Kihalófélben – a kézi sebességváltó bemutatása

Bár vele kezdődött minden, szép lassan a feledés homályába vész a kézi kapcsolású sebességváltó fogalma a közutakon, hiszen folyamatosan válják fel a szofisztikáltabb, kényelmesebb, automatizált megoldások. Az természetesen vita tárgyát képezi, hogy a kitűnően programozott, ezáltal valamivel jobb fogyasztási mutatókat produkáló, ám egyúttal bonyolultabb és szervizigényesebb automata társai mellett van-e még létjogosultsága 2023-ban a manuális sebességváltónak. Egy dolog biztos: még ma is akadnak gyártók, akik semmi esetre sem kívánják kivezetni a palettájukról.

Miért van szükség a sebességváltásra?

Elöljáróban fontos megjegyezni, hogy az elektromos autók kívül esnek ezen a témakörön, ott ugyanis teljesen másképp valósul meg az áttételezés – ha egyátalán nevezhetjük ezt így ebben az esetben. Létezik manuális sebességváltóval rendelkező elektromos autó, ám ezek valójában nem töltenek be funkciót a hajtásban, csak imitálják a sebességváltás érzetét.

Mechanikus sebességváltással is akad elektromos autó: a Porsche Taycan például két fokozattal rendelkezik, de nem mi döntjük el, hogy mikor vált az autó a kettő között.

Bár elsőre furának tűnhet, a sebességváltás eredetileg egy nemkívánatos műszaki kényszer. Noha ma már a közúti személyautók is egészen széles spektrumú fordulatszám-tartománnyal rendelkeznek, ez sem elegendő arra, hogy egyetlen jól megválasztott fokozattal a teljes sebességtartományát lefedjük az autónak – nem beszélve a dinamikáról, ami a motoroknak csak egy bizonyos fordulatszakaszában igazán kielégítő. 4-600-as percenkénti fordulatszám alatt a motor képtelen forgásban maradni, 8-9000 felett pedig már nagyon kevés közúti erőforrás képes károsodás nélkül tartósan működni.

A dinamika hiánya akkor válik igazán lényeges problémává, amikor figyelembe vesszük, hogy a motor fordulatszáma így is sokszorosa a hajtandó kerekek fordulatszámának, ezért fordulatszám-csökkentő (s lehetőleg egyben nyomaték-növelő) áttételre van szükség ahhoz, hogy képesek legyünk érdemben haladni a járművel.

Áttétel

Amikor alacsony fokozatban van az autó (például elindulásnál), egy adott motorfordulatra akkor forog a legkevesebbet az autó kereke – ugyanis ekkor igényli a legnagyobb erőkifejtést a jármű; az állóhelyzetből való elindulásnál. Erre mondjuk azt, hogy az alacsony sebességfokozatban az áttétel nagy.

A sebességváltóban a motor és a hajtás felől egy-egy fogaskerék kapcsolódik össze minden fokozatban. A nagy áttétel a gyakorlatban azt jelenti, hogy a motorral kapcsolatban álló fogaskerék egyes fokozatban kicsi, a vele összekapcsolódó, hajtás felől érkező fogaskerék pedig nagy. Így egy motorfordulatra viszonylag kevés kerékforgás jut, viszont nagyon sok nyomaték – egészen pontosan arányosan felszorozva az áttétellel.

Manuális sebességváltó működése (videó)

Ennek egyenes következménye, hogy minél feljebb kapcsolunk a manuális váltón, annál kisebb lesz az áttétel, tehát annál inkább nyomatékot veszítünk – ám itt már nem állóhelyzetből kell elmozdítanunk az autót, és cserébe egy motorfordulatra sokkal több kerékfordulatot kapunk – vagyis ugyanazon motorfordulatszám mellett nagyobb sebességgel fogunk haladni. Minél feljebb kapcsolunk, ez annál inkább érvényesülni fog.

Ami a fogaskerékpárok tengelyeit illeti, két fő típus terjedt el. Az egyik változatban csak két tengely (a be- és a kimenő) található, a másikban van egy harmadik is, az ún. előtét-tengely. A második elvitathatatlan előnye, hogy 1:1-es, azaz direkt áttétel is kapcsolható benne, vagyis a ki- és a bemenő tengely 1:1-es áttélele esetén a két tengely közvetlenül van összekötve, egyetlen fogaskerék sem vesz részt az erőátvitelben.

Kapcsolás és szinkronizálás

Egyszerűnek hangzik, valójában azonban nem volt könnyű kezelni a korai sebességváltókat. Ezt hamar beláthatjuk, amikor szembesülünk néhány problémával a következőkből.

Mindenképp szükséges volt azt megoldani, hogy egyszerre csak egy fogaskerékpár vigyen át nyomatékot. Ennek az az egyszerű oka, hogy az áttételek különbözőségéből fakadóan a párok eltérő forgási sebességre akarják kényszeríteni a tengelyeket, így az egyszerre történő összezárásuk visszafordíthatatlan és súlyos anyagi következményekkel járna.

Sokféle gyakorlati megvalósítás létrejött, de a kiválasztott fogaskerék-párok bekapcsolására kétféle alapváltozatot különböztetünk meg.

Sokáig a kapcsolandó fogaskeret bordázott tengellyel vezették meg, és kapcsoláskor egyszerűen odatolták a párjához, hogy összeforoghassanak.

Viszonylag hamar megjelentek az állandó kapcsolatban álló fogaskerék-párok: az egyik fogaskerék szabadon forgott a tengelyén mindaddig, míg valamilyen kapcsolóval nem rögzítették a tengelyéhez. A kapcsoló általában a bordástengelyen eltolható hüvely volt, aminek a végén körmöket alakítottak ki, ezek pedig bele tudtak kapaszkodni a kapcsolandó fogaskerék oldalán kialakított hasonló körmökbe.

Kézi mechanikus sebességváltóknál megkerülhetetlen, hogy az a fogaskerékpárok (és egyúttal a tengelyek) a fenti okok miatt más-más kerületi sebességgel forogjanak.

Amikor átkapcsolunk egyik fokozatból a másikba, akkor a kerületi sebességek között lévő különbségek nagyban megnehezítik a váltást. Ezért volt megfigyelhető sok régi kézi sebességváltónál az a jelenség, hogy kétszer is használta a tengelykapcsolót a vezető: először üresbe váltott, felengedte a kuplungot, majd újra kinyomta, és a következő fokozatba húzta a váltókart.

Ezt a problémát a szinkornizálás oldotta meg.

Ez a berendezés egy kis teljesítményű súrlódó tengelykapcsolóval kiegészített körmös kapcsoló. Mielőtt a körmös kapcsoló aktiválódna, a súrlódó tengelykapcsoló zár, ezzel pedig kiegyenlíti a kerületi sebességek közötti különbséget még a merev kapcsolat létesítése előtt. Ebből az következik, hogy a kapcsolókörmök már jelentősebb dinamikus terhelés nélkül összekapcsolhatók – mi pedig azt érzékeljük, hogy a kuplungpedál egyetlen lenyomásával, könnyedén váltunk fokozatot.

Előnyök és hátrányok – mi a kihalás oka?

A belső égésű motoros szegmensben a mai napig nem kérdés, hogy a legolcsóbban üzemeltethető sebességváltó a teljesen kézzel működtetett változat. Tömege, szervizigénye és ára is jelentősen kisebb bármelyik konkurensénél.

Noha gazdaságilag tehát minden tekintetben indokolt lenne a jelenléte, alapvetően a piac dönti el, hogy hosszútávon mire van igény. Az utóbbi évtizedek pedig tendenciózusan bizonyítják, hogy a kézi sebességváltót egyre kevesebb autóvásárló kívánja használni. Komfortban ugyanis minden versenytársával szemben alulmarad.