konce 90. let mají planetové skříně takzvanou „fuzzy logiku“ a tedy se adaptují na jízdní styl řidiče. Jsou tedy schopné se vlastně učit jízdnímu stylu řidiče a tomu přizpůsobit změnu převodů, respektive otáčky, v nichž řadí.

Nevýhodou těchto převodovek je zejména cena. Proto se běžně objevují v dražších automobilech, byť existují výjimky. Třeba Peugeot dnes planetový šestistupňový automat nabízí i v malé řadě 208.

Převodovka s dvojicí soustředných spojek

Samočinná převodovka s dvojicí soustředných spojek – původně vyvinutá pro závodní vozy Porsche a Audi

V roce 2003 představil Volkswagen do té doby nejvýkonnější verzi Golfu. Pod označením R32 se ukrývala někdejší poslední evoluce motoru VR6, pohon všech kol s aktivní spojkou Haldex a také jedna světová novinka. Tou byl zcela nový druh samočinné převodovky, pojmenované DSG. Ve svém obchodním označení má zakódovanou hlavní technickou výhodu, kterou je dvojice soustředných třecích spojek.

Z pohledu vývoje techniky ale nešlo o žádnou novinku. Spíše o oprášení starého patentu, respektive jeho uplatnění v sériovém automobilu. Myšlenka navrhnout převodovku, kdy by jedna spojka přenášela hnací sílu na liché převody a druhá na sudé, se objevila již před druhou světovou válkou. Technologická úroveň té doby však takovému zařízení nakloněna nebyla. Znovu na přetřes se taková převodovka dostala začátkem 80. let. Tehdy ji vyvíjela známá firma AP, nicméně až automobilka Porsche ji dokázala uplatnit v praxi. A to konkrétně v automobilových závodech ve vozech 956 a 962. Dále se objevila v závodním Audi Sport Quattru S1.

Původní šestistupňové DSG od VW, známé jako DQ250 a dodávané firmou Borg Warner, doplnily další typy, jmenovitě DQ200 se sedmi převody a suchými soustřednými spojkami od firmy LuK, která je vyráběná v České republice. Později se objevila skříň DQ500 pro vysoké točivé momenty a příčnou zástavbu, naopak o něco dříve převodovka DL501, používaná ve vozech Audi s podélnou zástavbou hnacího řetězce. Po Volkswagenu následoval PowerShift od Fordu a dále Renault EDC. Obě skříně dodává specializovaná firma Getrag.

Předností těchto převodovek je zejména rychlost řazení. Tady se využívá předřazení následujícího převodu, takže k jeho aktivnímu zapojení do hnacího řetězce dojde pouhým spojením jedné spojky a zároveň rozpojením druhé. To je ten hlavní důvod, proč tyto skříně tak rychle mění převody. Díky tomuto mají stejné verze aut s touto převodovkou dokonce lepší akceleraci než s manuální.

Často zmiňovanou nevýhodou je málo plynulý rozjezd. Toto hodně vadí Američanům, a proto tyto převodovky v oblibě tolik nemají. V principu třecí spojka v plynulosti záběru v zásadě nemůže být lepší než hydrodynamický měnič. Jinou nevýhodou je cena tohoto zařízení. Naopak třeba zástavbové rozměry jsou náročné na šířku (obvykle čtyři hřídele, z nichž dva jsou soustředné), méně již na délku.

Automatizované manuální převodovky

Automatizované manuální převodovky – plynulost změny převodů má své limity

Ve snaze nabídnout samočinnou převodovku také v levnějších automobilech, napadlo automobilky použít běžnou manuální převodovku s tím, že spojku a řadicí táhla bude ovládat automatika. Obyčejně se ovládací mechanismus skládá z dvojice krokových elektromotorů, kdy jeden ovládá spojku a druhý posouvá synchronizační hlavy v převodovce. O trochu sofistikovanější, ale dražší, je řešení s elektrohydraulickým blokem.

Největším kladem těchto převodovek je příznivá cena v porovnání s dvouspojkovou převodovkou či planetovou skříní s měničem momentu. Samotná funkčnost má ale svá omezení. Mnozí si stěžují na škubání při řazení. Zvláště citelné to je v samočinném režimu. Naopak v manuálním módu lze tomu předejít tím, že při řazení uberete plyn. Navíc se tím šetří synchronizace, takže tímto převodovce prodloužíte její životnost.

I automatizované manuální převodovky mohou umět rychle řadit. Aby to však zvládly, musely by být jejich klíčové části vyrobeny z odolnějších materiálů a také přesnost jednotlivých systémů by musela být vyšší. A dále by musela být výkonnější jejich mechatronika. Je jasné, že třeba převodovka Cambiocorsa od Maserati nebo BMW SMG asi budou řadit rychleji a lépe než třeba Sensodrive, nabízený kdysi v levném Citroënu C3 Pluriel.

Nevýhodou automatizovaných převodovek je z pohledu uživatele také obtížné manévrování s vozidlem v omezených prostorách. Tady holt chybí onen žádoucí prokluz spojky, jímž redukujeme rychlost jízdy, pokud už ani nejnižší převod nestačí. K tomu jsou „roboty“ vybaveny funkcí „creep“, nebo-li plížení. Aby byla splněna, je třeba mít správně nastavený takzvaný odtrh spojky.

Automatizované manuální převodovky mohou fungovat, avšak náročnější motoristé jim na chuť nejspíš nikdy nepřijdou. Problém je v jejich samotném principu v kombinaci se spíše levnější použitou technikou.

Převodovky s plynulou změnou převodu

Převodovky s plynulou změnou převodu – populární hlavně u skútrů

Obecně se jim říká také variátory nebo zkráceně CVT (Continously Variable Transmission). Jejich předností je mimo jiné zejména jednoduchá konstrukce. Současné variátory vycházejí z myšlenky již zmíněné holandské firmy DAF, konkrétně jejího konstruktéra Pieta van Doorneho. Toho napadlo propojit dvojici kuželových talířů klínovým řemenem.

Později začaly variátory nabízet také automobilky Ford (CTX) a Fiat (Uno-matic, Selecta). V současnosti je jméno CVT spojováno nejčastěji se Subaru (Lineartronic), v nedávné minulosti i s Audi (Multitronic). Pro obě společnosti dodávala (dodává) variátor strojírenská firma Schaffler, pod jejíž křídla dnes patří třeba již zmiňována specializovaná německá firma LuK (Lamellen und Kuplungen nebo-li lamely a spojky). Pro primární přenos točivého momentu používají variátory jak kapalinový měnič (Subaru, Audi), tak i takzvanou rozjezdovou třecí spojku (Honda).

Ke změně převodu u variátoru dochází vzájemným posouvání kotoučů (mechanici by nejspíše řekli „šajb“) proti sobě na hřídeli. Původní myšlenkou variátor bylo, aby byl jeho převodový rozsah alespoň 1:4, což je plně dostačující. Vzhledem ke konstrukci mají variátory vlastně teoreticky nekonečné množství převodových poměrů.

Výhodou variátoru je nepřerušení toku hnací síly při zrychlování vozidla. Tímto se žádná jiná převodovka pochlubit nemůže. Nevýhodou je nižší mechanická účinnost při vyšších ustálených, zejména dálničních rychlostech. Naopak při jízdách městem je variátor docela výhodný. V dobách vzniku se uvádělo, že účinnost převodovky CVT je 95 % účinnosti skříně s ozubenými koly při současném snížení spotřeby paliva až o 8 %.

V minulosti nemívaly variátory nijak velkou životnost. Tu se podařilo zlepšit konstrukcí a použitými materiály řetězu, propojujícího oba kotouče. Nicméně je známým tajemstvím, že první Multitroniky od Audi jen málokdy přežily metu 150 000 km. Zejména, pokud vůz někdo používal převážně na dálnici a tedy při ustálené rychlosti. Hlavním problémem bylo opotřebení radiálních ploch kotoučů řetězem, který zde časem doslova „vysoustružil“ drážku. Subaru však stále variátoru Lineartronic věří, a to zejména s ohledem na prodejní úspěchy v zámoří.