Skrzynie biegów: Mechaniczna czy automatyczna?

Sens istnienia automatycznych skrzyń biegów jest oczywisty – kierowca ma lżej, bo zamiast zmieniać biegi ręce trzyma na kierownicy, a pracę wykonuje za niego coraz doskonalszy automat. Przyjrzeliśmy się samochodom z pięciu klas, w których zastosowano różne rodzaje skrzyń biegów. Mamy BMW 3 z klasycznym automatem z przekładnią hydrokinetyczną, Mercedesa A oraz VW Tiguana ze skrzyniami dwusprzęgłowymi, Nissana Juke’a z przekładnią bez stopniową oraz zautomatyzowaną skrzynię mechaniczną w Skodzie Citigo. Każdemu z tych samochodów przeciwstawiamy taki sam model wyposażony w klasyczną skrzynię mechaniczną.

Automat – ofiara czarnego PR-u

Chociaż dwie trzecie europejskich kierowców nadal zmienia biegi ręcznie, coraz więcej z nich decyduje się na inne rozwiązanie. Pewnie dlatego, że skrzynie automatyczne są coraz bardziej dopracowane i jazda autem w taką skrzynię wyposażonym wcale nie sprawia mniej radości niż z „manualem” po prawicy. Większość uprzedzeń w stosunku do skrzyń automatycznych powstała w latach 80., gdy pierwsze automaty zaczęto montować już nie tylko w luksusowych limuzynach, ale też w popularnych modelach. W autach z silnikami o niskim momencie obrotowym trzystopniowa, „leniwie” zestopniowana automatyczna przekładnia nie mogła dawać satysfakcji. To wtedy powstało przekonanie, że automat spowalnia auto, że z jego powodu zużywa ono więcej paliwa i jest mniej dynamiczne. W wypadku współczesnych skrzyń biegów nic z tych rzeczy nie jest prawdą. Hydraulicznymi i elektrycznymi siłownikami w przekładniach automatycznych lub zautomatyzowanych steruje komputer, więc zmiany przełożeń są błyskawiczne. Nawet kierowca rajdowy w aucie z mechaniczną przekładnią nie potrafi szybciej zmienić biegu. Skrzynie biegów z dwoma sprzęgłami pozwalające na ręczną zmianę przełożeń łopatkami przy kierownicy dają smak sportowego stylu jazdy. Okazuje się też, że niektóre auta w nie wyposażone przyspieszają szybciej niż samochody ze skrzyniami mechanicznymi, czasami zużywają także nieco mniej paliwa.

Jako pierwsze, nowoczesne rozwiązania wprowadziło w 1997 r. Ferrari w modelu F355. Auto można było kupić z sekwencyjną zautomatyzowaną skrzynią biegów, stworzoną na bazie techniki stosowanej w autach Formuły 1. Po pociągnięciu za łopatkę przekładnia zmieniała przełożenie w ułamku sekundy. Jednak sekwencyjna skrzynia biegów w sportowym wydaniu pozostała wynalazkiem Dziewiątka na ekranie komputera to widok niezwykły – na razie można go oglądać tylko w Range Roverze Evoque’u Automatyczna skrzynia 9HP produkcji ZF jest przeznaczona do silników umieszczonych poprzecznie do osi pojazdu 9-biegowy automat pozwala jechać dynamicznie Chociaż kierowcy dopiero od niedawna przyzwyczajają się do 8-stopniowych przekładni automatycznych, już pojawiła się przekładnia z 9 biegami. Skonstruowała ją firma ZF specjalnie do Range Rovera Evoque’a (później będzie też stosowana w Dodge’u Dart). Taka skrzynia biegów pojawi się jesienią, my już ją wypróbowaliśmy. Nowa przekładnia o zmniejszonym tarciu wewnętrznym biegi zmienia szybko, zapewniając wysoki komfort jazdy. Krótkie przełożenia poszczególnych biegów oraz możliwość „przeskakiwania” niektórych z nich sprzyjają dynamice. Długie przełożenie dziewiątego biegu ma powodować, że na autostradzie samochód będzie zużywał mniej paliwa, a silnik pracował ciszej, bo wystarczą mu niższe obroty. zastrzeżonym dla nielicznych aut sportowych. Dzisiaj stosuje się ją coraz rzadziej, zastępując przekładnią z dwoma sprzęgłami.

Rośnie liczba przełożeń

To właśnie przekładniom sekwencyjnym i dwusprzęgłowym zawdzięczamy, że w ostatnich 10 latach także klasyczne automaty stały się znacznie lepsze. Nie tylko mają coraz więcej przełożeń, udało się też znaleźć sposób, żeby część momentu obrotowego silnika nie marnowała się w przekładni zamieniona bezproduktywnie w ciepło. Czasy zmiany przełożeń w kolejnych pokoleniach automatów są coraz krótsze, a zmieniać biegi można też łopatkami przy kierownicy, czyli bez odrywania od niej rąk. Dodatkowe zestawy kół zębatych (przekładnie planetarne) pozwalają dziś zestopniować biegi w sposób bliski teoretycznemu optimum, czyli stworzyć nieskończoną ilość kombinacji przełożeń. Do tego ideału najbardziej próbują się zbliżyć przekładnie bezstopniowe. Ponieważ nie mają zdefiniowanych biegów, silnik teoretycznie może zawsze pracować w najkorzystniejszym przedziale obrotów. Dzięki temu auto lepiej przyspiesza i lepiej wykorzystuje siłę napędową. Niestety, ponieważ silnik auta wyposażonego w taką przekładnię pracuje zbyt głośno, nie robią one na razie zawrotnej kariery, przeważnie wykorzystuje się je w samochodach hybrydowych.

Im tańsze, tym gorsze

W wypadku najmniejszych modeli o zastosowaniu nowoczesnej techniki, bardziej niż w innych samochodach, decydują koszty. Dlatego w maluchach stosuje się najczęściej zautomatyzowane przekładnie mechaniczne. Dla porównania: producent samochodów płaci dostawcy za mechaniczną skrzynię biegów od 300 do 400 euro, za to przekładnia z dwoma sprzęgłami kosztuje go co najmniej 1200 euro. Zautomatyzowane mechaniczne skrzynie biegów są podobne do zwykłych „manualnych” – tyle tylko, że siłowniki obsługują w nich sprzęgło i wraz z widełkami w skrzyni biegów przemieszczają przesuwkę, która poprzez synchronizator wyrównuje obroty wałków i załącza bieg. Działa to bardzo opieszale i tylko wzmacnia uprzedzenia wobec przekładni automatycznych. Ponieważ jest ich wiele rodzajów, pojawia się obawa, czy te mechaniczne wkrótce nie odejdą do przeszłości. Nie odejdą. Mechaniczna siedmiobiegowa przekładnia Porsche 911 Carrery jest dowodem, że również klasyczne konstrukcje można i warto doskonalić. Poza tym producenci nie spuszczają oka z rosnącego segmentu tanich aut sprzedawanych w krajach rozwijających się. A w tych samochodach jeszcze długo będą stosowane najtańsze rozwiązania. Z kolei w automatycznych przekładniach rośnie liczba przełożeń. Firma ZF przedstawiła niedawno automat z 9 biegami do jazdy w przód. Jest tak mały, że można go łączyć z silnikami montowanymi poprzecznie w autach z przednim napędem. To nie koniec – już zapowiedziano skrzynię z 10 biegami. Widać więc, że automaty coraz śmielej zmierzają ku ideałowi, czyli dopasowaniu właściwego biegu do każdej sytuacji na drodze. 

9-biegowy automat pozwala jechać dynamicznie  

Dziewiątka na ekranie komputera to widok niezwykły – na razie można go oglądać tylko w Range Roverze Evoque’u	Automatyczna skrzynia 9HP produkcji ZF jest przeznaczona do silników umieszczonych poprzecznie do osi pojazdu

Chociaż kierowcy dopiero od niedawna przyzwyczajają się do 8-stopniowych przekładni automatycznych, już pojawiła się przekładnia z 9 biegami. Skonstruowała ją firma ZF specjalnie do Range Rovera Evoque’a (później będzie też stosowana w Dodge’u Dart). Taka skrzynia biegów pojawi się jesienią, my już ją wypróbowaliśmy. Nowa przekładnia o zmniejszonym tarciu wewnętrznym biegi zmienia szybko, zapewniając wysoki komfort jazdy. Krótkie przełożenia poszczególnych biegów oraz możliwość „przeskakiwania” niektórych z nich sprzyjają dynamice. Długie przełożenie dziewiątego biegu ma powodować, że na autostradzie samochód będzie zużywał mniej paliwa, a silnik pracował ciszej, bo wystarczą mu niższe obroty.  

CVT z efektem ślizgającego się sprzęgła

Nissan Juke – dopłata za automat 12 000 zł

Nissan oferuje przekładnię CVT tylko do tych wersji Juke’a, które mają napęd na cztery koła. Dlatego model z taką skrzynią jest znacznie droższy od standardowego.  

Nissan Juke ze skrzynią CVT na przyspieszenie z 70 do 100 km/h potrzebuje o 1 s więcej niż Juke z „manualem”

Teoretycznie przekładnia bezstopniowa jest rozwiązaniem najdoskonalszym technicznie, bo pozwala najlepiej wykorzystać moment obrotowy silnika. Tylko że praktyka tego nie potwierdza. Wprawdzie Nissan twierdzi, że zwalczył efekt za wysokich i zbyt wcześnie pojawiających się obrotów silnika, jednak gdy podczas wyprzedzania albo na wzniesieniu kierowca mocno wciśnie pedał gazu, silnik wyje jakby sprzęgło się ślizgało. Można temu zapobiec tylko poprzez równomierne i powściągliwe dodawanie gazu. Ale nawet wtedy nie da się „na słuch” kontrolować prędkości jazdy, bo prędkość nie wzrasta równomiernie z obrotami silnika. Złym pomysłem jest też oferowanie CVT tylko do samochodów z napędem na cztery koła.  

Podsumowanie: Aż 12 tys. zł dopłaty za skrzynię CVT to stracone pieniądze, przekładnia mechaniczna jest tańsza i lepsza.  

Zalety i wady:

Szeroka rozpiętość przełożeń skrzyni CVT zmniejsza obroty silnika podczas jazdy ze stałą prędkością, szybki start spod świateł, spokojna praca silnika podczas niespiesznej jazdy

Wrażenie niższej mocy silnika z powodu skrzyni biegów CVT, zbyt szybkie wchodzenie na wysokie obroty, głośne odgłosy pracy, większe zużycie paliwa (także z powodu wyższej masy), CVT dostępna tylko w połączeniu z napędem 4x4, wysoka cena  

Skrzynia z dwoma sprzęgłami dodaje Klasie A zwinności

Mercedes A – dopłata za automat 8932 zł

Mercedes produkuje własną dwusprzęgłową skrzynię dopiero od 2011 r. Za przekładnię DCT trzeba słono zapłacić, ale bardzo dobrze wywiązuje się ona ze swoich zadań.

A 200 wyposażony w dwusprzęgłową przekładnię jest o 0,1 s szybszy do setki niż model ze skrzynią mechaniczną

Jeśli kupować Mercedesa, to z automatem – tyle akurat wiadomo od dawna. Inna rzecz, że mechaniczne skrzynie z biegiem czasu stały się znacznie lepsze, widać to choćby po Klasie A, gdy porównać ją z modelem poprzednim. Jednak  A 200 nie zachwyca dynamiką podczas rozpędzania. Lepiej wygląda to w wersji wyposażonej w skrzynię DCT z dwoma sprzęgłami – dodaje ona Mercedesowi zwinności, raz-dwa zmienia przełożenia, i to płynnie, zarówno gdy wybiera biegi wyższe, jak i niższe. Komfort jej pracy jest niemal równy temu, jaki zapewnia zwykły automat. Kto ma pieniądze, może spokojnie zamawiać DCT.

Podsumowanie: Dwusprzęgłowa skrzynia biegów zmienia charakter Mercedesa A – dopiero z nią samochód jest naprawdę zwinny.   

Zalety i wady:

Bardzo krótkie czasy zmiany przełożeń, płynna zmiana biegów, nieznacznie lepsze osiągi, odczuwalnie lepsza zwinność auta, możliwość ręcznej zmiany przełożeń, nieduże rozmiary skrzyni, nieco niższe zużycie paliwa  

Wysoka dopłata do skrzyni DCT, tylko nieznaczne zmniejszenie obrotów silnika, reakcja na ręczną zmianę przełożeń powinna być bardziej bezpośrednia  

Skrzynia DSG jest dobra, a „manual” jeszcze lepszy

VW Tiguan – dopłata za automat 8300 zł

W 2003 r. VW jako pierwszy wprowadził skrzynię z dwoma sprzęgłami, zmieniając sposób myślenia o przekładniach automatycznych. Dzisiaj wybór nie jest oczywisty.

Podczas dynamicznego ruszania z miejsca spod świateł Tiguan z DSG 50 km/h osiąga o 0,2 s wolniej

10 lat temu VW jako jedyny oferował skrzynię biegów z dwoma sprzęgłami, dzisiaj stosuje ją wiele firm. Przekładnia VW nadal zachwyca niezwykle szybką zmianą przełożeń, praktycznie nie sposób zauważyć, kiedy skrzynia zmieniła bieg. W mieście Tiguan z DSG wydaje się wręcz nadaktywny, na wzniesieniach żongluje przełożeniami w tę i we w tę, nie może się zdecydować na konkretny bieg. Przy przyspieszaniu czuć lekkie szarpnięcia, więc żeby podróżować komfortowo, trzeba się łagodnie obchodzić z gazem. Tym większe zaskoczenie budzi łagodnie pracująca mechaniczna skrzynia biegów – samochód w nią wyposażony sprawiał wrażenie zwinniejszego.  

Podsumowanie: Zwykła „ręczna” skrzynia biegów spisuje się świetnie na co dzień. DSG to wynalazek dla miłośników techniki, którzy mają nadwyżkę budżetową.  

Zalety i wady:

Błyskawiczna zmiana biegów na wyższe i niższe, podczas zjazdu ze wzniesienia dobra funkcja hamowania silnikiem, możliwość ręcznej zmiany przełożeń  

Szarpnięcia podczas szybkiego rozpędzania, nieco wyższe średnie zużycie paliwa, nerwowe zmiany przełożeń na łagodnych wzniesieniach  

Półautomat zabija przyjemność prowadzenia

Skoda Citigo – dopłata za automat 2625 zł

Zautomatyzowana przekładnia mechaniczna w maluchu Skody jest prosta i niedroga – na tym kończą się jej zalety. Mechaniczna skrzynia biegów jest o wiele lepsza.

17,1 zamiast 15,5 sekundy od zera do 100 km/h – Skoda Citigo ze skrzynią ASG jest wręcz ociężała

Już sama niewygórowana dopłata do zautomatyzowanej skrzyni biegów w Citigo wskazuje, że mamy do czynienia z bardzo prostym rozwiązaniem technicznym. I rzeczywiście, przekładnia ASG to w przybliżeniu wariant mechanicznej skrzyni pięciobiegowej, tyle tylko że zmiany przełożeń dokonują siłowniki. Robią to tak opieszale, że nie ma mowy o jakiejkolwiek przyjemności z prowadzenia auta z ASG. Sytuacji nie zmienia nawet ręczna zmiana biegów za pomocą dźwigni z funkcją plus-minus – skrzynia potrzebuje czasu „na zastanowienie” i wybranie właściwego przełożenia. Osiągi samochodu wyposażonego w zautomatyzowaną skrzynię są mizerne.  

Podsumowanie: Zautomatyzowaną przekładnię w Citigo można polecić tylko tym, którzy nie mogą sami zmieniać biegów. Pozostali powinni wybrać skrzynię mechaniczną.

Zalety i wady:

Niewysoka cena przekładni ASG, możliwość ręcznej ingerencji w jej działanie za pomocą dźwigni, skrzynia biegów nie powoduje wzrostu masy samochodu i przez to większego zużycia paliwa  

Ociężałość podczas ruszania z miejsca, bardzo długie czasy zmiany biegów (zwłaszcza podczas redukcji), wrażenie niższej mocy silnika, wyraźne pogorszenie osiągów podczas przyspieszania, brak jakiejkolwiek przyjemności z prowadzenia auta  

Automat bliski perfekcji

BMW 3 – dopłata za automat 9389 zł

Przykład BMW 3 pokazuje wyraźnie, że zwykła przekładnia automatyczna, tyle że w nowoczesnym wydaniu, potrafi spełnić najwyższe wymagania.

Tego, że BMW 3 ze skrzynią automatyczną ma nieznacznie gorsze przyspieszenia w praktyce nie sposób zauważyć

Przez długie lata w BMW stosowano dokładnie odwrotną zasadę niż w Mercedesie, czyli że biegi powinien zmieniać kierowca, a nie automat. Ale czasy, gdy mechaniczne skrzynie były jednym z wyróżników BMW dawno minęły. Współczesny „manual” w „trójce” pracuje tak sobie. Za to opcjonalny automat produkcji ZF łagodnie zmienia przełożenia podczas rozpędzania i nie potrzebuje na to więcej niż 200 milisekund, nigdy też nie ma problemu z wybraniem właściwego biegu. Przede wszystkim przekładnia ta nie redukuje pośpiesznie biegów, lecz pozwala kierowcy przyspieszać, korzystając z dostępnego momentu obrotowego. Z kolei na pełnym gazie w mgnieniu oka automat schodzi o jeden czy dwa biegi w dół.  

Podsumowanie: Jedna z najlepszych współczesnych automatycznych skrzyń biegów. Dopłata za nią jest duża, ale to dobrze wydane pieniądze.  

Zalety i wady:

Płynna zmiana przełożeń podczas rozpędzania, zawsze właściwy dobór przełożenia, skrzynia utrzymuje długo bieg w obrębie maksymalnego momentu obrotowego, szybka zmiana przełożeń, dzięki dobremu zestopniowaniu biegów, zmniejszenie obrotów na ostatnim (ósmym) biegu, podczas spokojnej jazdy niemal niezauważalna zmiana przełożeń  

Nieznacznie gorsze przyspieszenie podczas startu spod świateł

Jeśli nie zwykły automat, to jaki?

Od czasu, gdy w 2003 roku Volkswagen wprowadził do produkcji seryjną dwusprzęgłową skrzynię biegów DSG, stała się ona najpopularniejszym zamiennikiem dla tradycyjnych przekładni automatycznych. Dzisiaj dwusprzęgłowe skrzynie biegów pracują na przykład w samochodach Ferrari czy w Mercedesie SLS AMG, ale też w autach popularniejszych marek, np. Forda, Mitsubishi, Renault, Volvo, a także w BMW. Z kolei Porsche zastosowało własne rozwiązanie techniczne w postaci skrzyni biegów oznaczonej skrótem PDK. Jeszcze inną konstrukcją jest przekładnia bezstopniowa określana przez Audi mianem Multitronic, a u Nissana nosząca nazwę Continuous Variable Transmission (CVT).  

Dwa sprzęgła – do biegów parzystych i nieparzystych

Dwusprzęgłowa przekładnia 7G-DCT w Mercedesach A, B i CLA oraz skrzynia DSG od VW mają dwie przekładnie – jedną dla biegów parzystych, drugą dla nieparzystych; każda ma własne sprzęgło. Umożliwiają one w pełni automatyczną zmianę biegów bez przerywania dopływu siły napędowej. Poprzez poślizg jedno z dwóch pracujących w oleju sprzęgieł wielotarczowych – załączające bieg – dopasowuje obroty wałka sprzęgłowego skrzyni z nowo wybranym przełożeniem do obrotów silnika. Zależnie od różnicy obrotów silnika i wałka sprzęgłowego skrzyni biegów może to trwać kilka setnych sekundy. Szczególną cechą przekładni DCT jest wbudowana w nią dodatkowa pompa oleju, która jeszcze przed włączeniem silnika zapewnia ciśnienie w skrzyni biegów.

Poza tym, gdy jednostka napędowa pracuje na niskich obrotach, dodatkowa pompa wspiera mechaniczną pompę oleju. Dzięki temu ta druga może być mniejsza, co zapewnia wyższą sprawność przekładni. Innym zadaniem pompy oleju jest dostarczanie energii do uruchomienia bądź dezaktywacji hamulca postojowego, gdy silnik jest wyłączony.  

Dwusprzęgłowe przekładnie robią karierę. Biegi zmieniają w ciągu kilku setnych sekundy

Przekładnia bezstopniowa, czyli nieskończona liczba przełożeń

Bezstopniowe przekładnie, jak np. CVT Nissana, zmieniają przełożenia w pewnym określonym przedziale, mają jakby nieskończoną ilość biegów. Cztery stożkowe tarcze, w tym dwie ruchome po jednej na wejściu i wyjściu zmieniają przełożenie. Tarcze ruchome umieszczone są naprzeciw siebie po przekątnej i połączone stalową taśmą-pasem. Jeden zespół tarcz jest połączony z wałkiem wejściowym, drugi – z wyjściowym; obydwa zmieniają położenie względem siebie, co powoduje zmianę przełożenia. W nowych skrzyniach biegów CVT Nissan zastosował przekładnię wspomagającą. Dzięki temu można było skrócić pas i uczynić go lżejszym, co zwiększyło wydajność przekładni. Poza tym pas nie jest już zanurzony w oleju, co zmniejsza opory. Zwiększono za to rozpiętość przełożeń: przełożenie wejściowe (pierwsze) jest krótsze, a końcowe dłuższe. Dlatego w porównaniu ze skrzynią mechaniczną silnik może na autostradzie pracować na niższych obrotach.  

Tak testowaliśmy: Jak szybko automat reaguje na dodanie gazu

Ocena par samochodów opiera się na wartościach zmierzonych i na wrażeniach subiektywnych. Większości pomiarów dokonaliśmy na zamkniętym torze. Oprócz przyspieszenia od 0 do 100 km/h, auta musiały pokazać jak sprawne są w tzw. teście startu spod świateł, czyli na ile spontanicznie automatyczna skrzynia (w porównaniu z „ręczną”) reaguje na dodanie gazu, gdy auto stoi. Z kolei podczas manewru wyprzedzania kierowca, przy 70 km/h, najszybciej jak się da zmieniał przełożenie na niższe i maksymalnie wciskał gaz. W wypadku automatu wykorzystywał kickdown i pozwalał skrzyni na redukcję. Mierzyliśmy też czas, jaki upływał do chwili aż auto zacząło przyspieszać. Oceny subiektywnej dokonaliśmy przejeżdżając parą samochodów po drodze publicznej, na tej samej trasie i w tych samych warunkach. Badaliśmy jak szybko automat wybiera niższy bieg w reakcji na polecenia pedału gazu i jak szybko zmienia go potem na wyższy. Wnioski opisaliśmy jako plusy, minusy oraz w formie podsumowania poszczególnych par aut.  

NASZA OPINIA

Marcus Peters - redaktor AMIS

dwusprzęgłowe górą

w małych autach biegi zmieniaj ręcznie

Nasz test pięciu par aut pokazuje pewne tendencje dotyczące automatycznych skrzyń biegów stosowanych w poszczególnych klasach samochodów – tradycyjne automaty w luksusowych samochodach to dobry wybór, z kolei skrzynie z dwoma sprzęgłami zdają egzamin w autach od klasy kompakt wzwyż. Do tych dwóch rodzajów automatycznych skrzyń biegów na pewno należy przyszłość. Za to bezstopniowe przekładnie, nawet ulepszone technicznie, nie są warte uwagi. Mimo to jeszcze przez jakiś czas będą stosowane w hybrydowych układach napędowych. Zautomatyzowana przekładnia mechaniczna potrafi wręcz pogrzebać wszelką przyjemność z jazdy małym autem. Jest wprawdzie znacznie tańsza niż inne automaty, ale nie zapewnia żadnego komfortu. To proste rozwiązanie techniczne może być interesujące jedynie dla osób, które z powodu choroby czy inwalidztwa nie mogą same zmieniać biegów.