9 fokozatú hidromechanikus sebességváltók

A környezetterhelés csökkentésére, az energetikai hatásfok javítására egyik lehetőség a sebességfokozatok számának növelése. Az egymást követő fokozatok áttételi aránya különbségének csökkentése javítja a gyorsulóképességet, a kapcsolások minőségét és pontosságát is. Elérhető továbbá, hogy a legnagyobb fokozatban az erőátvitel összáttétele csökkenjen, ezáltal a motorfordulatszám is kisebb lesz országúti menetben, javul a hatásfok, a menetkomfort, mérséklődik a zajterhelés.

ZF 9HP

A ZF első 9 fokozatú automatikus váltóját a keresztmotoros, összkerékhajtású Land Rover személygépkocsiba építették be. Ezt a prémiumkategóriás járművet idén márciusban, Genfben, a 83. Nemzetközi Motor Show-n mutatták be. A „9HP” típusú erőátviteli egység a ZF tájékoztatása alapján a nagyfokú hatékonyságát a fokozatok terjedelmének és elosztásának, a kompakt kialakításának, a kisméretű moduláris vezérlőmechatronikájának, a fokozatok gyors, kényelmes váltásának köszönheti. Összehasonlítva a korábbi (leírásokban manapság szabványosként nevezett) hatfokozatú erőátvitelekkel, melyeket keresztirányú elrendezésben építenek be, a ZF 9HP következetesen csökkenti a tüzelőanyag-fogyasztást és így a CO2-kibocsátást. A kiemelkedő hatásfok műszaki alapja az áttételi arányok nagyon széles terjedelme – mindamellett, hogy a kilenc fokozatnak köszönhetően különösen csekélyek a fokozatok közötti áttételkülönbségek. Ez – a menetdinamikai tulajdonságok javításán, az utazási komfort növelésén túl – lehetővé teszi, hogy a motor mindig a pillanatnyi terhelésétől függő leggazdaságosabb fordulatszám-tartományában üzemeljen.

A ZF 9HP sebességváltót keresztben beépített motorokhoz tervezték; elsőként a 2014-es modellévi Range Rover Evoque modell benzin- és dízelüzemű változatain mutatkozik be

A ZF 9HP hidromechanikus sebességváltót – lásd a címképet – keresztmotoros, elsőkerék- vagy összkerékhajtású gépkocsikhoz tervezték, jelenleg a költségérzékeny kompakt és középkategóriákban ez az elrendezés a legelterjedtebb, piaci részesedésük kb. 75%. A ZF kiemelte: míg a hét- és nyolcfokozatú erőátviteli egységek hosszirányú elrendezésben már jelen vannak a piacon, ez a fejlesztés újdonság a keresztirányú erőátvitelű gépkocsiknál. A keresztmotoros személygépkocsik motorterében a hely nagyon korlátozott – a konstruktőröknek külön kihívást jelentett, hogy a fokozatok számának növelése ellenére a szerkezeti egység beépítésihely-szükséglete nem növekedhetett. Cél volt a hajtáslánc energiaveszteségeinek csökkentése is. A kilenc fokozatot újszerű módon: négy bolygóművel és hat tolóhevederrel hozzák létre (ezt a megoldást a ZF-leírások az erőátvitel forradalmának nevezik).

A hidromechanikus sebességváltó hidrodinamikus nyomatékváltója és a bolygóműves mechanikus sebességváltó bolygóművei és lemezes fokozatváltó tengelykapcsolói figyelhetők meg a képen.

Mind a költséghatékonyság, mind a beépítési hely optimalizálása érdekében a ZF mérnökei elhagyták a korábban alkalmazott teljesen integrált mechatronikus modult annak szenzoraival, működtető rendszereivel és az elektronikus vezérlőegységével együtt. Az elektromos vezérlést (ECU/TCU) a jelentősen csökkentett méretű hidraulikus vezérléstől (HCU) és a szenzoroktól elkülönítve helyezték el a sebességváltó ház felső oldalán. A váltó opcionálisan képes kiszolgálni a motor STOP/START funkcióját is. Annak érdekében, hogy a motor indítását követően a sebességváltó késedelemmentesen üzemképes legyen (a működéséhez szükséges olajnyomás azonnal rendelkezésre álljon), a nyomás fenntartásáról külön (a mechanikus meghajtású főszivattyútól független) elektromos meghajtású segédszivattyú gondoskodik. (A nyomást a motor leállítását követően a korábbi, 8 fokozatú változatnál külön nyomástároló egység – Hydraulic Impulse Storage – tárolta. A hidrodinamikus nyomatékváltó gyors összezárását az új fejlesztésű torziós csillapító elemek már kis fordulaton lehetővé teszik – a közvetlen motorkapcsolat létrejötte után a hidraulikus veszteségek minimalizálódnak. A ZF a 9HP erőátviteli egységet flexibilis konstrukciós csomagban fejlesztette, annak érdekében, hogy minél több gépkocsiváltozatnál használható legyen. Kettő változatban készül: a hajtási nyomaték tartomány 200…480 Nm. 

A 9HP konstrukciójában elöl, keresztben elhelyezett motorbeépítéshez illeszkedik. A váltó kihajtását ennek megfelelően a váltóház oldalán találjuk. A képek a differenciálművet és a hátramenő tengelyhajtást mutatják

(A terhelhetőségtől függően a befoglaló méreteik is eltérnek.). Párhuzamos rendszerű hibrid hajtásra alkalmassá tehető, további olajszivattyú beépítése nélkül: a hidrodinamikus tengelykapcsoló villanymotorral helyettesíthető. A 9HP szoftvere és interface-e „nyitott” – ez is hozzájárul ahhoz, hogy alkalmas lesz a legtöbb gépkocsi-koncepcióhoz.

A ZF 9HP fejlesztésénél a helykihasználás csökkentése volt az egyik szempont. Mindössze 6 mm-rel hosszabb, ráadásul 7,5 kilogrammal kisebb tömegű, mint az eddig alkalmazott hatfokozatú sebességváltó.

A 9HP gyártása 2013-ban kezdődött meg a ZF Gray Court-ban (Dél-Karolina, USA) lévő gyárában, a tervek szerint évenként 400 ezer 9HP váltót készítenek.

Mercedes-Benz 9G-Tronic

A Mercedes-Benz saját fejlesztésű új automatikus sebességváltója a 9G-Tronic, amely először az idén július végén bemutatott (napjainkban piacra került) E 350 BlueTEC prémiumkategóriás személygépkocsival debütált. A fejlesztők célja volt: létrehozni az osztályában egyik leghatékonyabb tüzelőanyag-felhasználású dízelüzemű személygépkocsit. A 3000 cm3 lökettérfogatú, 185 kW teljesítményű, 620 Nm névleges nyomatékú, „V” elrendezésű, hathengerű személygépkocsi (melyben ez a váltó felár nélküli „alapfelszerelés”) innovációs eredményei:

– tüzelőanyag-fogyasztás 5,3 liter/100 km (ENSZ EGB NEDC vizsgálati programban mérve),

– CO2-kibocsátása mindössze 138 g/km,

– zajkibocsátása több mint 4 dB[A] értékkel, tehát a zajterhelés kétszeresen csökkent,

– a gépkocsi NVH-komfortossága javult.

A Mercedes-Benz 9G-Tronic váltó főbb szerkezeti elemei: 1 – hidrodinamikus nyomatékváltó kettős turbinakerék, kettős (rugós) torzióslengés-csillapítóval és ingás lengésfojtóval, 2 – váltóbehajtó tengely, 3 – négy bolygóműegységből álló, szabadalmaztatott egyesített bolygóműrendszer, hat kapcsolóelemmel, 4 – parkolórögzítőfék, 5 – kihajtás a hátsó tengelyhez, 6 – rögzítőfékaktuátor, 7 – elektromos hajtású, kiegészítő olajszivattyú, 8 – integrált mechatronikai modul ECU-val és elektrohidraulikus mágnesszelepekkel, 9 – lánchajtású szárnylapátos hidraulikaszivattyú, 10 – belső égésű motor csatlakozás, 11 – hidrodinamikus nyomatékváltó egység blokkírozó tengelykapcsoló

A váltó motoroldali nézete: a blokkírozó tengelykapcsoló és a rugós torzióslengés-csillapító

A hidrodinamikus nyomatékváltó szabadonfutóval (1), rugós torzióslengés-csillapítóval (2), valamint az ingás lengésfojtóval (3)

A hidrodinamikus nyomatékváltó metszete és a torzióslengéscsillapító

Az egyesített bolygóművek és a lamellás fokozatváltó tengelykapcsolók

A rögzítőfék aktuátora és az elektromos hajtású olajszivattyú 

Az integrált mechatronikai modul és az elektrohidraulikus mágnesszelepek

Az előző modellek paramétereihez képest javuló értékek az új motor és az új kilenc fokozatú automata sebességváltó sikerességét, azok „tökéletes kölcsönhatását” igazolják. Az első és kilencedik fokozat áttételeinek hányadosa 9,15 – ezzel elérték, hogy a 120 km/h sebesség tartásához a kilencedik sebességfokozatban a motor 1350 min-1 fordulatszáma elegendő. A MERCEDES E 350 BlueTEC szerkezeti egységei hagyományos elrendezésűek: a motor és a sebességváltó alapkivitelben a hátsó kerekeket hajtja. A 9G-Tronic alkalmassá tehető összkerékhajtásra is. A tervezőknek figyelembe kellett venniük, hogy a két újabb fokozat ellenére a szerkezeti egység helyigénye nem növekedhetett az elődökéhez képest – mindemellett, hogy az átvihető nyomaték az 1000 Nm értéket meghaladja. A kilenc fokozatot, illetve váltását ebben a váltóban is négy egyesített bolygóművel és hat lemezes tengelykapcsolóval hozzák létre. A 9G-Tronic is képes kiszolgálni a motor STOP/START funkcióját, a mechanikus és elektromos meghajtású szivattyúkat ez a konstrukció is tartalmazza. Újszerű, integrált vezérlőrendszerrel érték el a rövid, csaknem észrevehetetlen váltásokat. A vezérlés lehetővé teszi néhány sebességfokozat „átugrását” is mind gyorsításkor, mind lassításkor. A 9G-Tronic is alkalmas hibrid hajtással együttműködni, plug-in (hálózati árammal töltött akkumulátorokkal táplált) rendszerű kettős üzemre tehető alkalmassá. A gyártó tervei szerint a 9G-Tronic erőátvitel az elkövetkező években csaknem valamennyi típusba – és motorváltozattal együttműködve – beépíthető lesz.

FORD és GM

A FORD-tól és a General Motorstól érkező tudósítások új, 9 fokozatú erőátviteli egység közös fejlesztéséről adtak hírt, a mai modellekhez képest 3...4% tüzelőanyag-megtakarításról szólnak. Megemlítik, hogy utoljára a hatfokozatú elődöt is kollektíven alkották meg – példa az innováció idejének és költségeinek csökkentésére. A mindkét gyártó által közösen alkalmazni szándékozott elektrohidraulikus egységek további megtakarításokra adnak lehetőséget. A Ford beszámolója szerint, míg a váltón belül a fokozatok áttételi aránya megegyezik, az erőátvitelt a végáttétel illesztésével teszik majd alkalmassá a különböző gépkocsi- és motorváltozatokhoz. Példaként említik a 2,0 literes EcoBoost turbófeltöltős Ford-motort az új 9 fokozatú automata váltóval a Focus, Escape, Fiesta, Fusion, Taurus és Edge típusokba. A Fiesta motorválasztékát példaként említve, hogy az 1,0 literes háromhengerű változattól a 2,0 literesig terjed.