Przekładnie bezstopniowe - CVT

Jest to jedyny rodzaj przekładni, który pozwala utrzymywać prędkość obrotową silnika na stałym poziomie, niezależnie od zmian prędkości samochodu. Daje to możliwość pracy silnika w punkcie najwyższej sprawności (podczas "normalnej" jazdy) lub maksymalnej mocy (gdy potrzebne jest szybkie rozpędzenie samochodu). Dodatkowo moment jest dostarczany na koła płynnie, bez przerw na zmiany biegów. Wykorzystując przedstawiony wcześniej wykres trakcyjny, siłę napędową będzie się zmieniać w następujący sposób:

Czarna krzywa przedstawia siłę napędową przy wykorzystaniu przekładni bezstopniowej, zakładając, że jej sprawność jest taka sama jak manualnej skrzyni biegów. Widać, że korzyści z CVT są tym większe im silnik ma gorszą charakterystykę.

Stąd też bez problemu znajdziemy CVT przy silniku 1.8 Valvematic Toyoty, ale nie powinniśmy go szukać w przypadku np. 1.8 TSI Volkswagena.

Reasumując, dobra przekładnia bezstopniowa powinna:

• pozwolić obniżyć zużycie paliwa,
• poprawić osiągi, szczególnie przyspieszenie,
• pozwolić na stosowanie mniej zaawansowanych silników.

Najbardziej rozpowszechniony rodzaj przekładni wykorzystuje metalowy pas klinowy. Współpracuje on z dwoma kołami pasowymi, każdym złożonym z dwóch stożków. Odsunięcie jednego stożka zmniejsza średnicę na której pracuje pas. W tej samej chwili na drugim kole przysuwa się stożek, aby zachować stały naciąg pasa. Zmiana średnic powoduje zmianę przełożenia.

Całość najczęściej sterowana jest hydraulicznie. Za ruszanie odpowiada osobne sprzęgło. Niestety przekładnie takie ograniczone są do współpracy z małymi silnikami, a ich sprawność nie zachwyca.

Na rysunku otwierającym tekst widoczna jest skrzynia Audi Multitronic, mająca usunąć powyższe problemy. Różnica dotyczy usunięcia metalowego pasa i zastosowania łańcucha składającego się z wielu płytek. Sama zasada pracy pozostała niezmieniona.

Inne rozwiązanie problemu przedstawił Nissan w przekładni Extroid. Wykorzystuje ona pary powierzchni toroidalnych i łączący je ciernie wychylny krążek. Zależnie od pochylenia tego krążka, styka się on z powierzchniami toroidalnymi na różnych średnicach.

Zasadę działania dobrze pokazuje prezentacja firmy Torotrak specjalizującej się w tego typu rozwiązaniach:

Pomysł Torotrak można znaleźć m.in. w mechanicznych systemach KERS. Nissan Extroid jest natomiast kojarzony z mocnymi silnikami V6, wykraczającymi poza zakres stosowania przekładni z pasem.

W zaawansowanych napędach hybrydowych Toyoty (Lexusa) czy BMW X6 wykorzystano przekładnie planetarne i parę generator - silnik elektryczny. Poniżej widoczny jest schemat najprostszego rozwiązanie tego typu:

Moment z silnika spalinowego jest wprowadzany na koło słoneczne (kolor czarny) przekładni planetarnej. Tam jest dzielony pomiędzy jarzmo z satelitami (zielone) i koło koronowe (czerwone). Moment z satelitów służy napędzanie generatora, a z koła koronowego przekazywany jest dalej całkowicie mechanicznie, łącząc się z momentem z silnika elektrycznego.

Sterując samą gałęzią elektryczną można sterować obciążeniem silnika i przełożeniem całego układu. Prędkość koła koronowego zawsze będzie zależna od prędkości pozostałych dwóch części przekładni planetarnej.

Sprawność takiego rozwiązania jest dość wysoka - tylko część mocy przekazuje się drogą elektryczną. Oczywiście rzeczywiste konstrukcje są bardziej skomplikowane, uwzględniają: odzyskiwanie energii przy hamowaniu, jazdę wyłącznie z wykorzystaniem napędu elektrycznego czy rozruch silnika spalinowego.

Wielu kierowców źle znosi słuchanie pracy silnika przy stałych obrotach. Dla nich zaproponowano wirtualne biegi, które symulują działanie stopniowej skrzyni biegów. Efektem ubocznym włączenia takiego trybu pracy jest także utrata niemal wszystkich zalet CVT. Coś za coś.

Źródło: Nissan Global • Sae.org • Autoblog Green