Automatgir

Girspaken i en Volkswagen Golf med automatgir med stillingene P (parkering), R (revers), N (nøytral), D (drive, kjør), S (sport). I posisjonen D (drive) er det mulighet til overstyring av automatikken for eksempel for igangsetting i høyere gir eller for bremsing med motoren i bakker.

Automatgir er en girkasse som automatisk utvekslingsopphold mellom motor og drivhjul etter turtall og hastighet. Automatgir kan styres med girspak-liknende spak, joystick, trykknapper eller spak ved rattet. En helautomatisk girkasse kan både velg gir og utføre girskiftet automatisk. Føreren må som minimum velge om parkering, revers, nøytral (fri) eller forover.

Girvelgeren

En moderne, standard girvelger har følgende stillinger i denne rekkefølgen: P (parkering), R (revers), N (nøytral), D (kjør), L (bremsegiring). Noen girvelgere har også flere trinn, for eksempel en "Intermediate" innstilling som låser girkassa i 2.gir(brukes ved igangsetting på vinterføre). Disse ligger alltid mellom D og L(1) på moderne girvelgere. Eldre girkasser kan ha andre mønster, men det nevnte ble amerikansk standard på grunn av ulykker med girkasser hvor reversen var uheldig plassert. Foruten parkeringsgiret, som alltid er rent mekanisk, er girvelgerens forbindelse til girkassa hydraulisk eller elektronisk, ikke mekanisk som med manuelt gir.

Tradisjonelle automatgir på biler

Tegning av innholdet i en automatgirkasse. Momentomformeren til venstre.

De fleste automatgir på biler er tradisjonelle automatgir, som typisk består av et system av planetgir satt sammen til en enhet der de enkelte uavhengig roterende delene kobles sammen av hydrauliske kløtsjer på forskjellige måter som til sammen gir forskjellige utvekslinger. Der kløtsjen sitter på en bil med manuell girkasse, altså mellom motor og girkasse, har biler med tradisjonelle automatgir en momentomformer. Manuelle girkasser har en fast mekanisk kobling mellom motor og girkasse, ved giring og stans frigjøres koblingen med koblingspedalen «kløtsjen». For å stanse kjøretøyet helt må føreren aktivt koble motoren fra girkassen før motoren kommer under tomgangsturtallet. I drivverk med automatisk girkasse er det i stedet en hydraulisk kobling som kobler inn motoren ved start og som frikobler motoren fra girkassen ved stans, og denne inn- og utkoblingen skjer automatisk uten førerens direkte medvirkning. I moderne automatsystemer er den hydrauliske koblingen videreutviklet til en momentomformer som i tillegg til å gi myk start og stopp også forandrer utvekslingsforholdet. Mens en vanlig hydraulisk kobling bare overfører dreiemoment, varierer momentomformeren dreiemomentet etter turtallet slik at den samtidig er en trinnløs girkasse. Ved start er det stor forskjell i turtall på motor og girkasse slik at den hydrauliske koblingen slurer, er koblingen en momentomformer vil dreiemomentet til fremdrift samtidig bli høyere enn motorens dreiemoment. Når kjøretøyet er kommet opp i fart blir turtallet nesten det samme og momentomformeren endrer ikke dreiemomentet. Med en hydraulisk kobling (i stedet for fast, mekanisk kobling) er det alltid en liten forskjell i turtallet slik at koblingen slurer litt hele tiden. Den stadige sluringen bruker en del motoreffekt og øker drivstofforbruket. En fordel med automatgir og hydraulisk kobling er noe mindre slitasje på drivverk (for eksempel på differensialen) og det er ingen mekanisk kobling som blir slitt. Oljen som brukes i dette systemet må ha spesielle egenskaper for at koblingsmekanismen skal fungere.

Momentomformeren gjør at det ikke er noen mekanisk kobling mellom motor og girkasse, noe som gjør automatgir effektivt til krypkjøring, men sløser med motoreffekten. På moderne automatgir låses momentomformeren når bilen har kommet opp i motorveifart, enten ved hjelp av en egen kløtsj, eller ved at det høyeste giret er en forbikobling av momentomformeren. Automatgir har en hydraulikkpumpe, girpumpa, som regel drevet av motoren, som forsyner et hydraulisk kontrollsenter samt sensorventiler. Girspaken er ofte bare en avansert hydraulikkventil mellom pumpa og kontrollsenteret. Sensorventilene påvirker stempler i kontrollsenteret som aktiverer de hydrauliske kløtsjene. Siden girpumpa drives av motoren, er det umulig å sette bilen i gir når motoren ikke går.

Automatiserte manuelle girkasser

Skjematisk fremstilling av girkasse med dobbelkløtsj (DSG).
M=motor
B=dobbelkløtsj
D=oddetallsgir
E=partallsgir
F=drivaksling

På grunn av ineffektiviteten med momentomformeren har enkelte bilfabrikanter utviklet automatiserte utgaver av manuelle girkasser. Dette har ingen ting å gjøre med om man kan overstyre girkassa. Det er ingen praktiske forskjeller mot tradisjonelle automatgir, kun virkemåten som er helt forskjellig. Et eksempel er Volkswagens og Mercedes' DSG-girkasse med to automatiske kløtsjer og seks eller syv gir. Ifølge Volkswagen kan DSG-kassa skifte gir raskere enn en sjåfør med manuelt gir klarer, og akselerasjonstidene fra 0 til 100 km/t er raskere med DSG-girkasse.^{[trenger referanse]} Kia leverer også biler med dobbelkløtsj. Girkasser med dobbelkløtsj tillater raskere girskift enn både rent manuell og helautomatisk girkasse, manuelle giring kan ta opp til ett sekund og automatiske kan ta lenger, mens dobbelkløtsjekassene skifter gir på ned mot 0,01 sekund. Slike dobbelkløtsjede girkasser er også mer effektive fordi det ikke er en hydraulisk kobling eller momentomformer mellom motor og girkasse. Girkasser med dobbelkløtsj kan velge og skifte gir på egen hånd, og kan overstyres med spaker eller knapper av føreren. Dobbelkløtsjer ble lenge bare brukt i dyre sportsbiler med stor motor, men ble fra 2003 også tatt i bruk i vanlige personbiler med Volkswagen Golf R32 som den første. Fords versjon, «powershift», ble først tilgjengelig i Fiesta.

Variator

Drivverket i en DAF 55 med «variomatic» med gummireim

Variator er en enkel trinnløs automatgirkasse som brukes på skutere og snøskutere i kombinasjon med sentrifugalkløtsj. I bilindustrien omtales den oftere under fellesbetegnelsen CVT (continuously variable transmission) eller variomatic, men er mindre utbredt enn automatgir med tannhjul. Ford, Honda, Mitsubishi, Toyota, Fiat, Dodge, Subaru og DAF produserer, eller har produsert, biler med variator. Noen moderne automatkasser, særlig utgaver med mange trinn, er egentlig CVT-kasser som elektronisk er regulert til å ha faste trinn. Disse er mer sofistikert bygd enn vanlige variatorer og har ikke gummireim som disse, men et spesielt kjede.

Fra omkring årtusenskiftet Endret CVT giret seg fullstendig fra det eldre systemet fra DAF og som man ser i snøskuter med trekkreim(er) til skyvereim av stålelementer. Prinsippet er det samme med reimskiver som endrer diameter, men hele effekten overføres via ei stålreim som nærmest er som ei stålstang å regne på den siden dreiemomentet overføres. Motsatt side som er trekksiden på fex en snøskuter eller DAF (Var det noen gang noen andre enn DAF som brukte trekkreimer av gummi eller noe annet?) belastes ikke. Nyere personbiler med CVT har også gjerne en momentomformer foran reimarrangementet. Fordi disse bruker bare en reim trenger disse bilene også en differensial for å utligne forskjellig vandringslengde på hjulene ved svingkjøring. Dette var unødvendig med de gamle DAF reimene som var i par som kunne variere dette seg i mellom. Stålreima løper i oljebad med sine tusenvis av ledd og er ment å vare bilen ut. Dette er pr i dag 2021 det mest utbredte automatgirsystemet. Langt de fleste biler for folk flest med automatgir har i dag CVT med unntak av de som bruker dobbeltkløtsj. fex. Volkswagen, Skoda og Mercedes. Nær samtlige hybridbiler bruker CVT. Det har vært motstand mot CVT fordi systemet har hatt en tendens til å spinne opp turtallet mer enn sjåfører liker før akselerasjonen kommer. Dette har nå blitt endret, men mye tyder på at bilens programvare vet bedre enn sjåførene hva som er mest effektivt. Det er likevel salgstallene som avgjør.

Fordeler og ulemper

Momentomformeren er grunnen til at biler med automatgir har dårligere akselerasjon og bruker mer drivstoff enn med manuelt gir. Forskjellen blir mindre ved snill kjøring, ettersom et godt automatgir vil holde et jevnere forhold mellom motorens turtall og dreiemoment enn den jevne sjåfør til enhver tid tar seg bryet med. Det innebærer at automatgir har en tilbøyelighet til å gire opp når man slipper gasspedalen, og da triller bilen lettere.

I senere tid, etter 2000 har momentomformeren blitt mye mer effektiv og fex ZF girkassen som sitter i flere kostbare biler som Bentley, Rolls Royce og Aston Martin, men også i BMW, er faktisk mer effektiv enn manuell girkasse. Akselerasjonen er flere tiendeler hurtigere 0 - 100km/t og forbruket pr mil er lavere enn ved manuelt gir. ZF girkassen har pr. i dag 8 og 9 mekaniske utvekslinger, men også utvekslinger mellom disse pga momentomformeren. Derved går bilen alltid på nøyaktig riktig utveksling når den belastes. Den girer også ned automatisk når den registrerer lange utforbakker for å bremse med motoren. En bil med manuelt gir derimot går nesten alltid på en utveksling som er et kompromiss. Det er hverken mange nok utvekslinger tilgjengelig eller noen sjåfør som er dyktig nok til å til enhver tid velge nøyaktig riktig gir i forhold til hastighet og belastning som nevnt først her. Momentomformeren har hatt en voldsom utvikling siden dette avsnittet ble påbegynt. Automatgir med momentomformer er kjent for å skifte gir mye mykere og umerkelig enn DSG-girkasser. (dobbeltkløtsj). Sistnevnte har også fått kritikk for rykkete igangsetting og har også hatt litt utfordringer med holdbarheten.

Utbredelse

I Norge hadde over 95 % av nye personbiler automatgir i 2019. I 2015 hadde 73 % av nye biler automatgir. Den raske overgangen til automatgir skyldes særlig den økende andelen biler med elektrisk eller hybrid drift samt automatgirkasser med 7 eller 8 trinn og smidigere girskifter. Omkring 50 % av nye førerkort i klasse B er med automatgir. Autoriserte trafikkskolers landsforbund gikk i 2018 inn for at automatgir som standard ved førerprøven. Forbundet mener at automatgir gir bedre sikkerhet i trafikken fordi føreren slipper å konsentrere seg om giringen. I 2002 hadde 22 % av nye personbiler automatgir, i 2012 hadde dette økt til 41 %. Tradisjonelt har automatgir vært kombinert med relativt store motorer og har i Norge vært en del dyrere. Automatgir gir generelt litt større drivstofforbruk. DSG («dobbelkløtsjgirkasse») som finnes blant annet hos VW regnes som automatgir.

Elektriske biler har IKKE automatgir! De har ett manuelt gir framover og ett manuelt gir bakover. Det har blitt vanlig å markedsføre disse med "automatgir" fordi sjåføren slipper å røre girspaken under kjøring rett fram. Det er ikke fordi bilen har automatgir, men fordi elmotoren ikke trenger å bytte utveksling. Elmotoren, særlig DC-motoren har sitt naturlige max dreiemoment ved 0rpm da det trengs mest. Også DC-motorer kan gå på samme utveksling pga moderne elektronisk styring. Uten dette ville AC-motoren ikke vært anvendbar i bil uten flere utvekslinger og en form for startkløtsj. Det finnes pr i dag bare en elbil med flere enn en utveksling forover. En Porsche som har to.

Referanser

Automatgir