Automaatkäigukastid - 2011 A3 (0)

Põltsamaa Ametikool
Automaatkäigukastid
A3
Sami Laasi
Kaarlimõisa 2011
Sisukord
Sissejuhatus………………………………………………………………….......3
1. Automaatkäigukastide liigid…………………………………………………..3
2. Mehaanika …………………………………………………………………….5
3. Hüdraulika…………………………………………………………………….9
Sissejuhatus
Automaatkäigukastide liigid
Automaatkäigukastid muudavad ülekandearvu ehk käike, nagu nimigi ütleb, automaatselt, ilma autojuhi sekkumiseta. Tänapäeva automaatkäigukaste võib jaotada kolme rühma:

• astmeteta ehk CVT variaatorkastid
  
• elektromehaanilise käiguvahetusega käigukastid
  
• hüdraulilise käiguvahetusega ja planetaarülekandega käigukastid
  

Automaatkäigukastide eeliseks on nende kasutamise mugavus ja suurem sõiduohutus. Autojuht väsib vähem ja ülekandearv muutub koos sõidutingimustega. Hüdrotrafo väldib mootori ja jõuülekande ülekoormamise.
Automaatkäigukastide puuduseks võib pidada sidurite läbilibisemisest ja lisandunud elektrienergia vajadusest tingitud väiksemat kasutegurit.
Automaatkäigukastide ehitus
Sõiduautodel paigaldatakse automaatkäigukastid kas auto suhtes risti või pikisuunas . Risti asetuse korral käigukasti ehitatud ka peaülekanne, esirattad on vedavad . Pikisuunas asetuse korral on peaülekanne tagasillas, tagarattad veavad.

1. Automaatkäigukastide liigid

Astmeteta, ehk CVT variaatorkastid
Hüdraulilise käiguvahetusega ja planetaarülekannetega käigukastid
Automaatkäigukast koosneb järgmistest põhiosadest:
1. Hüdrotransformaator – ülesandeks on vajaduse korral muuta pöördemomenti ja kanda pöördemomenti mootorilt käigukastile;
2. Planetaarreduktor – toimub veoratastele edasiantava pöördemomendi astmeline muutmine;
3. Hüdrauliline juhtplokk – toimub planetaarreduktori juhtimine, st. üksikute käikude ümberlülitamist.
4. Elektrooniline juhtplokk – saab andmeid anduritelt üle kogu auto, saadud andmed töötab arvuti elektroonilisteks käskudeks ja saadab need käsud täiturmehhanismidele, juhtimaks käigukasti hüdrosüsteemi.
2. Mehaanika
Automaatkäigukastides toimub ülekandearvu muutmine, ehk käikude vahetamine, automaatselt. Käiguvalitsaga saab autojuht valida eri olukordi , nagu näiteks muuta sõidusuunda, vaba ja parkimisasend. Käiguvalitsage muudetakse trossi vahendusel käigukastis oleva käiguvaliku siibri asendit ja parkimislukustit.
Juhtplokk saab käiguvalitsa asendist teada käiguvalitsa asendianduri poolt saadetud elektrisignaali kaudu. Andur asub tavaliselt käigukastist väljaspool käiguvalitsa hoova küljes. Anduriga on liidetud veel lüliti, mis katkestab käiviti juhtahela vooluringi.
Turvalisuse suurendamiseks on auto käivitamine võimalik ainult käiguvalitsa P ja N asendites.
2.1 Planetaarülekanne
Automaatkäigukastides muudetakse ülekandearvu planetaarülekannete abil. Planetaarülekanne koosneb päikeserattast, satelliitide raamist ja kroonrattast. Satelliitide raamis on tavaliselt 3...5 satelliithammasratast. Planetaarülekandel võivad olla vedavaks või veetavaks osaks nii päikeseratas, kroonratas kui ka satelliitide raam. Planetaarülekande eri osade lukustamisel saab palju erinevaid ülekandearve. Kuna siirdumine ühelt ülekandelt teisele saab toimuda ilma ülekannet lahutamata, siis sobivad sellised ülekanded väga hästi automaatkäigukastidesse.

• Sidurid ja pidurid
  

Planeetaarülekande eri osade lukustamine toimub hüdrauliliselt juhitavate sidurite- ja piduritega. Mõnedel juhtudel kasutatakse ka mehaanilisi vabakäigusidureid.
Piduritega lukustatakse planetaarülekande mõni osa käikukasti kerega. Pidurina kasutatakse ujuvaid ketas- või lintpidureid.
Sidurite abil ühendatakse planetaarülekande eri osad omavahel. Siduritena kasutatakse tavaliselt mitmekettalisi õlis töötavaid sidureid.
Vabakäigusidurid võimaldavad planetaarülekande mingil osal pöörelda ainult ühes suunas. Elektroonilise juhtimise osakaalu suurenemisega muutub vabakäigusidurite kasutamine üha vähemaks, kuid hüdrotrafode juhtratastes on see kasutusel veel kõikidel automaatkäigukastidel.

• Lintpiduri tähtsamaks osaks on koos planetaarülekande lukustava osaga pöörlev trummel , pidurilint ja töösilinder.
  Pidurdamiseks pigistab töösilinder pidurilindi ümber trumli ja trummel lukustub.
  Töösilinder on paigaldatud trumli pöörlemise suunas selliselt , et pöörliikumine tõmbab pidurilinti veelgi rohkem pingule ja pidurdusjõud võimendub.
  Hüdrolöökide teket aitab vältida töösilindri kolvi all olev vedru
  

• Märg mitmekettaline pidur koosneb metallist, kerega ühendatud ketastest , nende vahel rummuga ühendatud hõõrdketastest ja rõngaskolvist. Pidurdamiseks surub kolb kettad omavahel kokku
  
• Vabakäigusidurid võimaldavad ainult ühesuunalist pöördliikumist. Automaatkäigukastides kasutatakse vabakäigusidureid hüdrotrafo juhtratta ja planetaarülekannete pidurdamiseks.
  Vabakäigusidurid töötavad mehaaniliselt ja oma väliskujult meenutavad rull-laagreid.  Rullide asemel on siin aga lukustusnukid. Ühes suunas kalduvad nukid hõõrdejõu toimel rummust eemale ning võimaldavad välisvõrul ja rummul pöörelda erinevas suunas. Vastupidises suunas kiiluvad nukid  välisvõru ja rummu omavahel kinni.
  
• Märg mitmekettaline sidur on ehituselt ja tööpõhimõttelt sarnane mitmekettalisele pidurile.  Põhierinevus on selles, et piduriga ühendatakse teatud planetaarülekande osa käigukasti kerega, siduriga aga planetaarülekande teise liikuva osaga.
  

Õlipumba ülesanne on tekitada käigukasti juhtimiseks ja määrimiseks vajalik rõhk. Õlipump on paigutatud käigukasti vedava võlli poolsesse otsa hüdrotrafo taha ja saab käituse hüdrotrafolt. Õlipump imeb õli läbi käigukasti põhjas oleva filtri ja surub selle edasi juhtklappidele. Rõhku piiratakse redukstsioonklapiga (rõhupiirdeklapiga).  
Hüdrosüsteemi laitmatu töötamise eelduseks on õli puhtus . Kuna juba väiksemadki mustuse osakesed võivad häirida juhtklappide tööd, tuleb koos õli vahetamisega vahetada või pesta ka filter .
2.2 Hüdrotrafo
Hüdrotrafo, ehk vedelikuline pöördemomendi muundur , asub mootori ja käigukasti vahel ning koosneb kolmest rattast: pumbarattast, turbiinirattast ja juhtrattast ehk reaktorist. Pumbaratas on ühendatud väntvõlliga ja turbiiniratas käigukasti vedava võlliga. Kolmas ratas, juhtratas ehk reaktor , paikneb turbiini ja pumbaratta vahel vabakäigusiduril.
Kõik kolm ratast on varustatud kaarekujuliste labadega mille vahed moodustavad rõngakujulise õli ringlusruumi.
Pöördemomendi ülekandmine ja suurendamine toimub käigukastist hüdrotrafosse pumbatava õli vahendusel.
Hüdrotrafo
Mootori pöörlemissageduse suurenemisel paiskab pumbaratta labade pöörlemisest tekkiv tsentrifugaaljõud õli vastu turbiiniratta labasid  ja paneb selle koos võlliga pöörlema. Turbiiniratta labad suunavad õli juhtratta labadele. Kuna õli tõukab juhtratast vastassuunas siis vabakäigusidur blokeerub. Paigalseisva juhtratta labad muudavad õli liikumissuunda, rakendades niiviisi  turbiinirattale ja pumbarattale täiendavat pöördemomenti.  Juhtratta sellise toimega seletubki hüdrotrafo (pöördemomendi muunduri) pöördemomenti suurendav toime.  
Pöördemomendi muutuse suurus sõltub hüdrotrafo rataste mõõtmetest ja labade kujust . Turbiiniratta ja pumbaratta pöördemomentide suhet nimetatakse trafoteguriks, mis on auto liikumahakkamisel u. 1,8...2,5. Koormuse vähenedes pumba- ja turbiinirataste pöörlemissageduste erinevus väheneb (veotegur suureneb). Kuna õli tuleb juhtratta labadele järjest väiksema nurga all, siis väheneb ka tema poolt tekitatav moment (trafotegur väheneb). Teatud hetkest alates hakkab turbiinirattalt saabuv õli paiskuma vastu juhtratta laba teisele küljele ja tõukama juhtratast turbiinirattaga samas suunas. Vabakäigusidur avaneb ja hüdrotrafo töötab nüüd hüdrosidurina. Seda hetke (tavaliselt
e=0,8...0,9) nimetatakse lülitushetkeks.
Juhtratta vabastamine väldib trafoteguri langemist alla ühe ja sellega kasuteguri vähenemist.
Hüdrotrafo lukusti
Turbiiniratta pöörlemissagedus jääb ka väikesel koormusel pumbaratta pöörlemissagedusest u. 5% väiksemaks (veotegur 0,95). Kasuteguri ja ökonoomsuse suurendamiseks on kaasaegsetele hüdrotrafodele lisatud lukustid.
Lukusti ühendab lülitushetkel, so. hetkel kui juhtratta vabakäigusidur avaneb, turbiiniratta mehaaniliselt trafo kerega (pumbarattaga). Pumba- ja turbiiniratta vahel läbilibisemist ei toimu ning kasutegur tõuseb peaaegu 100% -ni.
Lukustamiseks on trafo kere ja turbiiniratta vahele paigutatud hõõrdkattega lukustusketas. Lülitushetkel surutakse lukustusketas hüdrauliliselt vastu trafo keret ja kogu trafo hakkab pöörlema ühtse tervikuna . Lukustusketta lukustamiseks ja vabastamiseks muudetakse hüdrotrafo korpuses liikuva õli suunda. Vanematel automaatkäigukastidel kasutati lukustamist ainult kõige suuremal käigul kuid tänapäeval toimub see mõnedel automaatkäigukastidel kõikide käikudel.
Parkimislukusti
Automaatkäigukastidega autodel puudub parkimisasendis mehaaniline ühendus vedavate rataste ja mootori vahel. Auto liikumahakkamise vältimiseks on neil parkimislukusti, mis käiguvalitsa "P" asendis lükkab lukustushoova veetaval võllil oleva lukustusratta hammaste vahele. Lukustushoob on ühendatud käigukasti kerega ja selle liigutamine toimub mehaaniliselt.
Parkimislukusti korrasoleku kontrollimiseks tuleb peatada auto järsul kallakul, lülitada käiguvalits "P" asendisse ja vabastada pidur. Auto võib liikuda ainult mõne sentimeetri võrra.
3. Hüdraulika
Rõhuregulaator
Rõhuregulaator koosneb klapist, reguleeritavast vedrust ja ühenduskanalitest. Klapi  liigutamisega muudetakse õli pealevoolukanali läbilaskevõimet, millest omakorda sõltub rõhk väljuvas kanalis .  Rõhku saab muuta vedru all oleva reguleerkruviga.
Rõhuregulaatoreid kasutatakse näiteks pumbast hüdrotrafosse suunduva rõhu (u. 6 bar) ja juhtrõhu reguleerimiseks (u. 3 bar).
Erinevusrõhuõhuregulaator
Erinevusrõhu regulaatorid hoiavad siseneva ja väljuva rõhu vahe muutumatuna (n. 1 bar). Ehituselt ja tööpõhimõttelt sarnaneb ta rõhuregulaatoriga. Põhierinevus on klapi juhtimises. Klapi ühele poolele mõjub regulaatorisse sisenev rõhk ja teisele poolele väljuv rõhk koos vedruga .
Erinevusrõhu regulaatoreid võidakse kasutada ka näiteks kahesuunalise* juhtimisega regulaatorites.
Töörõhu reguleerimine
Käigukasti sidureid ja pidureid kokku suruvat rõhku nimetatakse töörõhuks ja tähistatakse lühendiga PL. Klappide ja siibrite tööd juhtivat rõhku nimetatakse juhtrõhuks ja tähistatakse lühendiga PR.
Töörõhu suurus sõltub mitmest tingimusest, nagu näiteks gaasipedaali asend, väntvõlli pöörlemissagedus, koormus, sõidukiirus ning käigukastis esinev läbilibisemine. Juhtplokk juhib töörõhu juhtklappi impulsisuhtega (PWM).
Töörõhu maksimum
Käiguvaliku siiber
Käiguvalitsaga liigutatakse käiguvalikusiibrit mille asend määrab ära millistele klappidele töörõhku lastakse. Käiguvalitsa "P" ja "N" asendites sulgeb siiber töörõhu kanali täielikult. Käiguvalikusiiber on ühtlasi ka mehaaniliseks kaitsemehanismiks, millega määratakse eriti kriitilised valikud, nagu näiteks sõidusuund ja parkimislukusti asend.
Käiguvaliku siiber
Rõhuaku
Rõhuaku on ühendatud piduri/siduri töörõhu kanaliga paralleelselt ja nende ülesanne on leevendada sisselülimishetkel rõhu kiiret tõusu.  Piduri/siduri sisselülimisel läheb osa õli rõhuaku täitmiseks, mistõttu ketaste kokkusurumine toimub aeglasemalt ja käiguvahetus pehmemalt.
Lisaks vedrule võib rõhuaku täitumisaega mõjutada veel juhtrõhuga, mis üldjuhul on erinevusrõhu regulaatoriga vähendatud töörõhk. Kuid on olemas ka versioone, kus rõhuaku juhtrõhku juhitakse elektrooniliselt.
Rõhuaku tühjenemine Rõhuakud ja piduri/siduri töörõhu kanalid
Käiguvahetussiiber
Käiguvahetussiibrite ülesanne on töörõhu juhtimine siduritele ja piduritele. Siibri asendit juhitakse juhtrõhuga, mille suurus sõltub mitme tingimuse koosmõjust, nagu näiteks käiguvalitsa asend, elektromagnetklappide asend jne. Juhtrõhk võib olla võetud läbi drosseli töörõhukanalist, nagu kõrvaloleval joonisel, või siis toodud eraldi kanaliga, läbi rõhuregulaatori, otse pumbast.
3.1 Automaatkäigukastide õlid
Automaatkäigukastide töötingimused erinevad suuresti muudest jõuülekannete ja mootorite töötingimustest, mistõttu ka nende õlidele esitatakse eri tingimusi. Automaatkäigukastiõlidel sellist ühtset klassifikatsiooni, nagu on mootoritel ja muudel jõuülekannetel, API ja SAE, ei ole.
Automaatkäigukastide valmistajad esitavad õlidele ja hooldvälpadele omad nõudmised mida tuleb rangelt täita kogu ekspluatatsiooni jooksul. Loomulikult on lubatud õlide tihedam vahetamine, eriti juhtudel, kui auto veab haagist või töötab rasketes tingimustes.
Automaatkäigukasti õlidele  tähtsamad omadused on:

• hea soojusjuhtivus ,
  
• head hüdraulilised omadused,
  
• head määrmisomadused,
  
• sobivus tihendusmaterjalidega,
  
• stabiilsus suures temperatuurivahemikus (-40...175°C),
  
• söövitamisvastased omadused,
  
• vahutamisvastased omadused.
  

Näiteid automaatkägukastide õlidest:
1. Teboil Fluid D
Kasutusomaduste klass:
Dexron II, Allison C4, ZF TE-ML 03, -09, -014, ATF Type A Suffi x A, Ford M2C-138-CJ, Ford M2C-166-H, Cat TO-2, MB 236.2.
Teboil Fluid D on traditsiooniline Dexron II -tüüpi automaatkäigukasti õli,
mida võib kasutada ka enamikus roolivõimendites.
2. Teboil Fluid E
Kasutusomaduste klass:
Dexron IIIH, Ford Mercon, MB 236.1, 236.2, 236.5 MAN 339 Type Z-1 ja V-1, Allison C4, ZF TE-ML 04D, -09, -11, -14A, -17C, CAT TO-2, Voith 55.6335
Teboil Fluid E on uuematele automaatkäigukastidele mõeldud osaliselt sünteetiline automaatkäigukasti õli, mis vastab muu hulgas kasutusnõuetele Dexron IIIH ja Ford Mercon. Tänu väga headele viskoossus - ja temperatuuriomadustele võimaldab Fluid E tagada transmissiooni sujuva töö järskude temperatuurimuutuste korral, kuna selle määrimisomadused säilivad ka kõrgetel temperatuuridel .
3. Teboil Fluid S
Kasutusomaduste klass:
Dexron II/IID/IIIG/H; Ford Mercon, Mercon V; JWS 3309, ATF SP-II, SP-III; Chrysler ATF+3,ATF+4; ATF 7045E, LA2634, LT 71141, 3403, N402, ETL-
8072B; Audi/VW G-052 025-A2, G-052-162-A1; MB 236.1/2/5/6/9/10; Honda ATF-Z1; Mazda ATF-M III, MV; Nissan Matic-D/J/K; Toyota T-III, T-IV
Teboil Fluid S on täissünteetiline automaatkäigukasti õli, mille viskoossusja temperatuuriomadused on GM Dexron -tüüpi ning mis sobib enamikule uut tüüpi automaatkäigukastidele. Temperatuurist vähesõltuva viskoossuse tõttu tagab see käigukasti stabiilse töö ka muutuvates tingimustes.
4. Teboil Fluid ES-Max
Kasutusomaduste klass:
Dexron IIIH, Ford Mercon ja Ford Mercon V, Allison C4 Allison TES-295 ja TES-389, ZF TE-ML 02F, -04D, -09, -11B -14B/C, -16L, -17C, Voith H55. 6336 .xx, MB 236.6, MAN 339 Type V2, Z-2 ja Z3, Volvo 97341
Teboil Fluid ES-Max on täissünteetiline õli kõige raskemates tingimustes töötavatele automaatkäigukastidele. See õli tagab raskelt koormatud transmissioonide töökindluse pikendatud õli vahetusvälbaga juhul, kui transmissiooni tootja seda nõuab.
5. Teboil Fluid TO-4
Viskoossus:
SAE 10W, 30 ja 50
Kasutusomaduste klass:
CAT TO-4, Allison C4, Komatsu Teboil Fluid TO-4 on õli raskelt koormatud iseliikuvate ehitusmasinate transmissioonidele ja peaülekannetele, mis vastavad spetsifi katsiooni CAT TO-4 nõuetele. Spetsiaalsed lisandid tagavad hea kaitse kulumise, oksüdeerumise ja vahu moodustumise vastu. Teboil Fluid TO-4 sisaldab hõõrdumise modifitseerijat, mis tagab märgpidurite sujuva ja vaikse töö.