Robot, automat, variátor, mechanika: jaké typy převodovek existují, jak fungují a kterou si vybrat – Major Auto – Blog

Převodovka je hlavní jednotkou automobilové převodovky. V moderních automobilech se můžete setkat s různými typy převodovek – od jednoduchých mechanických až po moderní „roboty“ se dvěma spojkami. Jaké typy převodovek existují, jak jsou navrženy a jak si vybrat tu nejlepší pro sebe?

Proč potřebujete převodovku?

Nejprve si připomeňme, proč vůbec potřebujeme převodovku. Jde o to, že motor má omezený rozsah provozních otáček – v průměru od 800 do 6000. A rozsah otáček, při kterých je dosaženo maximálního točivého momentu, je ještě užší – v nejlepším případě od 1500 do 5000. To znamená, že nebude možné přímo přenášet rotaci z klikového hřídele motoru na kola – je třeba to udělat tak, aby se auto mohlo jak rozjet, tak zrychlit na vysokou rychlost při optimálních rychlostech. Nejjednodušší analogií pro převodovku automobilu je jízdní kolo s kazetami hvězd vpředu i vzadu. Pokud je vpředu malá hvězda a vzadu velká, můžete se snadno rozjet, ale nebudete moci zrychlit. A pokud naopak, pak bude obtížné otáčet pedály z klidu, ale za jízdy můžete vyvinout vysokou rychlost. Postupným přepínáním mezi různými hvězdami můžete postupně nabírat rychlost s minimálním úsilím. Převodovka dělá přibližně totéž.

Jaké typy převodovek existují?

V moderních automobilech najdete čtyři hlavní typy převodovek: manuální (běžně známé jako mechanické), robotické s jednou nebo dvěma spojkami, hydromechanické a plynule měnitelnou (tj. variátor). Jak jsou uspořádány a jaké jsou jejich výhody a nevýhody?

Manuální převodovka

Manuální převodovka, kterou jsme zvyklí jednoduše nazývat mechanickou, je v základním smyslu sada několika párů ozubených kol na hřídelích instalovaných v pouzdře. Vstupní hřídel přijímá rotaci od motoru a výstupní hřídel ji přenáší dále na kola. Počet párů ozubených kol se rovná počtu převodových stupňů: v pětistupňové převodovce je pět převodových stupňů vpřed a jeden vzad (přesněji řečeno, v zpětném převodu jsou tři převodové stupně) – tedy celkem šest. Princip činnosti je přibližně stejný jako u ozubených kol jízdního kola: řidič volí požadovaný převodový stupeň pákou, která díky různým velikostem hnacích a hnaných ozubených kol umožňuje pohyb požadovanou rychlostí. Pro změnu převodových stupňů je třeba sešlápnout spojku, která odpojí motor a převodovku, což umožňuje řazení bez rázového zatížení a poškození zubů ozubených kol. Zpětný převod umožňuje kolům otáčet se v opačném směru, protože mezi hnaným a hnacím ozubeným kolem v tomto převodovém stupni je přidán třetí, který mění směr otáčení hnaného ozubeného kola.

Navzdory zastaralé konstrukci má manuální převodovka mnoho výhod. Zaprvé je to nejlevnější a nejjednodušší ze všech možností. Zadruhé umožňuje řidiči přesně ovládat vůz, ručně volit požadovaný rychlostní stupeň a dosahovat požadované rychlosti a točivého momentu. Zatřetí, „mechanika“ je levnější než ostatní, co se týče údržby a servisu: olej lze měnit každých 50–70 tisíc kilometrů a výměna spojky je nutná ještě méně často a je levnější než oprava jakékoli automatické převodovky.

U manuální převodovky se však dají najít i potenciální nevýhody. Zaprvé je to stejná nutnost řadit manuálně – v městských zácpách je neustálé mačkání spojky a používání páky poměrně únavné. Zadruhé je nutné pravidelně měnit nejen olej, ale i spojku: i když je to levnější než oprava automatické převodovky, může to stát několik desítek tisíc rublů. A kromě spojky může být v moderních autech časem nutné vyměnit dvouhmotový setrvačník motoru – může to stát téměř sto tisíc rublů, nebo i více. Dobrou zprávou je, že spojka při správném používání vydrží 100–150 tisíc kilometrů a dvouhmotový setrvačník ještě déle.

Robotická převodovka s jednou spojkou

Robotická převodovka s jednou spojkou je příkladem nejjednodušší „automatické“ převodovky. Konstrukčně se jedná o stejnou „mechaniku“, jaká je popsána výše, pouze spojku sešlápává a převodové stupně neřadí řidič, ale elektromotory. Jeden servopohon sešlápne spojku a druhý volí požadovaný rychlostní stupeň. Řidič má k dispozici pouze dva pedály, stejně jako u jakékoli jiné automatické převodovky.

Výhody jednospojkového „robota“ jsou obecně stejné jako u „mechanika“. Hlavní je jednoduchost konstrukce, protože se jedná o stejnou manuální převodovku, ale se dvěma dalšími servopohony a elektronickou řídicí jednotkou. Taková převodovka se tedy nejsnadněji opravuje a udržuje.

Nevýhody jednoduché robotické převodovky jsou také dlouho známé. Zaprvé, není příliš rychlá: servopohony řadí rychlostní stupně opatrně a pomalu, aby chránily spojku a samotnou převodovku, takže se nelze spolehnout na dynamickou akceleraci a sportovní jízdu. Navíc si na řízení s takovým „robotem“ musíte zvyknout: ne všechny se dokážou po uvolnění brzdy rozjet do kopce, aniž by se couvly, a na rovné silnici se obvykle nepohnou z místa, dokud řidič nesešlápne plyn. Kromě spojky a dvouhmotového setrvačníku seznam dílů pro případnou opravu zahrnuje servopohony a řídicí jednotku – ty slouží dlouho, ale také nevydrží věčně. A někteří „roboti“ vyžadují pravidelné přizpůsobení záběru spojky, jak se opotřebovává – to není obtížné a levné, ale vyžaduje to návštěvu prodejce.

Robotická dvouspojková převodovka

Robotická převodovka s dvojitou spojkou je v naší době nejmodernějším a nejoblíbenějším typem automatické převodovky. Konstrukčně je taková převodovka také podobná „mechanice“, pouze na dvou hřídelích jsou instalovány různé páry ozubených kol: na jedné hřídeli sudá kola a na druhé lichá. V souladu s tím jsou také dvě spojky, ale nepracují současně, ale střídavě. Jedna spojka zařazuje sudé rychlostní stupně a druhá liché. Zároveň jsou v takové převodovce vždy zařazeny dva rychlostní stupně současně: ten, ve kterém auto jede, s použitím jedné spojky, a potenciální další – jeho rychlostní stupně jsou spojeny, ale spojka je vypnuta. Při řazení se tedy jedna spojka jednoduše odpojí a druhá se zapne – a převodovka okamžitě zvolí další rychlostní stupeň sudé nebo liché řady. Kvůli této vlastnosti se takové „roboty“ nazývají „předvolební“: tedy „s předběžnou volbou rychlostního stupně“.

Proč se dvouspojkový „robot“ stal dnes nejoblíbenější a nejmodernější volbou? Samozřejmě díky svým výhodám. Zaprvé, taková převodovka je konstrukčně jednodušší než hydromechanická automatická převodovka – koneckonců je složitější, ale stále stejná „mechanika“, jen se dvěma spojkami a dvěma výstupními hřídeli. Zadruhé, dvouspojkový „robot“ poskytuje nejrychlejší řazení: vzhledem k tomu, že další rychlostní stupeň je již předvolen, zbývá pouze sepnout jeho spojku a rozepnout druhou. Řazení navíc probíhá téměř bez přerušení toku výkonu z motoru na kola: otevírání a zavírání spojek trvá od několika desítek do několika stovek milisekund. Během let vývoje se tito „roboti“ naučili přenášet velmi vysoký točivý moment, a to i díky „mokrým“ spojkám v olejové lázni – tato konstrukce chrání spojky a zajišťuje jim dodatečné chlazení. Výsledkem je, že inženýři přišli s téměř ideální převodovkou: relativně jednoduchou a levnou, ale spolehlivou, velmi rychlou a schopnou odolat vysokému zatížení.

Samozřejmě, takoví „roboti“ mají i své nevýhody. I když jsou konstrukčně jednodušší než hydromechanické automatické převodovky, jsou stále znatelně složitější než konvenční mechanika: existují dvě spojky, někdy „mokré“, a elektronická řídicí jednotka a elektrohydraulické servopohony spojky jsou sloučeny do jediného mechanismu zvaného „mechatronika“. A životnost toho všeho, i když vysoká, není nekonečná, takže po několika stech tisících kilometrech mohou být nutné poměrně drahé opravy. Majitelé nových a čerstvých aut se toho však nemusí bát – stačí jim vyměnit olej v převodovce alespoň jednou za 60–80 tisíc kilometrů.

Hydromechanická převodovka

Hydromechanická převodovka se obvykle nazývá „klasická automatická“, protože se objevila mnohem dříve než jiné „dvoupedálové“ převodovky. Ve Spojených státech se v šedesátých a sedmdesátých letech minulého století hydromechanická automatická převodovka vyskytovala častěji než manuální. V průběhu let se její konstrukce vylepšila, ale podstata zůstala stejná. Taková automatická převodovka má svou vlastní vnitřní strukturu: ozubená kola zde nejsou namontována na hřídelích, ale jsou sestavena v planetových převodovkách a převody jsou přepínány pomocí lamelových spojek, které volí různé možnosti provozu těchto planetových mechanismů. Spojky jsou stlačovány hydraulicky – díky tlaku oleje vytvářenému speciálním čerpadlem. A roli spojky v takové automatice hraje měnič točivého momentu – přenáší točivý moment díky lopatkám rotujícím v oleji. To vše zní složitě a z dobrého důvodu: konstrukčně je hydromechanická automatická převodovka ve skutečnosti mnohem složitější než jiné převodovky. Tato konstrukce se však vyvíjí již mnoho desetiletí a dnes již existují automatické převodovky s 8, 9 a dokonce i 10 rychlostmi, které jsou poměrně kompaktní a lehké.

Výhody hydromechanických automatických převodovek zajišťují jejich popularitu navzdory všemu. Jsou to plynulý chod, měkké řazení, vysoká rychlost řazení (nižší než u „robotů“ se dvěma spojkami, ale vyšší než u mechaniky a „robotů“ s jednou spojkou) a snadné použití. Právě klasická automatická převodovka nás díky svému měniči točivého momentu naučila, že se auto po uvolnění brzdového pedálu samo rozjede a také plynule a rychle řadí. „Automaty“ jsou navíc spolehlivé – nejlepší zástupci dokáží bez opravy najet 250–300 tisíc kilometrů. Proto jsou takové převodovky stále oblíbené.

Nevýhody klasických automatických převodovek jsou také dlouho známé. Vysoká složitost konstrukce je činí náročnými na údržbu: je vhodné měnit olej každých 50–60 tisíc kilometrů, a to i přes ujištění mnoha výrobců, že se plní „po celou dobu životnosti“. Náklady na výměnu oleje jsou vyšší než u „robota“ nebo „mechaniky“ a je potřeba mnohem více oleje – až 20–25 litrů, v závislosti na způsobu výměny. No a když se automatická převodovka porouchá, její oprava stojí stovky tisíc rublů. Proto někdy raději převodovku neopravují, ale jednoduše ji celou vymění za „smluvní“ – tedy za takovou, která byla vyjmuta z jiného auta s najetými kilometry, ale stále fungovala. V tomto případě je těžké odhadnout zdroj, ale převodovka z místa pro demontáž automobilů je několikanásobně levnější.

Variátor nebo plynule měnitelná převodovka

Nejnovějším moderním typem převodovky je variátor. Nazývá se plynule měnitelná převodovka, protože v běžném slova smyslu neobsahuje žádná ozubená kola. Základem variátoru jsou dvě řemenice ve tvaru V spojené řemenem. Jedna řemenice je hnací řemenice, druhá hnaná řemenice a rotaci přenáší kovový řemen (nebo deskový řetěz). Rychlost otáčení hnané řemenice se mění v důsledku roztahování a smršťování kuželů obou řemenic. Čím užší je kužel řemenice, tím dále je řemen od osy otáčení – a tím nižší je rychlost otáčení řemenice. A naopak, roztahováním kužele řemenice posouváme řemen do středu a zvyšujeme potenciální rychlost otáčení. Řízením šířky kuželů obou řemenic lze plynule měnit rychlost otáčení hnané řemenice a výstupního hřídele, který přenáší točivý moment na kola. Proto se taková převodovka nazývá plynule měnitelná. V moderních CVT převodovkách lze mezi setrvačníkem motoru a hnací kužel instalovat spojku, jako v „robotu“, nebo měnič točivého momentu, jako v klasickém „automatu“, pro plynulé řízení přenosu točivého momentu z motoru do převodovky.

Hlavními výhodami variátoru (CVT) jsou relativní jednoduchost a nízké náklady na konstrukci ve srovnání s klasickou automatickou převodovkou. Proto se CVT stále používají jako alternativa k „automatům“ v relativně levných autech. CVT se ovládá poměrně pohodlně a pracuje pohodlněji než „robot“ s jednou spojkou. To vše umožňuje, aby plynule měnitelná převodovka zůstala relevantní volbou pro automatické převodovky.

CVT má samozřejmě i své nevýhody. Plynule měnitelná převodovka nemá ráda vysoké zatížení: při prudkých rozjezdech, dlouhém prokluzování, tažení aut a přívěsů, stejně jako na nerovných silnicích může řemen CVT prokluzovat na kladkách, což urychluje opotřebení převodovky. Zatížení navíc vede ke zvýšení teploty, což pro CVT také neprospívá. Oprava takové převodovky je také velmi drahá: samotný řemen stojí několik desítek tisíc rublů a pokud je potřeba vyměnit kladky, částka se ještě zvýší. To vše však platí i pro CVT se slušným počtem najetých kilometrů: obvykle do 120–150 tisíc kilometrů nejsou žádné problémy.

Jak si vybrat tu správnou převodovku pro sebe?

Pochopením fungování různých převodovek je snadné pochopit, že neexistuje jediná „ideální“ možnost. Převodovku si musíte vybrat na základě vlastních preferencí a provozních scénářů. Pokud milujete jízdu a pocit úplné kontroly nad autem, pak by logickou volbou byla mechanika. Jezdíte plynule a klidně, hlavně na asfaltu a ve městě? Můžete se zaměřit na levnější provedení: variátor nebo „robot“ s jednou spojkou. Chcete při jízdě dosáhnout maximálního pohodlí a nepřemýšlet o výdrži? Poohlédněte se po autech s klasickými automaty. Pokud tedy potřebujete nejuniverzálnější variantu převodovky, která vás potěší bleskově rychlým řazením při dynamické jízdě a zároveň vás nezbaví plynulosti a pohodlí při poklidném pohybu, pak to může být robotická převodovka se dvěma spojkami. A ještě jedna věc: pokud jste se zamilovali do konkrétního auta, pak se o převodovku nemusíte starat – všechny moderní převodovky dokáží zajistit pohodlný provoz a poskytnout vám příjemný zážitek z řízení auta.