RetroTehnica:  Istoria cutiei de viteze automate – Conceptul Hydra-Matic

Share post:

Istoria

În anii 1930, producătorii de automobile au încercat să reducă sau să elimine necesitatea de a schimba vitezele. La acea vreme, schimbarea sincronizată a treptelor de viteză era încă o noutate (și se limita, în majoritatea cazurilor, la treptele superioare), iar schimbarea treptelor de viteză la o cutie de viteze manuală necesita mai mult efort decât voiau să depună majoritatea șoferilor. Excepția în acest caz a fost transmisia manuală complet sincronizată a Cadillac, proiectată de inginerul Cadillac Earl A. Thompson și introdusă în toamna anului 1928.
Cadillac, sub conducerea lui Thompson, a început să lucreze la o transmisie “fără schimbător” în 1932 și a fost creat un nou departament în cadrul Cadillac Engineering, condus de Thompson și incluzând inginerii Ernest Seaholm, Ed Cole, Owen Nacker și Oliver Kelley. În cursul anului 1934, grupul de transmisii Cadillac a dezvoltat o cutie de viteze cu rapoarte în trepte care schimba automat în condiții de cuplu maxim. Același grup de ingineri a fost mutat apoi în laboratorul de cercetare al General Motors, construind unități pilot de transmisie în perioada 1935-36, care au fost apoi predate la Oldsmobile pentru testare.

Transmisie Hydra-Matic , produsă între 1939 și 1956


Automatic Safety Transmission (AST) a fost o consecință tangentă a acestei activități. AST a fost o transmisie semiautomată care folosea angrenaje planetare și un ambreiaj convențional cu fricțiune, solicitând șoferului să folosească ambreiajul pentru a schimba viteza, dar nu și între cele două viteze de mers înainte. Oldsmobile a oferit AST în perioada 1937-1939, în timp ce Buick a oferit-o doar în 1938.
HydraMatic a fost conceput pentru a combina funcționarea hidraulică a unei cutii de viteze planetare (permițând automatizarea unei mari părți a schimbării de viteze) cu un cuplaj cu fluid în locul unui ambreiaj cu fricțiune, eliminând necesitatea de debreiere. Transmisia urma să aibă patru viteze de mers înainte (3,82:1, 2,63:1, 1,45:1 și 1,00:1) plus marșarier, cu toată accelerația asigurată de angrenaj; cuplajul său fluidic nu multiplica puterea motorului, așa cum face un convertor de cuplu. (În acest sens, era mai puțin sofisticat decât prototipul Vulcan (Vulcan-Werke Hamburg und Stettin) din 1924, care avea un convertizor de cuplu). Acesta încorpora un clichet de parcare care era angajat atunci când selectorul de viteze era plasat în marșarier cu motorul oprit. Nu exista o poziție de parcare separată, așa cum se găsește la transmisiile moderne.

Transmisie Hydra-Matic 315, produsă între 1956 și 1964.


Rezultatul, denumit “Hydra-Matic Drive”, a intrat în producție în mai 1939 pentru anul model 1940. Primele Oldsmobile astfel echipate au fost livrate în octombrie 1939 în Oldsmobile Series 60 și Oldsmobile Series 70. Oldsmobile a fost ales să introducă Hydra-Matic din două motive: economii de scară – Oldsmobile producea mai multe mașini decât Cadillac și Buick la acea vreme, oferind astfel o bază de testare mai bună – și pentru a proteja reputația Cadillac și Buick în cazul unui eșec pe piață al noii transmisii. Publicitatea a proclamat-o ca fiind “cel mai mare progres de la demarorul automat”.
În 1940, Hydra-Matic a fost o opțiune de 57,00 USD (1.258 USD în dolari la valoarea din 2023), crescând la 100,00 USD (2.206 USD în dolari la valoarea din 2023) pentru 1941.
În 1941, a devenit, de asemenea, o opțiune pe Cadillac pentru 125,00 USD (2.720 USD în dolari la valoarea din 2023). Aproape 200.000 au fost vândute până în momentul în care producția de autoturisme a fost oprită pentru producția de război în februarie 1942.

Transmisie Hydra-Matic 240, produsă între 1961 și 1964


Evoluând sub presiunea concurenței industriale din partea altor producători, cum ar fi convertorul de cuplu cu blocare în trei trepte de viteză al lui Studebaker, proiectat în colaborare cu Detroit Gear (o divizie a Borg-Warner), numit DG 200/250, și convertorul de cuplu cu blocare în două trepte de viteză al lui Packard, cuplat Ultramatic, Hydra-Matic de la GM a suferit mai multe revizuiri până în 1955, înainte de a fi înlocuit treptat de HydraMatic cu cuplaj controlat (denumit și Jetaway, de Oldsmobile, și StratoFlight, iar mai târziu Super Hydra-Matic, de Pontiac, sau 315 HydraMatic, de Cadillac, sau Hydra-Matic cu cuplaj dublu) în 1956.
Începând din 1948, Hydramatic a devenit opțională pentru Pontiac-uri (și a fost prezentă în 70% dintre ele în acel an), deși Buick și Chevrolet au ales să dezvolte propriile transmisii automate, numite Dynaflow și Powerglide. Toate Oldsmobilele instalate cu Hydramatic aveau pe marginea inferioară a aripii față, direct în spatele roții din față, o insignă pe care scria “Futuramic”, care identifica abordarea Oldsmobile în ceea ce privește simplificarea condusului și prezența unei transmisii automate. În 1949, Oldsmobilele V8 erau doar automate, deoarece Oldsmobile nu avea o cutie de viteze manuală care să poată gestiona cuplul noului motor V8 Rocket. 1948 Oldsmobile Futuramic introducere. Un milion de mașini cu transmisii Hydramatic au fost vândute până în 1949. La începutul anilor 1950, diverși producători care nu aveau resursele necesare pentru a dezvolta o transmisie automată proprie au cumpărat transmisii Hydra-Matic de la GM.

Schimbătorul de viteze la Oldsmobile B44 din 1942

Construcția

Hydramatic folosea un cuplaj de fluid cu două elemente (nu un convertizor de cuplu, care are cel puțin trei elemente, pompa, turbina și statorul, deși Roto Hydra-Matic are un cuplaj de fluid și un stator fix) și trei seturi de angrenaje planetare, oferind patru viteze înainte plus marșarier. Rapoartele standard pentru Hydra-Matic original erau 3,82:1, 2,63:1, 1,45:1 și 1,00:1 în aplicațiile auto și 4,08:1, 2,63:1, 1,55:1 și 1,00:1 în cazul camioanelor ușoare și al altor aplicații comerciale. Hydra-Matic cu cuplaj controlat a utilizat 3,97:1, 2,55:1, 1,55:1 și 1,00:1. Roto Hydramatic 375; o cutie automată cu trei trepte și patru trepte are 3,56:1, 2,93:1, 1,56:1 și 1,00:1. Roto Hydramatic 240; o cutie automată cu trei trepte și patru trepte are rapoarte de 3,64:1, 3,03:1, 1,57:1 și 1,00:1. Hydramatic era dotată cu două pompe pentru a-și presuriza sistemul de control hidraulic și pentru a asigura lubrifierea componentelor interne. Pompa din față era o unitate cu palete cu debit variabil acționată de la carcasa cuplului de fluid, ceea ce însemna că presiunea uleiului ar fi fost disponibilă imediat după pornirea motorului. Presiunea relativ constantă era menținută prin deplasarea unui cursor în interiorul pompei, ceea ce avea ca efect modificarea deplasării pompei și, prin urmare, a volumului de ulei furnizat.
Pompa din spate era o pompă cu angrenaje nereglementată, acționată de la arborele de ieșire al transmisiei, ceea ce însemna că era capabilă să presurizeze transmisia în cazul în care vehiculul era în mișcare. Această caracteristică a făcut posibilă pornirea prin împingere a unui vehicul cu o baterie descărcată dacă vehiculul putea fi accelerat până la cel puțin 24-32 km/h .
La viteze mai mari, pompa din spate furnizează tot volumul de ulei necesar pentru a acționa transmisia, iar glisiera pompei din față este aproape centrată, ceea ce face ca această pompă să producă o putere mică.
În prima treaptă de viteză, fluxul de putere trece prin ansamblul de angrenaj planetar față (raport de reducere de 1,45:1 sau 1,55:1, în funcție de model), apoi prin cuplajul de fluid, urmat de ansamblul de angrenaj spate (reducere de 2,63:1) și prin ansamblul de angrenaj spate (în mod normal blocat) până la arborele de ieșire.

Transmisie Hydra-Matic 375, produsă între 1961 și 1964


Altfel spus, torul de intrare al cuplajului de fluid funcționează la o turație mai mică decât motorul, datorită reducerii ansamblului de angrenare față.
Acest lucru a produs o pornire excepțional de lină, din cauza cantității relativ mari de patinare produsă inițial în cuplajul hidraulic. Această alunecare a scăzut rapid pe măsură ce turația motorului a crescut.
Atunci când transmisia a trecut în treapta a doua, ansamblul de angrenare față s-a blocat, iar torul de intrare a funcționat acum la viteza motorului. Acest lucru a avut efectul dezirabil de a “strânge” cuplajul și de a reduce alunecarea, dar, din păcate, a produs, de asemenea, o schimbare de viteză oarecum bruscă. Nu era deloc neobișnuit ca vehiculul să se clatine înainte în timpul trecerii la 1-2, mai ales când accelerația era larg deschisă.
La trecerea în treapta a treia, ansamblul de viteze față revine la reducere, iar ansamblul de viteze spate se blochează. Datorită modului în care este dispus ansamblul de angrenaje spate, cuplajul trece de la 100 % din cuplul motorului la aproximativ 40 %, restul fiind gestionat exclusiv de transmisie. Acest lucru a redus foarte mult patinarea, care a fost audibilă prin reducerea substanțială a turației motorului în momentul schimbării.
Trecerea din treapta a treia în treapta a patra blochează ansamblul treptei de viteză față, producând o transmisie de 1,00:1.
Cuplajul hidraulic gestionează acum doar aproximativ 25 % din cuplul motorului, reducând alunecarea la o valoare neglijabilă. Rezultatul este un nivel remarcabil de eficient al transferului de putere la viteze de autostradă, lucru pe care transmisiile automate echipate cu convertizor de cuplu nu îl puteau obține fără beneficiul unui ambreiaj cu convertizor.
Multe vutii Hydra-Matic nu executau foarte bine schimbarea treptelor de viteză 2-3, deoarece schimbarea presupunea acționarea simultană a două benzi și două ambreiaje. Coordonarea precisă a acestor componente era dificil de realizat, chiar și în cazul transmisiilor noi. Pe măsură ce garniturile și alți elastomeri ai transmisiei îmbătrâneau, caracteristicile de control hidraulic se modificau, iar trecerea la 2-3 provoca fie un flare momentan (creșterea bruscă a turației motorului), fie un tie-up (o perioadă scurtă în care transmisia se afla în două viteze simultan), aceasta din urmă contribuind adesea la defectarea benzii din față. O mare parte din dificultatea de a realiza o schimbare “curată” a treptelor de viteză 2-3 sau 3-2 în orice Hydramatic din fontă era dată de elasticitatea schimbătoare a arcurilor de guvernare din corpurile supapelor. Chiar și temperatura ambiantă afecta această variabilă, astfel încât un Hydramatic care schimba perfect într-o zi de vară, de obicei, prezenta o “flacără” 2-3 la rece. O altă nemulțumire veche a șoferilor era “flare” atunci când încercau să obțină o retrogradare “3-2” la trecerea unui viraj, ceea ce de obicei ducea la o zvâcnire de gât la schimbarea treptei.
În perioada 1939-1950, ancora de inversare a fost utilizată pentru a bloca rotirea coroanei de inversare a unității de mers înapoi prin angajarea unor dinți externi prelucrați în acea coroană. Începând cu 1951, un ambreiaj conic făcea același lucru atunci când presiunea uleiului era ridicată, iar un scripete de parcare cu arc putea bloca aceeași coroană în absența presiunii uleiului.
Acest lucru a funcționat mai bine, deoarece ancora nu ar fi măcinat dinții externi dacă acea coroană se rotea (asta dacă nu cumva motorul se bloca în momentul în care era cuplat marșarierul). Mersul înapoi se obținea prin aplicarea cuplului de la unitatea din față (banda pusă, în reducere) prin intermediul cuplului de fluid la angrenajul solar al unității din spate. Suportul planetar al acestui angrenaj era canelat la suportul planetar al unității de mers înapoi. Butucul angrenajului inelar al unității din spate avea un mic angrenaj prelucrat la capătul său, care servea drept angrenaj solar al unității de mers înapoi. Deoarece banda unității din spate nu era aplicată pentru mersul înapoi, unitatea din spate și unitatea de mers înapoi se compuneau, determinând ca purtătorii planetari combinați să se rotească în sens opus cuplului de intrare și la o viteză și mai redusă. Arborele de ieșire a fost prelucrat pe suporturile planetare ale unității posterioare și ale unității de mers înapoi.
Cutia de viteze Hydra- Matic, construită integral din fontă, a fost cea mai grea transmisie automată produsă vreodată pentru automobile.

AutoTehnica
AutoTehnicahttps://autotehnica.com
Din 2005 , singura revista tehnica auto din România
spot_img

V-AR MAI PUTEA INTERESA ...

Arborele cu came

Arborele cu came este organul mecanismului de distribuție care comandă deschiderea supapelor din poziția închisă, până la deschiderea...

Spre comunism în zbor

Editorial Mai 2024 A fost o vreme când Partidul dorea ca toți cetățenii să nu dețină nimic iar ”Autoritățile”...

Testarea senzorului de temperatură al lichidului de răcire

Senzorul de temperatură a lichidului de răcire informează unitatea de comandă a motorului cu privire la temperatura de...

Controlul electrohidraulic al cutiei de viteze

Controlul electrohidraulic al cutiei de viteze implică înregistrarea unor anumite stări de operare de către unii senzori. Aceste stări...