A Powershift váltó bemutatása

Személyautós alkalmazásoktól idegennek hat ugyan, ám számos terület van a járműiparban, ahol az egyszerű száraz tengelykapcsolóval felszerelt sebességváltó nem elegendő ahhoz, hogy a szükséges nyomatékot átvigye a hajtáson – vagy túlságosan nagyra kellene építeni ahhoz, hogy erre képes legyen.
Az automata sebességváltásnak számos módozata létrejött, Powershift pedig egyike azoknak, amelyek a mai napig gyártásban vannak. Az alábbi cikkben bemutatjuk, hogyan épül fel egy ilyen váltó, és hogyan történik benne a fokozatválasztás.

Történeti áttekintés
Az elnevezés jelen ismereteink szerint a Fordtól származik, ám nem lehetünk teljesen biztosak abban, hogy a megoldást először az amerikai gyártó alkalmazta. A PowerShift egy hat- vagy hétfokozatú, duplakuplungos automata sebességváltó, melyek régebbi változatait a Ford a Getraggal közösen építette, azonban pontosan nem ismert, hogy gyártja az újabb modelleket. A fejlesztés eredeti célja az üzemanyag-hatékonyság növelése a hagyományos automata sebességváltóhoz képest – kezdetben 10%-os megtakarítást tűztek ki célul.

Méretei és folyadéknyomás-szükséglete miatt célzottan munkagépek és szállítójárművek hajtásláncába szánták.

A duplakuplungos váltó
A duplakuplungos sebességváltó (DCT vagy DSG) egy olyan erőátviteli rendszer, amely két külön tengelykapcsolót használ a páratlan és páros sebességfokozatok kapcsolásához. Az alsó ábrán látható, hogy a kialakítás nagyon hasonlít ahhoz, mintha két különálló kézi sebességváltó lenne egymás mellé építve. Jellemzően Személy- és teherautó-alkalmazásokban a DCT/DSG automata sebességváltóként működik, a vezető szempontjából nem igényel több beavatkozást, mint egy klasszikus automata sebességváltó.

Az első ilyen sebességváltó 1961-ben került gyártásba a Hillman Minx középkategóriás autóban – Easidrive automata sebességváltó néven került piacra. Az ötlet hamar teret hódított magának, az 70-es évekig a legtöbb mezőgazdasági vontatóhoz is elért a megoldás – igaz, sok esetben még kuplungpedállal és kézi működtetésű sebességváltó karral.

1985-ben a Porsche élesztette újjá a megoldást a 962 C versenyautóban, közúton pedig a 2003-as r32-es Volkswagen Golfban találjuk meg az első modern kori közúti változatot.

A duplakuplungos sebességváltónak a lényege, amely miatt az ötletet érdemes volt kivitelezni, az a rendkívül gyors sebességváltás.

Az alapelv szerint az egyik tengelykapcsoló a páros sebességfokozatokhoz, míg a másik tengelykapcsoló a páratlan sebességfokozatokhoz hajtja a fogaskerekeket. Ennek az előnye akkor derül ki, amikor fokozatot kapcsol a szerkezet: ha például második fokozatból gyorsítunk, a váltó elektronikája képes felismerni, hogy harmadik fokozatot fog legközelebb kapcsolni, és mivel a harmadik fokozat pont az inaktív tengelykapcsolón helyezkedik el, a váltónak lehetősége van „előkészíteni” a fokozatot, miközben még mindig második fokozatban halad a jármű.

Amikor a váltás pillanata elérkezik, akkor csak a két tengelykapcsoló kerül át aktívból inaktív helyzetbe (és viszont). Ettől kezdve pedig azonnal használható a harmadik fokozat.
Ezt a DCT/DSG váltó természetesen fordítva is képes megtenni: ha a jármű lassul és esik a fordulatszáma, akkor a következő, eggyel alacsonyabb fokozatot készíti elő a váltáshoz.

Annak köszönhetően, hogy az egyik tengelykapcsoló működését pontosan abban a pillanatban kapcsolja be a rendszer, amikor a másik kiold, a duplakuplungos váltó anélkül képes sebességet váltani, hogy a nyomatékátvitel megszűnne.
Ez adja a rendszer azon előnyét a klasszikus automata váltóval szemben, ami alapján a remélt fogyasztáscsökkenés bekövetkezik.

A Powershift sebességváltás
Azért vezettük fel a működési elvet a duplakuplungos váltóval, mert szerkezeti szempontból nagyon közeli rokona egymásnak a két eszköz.
Ám míg a DCT/DSG váltók többnyire száraz tengelykapcsolóval rendelkeznek (ez alól is van kivétel), addig a Powershift mindig nedves tengelykapcsolós. Ennek az az oka, hogy a Powershift kifejezetten nagy nyomatékátvitelre készül, melyet a száraz tárcsás megoldással nem, vagy nagyon korlátozott módon lehet csak megvalósítani.

Maga a kapcsolás kézzel is működtethető, de az automatizálás lehetősége ugyanúgy fennáll, mint a normál DCT/DSG esetén.
A két összekapcsolandó tengely fogaskerekei itt is állandó kapcsolatban vannak, de az egyik tengelyen a fogaskerék és a tengely között egy olajos (azaz nedves) többtárcsás tengelykapcsoló van. A tengelykapcsoló hajtott része a fogaskerékhez, a meghajtó rész kapcsolótárcsái pedig a tengelyhez vannak rögzítve.

Ahhoz, hogy a tengelykapcsoló zárjon, szorítóerőre van szükség, melyet jelen esetben a kapcsoló útváltóval vezérelt olajnyomás biztosítja. Ez vagy hidraulikus munkahengereket, vagy körgyűrű alakban kiképzett munkahengert működtet. A rendszer részét képezi még a fojtó, a késleltető és a nyomástároló (más néven hidroakkumulátor).

A fenti ábrán az első- és második sebességfokozat átkapcsolásának lefutását láthatjuk (kékkel az egyes, narancssárgával a kettes fokozat látható). Amikor a rendszer jelt ad a váltásra (vagy mi a kézikarral), a szivattyú a kettes számú munkahengereket kezdi táplálni, míg az egyes fokozat munkahengerei elkezdenek kiürülni a fojtón keresztül.

Természetesen nem állítható, hogy a folyamatnak nincs időbeli lefutása, hiszen akkor rögtön oldana az egyes számú kapcsoló, és ugyanúgy kapcsolna a kettes. Ez már csak azért sem lenne előnyös, mert akkor extrém nagy dinamikai hatásoknak tennénk ki a teljes hajtásláncot, mely ennek köszönhetően hamar tönkremenne. Ezt akadályozza meg a késleltető, melyet egyfelől az egyes kör, másfelől pedig a kettes kör nyomása vezérel.

A fenti esetben a késleltető egyes állásában a nyomástároló az egyes kapcsolókörhöz van kötve és a benne tárolt nyomás a fojtó miatt csak bizonyos idő elteltével szűnik meg. Közben a kettes körben fokozatosan növekszik a nyomás, és amint meghaladja az egyesét, a késleltetőt kettes állásba kapcsolja.

Innentől kezdve az egyes körben zuhan a nyomás, míg a kettesben lassan tovább emelkedik, hiszen a nyomástárolót újra fel kell tölteni. Ez utóbbinak köszönhető a kettes fokozatban a tengelykapcsoló csúsztatása után létrejövő sima, egyenletes felgyorsítás.