Skrzynia biegów CVT czyli… wariolot

Skrzynia biegów CVT czyli… wariolot

W nieustannej pogoni za coraz bardziej wydajnymi układami napędowymi współczesnych samochodów konstruktorzy stanęli przed dylematem, jak zlikwidować straty z jakimi mamy do czynienia w automatycznej, hydraulicznej skrzyni biegów. Jej wydajność wynosiła około 70 proc., a reszta była trwoniona przez hydraulikę. Oczywiście jednym z rozwiązań była tradycyjna, manualna skrzynia biegów, gdzie dzięki użyciu sprzęgła i możliwości natychmiastowego zazębienia biegów te straty były niwelowane, ale konieczność ciągłego używania sprzęgła czyniła tę skrzynię biegów mało atrakcyjną. Aby poprawić wydajność skrzyni automatycznej zaczęto sięgać do innych rozwiązań, takich jak skrzynia z podwójnym sprzęgłem oraz zwiększać ilość biegów, aby pracowała w możliwie optymalnych warunkach.

Jednym z rozwiązań okazał się pomysł z… 1490 roku! Właśnie w tamtym roku malarz, rzeźbiarz, konstruktor, architekt i włoski filozof, Leonardo Da Vinci, jeden z najgenialniejszych umysłów w historii ludzkości naszkicował rysunek, który w sensie funkcjonalnym przedstawiał… skrzynię biegów CVT. Współczesna wersja tej przekładni została opatentowywana w XIX wieku, ale dopiero skrzynia CVT, zwana variomatic (stąd nazwa polska – wariomat), została zaprojektowana i zbudowana przez Huba van Doorne’a, współzałożyciela Automobiela Fabrieka (DAF) Van Doorne’a, pod koniec lat pięćdziesiątych.

Konstrukcyjnie, działanie przekładni bezstopniowej opiera się na zmianie średnic, po których porusza się pas lub łańcuch łączący oba wałki przekładni. Zmiana ta następuje np. w wyniku rozsuwania lub przysuwania do siebie par krążków stożkowych, które tworzą zmiennej średnicy „koła pasowe” pozwalające pasowi zaklinować się i przenosić napęd.
W skrzyniach manualnych zmiana przełożenia realizowana jest przez przełączanie par kół zębatych o różnej liczbie zębów, a w klasycznych automatach – przez przełączanie przekładni planetarnych o różnych przełożeniach. Rozwiązanie to ma swoje mankamenty. Przede wszystkim w chwili zmiany przełożenia silnik nie jest połączony z kołami i nie napędza pojazdu, co pogarsza przyspieszenie. Ponadto, przy manualnej zmianie biegu konieczne jest dopasowanie obrotów silnika do nowego przełożenia, co wymaga pewnej wprawy.
Wyeliminowanie tych problemów umożliwia właśnie przekładnia bezstopniowa – CVT, w której przełożenie można zmieniać w sposób płynny. Dzięki temu moc silnika może być przenoszona na koła bez przerwy, a dzięki odpowiedniemu sterowaniu zmianą przełożenia można utrzymać stałą, optymalną prędkość obrotową silnika.
Za regulacje położenia połówek kół odpowiadają zwykle siłowniki hydrauliczne. Jak nietrudno się domyślić, pracą całości steruje komputer, który synchronizuje pracę przekładni i silnika z uwzględnieniem prędkości pojazdu, położenia pedału gazu itd.
Ze względu na to, że – zwłaszcza podczas dynamicznego ruszania i przyspieszania – przekładnia musi przenosić duży moment obrotowy, jej konstrukcja musi być odpowiednio solidna. Dotyczy to w szczególności pasa transmisyjnego, który ma postać stalowej taśmy z nakładkami w kształcie klinów, zapewniającymi odpowiedni kontakt z kołami pasowymi. Mimo to ostry styl jazdy powoduje duże obciążenia układu i może narazić przekładnię na przedwczesne zużycie.

Przekładnia CVT znalazła swoje zastosowanie praktycznie we wszystkich samochodach z napędem hybrydowym, gdzie występuje układ złożony z przekładni planetarnej, silnika elektrycznego i generatora, stanowiących serce hybrydowych jednostek napędowych w samochodach np. Toyoty i Lexusa. W układzie tym, zwanym e-CVT, przekładnia planetarna dokonuje podziału momentu obrotowego i prędkości obrotowej silnika spalinowego między koła pojazdu a generator, zaś silnik elektryczny zasilany z generatora i akumulatora trakcyjnego wspomaga moment obrotowy silnika spalinowego podczas dynamicznego ruszania i przyspieszania. Dodatkową korzyścią, której nie daje zwykła przekładnia CVT, jest odzyskiwanie energii przez układ hybrydowy podczas hamowania rekuperacyjnego, co przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa.
Istotna jest możliwość umieszczenia skrzyni w jednej obudowie, razem z przekładnią główną i mechanizmem różnicowym. Niestety, może być to problematyczne od strony serwisowej.
Plusami takiej zabudowy są lekkość i małe gabaryty. Przekładnia CVT świetnie nadaje się do samochodów z przednim napędem i silnikiem umieszczonym poprzecznie. Nieco gorzej jest przy stosowaniu jej przy napędzie tylnym – problemem może być wtedy znaczna wysokość przekładni.
Początkowo skrzynia ta przysparzała wielu problemów, ale z biegiem czasu udało się osiągnąć jej większość trwałość, głównie poprzez wykorzystanie wytrzymalszych materiałów konstrukcyjnych. Pozwoliło to przekładniom CVT na rywalizację z klasycznymi automatami oraz skrzyniami zautomatyzowanymi, ale niestety zwiększyło koszty produkcji.
W chwili obecnej skrzynia biegów CVT ma trwałość podobną do tradycyjnych skrzyń biegów i nie powinno się jej unikać.

Andrzej Babinicz

andrzej_babinicz
warszawiak z pochodzenia, wychowany w Bytomiu. Jest absolwentem Politechniki Warszawskiej wydziału MEiL. Pracował w Centralnym Biurze Projektów Bistyp w Warszawie. W 1979 r. wyemigrował do Chicago. Pracował m.in. dla Franka Bella – niezależnego dealera Fiata i MG. Po wycofaniu się fiata z rynku amerykańskiego od 1981 roku pracował dla firmy Chrysler. Od 1987 r. prowadził pogadanki motoryzacyjne w różnych polonijnych programach radiowych. W 1991 r. wydał poradnik zatytułowany: „Samochód w Ameryce”. W latach 1997-2016 prowadził ze swoim wspólnikiem Robertem Rogalskim salon samochodowy w Chicago. Poza samochodami jego pasją są podróże po świecie, zwłaszcza do Afryki.
babinicz@autowusa.com
Tel: 773-796-7015,
autowusa.com
facebook.com/AutowUsa
twitter.com/autowusa

 

fot.Institut fur Kulturaustausch, Tubingen, Germany

Categories: Motoryzacja

Write a Comment

Your e-mail address will not be published.
Required fields are marked*