Joseph Norman
0 
4571
1307
-
Sändningsbildgalleri
Foto med tillstånd av Nissan GlobalNissan HR15DE-motor med Xtronic CVT. Se fler överföringsbilder.
Vissa säger att du inte kan lära en gammal hund nya knep. Men den kontinuerliga variabla transmissionen (CVT), som Leonardo da Vinci föreställde för mer än 500 år sedan och nu ersätter planetväxellådor i vissa bilar, är en gammal hund som definitivt har lärt sig några nya knep. Redan sedan det första toroidala CVT-patentet lämnades in 1886 har tekniken förfinats och förbättrats. Idag utformar flera biltillverkare, inklusive General Motors, Audi, Honda och Nissan, sina drivspår runt CVT: er.
I den här artikeln ska vi undersöka hur en CVT fungerar i en typisk bakhjulsdriven bil och besvara flera frågor på vägen:
- Hur jämförs en CVT med en konventionell, automatisk automatväxellåda?
- Vilka delar har den och hur fungerar dessa delar?
- Vilka fördelar erbjuder CVT: er jämfört med konventionella automatiska växellådor? Hur är det med nackdelar??
- Hur är körupplevelsen i en bil med en CVT?
- Vilken typ av märken och modeller innehåller CVT: er?
- Finns det andra applikationer för CVT: er än bilar?
Först ska vi titta på hur en CVT jämförs med en traditionell automatisk växellåda.
-| Inga fler växlar En tidslinje för CVT-innovation
|
-Om du har läst om strukturen och funktionen för automatväxlar i Hur automatiska växellådor fungerar, vet du att växellådans uppgift är att ändra hastighetsförhållandet mellan motor och hjul på en bil. Med andra ord, utan växellåda skulle bilar bara ha en växel - växeln som skulle göra det möjligt för bilen att köra med önskad topphastighet. Föreställ dig ett ögonblick att köra en bil som bara hade första växeln eller en bil som bara hade tredje växeln. Den tidigare bilen skulle accelerera väl från ett fullständigt stopp och skulle kunna klättra upp en brant kulle, men dess topphastighet skulle begränsas till bara några mil i timmen. Den senare bilen, å andra sidan, skulle flyga 80 km / h längs motorvägen, men den skulle ha nästan ingen acceleration när man startade och skulle inte kunna klättra i kullarna.
Så växellådan använder en rad växlar - från låg till hög - för att effektivare använda motorns vridmoment när körförhållandena förändras. Kugghjulen kan kopplas in manuellt eller automatiskt.
 Foto med tillstånd av DaimlerChrysler Mercedes-Benz CLK automatisk växellåda. |
I en traditionell automatisk växellåda är kugghjulen bokstavligen kugghjul - låsande, tandade hjul som hjälper till att överföra och ändra roterande rörelse och vridmoment. En kombination av planetväxlar skapar alla de olika växelförhållandena som växellådan kan producera, vanligtvis fyra framväxlar och en backväxel. När denna typ av växellåda går igenom kugghjulet kan föraren känna stötar när varje växel är inkopplad.
CVT Basics
Till skillnad från traditionella automatväxellådor, har växelriktiga växellådor inte en växellåda med ett visst antal kugghjul, vilket innebär att de inte har låst tandade hjul. Den vanligaste typen av CVT fungerar på ett genialt remskiva som tillåter en oändlig variation mellan högsta och lägsta kugghjul utan diskreta steg eller skift.
 Foto med tillstånd Ford Motor Company Ford Freestyle Duratec-motor med CVT |
Om du undrar varför ordet "redskap" fortfarande visas i förklaringen till en CVT, kom ihåg att ett redskap i stort sett hänvisar till en förhållande motorvarvtalets hastighet till drivaxelns varvtal. Även om CVT: er ändrar detta förhållande utan att använda en uppsättning planetväxlar, beskrivs de fortfarande som att de har låga och höga "växlar" för konventionens skull.
Därefter tittar vi på de olika typerna av CVT: remskyltbaserat, toroidalt och hydrostatiskt.
 Foto med tillstånd av Nissan Global Remskiva-baserad CVT |
- Ett kraftfullt metall- eller gummibälte
- En "drivande" remskiva med variabel ingång
- En "driven" remskiva
 |
Remskivorna med variabel diameter är hjärtat i en CVT. Varje remskiva är tillverkad av två 20-graders kottar som vetter mot varandra. Ett bälte rider i spåret mellan de två kottarna. Kilremmar är föredragna om bältet är tillverkat av gummi. V-bälten får sitt namn från det faktum att bälten har ett V-format tvärsnitt, vilket ökar bältes friktionsgrepp.
När remskivans två kottar är långt ifrån varandra (när diametern ökar), rider bältet lägre i spåret, och radien för remslingan som går runt remskivan blir mindre. När kottarna är nära varandra (när diametern minskar), rider bältet högre i spåret, och radien för bältesslingan som går runt remskivan blir större. CVT: er kan använda hydraultryck, centrifugalkraft eller fjäderspänning för att skapa den kraft som krävs för att justera remskivorna.
Remskivor med variabel diameter måste alltid komma i par. En av remskivorna, känd som drivrulle (eller drivremskiva), är ansluten till motorens vevaxel. Den drivande remskivan kallas också ingångsskiva eftersom det är där energin från motorn kommer in i växellådan. Den andra remskivan kallas driven remskiva eftersom den första remskivan vrider den. Som en utgående remskiva, den drivna remskivan överför energi till drivaxeln.
 Avståndet mellan remskivans centrum till vilket bältet tar kontakt i spåret kallas tonhöjdsradie. När remskivorna är långt ifrån varandra rider bältet lägre och tonhöjdsradie minskar. När remskivorna är nära varandra rider bältet högre och stigningsradie ökar. Förhållandet mellan tonhöjdsradie på drivremskivan och tonhöjdsradie på den drivna remskivan bestämmer växeln. |
När en remskiva ökar sin radie, minskar den andra radien för att hålla bältet tätt. När de två remskivorna ändrar radier relativt varandra skapar de ett oändligt antal växellägen - från låg till hög och allt däremellan. Till exempel, när tonhöjdsradie är liten på drivhjulet och stor på den drivna remskivan, minskar rotationshastigheten för den drivna remskivan vilket resulterar i en lägre "växel." När tonhöjdsradie är stor på drivhjulet och liten på den drivna remskivan ökar rotationshastigheten för den drivna remskivan vilket resulterar i en högre "växel." Således, i teorin, har en CVT ett oändligt antal "kugghjul" som den kan gå igenom när som helst, vid valfri motor eller fordonshastighet.
CVT: s enkelhet och steglösa karaktär gör dem till en idealisk transmission för olika maskiner och enheter, inte bara bilar. CVT har använts i flera år i elverktyg och borrpressar. De har också använts i en mängd olika fordon, inklusive traktorer, snöskotrar och motorscooter. I alla dessa applikationer har transmissionerna förlitat sig på gummibälten med hög täthet, som kan glida och sträcka och därmed minska deras effektivitet.
Införandet av nya material gör CVT: er ännu mer pålitliga och effektiva. Ett av de viktigaste framstegen har varit design och utveckling av metallbälten för att ansluta remskivorna. Dessa flexibla bälten består av flera (vanligtvis nio eller 12) tunna stålband som håller ihop högstyrka, rosettformade metallstycken.
 Metallbältesdesign |
Metallbälten glider inte och är mycket hållbar, vilket gör det möjligt för CVT: er att hantera mer motorns vridmoment. De är också tystare än gummibältesdrivna CVT: er.
En annan version av CVT - det toroidala CVT-systemet - ersätter remmar och remskivor med skivor och kraftvalsar.
 Foto med tillstånd av Nissan Global Nissan Extroid toroidal CVT |
Även om ett sådant system verkar drastiskt annorlunda är alla komponenter analoga med ett rem-och-remskivsystem och leder till samma resultat - en kontinuerligt variabel transmission. Så här fungerar det:
- En skiva ansluts till motorn. Detta motsvarar drivremskivan.
- En annan skiva ansluts till drivaxeln. Detta motsvarar den drivna remskivan.
- Rullar eller hjul som är placerade mellan skivorna fungerar som bältet och överför kraft från en skiva till en annan.
 |
Hjulen kan rotera längs två axlar. De snurrar runt den horisontella axeln och lutar in eller ut runt den vertikala axeln, vilket gör att hjulen kan röra skivorna i olika områden. När hjulen är i kontakt med drivskivan nära mitten måste de komma i kontakt med den drivna skivan nära kanten, vilket resulterar i en minskning av hastigheten och en ökning av vridmomentet (dvs. låg växel). När hjulen berör drivskivan nära kanten, måste de kontakta den drivna skivan nära mitten, vilket resulterar i en ökning av hastigheten och en minskning av vridmomentet (dvs. överdrivutrustningen). En enkel lutning av hjulen ändrar sedan stegvis växlingsförhållandet, vilket ger smidiga, nästan omedelbara förändringsförhållanden.
Både remskiva-och-bälte CVT och toroidal CVT är exempel på friktions CVT, som fungerar genom att variera radie för kontaktpunkten mellan två roterande föremål. Det finns en annan typ av CVT, känd som en hydrostatisk CVT, som använder pumpar med variabel förskjutning för att variera fluidflödet i hydrostatiska motorer. I denna typ av växellåda driver motorns rotationsrörelse en hydrostatisk pump på drivsidan. Pumpen omvandlar rotationsrörelse till fluidflöde. Sedan, med en hydrostatisk motor placerad på den drivna sidan, omvandlas fluidflödet tillbaka till rotationsrörelse.
 |
Ofta kombineras en hydrostatisk transmission med en planetväxel och kopplingar att skapa ett hybridsystem som kallas a hydromekanisk transmission. Hydromekaniska transmissioner överför kraft från motorn till hjulen i tre olika lägen. Vid låg hastighet överförs kraften hydrauliskt och vid hög hastighet överförs kraften mekaniskt. Mellan dessa ytterpunkter använder transmissionen både hydrauliska och mekaniska medel för att överföra kraft. Hydromekaniska växellådor är idealiska för tunga applikationer, varför de är vanliga i jordbrukstraktorer och terrängfordon.
CVT-fördelar
Kontinuerligt variabla överföringar blir mer populära av goda skäl. De har flera fördelar som gör dem tilltalande både förare och miljöaktivister. Tabellen nedan beskriver några av nyckelfunktionerna och fördelarna med CVT: er.
| Fördelar med CVT: er | |
| Funktion | Fördel |
| Konstant, steglös acceleration från ett komplett stopp till kryssningsfart | Eliminerar "skiftchock" - gör det en smidigare åktur |
| Fungerar för att hålla bilen i sitt optimala effektområde oavsett hur snabbt bilen reser | Förbättrad bränsleeffektivitet |
| Svarar bättre på förändrade förhållanden, till exempel förändringar i gas och hastighet | Eliminerar redskapsjakt när en bil bromsar upp, särskilt när man går uppför en kulle |
| Mindre effektförlust i en CVT än en typisk automatisk växellåda | Bättre acceleration |
| Bättre kontroll av bensinmotorns hastighetsområde | Bättre kontroll över utsläpp |
| Kan ha automatiserade versioner av mekaniska kopplingar | Byt in ineffektiva omvandlare för fluidmoment |
I nästa avsnitt tittar vi på hur det är att köra en CVT-baserad bil.
Bilar med CVT har varit vanliga i Europa i flera år. Men det har tagit ett tag för tekniken att få fotfäste i USA. Den första produktionsbilen som erbjöd en CVT i USA var Subaru Justy.
 Foto med tillstånd Subaru Frankrike Subaru Justy |
Justy såldes mellan 1989 och 1993 och lockade aldrig uppmärksamheten från amerikanska förare. Så vad är annorlunda med nyare CVT-baserade bilar - bilar som Saturn Vue, Audi A4 och A6, Nissan Murano och Honda Insight? Det bästa sättet att besvara den frågan är att ta en av dessa bilar för en "provkörning." Animeringen nedan, som jämför accelerationen av en bil med en CVT till en utan, ger dig en god känsla för upplevelsen.
När du kliver på gaspedalen i en bil med en kontinuerlig variabel växellåda märker du skillnaden omedelbart. Motorn går upp mot de rpms som den producerar mest kraft och sedan stannar den där. Men bilen reagerar inte direkt. Sedan, ett ögonblick senare, sparkar växlingen in och accelererar bilen långsamt, stadigt och utan några skift. I teorin borde en bil med en CVT nå 60 km / h (100 km / h) 25 procent snabbare än samma bil med samma motor och manuell växellåda [ref]. Det beror på att CVT konverterar varje punkt på motorns driftkurva till en motsvarande punkt på sin egen driftkurva.
Om du tittar på effektutgångskurvan för bilen utan CVT kan du se att det är sant. Lägg märke till att varvräknaren i denna situation visar att motorn svänger upp och ner med varje växel, som spelas in som en spik i kraftuttagskurvan (och som föraren känner som en jock).
CVT: er är lika effektiva på kullarna. Det finns ingen "redskapsjakt", eftersom CVT går steglöst ner till ett växelförhållande som är lämpligt för körförhållandena. En konventionell automatväxling växlar fram och tillbaka och försöker hitta rätt växel, vilket är mycket mindre effektivt.
Med alla sina fördelar har CVT: er vissa brister. I USA försöker de fortfarande att övervinna ett bildproblem. Subaru Justy, till exempel, var känd som en tarmfri mikrobil. Traditionellt sett var banddrivna CVT: er begränsade i mängden vridmoment de kunde hantera och var större och tyngre än deras automatiska och manuella motsvarigheter. Teknologiska framsteg har satt CVT: er i konkurrensområdet - Nissan Muranos CVT kan hantera sin 3,5-liters, 245 hästkrafter V6-motor - men första intryck är svåra att övervinna.
För mer information om kontinuerligt variabla överföringar och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Relaterade artiklar
- Hur automatiska växellådor fungerar
- Hur Gears fungerar
- Hur Gear Ratios fungerar
- Hur manuella överföringar fungerar
- Hur momentomvandlare fungerar
Fler bra länkar
- InsightCentral.net: CVT-överföring
- Automotive Engineering International Online: Audi tar CVT från 1300-talet till 2000-talet
- Edmunds.com: CVT går in i mainstream
- MSN Autos: Engineering New Transmissions
- Nissan USA: Xtronic CVT
källor
- Björk, Stuart. 2000. Audi tar CVT från 1300-talet till 2000-talet. Automotive Engineering International Online. januari.
- Carney, Dan. 2002. Små SUV: er vända mot. Populär vetenskap. 18 februari.
- Cars.com Ordlista. Kontinuerligt variabel transmission (CVT).
- CVT: Kontinuerligt variabel transmission.
- Encyclopedia Britannica 2005, s.v. "automatisk överföring." CD-ROM, 2005.
- Gizmology.net. Anmärkningar om kontinuerligt varierande sändningar.
- Job, Ann. Konstruera nya överföringar. MSN Autos. Öppnade 20 mars 2005.
- InsightCentral.net. CVT-överföring.
- Kluger, Michael A. 2000. Satsar på CVT. Teknik idag. Sommarutgåva.
- Lienert, Dan. 2003. Cool. Var kan jag få en? Populär vetenskap. 16 januari.
- Lienert, Dan. 2003. Sätta kraft på trottoaren. Populär vetenskap. 13 augusti.
- Memmer, Scott. CVT kommer in i mainstream. Edmunds.com. Öppnade 20 mars 2005.
- Nissan USA. Xtronic CVT.