Przekładnie bezstopniowe multitronic – eksploatacja oraz serwisowanie
Wprowadzenie
Bezstopniowe, automatyczne skrzynie biegów są bardzo popularne na rynku i mają wielu zwolenników. W zależności od producenta, skrzynie biegów tego typu mogą być różnie określane, np.
w samochodach marki audi, gdzie montowane były w okresie od 2000 roku do 2016 roku otrzymały nazwę „multitronic”. Zasada działania skrzyni multitronic nie różni się od typowych skrzyń CVT, konstrukcji innych producentów. Ogólnie mówiąc, bezstopniowe, automatyczne skrzynie biegów wykorzystują mechanizm wariatorów, przy czym multitronic posiada kilka szczegółów technicznych, specyficznych dla swojej konstrukcji.
Na rynku można spotkać dwie generacje skrzyni multitronic. Pierwsza generacja, montowana w latach 2000 – 2007 otrzymała oznaczenie 01J (VL300-7F) lub dla mocniejszych jednostek napędowych (VL380-7F). W 2008 roku miała premierę zmieniona wersja, która otrzymała oznaczenie 0AW (VL381-8F). Pod względem konstrukcyjnym obie generacje są bardzo podobne.
Działanie skrzyni biegów typu CVT (ang. continuously variable transmission) opiera się na zmianach średnicy opasania wariatorów przez pas metalowy lub łańcuch drabinkowy (fot. 1). W skrzyni znajdują się dwa wariatory o stożkowych, gładkich powierzchniach. Przysunięcie lub oddalenie od siebie powierzchni wariatora powoduje zmianę średnicy opasania pasa lub łańcucha. Kiedy w jednym wariatorze średnica opasania jest zwiększana, jednocześnie w drugim ta średnica jest zmniejszana. Dzięki takiej pracy skrzyni biegów, silnik pojazdu może cały czas pracować w optymalnym zakresie swojej sprawności i użytecznego momentu obrotowego.
Rys. 1. Wariator napędzający z łańcuchem drabinkowym
W przeciwieństwie do konstrukcji innego typu, gdzie wykorzystywany jest konwerter, skrzynie biegów multitronic do przekazania napędu z silnika na wałek wejściowy wykorzystują wielopłytkowe sprzęgła mokre (fot. 2). Większe, zewnętrzne sprzęgło do jazdy w tył oraz mniejsze, wewnętrzne do jazdy
w przód. Sprzęgła tego typu potrafią przenosić znaczne momenty obrotowe, charakteryzując się dużą wytrzymałością. Niestety, ich wadą jest szybkie zanieczyszczanie oleju pyłem, powstającym podczas ścierania się materiału ciernego z okładzin. Powstałe zanieczyszczenia dostają się do kanałów modułu mechatronicznego, powodując przycinanie się wewnętrznych zaworów hydraulicznych. Początkowym objawem, odczuwalnym podczas eksploatacji w tej sytuacji jest poszarpywanie skrzyni biegów podczas przyspieszania.
Podczas załączania i pracy sprzęgła dochodzi również do chwilowego, punktowego znacznego wzrostu temperatury oleju, osiągającej nawet 400°C. Taka temperatura negatywnie wpływa na olej ATF, powoduje np. szybkie zużywanie się szeregu dodatków zastosowanych w oleju, m. in. dyspersantów
i dodatków antyutleniających. Są one odpowiedzialne za rozpuszczanie małych cząsteczek węgla, które powstają właśnie na skutek wysokiej temperatury. W przypadku, kiedy olej uległ degradacji, nie został wymieniony na czas lub zastosowano produkt słabej jakości, cząsteczki węgla nie są rozpuszczane, gromadzą się wewnątrz skrzyni biegów zapychając filtry oraz kanały hydraulicznej płyty modułu mechatronicznego.
Fot. 2. Tarcza cierna i przekładka sprzęgła do jazdy w przód
a) Mechanizm przekładni
Najbardziej wrażliwym elementem skrzyni biegów multitronic są wariatory, a konkretnie ich powierzchnie stożkowe, po których pracuje łańcuch drabinkowy. Łańcuch jest zbudowany w taki sposób, iż styka się z wariatorami i pracuje po ich powierzchni wyłącznie za pomocą swoich trzpieni (fot. 3). W innych skrzyniach tego typu zastosowano pas metalowy, który pracuje całą swoją boczną powierzchnią (fot. 4).
Fot. 3. Łańcuch drabinkowy – widok powierzchni roboczej trzpieni
Fot. 4. Widok powierzchni roboczej pasa metalowego
Zastosowana konstrukcja umożliwia na opasanie wariatora po mniejszym promieniu, zwiększając
w ten sposób możliwe przełożenie, przy tych samych rozmiarach, w porównaniu z konstrukcjami wykorzystującymi pas metalowy. Dodatkowo, łańcuch jest w stanie przenosić większe momenty obrotowe, co np. umożliwiło Audi zastosowanie skrzyni typu CVT w konfiguracji z silnikiem 3.0 TDI, który dysponuje dużym momentem obrotowym.
Ze względu na duży moment obrotowy, który jest przenoszony punktowo za pomocą trzpieni, powierzchnia wariatorów narażona jest na ich agresywne działanie, co wpływa na intensywne zużywanie się powierzchni stożkowych wariatorów (fot. 5), które powinny być gładkie. Jeśli proces degradacji powierzchni wariatorów postępuje, pojawiają się wżery, skrzynia biegów zaczyna poszarpywać, co w bardzo szybkim tempie nasila się i jest coraz bardziej odczuwalne. Analizując proces eksploatacyjny zespołu przekładniowego skrzyni biegów należy stwierdzić, iż wraz z przebiegiem proces zużycia się potęguje. Jeśli łańcuch zarysuje powierzchnię wariatora powstaje opiłek. Jeśli dostanie się on pomiędzy łańcuch, a wariator powoduje ponowne uślizgnięcie łańcucha i powstanie kolejnego opiłka metalu. Metalowe drobiny zaczynają powstawać w lawinowym tempie, doprowadzając do szybkiego zużycia wariatorów i w konsekwencji unieruchomienia skrzyni biegów. Regularna wymiana oleju przekładniowego pozwala na usunięcie opiłków, przyczyniając się w ten sposób do znacznego wydłużenia okresu żywotności przedmiotowej skrzyni biegów.
Fot. 5. Zniszczona powierzchnia robocza wariatora
Fot. 6. Magnetyczne nadajniki impulsów czujników prędkości obrotowej wariatorów
b) Zespół mechatroniczny
Kolejnym bardzo wrażliwym na zanieczyszczenia podzespołem skrzyni multitronic jest moduł mechatroniczny. Składa się on z zaworów elektromagnetycznych (fot. 7) oraz zaworów hydraulicznych. Dostające się do modułu wraz z olejem zanieczyszczenia powodują nie tylko zatykanie kanałów zaworów elektromagnetycznych, ale również co gorsze, przycinanie się tłoczków zaworów hydraulicznych. Jednym z elementów składowych modułu mechatronicznego jest płyta hydrauliczna posiadająca bardzo wiele wydrążonych kanałów olejowych (fot. 8). Ciśnienie oleju jest kierowane do odpowiedniego kanału za pomocą tłoków poruszających się w odpowiednich gniazdach (fot. 8). Wszelkie zanieczyszczenia oleju w pierwszej kolejności uniemożliwiają swobodny ruch tłoków, a w konsekwencji doprowadzają do całkowitego ich zablokowania - sprężyny cofające nie są w stanie przywrócić tłoka zaworu hydraulicznego do pozycji wyjściowej, co może całkowicie unieruchomić skrzynię biegów.
Fot. 7. Elektrozawór z widocznymi cofającą. kanałami olejowymi
Fot. 8. Tłok zaworu hydraulicznego wraz z sprężyną Widoczne wewnętrzne kanały olejowe płyty hydraulicznej.
W przypadku zaniedbania i braku wymiany oleju, występujące opiłki metalu rysują powierzchnię tłoków zaworów hydraulicznych niszcząc ją, co sprawia, że płyta zaworowa traci szczelność. W takiej sytuacji sama wymiana oleju już nie wystarcza i konieczny jest kosztowny remont skrzyni biegów.
Moduł hydrauliczny posiada również wewnętrzne, niewielkie filtry, które separując zanieczyszczenia, opiłki mogą się zablokować, uniemożliwiając całkowicie przepływ oleju. Po rozmontowaniu płyty hydraulicznej, często można zaobserwować na filtrach znaczne ilości opiłków, co można uznać za charakterystyczną cechę tego typu skrzyń biegów.
Fot. 9. Wewnętrzny filtr modułu hydraulicznego – widoczne duże ilości metalowych opiłków
Ze względu na budowę i zasadę działania, skrzynie biegów typu CVT są najbardziej wrażliwe ze wszystkich rodzajów skrzyń biegów na spadek jakości oleju przekładniowego. Nawet niewielka degradacja oleju powoduje natychmiastowe przyspieszenie nieodwracalnego zużycia podzespołów skrzyni. Dotychczasowa praktyka serwisowa wykazała, że brak wymiany oleju skutkował uszkodzeniem skrzyni multitronic już przy przebiegu 150 – 200 tys. km., w zależności od mocy zastosowanego silnika, podczas gdy wymiana oleju w okresie nie większym niż 60 tys. km powodowała co najmniej dwukrotne zwiększenie tego przebiegu.
Podczas wyboru produktu do przeprowadzenia wymiany oleju w skrzyni multitronic, należy pamiętać, że musi on spełniać wiele, czasami sprzecznych ze sobą kryteriów. Z jednej strony, olej musi chronić przed nadmiernym tarciem i zużyciem powierzchnie wariatorów oraz łańcuch drabinkowy, a z drugiej strony musi zapewnić odpowiednią ochronę i wystarczające tarcie pomiędzy tarczami sprzęgieł wielopłytkowych. Dodatkowo, tego typu skrzynia posiada wiele łożysk i przekładnie planetarną do realizacji biegu wstecznego, która również musi być chroniona przed zużyciem, nie zapominając
o elastycznych elementach wewnętrznych uszczelnień.
Idealnym produktem spełniającym wszystkie powyższe kryteria oraz specyfikacje Audi jest produkt Castrol Transmax CVT (nr produktu 467204) opracowany specjalnie do skrzyń biegów CVT.
UWAGA: do skrzyń multitronic można zastosować wyłącznie specjalny olej do bezstopniowych przekładni CVT, spełniający specyfikacje Audi. Pomyłka grozi natychmiastowym, całkowitym zniszczeniem skrzyni biegów!
Pierwsza generacja skrzyń multitronic (01J, 0AN) fabrycznie zalana jest ok. 7,5 l oleju. Podczas standardowej wymiany oleju będziemy potrzebować ok. 5 l produktu. Druga generacja skrzyń multitronic (0AW) fabrycznie napełniana jest ok. 8 litrami oleju, a podczas standardowej jego wymiany powinniśmy zużyć ok. 6-7 l.
Podczas wykonywania obsługi tego typu skrzyni biegów należy pamiętać o filtrze oleju. Skrzynie multitronic posiadają dwa filtry oleju:
- Filtr wewnętrzny - do jego wymiany niezbędne jest otwarcie skrzyni biegów, dlatego wymienia się go wyłącznie podczas remontu skrzyni biegów.
- Filtr zewnętrzny – należy go wymieniać podczas obsługi serwisowej i wymiany oleju.
W pierwszej generacji skrzyni multitronic (01J, 0AN) zewnętrzny filtr oleju znajduje się w przewodzie olejowym, prowadzącym do chłodnicy. W drugiej generacji skrzyni multitronic (0AW) filtr zainstalowany jest bezpośrednio na skrzyni z lewej strony, przykręcony jest za pomocą trzech śrub i posiada przyłącza dla przewodów olejowych, prowadzących do chłodnicy oleju przekładniowego.
Ze względu na specyfikę bezstopniowych skrzyń biegów, w szczególności opisanych w artykule skrzyń multitronic, ich tendencji do intensywnego wytwarzania opiłków podczas pracy, zaleca się regularne wykonywanie serwisu, nie rzadziej niż co 60 tyś km.