Τα πάντα για τα κιβώτια CVT

18

Θεωρητικά αποτελούν μία από τις αποδοτικότες λύσεις μετάδοσης. Πρακτικά τα κιβώτια τύπου CVT φαίνεται πως δεν θα γνωρίσουν ποτέ την αναγνώριση που τους αξίζει μιας και η εποχή των ηλεκτροκίνητων πλησιάζει. Αυτό, βέβαια, δεν μας εμποδίζει από το να αναλύσουμε μία απλή και έξυπνη λύση που ίσως έπρεπε να είχε προωθηθεί πολύ νωρίτερα…

To Nissan Primera 2ης γενιάς με το κιβώτιο Hypertronic ήταν από τα πρώτα σύγχρονα μοντέλα με CVT που κυκλοφόρησαν το 2000 στην Ελλάδα

Τα κιβώτια CVT (Continuously Variable Transmission) σήμερα χρησιμοποιούνται σε διάφορα μοντέλα, από το υβριδικό Honda Insight μέχρι το Mitsubishi Outlander και το Toyota RAV4. Παρόλο όμως που η ιδέα της επίτευξης άπειρων και συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων υπάρχει από τις αρχές του περασμένου αιώνα, διάφοροι πρακτικοί λόγοι δεν επέτρεπαν μέχρι πρόσφατα την υλοποίηση της θεωρίας. Πριν από δύο σχεδόν δεκαετίες -στις αρχές του ΄80- τα κιβώτια ταχυτήτων τύπου CVT αν και υιοθετήθηκαν από αρκετούς κατασκευαστές αυτοκινήτων δεν μπόρεσαν να επικρατήσουν, διότι οι ιμάντες που χρησιμοποιούνταν δεν αποδείχθηκαν αρκετά ανθεκτικοί ώστε να μεταφέρουν το μέγεθος της ροπής, ιδίως σε κινητήρες μεγάλου κυβισμού.

Με αρωγό τη ραγδαία εξέλιξη της ηλεκτρονικής, διάφορες εταιρείες εξόπλισαν στις αρχές του ΄90 αρκετά μοντέλα τους με κιβώτια CVT. Μερικά μόνο από αυτά ήταν τα Ford Fiesta, Fiat Uno 60, Lancia Y και Subaru Justy, με κοινό χαρακτηριστικό τους τη σχετικά μικρή χωρητικότητα του κινητήρα τους -κάτω από τα 1.300κ.εκ. Εντούτοις, με τη σταδιακή βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του ιμάντα, η Honda παρουσίασε το 1996 το Multimatic CVT σε συνδυασμό με κινητήρες των 1.600κ.εκ. Το 1998 η Nissan με το Extroid προχώρησε ένα βήμα μακρύτερα συνδυάζοντας CVT με μηχανικά σύνολα από δύο έως και τρία λίτρα. Από τα πιο πετυχημένα παραδείγματα με κιβώτια CVT είναι αυτό του Multitronic της Audi το οποίο συνδυάζεται ακόμα και με κινητήρες τριών λίτρων ενώ σε μοντέλα μικρότερου κυβισμού το συναντάμε ακόμη και σε οικογενειακά όπως το νέο Toyota Avensis. Απορίας άξιο είναι η εγκατάλειψη του CVT από την Honda όπου ταίριαζε γάντι στο προηγούμενο Jazz. Παρά ταύτα, η τεχνολογία CVT εφαρμόζεται σήμερα σε περισσότερα από δύο εκατομμύρια οχήματα σε παγκόσμια κλίμακα. Το μεγαλύτερο ποσοστό αναλογεί στην ιαπωνική αγορά, ενώ ένα το ποσοστό αυτό είναι μικρότερο στην ευρωπαϊκή και διαρκώς αυξανόμενο στις ΗΠΑ.

Η αρχή λειτουργίας των CVT

photo-media-en-18103_hd_ren2008cvt_a5ea40d4Η αρχή λειτουργίας των κιβωτίων συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων μετάδοσης είναι θεωρητικά απλή τόσο στην κατανόηση όσο και στην κατασκευή. Η επικρατέστερη μορφή CVT αποτελείται από ένα χαλύβδινο ιμάντα που συνδέει δύο τροχαλίες μεταβαλλόμενης διαμέτρου. Οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν ένα χαλύβδινο ιμάντα fig21τραπεζοειδούς σχήματος, πατέντα της ολλανδικής εταιρείας Van Doorne. Η μια τροχαλία είναι συνδεδεμένη με την έξοδο ισχύος του κινητήρα και η άλλη με τον άξονα μετάδοσης της κίνησης. H κάθε τροχαλία αποτελείται από δύο δίσκους που αποκλίνουν ή συγκλίνουν με τη βοήθεια ενός υδραυλικού μηχανισμού, αυξομειώνοντας το πλάτος έδρασης του ιμάντα σε σχήμα V. Έτσι, μεταβάλλεται η ακτίνα περιστροφής και κατ΄επέκταση η σχέση μετάδοσης, η οποία ισούται με το λόγο των δύο διαμέτρων. Το αποτέλεσμα είναι το αυτοκίνητο να αυξάνει ταχύτητα, ενώ οι στροφές του κινητήρα διατηρούνται σταθερές -συνήθως κοντά στη μέγιστη απόδοση- σε αντίθεση με τα συμβατικά κιβώτια όπου πρέπει να αλλάζουμε συνεχώς σχέσεις ώστε ο κινητήρας να φτάσει σε ιδανικούς ρυθμούς περιστροφής.

Όσο απλός και αν φαντάζει ο τρόπος λειτουργίας του συγκεκριμένου συστήματος, το μεγαλύτερο πρόβλημα αφορά στην αντοχή του ιμάντα σε αντίθεση με τα μασίφ γρανάζια. Η ανάπτυξη υψηλών επιφανειακών τάσεων κατά τη μεταβολή της διαμέτρου των τροχαλιών απαιτεί έναν ιμάντα με ιδιαίτερα αυξημένες μηχανικές ιδιότητες καθώς αυτός καλείται να μεταφέρει σχεδόν όλη την ισχύ του κινητήρα. Σημειώστε μία λεπτομέρεια: την μετάδοση της ισχύος προς το κιβώτιο CVT αναλαμβάνει ένας κλασικός συμπλέκτης ή ένας υδροδυναμικός ή ένας μετατροπέας ροπής.

Audi Mutlitronic

Το Multitronic της Audi διαφοροποιείται από τα προηγούμενα συστήματα CVT σε δύο κυρίως σημεία. Κατ΄ αρχάς, για τη μεταφορά και μεταβολή της ροπής χρησιμοποιείται ιμάντας ο οποίος έχει πολύ μεγαλύτερη αντοχή από αυτούς των προηγούμενων CVT. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα είναι η υψηλή αντοχή του ιμάντα καθώς audi_multitronic_02 αποτελείται από 1.025 χαλύβδινα πλακίδια που τα συνδέουν 75 ζευγάρια μικρών πείρων. Το πλάτος τoυ ιμάντα φτάνει τα 3,8 εκατοστά, καθώς απαρτίζεται από 13 με 14 συνδέσμους, ενώ έχει την ίδια ευκαμψία με των υπόλοιπων CVT, παρουσιάζοντας όμως υψηλά όρια αντοχής τα οποία ξεπερνούν τα 700Nm. Σύμφωνα με τον κατασκευαστή, σημαντικό πλεονέκτημα αποτελεί και το σχετικά μικρό πλάτος της αλυσίδας, το οποίο επιτρέπει ευρύ πεδίο μεταβολής των σχέσεων, από 12,7:1 έως και 2,1:1. Η επίτευξη τόσο μικρής σχέσης μετάδοσης επιτρέπει την επιτάχυνση από στάση χωρίς να είναι αναγκαία η χρήση μετατροπέα ροπής, μειώνοντας ακόμα περισσότερο την κατανάλωση. Η δεύτερη καινοτομία αφορά σε έναν αισθητήρα ροπής ο οποίος αντιλαμβάνεται το τέντωμα του ιμάντα μειώνοντας το βαθμό καταπόνησής του.

Τα προηγούμενα συστήματα λόγω της συνεχούς μεταβολής της θέσης του ιμάντα είχαν την ιδιότητα να αυξάνουν την τάση του, θέλοντας να μειώσουν τις ανοχές επαφής και κατά συνέπεια την ολίσθησή του. Με την υπερένταση όμως επιβαρυνόταν ο κινητήρας, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της κατανάλωσης και την πρόωρη φθορά του ιμάντα. Επίσης, η ηλεκτρονική διαχείριση είναι εξυπνότερη, αφού σχεδόν εξαλείφει το φαινόμενο της ολίσθησης που παρουσιαζόταν στα συμβατικά CVT, διασταυρώνοντας μέσω αισθητήρων τις στροφές του κινητήρα με την ταχύτητα με την οποία κινείται το αυτοκίνητο. Μία από τις τελευταίες εφαρμογές του Multitronic είναι στο Audi A5 Cabriolet.

Nissan Extroid

cvt_extroid_01Το Extroid της Nissan έχει την ικανότητα μεταφοράς πολύ μεγάλων μεγεθών ροπής, καθώς ο ιμάντας και οι τροχαλίες από τα οποία αποτελούνται τα “συμβατικά” CVT έχουν αντικατασταθεί από ένα πλανητικό σύστημα. Το σύστημα αυτό αποτελείται από κύλιστρα, τα οποία παρεμβάλλονται ανάμεσα στον εσωτερικό δίσκο που μεταφέρει την ισχύ από τον στροφαλοφόρο και στον εξωτερικό δίσκο που συνδέεται με τον άξονα μετάδοσης. Μεταβάλλοντας ηλεκτροϋδραυλικά τη γωνία επαφής των κυλινδρίσκων, μεταβάλλεται συγχρόνως και η σχέση μετάδοσης. Ωστόσο, η επαφή δεν είναι άμεση δεδομένου ότι παρεμβάλλεται ένα ειδικό λιπαντικό το οποίο “ρυθμίζει” τη γωνία και παράλληλα μειώνει το μέγεθος της τριβής και τη φθορά των υλικών. Το ειδικό λιπαντικό αποτελείται από σφηνοειδούς μορφής κόκκους, οι οποίοι έχουν την ιδιότητα να “κλειδώνονται” ανάμεσα στις δύο επιφάνειες. Η πίεση που ασκείται στα σημεία επαφής σε κανονικές συνθήκες φόρτισης προσδιορίζεται σε περίπου τρεις τόνους με όριο αντοχής τους δέκα τόνους.cvt_extroid_02Το εύρος μεταβολής είναι 4,4:1 αποτελώντας το μεγαλύτερο μειονέκτημα του Extroid, αφού το συγκεκριμένο εύρος είναι περιορισμένο, ενώ παράλληλα οι επιδόσεις που δίνει ο κατασκευαστής κυμαίνονται σχεδόν στα ίδια επίπεδα με αυτά των αυτόματων κιβωτίων, με εξαίρεση τη μειωμένη κατά 10% κατανάλωση. Το Extroid εφαρμόστηκε για πρώτη φορά το 1999 στην ιαπωνική αγορά στα πισωκίνητα Cebric/Gloria, τα οποία εξοπλίζονται με υπερτροφοδοτούμενο V6 κινητήρα χωρητικότητας 3000κ.εκ., απόδοσης 280 ίππους και 388Νm ροπής. Ένα παρόμοιο σύστημα έχει αναπτύξει και η Mazda, με την κωδική ονομασία Toroidal.

Torotrak IVT: Η εξέλιξη του…CVT!

Τα τεκταινόμενα υποδεικνύουν ότι στο κοντινό μέλλον το αριστερό πεντάλ του συμπλέκτη αμπραγιάζ και ο παραδοσιακός επιλογέας ταχυτήτων μάλλον αποτελούν… είδη υπό εξαφάνιση! Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι το 88% των αυτοκινήτων που πωλήθηκαν για το 2000 στην Νότια Αμερική και την Ιαπωνία εξοπλίζονται με αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων παρά το γεγονός ότι η πλειοψηφία των οχημάτων που κυκλοφορούν στην γηραιά ήπειρο χρησιμοποιούν «συμβατικό» μηχανικό κιβώτιο. Ωστόσο, την τελευταία κυρίως δεκαετία δεν είναι λίγοι οι κατασκευαστές αυτοκινήτων οι οποίοι μελετούν την υιοθέτηση αυτόματων κιβώτιων συνεχώς μεταβαλλόμενων σχέσεων -τα γνωστά εν συντομογραφίας CVT- τα οποία χαρακτηρίζονται από το μικρότερο κόστος κατασκευής αποτελώντας άμεση απειλή για τα «γραναζωτά» αυτόματα κιβώτια. .

Η αγγλική εταιρία Torotrak (δείτε και στην κατηγορία “Νέα και άλλα” την σχέση της με την F1 και το KERS) μετά από πολυετή μελέτη και εξέλιξη, κατασκεύασε ένα κιβώτιο άπειρων μεταβαλλόμενων σχέσεων IVT (Infinitely Variable transmission) το οποίο ουσιαστικά αποτελεί παραλλαγή των κιβωτίων CVT. Σύμφωνα με την εταιρία η εφαρμογή ενός κιβωτίου Torotrak IVT σε ένα όχημα μειώνει την κατανάλωση περισσότερο από 17% σε σχέση με τα μηχανικά κιβώτια αν και χαρακτηρίζεται ως ένα ιδιαίτερα πολύπλοκο λειτουργικά παρά κατασκευαστικά σύστημα. Για το Torotrak έχει εκφράσει το ενδιαφέρον εδώ και αρκετό καιρό η GM και συγκεκριμένα η Ford. Μάλιστα μεταξύ της αγγλικής εταιρίας και της Toyota είχε συμφωνηθεί συνεργασία την οποία η τελευταία και αναίρεσε πρόσφατα ισχυριζόμενη ότι το κιβώτιο IVT εμφάνιζε κραδασμούς. Παρολαυτά η Torotrak έχει ήδη γνωστοποιήσει ότι βρίσκεται σε επαφή με οκτώ μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες, οι οποίες προς το παρόν διατηρούν την ανωνυμία τους.

low_regimeΌπως φαίνεται στο σχήμα, το Torotrak IVT απαρτίζεται από δυο βασικά παράλληλες ατράκτους εκ των οποίων η μια είναι συνδεμένη με επικυκλικό γρανάζι μετάδοσης το οποίο αποτελείται από ένα σύμπλεγμα μικρότερων γραναζιών. Η συγκεκριμένη μηχανική συναρμογή έχει την ιδιότητα να «κλειδώνει» ανάλογα με το μέγεθος της ροπής και να μεταβάλλει την έξοδο ισχύος. Στην πραγματικότητα η παραπάνω διάταξη λαμβάνει τον ρόλο της σύμπλεξης και αποσύμπλεξης αντικαθιστώντας τον κλασικό μετατροπέα ροπής που έχουν τα κλασικά αυτόματα κιβώτια. Η κίνηση στο πλανητικό σύστημα μεταδίδεται από δύο μεγάλα γρανάζια τα οποία γεφυρώνουν τους δυο άξονες  μέσο ενός συμπλέκτη χαμηλών στροφών ενώ μια μεγάλη καδένα μεταδίδει την κίνηση στον ήλιο του επικυκλικού γραναζιού. Στον άλλο άξονα έχει τοποθετηθεί το σύστημα το οποίο ουσιαστικά μεταβάλλει συνεχώς την μετάδοση της κίνησης καθώς αποτελείται από δύο ζεύγη κυλίστρων, των οποίων η αρχή λειτουργίας παραπέμπει σε αυτή του Extroid της Nissan. Tα κύλιστρα είναι τοποθετημένα ανάμεσα σε δύο δίσκους. Ο εσωτερικός δίσκος μεταφέρει την ισχύ από τον στροφαλοφόρο και ο εξωτερικός δίσκος την μεταφέρει στον άξονα μετάδοσης. Μεταβάλλοντας ηλεκτροϋδραυλικά την γωνία επαφής των κυλινδρίσκων μέσο υδραυλικών εμβόλων μεταβάλλεται συγχρόνως και η σχέση μετάδοσης. Για παράδειγμα, σε φάση μικρής σχέσης, το ένα άκρο των κυλίστρων εφάπτεται με την κάτω κοιλότητα του εσωτερικού δίσκου ενώ το άλλο εφάπτεται με την άνω κοιλότητα του εξωτερικού με αποτέλεσμα ο εξωτερικός δίσκος να περιστρέφεται πολύ πιο αργά από τον εσωτερικό. Ωστόσο η επαφή δεν είναι άμεση αφού παρεμβάλλεται ένα ειδικό λιπαντικό ρυθμίζοντας την γωνία και παράλληλα μειώνοντας την τριβή και την φθορά των υλικών.

 

Ετικέτες

Nίκος Ι. Mαρινόπουλος

Πρόκειται για τον δημιουργό και συντονιστή του καρότου με τις περισσότερες τεχνολογικές βιταμίνες σε όλον τον κόσμο!

Σχόλια

  1. Χαιρετώ άπαντες καθώς πρόκειται για το πρώτο μου post σε αυτόν τον ιστότοπο. Συγχαρητήρια για την επιλογή της φόρμας του registration! Πολύ απλή και γρήγορη! Συγχαρητήρια και στην ανάπτυξη του παρόντος άρθρου! Καλή αισθητική, έγκυρη πληροφόρηση και λογική έκταση περιεχομένου.

  2. Γεια σας παιδιά!
    Πολύ ενδιαφέρον και διαφωτιστικό άρθρο.
    Μια ερώτηση θα ήθελα να κάνω αν ξέρει κάποιος να μου απαντήσει.

    Μήπως το CVT έκτος από το να βοηθάει στη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα, είναι και πιο μικρό σε όγκο, ή/και πιο ελαφρύ, σε σχέση με τα συμβατικά κιβώτια ταχυτήτων ;

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close