Hydraulické spojky

• Účelem a principem spojky automobilu je přenášet krouticí moment spolu s otáčivým pohybem z motoru na převodovku a dále umožnit jejich krátkodobého přerušení. Tyto požadavky umožnují hydraulické spojky, které přenáší daný krouticí moment z motoru na převodovku pomocí kapaliny. Někdy se proto tyto spojky nazývají kapalinové.

Konstrukce a princip spojky

• Pro přenos krouticího momentu se u hydraulické neboli kapalinové spojky využívá kapalina, kterou je převodový olej. Nachází se ve vnitřních prostorách spojky.

• Spojka z důvodu zajištění svých požadovaných vlastností je tvořena třemi základními částmi:

  • Čerpadlovým kolem (1) – je umístěno na vstupní části a tvoří hnací část kapalinové spojky, která je pevně spojena s klikovým hřídelem motoru automobilu.

  • Čerpadlové kolo je ve své vnitřní části opatřeno přímými radiálními lopatkami, které slouží pro pohon oleje spojky. Součástí čerpadlového kola je rovněž skříň spojky, která celou spojku uzavírá a současně vytváří těsný prostor zabraňující úniku oleje ze spojky.

  • Turbínovým kolem (2) – tvoří výstupní neboli hnanou část spojky, která je pevně spojena s hnacím hřídelem převodovky. Turbínové kolo je rovněž na své vnitřní části opatřeo přímými radiálními lopatkami, které s pomocí kapaliny umožňují pohon spojky.

  • Olejem (3) – patří sice mezi provozní kapaliny, ale tvoří nedílnou součást kapalinové spojky. Olej je uložen ve vnitřních částech spojky (čerpadlovém a turbínovém kole). Pomocí oleje je přenášen krouticí moment ve spojce, a tím turbínové kolo uvádí do otáčivého pohybu.

Obr. 1:  Kapalinová spojka

Činnost kapalinové spojky

• Čerpadlové kolo tvoří hnací část spojky, je uloženo na klikovém hřídeli motoru. Přenos otáčivého pohybu spolu s krouticím momentem je proveden tak, že po uvedení čerpadlového kola do otáčivého pohybu se začne olej pohybovat od vnitřního obvodu spojky k vnějšímu a dojde ke zvýšení pohybové energie u oleje spojky. Naopak olej v turbínovém kole se pohybuje od vnějšího obvodu k vnitřnímu obvodu spojky, a tím předává pohybovou energii na lopatky turbínového kola.

• Na základě pohybu kapaliny mezi lopatkami obou kol dojde k přenosu krouticího momentu z čerpadlového kola na turbínové kolo, a tím k uvedení hřídele turbínového kola do otáčivého pohybu.

• Pro zajištění činnosti spojky je důležité, aby se čerpadlové kolo otáčelo rychleji než kolo turbínové. Mezi těmito koly vzniká skluz, který má minimum mezi 2 % až 3 %. Z toho vyplývá maximální účinnost spojky, která může být až 98%.

Hydrodynamický měnič momentu

• Díky svým vlastnostem je hydrodynamický měnič momentu používán jako spojka u automobilů vybavených automatickou převodovkou. Ve své podstatě se jedná o kapalinovou spojku doplněnou reakčním kolem, které slouží k usměrnění proudu kapaliny z turbínového kola do čerpadlového kola nebo naopak. Častější je první případ, kde reakční kolo je uloženo blízko osy výstupního hřídele.

• Na základě reakčního kola dosahuje hydrodynamický měnič momentu lepších vlastností vůči kapalinové spojce, která je využívána při rozbíhání spojky. Toto je velice příznivé pro rozjezd vozidla, proto je vhodné použít hydrodynamický měnič jako spojku u automobilů vybavených automatickou převodovkou.

Obr. 2:  Automatická převodovka s hydrodynamickým měničem

Konstrukce hydrodynamického měniče momentu

• Hydrodynamický měnič momentu skládá z těchto částí:

  • Čerpadlové kolo lopatkové (1) – je spojené pevně s klikovým hřídelem motoru, ve většině případů je pomocí šroubových spojů spojeno se setrvačníkem motoru. Po svém obvodě má umístěné zakřivené lopatky, které slouží pro pohon oleje.

  • Turbínové kolo lopatkové (2) – je pevně spojené s hnacím hřídelem převodovky pomocí podélných drážek. Má rovněž lopatky, které slouží pro přenos pohybové energie z kapaliny na turbínové kolo, slouží tedy k pohonu výstupní části spojky.

  • Reakční kolo (3) – je uloženo pomocí volnoběžky, na svém obvodě má zakřivené lopatky, sloužící k nasměrování toku kapaliny mezi čerpadlovým a turbínovým kolem.

Obr. 3:  Hydrodynamický měnič

Princip činnosti

• Vzhledem k tomu, že čerpadlové kolo je pevně spojeno s klikovým hřídelem motoru, tak při běhu motoru, proudí vlivem odstředivé síly kapalina mezi lopatkami čerpadlového kola na jeho obvod, kde je usměrněna a proudí na lopatky turbínového kola. Vlivem pohybové energie kapaliny dojde k roztáčení turbínového kola. Kapalina dále proudí do reaktorového kola a má snahu otáčet reaktorovým kolem proti smyslu otáčení turbínového i čerpadlového kola. Volnoběžka reaktorového kola zabraňuje opačnému otáčení. Směr proudění kapaliny je zakřivením lopatek změněn asi o 90°, vyniká tak reakční síla, která má za následek zvýšení točivého momentu turbínového kola. Lopatky reaktorového kola vedou proud kapaliny pod vhodným úhlem opět na lopatky čerpadla a tím je okruh proudění kapaliny uzavřen.

• Lopatky na jednotlivých kolech hydrodynamického měniče nejsou radiální, ale vhodně zakřivené. O co více jsou lopatky zakřivené, tím většího znásobení krouticího momentu se dosáhne, což však má své meze. V praxi se tedy dosahuje pouze dvou až trojnásobného zvýšení krouticího momentu na turbínovém kole.

Obr. 4:  Princip činnosti měniče

• Z těchto skutečností plyne výhoda hydrodynamického měniče, který na rozdíl od klasické kapalinové spojky při rozbíhání turbínového kola umoží zvýšit jeho hnací sílu. Tento jev nastává u rozjíždění automobilu, kdy motor po sešlápnutí plynového pedálu uvedeme do otáček, kdežto hnací hřídel převodovky se teprve začne pomalu uvádět do otáčivého pohybu současně s koly automobilu. V této situaci hydrodynamický měnič momentu umožní snadnějšího rozjíždění vozidla, což je pro lepší dynamiku vozidla velice příznivé.

• S reakčním kolem by mohl nastat problém při dosažení převodovém poměru měniče 1 : 1, kdy je účinnost přenosu sil nízká. Z tohoto důvodu je provedeno uložení reakčního kola na volnoběžku, která se při dosažení převodového poměru 1 : 1 uvolní, reakční kolo je pak unášeno kapalinou a měnič se stává klasickou hydrodynamickou spojkou. Tímto způsobem se zlepšuje účinnost měniče spojky.

• V některých případech je použito několik reakčních kol za sebou, která se uvolňují postupně, tím se dosáhne zlepšení účinnosti ve velkém rozsahu převodového poměru. Toto provedení měniče však pracuje s větším prokluzem a někdy nestačí chladit olej skrze plášť měniče.            Z tohoto důvodu se používá přídavné olejové čerpadlo, které prohání olej z měniče přes speciální olejový chladič. Tento měnič se ale běžně u automobilů nevyskytuje, neboť má složitější konstrukci.

• Problémem hydrodynamického měniče při použití jako spojky u automobilu je trvalý přenos i minimálního výkonu. Vozidlo se může samovolně rozjet, pokud není zařazen parkovací režim, při kterém je výstupní hřídel převodovky mechanicky zablokována. Při zařazení do polohy D může při nastartování vozidla dojít k jeho samovolnému rozjetí. U vozidla se starší konstrukcí automatické převodovky, která nemá elektronické zajištění proti pohybu, je zapotřebí kontrolovat polohu volicí páky před vystoupením z vozu, nebo případně vypnout motor.

Obr. 5:  Reálné foto měniče

• Jelikož není hydrodynamická spojka schopna přenášet výkon obráceným směrem, je doplňována spojkou třecí, která je ovládaná automaticky. Měnič potom pracuje bez skluzu a po rozjezdu vozidla. Když jsou otáčky vyrovnány, nedochází ke snížení účinnosti spojky vlivem mírného prokluzu. Zároveň je umožněno brzdění motorem. Blokování měniče se používá při plynulé jízdě vpřed, kdy se blokují nejčastěji jen nejvyšší převodové stupně.   

Zdroje

• J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan, Automobily – Převody (2), Avid, spol. s.r.o., Brno.
• http://www.mjauto.cz/jiricech/jiricech.php?clanek=13

Obrázky

• Obr. 1: Autor: J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan. Převody [cit. 14.04.2014].
• Obr. 3: Autor: J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan. Převody [cit. 14.04.2014].
• Obr. 4: Autor: J. Čupera, B. Ždánský, Z.Jan. Převody [cit. 14.04.2014].

Pokud není uvedeno jinak, obrázky vloženy z archivu autora