Převodovky CVT. Vývojové technologie Autorův praktický článek

Plynule měnitelná převodovka (CVT) je typ automatické převodovky, která zajišťuje plynulé změny převodového poměru bez tradičních pevných převodů. Hlavní rozdíl oproti převodovce CVT spočívá v tom, že používá dvě řemenice a řemen (nebo řetěz), což motoru umožňuje vždy pracovat v optimálním rozsahu otáček pro hospodárnost a výkon. Díky tomu auto s CVT zrychluje plynule a bez cukání.

<b>Ve kterých vozech je instalována CVT?</b>

CVT jsou instalovány na mnoha moderních autech, zejména na kompaktních a středně velkých modelech. Tyto převodovky se často vyskytují v automobilech japonských výrobců, jako jsou Nissan, Honda, Toyota, a také v modelech evropských značek včetně Audi a Volvo. Převodovka CVT je oblíbená zejména u hybridních vozidel díky své plynulosti a účinnosti.

<b>Jaké převodové stupně jsou na CVT?</b>

Navzdory absenci tradičních převodů má variátor režimy, které poskytují různé typy provozu převodovky:
P (parkování) – uzamkne vůz na místě;
R (Reverse) – pro pohyb vzad;
N (Neutrál) – deaktivuje přenos točivého momentu na kola;
D (Movement) – hlavní režim pro pohyb vpřed;
L (Low gear) – používá se pro jízdu nízkou rychlostí, při prudkém stoupání nebo klesání.

<b>Jaký je správný způsob, jak stát na semaforu s CVT?</b>

Na semaforu není nutné řadit převodovku na neutrál ani parkovat, jako u manuální převodovky. Doporučuje se nechat vozidlo v režimu „D“ se sešlápnutým brzdovým pedálem. To snižuje opotřebení převodovky, protože neustálé řazení mezi D a N může zbytečně namáhat součásti převodovky.

<b>Jak správně řadit na CVT?</b>

Přepínání mezi režimy musí být provedeno při úplném zastavení vozidla. Pokud například potřebujete zařadit „R“ pro zpátečku, ujistěte se, že vozidlo zcela zastavilo v „D“. Přepnutí na neutrál nebo parkování se také doporučuje pouze při parkování.

<b>Co se vám nelíbí na převodovce CVT?</b>

Variátor vyžaduje pečlivou obsluhu, protože je citlivý na přetížení a nesprávnou manipulaci:
Ostré rozjezdy z místa nadměrně zatěžují řemen a kladky.
Časté stání v dopravních zácpách v režimu „N“ zvyšuje opotřebení.
Tažení těžkých nákladů přetíží systém.
Extrémní teploty – mohou ovlivnit výkon převodovky, zvláště pokud je olej příliš horký.

<b>Jak začít s CVT?</b>

Při rozjezdu s převodovkou CVT byste se měli pohybovat plynule, aniž byste prudce sešlápli plynový pedál. Vyhněte se náhlým rozjezdům z místa, protože to zvyšuje zatížení převodového řemene a řemenic. Optimálním přístupem je postupné sešlápnutí plynového pedálu, abyste dosáhli plynulého zrychlení a snížili riziko přetížení.

<b>Jak nezabít převodovku CVT?</b>

Pro dlouhou životnost CVT dodržujte jednoduchá provozní pravidla: Vyvarujte se agresivní jízdy – prudké rozjezdy a brzdění mají negativní vliv na převodovku.
Sledujte hladinu oleje – Pravidelné výměny oleje jsou pro vaši CVT zásadní, protože olej nejen maže díly, ale také je ochlazuje.
Zabraňte přehřátí převodovky – při jízdě v dopravní zácpě se vyhněte dlouhému stání v režimu „D“ s minimálním pohybem.

<b>Nezbytný olej pro variátor</b>

Pro CVT je nutné použít specializovaný olej, který se liší od běžného převodového oleje pro automatické převodovky. Olej CVT zajišťuje optimální chod převodovky, zabraňuje přehřívání a snižuje tření. Použití nesprávného oleje může způsobit vážné poškození a opotřebení řemene a řemenic.

Olej CVT můžete zakoupit v našem internetovém obchodě. Máme prémiové tekutiny z Francie a Belgie

<b>Druhy olejů pro variátory</b>

CVT oleje se dělí na:
Minerální oleje jsou cenově dostupnější variantou, ale vyžadují častou výměnu.
Syntetické oleje mají lepší vlastnosti, zajišťují stabilní provoz i ve ztížených podmínkách a při vysokých teplotách.
Polosyntetické oleje jsou přechodnou možností mezi minerálními a syntetickými oleji, vhodné pro vozy se standardními provozními podmínkami.

<b>Jak vybrat olej pro CVT?</b>

Výběr oleje pro převodovku CVT by měl vycházet z doporučení výrobce vozidla. Nejdůležitějšími vlastnostmi oleje jsou jeho viskozita a tepelná stabilita. Používejte oleje certifikované podle norem CVT (Continuously Variable Transmission) a ujistěte se, že dodržujete tolerance uvedené v návodu k obsluze vašeho vozidla.

<b>Proč se všichni bojí CVT?</b>

Mnoho řidičů si dává pozor na převodovky CVT kvůli jejich citlivosti na přetížení a častým poruchám při nesprávném používání. Převodovka CVT vyžaduje větší pozornost než automatická nebo manuální převodovka. Hlavní obavy se týkají drahých oprav, náročnosti údržby a omezení z hlediska sportovní nebo agresivní jízdy.

<b>Je možné s CVT jezdit vysokou rychlostí?</b>

Variátor umožňuje pohyb při vysokých rychlostech, ale je třeba se vyvarovat dlouhého pobytu při maximálních otáčkách motoru. Dlouhodobá jízda vysokou rychlostí bez zohlednění schopností motoru a převodovky může vést k přehřátí a rychlému opotřebení řemene. Pro udržení optimálního výkonu CVT při vysokých rychlostech je důležité sledovat teplotu oleje a stav řemene.

Od uvedení prvního CVT (nebo CVT 1) pro motory 2-2,5 litru v roce 1997 vývoj těchto typů převodovek pokračoval. Řada odrůd CVT 1 nebo Hyper CVT, Hyper CVT M6, která vycházela z modifikace RE0F06A – RE0F06V, byla nahrazena CVT2 nebo RE0F10A /11A. CVT 2 bylo označení dané výrobci druhé generaci vozidel střední třídy s pohonem předních kol.

Bylo sledováno několik cílů:
– zlepšená spotřeba paliva
– zlepšená dynamika zrychlení
– hubnutí
– zmenšení rozměrů

Podívejme se na tabulku 1, která uvádí obecné charakteristiky CVT 1 a CVT 2.

V první řadě je to patrné u řady Pully ratio – rozšířila se nabídka převodových poměrů.
Jinými slovy – od virtuálních 6 převodových stupňů CVT 1 po virtuálních 7. Čím větší je rozsah RATIO – čím nižší jsou otáčky při cestovní rychlosti, tím vyšší je spotřeba paliva, tím nižší je toxicita výfukových plynů a hladina hluku.

V manuálním režimu zbývá 6 rychlostních stupňů – ovšem na úkor rozšířeného rozsahu převodových poměrů. Hlavní vylepšení pro rozšíření pokrytí převodu se dotklo hnací řemenice – její vnitřní průměr pracovní plochy kužele u hřídele se zmenšil o 5 procent.

Podíváme-li se na CVT 2 podrobně, můžeme říci, že se nejedná o upravenou CVT 1, ale o kompletně přepracovanou převodovku, jelikož změny se dotkly naprosto všeho. Zůstává pouze princip přenosu.

Protože provoz převodovky CVT je založen na účinku tření, její fungování vede k velkému uvolňování tepla – a tedy ke ztrátám.

Vývojáři se rozhodli vážně snížit ztráty v CVT 2, a to:
— při výrobě kladek byly použity nové materiály, ocel vyšší pevnosti, což umožnilo zmenšit tloušťku stěn kladek. Kladky se staly lehčími a mají nižší moment setrvačnosti.
— výrazně se zlepšila čistota povrchu řemenice včetně vnitřních dutin, což umožnilo zmenšit mezery v pohyblivých spojích řemenice. K tomu se na pracovní plochu ve vakuové komoře nastříká tenká, vysoce odolná vrstva povlaku.
— byly vybrány nové třecí páry v těsnicích kroužcích a spojkách spolu se zvýšenou přesností lícování dílů. To vedlo k vytvoření jednopístové hnací řemenice.

Foto 1. Hnací řemenice CVT-1 je dvoupístová.

V RE0F06A měla hnací řemenice dvoupístovou konstrukci. Fotografie 1 ukazuje vnitřní píst a těsnicí kroužek. Vnější píst byl implementován do vnějšího bubnu řemenice. Vzhledem k nízké přesnosti povrchové úpravy docházelo k velkým ztrátám netěsností pístu. Musel jsem
zvýšit výkon čerpadla, přestože plocha dvou pístů byla větší a při stejném vnitřním tlaku na dvoupístovou řemenici byla kompresní síla segmentů řemenu vyšší ve srovnání s jednopístovou řemenicí.

— zcela změněna konstrukce olejového čerpadla (obr. 2) – stalo se lopatkovým a spolu s redukčním ventilem se přesunulo do jímky. To nám umožnilo zmenšit jeho rozměry a jeho umístění v zásobníku snížilo ztráty při čerpání, čímž se zvýšila jeho účinnost. Za tímto účelem je kanál redukčního ventilu kombinován s přijímacím kanálem.

Tato konstrukce snižuje hluk čerpadla a zvyšuje účinnost při vysokých otáčkách. Celková délka převodu je snížena. K pohonu čerpadla je použit samostatný řetěz. Foto.3

Foto 2. Čerpadlo CVT-1

Foto 3. Čerpadlo CVT-2

Obr. 2 Vlevo je čerpadlo CVT-1, vpravo CVT-2

Při provozu CVT jsou velké objemy pracovní kapaliny pumpovány do řemenice velmi rychle a musí také stejně rychle odtékat z dutin. Při častém zrychlování a brzdění dochází navíc k pumpovacím a kinetickým ztrátám. Vysoký výkon při nízkých rychlostech potřebný k rychlému naplnění řemenic není potřeba při vysokých rychlostech nebo za podmínek statické jízdy, kdy jsou objemy vyvážené. V důsledku toho vysokovýkonné čerpadlo prostě většinu času pracuje naprázdno, vytváří zbytečné ztráty a ohřívá pracovní kapalinu, ale nízkovýkonné čerpadlo nezajistí počáteční dynamiku nárůstu tlaku při nízkých otáčkách. Konstrukce čerpadla CVT 2 je zvolena pro optimální výkon.

Obr.3 Umístění a pohon čerpadla řetězem CVT-2

— ložiska byla nahrazena kuličkovými, protože jsou méně hlučná a minimalizují tření
— pro zlepšení funkce páru řemenice a řemenice a snížení hluku jsou ložiska hřídele od sebe vzdálená: jedno na řemenici, jedno ve skříni. (v Hyper CVT – obě ložiska byla na řemenici)

Foto 4. Umístění ložiska hřídele v tělese

— planetový převodový mechanismus pro jízdu vpřed a vzad byl snížen a celková délka převodu byla zkrácena pohybem čerpadla
— v dutině diferenciálu je instalován odlučovač oleje. Snižuje ztráty třením, zahřívání oleje a pěnění při vysokých rychlostech. Průřez separátoru je zvolen tak, aby s rostoucími otáčkami hladina oleje klesala v oblasti pracovní plochy diferenciálu, ale ne pod stanovené minimum.
— obecně přijatá opatření umožnila podle vývojářů snížit ztráty třením o 30 % ve srovnání s CVT 1.

OPTIMALIZACE TLAKU

Kvůli přechodu na jednopístovou hnací řemenici bylo nutné v ní zvýšit tlak a to vedlo ke zvýšení ztrát. Protože RE0F06A neměl žádné lineární řízení tlaku, což vedlo ke zbytečným kinetickým ztrátám, CVT 2 má nyní tuhou tlakovou zpětnou vazbu a tlak v řemenicích lze nyní nastavovat nezávisle. Za tímto účelem byl do kanálu sekundární řemenice přidán lineární solenoid, jehož tlak je řízen nezávisle na lineárním. Vysoce přesné elektronické snímače tlaku umožňují nezávislé sledování tlaku řemenic a snížení na požadované minimum bez rizika prokluzu řemene na řemenicích. Snížení tlaku vede ke snížení ztrát v CVT. Četné testy na stolici a na silnici založené na analýze různých jízdních podmínek umožnily snížit tlak na optimální hodnoty.

Foto 5. Hydraulická řídicí jednotka.

ROZŠÍŘENÍ ROZSAHU BLOKOVÁNÍ MĚNIČE MOMENTU

Jedním z účinných způsobů, jak ušetřit palivo, je zablokovat měnič točivého momentu. Jak již bylo řečeno dříve, v režimu měniče točivého momentu nepřesahuje jeho účinnost 80 %, při přepnutí měniče točivého momentu (TC) do režimu kapalinové spojky se účinnost blíží 95 %, teprve při úplném uzamčení TC se jeho účinnost přiblíží 99 %.
%. Rozdíl jsou kinetické, čerpací a tepelné ztráty. Blokování GT umožňuje jejich výrazné snížení, zejména pokud k tomu dojde co nejdříve. Ale v nízkých otáčkách může zablokování turbodmychadla vést k otřesům a hluku v důsledku nerovnoměrného chodu motoru v nízkých otáčkách. Na to si stěžovali především majitelé CVT 1 s motory SR20 s mechanickým pohonem plynu a QR20 s elektronickým plynem, jejichž otáčky nebyly přizpůsobeny. CVT 2 zavádí dvoustupňové zamykání měniče momentu – prokluzování a plné. Tyto režimy ovládají dva solenoidy. Blokovací tlak je řízen minimální požadovanou úrovní skluzu v souladu s kroutícím momentem od motoru. To zlepšuje odezvu zámku, když řidič prudce zabrzdí, protože se tím prodlužuje dojezd zámku a rozsah přerušení dodávky paliva. Jednostupňové úplné zablokování CVT 1 mělo za následek citelné trhnutí při odpojení měniče točivého momentu při rychlosti 20 km/h a nerovnoměrném zpomalování. U motoru s mechanickou škrticí klapkou to bylo zhoršeno předčasným vypnutím a reakcí systému volnoběhu motoru.

ZLEPŠENÍ CHARAKTERISTIKY AKCELERACE

Snížením objemu oleje v řemenicích (vnitřních komorách) a zvýšením účinnosti čerpadla a také přepracováním hydraulického okruhu, ovládání atd. se výrazně zlepšuje celková odezva. Přesnost udržování tlaku a jeho stabilita umožňuje rychlé a stabilní spínání bez ztráty točivého momentu motoru.

Zlepšená doba odezvy umožnila zlepšit výkon zrychlení a zlepšit pocit z akcelerace. Na tyto dva zdánlivě stejné body se vývojáři dívají odlišně. Průzkum řidičů ukázal, že objektivně neposuzují zrychlení vozu, protože v CVT 1 v počátečním okamžiku
pohybu byly otáčky motoru nízké. Během akcelerace jsou otáčky motoru pevně dané na určité úrovni a rychlost se získává změnou převodových poměrů CVT. Majitelé měli pocit nedostatečné akcelerace kvůli zvyku u stupňovitých automatických převodovek, kde otáčky motoru rostou úměrně rychlosti vozu. Jinými slovy, majitelům nestačil hluk motoru při akceleraci, ale ne fixní, ale úměrný otáčkám. Zpočátku ale vývoj CVT sleduje jiné cíle a na prvním místě je ekologie, ekonomika a snižování hluku. To se nehodí do vysokých otáček motoru. Proto bylo provedeno velké množství testovacích jízd a algoritmus řazení byl upraven tak, aby si řidič zachoval pocit z vysoké akcelerace. Toho je dosaženo snížením zpoždění reakce vozu na sešlápnutí plynového pedálu z nízkých rychlostí změnou řídicího programu. Razantnější změna převodových poměrů si vyžádala změnu průřezu kanálů a plunžrů, například u CVT-1 byl tvar plunžru zvolen pro hladké uvolnění a nárůst tlaku v hnací řemenici díky kuželovým hranám;

Tvar pístu CVT-2 neumožňuje únik v kanálu a okamžitě otevře kanál, když se uvolní nebo zvýší tlak.

Foto 6. Články serva pro změnu převodového poměru CVT-2 a CVT-1