100 let nákladního automobilu (4. díl) – Převodné ústrojí

V šestidílném seriálu na příkladu firmy DAF připomínáme nejdůležitější body vývoje užitkových automobilů. Tentokrát se věnujeme součástem převodného ústrojí. 

Automobil se spalovacím motorem byl sice fenoménem dvacátého století, ale pístový motor k jeho pohonu není tím nejvhodnějším řešením. K převodu síly z přímočarého vratného pohybu pístu na kola vozidla je nutné složité převodné soustrojí, složené z klikového mechanismu motoru, spojky, převodovky, spojovacích hřídelů, rozvodovky s diferenciálem a hnacích hřídelů kol. Pohon parním strojem nebo elektromotorem je mnohem jednodušší. Na počátku minulého století proto vypadalo ústrojí pohonu nákladního automobilu tak, jak je patrno z obrázku vozu Praga V (vojenský) z roku 1911, který vyhrál státem subvencovanou zakázku. Převod rozvodovky byl dvoustupňový, tedy přímo v rozvodovce a vně řetězovým převodem pohonu kol. Zajímavostí byla tzv. „horská vzpěra“, zajišťující vůz proti jízdě zpět při zastavení ve stoupání. S rozvojem stavby dlážděných či asfaltových silnic ztratila svůj význam.

Nizozemský DAF, založený v roce 1928, byl zprvu výrobcem přípojných vozidel, tj. přívěsů a návěsů, a to velmi úspěšným. Již v roce 1935 však patentoval velmi originální řešení pohonu kol zdvojené zadní nápravy Trado. Označení je složeno ze jmen vynálezce (Piet Van den Trapen) a výrobce (Hub Van Doorne). Tímto konstrukčním řešením bylo možné každý vhodný automobil s pohonem 4x2 upravit a přestavět na pohon 6x4. Prototypy 6x4 a 6x6 Trado I a II vznikly na základě vozu Ford V8 a další Trado III z roku 1938 na základě Chevroletu 216 (M39). Firma DAF tak získala cenné zkušenosti s konstrukcí a výrobou částí převodného ústrojí užitkových automobilů. Několik prototypů nákladních automobilů postavila ještě za války, ale jejich výrobu zahájila až v roce 1949. To se již zcela prosadila koncepce nákladního automobilu s „klasickým“ uspořádáním pohonu, tj. motorem se spojkou a převodovkou vpředu podélně a pohonem zadní nápravy jedno- nebo dvoudílným spojovacím hřídelem (kardanem). V rozvodovce obvykle tuhé zadní nápravy je jedno- nebo dvoustupňový stálý převod s kuželovým soukolím, případně i hypoidním, a diferenciál. Toto konstrukční řešení zůstává stále nejrozšířenějším u nákladních automobilů, na rozdíl od osobních, kde již převládá koncepce s pohonem předním a motorem vpředu napříč. 

Technicky nejsložitějšími částmi převodného ústrojí jsou převodovka a rozvodovka. Podélné uspořádání pohonu dává jako jediné možnost použít tříhřídelovou převodovku, která umožňuje přímé propojení výstupního hřídele se vstupním od spojky, tj. přímý záběr. Jednotlivé rychlostní stupně se řadily posunem ozubených kol po výstupním hřídeli. Zdokonalením bylo ponechání všech dvojic kol v záběru a řazení jejich připojováním k hřídeli pomocí zubových spojek a přesuvných objímek s možností doplnění o spojky synchronizační. Protože vznětový motor má oproti motoru zážehovému výrazně užší rozsah využitelných otáček, stále narůstal požadavek na zvyšování počtu rychlostních stupňů. U nákladních automobilů je dnes standardem 12 nebo 16 stupňů, ale u speciálních jich může být i 24. Dosažení tak vysokého počtu rychlostních stupňů je celkem prosté, protože základem je běžná tříhřídelová převodovka tří- nebo čtyřstupňová. Zařadíme-li na její výstup redukční převod, obvykle planetový, dosáhneme dvojnásobného počtu rychlostních stupňů, tedy 6 nebo 8. Vznikne rozsahová převodovka se stupni dolní a horní řady, jež na sebe navazují. Podobně lze zdvojnásobení počtu stupňů dosáhnout na vstupu převodovky použitím dvou soukolí stálého převodu převodovky, tzv. děliče, tedy převodu z hřídele vstupního na předlohový (stromeček). Vhodnou volbou počtu zubů obou soukolí se dosáhne posunu „dělených“ převodů do mezer mezi základními (celými) stupni základní převodovky. Těmto rychlostním stupňům se někdy říká pomalé či rychlé nebo malé (půlené) či velké (celé). Ze základní převodovky 3+1 nebo 4+1 se schématem řazení H je tak převodovka dvanáctistupňová (2x3x2) nebo šestnáctistupňová (2x4x2) se schématem řazení 2H (HH). Podobně je tomu i se zpětným během R. Dělič nebo rozsah se obvykle volil přepínači na řadicí páce základní převodovky. Vlastní ovládání složitého řadicího mechanismu je vzduchové nebo kapalinové a systém řazení je proto označován za elektropneumatický, resp. elektrohydraulický. Zajímavé jsou převodovky Eaton Fuller, kde je točivý moment ze vstupního na výstupní hřídel přenášen dvojicí předlohových hřídelů, takže ozubení každého z nich přenáší jen poloviční moment a může tak být užší. Převodovka je proto kratší, ale širší. Převodovky, původně nesynchronizované, nahradily ve druhé polovině minulého století převodovky synchronizované, protože řidiči již nestačili zvládat obtížné řazení s dvojím vyšlápnutím spojky, a při řazení „dolů“ ještě s „meziplynem“. 

Nástup mikroelektroniky do ústrojí pohonu se nejdříve projevil u motorů s elektronicky řízeným vstřikováním systémů CR, PD a PLD v osmdesátých letech, ale s odstupem v letech devadesátých i u mechanických stupňových převodovek. Z manuálně řazené převodovky se stala převodovka robotizovaná, na rozdíl od převodovek samočinných, jejichž pramatkou byla převodovka Hydramatic (GM) z poloviny let třicátých, zcela bez elektroniky. Výhodou těchto převodovek je možnost řazení „pod zatížením“ a nevýhodou skluz měniče, zvyšující spotřebu paliva. Dnes jsou tyto převodovky, většinou Allison, používány jen pro speciální, třeba komunální vozidla. Základem samočinné převodovky je vždy komplexní hydrodynamický měnič momentu (HdM), předřazený vícestupňové planetové převodovce. Jednou z výjimek byla převodovka Praga 2P70 s HdM, ale dvoustupňovým předlohovým převodem, pro autobusy Karosa ŠM11. 

Manuálně řazená stupňová převodovka u středního a těžkého nákladního automobilu se stala výjimkou v období automatizovaných vícestupňových převodovek. Dobře naprogramovaná řídicí jednotka je vždy lepší než průměrný řidič, a tak všechny úkony ovládání spojky a řazení převzala technika. Není proto nutné používat synchronizační spojky, což vlastní převodovku zjednodušuje. Je naprosto zřejmé, že po mechanické stránce jsou současné převodovky ZF TraXon, Volvo I-Shift, Scania OptiCruise či Mercedes-Benz PowerShift na vrcholu vývoje a zdokonalovat již lze jen jejich elektronicky řízené ovládání.

Převzato z časopisu

Fotogalerie