Sprzęgło hydrokinetyczne - zasada działania

Zarówno auta z manualną, jak i automatyczną skrzynią biegów posiadają sprzęgła. Jako część układu przeniesienia napędu są one nieodzowne do transportowania mocy i momentu obrotowego z silnika docelowo na koła. Ze względu na zmieniające się warunki na drodze, często zachodzi potrzeba zmiany biegów lub rozłączenia napędu ze względu na postój. Sprzęgło umożliwia dokonanie tego bez obciążania jednostki napędowej.

Ze względu na różnorodność skrzyni biegów, konieczne było stworzenie odrębnych systemów przenoszących moment obrotowy i moc z silnika. W ten sposób powstały cieszące się wielką popularnością sprzęgła cierne, sprzęgło hydrokinetyczne znane także jako konwerter momentu obrotowego, a także elektromagnetyczne. Ich konstrukcje się różnią, dzięki czemu znajdują zastosowanie w odrębnych kategoriach pojazdów silnikowych.

Sprzęgło hydrokinetyczne - zdjęcie poglądowe

Sprzęgło hydrokinetyczne - jak działa?

Zaprojektowana prawie 150 lat temu koncepcja sprzęgła hydrokinetycznego, znanego też jako zmiennik momentu, sprawdziła się we współpracy z automatyczną skrzynią biegów. Hermann Föttinger założył, że tarczę i docisk stosowany w tradycyjnych sprzęgłach ciernych zastąpi płyn hydrauliczny. Stosowaną cieczą mógł być olej, woda lub emulsja. Wprawiona w ruch miała za zadanie napędzać pompę i turbinę umieszczone w tej samej obudowie wykorzystując bezwładność płynu. W XXI wieku udało się zoptymalizować projekt sprzęgła hydrokinetycznego.

Pompa i wirnik w sprzęgle hydrokinetycznym

Sprzęgło hydrokinetyczne, podobnie jak cierne, przenosi siłę napędową między wałem korbowym a skrzynią biegów. Początek pracy sprzęgła wymaga wprawienia w ruch cieczy wypełniającej je do 70-80% objętości. Zadanie to przejmuje wirnik pompy, który ulokowano na wale korbowym. Po przeciwległej stronie znajdują się łopatki wirnika turbiny. To one odbierają energię kinetyczną pochodzącą z ruchu wirowego cieczy i zamieniają ją w energię mechaniczną. Pompa i turbina pracują w jednej obudowie, ale z różnymi prędkościami. Tylko w ten sposób mogą pozostać w ruchu. Odpowiada za to automatycznie regulowana objętość płynu (najczęściej oleju).

Poślizg sprzęgła

Wspomniana różnica prędkości i jej konieczność zachowania wynika z braku fizycznego połącznia wirnika turbiny z wirnikiem pompy. W rezultacie energia kinetyczna jest przekazywana z opóźnieniem. Ponadto wirnik pompy, jako element aktywny, jest napędzany przez jednostkę napędową - silnika. Z kolei turbina, będąc czynnikiem biernym, jest w pełni zależna od pracy pompy. Aby przekazać moc na skrzynię biegów, ta pierwsza musi pracować na wyższych obrotach niż wirnik pompy. Widać więc, że technologia, która z zasady ma wiele plusów, na tym etapie generuje straty zmniejszające wydajność tego rozwiązania. Dlatego sprzęgło tego rodzaju nie nadaje się do sportowych modeli samochodów, które mają się charakteryzować wysokim przyspieszeniem i wydajnością skrzyni biegów.

Większe spalanie vs mniejsza awaryjność

Każde rozwiązanie ma swoje plusy i minusy. Praca z ciągłym poślizgiem musi przełożyć się na wydajność silnika, a tym samym na zwykle większe spalanie, porównując z tradycyjnymi sprzęgłami. Jest to jednak kompromis względem mniejszej awaryjności sprzęgła hydrokinetycznego, wynikającej z:

• łagodnego rozruchu
• płynnego przeniesienia mocy
• pracę skrzyni automatycznej w zakresie optymalnych obrotów.

Konwerter momentu obrotowego - inna nazwa sprzęgła hydrokinetycznego

W nowych samochodach problem spalania został częściowo zniwelowany przez możliwość czasowego sprzężenia konwertera podczas dłuższej jazdy na wyższych obrotach z dużą prędkością. Za funkcję tę odpowiada tarcza "lock-up", będąca stosunkowo nowym rozwiązaniem.

Zastosowanie sprzęgła hydrokinetycznego

Przekładnia hydrokinetyczna nie jest jedynie domeną starych samochodów, chociaż montowana była od dziesięcioleci w samochodach z automatyczną skrzynią biegów w wydaniu klasycznym. Z czasem co prawda wprowadzono nowsze rozwiązania tj. sekwencyjna czy dwusprzęgłowa skrzynia biegów. Jednak do dnia dzisiejszego nawet renomowane marki fabrycznie montują sprzęgła hydrokinetyczne w nowych pojazdach. Dobrym przykładem może być BMW 5 generacji E60 czy AUDI A6, C5 i C6.

Podobnie, sprzęgła hydrokinetyczne znajdują zastosowanie w ciężkich pojazdach ze względu na wysoką efektywność podczas ruszania i nabierania prędkości. W praktyce sprawdzają się zatem wszędzie tam, gdzie ponad przyspieszenie stawia się płynność i komfort jazdy.

Wspomniane rozwiązanie jest również cenione w pojazdach terenowych, jako że dobrze tłumi drgania i zabezpiecza poszczególne podzespoły przed nagłymi przeciążeniami wynikającymi z trudnego terenu.

Najczęstsze awarie sprzęgła hydrokinetycznego

Większość awarii sprzęgła w samochodach z automatyczną skrzynią biegów jest spowodowana uszkodzeniem konwertera momentu obrotowego. Niektóre objawy mogą jednak dotyczyć samej skrzyni biegów, a ocenić mogą to fachowcy w warsztacie specjalizującym się w tego typu naprawach. Niepokojącym objawem wskazującym, że sprzęgło hydrokinetyczne wymaga wymiany bądź regeneracji są:

• spadek osiągów
• tzw. przeciąganie biegów - opóźniona zmiana przełożenia
• falowanie obrotów podczas równomiernej jazdy
• szumy lub inne dźwięki dobiegające ze skrzyni biegów podczas ruszania

Objawy są zatem zbliżone do tych, które generują manualne skrzynie biegów.

Sprzęgło hydrokinetyczne w przekroju

Regeneracja sprzęgła hydrokinetycznego

Choć sprzęgło hydrokinetyczne zdecydowanie lepiej wymienić niż regenerować, ze względu na wysoki koszt naprawy, niektórzy próbują naprawiać zużyty element. W takiej sytuacji dobrze jest poszukać fachowców o dobrej renomie. Regeneracja konwertera może bowiem przynieść czasowe rozwiązanie problemu jedynie wtedy, kiedy zostanie poprawnie wykonana. W ramach naprawy, po otwarciu obudowy, wymienia się zużyte elementy na nowe, a pozostałe dokładnie oczyszcza. Ważnym elementem warunkującym poprawną pracę jest dokładne zaspawanie elementu oraz wyważenie dynamiczne sprzęgła. Po zakończeniu regeneracji przeprowadza się dokładne testy.

Zobacz nasz sprzęgła hydrokinetyczne

Sprzęgło hydrokinetyczne SACHS 0700 600 055

1 599 zł

Sprzęgło hydrokinetyczne SACHS 0700 600 052

1 919 zł

Sprzęgło hydrokinetyczne SACHS 0700 600 021

1 849 zł

Bilans plusów i minusów

Podsumowując, sprzęgło hydrokinetyczne, mimo przeszło 100 letniej tradycji, wciąż jest cenionym rozwiązaniem technologicznym. Chociaż pojawiają się nowsze rozwiązania, nie wydaje się, aby miało szybko zostać wycofane z obiegu. Ma ono swoje wady i zalety.

Do największych plusów należałoby zaliczyć:

• świetne zabezpieczenie układu przed przegrzaniem
• wysoką trwałość sprzęgła
• regulację prędkości obrotowej wirnika turbiny
• bardzo dobre tłumienie drgań skrętnych
• wysoką kulturę pracy
• łagodny rozruch
• wysoki poziom ochrony silnika i skrzyni biegów

Niewątpliwie wadami można nazwać:

• duży koszt
• niższą sprawność układu niż w sprzęgłach ciernych
• wyższą wagę
• dłuższy czas reakcji przy rozruchu
• nagrzewanie się układu, wymagające stosowania dodatkowego chłodzenia

Jak widać, bilans strat i zysków przedstawia się podobnie. Przekładnia hydrokinetyczna nie nadaje się do każdego pojazdu. W wielu wypadkach jest jednak ceniona, a ze względu na swoje właściwości nie znajduje wystarczająco konkurencyjnego rozwiązania. Wybór pojazdu z takim sprzęgłem będzie więc w dużej mierze determinowany stylem jazdy kierowcy i przeznaczeniem samochodu.