Rozwój automatycznych skrzyń biegów

Konstruktorzy pierwszych samochodów mieli nie lada orzech do zgryzienia. Do napędu samochodu mogli wykorzystać trzy dostępne na przełomie XIX i XX wieku źródła napędu: silnik elektryczny, silnik spalinowy, maszynę parową.

Z teoretycznego punktu widzenia do napędu pojazdu najlepiej nadawała się maszyna parowa oraz silnik elektryczny.

Zarówno maszyna parowa jak i silnik elektryczny były gotowe do napędzania pojazdu już od chwili włączenia jednostki napędowej. Koła lokomotywy zaczynały się obracać już od pierwszego ruchu tłoczyska, na które napierała para, podobnie silnik elektryczny zaczynał napędzać maszynę w chwili włączenia go do prądu. Oba źródła napędu rozwijały duży moment obrotowy przy niewielkich obrotach i dawały się uruchomić pod obciążeniem. Tej sztuki nie potrafił natomiast silnik spalinowy – trzeba go było uruchamiać bez obciążenia.

Dużym jego plusem była natomiast możliwość wykorzystania do jego zasilania benzyny , która zajmowała niewielką objętość i zapewniała duży zasięg pojazdu. Zalety i wady trzech źródeł napędu powodowały rywalizację pomiędzy zwolennikami poszczególnych rozwiązań. Zwycięską ręką wyszli z tej „bitwy” konstruktorzy pojazdów napędzanych silnikiem spalinowym. Mały moment obrotowy przy niskich obrotach silnika zrekompensowali oni początkowo za pomocą sprzęgła a następnie sprzęgła i skrzyni biegów.
Silnik spalinowy na obrotach biegu jałowego dysponował mocą pozwalającą jedynie na pokonanie oporów ruchu współpracujących ze sobą części , pokonywał jedynie tzw. moc oporów wewnętrznych.

W roku 1891 francuski konstruktor – Panhard wykorzystał w swoim pojeździe, napędzanym dwucylindrowym silnikiem Daimlera, skrzynię biegów własnej konstrukcji.

Wymyślona przez Francuza przekładnia jest protoplastą współczesnych skrzyń mechanicznych. Na dwóch wałkach zamocowane były koła zębate o różnych średnicach.

Niektóre z nich miały możliwość przesunięcia ich wzdłuż osi wałka i zazębienie z kołem umocowanym na wałku sąsiednim co umożliwiało zmianę poszczególnych przełożeń. Napęd na koła tylne przenoszony był za pomocą przekładni łańcuchowej. Idea skrzyni biegów wymyślona przez Panharda przetrwała do dzisiaj , a współczesne przekładnie są wynikiem ewolucji tego pomysłu w ciągu całego wieku.

Skrzynie biegów wzorowane na rozwiązaniu Panharda w początkowej fazie miały koła zębate o prostych zębach i nie posiadały synchronizatorów. W konsekwencji, do ich obsługi potrzeba było niemal cyrkowych zdolności – dlatego jedynie nieliczni mogli pełnić zaszczytną wówczas funkcję szofera.

Automatyczne skrzynie biegów w najprostszym wydaniu składały się z:
- sprzęgła hydraulicznego,
- oraz przekładni planetarnej.

Wraz ze wzrostem natężenia ruchu w europejskich metropoliach, popularne w Stanach Zjednoczonych „automaty” znajdowały w Europie coraz większą liczbę zwolenników. Poruszanie się w ulicznych korkach jest zdecydowanie mniej męczące jeżeli samochód wyposażony jest w automatyczną skrzynię biegów.

Europejczycy to bardzo wybredni klienci, dlatego zażyczyli sobie skrzynię, która w zależności od ich nastroju – mogłaby sama zmieniać biegi – bądź, w razie ochoty na szybką przejażdżkę po górskich serpentynach, umożliwiała wybieranie poszczególnych przełożeń przez kierowcę. Niespokojny duch europejskich kierowców oraz chęć czerpania przyjemności z jazdy wymusiły zatem na konstruktorach dalszy rozwój skrzyń automatycznych.

W tańszych pojazdach stosowane są rozwiązania będące niejako kompromisem pomiędzy skrzynią automatyczną i mechaniczną. Przykładem jest Renault Twingo Easy. Samochód ten nie ma pedału sprzęgła, a w układzie napędowym wykorzystana jest mechaniczna skrzynia biegów. Tajemnica tego rozwiązania tkwi w automatycznym sprzęgle. Elektronicznie sterowany układ hydrauliczny odpowiada za włączanie i wyłączanie sprzęgła.

Podział skrzyń biegów

Ze względu na sposób uzyskania zmiany wartości przełożeń, skrzynki biegów dzielimy na:
- stopniowe, w których ograniczoną liczbę przełożeń uzyskuje się skokami,
- bezstopniowe, w których w określonych granicach można uzyskać nieskończenie dużą liczbę przełożeń, zmieniających się w sposób ciągły.

W odniesieniu do skrzyń biegów stawiane są następujące wymagania:
- uzyskanie różnych sił napędowych i korzystnych właściwości ekonomicznych przy założonej charakterystyce silnika,
- łatwość sterowania,
- cichobieżność pracy.

Skrzynie biegów są najbardziej celowe do stosowania w przypadkach odległościowego i automatycznego sterowania i dlatego najczęściej stosuje się je w charakterze stopniowych skrzyń biegów z automatycznym lub preselekcyjnym sterowaniem. Łatwość sterowania i cichobieżność zależy również od sposobu przełączania kół. Zastosowanie przesuwnych elementów umożliwia uzyskanie skrzyni biegów prostej i zwartej. Trwałość elementów skrzyni przy tym nie zaspokaja współczesnych wymagań. Zastosowanie sprzęgieł zębatych do przełączania przekładni zwiększa nieco trwałość, ponieważ uderzenia przy przełączaniu przekładni przejmowane są przez znacznie większe powierzchnie zębów i kół.