Diagnozowanie stanu technicznego automatycznych skrzyni biegów

(1)

Streszczenie

W pracy omówiony został problem diagnozowania stanu technicznego tycznych skrzynek biegów pojazdów samochodowych oraz programowanie automa-tycznych skrzynek biegów przy uĪyciu nowoczesnych interfejsów diagnostycz-nych.WłaĞciwa obsługa skrzynek automatycznych polega na analizie stanu technicz-nego oleju ATF (Automatic Transmission Fluid ʊ z ang. olej do automatycznych skrzynek biegów) co bezpoĞrednio Ğwiadczy o ich stanie technicznym. Diagnostyka stanu automatycznych skrzynek biegów wymaganowoczesnych, specjalistycznych urządzeĔ do analizy stanu oleju, które w pracy zostały omówione wraz z przykłado-wymi badaniami stanowiskoprzykłado-wymi oleju przekładniowego.

Słowa kluczowe: automatyczna skrzynka biegów, diagnozowanie, analiza olejów, ATF 1. Wprowadzenie

Automatyczne skrzynkibiegów (ASB) pod wzglĊdem budowy i moĪliwoĞci róĪnych algoryt-mów pracy naleĪą do jednych z najbardziej skomplikowanych zespołów spotykanych w samocho-dach osobowych. Swoją budową znacznie przekraczają poziomem zaawansowania budowy zesta-wionego z nimi silnika oraz są znacznie bardziej skomplikowane niĪ podobnej mocy i momentu typowe skrzynki manualne. Typowa ASB składa siĊ z co najmniej kilkuset czĊĞci w torze przeno-szenia momentu i kilkuset czĊĞci w układzie sterowania.Prawie wszystkie są elementami precyzyj-nej mechaniki sterującej i hydrauliki siłowej a takĪe powinny byü wykonane z najwyĪszej jakoĞci elementówbĊdących w idealnym stanie technicznym.Wymagania te są niezbĊdne, aby w skrzynce nie wystĊpowały usterki, prowadzące czĊsto w konsekwencji do powaĪnych uszkodzeĔ. Sama dia-gnoza problemów wystĊpujących w ASB, pomimo wprowadzenia komputerowych układów steru-jących, monitorujących pracĊ i diagnozujących na bieĪąco usterki skrzynki, jest doĞü trudna, a na-prawy i obsługa techniczna wymagają znacznej wiedzy, kultury technicznej i czĊsto specjalistycz-nego wyposaĪenia[15].

Automatyczne skrzynki biegów oferowane obecnie na rynku motoryzacyjnym stają siĊ kon-strukcjami coraz bardziej niezawodnymi. Szkodliwe dla elementów pojazdu drgania mechaniczne tłumione są poprzez stosowany w ASB hydrauliczny system przenoszenia momentu obrotowego, a elektroniczne sterowanie zapobiega przeciąĪeniom oraz błĊdom obsługi. Mimo to, ASB wymaga-ją odpowiedniej obsługi technicznej (OT), a w przypadku ewentualnych odstĊpstw od stanu nor-malnej pracy – diagnozowania oraz naprawy. PoniĪej opisane zostały zasady prawidłowej obsługi technicznej automatycznych skrzynek biegów [3].

(2)

2. Obsługa automatycznych skrzynek biegów

Pierwszą czynnoĞcią, jaką naleĪy podjąü przy ocenie stanu technicznego i diagnozowaniu jest wysłuchanie uwag i relacji uĪytkownika pojazdu na temat pojawiających siĊ nieprawidłowoĞciw funkcjonowaniu ASB. NastĊpnie w celu wstĊpnej diagnozy i przybliĪonej lokalizacji ewentualnych uszkodzeĔ naleĪy przeprowadziü obserwacje i testy w trakcie jazdy próbnej w warunkach drogo-wych oraz na stanowisku badawczym – hamowni podwoziowej. Ze wzglĊdu na skomplikowaną budowĊ ASB do prac związanych z demontaĪem, oceną techniczną, naprawą uszkodzenia i po-nownym montaĪem naleĪy korzystaü z usług wysokokwalifikowanych fachowców.Obserwacje i testy powinny obejmowaü [3, 4]:

ʹ kontrolĊ wzrokową przekładni pod wzglĊdem szczelnoĞci;

ʹ sprawdzenie prĊdkoĞci obrotowej wału korbowego na biegu jałowym; ʹ kontrolĊ poprawnoĞci przełączania biegów oraz czasu włączania biegów;

ʹ kontrolĊ przekładni pod kątem jej sprawnoĞci we wszystkich zakresach pracy poprzez unieruchomienie wałka wyjĞciowego skrzynki i pomiar prĊdkoĞci obrotowych uzy-skiwanych przez silnik przy pełnym otwarciu przepustnicy lub maksymalnym wydat-ku pompy wtryskowej.

ʹ przeprowadzenie próby gaĞniĊcia silnika;

ʹ test komputerowy za pomocą interfejsu diagnostycznego obejmujący:

Ͳ pomiar ciĞnienia ATF oraz temperatury płynu chłodzącego w obiegu, Ͳ sprawdzenie parametrów pracy układu przeniesienia napĊdu oraz silnika, Ͳ odczytanie z pamiĊci sterownika kodów usterek.

JeĞli powyĪsze obserwacjĊ nie dostarczają nam odpowiednich informacji o usterce naleĪy do-konaü dalszej diagnostyki wymagającej demontaĪu ASB. Trzeba w tym miejscu pamiĊtaü, Īe de-montaĪ jest uzasadniony dopiero w przypadku, gdy wyĪej opisane testy nie dadzą diagnozy. Prze-prowadzony w nieuzasadnionych przypadkach moĪe przynieĞü wiĊcej szkody niĪ poĪytku [3].

W ASB sterowanych elektronicznie instalowane są rozmaite czujniki, które przekazują reje-strowane w trakcie pracy przebiegi wybranych parametrów w funkcji czasu do pamiĊci sterownika. Są to czujniki [3]:

ʹ połoĪenia dĨwigni zmiany biegów; ʹ obrotów wału korbowego silnika; ʹ temperatury oleju;

ʹ ciĞnienia oleju; ʹ obrotów turbiny;

ʹ obrotów na wyjĞciu przetwornika momentu.

W tego typu skrzynkach automatycznych przekroczenie wartoĞci parametrów rejestrowanych przez którykolwiek z czujników w sposób odbiegający od wartoĞci dopuszczalnych, zapisanych w pamiĊci sterownika, powoduje zapamiĊtanie w komputerze ASB odstĊpstw od normy w postaci kodów usterek, które są sygnalizowane lampką kontrolną na tablicy przyrządów. Tak zarejestro-wane kody błĊdów są sygnałem nieprawidłowego działania przekładni [3, 4].

(3)

W takim przypadku niezbĊdne staje siĊ uĪycie specjalistycznego interfejsu diagnostycznego do obsługi elektronicznych układów sterowania. Urządzenie takie daje moĪliwoĞü odczytania z pamiĊci sterownika zapisanych w niej kodów błĊdów oraz warunków pracy przekładni, przy któ-rych usterka ta nastąpiła oraz umoĪliwia sprawdzenie pracy oraz zmian i regulacji poszczególnych parametrów pracy skrzynki, np. czasu włączania i regulacji poszczególnych sprzĊgieł i hamulców przekładni bez koniecznoĞci jej demontaĪu [3, 4].

Do grupy dostĊpnych na rynku testerów uniwersalnych, obsługujących zdecydowaną wiĊk-szoĞü eksploatowanych marek pojazdów wyposaĪonych w automatyczne skrzynki biegów, naleĪą miĊdzy innymi: przyrząd X-431 firmy Launchoraz KTS-340 firmy Bosch. Oba przyrządy mają kompaktowe rozmiary umoĪliwiające mobilną pracĊ (poprzez zasilanie z akumulatora), a sterowa-nie nimi odbywa siĊ poprzez duĪy, kolorowy ekran dotykowy LCD. Dodatkowym wyposaĪesterowa-niem tego typu testerów jest mini drukarka oraz bezprzewodowa komunikacja Bluetooth.

Urządzenia te posiadają nastĊpujące funkcje diagnostyczne [6]: ʹ identyfikacjĊ jednostki sterującej;

ʹ odczyt kodów błĊdów; ʹ kasowanie kodów błĊdów; ʹ odczyt bieĪących parametrów; ʹ testy członów wykonawczych; ʹ analizĊ silnika;

ʹ symulator czujników; ʹ 4-kanałowy oscyloskop; ʹ tester akumulatora; ʹ multimetr.

Urządzenia posiadają bazĊ danych zawierającą wskazówki dotyczące serwisu kodów błĊdów, standardowe parametry bieĪące, schematy okablowania oraz standardowe kształty przebiegu za-płonu.Urządzenie KTS 340 poza diagnostykąkomponentów elektronicznych moĪe takĪe sprawdzaü i odpowiednio przeprowadzaü serwis oraz naprawĊ [1,6].

2.1.Kontrola poziomu i wymiana oleju

Podstawową, a zarazem niezbĊdną czynnoĞcią obsługową przy eksploatacji pojazdów wypo-saĪonych w automatyczną skrzynkĊ biegów jest regularne i okresowe kontrolowanie szczelnoĞci skrzynki oraz sprawdzanie poziomu oleju przekładniowego, poniewaĪ niewłaĞciwy jego stan moĪe implikowaü powaĪne błĊdy w działaniu ASB, a w konsekwencji doprowadziü do zniszczenia prze-kładni. KontrolĊ naleĪy wykonaü na płaskim stanowisku obsługowym. Lewarek zmiany funkcji pracy przekładni powinien zostaü ustawiony w połoĪeniu neutralnym N. PoniewaĪ wystĊpuje Ğcisła zaleĪnoĞü objĊtoĞci oleju od temperatury, przed przystąpieniem do kontroli naleĪy w pełni roz-grzaü silnik i pozostawiü go uruchomionym na czas wykonywania prac. Poziom ATF sprawdza siĊ przy pomocy otworów kontrolnych, uprzednio demontując gwintowane korki zabezpieczające okienko kontrolne. Prawidłowo zalany olej siĊga do dolnej krawĊdzi otworu.

RozróĪniamy dwie metody wymiany oleju w skrzynkach automatycznych: statyczną i dyna-miczną. Statyczna wymiana oleju polega na spuszczeniu oleju ze skrzynki korkiem spustowym, zdjĊciu filtra oleju i odczekaniu pewnego czasu na swobodny wyciek oleju. Taka procedura nie

(4)

zapewnia pełnej wymiany oleju wyeksploatowanego na olej nowy. Podczas wymiany metodą sta-tyczną ok. 40% oleju i to najbardziej zanieczyszczonego, pozostaje w skrzynce, co wynika z jej budowy. Na rysunku 1 kolorem zielonym zaznaczono olej, który podlega wymianie; kolorem czerwonym pozostałą iloĞü oleju, która w przypadku zastosowania procedury statycznej wymiany oleju nie zostaje zmieniona. W przypadku nadmiernego zuĪycia oleju, czĊĞciowa wymiana powo-duje, Īe po uruchomieniu silnika, kiedy zacznie pracowaü pompa olejowa skrzynki nastąpi wymie-szanie pozostałego oleju wyeksploatowanego z olejem nowym, co w konsekwencji powoduje nie-wielką poprawĊ właĞciwoĞci oleju [4, 9].

Rysunek 1. Schemat statycznej wymiany oleju ħródło: [9].

Dynamiczna wymiana oleju pozwala na prawie całkowitą wymianĊ oleju wyeksploatowanego na nowy. Po statycznej wymianie ATF odkrĊcamy przewód powrotu oleju z chłodnicy olejowej w kierunku skrzynki biegów i montujemy specjalną przystawkĊ z kranikiem umoĪliwiającym regu-lacjĊ iloĞci wypływającego oleju. Do wlewu oleju montujemy specjalne urządzenie, które równieĪ posiada kranik umoĪliwiający dozowanie takiej iloĞci oleju jaka wypływa z przewodu powrotu oleju z chłodnicy olejowej. Napełniamy urządzenie odpowiednim dla danego typu olejem, usta-wiamy w okreĞlonym połoĪeniu oba kraniki i uruchamiamy silnik samochodu. NastĊpnie powoli załączamy wszystkie połoĪenia dĨwigni zmiany biegów, na przykład P-R-N-D, D-N-R-P). Czyn-noĞü tą powtarzamy do momentu wypływu z przewodu chłodnicy czystego oleju. NastĊpnie wyłą-czamy silnik. Podłąwyłą-czamy ponownie przewód powrotny z chłodnicy olejowej do skrzynki biegów i odłączamy urządzenie napełniające. Uruchamiamy ponownie silnik i przeprowadzamy kontrolĊ poziomu oleju. W razie koniecznoĞci korygujemy stan do stanu właĞciwego. Praktycznie przy dy-namicznej wymianie oleju połączonej z płukaniem skrzynki, konwertora i chłodnicy iloĞü wyeks-ploatowanego oleju powinna równaü siĊ iloĞci pełnego stanu przewidzianego dla danego typu skrzynki oraz dodatkowo około 20÷30%. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy proces wy-miany dynamicznej połączonej z płukaniem skrzynki, konwertora i chłodnicy [9].

PoniewaĪ ASB stają siĊ coraz bardziej popularne, proces wymiany oleju ATF został uprosz-czony i przyspieszony poprzez wprowadzenie na rynek specjalistycznych urządzeĔ obsługowych, które podczas wymiany wymuszają obieg oleju w skrzynce. Procedura wymiany oleju ATF za po-mocą takiego urządzenia wygląda nastĊpująco: w pierwszej kolejnoĞci skrzynka opróĪniana jest

(5)

z wyeksploatowanego oleju, nastĊpnie wykonane zostaje przepłukiwanie Ğrodkiem chemicznym i na koniec napełnianie nowym olejem. Podczas wymiany z układu usuwane są tworzące siĊ pod-czas pracy osady i zanieczyszczenia. Czas trwania wymiany oleju tego typu urządzeniem wynosi ok. 20 minut. Na rynku dostĊpne są dwa tego typu zestawy serwisowe: CAT-401 oferowany przez firmĊ Launch Polska oraz KS-119 Servo-Mat firmyProTec, pokazane na rysunku 3[5, 8, 12].

Rysunek 2. Schemat dynamicznej wymiany oleju ħródło: [9].

CAT-401 (rysunek 3a) umoĪliwia automatyczne płukanie Ğrodkiem chemicznym, wymianĊ oleju przekładniowego i dobór jego iloĞci. Posiada zestaw adapterów do róĪnych skrzynek biegów stosowanych w pojazdach azjatyckich, europejskich i amerykaĔskich [3, 4].

KS-119 Servo-Mat (rysunek 3b) to najnowoczeĞniejsze na rynku urządzenie umoĪliwiające całkowitą wymianĊ oleju oraz perfekcyjne oczyszczenie systemu olejowego obsługiwanego ukła-du. Rozbudowany system zabezpieczeĔ gwarantuje pełne bezpieczeĔstwo przeprowadzanej opera-cji. W porównaniu z CAT-401 ma szerszy zakres działania, oprócz obsługi skrzynki biegów moĪe byü wykorzystywane przy wymianie oleju w hydraulicznych układach wspomagania przekładni kierowniczej w autach osobowych i ciĊĪarowych [4, 8].

(6)

Rysunek 3. Urządzenia przeznaczone do wymiany oleju w ASB: a) CAT-401, b) KS-119 [5, 8] 3. Charakterystyka olejów ATF

Podstawową i jednoczeĞnie najistotniejszą czynnoĞcią obsługową, która jednoczeĞnie wydłuĪa czas bezawaryjnej pracy jest właĞciwy dobór oleju ATF oraz terminowa jego wymiana. JeĪeli przekładnia ma działaü długo i nie sprawiaü problemów, to w wiĊkszoĞci pojazdów pierwszą wy-mianĊ oleju ATF naleĪy przeprowadziü po przebiegu ok. 60.000÷100.000 km, a kaĪdą nastĊpne juĪ co ok. 30.000÷40.000 km [7].

Prawidłowo dobrany olej ATF ma za zadanie [7]: ʹ smarowanie wszystkich elementów; ʹ odprowadzanie ciepła;

ʹ wytwarzanie ciĞnienia niezbĊdnego do sterowania skrzynią; ʹ chronienie przed korozją i zuĪyciem- tłumienie hałasu i drgaĔ; ʹ eliminowanie poĞlizgów.

3.1. WłasnoĞci przekładniowych olejów samochodowych

Podstawową funkcją oleju smarowego jest obniĪenie tarcia, a poĞrednio zmniejszenie zuĪycia energii i kosztów eksploatacji urządzeĔ. W trakcie eksploatacji oleje smarowe ulegają „starzeniu” tracąc swe podstawowe właĞciwoĞci eksploatacyjne. Powoduje to koniecznoĞü ich wymiany [14].

Krajowy rynek produktów naftowych oferuje obecnie uĪytkownikowi duĪy wybór olejów przekładniowych. Biorąc pod uwagĊ zróĪnicowanie zarówno jakoĞci, jak i lepkoĞci prawidłowy dobór oleju do przekładni byłby niemoĪliwy bez wprowadzenia klasyfikacji. Równolegle ze wzro-stem wymagaĔ stawianych olejom do przekładni pojawiła siĊ potrzeba doskonalenia norm i metod badaĔ okreĞlających ich jakoĞü. W celu zdefiniowania jakoĞci olejów przekładniowych wprowa-dzono klasyfikacjĊ [14]:

ʊ lepkoĞciową – charakteryzującą własnoĞci lepkoĞciowo-temperaturowe;

ʊ oraz jakoĞciową – okreĞlającą przydatnoĞü oleju do pracy w zróĪnicowanych pod wzglĊ-dem wysilenia parametrach pracy przekładni.

(7)

3.2. Klasyfikacja jakoĞciowa

O jakoĞci oleju Ğwiadczy jego klasa jakoĞciowa. Najbardziej rozpowszechnioną klasyfikacją jest klasyfikacja API1 składająca siĊ z oznaczenia literowego GL oraz liczb od 1 do 6 [11]:

ʹ API-GL 1 – oleje mineralne bez dodatków poprawiających ich własnoĞci smarne, które mogą jednak zawieraü dodatki przeciwkorozyjne, przeciwutleniające i zapobie-gające pienieniu; przeznaczone są do przekładni Ğlimakowych i stoĪkowych, pracują-cych w lekkich warunkach;

ʹ API-GL 2 – oleje mineralne z dodatkami przeciwutleniającymi, przeciwkorozyjnymi i zapobiegającymi pienieniu, zalecane do przekładni Ğlimakowych;

ʹ API-GL 3 – oleje mineralne, zawierające dodatki typu EP, poprawiające własnoĞci smarne (oleje przekładniowe o symbolu EP), przeznaczone do skrzynek biegów i do stoĪkowych przekładni tylnego mostu, pracujących w umiarkowanych warunkach; ʹ API-GL 4 – oleje mineralne o zwiĊkszonej iloĞci dodatków typu EP i innych

dodat-ków uszlachetniających, zalecane do przekładni hipoidalnych, pracujących w zmien-nych warunkach;

ʹ API-GL 5 – oleje mineralne wysokiej jakoĞci o bardzo dobrych własnoĞciach smar-nych, przeznaczone do przekładni hipoidalsmar-nych, pracujących w ciĊĪkich warunkach; ʹ API-GL 6 – oleje mineralne najwyĪszej jakoĞci, uszlachetnione wielofunkcyjnymi

dodatkami, stosowane w przekładniach hipoidalnych, pracujących w najciĊĪszych warunkach (najwiĊksze obciąĪenia i najwiĊksze prĊdkoĞci obwodowe).

3.3. Klasyfikacja lepkoĞciowa

KaĪdy olej charakteryzuje siĊ lepkoĞcią, która miĊdzy innymi jest zaleĪna od temperatury. Za-sadnicza klasyfikacja obejmuje 7 klas SAE2. Podział samochodowych olejów przekładniowych na podstawie lepkoĞci na klasy według SAE wygląda nastĊpująco [11]:

ʹ oleje SAE70W oraz SAE75W – są stosowane w rejonach arktycznych, gdzie domi-nuje wyjątkowo niska temperatura;

ʹ oleje SAE80W – są stosowane w okresie zimowym w umiarkowanej strefie klima-tycznej ;

ʹ oleje SAE85W – są zalecane do stosowania w zimie w krajach o łagodnym klimacie; ʹ oleje SAE90 – są stosowane w umiarkowanej strefie klimatycznej przez cały rok lub

tylko w lecie (stosowane do zaleceĔ producenta pojazdu);

ʹ oleje SAE140 – są przeznaczone na okres letni przewaĪnie do samochodów ciĊĪaro-wych i autobusów;

ʹ oleje SAE250 – są przeznaczone do uĪytku w klimacie wybitnie gorącym (tropikal-nym), tj. w warunkach, w jakich oleje SAE 140 wykazują zbyt małą lepkoĞü.

WartoĞü lepkoĞci olejów stosowanych do smarowania przekładni samochodowych jest niska. Gwarantuje to mniejsze opory tarcia [14].

Oleje przekładniowe samochodowe obok odpowiednich własnoĞci lepkoĞciowych powinny charakteryzowaü siĊ odpowiednimi własnoĞciami mechaniczno-dynamicznymi. WłaĞciwy poziom 1 American Petroleum Institute, ang. AmerykaĔski Instytut Naftowy

(8)

odpornoĞci na Ğcinanie zapewnia zachowanie przez dłuĪszy okres wymaganej lepkoĞci i jakoĞci oleju przekładniowego [14].

W przekładni zĊbatej wystĊpują dwa zasadnicze rodzaje tarcia: płynne i mieszane. Tarcie płynne jest najbardziej poĪądanym ze wzglĊdu na prawidłową eksploatacjĊ przekładni. W przy-padku przekroczenia granicznych nacisków film hydrodynamiczny i elastohydrodynamiczny ulega przerwaniu i nastĊpuje przejĞcie do tarcia mieszanego. W zakresie tarcia mieszanego szczególnie waĪny jest obszar nazywany obszarem własnoĞci przeciwzatarciowych EP (Extreme Pressure). Dobierając oleje do przekładni naleĪy pamiĊtaü, Īe odpowiedni poziom własnoĞci EP olejów jest uzaleĪniony od obecnoĞci w nich dodatków smarnoĞciowych, które od wpływem ciepła i innych czynników tworzą na smarowanej powierzchni metalu warstwĊ przeciwdziałającą nadmiernemu zuĪyciu i zatarciu współpracujących elementów [14].

Przy doborze oleju przekładniowego uwzglĊdniü naleĪy równieĪ jego własnoĞci przeciwkoro-zyjne i przeciwrdzewne. Olej nie powinien działaü korodując na powierzchnie metalowe, powinien natomiast chroniü je przed działaniem wilgoci. StabilnoĞü termooksydacyjna oleju jest czynnikiem zapewniającym prawidłową pracĊ przekładni przez dłuĪszy czas w podwyĪszonej temperaturze. Jest wiĊc teĪ istotnym kryterium doboru oleju [14].

Producenci ASB z reguły przeprowadzają testy eksploatacyjne pozwalające okreĞliü poziom lepkoĞci i jakoĞci olejów stosowanych do smarowania tych urządzeĔ. W ten sposób formułują dla uĪytkowników pewne zalecenia, którymi naleĪy siĊ kierowaü w doborze olejów [14].

3.4. Starzenie olejów smarowych

W praktyce jedną z podstawowych przyczyn wycofywania olejów z eksploatacji jest ich nad-mierne zanieczyszczenie produktami stałymi pochodzenia fizycznego lub chemicznego.

W czasie eksploatacji w Ğrodku smarowym gromadzą siĊ stałe produkty zuĪycia smarowanego urządzenia oraz pyły przenikające z atmosfery, a takĪe generują siĊ w nim nierozpuszczalne pro-dukty starzenia. Zmianom chemicznym podlega jedynie czĊĞü składników Ğrodka smarowego, nie przekraczająca kilku procent masy oleju. Jest to jednak wystarczające, aby kluczowe właĞciwoĞci oleju pogorszyły siĊ na tyle, Īe utraci on zdolnoĞci smarne i stanie siĊ, w kategoriach eksploatacyj-nych, olejem przepracowanym. Charakter procesów starzenia i ich przebieg jest uzaleĪniony od jakoĞci Ğrodka smarowego oraz warunków jego eksploatacji [14].

Nauka i technika nie dysponują wystarczającą wiedzą dla skodyfikowania obiektywnych sys-temów eksploatacji. Dlatego teĪ kaĪdy przypadek musi byü rozpatrywany indywidualnie. Przy pró-bie budowania systemów eksploatacji olejów niezbĊdne jest dysponowanie wiarygodnymi i efek-tywnymi metodykami oceny stanu oleju w eksploatacji. NaleĪy jednak mieü na wzglĊdzie fakt, Īe zmiany właĞciwoĞci oleju charakteryzują siĊ róĪną kinetyką w róĪnych fazach eksploatacji. W efekcie starzenie oleju przebiega nierównomiernie w czasie. Schematycznie przedstawiono to na rysunku 4 [14].

(9)

Rysunek 4. Kinetyka „starzenia” oleju smarowego: T – czas, ȈD – wskaĨnik właĞciwoĞci oleju ħródło: [14].

W początkowym okresie nastĊpuje szybki wzrost zawartoĞci zanieczyszczeĔ (chemicznych i mechanicznych) w oleju. Gdyby wnioskowaü o czasie przydatnoĞci eksploatacyjnej oleju na pod-stawie kinetyki zmian w tym okresie, naleĪałoby go bardzo szybko wymieniü. Po pewnym czasie procesy starzenia stabilizują siĊ i zmniejsza siĊ szybkoĞü wyczerpywania potencjału eksploatacyj-nego. Przy zbyt długiej eksploatacji olej osiąga stan graniczny i moĪe nastąpiü trzeci okres starze-nia, w którym szybkoĞü zmian gwałtownie narasta — olej wyczerpał swój potencjał eksploatacyjny [14].

4. Badania stanowiskowe

Problem pojawienia siĊ niesprawnoĞci automatycznych skrzynek biegów najczĊĞciej związany jest z olejem, np. za niski jego poziom, utrata własnoĞci (z powodu starzenia, przegrzania itp.), czy uĪycie niewłaĞciwego dla danej skrzynki oleju ATF. Wszystko to implikuje nieprawidłową pracĊ skrzynki biegów, powodując szereg usterek i doprowadzając do szybkiego jej uszkodzenia, np. przegrzany olej pogarsza pracĊ sprzĊgieł ciernych i układów planetarnych, doprowadzając do zwiĊkszenia temperatury pracy skrzynki, co z kolei prowadzi do progresywnego zuĪycia mechaniki i degraduje olej, aĪ do całkowitego zniszczenia oleju i elementów skrzynki [15].

Zapobieganie zacieraniu wĊzłów tarcia ma istotne znaczenie podczas konstruowania, a nastĊp-nie eksploatacji skrzynek biegów. PostĊpujący rozwój techniki powoduje powstawanastĊp-nie konstrukcji, w których elementy trące przenoszą coraz wiĊksze obciąĪenie, wzrasta równieĪ prĊdkoĞü ich wza-jemnego ruchu.

CzĊstotliwoĞü wymiany oleju ATF jest uzaleĪniona od sposobu eksploatacji pojazdu oraz wy-tycznych producenta pojazdu lub skrzynki biegów. Dla przykładu w pojeĨdzie Volvo S40 (rok modelowy 2007) wyposaĪonym w silnik ZS 2.4l i piĊciostopniową skrzynkĊ Geartronic wymiana oleju przewidziana jest w interwałach 120.000 km przy normalnej eksploatacji, natomiast, gdy po-jazd wykorzystywany jest do nauki po-jazdy lub jako taksówka, wymiana oleju zalecana jest w inter-wałach 60.000 km.

(10)

4.1. Obiekt badaĔ

W związku z powyĪszymprzeprowadzono badania trybologiczne, polegające na pomiarze trwałoĞci warstwy granicznej eksploatowanego oleju przekładniowego Genuine Volvo ATF #1161640 o specyfikacji JWS 3309, pozyskanego z automatycznej skrzynki przekładniowej Geartronic typ AW55-51 z pojazdu Volvo S40 (rok modelowy 2007) po przebiegu 128 414 km oraz porównanie wyników z olejem fabrycznie nowym.

Badania te polegały na pomiarze Ğrednic Ğladów zuĪycia powstałych na powierzchniach trzech badanych nieruchomych kulek dla poszczególnych wartoĞci obciąĪenia nadanego. Przeprowadzona bĊdzie symulacja przebiegów w chwilowych obszarach styku. Parametry są wyraĨnie wyodrĊbnio-ne i łatwo moĪna je utrzymywaü na stałym poziomie.Program realizacji badaĔ laboratoryjnych własnoĞci smarnych oleju zawierał [16]:

ʹ wykonanie biegów badawczych na aparacie czterokulowym; ʹ wyznaczenie wartoĞci obciąĪenia niezacierającego Pn; ʹ wyznaczenie wartoĞci obciąĪenia zespawania Pz;

ʹ wyznaczenie wartoĞci wskaĨnika zuĪycia pod obciąĪeniem Ih. 4.2. Aparatura pomiarowa

Badania laboratoryjne przeprowadzono na stanowisku przeznaczonym do badaĔ warstwy gra-nicznej olejów i smarów, wyposaĪonym w [16]:

ʹ aparat czterokulowy;

ʹ kulki stalowe, wykonane ze stali łoĪyskowej w zerowej klasie dokładnoĞci, o Ğrednicy ½” i tolerancji grupy selekcyjnej 0,8 ȝm;

ʹ sekundomierz, umoĪliwiający odczyt czasu z dokładnoĞcią do 0,1 s;

ʹ optyczny długoĞciomierz Abbe’go wyposaĪony w skalĊ, umoĪliwiającą wykonanie pomiaru Ğrednic skaz z dokładnoĞcią do 0,0001 mm;

ʹ benzynĊ ekstrakcyjną o własnoĞciach zgodnych z zaleceniami normy; ʹ naczynia do przechowywania i nabierania substancji smarujących; ʹ instrukcjĊ obsługi stanowiska.

4.3. Parametry opisujące stan oleju

Dla prawidłowego wyznaczenia powyĪszych wartoĞci naleĪy obliczyü wartoĞci Ps i wskaĨnika Ih. ObciąĪenie skorygowane Ps [N] naleĪy obliczyü dla poszczególnych biegów aparatu w zakresie obciąĪeĔ miĊdzy najwiĊkszym obciąĪeniem niezacierającym Pn i obciąĪeniem zespawania Pz we-dług wzoru [17]:

(1) gdzie:

P – obciąĪenie nadane w danym biegu [N], Dh – Ğrednica skaz Hertza [mm]

(11)

d – Ğrednia Ğrednica skaz zmierzona na kulkach nieruchomych [mm]. WskaĨnik zuĪycia pod obciąĪeniem Ih [N] naleĪy obliczyü wg wzoru [17]:

(3) gdzie [16]:

Ps1 - suma obciąĪeĔ skorygowanych Ps [N] dla kolejnych obciąĪeĔ nadanych nie wiĊk-szych niĪ 3090,15N, a wiĊkwiĊk-szych od najwiĊkszego obciąĪenia niezacierającego Pn, Ps2 - suma obciąĪeĔ skorygowanych Ps [N] dla obciąĪeĔ nadanych nie wiĊkszych od najwiĊkszego obciąĪenia niezacierającego Pn, uzupełniających liczbĊ obciąĪeĔ skorygowanych Ps do dziesiĊciu, wymaganych do obliczenia wskaĨnika zuĪycia pod obciąĪeniem Ih, obliczona z pomiarów lub odczytana z tabeli [17] na podsta-wie wyznaczonych w danym badaniu wartoĞci Pn i Pz.

Za wynik oznaczania obciąĪenia niezacierającego Pn naleĪy przyjąü wartoĞü najwiĊkszego ob-ciąĪenia nadanego P, przy którym Ğrednia wartoĞü Ğrednicy skaz d nie przewyĪsza wiĊcej niĪ 5% wartoĞci skompensowanej Ğrednicy skaz ds [16].

Za wynik oznaczania obciąĪenia zespawania Pz naleĪy przyjąü wartoĞü obciąĪenia nadanego P, przy którym co najmniej w dwóch biegach stwierdzono zespawanie kulek [16].

Za wynik oznaczania wskaĨnika zuĪycia pod obciąĪeniem Ih naleĪy przyjąü Ğrednią arytme-tyczną wyników co najmniej dwóch oznaczeĔ nie róĪniących siĊ miĊdzy sobą wiĊcej niĪ 98,1 N [17].

4.4. Wyniki badaĔ

Dla oleju nowego przeprowadzono osiemnaĞcie biegów badawczych przy obciąĪeniach nada-nych od 490,5 [N] do 981 [N]. Dla obciąĪeĔ 490,5 [N] oraz 618,03 [N] przeprowadzono po trzy biegi, z których kaĪdy trwał wymagane przez PN 10 sekund. Przy obciąĪeniu P=784,8 [N] na trzy biegi powodzeniem zakoĔczył siĊ jeden, rozszerzono wiĊc próbĊ do szeĞciu biegów, z których po-łowa trwała 10 sek. Przy kolejnym postąpieniu wynoszącym 981 [N] na trzy biegi, wszystkie trwa-ły 10 sekund. Biorąc wiĊc pod uwagĊ fakt niepowodzenia 3 prób przy niĪszym obciąĪeniu podjĊto kolejne 3 próby, z których, wszystkie zakoĔczyły siĊ niepowodzeniem. Za maksymalne obciąĪe-niem niezacierające Pn przyjĊto P=618,03 [N]. Przystąpiono do próby zespawania. Wykonano trzy biegi przy kolejnych obciąĪeniach: 1236,06 [N], 1569,6 [N] oraz 1962 [N]. Dwa pierwsze biegi trwały wymagane przez PN 10 sekund, przy trzecim po 2,4 sekundy nastąpiło zespawanie kulek. Dla pewnoĞci powtórzono próbĊ i po upływie 3,2 sekundy ponownie nastąpiło zespawanie kulek. Za obciąĪenie zespawania Pz przyjĊto P=1962 [N].

Dla oleju przepracowanego przeprowadzono dziewiĊü biegów badawczych przy obciąĪeniach nadanych od 490,5 [N] do 784,8 [N]. Dla obciąĪeĔ 490,5 [N] oraz 618,03 [N] przeprowadzono po trzy biegi, z których kaĪdy trwał wymagane przez PN 10 sekund. Przy obciąĪeniu P=784,8 [N] na trzy biegi wszystkie zakoĔczyły siĊ niepowodzeniem. Za maksymalne obciąĪeniem niezacierające Pn przyjĊto P=419,5 [N]. Dla próby zespawania wykonano cztery biegi przy obciąĪeniach od 981 [N] do 1962 [N]. Trzy pierwsze postąpienia trwały 10 sekund, natomiast w ostatnim biegu po upływie 3 sekund nastąpiło zespawanie kulek. Za obciąĪenie zespawania Pz podobnie jak dla oleju nowego przyjĊto P=1962 [N].

(12)

Tabela 1. Zestawienie Ğrednic skaz dla oleju eksploatowanego ObciąĪenie

nadane ĝrednica skaz

ĝrednia Ğrednica skaz

Skompensowana Ğrednica skaz

P [N] d1 [mm] d2 [mm] d [mm] ds [mm] 105% ds róĪnica (ds-d) 490,5 0,3084 0,3299 0,31915 0,36 0,378 0,059 618,03 1,9304 1,7923 1,86135 0,39 0,410 -1,452 784,8 1,7807 1,4659 1,62330 0,42 0,441 -1,182 981 2,5376 2,5720 2,55480 0,46 0,483 -2,072 1236,06 2,8181 2,7813 2,79970 0,50 0,525 -2,275 1569,6 3,1289 2,7183 2,92360 0,54 0,567 -2,357 1962 0,59 0,620

ħródło: Opracowanie własne.

Tabela 2. Zestawienie wyników obliczeĔ koĔcowych dla oleju eksploatowanego Iloczyn P·Dh ĝrednica skaz Hertza ObciąĪenie skorygowane Suma obciąĪeĔ skorygowanych WskaĨnik zuĪycia pod ob-ciąĪ. Uwagi [Nmm] Dh [mm] Ps [N] Ps1 [N] Ps2 [N] Ih [N] 157,89 0,3216 1457,27 235,77 Maksymalne Pn=490,5N 214,37 0,3474 115,3390 900,48 294,98 0,3762 181,8603 397,17 0,4052 155,5941 541,33 0,4377 193,2262 743,34 0,4739 254,4441 1002,24 0,5105 Pz=1962 N

(13)

Tabela 3. Zestawienie Ğrednic skaz dla oleju nowego ObciąĪenie

nadane ĝrednica skaz

ĝrednia Ğrednica skaz

Skompensowana Ğrednica skaz

P [N] d1 [mm] d2 [mm] d [mm] ds [mm] 105% ds róĪnica (ds-d) 490,5 0,2905 0,3165 0,30350 0,36 0,378 0,075 618,03 0,3702 0,3127 0,34145 0,39 0,410 0,068 784,8 1,1252 0,9300 1,02760 0,42 0,441 -0,587 981 2,0755 1,8963 1,98590 0,46 0,483 -1,503 1236,06 2,6286 2,5590 2,59380 0,50 0,525 -2,069 1569,6 3,7865 2,7629 3,27470 0,54 0,567 -2,708 1962 0,59 0,620

Tabela 4. Zestawienie wyników obliczeĔ koĔcowych dla oleju nowego Iloczyn P·Dh ĝrednica skaz Hertza ObciąĪenie skorygowane Suma obciąĪeĔ skorygowanych WskaĨnik zuĪycia pod ob-ciąĪ. Uwagi [Nmm] Dh [mm] Ps [N] Ps1 [N] Ps2 [N] Ih [N] 157,89 0,3216 519,7778 214,37 0,3474 628,7488 2007,42 293,06 Maksymalne Pn=618N 294,98 0,3762 287,2847 923,18 397,17 0,4052 200,1671 541,33 0,4377 208,5648 743,34 0,4739 227,1636 1002,24 0,5105 Pz=1962 N

Kolejnym etapem badaĔ był pomiar Ğrednicy skaz. Zbiorcze wyniki pomiarów przedstawiono w tabelach 1÷4. W sposób jednoznaczny dostrzec moĪna róĪnice w wielkoĞciach skaz. Dla oleju nowego przy obciąĪeniach 490,5 [N] oraz 618,03 [N] nie przekraczają one 0,4 [mm], a przy 784,8 [N] przekraczają juĪ 1 [mm]. Z kaĪdym postąpieniem wielkoĞü skaz roĞnie w sposób zdecydowa-ny: dla P=981 [N] ĺG >PP@GO 3 >1@ĺG >PP@GO 3=1.569,6 [N] ĺ d=3,27 [mm]. Dla oleju przepracowanego wyniki pomiarów przedstawiają siĊ w sposób nastĊpują-cy: przy obciąĪeniu 490,5 [N] nie przekraczają 0,4 [mm], ale juĪ dla P=618,03 [N] ĺ d=1,86 [mm] i dla nastĊpnych obciąĪeĔ kolejno: dla P=784,8 [N] ĺ d=1,62 [mm]; dla P=981 [N] ĺ d=2,55 [mm]; dla P=1.236,06 [N] ĺ d=2,8 [mm], dla P=1.569,6 [N] ĺ d=2,92 [mm].

Ostatnim etapem badaĔ było obliczenie wskaĨnika zuĪycia pod obciąĪeniem Ih. Wynosi on odpowiednio dla oleju nowego 293,06 [N], a dla przepracowanego 235,77 [N].

(14)

5. Podsumowanie

W pracy przedstawiono problematykĊ diagnozowania automatycznych skrzynek przekładnio-wych stosowanych w pojazdach samochodoprzekładnio-wych. Skomplikowana budowa techniczna wymusza stosowanie nowoczesnych, specjalizowanych przyrządów diagnostycznych, za pomocą których naleĪy wyznaczyü parametry techniczne olejów ATF. Na podstawie przeprowadzonych badaĔ sta-nowiskowych stwierdzono, Īe eksploatowany olej ATF charakteryzuje siĊ obniĪonymi parametra-mi w stosunku do oleju fabrycznie nowego. WskaĨniki obciąĪenia niezacierającego oraz zuĪycia pod obciąĪeniem dla oleju przepracowanego są o jedno postąpienie niĪsze, aniĪeli dla oleju nowe-go. Jedynie obciąĪenie zespawania wyniosło tyle samo dla obu próbek. Przedstawione wyniki ba-daĔ jednoznacznie wskazują, iĪ regularna wymiana oleju jest konieczną czynnoĞcią obsługową w pojazdach osobowych w celu utrzymania ich automatycznych skrzynek biegów w stanie zdatno-Ğci.

Bibliografia

1. Bosch, (2011, Maj 15). Informacja o produkcie KTS 340. [Online]. DostĊpne: http://rb-

aa.bosch.com/boaa-pl/Product.jsp?prod_id=346&ccat_id=73&language=pl-PL&publication=3.

2. Kowalewski A., Obsługa automatycznych skrzyĔ biegów, cz. II, Autonaprawa - styczeĔ 2010, Wydawnictwo Technotransfer, Wrocław 2010: s. 38÷39.

3. Kowalewski, A., Wymiana oleju w automatycznych skrzyniach biegów, Auto Moto Serwis nr 7–8, Wydawnictwo Instalator Polski, Warszawa 2010: s. 30÷31.

4. Launch Polska, (2011, 15). Maj CAT-401 [Online]. DostĊpne: http://www.launch.pl/oferta/urzadzenia-serwisowe/cat.

5. Launch Polska, (2011, Maj 15). X-431 Top. [Online]. DostĊpne: http://www.launch.pl/oferta/testery-diagnostyczne/x-431-top.

6. Milion Porad, (2011, Maj 15). Oleje do automatycznych skrzyĔ biegow (ATF). [Online]. Do-stĊpne:

http://www.milionporad.pl/porady/motoryzacja/780/Samochodowe_oleje_przekladniowe/529 3.

7. Motochemica, (2011, Maj 15). KS-119 SERVO-MAT [Online]. DostĊpne:

http://www.motochemica.pl/produkty/urzadzenia-czyszczace/automatyczna-skrzynia-biegow/ks-119-servo-mat.

8. Motochemica, (2011, Maj 15). Statyczna czy dynamiczna wymiana oleju w automatycznej skrzyni biegów? [Online]. DostĊpne: http://www.motochemica.pl/porady- techniczne/serwisowanie-automatycznych-skrzyn-biegow/statyczna-czy-dynamiczna-wymiana-oleju-w-automatycznej-skrzyni-biegow/.

9. Oleje Samochodowe, (2011, Maj 15). Klasyfikacja olejów przekładniowych. [Online]. Do-stĊpne: http://oleje_samochodowe.webpark.pl/klasyfikacja_olejow_przekladniowych.html. 10. Protec Polska SC, (2011, Maj 15). PRO-TEC SERVOMATIK [Online]. DostĊpne:

http://www.pro-tec-polska.pl/wp-content/uploads/ProTec-Servomatik.pdf. 11. Szczerek M., WiĞniewski M., Tribologia, trybotechnika. ITE, Radom 2000.

(15)

12. Wikipedia, (2011, Maj 15). Automatyczna skrzynia biegów. [Online]. DostĊpne: http://pl.wikipedia.org/wiki/Automatyczna_skrzynia_biegów.

13. Woropay, M.; BudzyĔski, A.; Migawa, K. (2005). Podstawy badaĔ eksploatacyjnych wybra-nych elementów maszyn. Bydgoszcz: Wydawnictwa Uczelniane UTP.

14. PN-76/C-04147: Przetwory naftowe - Badanie własnoĞci smarnych olejów i smarów.

DIAGNOSIS OF TECHNICAL AUTOMATIC TRANSMISSION

Summary

The paper discussed the problem of diagnosing the technical condition of auto-matic gearboxes of motor vehicles and autoauto-matic gearboxes programming using modern interfaces diagnostic. Proper crates of automatic operation is to examine the condition of ATF oil which is a direct proof of their technical condition. Diagnosis of automatic gearboxes needs of modern, specialized equipment for analysis of oil, which in the work were discussed, along with sample tests workstation gear oil. Keywords: automatic gearbox, diagnosis, analysis of oils, ATF

PracĊ zrealizowano w ramach projektu „Techniki wirtualne w badaniach

stanu, zagroĪeĔ bezpieczeĔstwa i Ğrodowiska eksploatowanych maszyn”.

Numer projektu: WND-POIG.01.03.01-00-212/09. Marcin Łukasiewicz

Sławomir Bielecki

Wydział InĪynierii Mechanicznej

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Aleja Profesora Sylwestra Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz