Κιβώτιο ταχυτήτων

Το κιβώτιο ταχυτήτων είναι το σύνολο που μετατρέπει την περιστροφή του κινητήρα στην ταχύτητα και στη ροπή που χρειάζονται πραγματικά οι τροχοί σε κάθε στιγμή. Ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης αποδίδει ωφέλιμη ισχύ μόνο σε ένα σχετικά στενό φάσμα στροφών, συχνά περίπου μεταξύ 1.500 και 6.000 σ.α.λ., ενώ το όχημα πρέπει να κινείται ομαλά από τη στάση μέχρι τις ταχύτητες του αυτοκινητοδρόμου. Το κιβώτιο γεφυρώνει αυτή την αναντιστοιχία προσφέροντας μια σειρά από σχέσεις μετάδοσης που κρατούν τον κινητήρα μέσα στο αποδοτικό του φάσμα, όσο κι αν μεταβάλλεται η ταχύτητα πορείας.

Η βασική του αρχή είναι το μηχανικό πλεονέκτημα μέσω γραναζιών. Μια κοντή πρώτη σχέση πολλαπλασιάζει έντονα τη ροπή του κινητήρα, ώστε το όχημα να ξεκινά από στάση ή να ανηφορίζει, ενώ οι μεγαλύτερες σχέσεις ανταλλάσσουν αυτή τη ροπή με ταχύτητα, επιτρέποντας χαλαρή και οικονομική πορεία με χαμηλές στροφές. Κάθε σχέση καθορίζεται από τα σχετικά μεγέθη των γραναζιών που εμπλέκονται, ενώ η τελική σχέση μετάδοσης στο διαφορικό προσθέτει μια ακόμη μείωση. Στο ίδιο σύνολο ανήκει και η όπισθεν, η οποία επιτυγχάνεται με την παρεμβολή ενός ενδιάμεσου γραναζιού που αντιστρέφει τη φορά περιστροφής.

Για τον οδηγό, το κιβώτιο διαμορφώνει μεγάλο μέρος του χαρακτήρα του αυτοκινήτου. Καθορίζει την απόκριση στην επιτάχυνση, την ευκολία και την ομαλότητα της εκκίνησης, την κατανάλωση καυσίμου, τον πολιτισμό λειτουργίας και την ίδια την αίσθηση της οδήγησης. Μια καλά κλιμακωμένη σειρά σχέσεων επιτρέπει στον κινητήρα να αποδίδει την ισχύ του χωρίς να ζορίζεται ή να βουίζει κουραστικά, ενώ ένα κιβώτιο που αλλάζει σχέσεις καθαρά συμβάλλει στην αντιληπτή ποιότητα όσο και ο ίδιος ο κινητήρας.

Υπάρχουν αρκετές διακριτές μορφές. Το μηχανικό κιβώτιο χρησιμοποιεί συμπλέκτη που χειρίζεται ο οδηγός και μοχλό ταχυτήτων για τη χειροκίνητη επιλογή σχέσεων. Τα κλασικά αυτόματα βασίζονται σε μετατροπέα ροπής που λειτουργεί ως υδραυλική σύζευξη και αλλάζουν σχέσεις σε πλανητικά συστήματα γραναζιών με υδραυλικό ή ηλεκτρονικό έλεγχο. Το κιβώτιο διπλού συμπλέκτη (DCT) χρησιμοποιεί δύο συμπλέκτες ώστε να προεπιλέγει την επόμενη σχέση και να επιτυγχάνει ταχύτατες αλλαγές, ενώ το κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων (CVT) καταργεί εντελώς τις σταθερές βαθμίδες, με έναν ιμάντα που κινείται ανάμεσα σε τροχαλίες μεταβλητής διαμέτρου και προσφέρει πρακτικά άπειρο εύρος σχέσεων.

Η τεχνολογία εξελίσσεται μαζί με το σύνολο κίνησης που εξυπηρετεί. Τα σύγχρονα αυτόματα κιβώτια προσφέρουν συχνά οκτώ, εννέα ή δέκα σχέσεις για να συνδυάσουν οικονομία και επιδόσεις, ενώ ολοένα πιο εξελιγμένα ηλεκτρονικά διαχειρίζονται τον χρονισμό των αλλαγών και το κλείδωμα του μετατροπέα. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αλλάζουν εντελώς την εικόνα: επειδή οι ηλεκτροκινητήρες αποδίδουν ισχυρή ροπή από μηδενικές στροφές και περιστρέφονται ελεύθερα σε πολύ υψηλά όρια, οι περισσότεροι χρειάζονται μόνο μια μονή σχέση μείωσης αντί για πολυβάθμιο κιβώτιο. Ανεξάρτητα από τον τύπο, το κιβώτιο ταχυτήτων παραμένει κεντρικό στοιχείο του συστήματος μετάδοσης, τοποθετημένο ανάμεσα στον κινητήρα και στα ημιαξόνια, στον κεντρικό άξονα μετάδοσης ή στο διαφορικό που μεταφέρουν την ισχύ προς τους κινητήριους τροχούς.