Phillip Hopkins
0 
3237
754
-
Galeria obrazów transmisji
Zdjęcie dzięki uprzejmości Nissan GlobalSilnik Nissan HR15DE z Xtronic CVT. Zobacz więcej zdjęć transmisji.
Niektórzy mówią, że starego psa nie można nauczyć nowych sztuczek. Ale przekładnia bezstopniowa (CVT), którą Leonardo da Vinci wymyślił ponad 500 lat temu i obecnie zastępuje planetarne automatyczne skrzynie biegów w niektórych samochodach, to stary pies, który z pewnością nauczył się kilku nowych sztuczek. Rzeczywiście, odkąd pierwszy patent na toroidalną przekładnię CVT został złożony w 1886 roku, technologia została udoskonalona i ulepszona. Obecnie kilku producentów samochodów, w tym General Motors, Audi, Honda i Nissan, projektuje swoje układy napędowe na bazie CVT..
W tym artykule zbadamy, jak działa CVT w typowym samochodzie z napędem na tylne koła, odpowiadając na kilka pytań po drodze:
- Jak wypada CVT w porównaniu do konwencjonalnej, planetarnej automatycznej skrzyni biegów?
- Jakie ma części i jak te części działają?
- Jakie zalety oferują przekładnie CVT w porównaniu z konwencjonalnymi automatycznymi skrzyniami biegów? A co z wadami?
- Jakie są wrażenia z jazdy samochodem z CVT?
- Jakie marki i modele zawierają przekładnie CVT?
- Czy są jakieś inne zastosowania dla CVT poza samochodami?
Najpierw przyjrzymy się, jak CVT wypada w porównaniu z tradycyjną automatyczną skrzynią biegów.
-| Nigdy więcej biegów Kalendarium innowacji USZ
|
-Jeśli czytałeś o budowie i działaniu automatycznych skrzyń biegów w Jak działają automatyczne skrzynie biegów, to wiesz, że zadaniem skrzyni biegów jest zmiana przełożenia między silnikiem a kołami samochodu. Innymi słowy, bez skrzyni biegów samochody miałyby tylko jeden bieg - bieg, który pozwalałby jechać na pożądaną prędkość maksymalną. Wyobraź sobie przez chwilę jazdę samochodem, który miał tylko pierwszy bieg lub samochodem, który miał tylko trzeci bieg. Były samochód przyspieszyłby dobrze od całkowitego zatrzymania i byłby w stanie wjechać na strome wzgórze, ale jego maksymalna prędkość byłaby ograniczona do zaledwie kilku mil na godzinę. Z drugiej strony, ten ostatni samochód leciałby z prędkością 80 mil na godzinę w dół autostrady, ale przy ruszaniu nie miałby prawie żadnego przyspieszenia i nie byłby w stanie pokonywać wzniesień.
W związku z tym skrzynia biegów wykorzystuje szereg biegów - od niskich do wysokich - w celu efektywniejszego wykorzystania momentu obrotowego silnika, gdy zmieniają się warunki jazdy. Biegi można włączać ręcznie lub automatycznie.
 Zdjęcie dzięki uprzejmości DaimlerChrysler Automatyczna skrzynia biegów Mercedes-Benz CLK. |
W tradycyjnej automatycznej skrzyni biegów koła zębate są dosłownie zębatkami - zazębiającymi się, zębatymi kołami, które pomagają przenosić i modyfikować ruch obrotowy i moment obrotowy. Połączenie przekładni planetarnych tworzy wszystkie różne przełożenia, które może wytworzyć przekładnia, zazwyczaj cztery biegi do przodu i jeden bieg wsteczny. Kiedy ten typ przekładni zmienia biegi, kierowca może odczuwać wstrząsy przy włączaniu każdego biegu.
Podstawy USZ
W przeciwieństwie do tradycyjnych automatycznych skrzyń biegów, przekładnie bezstopniowe nie mają skrzyni biegów z ustaloną liczbą biegów, co oznacza, że nie mają zazębiających się kół zębatych. Najpopularniejszy typ CVT działa na genialny System koła pasowego co pozwala na nieskończoną zmienność między najwyższymi i najniższymi biegami bez dyskretnych kroków lub zmian.
 Zdjęcie dzięki uprzejmości Ford Motor Company Silnik Ford Freestyle Duratec z CVT |
Jeśli zastanawiasz się, dlaczego słowo „koło zębate” nadal pojawia się w objaśnieniu przekładni CVT, pamiętaj, że ogólnie mówiąc, koło zębate odnosi się do stosunek prędkości wału silnika do prędkości wału napędowego. Chociaż przekładnie CVT zmieniają to przełożenie bez użycia zestawu przekładni planetarnych, nadal są opisywane jako mające niskie i wysokie „biegi” ze względu na konwencję.
Następnie przyjrzymy się różnym typom przekładni CVT: opartym na kole pasowym, toroidalnym i hydrostatycznym.
 Zdjęcie dzięki uprzejmości Nissan Global CVT z kołem pasowym |
- Pasek metalowy lub gumowy o dużej mocy
- „Prowadzące” koło pasowe o zmiennym wejściu
- Wyjściowe „napędzane” koło pasowe
 |
Koła pasowe o zmiennej średnicy są sercem przekładni CVT. Każde koło pasowe składa się z dwóch 20-stopniowych stożków ustawionych naprzeciw siebie. W rowku między dwoma stożkami przesuwa się pasek. Pasy klinowe są preferowane, jeśli pasek jest wykonany z gumy. Pasy klinowe swoją nazwę zawdzięczają temu, że mają przekrój poprzeczny w kształcie litery V, co zwiększa przyczepność paska na tarcie.
Kiedy dwa stożki koła pasowego są daleko od siebie (gdy zwiększa się średnica), pasek przesuwa się niżej w rowku, a promień pętli paska wokół koła pasowego maleje. Kiedy stożki są blisko siebie (gdy zmniejsza się średnica), pasek porusza się wyżej w rowku, a promień pętli paska wokół koła pasowego zwiększa się. CVT mogą wykorzystywać ciśnienie hydrauliczne, siłę odśrodkową lub napięcie sprężyny, aby wytworzyć siłę niezbędną do regulacji połówek koła pasowego.
Koła pasowe o zmiennej średnicy muszą zawsze występować parami. Jeden z kół pasowych, znany jako koło pasowe napędu (lub koło pasowe napędowe), jest połączony z wałem korbowym silnika. Koło napędowe jest również nazywane koło pasowe wejściowe ponieważ to tam energia z silnika dostaje się do skrzyni biegów. Drugie koło pasowe nazywa się napędzane koło pasowe ponieważ obraca się pierwsze koło pasowe. Jako wyjściowe koło pasowe, napędzane koło pasowe przekazuje energię do wału napędowego.
 Odległość między środkiem kół pasowych a miejscem styku paska w rowku nazywana jest promieniem podziałowym. Gdy koła pasowe są daleko od siebie, pasek jedzie niżej, a promień skoku maleje. Kiedy koła pasowe są blisko siebie, pasek porusza się wyżej, a promień skoku wzrasta. Przełożenie określa stosunek promienia podziałowego koła napędowego do promienia podziałowego koła pasowego napędzanego. |
Kiedy jedno koło pasowe zwiększa swój promień, drugie zmniejsza swój promień, aby pasek był napięty. Gdy dwa koła pasowe zmieniają swoje promienie względem siebie, tworzą nieskończoną liczbę przełożeń - od niskiego do wysokiego i wszystko pomiędzy. Na przykład, gdy promień skoku jest mały na napędzającym kole pasowym i duży na napędzanym kole pasowym, wtedy prędkość obrotowa napędzanego koła pasowego maleje, powodując niższe „koło zębate”. Gdy promień podziałowy jest duży na napędzającym kole pasowym i mały na napędzanym kole pasowym, wtedy prędkość obrotowa napędzanego koła pasowego wzrasta, co skutkuje wyższym „biegiem”. Zatem teoretycznie przekładnia CVT ma nieskończoną liczbę „biegów”, przez które może pracować w dowolnym momencie, przy dowolnej prędkości silnika lub pojazdu.
Prostota i bezstopniowa natura przekładni CVT sprawiają, że są one idealną przekładnią dla różnych maszyn i urządzeń, nie tylko samochodów. CVT są używane od lat w elektronarzędziach i wiertarkach. Były również używane w różnych pojazdach, w tym w traktorach, skuterach śnieżnych i skuterach. We wszystkich tych zastosowaniach przekładnie opierały się na gumowych pasach o dużej gęstości, które mogą się ślizgać i rozciągać, zmniejszając w ten sposób ich wydajność.
Wprowadzenie nowych materiałów sprawia, że przekładnie CVT są jeszcze bardziej niezawodne i wydajne. Jednym z najważniejszych osiągnięć było zaprojektowanie i opracowanie metalowych pasów do łączenia kół pasowych. Te elastyczne pasy składają się z kilku (zwykle dziewięciu lub 12) cienkich taśm stalowych, które trzymają razem bardzo wytrzymałe kawałki metalu w kształcie muszki.
 Metalowy pasek |
Pasy metalowe nie ślizgają się i są bardzo mocne trwały, umożliwienie przekładni CVT radzenia sobie z większym momentem obrotowym silnika. Oni też są ciszej niż przekładnie CVT napędzane gumowym paskiem.
Inna wersja CVT - toroidalny system CVT - zastępuje paski i koła pasowe dyski i rolki mocy.
 Zdjęcie dzięki uprzejmości Nissan Global Nissan Extroid, toroidalna CVT |
Chociaż wydaje się, że taki system drastycznie się różni, wszystkie komponenty są analogiczne do układu pasowo-pasowego i prowadzą do tych samych wyników - bezstopniowej przekładni. Oto jak to działa:
- Jedna tarcza łączy się z silnikiem. Jest to odpowiednik koła napędowego.
- Kolejna tarcza łączy się z wałem napędowym. Jest to odpowiednik napędzanego koła pasowego.
- Rolki lub koła znajdujące się między dyskami działają jak pas, przenosząc moc z jednej tarczy na drugą.
 |
Koła mogą obracać się wzdłuż dwóch osi. Obracają się wokół osi poziomej i przechylają się do wewnątrz lub na zewnątrz wokół osi pionowej, co pozwala kołom dotykać tarcz w różnych obszarach. Gdy koła stykają się z tarczą napędową w pobliżu środka, muszą stykać się z tarczą napędzaną w pobliżu obręczy, co powoduje zmniejszenie prędkości i wzrost momentu obrotowego (tj. Niski bieg). Gdy koła dotykają tarczy napędowej w pobliżu obręczy, muszą stykać się z tarczą napędzaną w pobliżu środka, co powoduje wzrost prędkości i zmniejszenie momentu obrotowego (czyli nadbieg). Proste przechylenie kół powoduje stopniową zmianę przełożenia, zapewniając płynne, prawie natychmiastowe zmiany przełożenia.
Zarówno przekładnia CVT z kołem pasowym i paskiem klinowym, jak i toroidalna przekładnia CVT są przykładami ciernych przekładni CVT, które działają poprzez zmianę promienia punktu styku między dwoma obracającymi się obiektami. Istnieje inny typ CVT, znany jako hydrostatyczny CVT, który wykorzystuje pompy o zmiennej wydajności do zmiany przepływu płynu do silników hydrostatycznych. W tego typu przekładni ruch obrotowy silnika napędza pompę hydrostatyczną po stronie napędowej. Pompa przekształca ruch obrotowy w przepływ płynu. Następnie za pomocą silnika hydrostatycznego umieszczonego po stronie napędzanej przepływ płynu jest ponownie zamieniany na ruch obrotowy.
 |
Często przekładnia hydrostatyczna jest połączona z przekładnia planetarna i sprzęgła aby stworzyć system hybrydowy znany jako transmisja hydromechaniczna. Przekładnie hydromechaniczne przenoszą moc z silnika na koła w trzech różnych trybach. Przy małej prędkości moc jest przenoszona hydraulicznie, a przy dużej prędkości mechanicznie. Pomiędzy tymi skrajnościami przekładnia wykorzystuje środki hydrauliczne i mechaniczne do przenoszenia mocy. Przekładnie hydromechaniczne są idealne do ciężkich zastosowań, dlatego są powszechne w ciągnikach rolniczych i pojazdach terenowych.
Korzyści z USZ
Nie bez powodu coraz popularniejsze stają się przekładnie bezstopniowe. Mają kilka zalet, które sprawiają, że są atrakcyjne zarówno dla kierowców, jak i dla ekologów. Poniższa tabela opisuje niektóre z kluczowych cech i zalet USZ.
| Zalety CVT | |
| Funkcja | Zasiłek |
| Stałe, bezstopniowe przyspieszanie od całkowitego zatrzymania do prędkości przelotowej | Eliminuje „szok przy zmianie biegów” - zapewnia płynniejszą jazdę |
| Działa, aby utrzymać samochód w optymalnym zakresie mocy, niezależnie od tego, jak szybko jedzie | Lepsza oszczędność paliwa |
| Lepiej reaguje na zmieniające się warunki, takie jak zmiany przepustnicy i prędkości | Eliminuje polowanie na sprzęt, gdy samochód zwalnia, zwłaszcza jadąc pod górę |
| Mniejsze straty mocy w CVT niż w typowej automatycznej skrzyni biegów | Lepsze przyspieszenie |
| Lepsza kontrola zakresu prędkości silnika benzynowego | Lepsza kontrola emisji |
| Może zawierać zautomatyzowane wersje sprzęgieł mechanicznych | Wymień niesprawne płynne przemienniki momentu obrotowego |
W następnej sekcji przyjrzymy się, jak to jest prowadzić samochód z przekładnią CVT.
Samochody z CVT są powszechne w Europie od lat. Jednak zajęło trochę czasu, zanim technologia zyskała przyczółek w Stanach Zjednoczonych. Pierwszym produkowanym samochodem oferującym CVT w Stanach Zjednoczonych był Subaru Justy.
 Zdjęcie dzięki uprzejmości Subaru France Subaru Justy |
Sprzedawany między 1989 a 1993 rokiem Justy nigdy nie zwrócił uwagi amerykańskich kierowców. Czym więc różnią się nowsze samochody oparte na CVT - samochody takie jak Saturn Vue, Audi A4 i A6, Nissan Murano i Honda Insight? Najlepszym sposobem odpowiedzi na to pytanie jest zabranie jednego z tych samochodów na „jazdę próbną”. Poniższa animacja, która porównuje przyspieszenie samochodu z CVT do pojazdu bez, daje dobre wrażenia.
Gdy wciśniesz pedał gazu w samochodzie z bezstopniową skrzynią biegów, natychmiast zauważysz różnicę. Silnik zwiększa obroty w kierunku obrotów, przy których wytwarza największą moc, a następnie pozostaje tam. Ale samochód nie reaguje natychmiast. Chwilę później włącza się skrzynia biegów, przyspieszając samochód powoli, stabilnie i bez żadnych zmian. Teoretycznie samochód z przekładnią CVT powinien osiągać prędkość 60 mil na godzinę (100 km / h) 25 procent szybciej niż ten sam samochód z tym samym silnikiem i manualną skrzynią biegów [ref]. Dzieje się tak, ponieważ przekładnia CVT przekształca każdy punkt na krzywej pracy silnika w odpowiadający mu punkt na własnej krzywej pracy.
Jeśli spojrzysz na krzywą mocy wyjściowej samochodu bez CVT, zobaczysz, że to prawda. Zauważ, że obrotomierz w tej sytuacji pokazuje obroty silnika w górę iw dół przy każdej zmianie biegu, co jest rejestrowane jako skok na krzywej mocy wyjściowej (i który kierowca odczuwa jako wstrząs).
CVT są równie wydajne na wzniesieniach. Nie ma „polowania na bieg”, ponieważ CVT przełącza się bezstopniowo w dół do przełożenia odpowiedniego dla warunków jazdy. Konwencjonalna automatyczna skrzynia biegów zmienia bieg do przodu i do tyłu, próbując znaleźć właściwy bieg, który jest znacznie mniej wydajny.
Przy wszystkich swoich zaletach CVT mają pewne wady. W Stanach Zjednoczonych wciąż próbują rozwiązać problem wizerunkowy. Na przykład Subaru Justy był znany jako pozbawiony wnętrzności mikro-samochód. Tradycyjnie przekładnie CVT z napędem pasowym były ograniczone pod względem wartości momentu obrotowego, które mogły wytrzymać, oraz były większe i cięższe niż ich automatyczne i ręczne odpowiedniki. Postęp technologiczny sprawił, że CVT stały się królestwem ich konkurencji - CVT Nissana Murano może obsługiwać jego 3,5-litrowy silnik V6 o mocy 245 koni mechanicznych - ale pierwsze wrażenia są trudne do przezwyciężenia.
Aby uzyskać więcej informacji na temat przekładni bezstopniowych i powiązanych tematów, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.
Powiązane artykuły
- Jak działają automatyczne skrzynie biegów
- Jak działa Gears
- Jak działają przełożenia
- Jak działają manualne skrzynie biegów
- Jak działają przemienniki momentu obrotowego
Więcej świetnych linków
- InsightCentral.net: Przekładnia CVT
- Automotive Engineering International Online: Audi przenosi CVT od XV do XXI wieku
- Edmunds.com: CVT wchodzi do głównego nurtu
- MSN Autos: Inżynieria nowych skrzyń biegów
- Nissan USA: Xtronic CVT
Źródła
- Brzoza, Stuart. 2000. Audi przenosi CVT z XV do XXI wieku. Automotive Engineering International Online. styczeń.
- Carney, Dan. 2002. Starcie małych SUV-ów. Popularna nauka. 18 lutego.
- Słowniczek Cars.com. Bezstopniowa przekładnia (CVT).
- CVT: przekładnia bezstopniowa.
- Encyclopedia Britannica 2005, s.v. "automatyczna skrzynia." CD-ROM, 2005.
- Gizmology.net. Uwagi dotyczące przekładni bezstopniowych.
- Job, Ann. Projektowanie nowych przekładni. MSN Autos. Dostęp 20 marca 2005.
- InsightCentral.net. Przekładnia CVT.
- Kluger, Michael A. 2000. Przygotowanie do CVT. Technologia dzisiaj. Wydanie letnie.
- Lienert, Dan. 2003. Fajnie. Gdzie mogę takie dostać? Popularna nauka. 16 stycznia.
- Lienert, Dan. 2003. Moc na chodniku. Popularna nauka. 13 sierpnia.
- Memmer, Scott. CVT wchodzi do głównego nurtu. Edmunds.com. Dostęp 20 marca 2005.
- Nissan USA. Xtronic CVT.