Sprzęgło hydrokinetyczne to element układu napędowego, który pełni kluczową rolę w pojazdach z automatyczną skrzynią biegów. Jego zadaniem jest przenoszenie momentu obrotowego z silnika na skrzynię biegów w sposób płynny, bez użycia mechanicznego połączenia. W przeciwieństwie do sprzęgła tarczowego stosowanego w manualnych skrzyniach biegów, sprzęgło hydrokinetyczne nie wymaga ingerencji kierowcy – działa całkowicie automatycznie.
Gdzie się stosuje?
Sprzęgła hydrokinetyczne są powszechnie używane w:
- samochodach osobowych z automatycznymi skrzyniami biegów,
- pojazdach ciężarowych i autobusach,
- maszynach budowlanych i rolniczych,
- pociągach spalinowych.
Budowa sprzęgła hydrokinetycznego
Sprzęgło hydrokinetyczne składa się z kilku podstawowych elementów:
1. Pompa (koło turbiny napędzającej)
Zamocowana bezpośrednio na kole zamachowym silnika. Jej zadaniem jest przetwarzanie energii mechanicznej silnika na energię kinetyczną cieczy roboczej (oleju).
2. Turbina
Ustawiona naprzeciwko pompy. Ciecz z pompującego koła trafia na łopatki turbiny, powodując jej obrót. Turbina jest połączona z wałem wejściowym skrzyni biegów.
3. Reaktor (statyczny element – zwany również stator)
Umieszczony między pompą a turbiną. Ma za zadanie zmieniać kierunek przepływu oleju wychodzącego z turbiny, co zwiększa efektywność działania sprzęgła. Reaktor może być wyposażony w swobodnie wirujący mechanizm (tzw. jednokierunkowa sprawa), który blokuje jego obrót w określonych warunkach pracy.
4. Obudowa wypełniona cieczą roboczą
Całość znajduje się w szczelnej komorze wypełnionej specjalnym olejem transmisyjnym (ATF – Automatic Transmission Fluid). Olej ten spełnia funkcję nośnika energii oraz chłodzi i smaruje elementy.
Jak działa sprzęgło hydrokinetyczne?
Działanie sprzęgła hydrokinetycznego opiera się na zjawiskach hydrodynamiki – czyli wykorzystaniu energii kinetycznej płynącej cieczy do przeniesienia momentu obrotowego.
Etapy działania:
- Silnik pracuje na biegu jałowym
Pompa wiruje razem z wałem korbowym, ale ponieważ różnica prędkości między pompą a turbiną jest duża, tylko część energii zostaje przekazana do turbiny. Kierowca czuje to jako niewielkie „podciąganie” pojazdu przy puszczeniu hamulca. - Przy wzroście obrotów silnika
Prędkość przepływu oleju rośnie, co zwiększa moment obrotowy przekazywany na turbinę. Tym samym wzrasta prędkość obrotowa wału wejściowego skrzyni biegów. - Wysokie obroty – zbliżone prędkości pompy i turbiny
Gdy prędkości obrotowe pompy i turbiny się wyrównują, sprawność sprzęgła osiąga maksimum. W tym momencie niektóre modele mogą aktywować tzw. blokadę sprzęgła, które mechanicznie łączy pompę z turbiną, eliminując straty energetyczne. - Zmniejszenie obrotów lub hamowanie
Różnica prędkości pomiędzy pompą a turbiną znów się zwiększa, reaktor zmienia kierunek przepływu oleju, co zwiększa moment obrotowy – efekt podobny do działania przekładni planetarnej.
Zalety i wady sprzęgła hydrokinetycznego
Zalety:
- Brak konieczności ręcznego operowania sprzęgłem.
- Płynne przekazywanie momentu obrotowego – brak szarpnięć.
- Zabezpieczenie przed przeciążeniem – możliwość bezszkodnego ślizgania się przy dużym obciążeniu.
- Dobra współpraca z automatycznymi skrzyniami biegów.
Wady:
- Niższa sprawność niż w przypadku sprzęgła mechanicznego (straty energii w postaci ciepła).
- Opóźnienie w reakcjach dynamicznych (efekt „opóźnionego” przyspieszania).
- Konieczność intensywnego chłodzenia i cyrkulacji oleju.
