Zaczniemy od ciekawostki – czy wiesz, że nie zawsze w samochodach znajdowała się skrzynia biegów? Pierwszą, jeszcze nieautomatyczną przekładnię, zbudował i zastosował w 1891 roku Rene Panhard, francuski konstruktor. W 1904 roku stworzono natomiast pierwszą automatyczną skrzynię biegów. Dziś, po blisko 120 latach, skrzynie biegów prezentują się zupełnie inaczej niż ich pierwowzory. Sprawdź, jak wyglądała ewolucja skrzyni biegów na przestrzeni lat!
Skrzynia biegów – czym jest?
Zanim przyjrzymy się temu, jak zmieniały się skrzynie biegów na przestrzeni lat, to wyjaśnimy, czym właściwie jest ten mechanizm. Otóż skrzynia biegów umożliwia zmianę przełożenia układu napędowego po to, by dostosować parametry silnika do zmieniających się potrzeb. Tym samym dzięki skrzyni biegów możliwe jest efektywne wykorzystanie mocy, jaką silnik wytwarza w procesie spalania mieszanki paliwowo-powietrznej.
Biegi w skrzyni biegów służą temu, by realizowane były określone przełożenia, czyli konfiguracje ułożeń kół zębatych (napędzającego i napędzanego). Podczas zmiany biegów na wyższe dochodzi do zwiększenia mocy pojazdu kosztem momentu obrotowego przekazywanego na koła napędowe. Podczas redukcji biegów dochodzi do zmiany przełożenia w skrzyni biegów na takie, które zapewniają większy moment obrotowy na koła napędowe kosztem prędkości maksymalnej.
Obecnie istniejące skrzynie dzielą się ze względu na sposób ich obsługi i są to: skrzynia ręczna (manualna), skrzynia sekwencyjna, skrzynia półautomatyczna oraz skrzynia automatyczna.
Początki istnienia skrzyń biegów – pierwsze wynalazki
Skrzynie biegów to dzisiaj właściwie jeden z najważniejszych elementów w pojazdach silnikowych. Ich budowa, wygląd, lokalizacja i sposób działania zmieniły się na przestrzeni lat znacząco. Sprawdź, jak wygląda ewolucja skrzyni biegów: od pierwszej do współczesnych!
- Pierwsza nieautomatyczna skrzynia biegów
Zacznijmy od pierwszej skrzyni biegów. Została ona zbudowana i zastosowana w 1891 roku, a jej twórcą był Francuz Rene Panhard. Była to nieautomatyczna, 3-stopniowa skrzynia, którą konstruktor przymocował do dwucylindrowego silnika 1,2l w układzie V. Konstrukcja nie była skomplikowana – podstawę stanowiły 2 wałki z kołami zębatymi o prostych zębach, mających różną średnicę. Zmiana przełożenia następowała z pomocą tych kół zębatych, które przesuwały się wzdłuż osi wałka i zazębiały z kołem na sąsiednim wałku. Napęd był przekazywany na tylne koła poprzez przekładnię łańcuchową.
- Pierwsza automatyczna skrzynia biegów
W roku 1904 roku w USA, bracia Sturtevant stworzyli pierwszą skrzynię biegów automatyczną, wyposażoną w dwa biegi do przodu. Działała na zasadzie siły odśrodkowej. Proces zmiany przełożenia z biegu niższego na wyższy był samoczynny i następował w trakcie wzrostu obrotów silnika, a kiedy obroty spadały, bieg automatycznie był zrzucany na niższy. Tu jednak należy wspomnieć o wysokiej awaryjności tego rozwiązania, która wynikała z kiepskiej jakości materiałów wykorzystywanych do produkcji.
- Planetarna skrzynia biegów Forda
Gry Henry Ford budował model T, zaprojektował planetarną skrzynię biegów. W konstrukcji znajdowały się dwa biegi w przód oraz bieg wsteczny. Sterowanie następowało poprzez działanie kierowcy, który obsługiwał biegi pedałami. Opanowanie tej sztuki było bardzo proste w przeciwieństwie do pierwowzoru, gdzie kierowcy musieli być bardzo wprawieni, by nie uszkodzić kół zębatych podczas zmiany biegów.
- Międzywojenne skrzynie półautomatyczne
Inżynierowie koncernów General Motors i REO Motor Car Company postanowili dołożyć wszelkich starań, by stworzyć skrzynię biegów łatwą w obsłudze, a zarazem trwałą i niezbyt skomplikowaną. Tym samym opracowane zostały systemy półautomatyczne, gdzie tradycyjne sprzęgło współpracowało z przekładnią planetarną, sterowaną hydraulicznie. Do gry wkroczył także Chrysler, który wprowadził samoczynne sprzęgło hydrauliczne, współpracujące z mechaniczną przekładnią, czego konsekwencją była redukcja jednego pedała (pozostał drążek zmiany biegów).
- Bezstopniowa skrzynia biegów Constantinesco
Choć to nie George Constantinesco jest autorem koncepcji bezstopniowej przekładni automatycznej (idea należy do Miltona Reevesa), to właśnie rumuński naukowiec odpowiada za rozpowszechnienie tego typu skrzyni biegów. W jego projekcie przełożenia skrzyni bezstopniowej określane były przez oscylację wahadła, z kolei zakres oscylacji m.in. przez wymiary, moment obrotowy, masę wahadła, prędkość silnika czy kół jezdnych. Aby nie trzeba było stosować skrzyni manualnej, w pojeździe Constantinesco zastosowany został konwerter momentu obrotowego mas oscylacyjnych. Dzięki temu możliwe było wykorzystanie mniejszego silnika.
Ewolucja skrzyń biegów – od lat 40. do współczesności
Lata mijały, a konstruktorzy głowili się nad tym, by jeszcze bardziej uprościć i lepiej zaprojektować skrzynię biegów. Przełom nastąpił pod koniec lat 40., kiedy to powstała mocno zbliżona do współczesnej konstrukcja.
- Postępy Charlesa H. Minera
Nie możemy tu zapomnieć o postaci Charlesa H. Minera z Denver. Dokonał przełomowych postępów w zakresie rozwoju skrzyń bezstopniowych. Do jego osiągnieć należy m.in. koło pasowe o zmiennej prędkości, które wykorzystując stalowe kulki i siłę odśrodkową, jest w stanie manewrować ruchomą częścią końcówki napędowej sprzęgła z pasem klinowym. Skutkiem tego dzieła było otwarcie firmy Miner Pulley produkującej koła pasowe sprzęgła, która później została przejęta przez firmę Warner Clutch.
- Skrzynia CVT
Powstanie skrzyni CVT datuje się na koniec lat 50. Jej twórcą (projektantem, jak i wykonawcą) był Hub van Doorne, współzałożyciel firmy Automobiel Fabriek (DAF). Pierwsze auto z tego typu skrzynią wyszło na rynek w 1958 roku (DAF 600). W 1965 roku wszystkie auta osobowe marki DAF były wyposażone w bezstopniowe przekładnie typu Variomatic.
- Doskonalenie skrzyń biegów w latach 60. i 70.
W latach 60. producenci samochodów zaczęli umieszczać skrzynię biegów pomiędzy dwoma przednimi siedzeniami, czyli tam, gdzie jest ona zlokalizowana obecnie. Pracowano również nad wydajnością mechanizmu, wprowadzono wyższy bieg, a także podłączono bezpośrednio do przekładni dźwignię zmiany biegów. Maksymalizowano ergonomię i komfort jazdy oraz wdrożono rozwiązania usprawniające zmianę biegów.
- Skrzynia dwusprzęgłowa
Za rozwój automatycznej skrzyni biegów, która wykorzystywała podwójne sprzęgło, odpowiedzialny był Harry Webster z Automotive Products. Pierwsze tego typu przekładnie zastosowano w Fordzie Fiesta Mk1, Rangerze oraz Peugeocie 205. Posiadały one pojedyncze suche sprzęgło oraz wielopłytkowe sprzęgło mokre. Tego typu skrzynia biegów wyeliminowała przemiennik momentu obrotowego, który był wykorzystywany w automatycznych skrzyniach biegów z epicykliczną przekładnią. Obecnie stosuje się znacznie częściej dwusprzęgłowe skrzynie biegów, gdzie oba sprzęgła wielotarczowe są mokre. Pierwszym autem seryjnie produkowanym z skrzynią tego typu był Volkswagen Golf Mk4 R32 z 2003 roku.
- Lata 90. i współczesność
Zauważalna potrzeba zmniejszenia zużycia paliwa sprawiła, że wprowadzony został szósty bieg. Poza tym na drodze udoskonalania pierwowzorów znacznie skomplikowała się budowa skrzyń biegów. Dzisiejsza przekładnia samoczynna jest niezwykle zaawansowanym urządzeniem składającym się z kilkuset elementów systemu mechaniczno-hydraulicznego oraz ogromu innych w module elektronicznym.
Dziś automatyczne skrzynie biegów są tak skonstruowane, że problemy, takie jak gasnący silnik, staczanie się samochodu na wzniesieniach czy awaryjne sprzęgło prawie nie występują. Komfort zmiany biegów, jak i samej jazdy jest bardzo wysoki. Niemniej kierowcy muszą dbać o ten element konstrukcyjny pojazdu i użytkować go zgodnie z zasadami – w przeciwnym razie mogą ich czekać kosztowne, trudne i czasochłonne naprawy, które czasem kończą się nawet wymianą skrzyni biegów.