Gearhead 101:automatische transmissie begrijpen

Welkom terug bij Gearhead 101:een serie over de basisprincipes van hoe auto's werken voor de nieuwelingen in de auto-industrie.

Als je Gearhead 101 hebt gevolgd, weet je hoe de motor van een auto werkt, hoe de motor het vermogen dat hij genereert via de aandrijflijn overdraagt, en hoe een handgeschakelde versnellingsbak functioneert als een soort schakelbord tussen de motor en de aandrijflijn.

Maar de meeste mensen tegenwoordig (tenminste als je in de Verenigde Staten woont) rijden auto's met automatische uitzendingen. Heb je je ooit afgevraagd hoe je auto in de juiste versnelling kan schakelen zonder dat je iets anders hoeft te doen dan het gaspedaal of de rem in te trappen?

Nou, hou je vast. We staan ​​op het punt je door een van de meest verbazingwekkende stukken mechanische (en vloeiende) techniek in de menselijke geschiedenis te leiden:de automatische transmissie.

(Serieus, ik overdrijf niet:als je eenmaal begrijpt hoe automatische transmissies werken, zul je onder de indruk zijn dat mensen dit ding zonder computers hebben kunnen bedenken.)

Reviewtijd:het doel van een verzending

Voordat we ingaan op de ins en outs van hoe een automatische transmissie werkt, laten we eerst even kijken waarom voertuigen in de eerste plaats een transmissie nodig hebben - van welke aard dan ook.

Zoals besproken in onze inleiding over hoe een automotor werkt, creëert de motor van uw voertuig rotatievermogen. Om de auto te verplaatsen, moeten we die rotatiekracht op de wielen overbrengen. Dat is wat de aandrijflijn van de auto - waar de transmissie deel van uitmaakt - doet.

Maar hier is het probleem:een motor kan alleen binnen een bepaalde snelheid draaien om efficiënt te werken. Als hij te laag draait, zou je de auto vanuit stilstand niet in beweging kunnen krijgen; als hij te snel draait, kan de motor zichzelf vernietigen.

Wat we nodig hebben, is een manier om het vermogen dat door de motor wordt geproduceerd te vermenigvuldigen wanneer dat nodig is (starten vanuit stilstand, een heuvel opgaan, enz.), maar ook om de hoeveelheid vermogen die door de motor wordt verzonden te verminderen wanneer het niet nodig is ( bergafwaarts gaan, heel snel gaan, op de rem trappen).

Voer de verzending in.

De transmissie zorgt ervoor dat uw motor in een optimaal tempo draait (niet te langzaam of te snel), terwijl uw wielen tegelijkertijd de juiste hoeveelheid kracht krijgen die ze nodig hebben om te bewegen en de auto te stoppen, ongeacht de situatie waarin u zich bevindt. tussen de motor en de rest van de aandrijflijn en fungeert als een soort schakelbord voor de auto.

We zijn eerder in detail ingegaan op hoe handmatige transmissies dit bereiken door middel van overbrengingsverhoudingen. Door versnellingen van verschillende afmetingen met elkaar te verbinden, kunt u de hoeveelheid vermogen die aan de rest van de auto wordt geleverd vergroten zonder het toerental van het toerental van de motor al te veel te veranderen. Als je het idee van overbrengingsverhoudingen nog niet begrijpt, raad ik je aan de video te bekijken die we de vorige keer hebben toegevoegd voordat je verder gaat; niets anders heeft zin tenzij je dit concept begrijpt.

Bij een handgeschakelde versnellingsbak bepaalt u welke versnellingen worden ingeschakeld door de koppeling in te drukken en de versnellingen op hun plaats te zetten.

Bij een automatische transmissie bepaalt briljante techniek welke versnelling wordt ingeschakeld zonder dat u iets anders hoeft te doen dan het gas of de rempedalen in te drukken. Het is automagie.

Delen van een automatische transmissie

U zou nu dus een basiskennis moeten hebben van het doel van een transmissie:het zorgt ervoor dat uw motor met een optimale snelheid draait (niet te langzaam of te snel), terwijl uw wielen tegelijkertijd de juiste hoeveelheid kracht krijgen om te bewegen en de motor te stoppen. auto, ongeacht de situatie.

Laten we eens kijken naar de onderdelen die dit mogelijk maken in het geval van de automatische transmissie:

Transmissiebehuizing

Een transmissiebehuizing herbergt alle onderdelen van de transmissie. Het lijkt een beetje op een bel, dus je zult het vaak horen als een "klokhuis". De transmissiebehuizing is meestal gemaakt van aluminium. Naast het beschermen van alle bewegende versnellingen van de transmissie, heeft het klokhuis van moderne auto's verschillende sensoren die het invoertoerental van de motor en het uitvoertoerental naar de rest van de auto volgen.

Koppelomvormer

Heb je je ooit afgevraagd waarom je de motor van je auto kunt aanzetten, maar het ding niet vooruit kunt laten gaan? Welnu, dat komt omdat de stroomtoevoer van de motor naar de transmissie is losgekoppeld. Door deze ontkoppeling kan de motor blijven draaien, ook al krijgt de rest van de aandrijflijn van de auto geen stroom. Bij een handgeschakelde versnellingsbak koppelt u het vermogen van de motor naar de aandrijflijn los door de koppeling in te drukken.

Maar hoe koppel je het vermogen van de motor naar de rest van de aandrijflijn los van een automatische transmissie zonder koppeling?

Met een koppelomvormer natuurlijk.

Dit is waar de zwarte magie van automatische transmissies begint (we zijn nog niet eens bij planetaire tandwielen gekomen).

De koppelomvormer zit tussen de motor en de transmissie. Het is een donutachtig ding dat in de grote opening van de belkast van de transmissie zit. Het heeft twee primaire functies in termen van het overbrengen van koppel:

1. Verplaatst vermogen van de motor naar de ingaande as van de transmissie
2. Vermenigvuldigt motorkoppeloutput

Het vervult deze twee functies dankzij de hydraulische kracht die wordt geleverd door de transmissievloeistof in uw transmissie.

Om te begrijpen hoe dit werkt, moeten we weten hoe de verschillende onderdelen van een koppelomvormer werken.

Delen van een koppelomvormer

Er zijn vier hoofdonderdelen van een koppelomvormer in de meeste moderne voertuigen:1) de pomp, 2) de stator, 3) de turbine en 4) de koppelomvormerkoppeling.

1. Pomp (ook bekend als waaier). De pomp ziet eruit als een ventilator. Het heeft een aantal bladen die vanuit het midden uitstralen. De pomp is rechtstreeks op het koppelomvormerhuis gemonteerd, dat op zijn beurt rechtstreeks op het vliegwiel van de motor is vastgeschroefd. Hierdoor draait de pomp met hetzelfde toerental als de krukas van de motor. (Dat moet u onthouden wanneer we doornemen hoe de koppelomvormer werkt.) De pomp "pompt" transmissievloeistof naar buiten vanuit het midden naar de . . .

2. Turbine. De turbine zit in de behuizing van de omvormer. Net als de pomp ziet hij eruit als een ventilator. De turbine wordt rechtstreeks aangesloten op de ingaande as van de transmissie. Het is niet verbonden met de pomp, dus het kan met een andere snelheid bewegen dan de pomp. Dit is een belangrijk punt. Hierdoor kan de motor met een andere snelheid draaien dan de rest van de aandrijflijn.

De turbine kan draaien dankzij de transmissievloeistof die door de pomp wordt gestuurd. De bladen van de turbine zijn zo ontworpen dat de vloeistof die het ontvangt naar het midden van de turbine en terug naar de pomp wordt verplaatst.

3. Stator (ook bekend als Reactor). De stator zit tussen de pomp en de turbine. Het lijkt op een ventilatorblad of vliegtuigpropeller (zie je hier een patroon?). De stator doet twee dingen:1) stuurt transmissievloeistof van de turbine efficiënter terug naar de pomp, en 2) vermenigvuldigt het koppel dat van de motor komt om de auto in beweging te krijgen, maar stuurt dan minder koppel als de auto op een goed clip.

Het bereikt dit dankzij een aantal slimme techniek. Ten eerste zijn de bladen van de reactor zo ontworpen dat wanneer de transmissievloeistof die de turbine verlaat de bladen van de stator raakt, de vloeistof in dezelfde richting wordt geleid als de rotatie van de pomp.

Ten tweede is de stator via een eenrichtingskoppeling verbonden met een vaste as op de transmissie. Dit betekent dat de stator maar in één richting kan bewegen. Dit zorgt ervoor dat vloeistof uit de turbine in één richting wordt gericht. De stator gaat pas draaien als de vloeistofsnelheid van de turbine een bepaald niveau bereikt.

Deze twee ontwerpelementen van de stator vergemakkelijken het werk van de pomp en genereren meer vloeistofdruk. Dit zorgt op zijn beurt voor een versterkt koppel bij de turbine en omdat de turbine is aangesloten op de transmissie, kan er meer koppel naar de transmissie en de rest van de auto worden gestuurd. Oef.

4. Koppelomvormer koppeling. Dankzij de manier waarop vloeistofdynamica werkt, gaat er vermogen verloren als de transmissievloeistof van de pomp naar de turbine gaat. Hierdoor draait de turbine met een iets lagere snelheid dan de pomp. Dit is geen probleem wanneer de auto op gang komt (in feite zorgt dat snelheidsverschil ervoor dat de turbine meer koppel aan de transmissie kan leveren), maar als hij eenmaal rijdt, leidt dat verschil tot wat energie-inefficiënties.

Om dat energieverlies teniet te doen, hebben de meeste moderne koppelomvormers een koppelomvormerkoppeling die op de turbine is aangesloten. Wanneer de auto een bepaalde snelheid bereikt (meestal 45-50 mph), schakelt de koppelomvormerkoppeling in en zorgt ervoor dat de turbine met dezelfde snelheid als de pomp draait. Een computer regelt wanneer de omvormerkoppeling is ingeschakeld.

Dat zijn dus de onderdelen van de koppelomvormer.

Laten we het allemaal samenbrengen en eens kijken hoe de actie van de koppelomvormer eruit zou zien als je van stilstand naar kruissnelheid gaat:

Je zet de auto aan en hij draait stationair. De pomp draait met dezelfde snelheid als de motor en stuurt transmissievloeistof naar de turbine, maar omdat de motor niet erg snel draait bij een stilstand, draait de turbine niet zo snel, dus hij kan niet leveren koppel naar de transmissie.

Je trapt op het gas. Hierdoor gaat de motor sneller draaien, waardoor de koppelomvormerpomp sneller gaat draaien. Omdat de pomp sneller draait, beweegt de transmissievloeistof snel genoeg van de pomp om de turbine sneller te laten draaien. De turbinebladen sturen de vloeistof naar de stator. De stator draait nog niet omdat de snelheid van de transmissievloeistof niet hoog genoeg is.

Maar vanwege het ontwerp van de statorbladen, leidt het fluïdum, terwijl het er doorheen gaat, het fluïdum terug naar de pomp in dezelfde richting als de pomp draait. Hierdoor kan de pomp de vloeistof met een hogere snelheid terug naar de turbine verplaatsen en ontstaat er meer vloeistofdruk. Wanneer de vloeistof terugstroomt naar de turbine, doet deze dat met meer koppel, waardoor de turbine meer koppel aan de transmissie levert. De auto begint vooruit te rijden.

Deze cyclus gaat steeds weer door terwijl uw auto versnelt. Wanneer je op kruissnelheid komt, bereikt de transmissievloeistof een druk die ervoor zorgt dat de reactorbladen uiteindelijk gaan draaien. Als de reactor draait, wordt het koppel verminderd. Op dit punt heb je niet veel koppel nodig om de auto te verplaatsen, omdat de auto met een goede clip beweegt. De koppelomvormerkoppeling schakelt in en zorgt ervoor dat de turbine met dezelfde snelheid draait als de pomp en de motor.

Oké, dus de koppelomvormer is wat het mogelijk maakt of verhindert dat het vermogen van de motor naar de transmissie wordt overgebracht en wat het koppel naar de transmissie vermenigvuldigt om de auto vanuit stilstand te laten rijden. Tijd om eens te kijken naar de onderdelen van de transmissie waarmee de auto automatisch kan schakelen.

Planetaire tandwielen

Naarmate uw voertuig hogere snelheden bereikt, heeft het minder koppel nodig om de auto aan de gang te houden. Transmissies kunnen de hoeveelheid koppel die naar de wielen van de auto wordt gestuurd, vergroten of verkleinen dankzij overbrengingsverhoudingen. Hoe lager een overbrengingsverhouding is, hoe meer koppel wordt geleverd. Hoe hoger een overbrengingsverhouding, hoe minder koppel wordt geleverd.

Bij een handgeschakelde versnellingsbak moet u uw versnellingspook verplaatsen om de overbrengingsverhoudingen te wijzigen.

Bij een automatische transmissie nemen de overbrengingsverhoudingen automatisch toe en af. En dat is mogelijk dankzij het ingenieuze ontwerp van een planetair tandwielstelsel.

Een planetair tandwielstelsel bestaat uit drie componenten:

1. Een zonnewiel. Zit in het midden van de planetaire tandwielset.
2. De planeetwielen/rondsels en hun drager. Drie of vier kleinere tandwielen die het zonnewiel omringen en constant in aangrijping zijn met het zonnewiel. De planeetwielen (of rondsels) zijn gemonteerd en ondersteund door de drager. Elk van de planeetwielen draait op hun eigen afzonderlijke assen die zijn verbonden met de drager. Planeetwielen draaien niet alleen, ze draaien ook om het zonnewiel.
3. Het tandwiel. Het ringwiel is het buitenste tandwiel en heeft interne tanden. Het ringtandwiel omringt de rest van de tandwielset en de tanden zijn constant in aangrijping met de planeetwielen.

Een enkele planetaire tandwielset kan achteruit rijden en vijf niveaus van voorwaartse aandrijving bereiken. Het hangt allemaal af van welke van de drie onderdelen van de tandwielset beweegt of stilstaat.

Laten we dat eens in actie bekijken, waarbij de verschillende componenten werken als ofwel het invoertandwiel (het tandwiel dat de stroom genereert), het uitgangstandwiel (het tandwiel dat stroom ontvangt) of stil wordt gehouden.

Zonnewiel:ingaande versnelling / Planetaire drager:uitgaande versnelling / Ringwiel:stationair gehouden

In dit scenario is het zonnewiel het invoertandwiel. Het ringwiel beweegt niet. Met het zonnewiel in beweging en het ringwiel op zijn plaats gehouden, zullen de planeetwielen op hun eigen draagassen draaien en rond de binnenkant van het ringwiel lopen, maar in de tegenovergestelde richting als het zonnewiel. Hierdoor draait de drager in dezelfde richting als het zonnewiel. De drager wordt zo het uitgaande tandwiel.

Deze configuratie zorgt voor een lage overbrengingsverhouding, wat betekent dat het invoertandwiel (in dit geval het zonnewiel) sneller draait dan het uitvoertandwiel (de planeetdrager). Maar de hoeveelheid koppel die de planeetdrager creëert, is veel meer dan het zonnewiel levert.

Dit soort configuratie zou worden gebruikt wanneer de auto net begint.

Zonnewiel:stationair gehouden / Planetaire drager:uitgaande tandwiel / Ringwiel:ingaande tandwiel

In dit scenario wordt het zonnewiel stationair gehouden, maar het ringwiel wordt het invoertandwiel (dat wil zeggen, het levert stroom aan het tandwielsysteem). Omdat het zonnewiel wordt vastgehouden, zullen de draaiende planeetwielen rond het zonnewiel lopen en de planeetdrager met zich meedragen.

De planeetdrager beweegt in dezelfde richting als het ringwiel en is een uitgaand tandwiel.

Deze configuratie zorgt voor een iets hogere overbrengingsverhouding dan de eerste configuratie. Maar het ingaande tandwiel (het ringtandwiel) draait nog steeds sneller dan het uitgaande tandwiel (de planetaire drager). Dit resulteert in het planetaire tandwiel dat meer koppel of vermogen levert aan de rest van de aandrijflijn. Deze configuratie is waarschijnlijk van toepassing wanneer uw auto versnelt vanuit een stilstand of wanneer u een heuvel oprijdt.

Zonnewiel:invoertandwiel / Planetaire drager:uitvoertandwiel / Ringtandwiel:invoertandwiel

In dit scenario fungeren zowel het zonnewiel als het ringwiel als invoertandwielen. Dat wil zeggen, beide draaien met dezelfde snelheid en in dezelfde richting. Dit zorgt ervoor dat de planetaire tandwielen niet op hun individuele assen draaien. Waarom? Als het ringwiel en het zonnewiel de invoerelementen zijn, zullen de interne tanden van het ringwiel proberen de planetaire tandwielen in één richting te draaien, terwijl de externe tanden van het zonnewiel zullen proberen ze in de tegenovergestelde richting aan te drijven. Ze vallen dus op hun plaats. De hele eenheid (zonnewiel, planetaire drager, ringwiel) beweegt samen met dezelfde snelheid en ze dragen dezelfde hoeveelheid kracht over. Wanneer de input en de output dezelfde hoeveelheid koppel overbrengen, wordt dit directe aandrijving genoemd.

Deze regeling is van toepassing wanneer u rond de 45-50 mph vaart.

Zonnewiel:stationair gehouden / Planetaire drager:invoertandwiel / Ringtandwiel:uitgangstandwiel

In dit scenario wordt het zonnewiel stationair gehouden en wordt de planetaire drager het invoertandwiel dat stroom levert aan het tandwielsysteem. Het ringwiel is nu het uitgaande tandwiel.

Terwijl de planeetdrager draait, worden de planeetwielen gedwongen om het vastgehouden zonnewiel te lopen, waardoor het ringwiel sneller wordt aangedreven. Eén volledige omwenteling van de planeetdrager zorgt ervoor dat het ringwiel meer dan één volledige omwenteling in dezelfde richting draait. Dit is een hoge overbrengingsverhouding en zorgt voor meer uitgangssnelheid maar minder koppel. Deze opstelling wordt ook wel 'overdrive' genoemd.

Je zou in deze configuratie zijn als je op de snelweg rijdt met een snelheid van 60+ mph.

Een automatische transmissie heeft meestal meer dan één planetaire tandwielkast. Ze werken samen om meerdere overbrengingsverhoudingen te creëren.

Omdat de tandwielen constant in elkaar grijpen in een planetair tandwielsysteem, wordt er geschakeld zonder versnellingen in of uit te schakelen, zoals bij een handgeschakelde versnellingsbak.

Maar hoe vertelt een automatische transmissie welke delen van het planetaire tandwielsysteem moeten fungeren als het ingaande tandwiel, het uitgaande tandwiel, of stationair moeten worden gehouden, zodat we die verschillende overbrengingsverhoudingen kunnen krijgen?

Met behulp van rembanden en koppelingen in de transmissie.

Rembanden en koppelingen

Rembanden zijn gemaakt van metaal bekleed met organisch wrijvingsmateriaal. De rembanden kunnen strakker worden gemaakt om de ring of het zonnewiel stil te houden of losmaken om ze te laten draaien. Of een remband strakker of losser wordt, wordt geregeld door een hydraulisch systeem.

Een reeks koppelingen is ook verbonden met de verschillende delen van een planetair tandwielsysteem. Transmissiekoppelingen in automatische transmissies bestaan ​​uit meerdere metalen en frictieschijven (daarom worden ze soms een "multischijfkoppeling" genoemd). Wanneer de schijven tegen elkaar worden gedrukt, wordt de koppeling ingeschakeld. Een koppeling kan ervoor zorgen dat een onderdeel van een planetair tandwiel een ingangstandwiel wordt of dat het stationair wordt. Het hangt er gewoon van af hoe het is verbonden met de planetaire versnelling. Of een koppeling inschakelt of niet, wordt aangedreven door een combinatie van mechanisch, hydraulisch en elektrisch ontwerp. En het gebeurt allemaal automatisch.

De fijne kneepjes van hoe de verschillende koppelingen samenwerken om verschillende componenten vast te houden en aan te drijven, is behoorlijk gecompliceerd. Te ingewikkeld om het in tekst te beschrijven. Het wordt het best visueel begrepen. Ik raad je ten zeerste aan om deze video te bekijken die je er doorheen leidt:

Hoe een automatische transmissie werkt

Zoals u kunt zien, zijn er veel bewegende delen in een automatische transmissie. Het maakt gebruik van een combinatie van mechanische, vloeiende en elektrotechniek om u een soepele rit te geven van stilstand tot kruissnelheid op de snelweg.

Laten we dus een groot overzicht van de vermogensstroom in een automatische transmissie bekijken.

De motor stuurt stroom naar de pomp van de koppelomvormer .

De pomp stuurt stroom naar de turbine van de koppelomvormer via transmissievloeistof.

De turbine stuurt de transmissievloeistof terug naar de pomp via de stator .

De stator vermenigvuldigt het vermogen van de transmissievloeistof, waardoor de pomp meer vermogen terug naar de turbine kan sturen. In de koppelomvormer wordt een vortex-krachtrotatie gecreëerd.

De turbine is verbonden met een centrale as die is verbonden met de transmissie. Terwijl de turbine draait, draait de as, waardoor kracht naar de eerste planetaire tandwielset wordt gestuurd van de transmissie.

Afhankelijk van welke meerschijvenkoppeling of remband is ingeschakeld in de transmissie, zal de kracht van de koppelomvormer ofwel het zonnewiel . veroorzaken , de planetaire drager , of het ringwiel van het planetaire tandwielstelsel om te bewegen of stil te blijven staan.

Afhankelijk van welke delen van het planetaire tandwielstelsel bewegen of niet, bepaalt de overbrengingsverhouding . Welke planetaire tandwielopstelling je ook hebt (zonnewiel dat fungeert als invoer, planetaire drager als output, ringtandwiel stationair - zie hierboven) bepaalt de hoeveelheid vermogen die de transmissie naar de rest van de aandrijflijn stuurt.

Dat is in grote lijnen hoe een automatische transmissie werkt. Er zijn sensoren en kleppen die dingen regelen en wijzigen, maar dat is de essentie ervan.

Het is iets dat visueel gemakkelijker te begrijpen is. Ik raad je ten zeerste aan om de volgende video te bekijken. De achtergrond die we hebben doorgenomen, maakt het veel gemakkelijker te begrijpen:

Wat heb ik je gezegd? De automatische transmissie is behoorlijk geweldig.

Nu je voelt hoe de auto schakelt terwijl je over de snelweg rijdt, heb je een goed idee van wat er onder de motorkap gebeurt.