Fot. Wordpress, Autor

Przekładnie przenoszące napęd z silnika na koła jezdne pierwszych samochodów miały konstrukcję łańcuchową, pasową lub nawet zębatą, ale nie wymagały stosowania specjalnych środków smarnych.

Sytuacja ta zmieniła się wraz z pojawieniem się wielostopniowych skrzyń biegów, zawierających we wspólnej obudowie odpowiednio zestawione pary kół zębatych, a także tzw. przekładni głównych integrowanych z tylnymi osiami napędzanymi.

W skrzyniach biegów wykorzystywano najpierw wyłącznie zębate koła walcowe o zębach prostych. Wybór przełożenia odbywał się poprzez ręczne zazębienie koła osadzonego przesuwnie na wielowypuście jednego wału z kołem zamocowanym sztywno na drugim wale. Wzrost mocy i szybkobieżności spalinowych silników spowodował z czasem, iż hałaśliwie pracujące koła o zębach prostych zamieniono na cichsze i sprawniejsze koła o zębach ukośnych oraz wprowadzone zostały synchronizatory, ułatwiające przełączanie biegów.

Specyfika smarowania przekładni

Zarówno koła zębate, jak i łożyska wałków wymagały smarowania odpowiednim olejem przekładniowym, który musiał mieć wysoką lepkość, aby dobrze chronić powierzchnie zębów poddawanych nieustannym niszczącym kontaktom metal-metal. Lepkość ta jednak nie mogła być zbyt wysoka, gdyż utrudniałoby to cyrkulację środka smarnego w łożyskach tocznych.

Podobną konstrukcyjną ewolucję przeszły też wspomniane przekładnie główne, gdzie stosowano początkowo przekładnie stożkowe o zębach prostych, zamienionych później na przekładnie hipoidalne z tzw. offsetem, czyli przesunięciem osi jednego koła zębatego względem drugiego dla obniżenia podłogi pojazdu.

Okazało się, że do smarowania tylnych mostów napędowych z przekładniami hipoidalnymi potrzebny jest olej przekładniowy o lepkości wyższej niż w przypadku skrzyń biegów i powinien on zawierać więcej dodatków chroniących smarowane części przed zużyciem. Zazębienia te bowiem odznaczają się większym obciążeniem zębów w stosunku do ich roboczej powierzchni. Dla prawidłowego serwisowania samochodów konieczne stało się więc wprowadzenie jakościowych i lepkościowych klasyfikacji samochodowych olejów przekładniowych. Dokonał tego Amerykański Instytut Naftowy API (American Petroleum Institute) i przedstawił wymagania dotyczące olejów przeznaczonych do różnych typów przekładni. Klasyfikację tę objaśnia tabela I.

Wymagania producentów pojazdów

Praktyka wykazała, że do większości manualnych samochodowych skrzyń biegów zupełnie wystarcza olej przekładniowy o klasie jakości API GL-4, dobrze zabezpieczający zarówno zęby, jak i łożyska. Niektórzy producenci (np. Honda czy Volvo) mają jeszcze mniejsze wymagania, gdyż zalecają wręcz oleje silnikowe lub przekładniowe o klasach jakości API GL-1 lub API GL-3, a do niektórych skrzyń jeszcze "rzadsze" oleje ATF, takie same jak do przekladni automatycznych.

Natomiast przekładnie główne z uzębieniem hipoidalnym wymagają stosowania olejów przekładniowych o klasie jakości API GL-5, zawierających najczęściej dwa razy więcej dodatków przeciwzużyciowych.

Również amerykanie, opierając się na klasyfikacji lepkościowej SAE J300 dla olejów silnikowych, wprowadzili osobną klasyfikację lepkościową SAE J306 dla olejów przekładniowych (tabela II).

Oferta przemysłu olejowego

Początkowo do ręcznych skrzyń biegów używano jednosezonowych olejów przekładniowych, nazywanych po angielsku monograde, o klasach lepkości SAE 80W lub 85W, a do przekładni w mostach napędowych stosowano klasy lepkości SAE 90 lub SAE 140.

Wynalezienie na początku lat pięćdziesiątych modyfikatorów lepkości, czyli polimerów zapewniających wielosezonowość olejów, umożliwiło rozpoczęcie produkcji wielosezonowych olejów przekładniowych (ang. multigrade). Na rynku pokazały się wielosezonowe mineralne oleje przekładniowe API GL-4 o klasach lepkości SAE 80W-90 czy SAE 85W-90, a później także syntetyczne SAE 75W-90 i SAE 75W-80 (tzw. lekko bieżne, zalecane początkowo głównie przez producentów francuskich), umożliwiające poprawienie ekonomii zużycia paliwa.

Syntetyczne oleje przekładniowe API GL-4 o klasach lepkości SAE 75W-90 lub SAE 75W-80 zalecane są przez producentów niektórych skrzyń biegów na przebiegi 400 tys., a nawet 500 tys. km (w samochodach ciężarowych MAN, Volvo).

Na rynku nie mogło też zabraknąć wielosezonowych olejów przekładniowych API GL-5. Dla olejów mineralnych preferowane są klasy lepkości SAE 80W-90 czy SAE 85W-140 (dla mocno obciążonych mostów napędowych samochodów terenowych i ciężarówek) oraz syntetyczne SAE 75W-90 i SAE 75W-140. Podobnie jak w przypadku skrzyń biegów, syntetyczne oleje przekładniowe API GL-5 o klasach lepkości SAE 75W-90 lub SAE 75W-140 zalecane są przez producentów pojazdów na przebiegi od 360 tys. do 500 tys. km (w samochodach ciężarowych MAN, Iveco, Scania, Volvo).

Smarowanie nowoczesnych przekładni

Aktualnie w większości samochodów osobowych stosowany jest napęd przednich kół przez poprzecznie umieszczony silnik - zblokowany ze skrzynią biegów i przekładnią główną. Nie ma tu przekładni hipoidalnej, więc do smarowania wystarcza ten sam olej, co do skrzyni biegów, czyli API GL-4.

Najnowsze dwusprzęgłowe konstrukcje ręcznych skrzyń biegów (DSG, DCT) pozwalają na szybsze przełączanie biegów i poprawę ekonomii zużycia paliwa. Do ich smarowania opracowano różne nowe oleje przekładniowe typu DCF (Dual Clutch Fluid).

Gwałtowny rozwój motoryzacji zmienił wymagania konstruktorów i dlatego tylne mosty napędowe z przekładniami hipoidalnymi dominują w samochodach ciężarowych i autobusach, sporadycznie natomiast montowane są w samochodach sportowych, terenowych i niektórych dostawczych. W ramach doskonalenia tych konstrukcji wprowadzono do nich nowe rodzaje mechanizmów różnicowych. Na przykład konstruktorzy amerykańscy zaczęli powszechnie stosować ich wersje o ograniczonym poślizgu LS lub DLS (Limited Slip), w których jedna z półosi jest łączona z drugą płytkami sprzęgieł pracujących w oleju o klasie jakości API GL-5, zawierającym dodatkowo modyfikatory tarcia, które chronią sprzęgła przed zniszczeniem.

Mechanizmy typu Limited Slip montuje w swoich niektórych modelach firma BMW, zalecając do nich specjalne syntetyczne oleje przekładniowe API GL-5 LS o klasie lepkości SAE 75W-140.

Automatyczne skrzynie biegów

Osobne zagadnienie stanowi smarowanie coraz popularniejszych w Europie automatycznych skrzyń biegów. Muszą być w nich stosowane specjalne oleje ATF (Automatic Transmission Fluid) o niskiej lepkości, odpowiedniej charakterystyce ciernej, wymaganej dla prawidłowego działania sprzęgła hydrokinetycznego, systemu hydraulicznego i systemu sprzęgieł sterujących stopniem przełożenia. Przekładnie planetarne doskonale pracują przy smarowaniu olejami o niskiej lepkości.

Wielkie amerykańskie koncerny samochodowe stworzyły własne normy dla olejów ATF, np. GM Dexron firmy General Motors, Ford Mercon czy Chrysler Mopar ATF 4+. Olejów tych nie można używać zamiennie chyba, że spełniają równocześnie dwie specyfikacje (np. GM Dexron III i Ford Mercon V).

Najbardziej znana w Europie jest specyfikacja GM Dexron, ponieważ mineralne oleje ATF Dexron IID powszechnie stosowane są do przekładni automatycznych i układów wspomagania kierownicy, a syntetyczne oleje ATF Dexron III używane są w nowoczesnych automatycznych skrzyniach biegów samochodów osobowych i autobusów.

Obecna, produkowana od 2005 roku, wersja Dexron VI stosowana jest do najnowszych samochodów General Motors. W Europie producenci automatycznych skrzyń biegów (ZF, BMW, MB, VW, Voith) wprowadzili swoje własne normy ATF do najnowocześniejszych obecnie automatycznych skrzyń 8- i 9-biegowych.

W niektórych modelach samochodów Forda, Mercedesa czy Nissana montowane są bezstopniowe skrzynie biegów CVT (Continously Variable Transmission), które wymagają zupełnie innych olejów przekładniowych, zapewniających dobrą współpracę metalowych elementów lub łańcuchów przekładni. Praktyka dowiodła, iż te same oleje CVT można stosować do niektórych automatycznych skrzyń biegów, natomiast oleje ATF nie nadają się w ogóle do skrzyń CVT.

Tweet

Andrzej Tippe
Technical services manager Shell Helix