Skrzynia bezstopniowa CVT - budowa, zasada działania, zastosowanie

Na samochodowym rynku od lat coraz większą przewagę zyskują nad skrzyniami manualnymi automatyczne. Wszystko za sprawą walki o każdy gram emisji CO2, która powinna być możliwie najniższa. Idealne dopasowanie przełożenia do chwilowego obciążenia i praca w możliwie optymalnym zakresie obrotów to klucz do zwycięstwa. I choć samochody z przekładniami CVT uważa się za mało ekonomiczne, to wciąż istnieje pewna grupa producentów, którzy trzymają się tego rozwiązania.

Każda skrzynia biegów, czy to manualna, czy automatyczna, ma pewną określoną liczbę przełożeń (biegów), z których można korzystać. Jeszcze pół dekady temu były to przekładnie 3- lub 4-biegowe, potem liczba rosła. Dziś niemal standardem są skrzynie manualne o 6 przełożeniach, natomiast automaty oferują od 7 do nawet 10 biegów.

Tymczasem przekładnia bezstopniowa ma ograniczenia jedynie w zakresie przełożeń (przełożenie minimalne i maksymalne), natomiast nie w ich liczbie. Określenie CVT (Continuous Variable Transmission) nie oddaje istoty konstrukcji tak dobrze jak nazwa handlowa stosowana dawniej przez Audi - Multitronic, czyli automat z mnogą, liczną, wielką liczbą przełożeń. Czysto teoretycznie jest to nieskończona, a jedynie ograniczona zakresem liczba przełożeń.

Można to porównać do skali i odcinka bez żadnej skali. Jeśli 1 m to 100 cm lub 1000 mm, to mówimy o klasycznej skrzyni biegów. Analogicznie, przekładnia bezstopniowa to również 1 m, ale niepodzielony w żaden sposób.

W teorii tego typu przekładnia, mając do wyboru dowolne przełożenie z pewnego zakresu, może je idealnie dopasować do chwilowego obciążenia silnika lub/i zapotrzebowania na przyspieszenie. Jeśli przyjmiemy, że optymalne obroty dla średniego obciążenia to np. 2000 obr./min, to teoretycznie można korzystać tylko z tych obrotów, przyspieszając i zwalniając. Dlaczego? Ponieważ w tym czasie zmieniać się będzie jedynie przełożenie.

Jeśli dynamicznie przyspieszamy, to najwydajniej jest korzystać z obrotów bliskich tych, w których silnik rozwija moc maksymalną. Tak też się dzieje w aucie wyposażonym w skrzynię CVT. Wciśnięcie pedału gazu powoduje zmianę przełożenia na takie, przy których silnik rozwija wysoką prędkość obrotową, a następnie wraz z przyrostem prędkości przełożenie zmienia się na coraz wyższe przy utrzymaniu stałych obrotów.

Podsumowując, taka skrzynia pozwala zawsze optymalnie dobrać przełożenie do aktualnych warunków jazdy i zapotrzebowania na moment obrotowy.

Głównym elementem przekładni jest wariator, czyli koła stożkowe (para kół). Połączone są one stalowym paskiem o kilkuset ogniwach lub łańcuchem. Mają określoną szerokość, grubość i kąt zbieżności. Jedno z nich umieszczone jest na wale wejściowym, drugie na wyjściowym (odpowiednio sprzęgłowym i zdawczym).

Sercem układu jest sterownik skrzyni, którego parametrami wejściowymi są położenie pedału przyspieszenia, prędkość jazdy czy prędkość obrotowa. Sterownik zarządza ruchem kół stożkowych, które są spięte łańcuchem/pasem, a oddalając i zbliżając się do siebie, zmienia się ich robocza średnica i tym samym zmieniają przełożenie.

Całość przypomina pracę przerzutek w rowerze z kilkoma zębatkami głównymi i kilkoma przy kole. Tu jednak liczba przełożeń jest nieograniczona.

Skrzynie bezstopniowe najlepiej sprawdzają się w niedużych i lekkich samochodach z niewielkimi silnikami o niedużej mocy, a przede wszystkim momencie obrotowym.

Kluczowe jest maksymalne dopuszczalne obciążenie łańcucha/pasa przenoszącego napęd, które jest niewielkie. Dlatego o ile przekładnie CVT wytrzymają dość długo w samochodach miejskich (moment obrotowy poniżej 200 Nm), o tyle kłopotem są dla nich jednostki z doładowaniem, a szczególnie diesle (powyżej 300 Nm).

Obecnie przekładnie CVT są używane głównie przez producentów japońskich, m.in. Mitsubishi w dość dużych autach, nierzadko z napędem na cztery koła.

Zaletą skrzyni CVT powinno być zużycie paliwa, ale w praktyce rzadko tak jest, ponieważ przekładnia wymaga dość specyficznego, łagodnego stylu jazdy i wyczucia. Również dynamika powinna być zaletą, ale w praktyce konstrukcja przekładni sprawia, że są w niej duże straty mocy. Świetnie sprawdza się w dieslach, które generują wysoki moment obrotowy przy niskiej prędkości obrotowej, co przekłada się zarówno na niskie spalanie jak i świetną dynamikę.

W praktyce skrzynia CVT ma dwie duże zalety. Pierwszą jest płynność pracy, drugą szybkie przełączanie pomiędzy jazdą do przodu i do tyłu - prawie natychmiastowe. Z kolei praktyczną, choć subiektywną wadą jest sposób działania układu napędowego. Kierowcy niepochlebnie wyrażają się o jednostajnym odgłosie silnika, gdy ten przez całe przyspieszanie nie zmienia prędkości obrotowej. Ma się wrażenie zbliżone do jazdy tramwajem: auto przyspiesza, a obroty nie rosną.