Serwis pod patronatem magazynu
W „Motorze” nr 5 z 30 stycznia 1983 r. artykuł o dziejach skrzyń biegów – a w nim m.in. szczegółowy opis i wyjaśnienie zasad działania nadbiegu oraz kluczowe pytanie, czy nie czas już wreszcie na pojawienie się przekładni sześciobiegowej.
Przez wiele dziesiątków lat spora część samochodów osobowych zadowalała się skrzyniami biegów o trzech tylko przełożeniach.
Bieg pierwszy dobierany był tak, aby samochód mógł ruszyć z obciążeniem na wzniesieniu, powiedzmy 20% (wzniesienie o kącie 45° określa się jako 100-procentowe, ale zależność pomiędzy stopniami a procentami nie jest zależnością liniową).
Bieg trzeci miał z reguły przełożenie 1:1, bowiem w ówczesnych latach nie stosowano jeszcze skrzynek dwuwałkowych. Napęd na tym przełożeniu przechodził bezpośrednio przez skrzynię przekładniową, z pominięciem wałka zdawczego. Stąd właśnie wzięła się nazwa „bieg bezpośredni”. Występowały wówczas najmniejsze straty mechaniczne, ponieważ koła zębate skrzyni obracały się bez obciążenia. Konstruktor miał więc później łatwe już zadanie – dobierał przełożenie biegu drugiego mniej więcej „w połowie” pomiędzy biegiem pierwszym a trzecim. Skrzynka była gotowa.
Przed pięćdziesięciu laty znano oczywiście i skrzynie biegów o większej ilości przełożeń. Stosowane były one przede wszystkim w samochodach sportowych, gdzie chodziło o jak najwyższe wartości przyspieszeń, a nie o jak najtańszą konstrukcję.
Z czasem zaczęto przemyśliwać nad wprowadzeniem przełożenia, które pozwalałoby na spokojną jazdę z ograniczonymi obrotami silnika i w sposób jak najbardziej ekonomiczny. Tak zrodziła się idea „nadbiegu”, czyli biegu o przełożeniu niższym niż bieg bezpośredni.
Pierwsze skrzynki tego rodzaju powstały przeszło 50 lat temu. Jedną z nich pokazujemy na zdjęciu. Instalowano ją w pojeździe z dolnozaworowym silnikiem o pojemności skokowej 1,7 litra i, rzecz interesująca, ograniczano się do czterech przełożeń łącznie. Tak więc była to nadal skrzynia trzybiegowa, trójwałkowa, z dodatkowym przełożeniem o wartości 1:0,73.
Jedna z pierwszych na świecie skrzyń przekładniowych z nadbiegiem. Miała ona przełożenia 1:3,3; 1:1,7; 1:1 1 1:0,73. Do dziś w ten sposób konstruuje się skrzynie o trzech walkach (sprzęgłowy, zdawczy i główny) do aut z silnikiem z przodu i tylnym napędem.
Z czasem zaczęto skrzynki z nadbiegiem stosować i w samochodach, w których kładziono akcent na sportowy charakter, ilość przełożeń do jazdy w przód wzrosła więc do pięciu. Przełożenie biegu piątego, nadbiegu, podobnie jak w skrzyni o układzie 3 + 1, wynosiło około 0,75.
W latach 40-tych i 50-tych dużą popularność zdobył nadbieg uzyskiwany za pośrednictwem przystawki do skrzyni biegów mającej planetarne zespoły kół zębatych.
Zaletą takiego urządzenia była możliwość włączania nadbiegu poprzez podanie impulsu elektrycznego do odpowiedniego elektromagnesu. Wystarczał więc ruch palca na mikrowyłączniku, umieszczanym np. w gałce dźwigni zmiany biegów, by w przekładni włączony został nadbieg lub by wróciła ona do jazdy na biegu bezpośrednim. Nie była przy tym konieczna jakakolwiek zmiana położenia pedału przyspieszania ani też wyłączanie sprzęgła.
Dziś nadbieg tego rodzaju stosowany jest jeszcze tylko w droższych modelach samochodów Volvo serii 240. Konstrukcja była po prostu za droga i nawet jej dodatkowa zaleta – możliwość uzyskiwania pośrednich przełożeń z nadbiegiem, np. biegu o wartości pomiędzy biegiem trzecim a czwartym, też na niewiele się zdała.
Ta skomplikowana konstrukcja to nadbieg planetarny łączony ze zwykłą skrzynią biegów typu trójwałkowego. Zastosowanie zespołów planetarnych umożliwia włączanie i wyłączanie nadbiegu bez cofania pedału przyspieszania.
W miarę postępu w konstruowaniu skrzyń biegów, co odzwierciedla się w stałym obniżaniu oporów przy współpracy kół zębatych, zaczęto ponownie interesować się dawnym układem nadbiegu, w którym pracują, niestety, aż dwie pary kół zębatych. Tak właśnie skonstruowane są dzisiaj nowoczesne skrzynie o układzie 4+1, stosowane w samochodach z silnikiem z przodu i przeniesieniem napędu na koła tylne.
W pojazdach z napędem przednim i poprzecznie ustawionym silnikiem, skrzynia biegów ma tylko dwa wałki i teoretycznie może mieć niemal dowolną liczbę przełożeń, a na każdym z nich uzyskiwać bardzo zbliżoną sprawność, jako że na każdym przełożeniu pracuje jedna tylko para kół.
Skrzynia 5-biegowa weszła już na stałe do arsenału środków, jakimi dysponuje konstruktor nowoczesnego samochodu Pojawiać się zaczyna już nawet w samochodach z silnikami o pojemności poniżej 1000 cm3, a więc w samochodach najtańszych.
Używaliśmy wielokrotnie powiedzenia „nadbieg”, „nadbiegowy” itd. Co to jednak właściwie znaczy? Czy wystarczy, by w zwykłej czterobiegowej skrzyni o dwóch tylko wałkach, na przykład skrzyni Skody 105 czy Volkswagena z silnikiem z tyłu, przełożenie miało wartość na biegu czwartym 0,95 lub 0,88, by automatycznie można było twierdzić, iż samochód ma nadbiegową charakterystykę czwartego biegu?
Otóż nie! Na to, by bieg najwyższy był istotnie nadbiegiem, spełniony być musi pewien warunek. Na nadbiegu silnik nie może osiągać obrotów mocy maksymalnej. W praktyce bardzo łatwo określić w przybliżeniu, czy w pięciobiegowej skrzynce bieg najwyższy ma charakterystykę nadbiegową, czy też nie. Wystarczy pomierzyć prędkości maksymalne na biegu czwartym i piątym. Jeśli przełożenie najwyższe jest nadbiegiem, wówczas uzyskiwana na nadbiegu prędkość maksymalna będzie o parę kilometrów na godzinę niższa, niż na biegu czwartym.
Zdarzają się wszakże konstrukcje, w których za cel przyjęto uzyskanie skrzyni o małych skokach przełożeń. Samochody z takimi przekładniami mają prędkość maksymalną na biegu piątym dużo wyższą niż na biegu czwartym. Niektórzy producenci oferują nabywcom do wyboru skrzynię pięciobiegową z nadbiegiem, bądź też skrzynię o takiej samej liczbie przełożeń, lecz o sportowej charakterystyce.
Pada więc pytanie: skoro zdecydowano się już na instalowanie w skrzyniach przekładniowych aż czterech drążków wodzików, i tym samym zaakceptowano cztery płaszczyzny, w których przesuwana jest do przodu i tyłu dźwignia zmiany biegów, dlaczegóż by nie miała wkrótce pojawić się sportowa skrzynia pięciobiegowa z DODATKOWYM, szóstym przełożeniem – nadbiegiem?
A może rację mają ci konstruktorzy japońscy, którzy instalują w samochodzie jak gdyby dwie przekładnie główne zmieniając wartość ich przełożeń w zależności od tego, czy samochód porusza się po autostradzie, czy też po krętej drodze? I jedno, i drugie rozwiązanie wymaga do zmiany przełożenia dodatkowego ruchu dłoni i naciśnięcia pedału sprzęgła.
Konstruktorzy japońscy chętnie stosują taki oto układ przeniesienia napędu (przy poprzecznym silniku). Dzięki dodatkowym kołom zębatym można jak gdyby zmieniać przełożenie przekładni głównej. Służy do tego oddzielna dźwigienka.
Dziś trudno przewidzieć, który układ stanie się bardziej popularny. Z pewnością natomiast można twierdzić, że coraz mniej będzie samochodów o klasycznej, czterobiegowej skrzynce.
Tekst: Adam Sierakowski; „Motor” 5/1983
