To więcej niż olej. To płynna technologia.

  1. Strona główna
  2. Materiały szkoleniowe
  3. Castrol FastScan
  4. Budowa i działanie przekładni stosowanych w pojazdach elektrycznych

Budowa i działanie przekładni stosowanych w pojazdach elektrycznych

1. Wprowadzenie
Pojazdy elektryczne systematycznie zwiększają popularność i osiągają coraz wyższe wyniki sprzedaży na wielu rynkach Europejskich. Mechanicy obserwujący trendy i przygotowujący się do obsługi tego typu pojazdów niejednokrotnie stwierdzają, iż w tych pojazdach brakuje układów podlegających regularnej obsłudze. Oczywiście, pojazdy elektryczne nie posiadają wielu tradycyjnych systemów, tj. np. układów rozrządu, układów dolotowych z filtrem powietrza, czy filtrów paliwa, są jednak wyposażone w szereg układów zawierających płyny eksploatacyjne, podlegające degradacji, m.in. układy chłodzenia, hamulcowe czy przeniesienia napędu.  
2. Układ przeniesienia napędu

W układzie przeniesienia napędu kluczową rolę odgrywa skrzynia biegów, która potocznie nazywana jest skrzynią jednobiegową lub też przekładnią redukcyjną. Wynika to z faktu, iż  w większości pojazdów elektrycznych stosowane jest jedno stałe przełożenie. Silnik elektryczny połączony jest z przekładnią jednobiegową, tworząc zespół napędowy. Zespół napędowy zainstalowany jest na osi przedniej (starsze pojazdy elektryczne), tylnej (nowsze pojazdy elektryczne). Są również pojazdy elektryczne z napędem na obie osie, wyposażone  w dwa zespoły napędowe. 


W większości pojazdów elektrycznych obecnych na rynku skrzynia biegów jest oddzielona od maszyny elektrycznej. Przekładnia pracuje w oleju a maszyna „na sucho”. Obie przestrzenie są rozdzielone, w miejscu wałka wejściowego znajduje się uszczelniacz. Można również spotkać rozwiązania, w których maszyna elektryczna i przekładnia pracują w jednej przestrzeni.  W takiej sytuacji oba elementy pracują w oleju.   

2.1 Ogólna budowa stosowanych przekładni
Przekładnia rozdzielona od maszyny elektrycznej zbudowana jest w następujący sposób. Wałek wejściowy do skrzyni, napędzany jest za pomocą wielowypustu przez maszynę elektryczną. Co istotne, w tym przypadku nie występuje żadne sprzęgło pozwalające odłączyć skrzynię biegów od maszyny elektrycznej.  
Fot. 1 Przekładnia jednobiegowa z pojazdu Nissan Leaf
Fot. 1 Przekładnia jednobiegowa z pojazdu Nissan Leaf 

Jest to  istotne np. podczas holowania pojazdu, gdzie kręcące się koła powodują obrót wirnika maszyny elektrycznej, a tym samym indukowanie energii elektrycznej w stojanie maszyny elektrycznej. Energia elektryczna musi przepłynąć ze stojana do akumulatora, co wymaga zasilania z instalacji 12 V. W związku z tym, niedopuszczalne jest holowanie pojazdu elektrycznego z wyłączonym zapłonem, np. w wyniku usterki akumulatora sieci pokładowej. 


Na wałku wejściowym do skrzyni biegów (Fot.1) znajduje się pierwsze koło zębate, zazębione z kolejnym kołem zębatym, znajdującym się na wałku pośrednim, które jest zazębione  z obudową klasycznego mechanizmu różnicowego. Na wałku wejściowym osadzone jest również koło z nacięciami, które wraz z wysuwanym elektrycznie trzpieniem tworzy blokadę parkingową. Wszystkie położenia dźwigni zmiany biegów, oprócz pozycji parkingowej realizowane są przez silnik elektryczny. Jazda do przodu i do tyłu odbywa się przez zmianę polaryzacji na uzwojeniach silnika elektrycznego. Dzięki temu w przekładni nie ma żadnych elementów odpowiedzialnych za zmianę kierunku obrotów. W pozycji „Neutralnej” silnik wysterowany jest w taki sposób, by nie generował momentu hamującego. Rolą przekładni jednobiegowej jest redukcja prędkości obrotowej z maszyny elektrycznej (prędkość maszyny elektrycznej może osiągać nawet 16 tysięcy obrotów na minutę) na mechanizm różnicowy  i koła. Prędkość obrotowa z maszyny elektrycznej jest redukowana na dwóch stopniach,  a całkowita wartość przełożenia zmniejsza prędkość wejściową około 8 razy.  

2.2 Rola oraz właściwości oleju przekładniowego
Aby zapewnić niezawodne działanie przekładni jest ona smarowana olejem, który rozprowadzany jest za pomocą kół zębatych, metodą rozbryzgową. Ilość oleju stosowana do przekładni małych miejskich samochodów wynosi około jednego litra. Głównym zadaniem środka smarującego jest utworzenie filmu smarnego, odpowiedniego do zabezpieczenia powierzchni styku miedzyzębnego. Jest to kluczowe, gdyż silniki elektryczne mogą generować bardzo wysoki moment obrotowy od niskich prędkości obrotowych i nieprawidłowe smarowanie może doprowadzić do uszkodzenia kół zębatych (Fot.2). 
Fot. 2 Uszkodzenia mechanizmu różnicowego przekładni jednobiegowej
Fot. 2 Uszkodzenia mechanizmu różnicowego przekładni jednobiegowej 
Dodatkowe funkcje oleju przekładniowego to chłodzenie mechanizmu, zapobieganie korozji i utrzymywanie czystości wewnątrz przekładni. Medium smarne musi spełniać restrykcyjne kryteria, m.in. olej musi być lekko bieżny, tzn. generować możliwie najmniejszy opór obciążenia, gdyż każdy kilometr zasięgu w pojeździe elektrycznym ma znaczenie. Do wymiany oleju przewidziany jest w obudowie korek spustowy (niebieskie kółko Fot.3) oraz korek wlewowy (czerwone kółko Fot. 3). Obecnie, większość producentów nie wymaga  w ramach czynności serwisowej wymiany oleju, lecz sprawdzenie jego poziomu. Należy jednak mieć na uwadze, że olej się zużywa, jego właściwości ulegają degradacji. Podczas procesu eksploatacji zwiększa się zawartość wilgoci oraz ciał stałych w oleju, co bezwzględnie wymaga regularnej kontroli jego poziomu, ewentualnego uzupełnienia. Dodatkowo, praktyka serwisowa podpowiada, iż warto profilaktycznie wymieniać olej w skrzyni jednobiegowej, po przejechaniu dystansu kilkudziesięciu tysięcy kilometrów, aby zapewnić jej bezawaryjną, długodystansową eksploatację. Warto zwrócić też uwagę, iż olej pracujący w układach  z „mokrą” maszyną elektryczną musi spełniać dodatkowe wymagania. Konieczność chłodzenia maszyny elektrycznej stawia zwiększone wymagania w zakresie odprowadzania temperatury, dodatkowo środek smarny musi mieć właściwości dielektryczne. Oleje współpracujące  z maszynami elektrycznymi pracują w trudnych warunkach (bardzo duże prędkości obrotowe maszyn elektrycznych), w związku z tym zapewnienie i utrzymanie ich właściwości ma kluczowe znaczenie eksploatacyjne.  
Fot. 3 Korek spustowy (niebieskie kółko) i korek wlewowy (czerwone kółko) przekładni jednobiegowej w Kia e-Niro .
Fot. 3 Korek spustowy (niebieskie kółko) i korek wlewowy (czerwone kółko) przekładni jednobiegowej w Kia e-Niro . 
Zespół przeniesienia napędu w pojazdach elektrycznych jest ograniczony prędkością maksymalną, uzależnioną od typu pojazdu. Małe, miejskie samochody elektryczne najczęściej osiągają maksymalne prędkości dochodzące do 130 km/h, a większe pojazdy około 160 km/h. Ograniczenie prędkości wynika z faktu, iż silnik elektryczny osiąga swoją maksymalną prędkość obrotową, a jednobiegowa przekładnia nie ma możliwości zmiany przełożenia. Wskazane ograniczenie powoduje, iż wybrani producenci stosują dwubiegowe przekładnie, aby móc osiągnąć wyższe prędkości maksymalne, tj. m.in. Porsche Taycan czy Audi e-tron gt. Zastosowana przekładnia jest w pełni automatyczna, ma dwa stałe stopnie przełożenia oraz jeden zespół planetarny. Inne rozwiązania, jakie można spotkać np. w pojazdach marki Tesla wyposażone są w dwa zespoły napędowe na obu osiach, o różnych przełożeniach. Dzięki temu każda z osi odpowiada za rozpędzanie pojazdu od zatrzymania do osiągnięcia maksymalnej prędkości, adekwatnej do przełożenia. Należy zaznaczyć, że tego typu rozwiązania oraz dwubiegowe przekładnie są coraz popularniejsze i nieustannie rozwijane przez producentów pojazdów. Zespoły przeniesienia napędu stosowane w pojazdach elektrycznych, przekładnie jedno i dwu biegowe są mniej skomplikowane od przekładni manualnych, co wpływa na zwiększoną niezawodność tych elementów. Są to jednak elementy niezbędne, które mimo uproszczonej konstrukcji muszą być regularnie serwisowane. Wyspecjalizowany warsztat samochodowy, musi bezwzględnie pamiętać i uświadamiać swoich klientów, właścicieli pojazdów elektrycznych, iż zespół przeniesienia napędu wymaga troski, profesjonalnej bieżącej kontroli poziomu i właściwości medium smarnego oraz profilaktycznej jego wymiany w określonych interwałach przebiegu. Chcesz dowiedzieć się więcej o płynach i olejach do pojazdów elektrycznych? Kliknij tutaj: Castrol ON | Home