Aby optymalnie wykorzystać moment obrotowy silnika, skrzynia Multitronic posiada przekładnię pasową wyposażoną w wariator. Rolę pasa w tej przekładni pełni łańcuch, natomiast wariator umożliwia bezstopniową zmianę przełożeń przekładni w sposób płynny i pozbawiony przerw w przenoszeniu siły napędowej.

Konstrukcja skrzyni Multitronic typu 01J wymaga zastosowania przekładni wstępnej do przeniesienia momentu obrotowego ze sprzęgieł kierunkowych na wariator. Dzięki odpowiedniej konfiguracji przełożenia kół zębatych przekładni wstępnej możliwa jest współpraca skrzyni Multitronic z szeroką gamą silników benzynowych lub Diesla tak, by zakres prędkości obrotowej wariatora spełniał założenia minimalnego zużycia paliwa lub maksymalnej mocy.

Wariator przekładni Multitronic – działanie i regulacja
Wariator składa się z par dwóch tarcz stożkowych – pary tarcz napędzających (poprzez silnik za pośrednictwem przekładni wstępnej) oraz pary tarcz napędzanych (przekazujących napęd do mechanizmu różnicowego skrzyni Multitronic) – ilustr. 1. Transfer napędu pomiędzy parami tarcz stożkowych realizuje specjalny łańcuch ze sworzniami bujakowymi, pozwalając na przeniesienie znacznie większych momentów aniżeli pas w przekładniach innych producentów.

Kluczowy jest proces regulacji i kontroli działania wariatora skrzyni Multitronic. Zmiana średnicy każdego z dwóch zestawów tarcz stożkowych, czyli bezstopniowa regulacja przełożenia, musi odbywać się w tym samym czasie oraz zapewnić precyzyjny naciąg łańcucha. Łańcuch nie może „ślizgać się” (wynik słabego naciągu) po powierzchni tarcz stożkowych, ani być zbyt mocno naciągnięty, gdyż wpływa to bezpośrednio na pogorszenie sprawności skrzyni Multitronic i prowadzi do uszkodzenia elementów współpracujących. Niezbędna jest zatem precyzyjna kontrola siły docisku tarcz stożkowych zapewniająca optymalną pracę wariatora realizowana za pomocą czujnika regulacji momentu obrotowego, zwanego również czujnikiem regulacji siły docisku. Idea działania wariatora opiera się na zasadzie współpracy dwóch typów tłoków: tłoka dociskowego i tłoka przestawiającego (wysterowywanych ciśnieniem oleju hydraulicznego) przyporządkowanych każdej parze kół stożkowych i umieszczonych w ich osi po jednej i tej samej stronie. Zadaniem tłoków dociskowych jest dociśnięcie tarcz stożkowych do siebie, natomiast tłoki przestawiające służą do zmiany przełożenia wariatora. Specjalna konstrukcja tych tłoków pozwala na szybką zmianę przełożenia przekładni bezstopniowej i zapewnia wymaganą siłę docisku powierzchni stożkowych par kół do krawędzi styku sworzni bujakowych łańcucha. Zwiększenie efektywnej sprawności skrzyni Multitronic jest realizowane poprzez obniżenie zapotrzebowania na generowanie wysokich ciśnień oleju niezbędnych do sterowania wariatorem.
Właśnie dlatego pole powierzchni tłoków dociskających tarcze stożkowe jest stosunkowo duże, co przyczynia się do osiągnięcia wymaganej siły docisku tarcz bez potrzeby użycia wysokiego ciśnienia oleju. Z kolei powierzchnia tłoków przestawiających jest znacznie mniejsza, co pozwala na szybką zmianę przełożenia przekładni przy znacznie mniejszym zapotrzebowaniu oleju przez pompę, która teraz może pracować z dużo mniejszą wydajnością. Rozwiązania te przyczyniają się do uproszczenia obiegu hydraulicznego skrzyni oraz zmniejszeniu strat, które wynikałyby z poboru mocy przez samą pompę. Dodatkowo zespoły tarcz stożkowych posiadają sprężyny talerzowe, które wstępnie napinają łańcuch w fazie braku ciśnienia oleju oraz sprężynę śrubową zabudowaną na czołowej płaszczyźnie zespołu tarcz napędzanych. Zadaniem sprężyny śrubowej jest ustawienie wariatora w trybie „do ruszania”, podczas gdy pompa oleju nie pracuje.
Skrzynia Multitronic w trybie pracy automatycznej umożliwia realizację dowolnego przełożenia w zakresie regulacji przekładni bezstopniowej. Dla trybu Tiptronic pozwalającego na ręczne sterowanie możliwością wyboru określonego biegu, sterownik Multitronic posiada zdefiniowane sześć biegów. Kierowca sam decyduje o wyborze określonego przełożenia, dzięki czemu bezpośrednio wpływa na zakres dynamiki jazdy samochodu. Odpowiedni wybór biegu podczas zjazdu ze wzniesienia pozwala na uzyskanie efektu hamowania silnikiem. Sterownik przekładni Multitronic jest wyposażony w dynamiczny program regulacji (DRP) umożliwiający skalkulowanie zadanej wejściowej prędkości obrotowej zespołu tarcz napędzanych. Obliczenia te opierają się na podstawie analizy sygnałów z czujników prędkości obrotowej wejściowej (sensor G182), wyjściowej (sensor G195) skrzyni biegów oraz prędkości obrotowej silnika – sensor G28. Poprzez porównanie prędkości obrotowej rzeczywistej z zadaną zespołu par tarcz stożkowych napędzanych i napędzających, sterownik Multitronic oblicza wartość prądu sterującego elektrozaworem N216 niezbędną do kontroli ciśnienia oleju w zaworze zmiany przełożenia (oznaczenie ZZP).

Hydrauliczna regulacja przełożenia przekładni wariatora
Rysunki nr 2 i 3 przedstawiają proces regulacji hydraulicznej wariatora w fazie ustalenia dużego przełożenia przy ruszaniu pojazdu z miejsca, jak i fazie ustalenia małego przełożenia (przełożenia końcowego). Kluczową rolę odgrywa zawór zmiany przełożenia ZZP odpowiedzialny za dostarczenie oleju poprzez specjalne kanały do tłoka przestawiającego zespół tarcz napędzających i napędzanych.

 

 

Zawór ZZP jest regulowany za pośrednictwem elektrozaworu N216, który dostosowuje ciśnienie sterujące dla ZZP, decydując o zmianie jego położenia. Zawór regulacji wstępnego ciśnienia sterującego ZRWCS utrzymuje to ciśnienie na pułapie wynoszącym 5 barów.
Zasadniczo można rozróżnić trzy tryby regulacji wariatora przekładni Multitronic:
• gdy ciśnienie sterujące przesyłane z elektrozaworu N216 mieści się w zakresie od 1,8 do 2,2 bara, zawór zmiany przełożenia ZZP pozostaje zamknięty. Poziom ciśnienia sterującego poniżej 1,8 bara inicjuje fazę ustawienia wariatora w pozycji małego przełożenia. Rozpoczyna się wówczas dostarczenie oleju pod ciśnieniem roboczym do tłoka przestawiającego w zespole tarcz napędzających oraz otwarcie kanału w ZZP pozwalającego na odpływ oleju z tłoka przestawiającego z grupy tarcz napędzanych do miski olejowej;
• w fazie, gdy sterownik Multitronic wysteruje elektrozawór N216 tak, by ciśnienie sterujące przekroczyło wartość 2,2 bara, zawór ZZP ustawia się w pozycji pozwalającej na doprowadzenie oleju do tłoka przestawiającego zespół tarcz napędzanych jak i umożliwi odpływ oleju w kierunku miski olejowej z zespołu tarcz napędzających;
• podczas fazy wzrostu ciśnienia sterującego powyżej 2,2 bara wariator zaczyna ustawiać się w pozycji dużego przełożenia przekładni pasowej. Wyższe wartości ciśnienia sterującego generowanego za pośrednictwem elektrozaworu N216 odpowiadają dużym prądom sterujący wysyłanym przez sterownik przekładni Multitronic.

Regulacja siły docisku w cylindrach dociskowych – działanie czujnika momentu obrotowego
Kontrola wymaganej siły docisku tarcz stożkowych wariatora jest kluczowym parametrem mającym wpływ na jakość transferu momentu obrotowego pomiędzy nimi. Ciśnienie oleju w cylindrze dociskowym musi być precyzyjnie skalkulowane, gdyż już niewielka odchyłka może znacząco zmniejszyć sprawność przekładni, bądź doprowadzić do przedwczesnego zużycia zespołu wariatora. Nadzór rzeczywistego momentu obrotowego na wejściu wariatora mierzy czujnik momentu obrotowego zintegrowany z zespołem tarcz napędzających i składający się z dwóch tarcz krzywkowych zawierających stalowe kulki w przestrzeni pomiędzy nimi (ilustr. 4).

To właśnie za pośrednictwem czujnika momentu następuje transfer samego momentu obrotowego z przekładni wstępnej skrzyni na wariator. Tarcze krzywkowe, dzięki charakterystycznej budowie, umożliwiają zamianę momentu obrotowego w siłę osiową. Siła ta, działając na jedną z tarcz krzywkowych, powoduje przesunięcie czujnika momentu obrotowego i sterowanie krawędziami odsłaniającymi kanały doprowadzające olej do cylindra dociskowego zespołu napędzanych tarcz stożkowych wariatora. Zwiększenie wartości momentu obrotowego przekłada się na zamykanie kanałów wylotowych w cylindrze dociskowym, co powoduje wzrost ciśnienia w jego wnętrzu. Analogicznie spadek momentu obrotowego wywołuje większe otwarcie kanałów i obniżenie ciśnienia w cylindrze dociskowym. Zarówno w jednym, jak i drugim przypadku siła osiowa pochodząca od momentu obrotowego, jak i siła wywołana ciśnieniem w cylindrze dociskowym, po chwili równoważą się. Parametrem sterującym ciśnieniem oleju w cylindrach dociskowych jest więc siła osiowa generowana przez czujnik momentu obrotowego.

Łańcuch
W skrzyni bezstopniowej Multitronic łańcuch przekazuje napęd z pary stożkowych tarcz napędzanych przez silnik do pary stożkowych tarcz napędzających mechanizm różnicowy przekładni. Zastosowanie łańcucha zamiast pasa klinowego bądź taśmy stalowej pozwoliło na przenoszenie momentu obrotowego do 300 Nm (druga generacja skrzyń Multitronic o oznaczeniu 0AW przenosi do 400 Nm momentu obrotowego) oraz zwiększenia rozpiętości przełożeń przekładni bezstopniowej. Specjalna konstrukcja łańcucha (ilustr. 5) pozwoliła na wzrost sprawności samej skrzyni oraz współpracę z kołami o małej średnicy. Sam łańcuch jest złożony ze specjalnych płytek połączonych za pomocą sworzni bujakowych. Powierzchnie tarcz stożkowych wywierają nacisk na końce krawędzi sworzni bujakowych, przenosząc w ten sposób moment obrotowy. Ograniczenie rezonansu i hałasu jaki generuje łańcuch udało się uzyskać poprzez zróżnicowanie długości jego płytek.

 

Inż. Mariusz Leśniewski