Automatisk girkasse

Emner:

Generell informasjon
Girspak / fjellgir
Enkelt planetgirsystem
Kombinert planetgirsystem (Simpson-system)
Ravigneauxs system
Girkasseolje
Oljepumpe
Kontrollenhet
Kontrollventiler

Generell informasjon:
Fordelene med automatgiret er at brukervennlighet, komfort og sikkerhet økes. Bytte av giret gjøres så smidig som mulig, uten rykk. Automatgiret gir raskere opp til et høyere gir når du akselerer forsiktig enn når gasspedalen trykkes helt til bunns. Hvis det siste gjøres, vil vekslingen kun skje til rett før turtallsbegrenseren. Når kjøretøyet stopper, skifter det automatisk til første gir.
En væskekobling eller momentomformer er montert mellom motoren og automatgiret. Se eget kapittel for dette momentomformer.

Girspak / fjellgir:
En bil med automatisk girkasse har en girspak. Velgerspaken kan betjenes ved først å trykke på bremsepedalen. Her er en oppsummering av hvilke funksjoner den har:

P: Parkeringsposisjon (Utgangsakselen er blokkert, bilen ruller ikke lenger og motoren kan gå rundt
R: Omvendt
N: Nøytral (Bilen er i nøytral, utgående aksel er ikke blokkert, så med bremsepedalen sluppet kan den rulle bort
D: Kjør (Forovergiret, bilen vil automatisk skifte opp og ned når du akselererer
*S: Sport (Bilen vil gire mindre opp, slik at det oppstår mer akselerasjon når du plutselig akselererer)
*M: Manuell (Dette lar deg angi når du skal gire opp eller ned ved å flytte girspaken forover eller bakover til + eller -.

* er ofte et alternativ og er ikke tilgjengelig på alle maskiner.

Andre bilmerker bruker posisjonene L, 2 og 3 for å la sjåføren velge hvilket gir bilen skal forbli i. Disse modusene kalles også "fjellutstyr".
Når en av disse modusene er aktivert, settes automatgiret i et bestemt gir og holdes der. Dette kan være veldig nyttig når du kjører i fjellet. Ved normal nedstigning vil automatgiret skifte opp til et høyere gir i posisjon "D". Som et resultat blir forholdet i girkassen mindre, noe som får bilen til å synke raskere og raskere. Ved å legge inn gir 3, 2 (1 eller L), vil automatgiret kjøre i et lavere gir (for eksempel fra 5. til 4. trinn). Motoren vil da gå med høyere hastighet, noe som får bilen til å bremse ned. Det er nå ikke nødvendig å bremse mer og mer fordi det er mer bremsing på motoren. Ved kjøring med tilhenger er dette nødvendig i bratt nedkjøring, ellers vil bremsene overopphetes på grunn av konstant bremsing.

Enkelt planetgirsystem:
Planetgirsystemer brukes i flere systemer, nemlig i automatiske girkasser, startmotorer, overgir og navreduksjoner. Et planetgirsystem består av følgende deler:

Ringgir
3 satellitthjul
Drager
Solhjul

For å overføre dreiemoment med et enkelt planetgirsystem, må ringgiret, bæreren eller solhjulet sikres. Denne delen fungerer da som et responselement. Satellitthjulene tjener kun til å bygge bro over avstanden mellom solhjulet og ringgiret.

Eksempel: Solgiret er koblet til motoren og roterer med samme hastighet. Bæreren er koblet til utgangsakselen. Ringgiret er festet til girkassehuset. Dette medfører en betydelig forsinkelse. Dette betyr: Solhjulet er drivende, ringgiret er reaksjonselementet og bæreren er drevet.
Solgiret (lyseblått, i midten) dreier mot klokken. Dette driver de (røde) roterende satellitthjulene med klokken. Disse vil rotere i ringhjulet og ta med seg den (blå) bæreren.
Bæreren vil derfor rotere mindre raskt enn solhjulet. Det betyr at bevegelsen bremses ned.

Tabellen viser 6 forskjellige giralternativer. Ikke alle giralternativer kan brukes i bilteknologi. Vanligvis gjenstår bare 3 alternativer.
Bremsebånd eller flerplatekoblinger brukes til å koble sammen og sikre de ulike elementene. På denne måten kan vi koble sammen ulike elementer og skape retardasjoner, akselerasjoner og endringer i rotasjonsretningen.

I de nyeste systemene sørger datamaskinen for at oljetrykket sendes til flerplatekoblingene, slik at delene kan sikres. Teorien om bremsebånd og multi-plate clutcher diskuteres videre på denne siden.

Figuren viser en skjematisk fremstilling av fire sett med planetgirsystemer i en automatgir. Det er tre systemer for girene forover og ett for revers. Den røde linjen indikerer retningen til kreftene gjennom automatgiret; fra venstre (motorside med momentomformer) gjennom hele delen med planetsystemer (svarte linjer) til koblingen til propellakselen. Det brukes fire systemer i girkassen, hver med en Z, D og R (solgir, bærer og ringgir).

På siden beregne reduksjoner av planetgirsystemer inneholder mer informasjon om å slå planetsystemer av og på og koble ulike systemer sammen.

Planetgirsystemene er symmetriske over og under senterlinjen. Det er ingen annen måte, fordi interiøret roterer mens du kjører.
For å få innsikt i hva som skjer når et gir settes i, er også drevne deler i bildets planetsystem uthevet med rødt.

På figuren er gir 1 innkoplet. For å sette inn gir 1, må en clutch kobles inn. Denne lenken vises i blått. Med den lukkede koblingen og den ene drevne siden av planetsystemet må også en del rotere. I så fall er det størrelsen på delene som bestemmer utvekslingsforholdet (tenk på et lite inngående tannhjul og et stort utgående tannhjul; det store giret vil da rotere saktere. Hvis det store tannhjulet hadde dobbelt så mange tenner som det lille tannhjulet, så forholdet vil være 1:2).

I prinsippet gjelder dette også for automatgiret; størrelsene på ringgir, solgir og satellittgir er forskjellige i alle fire systemene. Nå kan du sannsynligvis forestille deg at når en annen clutch aktiveres (f.eks. systemet til venstre), har hastigheten på utgangsakselen endret seg. Klikk her for mer informasjon om beregning av planetgirreduksjoner.

Kombinert planetgirsystem (Simpson-system)
I automatiske girkasser brukes ofte kombinerte planetgirsystemer der flere satellitthjul eller bærere er montert på ett solhjul. Dette er blant annet tilfellet med de såkalte Simpson-systemene.
Simpson-systemet har et bredt solhjul og 2 ringgir. Disse ringgirene er vanligvis drevne, så tannbelastningen er mye lavere enn med et drevet solhjul. Som et resultat kan systemet ofte gjøres mindre. I dag brukes Simpson-systemene ikke så ofte. Ravigneaux-systemet er mer populært blant utviklere fordi det sparer mer plass.
Bildet viser planetgirsystemet som én tett helhet. Synlig er ringgiret (den venstre brede ringen med tenner) og bæreren (sølvdelen).

Ringgiret har sklidd av. Nå kan satellitthjulene og bæreren sees. De 3 satellitthjulene kobler inn solhjulet på innsiden og ringgiret på utsiden (som nå er sklidd av). Disse girene er alltid koblet til hverandre.

Her har bæreren (som inneholder satellitthjulene) sklidd av solutstyret. Solutstyret er tannhjulet i høyre del.

Her kan du se det doble solutstyret. Den venstre delen drev planetgirsystemet sett på bildene ovenfor. Det riktige giret er systemet ved siden av. Dette gir navnet "kombinert" girsystem, eller med andre ord, Simpson-systemet. Hvis solgiret er enkelt (kun venstre del) og det kun er 1 planetgirsystem, kalles dette et enkelt eller Ravigneaux-system. Ravigneaux-systemet har 6 satellitthjul i stedet for 3 i dette systemet, men det vil bli forklart senere.

Dette er den andre delen av det kombinerte systemet. Det svarte tannhjulet til venstre, bæreren med satellitthjulene i midten, med solhjulet til høyre (der inne).

Ravigneauxs system:
Den franske ingeniøren Paul Ravigneaux utviklet et kompakt planetgirsystem på slutten av 20-tallet for enkelt å lage flere praktiske utvekslingsforhold. Dette kalles Ravigneaux-systemet. Dette systemet brukes i dag på mange automatiske girkasser.
Dette systemet er veldig kompakt, fordi 2 planetgirsystemer er kombinert til kun 1 system. Den består av 2 solhjul, 3 store og 3 små satellitthjul og 1 ringgir. Nedenfor er en sidevisning.

På bildet nedenfor kan du se at satellitthjulene griper sammen. Det store satellitthjulet er koblet til solhjul 1. Det lille satellitthjulet er koblet til solhjul 2.
I tabellen ser vi at når første gir er lagt inn, kobles clutch 1 (K1) og bremsebånd 1 (B1) inn. Dette betyr at solhjul 2 og bæreren med satellitthjulene er faste (disse er drevet). Ringgiret er da flytende.
Dette forårsaker den største forsinkelsen. En stor retardasjon betyr også økt dreiemoment og også lav hastighet ved hjulene. 1. gir er det beste giret for å akselerere fra stillestående.
Når girkassen skifter til 2. gir, frigjøres bremsebånd B1 og clutch B2 kobles inn. Nå er solhjul 2 og ringgiret sikret og dermed drevet. I så fall blir brukeren kjørt. Denne kombinasjonen av sammenkoblede komponenter gir mindre retardasjon enn med 1. gir og gir nøyaktig riktig utvekslingsforhold for 2. gir.

Multi-plate clutcher og bremsebånd:
Bremsebånd ble brukt på de gamle girkassene for å sikre de ulike delene (som solutstyret, bæreren og ringgiret). Bremsebånd er laget av jern og er smurt for å forhindre og avkjøle metall-til-metall kontakt så mye som mulig. Bildene nedenfor viser et bremsebånd (venstre) og et bremsebånd rundt ringgiret (høyre).
Ringgiret sikres ved å klemme sammen bremsebåndet med et hydraulisk stempel (som går ut). Så, når du strammer, blir en viss del av planetgirsystemet gjort flytende og drevet, noe som fører til at et gir kobles inn.

Med nyere girkasser brukes ofte ikke lenger bremsebånd, men flerplate clutcher. En flerplate clutch består av en rekke separate clutchplater, den ene bak den andre, som presses mot hverandre ved hjelp av oljetrykk. Dette "kobler inn" koblingen og sikrer ringgiret. Bildene nedenfor viser flerplatekoblingene i demontert tilstand. Delene skyves sammen. Tennene på jernhusene låser seg sammen.

Girkasseolje:
Girolje for automatgiret er vanligvis av typen ATF (Automatic Transmission Fluid), men noen ganger har produsenter en annen type olje med andre spesifikasjoner. Her må man alltid være forsiktig, fordi feil olje i girkassen kan gi ekstra slitasje og for tidlig svikt. Oljenivået på automatgiret bør også kontrolleres med jevne mellomrom. Hvis den er for lav, kan oljen overopphetes, noe som får den til å eldes mye raskere, noe som resulterer i økt slitasje på girkassen. Kontroll av oljenivået kan noen ganger gjøres veldig enkelt ved hjelp av en peilepinne, akkurat som å sjekke motoroljen, men beholderne har ofte ikke peilepinne. Oljenivået må da kontrolleres ved å skru ut påfyllingspluggen med motoren i gang og fylle på til oljen så vidt renner ut. Avhengig av produsent må temperaturen kontrolleres først. Noen ganger må det gjøres med olje som er så kald som mulig, noen ganger med olje mellom 30 og 50 grader celsius.

Oljepumpe:
En girpumpe eller en sigdpumpe brukes ofte i overføringen. Pumpen på bildet er en sigdpumpe. Denne pumpen drives direkte av motoren. Oljen sirkulerer da alltid når motoren går, det vil si i alle posisjoner på girspaken.

Kontrollenhet:
Styreenheten sørger for at pumpetrykket hele tiden justeres til et grunntrykk. Videre sørger styringsenheten for at reguleringsventilene slår seg av og på til rett tid.

Reguleringsventiler:
Kontrollventilene betjenes av posisjonen til velgerspaken. I posisjon P og N er adkomstene stengt og oljen renner ut av alle rør. Alle koblinger og bremsebånd mister dermed oljetrykket og presses tilbake av fjærkraften. Når styreenheten gir signal (f.eks. låse ringgiret for førstegir), sendes et signal til magnetventilene (også kalt magnetventiler). Når en ventil og dermed en skyve på skyvehuset åpner, strømmer olje under høyt trykk til et stempel, som forsyner flerplatekoblingen eller bremsebåndet med olje. Trykkvelgeren er en modulerende ventil som regulerer væsketrykket basert på gasspedalen. Dette oljetrykket sikrer en del i automatgiret, og muliggjør giring.

Relaterte sider: