Modul de funcionare al ambreiajului pentru transmisiile
manuale(1) Echiparea automobilelor cucutii de viteze
manualesauautomatedepinde n principal de ara n care se
comercializeaz automobilul respectiv. De exemplu n Europa
aproximativ 70% din automobile sunt oferite spre vnzare cu cutii de
viteze manuale. La polul opus se afl regiuneaNAFTA(America de Nord,
Canada i Mexic) i Japonia n care automobilele cu cutii automate
reprezint 84%, respectiv 70%, din totalul de automobile. n cazul
automobilelor echipate cucutii de viteze manualeeste indispensabil
utilizarea unuiambreiaj. Acesta este poziionat ntre motor i cutia
de viteze i are dou funcii majore:1. permite ntreruperea fluxului
de putere dintre motor i cutia de viteze;2. permite cuplarea
progresiv a motorului la cutia de viteze n timpul demarajului.
Foto: Ambreiaj montat pe motorSursa: Wikimedia Commons1. bloc
motor2. volantamotorului3. discul de ambreiaj4. placa de presiune5.
arc diafragm ntreruperea fluxului de putere dintre motor i cutia de
viteze, n cazul n care o treapt de vitez este cuplat, este necesar
n momentul n care turaia motorului tinde s scad sub turaia de mers
ncet n gol (ralanti) pentru a preveni calarea motorului. De
asemenea, schimbarea treptelor de vitez se face fr sarcin (fr flux
de putere ntre motor i roi) deci este necesardecuplare motoruluide
cutia de viteze prin intermediul ambreiajului.
Foto: Kit de ambreiaj ZF Sachs:Sursa: ZF Sachs1. discul de
ambreiaj;2. carcas cu plac de presiune;3. arcul diafragm;4.
rulmentul de presiune. Majoritatea automobilelor cu cutii manuale
sunt echipate cu ambreiajemecanice(de friciune),monodisc(frecarea
se realizeaz prin intermediul unui singur disc de ambreiaj),
cufrecare uscat(fr ulei),acionate mecanic(cablu) sauhidraulic(fluid
de lucru). Cum funcioneaz un ambreiaj? Explicaia este fcut cu
ajutorul imaginii de mai jos. Cnd este apsat pedala de
ambreiaj,rulmentul de presiune(7) acioneaz asupra prii interioare
aarcului diafragm(5) care prin intermediultifturilor(10) ridicplaca
de presiune(4) de pediscul de ambreiaj(3). Astfel se ntrerupe
legtura dintrearborele cotit(1) iarborele de intrare n cutia de
viteze(6). Ansamblul format dinarbore
cotit(1),volanta(2),carcasa(8),arcul diafragm(5) iplaca de
presiune(4) se rotesc mpreun, ct timp motorul este pornit. n cazul
n care ambreiajul este cuplat micarea se transmite mai departe,
prin intermediuldiscului de ambreiaj(5), ctrearborele de intrare n
cutia de viteze(6).
Foto: Elementele componente ale unui ambreiajSursa: Wikimedia
CommonsA. ambreiaj cuplat;B. ambreiaj decuplat.1. arbore cotit2.
volant3. disc de ambreiaj4. placa de presiune5. arc diafragm6.
arbore de intrare n cutia de viteze7. rulment de presiune8.
carcas9. inele de reazem10. tift de fixare11. tift de fixareDiscul
de ambreiaj(vezi foto de mai jos) este compus dintr-ogarnitur de
friciune(1) care este fixat pediscul metalic(2) prin intermediul
niturilor. De reinut c exist dou discuri metalice, unul pe care
este fixatgarnitura de friciune(1) i altul care este fixat
pebutucul canelat(4). ntre aceste dou discuri micarea de rotaie se
transmite prin intermediularcurilor elicoidale(3) care au rolul de
a prelua ocurile mecanice n momentul cuplrii ambreiajului.Butucul
canelat(4) se monteaz pe arborele de intrare n cutia de viteze
care, cu ambreiajul cuplat, preia micarea de la arborele cotit al
motorului cu ardere intern.
Foto: Componentele unui disc de ambreiajSursa:
superformance.co.uk1. garnitur de friciune;2. disc metalic;3.
arcuri elicoidale;4. butuc canelat. Garniturile de friciune ale
discului de ambreiaj trebuie s ndeplineasc cerine multiple pe
ntreaga durat de via a unui ambreiaj: asigurarea unui coeficient de
frecare pe ct posibil constant, ce nu-i modific valoarea odat cu
variaiile de temperatur, turaie i cuplu; s proprieti mecanice
ridicate (s reziste la ocuri mecanice). Uzura garniturilor de
friciune depinde n primul rnd de energia disipat n momentul cuplrii
ambreiajului. Nivelulenergiei disipateeste dat de valoarea
diferenei de turaie ntre motor i cutia de viteze i de cuplului
motor n timp. Astfel, de exemplu, dac la plecarea de pe loc,
motorul se ridic la o turaie mare ia timpul de patinare al
ambreiajului este de asemenea ridicat, energia disipat prin frecare
va fi mare deci uzura ambreiajului semnificativ.Diferena de turaii
ntre motor i cutia de vitezen [rot/min]Cuplul motorCm [Nm]Timpul de
patinaretp [s]Energia disipat (uzura)Q [J]
micmicmicmic
mediemediumediumedie
maremaremaremare
Totodat dac timpul de patinare este foarte scurt cuplarea
motorului la cutia de viteze se va face cu oc, lucru care nu este
de dorit. Ideal timpul de patinare al unui ambreiaj este timpul
minim pentru care ocurile n momentul cuplrii sunt acceptabile.
Conductorul auto poate controla uzura discului de ambreiaj prin doi
parametrii: diferena de turaientr motor i cutia de viteze; timpul
de patinare. Cel de-al treilea parametru,cuplul motor, depinde de
ncrcarea automobilului, care poate s creasc n cazul n care
automobilul pleac n ramp sau dac sarcina util este mare.De
reinut!Prin reducerea diferenei de turaii i a timpului de patinare
se reduce uzura ambreiajului! Placa de presiune trebuie s asigure
contactul discului de ambreiaj pe toat suprafaa acestuia, n mod
uniform. De asemenea o parte din cldura rezultat n urma patinrii
ambreiajului este absorbit de placa de presiune i degajat ctre
mediul exterior.Arcul diafragmare rolul de a menine contactul ntre
volant, disc de ambreiaj i placa de presiune ct timp pedala de
ambreiaj nu este apsat.Rulmentul de presiunepermite acionarea
arcului diafragm, care este n micare, prin intermediul unor prghii,
care sunt fixe. Este elementul care este cel mai mult supus uzurii
mai ales n cazul n care cuplrile i decuplrile ambreiajului sunt
foarte dese. n funcie de sensul de acionare al arcului diafragm se
deosebesc dou tipuri de ambreiaje: de tipul mpins (push type), la
care decuplarea se face prin mpingerea arcului diafragm; de tipul
tras (pull type), la care decuplarea se face prin tragerea arcului
diafragm.ZFSachs este unul din productorii de ambreiaje care ofer
ambele tipuri de acionare.
Foto: Componentele ambreiajelor pull-type i push-typeSursa: ZF
SachsAmbreiaje ZF Sachs, monodisc, cu frecare uscat:1. carcasa
ambreiajului;2. placa de presiune;3. tift de fixare;4. rulment de
presiune;5. arc diafragm (prghia interioar);6. arc diafragm (prghia
exterioar);7. arc lamelar. Avantajul ambreiajelor de tipul tras
este fora de acionare mai mic relativ la aceeai for de apsare a
arcului diafragm. Acest lucru permite ca pentru ambreiajele care
pot transmite un moment maxim mai mare s se utilizeze acelai
mecanism de acionare ca n cazul unui ambreiaj de tipul mpins.
Cutia de viteze manual - mod de funcionare i componente(0)
Echiparea automobilelor cu cutii de viteze manuale sau automate
depinde n principal de ara n care se comercializeaz automobilul
respectiv. De exemplu n Europa aproximativ 70% din automobilele n
circulaie sunt echipate cu cutii de viteze manuale. La polul opus
se afl regiuneaNAFTA(America de Nord, Canada i Mexic) i Japonia n
care automobilele cu cutii automate reprezint 84%, respectiv 70%,
din totalul de automobile aflate n circulaie.Caracteristica de
traciune a automobilului Utilizarea cutiilor de viteze pe un
automobil este necesar datorit urmtoarelor limitri ale motorului cu
ardere intern: turaie minim stabil relativ mare (600 ... 800
rot/min); un singur sens de rotaie al arborelui cotit; puterea
maxim este obinut la o anumit turaie; consumul de combustibil
depinde de turaia motorului. Necesitatea de traciune a unui
automobil se poate explica cu ajutorul puterii disponibile la roile
motoare. Astfel, puterea la roat este dat de produsul forei de
traciune i a vitezei tangeniale a roii (care este egal cu viteza
automobilului):P [W] = Ft [N] v [m/s] S presupunem c avem
disponibil la roat puterea maxim a motorului Pmax, indiferent de
valoarea vitezei de deplasare. n acest caz fora de traciune va
depinde numai de viteza de deplasare a automobilului, deoarece
puterea motorului este constant la valoarea maxim:Ft = Pmax / v
Reprezentare grafic a relaie dintre fora de traciune i viteza
automobilului se numete hiperbola ideal de traciune (HIT) i
reprezint caracteristica ideal de traciune a unui automobil.
Foto: Caracteristica ideal de traciune a unui automobil Este
evident c caracteristica de traciune a unui motor termic este
departe de a fi apropiat de caracteristica ideal de traciune. Curba
de culoare neagr reprezint caracteristica motorului termic fr s fie
modificat de rapoartele unei cutii de viteze. Este echivalent cu
raportul de priz direct a unei cutii de viteze la care raportul de
transmitere este aproximativ 1.00. Suprafa colorat n albastru
deschis reprezint zone de funcionare din punct de vedere ale
traciunii dar care nu sunt acoperite de motorul termic. Rezult ca
automobilul are nevoie de un convertor de cuplu i turaie care s
aduc caracteristica motorului termic ct mai aproape de
caracteristica ideal de traciune.
Foto: Caracteristica de traciune pentru o cutie de viteze n
patru trepte pentru automobile Dup cum se observ dac utilizm o
cutie de viteze n patru trepte se obine o caracteristic de traciune
apropiat de cea ideal. Din punct de vedere al traciunii cu ct cutia
de viteze are mai multe trepte cu att caracteristica de traciune
este mai apropiat de cea ideal. Dac inem cont de limitrile
motorului cu ardere intern precum i de necesarul de traciune al
unui automobil putem spune c o cutie de viteze are urmtoarele
roluri/funcii: adaptarea caracteristicii de cuplu a motorului n
funcie de variaia rezistenelor la naintare; permite mersul napoi al
automobilului pentru acelai sens de rotaie al arborelui cotit;
permite decuplarea motorului de restul transmisie n cazul
staionarii ndelungate a automobilului.Construcia i funcionarea
cutiei de viteze manual n funcie de modul de poziionare ale
motorului cu ardere intern structura unei cutii de viteze manual
este diferit. De exemplu pentru automobilele cu motoare dispuse
longitudinal pe puntea fa i traciune pe puntea spate cutia de
viteze are trei arbori: unul de intrare, unul intermediar i al
treilea de ieire.
Foto: Cutie de vitezeNVGcu cinci trepte pentru automobile cu
traciune spate (motor dispus longitudinal)Sursa: General Motors n
cazul automobilelor cu motor pe puntea din fa i traciune fa (soluia
totul fa) cutiile de viteze au doi arbori: unul de intrare i unul
de ieire.
Foto: Cutie de viteze i diferenial General Motors cu ase trepte
pentru automobile cu traciune fa (motor dispus transversal)Sursa:
General Motors Cutiile de viteze conin mai multe perechi de
mecanisme cu roi dinate care au rolul de a transforma cuplul motor
i turaia n scopul adaptrii motorului la cerinele de traciune. Dac o
cutie de viteze este de tipul 5+1 nseamn c conine 5 mecanisme de
roi dinate pentru mersul nainte i un mecanism pentru mersul
napoi.
Foto: Cutie de viteze manual (5+1) pentru un automobil cu motor
montat transversal i traciune fa.Sursa: Wikimedia Commons1.
pinionul intermediar al treptei de mers napoi2. caneluri pe care se
monteaz discul de ambreiaj3. arborele de intrare n cutia de
viteze4. pinionul primar al treptei I5. pinionul prima al treptei
de mers napoi6. pinionul primar al treptei II7. pinionul primar al
treptei III8. furca de cuplare a treptelor III-IV9. pinionul primar
al treptei IV10. pinionul primar al treptei V11. furca de cuplare a
treptei V12. arborele secundar13. pinionul diferenialului14.
pinionul secundar al treptei I15. furca de cuplare a treptelor
I-II16. pinionul secundar al treptei II17. pinionul secundar al
treptei III18. senzor de vitez19. pinionul secundar al treptei
IV20. pinionul secundar al treptei V21. tij de selecie Pinioanele
primare pentru toate treptele de vitez sunt fixe pe arbore, nu se
pot roti independent fa de arborele primar. Pe de alt parte
pinioanele de pe arborele secundar sunt libere pe arbore, acestea
se rotesc chiar dac arborele secundar nu se rotete (caz n care
vehiculul staioneaz). De reinut c toate mecanismele cu roi dinate
sunt angrenate tot timpul, cuplarea i decuplarea unei trepte de
vitez se face prin intermediul unor manoanelor de cuplare.
Foto: Schema cinematic a unei cutii de viteze 5+1 (automobil
motor montat transversal pe puntea fa i traciune fa) Fiecare treapt
de vitez este caracterizat de unraport de transmitere. Acest raport
reprezint valoarea cu care este convertit cuplul motor i turaia
motorului ntr-o anumit treapt de vitez. Raportul de transmitere
depinde de mrimea pinioanelor ce compun treapta de vitez. Dac se
cunosc numrul de dini sau diametrul fiecrui pinion se poate calcula
raportul de transmitere:i = z2/z1 = d2/d1unde:z numrul de dinid
diametrul1 pinionul conductor (motor)2 pinionul condus
Foto: Exemplu de angrenaj pentru cutie de viteze manualaSursa:
Wikimedia Commons Raportul de transmitere al acestui angrenaj este
de 2.8 deoarece pinionul condus are 28 de dini iar cel conductor 10
dini. Exemple de rapoarte de vitez:RaportulMotor 1(benzin 75
CP)Motor 2(benzin 258 CP)Motor 3(diesel 150 CP)
13.734.353.80
22.052.502.23
31.391.671.36
41.031.230.97
50.791.000.76
6-0.850.61
diferenial4.503.153.56
Pe baza valorilor rapoartelor treptelor cutiei de viteze putem
extrage cteva informaii referitoare la automobil. De exemplu n
primul exemplu (Motor 1) cutia de viteze este cu doi arbori,
traciune fa, deoarece raportul de priz direct (treapta a patra) nu
are valoarea 1.00 ci este apropiat (1.03). n cazul exemplului cu
Motor 2 cutia de viteze este cu trei arbori, traciune spate,
deoarece treapt de priz direct are valoare 1.00. n acest caz
arborele de intrare din cutie este conectat la arborele de ieire fr
s mai treac printr-un mecanism cu pinioane. n cazul unui automobil
cu o singur punte motoare, fa sau spate, cuplul i turaia motorului
sunt transformate de dou ori pn s ajung la roi. Prima conversie
este fcut de raportul treptei de vitez cuplate iar a doua de
raportul diferenialului. De exemplu dac, n cazul cutiei de pe
Motorul 3 (diesel 150 CP) cuplul motor este de 130 Nm, iar prima
treapt este cuplat, la fiecare roat motoare vom avea (130 x 3.8 x
3.56)/2 adic 879 Nm ! n acelai timp dac turaia motorului este de
2000 rot/min iar automobilul se deplaseaz n linie dreapt fiecare
roat va avea turaia de (2000 / 3.8 / 3.56) adic 148
rot/min!Procesul de sincronizare al turaiilor arborilor Procesul de
cuplare a unei trepte de vitez este fcut n dou etape:selecie:
reprezint etapa de selectare a manonului de cuplare pentru treapta
de vitez dorit (micarea levierului de viteze n stnga sau
dreapta);angajare: reprezint cuplarea efectiv a treptei de vitez
dorit (micarea levierului de viteze nainte sau napoi). Etapa de
angajare a treptei de vitez este distinct deoarece n acest etap se
face sincronizarea. n cazul n care schimbm o treapt de vitez (de
exemplu 1-2) la trecerea n noua treapt de vitez, a doua, turaia
arborelui de intrare trebuie sincronizat cu turaia arborelui de
ieire. Exemplu: Schimbare de treapt 1-21) nintrare= 3000 rot/min2)
i1= 3.733) nieire= 804 rot/min
6) nintrare= 1649 rot/min5) i2= 2.054) nieire= 804 rot/min
Din exemplul prezentat rezult c la schimbare din treapta 1 n
treapta 2 turaia arborelui de intrare trebuie redus la 1649 rot/min
de la 3000 rot/min. Astfel se face sincronizarea turaiilor
arborilor. Sincronizarea este un proces care nu este perceput n mod
evident de ctre conductorul auto. O schimbare de treapt de vitez
dureaz n medie 0.7 secunde, perioad ce cuprinde att selecia ct i
angajarea. Pentru a nelege cum se face sincronizarea trebuiesc
studiate componentele care sunt implicate n procesul de schimbare a
unei trepte de vitez. n figura de mai jos este prezentat o pereche
de pinioane primare mpreun cu furca i manonul de cuplare. Pereche
de pinioane primare cu elementele de acionare i sincronizare
(poziie necuplat):1. arbore secundar2. pinion secundar (treapta
n)3. coroan dinat de sincronizare i cuplare (treapta n)4. inel
sincronizator (treapta n)5. manon de cuplare6. furc de acionare7.
inel sincronizator (treapta n+1)8. coroan dinat de sincronizare i
cuplare (treapta n+1)9. pinion secundar (treapta n+1)
Foto: Manon de cuplare n poziia neutrSursa: Wikimedia Commons n
momentul n care se efectueaz angajareatreptei de vitez(9)manonul de
cuplare(5) acionat defurca(6)mpinge inelul sincronizator(7)
pecoroana dinat(8). Contactul dintre inelul sincronizator i coroana
dinat se efectueaz pe o suprafa conic interioar i are ca rezultat
ncetinirea turaiei arborelui primar care este solidar
cupinionul(9). Cnd diferena de turaii dintre arborele primar i
inelul sincronizator tinde spre zero, aceste piese se rotesc cu
aceeai turaie,manonul de cuplare(5) se va deplasa pesteinelul
sincronizator(7) icoroana dinat(8) rigidizndu-le. Astfel se
realizeaz cuplare unei trepte prin sincronizare. Pereche de
pinioane primare cu elementele de acionare i sincronizare (poziie
cuplat):1. arbore secundar2. pinion secundar (treapta n)3. coroan
dinat de sincronizare i cuplare (treapta n)4. inel sincronizator
(treapta n)5. manon de cuplare6. furc de acionare7. inel
sincronizator (treapta n+1)8. coroan dinat de sincronizare i
cuplare (treapta n+1)9. pinion secundar (treapta n+1)10. butucul
manonului de cuplare11. element de blocare a manonului pe poziia
neutr
Foto: Manon de cuplare n poziia cuplatSursa: Wikimedia Commons
De reinut c la o schimbare n sus (din treapta n n n+1) arborele
primar trebuie frnat iar la o schimbare n jos (din treapta n+1 n n)
arborele primar trebuie accelerat. Astfel la o schimbare n jos, mai
ales dac schimbarea este de la n la n-2, pentru a avea o
sincronizare mai rapid, se poate face o dubl debreiere. Acest
procedeu const n accelerarea motorului, cu ambreiajul cuplat,
nainte de a angaja treapta dorit, pentru accelerarea arborelui
primar. Etapele succesive ale unei schimbri de vitez cu dubl
debreiere sunt:1. decuplarea motorului de transmisie prin apsarea
pedalei de ambreiaj2. scoaterea din treapta de vitez curent (n)3.
cuplarea motorului prin eliberarea pedalei de ambreiaj4.
accelerarea motorului pn la turaia dorit5. decuplarea motorului de
transmisie prin apsarea pedalei de ambreiaj6. angajarea noii trepte
de vitez (n-1 sau n-2) Acest procedeu este mult mai eficient la
schimbri de trepte de tipul 3-1 sau 4-2 pentru care arborele primar
trebuie accelerat cu aproximativ 2000 rot/min. Este evident c se
poate efectua o schimbare de treapt clasic, fr dubl debreiere, dar
care v-a dura mai mult datorit faptului c sincronizarea va fi mai
lung. Majoritatea cutiilor de viteze manuale sunt prevzute cu
sincronizatoare cu un singur inel. Exist cutii de viteze care au
sincronizatoare duble, cu dou inele de sincronizare. Aceste sunt
utilizate n special pentru treptele 1 i 2 la care sincronizarea
poate presupune decelerarea sau accelerarea arborelui primar la
valori mai ridicate.
Foto: Sincronizator dubluSursa: Borg Warner1. pinion secundar;2.
coroan dinat;3. rulment cu ace;4. inel sincronizator interior;5.
inel intermediar;6. inel sincronizator exterior;7. butuc manon de
cuplare;8. manon de cuplare;9. element de blocare a manonului pe
poziia neutr Una din constrngerile unei cutii de viteze manuale
este necesitatea unei fore de acionare egale asupra
sincronizatoarelor, indiferent de treapta de vitez. Pentru a
realiza cuplarea treptelor de vitez n acelai interval de timp avem
nevoie de o for mai mare de acionare pentru treptele inferioare.
Soluia la acest inconvenient este sincronizatorul dublu, care la
aceeai for de acionare ,datorit suprafeei de frecare mrit,
realizeaz sincronizarea la fel de rapid ca n cazul treptelor
superioare (prevzute cu sincronizatoare simple). n videoclipul de
mai jos este explicat construcia i modul de funcionare al unei
cutii de viteze manuale. Cutia prezentat este pentru un automobil
cu traciune spate, cu trei arbori. nelegerea modului de funcionare
al unei cutii manuale este deosebit de important deoarece permite
nelegerea conceptelor mai avansate de cutii cum ar fi cutiile de
viteze automatizate sau cu dublu ambreiaj. De asemenea cunotinele
relativ la construcia i funcionarea unei cutii de viteze confer
conductorului auto posibilitatea de exploata transmisia n condiii
optime ce are ca efect extinderea duratei de via.
Modul de funcionare al unui diferenial(1) n momentul n care un
automobil efectueaz un viraj, roile trebuie s parcurg distane
diferite. Pentru a reui acest lucru, fiind ataate de automobil,
acestea trebuie s se roteasc cu viteze diferite. Astfel, la
efectuarea unui viraj, roile din interiorul virajului se rotesc cu
viteze mai mici dect cele din exteriorul virajului.
Foto: Traiectoriile parcurse de roile unui automobil n timpul
unui viraj La o punte nemotoare, roile fiind libere, nu este nici o
problem, acestea se pot rotii independent una fa de cealalt. n
cazul n care puntea este motoare, trebuie s se asigure ca roile pot
primi cuplul motor de la aceeai sursa i n acelai timp, n viraje, s
se roteasc cu turaii diferite.
Foto: Diferenial deschis (angrenaj conic)Sursa: ZF Dispozitivul
care permite transmiterea cuplului motor i rotirea roilor cu turaii
diferite se numetediferenial. Inventat de Pecquer n 1827,
diferenialul modern i-a pstrat acelai principiul de funcionare,
mbuntirile aduse fiind doar de ordin tehnologic (materiale, form,
dimensiuni).
Foto: Cutie de viteze i diferenial (angrenaj cilindric)Sursa:
Renault Constructiv, diferenialul conine ocarcas cu un angrenaj
principal(numit i raport principal sau transmisie principal), i
unmecanism epicicloidal. Acest mecanism permite rotirea roilor cu
viteze diferite. Mecanismul epicicloidal conine dou roi dinate
planetare (pe capetele arborilor planetari) i dou sau patru roi
dinate satelii.
Foto: Componentele diferenialului motor montat longitudinal
(angrenaj conic)1. arbore de ieire dincutia de viteze2. arbori
planetari (antreneaz roile automobilului)3. pinion transmisie
principal (pinion de atac)4. coroan transmisie principal5. roi
dinate planetare6. roi dinate satelii7. carcas diferenial Cuplul i
turaia este primit de lacutia de vitezeprin intermediul arborelui
(1). Pinionul diferenialului (3) angreneaz cu coroana (4) i
amplific cuplul de ieire din cutia de viteze, demultiplicnd cu
acelai raport turaia arborilor planetari (2). Carcasa (7), pe care
este fixat rigid coroana (4), antreneaz roile dinate satelit (6)
care la rndul lor antreneaz roile dinate planetare (5). Cnd
automobilul se deplaseaz n linie dreapt tot ansamblul se rotete cu
aceeai turaie. n momentul n care automobilul efectueaz un viraj,
ntre roile dinate satelit (6) i roile dinate planetare (5) apare o
micare relativ care permite rotirea cu turaii diferite a celor doi
arbori planetari (2).Animaie: Modul de funcionare al unui
diferenial (angrenaj conic)Sursa: Geebee's Vector Animations n
funcie de arhitectura grupului moto-propulsor diferenialul poate fi
montat n aceeai carcas cu cutia de viteze sau separat. De asemenea
tipul arhitecturii definete i tipul angrenajului principal al
diferenialului care poate fi conic sau cilindric. motor montat
transversal pe aceeai punte cu cutia de viteze: transmisia
principal este cuangrenaj cilindric motor montat longitudinal pe
aceeai punte cu cutia de viteze sau motor montat pe punte diferit
fa de puntea motoare: transmisia principal este cuangrenaj conic
Acest tip de diferenial, numit idiferenial deschis, are
dezavantajul ca transmite cuplu egal pe cele dou roi. n cazul n
care ambele roi au aderen (ruleaz pe asfalt) cuplul de ieire din
cutia de viteze este divizat egal ntre cele dou roi motoare. n
cazul n care una din cele dou roi ruleaz pe o suprafa cu aderen
sczut (ghia, zpad, nisip) cuplul primit va fi mic (deoarece depete
pragul de aderen) i va fi transmis i roii care ruleaz pe o suprafa
cu aderen mare.
Foto: Arhitectur motor montat longitudinal pe puntea fa cu
puntea motoare spate1. motor termic2. cutia de viteze3.
diferenial4. roat motoare Datorit acestui dezavantaj al
diferenialului deschis, n cazul n care una din roi pierde aderena,
cuplul primit de roata cu aderen va fi acelai (redus). n aceste
situaii se poate ntmpla ca automobilul s nu se poat deplasa
deoarece roile motoare nu primesc cuplu suficient. Mai mult, dac
una din roi (cea cu aderen) va sta pe loc, cealalt roat (fr aderen)
se va roti cudublul turaiei de intrare(turaia carcasei).
Capacitatea de frnare a unui automobil are o importan deosebit,
deoarece determin direct securitatea activ a automobilului i
posibilitatea de utilizare integral a vitezei i acceleraiei
acestuia n timpul exploatrii. n timpul frnrii, o parte din energia
cinetic acumulat de automobil se transform prin frecare n cldur,
iar o parte se pierde pentru nvingerea rezistenelor la rulare.
Echipamentul de frnare reprezint totalitatea sistemelor de frnare
de pe un automobil, care au rolul de a reduce viteza automobilului
parial sau pn la oprire i de a-l menine n poziie de staionare dac
acesta a fost deja oprit. Sistemul de frnare de serviciu este
compus din toate elementele ale cror funcii pot fi controlate
astfel nct s permit conductorului auto s reduc viteza automobilului
n timpul deplasrii pn la oprire. Sistemul de frnare de serviciu
constituie principalul sistem de frnare al automobilului aflat la
dispoziia conductorului auto. Acesta trebuie s funcioneze n mod
sigur i eficient, indiferent de starea de ncrcare i vitez i s
acioneze pe toate roile. Din punct de vedere constructiv sistemul
de frnare de serviciu este acionat pe cale hidraulic, pneumatic sau
hidropneumatic. De asemenea acionarea poate fi fcut cu sau fr
servomecanism. Sistemul de frnare de parcare este compus din toate
elementele care permit meninerea automobilului n poziie staionar,
printr-o acionare mecanic, chiar i pe o suprafaa nclinat, un timp
nelimitat, mai ales n absena conductorului auto. n cazul n care
sistemul de frnare de serviciu se defecteaz sistemul de frnare de
parcare are rolul unui sistem de frnare de siguran. Standardele n
vigoare impun utilizarea unui sistem de frnare dublu. Dintre cinci
variante posibile versiunile II (n paralel) i X au devenit opiuni
standard ale productorilor de automobile.
Foto: Configuraii ale sistemului de frnare de serviciuSursa:
e-automobile.roa. structura IIb. structura Xc. structura HId.
structura LLe. structura HH1. primul circuit de frnare2. al doilea
circuit de frnareStructura II- distribuie fora de frnare ntre cele
dou puni; primul circuit frneaza puntea fa iar cel de-al doilea
puntea spate.Structura X- distribuie fora de frnare pe diagonal;
primul circuit frneaz rota fa stnga i roata spate dreapta, cel
de-al doilea circuit frneaz roata fa dreapta i roata spate
stnga.Structura HI- primul circuit frneaz ambele puni (fa + spate),
cel de-al doilea circuit frneaz n paralel doar puntea fa.Structura
LL- primul circuit frneaz puntea fa i o roat a punii spate n timp
ce de-al doilea circuit frneaz n paralel doar puntea fa.Structura
HH- este cel mai complex sistem, ambele circuite de frnare acionnd
asupra celor patru roi ale automobilului. Alturi de sistemul de
direcie, sistemul de frnare de pe un automobil este utilizat
aproape integral n timpul deplasrii acestuia. Componentele
sistemului de frnare trebuie astfel proiectate nct s utilizeze n
mod optim fora de apsare pe pedal, for exercitat de ctre
conductorul auto, i s menin la un nivel constant fora de frnare
pentru o comand constant.
Foto: Componentele unui sistem de frnare hidraulic cu structur n
paralel pentru automobileSursa: Bosch1. etrier cu disc de frn2.
conduct flexibil3. element de mbinare4. conduct rigid5. pompa
central6. rezervor lichid frn7. servomecanism8. pedal frn9. levier
frn de parcare10. cablu acionare frn de parcare11. supap de reglare
a presiunii12. frn cu tambur Pentru a opera asupra sistemului de
frnare pe un autovehicul convenional (sistem de frnare
mecano-hidraulic) conductorul auto aplic o for de apsare pepedala
de frn8 deplasnd tija pistonulservomecanismului7. Servomecanismul
amplific fora de apsare pe pedal i o transmite pistonuluipompei
centrale5. Pompa central face conversia forei din tij n presiune.
Cele dou pistoane ale pompei central mresc presiunea lichidului de
frn dinconductele rigide4 iflexibile2 care se transmite mai
departefrnelor cu disc1 ifrnelor cu tambure12. n cazul unei avarii
la unul dintre circuite sistemul rmne funcional datorit celui de-al
doilea circuit.Rezervorulcu lichid de frn 6 conectat la pompa
central are rolul de a compensa fluctuaiile de volum de lichid din
sistemul de frnare. n timpul procesului de frnare, datorit
deceleraiilor, puntea fa a automobilului este ncrcat cu o greutate
mai mare dect cea a punii spate. Pentru a preveni frnarea excesiv a
punii spate, ce poate provoca blocarea roilor acesteia,supapa de
reglare a presiunii11 moduleaz presiunea de frnare a punii spate n
funcie de ncrcarea automobilului. Sistemul de frnare de parcare
(frna de mn) acioneaz asupra roilor punii spate prin
intermediullevierului9 i acablului10.
Sistemul de frnare cu ABS - mod de funcionare(0) Sistemele de
frnare, pe lng o serie de condiii generale pe care trebuie s le
ndeplineasc (anumite deceleraii impuse, frnare progresiv, fr ocuri,
efort minim de acionare, fiabilitate ridicat, intrarea rapid n
funciune, construcie simpl i ieftin), trebuie s mpiedice blocarea
roilor sau s menin alunecare ntre anumite limite.
Foto: Testarea sistemelor de frnareSursa: Continental Realizarea
funciilor de mai sus este legat de importana care se acord
asigurrii stabilitii n timpul rulrii. n aceeai msur se urmrete
minimizarea distanei de frnare i reducerea uzurii excesive a
pneurilor.De ce avem nevoie de ABS la automobile? n cazul blocrii
roilor la frnarea automobilului pot s apar urmtoarele neajunsuri:
pierderea stabilitii la blocarea roilor punii spate; pierderea
controlului direciei cnd se blocheaz roile din fa; creterea
spaiului de frnare, deoarece coeficientul de aderen la alunecarea
roii este mai redus dect cazul n care roata se rotete. Pentru a
mrii eficacitatea frnrii i a mbuntii stabilitatea i maniabilitatea
autovehiculelor se folosesc sisteme de control automat al frnrii
prin care se evit blocarea roilor indiferent de momentul de frnare
aplicat i de coeficientul de aderen.
Foto: Dependena coeficientului de frecare de alunecarea roii
unui automobilSursa: e-automobile.ro - coeficientul de frecare
dintre roat i calea de rulare - alunecarea roii (dat de diferena
dintre viteza roii i cea a automobilului) SistemulABStrebuie s
menin alunecarea roii n domeniul stabil pentru a utiliza
coeficientul de frecare optim. n cazul n care roata se blocheaz
alunecarea tinde la 100% din domeniul instabil iar distana de
frnare crete datorit unei fore de frecare mai mici. La frnarea unui
vehicul, centru de greutate se deplaseaz spre puntea din fa,
acestea nu preiau sarcini egale mai ales la frnri n curb. Din acest
motiv anvelopele din punte spate pot pierde aderena mult mai uor
dect cele de pe puntea din fa. Dac roile din spate derapeaz direcia
n care se mic automobilul nu mai poate fi controlat prin sistemul
de direcie. Sistemul de control automat permite reglarea frnrii n
urmtoarele limite:a. la frnare sub limita de aderen a drumului,
sistemul de control automat nu intervine, momentul de frnare
meninndu-se la valoarea maxim comandat de conductorul auto.b. n
cazul frnrii la limita de aderen a drumului, sistemul de control
automat sesizeaz tendina de blocare a roii frnate i comand
meninerea sau scderea presiunii n sistemul de frnare astfel nct s
fie utilizat aderena maxim a drumului. La apariia tendinei de
blocare a roii sistemul de control automat comand izolarea
cilindrului de frn corespunztor, de restul sistemului de frnare. n
funcie de accentuarea sau dispariia tendinei de blocare a roilor se
comand reducerea sau creterea presiunii n cilindrul de frnare,
executndu-se astfel o succesiune de cicluri de frnare-defrnare ce
vor menine roata n zona optim de aderen.c. o frnare combinat are
loc la parcurgerea zonelor cu aderen diferit, sistemul de control
automat asigurnd prevenirea blocrii roilor, pe poriunile cu aderen
sczut, i frnare maxim, pe poriunile cu aderen ridicat. De asemenea
sistemul de control automat acioneaz eficace i n cazul n care o
parte a automobilului se afl cu roile pe poriuni de drum cu
coeficieni de frecare diferii.Istoria utilizrii sistemului de
frnare cu ABS pentru automobile Aplicarea sistemelor automate de
control al frnrii nu este nou. Ele au fost utilizate prima dat n
1948 la avioane, unde prin blocarea roilor se producea deteriorarea
aproape instantanee a anvelopelor. Introducerea n domeniul
automobilelor s-a produs mai trziu, n anii 70, n SUA. Aici a aprut
i prima reglementare legal privitoare la automobilele echipate cu
sistem automat de control al frnrii. n 1973 aproape toate sistemele
de acest gen erau construite n aceast ar folosind circuite logice i
componente electronice. n Europa, dei cercetrile de crearea a unui
sistem de control automat al frnrii sunt semnalate nc din 1959 la
Daimler-Benz, abia n 1977 un prototip creat de Bosch a fost
experimentat pe 150 de autoturisme Mercedes i n 1978 a nceput
fabricaia de serie. Aceasta dup ce s-au cheltuit n acest scop 50 de
milioane de mrci germane, sum suportat de firmele Daimler-Benz,
Bosch i Teldix.
Foto: Prima generaie de ABS de la BoschSursa: Bosch i alte
companii au creat astfel de sisteme: Honda, Teves i Girling.
Fiecare dintre ele i-a denumit creaia cu o sigl proprie: Bosch-ABS
(Anti-lock Braking System), Honda-ALB (AntiLockBrake), Teves-ATE
(de la denumirea creatorului Alfred Teves), Girling-SCS (Stop
Central System). Majoritatea sistemelor se deosebesc radical doar
prin modul de reglare. Acesta poate fi realizat prin reglarea
presiunii difereniat la fiecare roat, n funcie de aderena local.
Dei eficient, sistemul este scump i de aceea, de cele mai multe
ori, se aplic numai la roile unei puni. Toate cercetrile de pn acum
au convins c astfel de sisteme reduc substanial spaiul de frnare.
Dac, de exemplu, pe asfalt umed un automobil prevzut ci ABS frneaz
n 40 de metri, fr acest sistem imobilizarea automobilului se
produce abia dup 58 metri. Sistemul intr n funciune automat, cnd se
trece brusc pe o poriune de drum cu aderen sczut sau cnd roile de
pe o latur a automobilului ruleaz n condiii diferite fa ce
celelalte. Iniial au fost dezvoltate sisteme de control automat al
frnrii avnd la baz doar principii mecanice. Din aceast cauz i
datorit complexitii controlului anti-derapajului, ce necesit o
logic sofisticat, nu s-a putut trece la o producie de serie. n
urmtoarea faz de dezvoltare s-au realizat sisteme de control cu
prelucrarea analogic a semnalelor. Dezvoltarea electronicii a dus
la apariia sistemelor digitale de control automat avnd ca unitate
central de calcul microprocesorul.Principiul de functionare al
sistemului de frnare cu ABS pentru automobile De la an la an
structura sistemelor hidraulice pentru ABS a evoluat. n continuare
ne vom rezuma la versiunea ABS 8 realizat de compania german
Bosch.
Foto: Modul ABS 8 pentru automobileSursa: Bosch
Foto: Componentele sistemului de frnare cu ABS de pe
automobileSursa: Bosch1. unitatea de control electro-hidraulic2.
senzori de turaie montai pe roile automobilului Din cele prezentate
anterior, reiese c componentele principale ale unui sistem ABS
sunt: o unitatea electronic de calcul, senzori de vitez pentru
fiecare roat i modulatoare hidraulice de presiune. Partea hidraulic
este alctuit din dou subsisteme simetrice, fiecare dintre ele
acionnd asupra unei perechi de roi (de obicei opuse pe
diagonal).
Foto: Circuitul hidraulic al unui sistem de frnare prevzut cu
ABS generaia 8 de la BoschSursa: e-automobile.ro1. pomp central2.
cilindrul de frnare3. modul hidraulic4. supape de admisie5. supape
de evacuare6. pomp de retur7. acumulator hidraulic8.
electro-motorSS - stnga spateDF - dreapta faSF - stnga faDS -
dreapta spate Cele doupompe de retur(6) sunt acionate de un
singurmotor electric(8). Rolul acestor pompe este de a evacua rapid
lichidul de frn dincilindrii de frnare(2) napoi npompa central(1).
Pentru a preveni ca presiunea n cilindrii de frnare s depeasc
presiunea din pompa centralsupapele de admisie(4) sunt prevzute cu
supape de sens. Dac sistemul ABS este inactiv, atunci sistemul de
frnare se comport ca un sistem de frnare obinuit, meninnd presiunea
din cilindrii receptori n timpul apsrii pedalei de frn. n acest fel
doar circuitul prima (pomp central supap admisie cilindru de
frnare) este activ,supapele de refulare(5) fiind nchise. Dac ABS-ul
se activeaz, atunci scderea presiunii pe cilindrii receptori, de
frn, este realizat de implicarea componentelor circuitului secundar
(cilindru de frnare supap de refulare acumulator pomp central). Din
punct de vedere hidraulic controlul presiunii este realizat, trecnd
prin urmtoarele etape, cum este artat n figura de mai jos.
Foto: Modularea presiunii ntr-un sistem de frnare cu ABSSursa:
e-automobile.roa. aplicarea presiunii- pentru fiecare roat creterea
presiunii este realizat prin deschiderea unei supape de aspiraie i
nchiderea unei supape de refulare (mod de frnare obinuit)b.
meninerea presiunii- supapa de aspiraie este nchisc. scderea
presiunii- supapa de refulare este deschis, acumulatorul se umple
rapid; totodat pompa de retur ncepe s transporte fluidul napoi spre
cilindrul principal (n acest etap se simtpulsaiile la pedala de
frn) Pentru a evita frnarea insuficient a roii presiunea din sistem
este mrit iar ciclul de control a presiunii este
reluat.Componentele principale ale sistemului ABS pentru automobile
Dezvoltare electronicii a permis utilizarea pe scar larg a
sistemelor de acionare electrice. i pentru sistemele ABS controlul
presiunii hidraulice se face prin controlul curentului electric n
solenoizii supapelor. n funcie de caracteristica supapei (presiune
funcie de curent) aceste se clasific n: electro-supape
proporionale: deschiderea supapelor este proporional cu curentul
electric aplicat electro-supape releu: au doar dou poziii, deschis
sau nchis
Foto: Componentele unui modul electro-hidraulic de control
pentru ABSSursa: Bosch1. motor electric2. bloc de electro-supape3.
electro-supape4. unitatea de control electronic5. capac de
protecieComponentele indispensabile sistemului de frnare cu ABS
sunt senzorii de turaie pentru fiecare roat. Prin compararea
valorilor ntre cele patru roi unitatea electronic de control
determin care din roi tinde s se blocheze.
Foto: Senzori de turaie roi pentru ABS (evoluie)Sursa:
BoschEvoluia sistemului ABS Bosch pentru automobile Sistemele ABS
Bosch au evoluat continuu ncepnd cu anul 1978 cnd s-a comercializat
prima versiune. Dac prima versiune avea peste 6 kg i echipa doar
0.02% din totalul automobilelor comercializate la aceea vreme, n
2007, versiunea 8 de ABS avea doar 1.4 kg i echipa aproximativ 76%
din automobilele noi comercializate.
Foto: Evoluia sistemului ABS pentru automobile de la BoschSursa:
Bosch Diferenele din punct de vedere al tehnologiei utilizate ntre
prima versiune i versiunile moderne de ABS sunt copleitoare. Din
punct de vedere al unitii electronice de control prima versiune
avea 140 de componente analogice i o memorie de doar 2 kBytes iar
generaia din 2003 avea doar 16 componente i o memorie de 128
kBytes.
Foto: Comparaie ntre versiunile de ABS pentru automobile de la
BoschSursa: Bosch Avnd n vedere viteza medie de deplasare care
crete de la an la an, ABS-ul a devenit un sistem de siguran activ
care devine indispensabil automobilelor moderne. Din acest motiv
din ce n ce mai muli productori ofer sistemele ABS ca dotare
standard pentru automobile.