Skrzynia biegów z podwójnym sprzęgłem może wydawać się niepotrzebna w samochodzie osobowym. W wielu obszarach przemysłu motoryzacyjnego występują jednak sytuacje, w których pojedyncze suche sprzęgło nie wystarcza do skutecznego przenoszenia napędu.

Istnieje wiele rodzajów automatycznej skrzyni biegów i jedną z nich jest właśnie Powershift. Dzisiejszy artykuł dotyczy tego urządzenia i zasady jego działania.

Rys historyczny

Nazwę Powershift stworzyła prawdopodobnie firma Ford, choć nie ma co do tego pewności. PowerShift to sześcio- lub siedmiobiegowa dwusprzęgłowa automatyczna skrzynia biegów, której starsze wersje konstruowały firmy Ford i Getrag. Metodologia produkcji nowszych modeli nie jest do końca znana. Pierwotnym celem tego wynalazku było zwiększenie ekonomii paliwowej w porównaniu do konwencjonalnej automatycznej skrzyni biegów – początkowo zakładano oszczędności na poziomie 10%.

Ze względu na swoje wymiary i wymagania w zakresie ciśnienia płynu, skrzynia została zaprojektowana do współpracy ze specjalnym łańcuchem napędowym stosowanym dotychczas w maszynach i pojazdach transportowych.

Dwusprzęgłowa skrzynia biegów

Dwusprzęgłowa skrzynia biegów (dual clutch transmission/gearbox – DCT/DSG) to układ przenoszenia napędu z wykorzystaniem dwóch oddzielnych sprzęgieł stosowanych odpowiednio do biegów nieparzystych i parzystych. Konstrukcja przypomina połączenie dwóch ręcznych skrzyń biegów. W samochodach osobowych i ciężarowych, DCT/DSG działa jak automatyczna skrzynia biegów, nie wymagając praktycznie żadnej interwencji ze strony kierowcy.

Pierwsza taka skrzynia biegów została zastosowana w 1961 r. pod marką Easidrive w samochodzie klasy średniej Hillman Minx. Pomysł szybko zyskał na popularności i w latach 70. rozwiązanie to było dostępne również dla większości ciągników rolniczych – choć w wielu przypadkach nadal z pedałem sprzęgła i ręcznie obsługiwaną dźwignią zmiany biegów.

W 1985 r. Porsche wdrożyło to rozwiązanie w samochodzie wyścigowym 962 C, a pierwszą nowoczesną wersję dla samochodów osobowych znajdziemy w Volkswagenie Golfie r32 z 2003 r.

Istotą dwusprzęgłowej przekładni jest niezwykle szybka zmiana biegów.

Zasada jest taka, że jedno sprzęgło obsługuje koła zębate biegów parzystych, drugie zaś – nieparzystych. Główną zaletą tego mechanizmu jest sposób przełączania biegów: jeśli przyspieszamy na drugim biegu, sterownik skrzyni biegów wyczuwa rychłą zmianę na trzeci bieg i może się do niej „przygotować”.

Oczywiście skrzynia biegów DCT/DSG może to robić również w drugą stronę: jeśli pojazd zwalnia, a jego obroty spadają, „przygotowuje” kolejny, niższy bieg.

Ze względu na fakt, że system włącza działanie jednego sprzęgła dokładnie w momencie, gdy drugie jest rozłączane, dwusprzęgłowa skrzynia biegów może zmieniać biegi bez utraty momentu obrotowego.

Daje to systemowi przewagę nad klasyczną automatyczną skrzynią biegów dzięki oszczędności zużycia paliwa.

Skrzynia biegów Powershift

Omówiliśmy zasadę działania dwusprzęgłowej skrzyni biegów, ponieważ konstrukcyjnie jest ona podobna do przekładni PowerShift.

Podczas gdy przekładnie DCT/DSG mają przeważnie suche sprzęgło, w skrzyni Powershift jest to zawsze sprzęgło mokre, umożliwiające przenoszenie bardzo wysokiego momentu obrotowego.

Skrzynia może być przełączona w tryb ręczny tak jak DCT/DSG, ale oczywiście przez większość czasu jej działanie będzie automatyczne.

W skrzyni PowerShift koła zębate dwóch wałów, które mają być połączone, są w stałym kontakcie, ale między kołem zębatym a jednym z wałów znajduje się olejowe sprzęgło wielotarczowe. Część napędzana sprzęgła jest przymocowana do koła zębatego, a tarcze sprzęgające części napędzanej są przymocowane do wału.

W celu zamknięcia sprzęgła wymagana jest siła docisku, którą w tym przypadku zapewnia ciśnienie oleju z siłowników hydraulicznych lub pierścieniowych. System obejmuje również dławik, spowalniacz i agregat ciśnienia (znany również jako agregat hydrauliczny).

Powyższy schemat przedstawia sekwencję przełączania między pierwszym (kolor niebieski) a drugim (kolor pomarańczowy) biegiem. Kiedy system sygnalizuje zmianę biegu, pompa zaczyna zasilać siłowniki drugiego biegu z jednoczesnym opróżnieniem siłowników pierwszego.

Proces ten nie zachodzi jednak całkowicie jednocześnie. Nie byłoby to korzystne choćby dlatego, że narażałoby łańcuch napędowy na skrajnie wysokie obciążenie, które mogłoby doprowadzić do jego uszkodzenia. Zapobiega temu spowalniacz, który jest kontrolowany z jednej strony przez ciśnienie pierwszego obwodu, a z drugiej przez ciśnienie drugiego obwodu.

W powyższym przypadku, w pojedynczym położeniu zwalniacza, agregat ciśnienia jest podłączony do indywidualnego obwodu przełączającego, a ciśnienie w nim zgromadzone zostaje rozładowane dopiero po pewnym czasie. Równocześnie ciśnienie w obwodzie drugim stopniowo wzrasta, a gdy tylko przekroczy wartość pozycji pierwszej, spowalniacz przełącza się do pozycji drugiej.

Od tego momentu ciśnienie w obwodzie pierwszym spada, podczas gdy w obwodzie drugim powoli rośnie, ponieważ agregat ciśnieniowy musi zostać ponownie napełniony. Agregat odpowiada za płynne i równomierne przyspieszenie, które następuje w momencie załączenia sprzęgła na drugim biegu.