Κιβώτια συνεχώς μεταβαλλόμενης μετάδοσης (CVT)

Πως λειτουργεί: δείτε το video
Πληροφορίες από το caroto.gr


CVT: Ένα κιβώτιο με άπειρες σχέσεις (Auto Express 275, 6/1990)

Συντάκτης: Δ. Χατζηγιαννάκης

Κάθε μέρα που περνάει, οι κυκλοφοριακές συνθήκες χειροτερεύουν. Αυτό είναι τόσο σίγουρο, όσο και ο… πληθωρισμός. Όσο αυξάνεται ο αριθμός των κυκλοφορούντων οχημάτων, τόσο μειώνεται και ο διαθέσιμος για κάθε όχημα χώρος, διότι, δυστυχώς, ο χώρος είναι μέγεθος πεπερασμένο. Αναπόφευκτα, έρχεται και το μποτιλιάρισμα των «ωρών αιχμής» για να κάνει το οδήγημα μια απαίσια εμπειρία. Επειδή, λοιπόν, έχει αναγνωριστεί η ανάγκη της όσο το δυνατόν ξεκούραστης οδήγησης μέσα στην πόλη, ξανάρχονται στο φως συστήματα που απαλλάσσουν τον οδηγό από την έγνοια της αλλαγής ταχυτήτων. Το αυτόματο κιβώτιο βρίσκεται και πάλι μπροστά μας, βασισμένο, αυτή τη φορά, σε κάτι παλιό αλλά και σε κάτι καινούριο. Θα πείτε, τόσο καιρό που τα κιβώτια αυτά ήταν γνωστά, γιατί δε διαδόθηκαν παντού; Η απάντηση είναι σύνθετη και έχει να κάνει ακόμα και με την… ψυχολογία του οδηγού. Πρόκειται (κατά τους ειδικούς) για μια προσπάθεια να αντισταθεί ο οδηγός στην εποχή των ρομπότ και των μικροτσίπς εξουσιάζοντας ο ίδιος το αυτοκίνητο του (πολλά ζητάει στο κάτω - κάτω της γραφής ο άνθρωπος;).
cvt1.jpg
Σχήμα 1: Στο σχήμα φαίνεται καθαρά η μεταβολή των λειτουργικών διαμέτρων των τροχαλιών, αρχή πάνω στην οποία χτίσθηκε η όλη φιλοσοφία του Selectronic.

Νιώθει ότι κάτι λείπει από την οδήγηση. Ακόμα και στην Β. Αμερική, η νεολαία που έτσι κι αλλιώς μεγάλωσε και μεγαλώνει με τα «αυτόματα», θεωρεί τα «manual shift» σαν κάτι ανώτερο και πιο ανθρώπινο. Τουλάχιστον οι νέοι, λοιπόν, σαφώς προτιμούν τα χειροκίνητα κιβώτια, γιατί σίγουρα αυτά προσφέρουν κάτι στη σπορ οδήγηση.
Είναι, όμως, πολλά τα εκατομμύρια των μποτιλιαρισμένων οδηγών που θα ήθελαν «κάτι άλλο». Η ιδέα του Βαριομάτικ της DAF έχει εξελιχθεί μετά από τόσο καιρό και χρησιμοποιείται τώρα στο Υ10 Selectronic του Γκρούπο Φίατ. Πιστεύεται ότι θα έχει απήχηση στο αγοραστικό κοινό, αυτή η ιδέα που έχει ήδη πουλήσει 20.000 αυτοκίνητα και συνεχίζει να έχει ζήτηση. Θα τοποθετηθεί, μάλιστα, το κιβώτιο αυτό στα Τίρο και Tempra για να διευρυνθεί το φάσμα της επιλογής των αγοραστών.
cvt2a.jpg cvt2b.jpg
Σχήμα 2: Κάτι που ίσως ξενίσει πολλούς: Διατηρώντας τις 2.200 στροφές/ λεπτό στον κινητήρα, είναι δυνατό να πάμε από τα 15 στα 80 χιλιόμετρα/ ώρα, χάρη βέβαια στις μεταβλητές σχέσεις που δημιουργούνται με τη συνεχή εναλλαγή θέσης των τροχαλιών. Η μετατόπιση των επιφανειών της κάθε τροχαλίας, γίνεται με υδραυλική πίεση (20-30 bar) από αντλία υψηλής πίεσης. Η δε πίεση, που ασκούν αυτά τα μάγουλα στην αλυσίδα, είναι μεταξύ 800 και 2.800 κιλών για να μηδενίζεται και η πιθανότητα ολίσθησης (της αλυσίδας). Ο συμπλέκτης, που φαίνεται σε μερική τομή στο σχέδιο, απενεργοποιείται όταν η ταχύτητα του αυτοκινήτου είναι κάτω των 10 χλμ./ώρα και το πεντάλ του γκαζιού δεν πιέζεται.

Ας δούμε στον τεχνικό τομέα τι έχει να παρουσιάσει το «νέο» αυτό κιβώτιο: Η όλη του αξία είναι στη συνεχώς μεταβαλλόμενη σχέση, που επιτυγχάνεται με ένα μοναδικό σύστημα με ρυθμιζόμενες τροχαλίες. Όπως βλέπετε στο σχήμα, οι τροχαλίες επικοινωνούν με έναν ιμάντα, ο οποίος είναι -χωρίς να του φαίνεται- ένα σοβαρότατο και πολύπλοκο, κατασκευαστικά, κομμάτι. Αποτελείται από 300 ατσάλινους κρίκους τραπεζοειδούς διατομής και πάχους 2 χιλιοστών ο καθένας. Οι κρίκοι αυτοί συγκρατούνται στη σειρά από 20 «τσέρκια» ατσάλινα, πάχους 0,18 του χιλιοστού το καθένα, που περνούν μέσα από τους κρίκους σε δύο συστάδες των 10. Η «αλυσίδα» αυτή με την πρωτότυπη κατασκευή, λειτουργεί κατά τρόπο τελείως ανορθόδοξο απ' ό,τι θα περίμενε κανείς. Η κινητήρια τροχαλία δεν τραβάει τη δεύτερη τροχαλία με την αλυσίδα, αλλά τη σπρώχνει, διότι έτσι έχει παρατηρηθεί μεγαλύτερη αξιοπιστία. Για να φέρουμε ένα πολύ κοντινό παράδειγμα, η δράση του συστήματος μοιάζει με μια στήλη από νομίσματα σε τέλεια ευθεία, που φυσικά, συμπεριφέρεται αξονικά σαν συμπαγής μάζα! Η όλη λειτουργία του συστήματος κίνησης, γίνεται μέσα σε ειδικό λάδι που παίζει και το δικό του ρόλο στην απορρόφηση του θορύβου πέρα από τη λιπαντική ικανότητα που έχει, ενώ τα συνηθισμένα αυτόματα σαζμάν έχουν μόνο 3, 4 ή και 5 ταχύτητες το CVT έχει… άπειρες (CVT σημαίνει Continuously Variable Transmission ή συνεχώς μεταβαλλόμενη μετάδοση). Η λειτουργία του είναι απαλή από τη στιγμή που ξεκινά το αυτοκίνητο μέχρι τη μέγιστη ταχύτητα. Ο λόγος, φυσικά, είναι η μεταβολή της λειτουργικής διαμέτρου των τροχαλιών που είναι συνεχής, και έτσι δεν υπάρχει διακοπή στη μετάδοση της ροπής. Η συμπεριφορά, μάλιστα, του αυτοκινήτου σε ολισθηρό οδόστρωμα, είναι πολύ καλύτερη από ένα (συμβατικό) αυτοκίνητο με χειροκίνητο κιβώτιο, διότι μόλις οι τροχοί «σπινάρουν» αμέσως μεταβάλλεται η σχέση με μακρύτερη, περιορίζοντας το φαινόμενο!
cvt3.jpg
Σχήμα 3: Τομή του ηλεκτρομαγνητικού συμπλέκτη του Selectronic, και οι δύο φάσεις της μαγνητικής σκόνης: Ελεύθερη χωρίς πεδίο και ευθυγραμμισμένη κάτω από την επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Αξιοπρόσεκτο σημείο του κιβωτίου του Lancia Υ10 Selectronic είναι και ο συμπλέκτης, ο οποίος εδώ είναι ηλεκτρομαγνητικός. Στα κλασικά αυτόματα κιβώτια η μετάδοση της κίνησης γίνεται με τον «υδραυλικό μετατροπέα ροπής»; όπου σαν μέσο μεταφοράς της κίνησης χρησιμοποιείται ένα λεπτό λάδι. Στο Selectronic, συνδετικός κρίκος δεν είναι το λάδι, αλλά 56 γραμμάρια μαγνητικής… σκόνης, που όταν βρεθούν σε κατάλληλη διέγερση δρουν σαν ένας πολύ ισχυρός σύνδεσμος.
Ίσως, πολλοί από τους αναγνώστες να έχετε υπόψη τις διάφορες αντλίες υγρών που έχουν τέτοια μαγνητική εμπλοκή μεταξύ ηλεκτροκινητήρα και «φτερωτής». Ακριβώς το ίδιο σύστημα χρησιμοποιείται στο κιβώτιο αυτό, παρουσιάζοντας έτσι μερικά πλεονεκτήματα. Όταν το αυτοκίνητο δεν κινείται και βρίσκεται στο ρελαντί ο κινητήρας, ο οδηγός δε χρειάζεται να πιέζει το φρένο όπως γίνεται με τα κλασικά αυτόματα κιβώτια, διότι η ηλεκτρομαγνητική εμπλοκή δε λειτουργεί. Στο κλασικό πάλι αυτόματο κιβώτιο, όσο χαμηλές και να είναι οι στροφές του κινητήρα, πάντα υπάρχει η τάση της κίνησης, λόγω φυσικά του ιξώδους του υδραυλικού υγρού του μετατροπέα ροπής, εξ ου και η ανάγκη να είναι πατημένο το φρένο στο φανάρι π.χ. Η ηλεκτρομαγνητική εμπλοκή στο συμπλέκτη του Selectronic, γίνεται βέβαια προοδευτικά και είναι ηλεκτρονικά ελεγχόμενη, απορροφώντας μόνο 40W ισχύος!
Τα αποτελέσματα των καινοτομιών αυτών και της ποιότητας κατασκευής του κιβωτίου Selectronic φαίνονται από την αξιοπιστία που παρουσιάζει το σύστημα. Εφόσον δεν έχει στο συμπλέκτη μέρη που φθείρονται και η αλυσίδα είναι μεταλλική (και από ειδικό, μάλιστα, ατσάλι) η συντήρηση περιορίζεται στην αλλαγή του λαδιού κάθε 40.000 χιλιόμετρα.
Δε θα μπορούσε να ζητήσει κανείς περισσότερα από ένα μηχανικό σύνολο. Τέλος, αν ακόμα νομίζετε ότι τα αυτόματα κιβώτια δεν είναι κατάλληλα για σπορ ή ακόμα και για αγωνιστική χρήση, θα αναφέρουμε τρία μαγικά τέρατα: Λάντσια HF integrale, Φεράρι Φ1 και Πόρσε 962 (Γκρουπ C). Τι έχουν αυτά τα τρία «αυτοκίνητα» κοινό μεταξύ τους; Μα, φυσικά, το αυτόματο κιβώτιο! Βέβαια, διαφέρει λιγάκι από το Selectronic, αλλά οι αρχές είναι αρχές. Αυτόματο, λοιπόν, και… ζήτω το μποτιλιάρισμα; Ίσως αυτή να είναι μόνο η αρχή, αλλά εδώ είμαστε και για τη συνέχεια.


Κιβώτια συνεχώς μεταβαλλόμενης μετάδοσης (4Τ 202, 7/1987)

Συντάκτης: Μιχάλης Σταυρόπουλος

ΟΙ ΣΧΕΣΕΙΣ ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΝΕΟ ΠΡΙΣΜΑ
Από τη στιγμή που το πρώτο κιβώτιο ταχυτήτων τοποθετήθηκε στο αυτοκίνητο, αναζητήθηκαν τρόποι ώστε ο οδηγός να απαλλαγεί από το δύσκολο και κουραστικό έργο της επιλογής των σχέσεων. Το CVT ίσως αποτελεί μια ενδιαφέρουσα λύση, αφού πέρα από την ευκολία που παρέχει στον οδηγό, ο τρόπος λειτουργίας του το καθιστά ιδανικό για την εκμετάλλευση της ισχύος ενός κινητήρα.
mercedes-cvt.jpg
ΤΑ ΠΡΩΤΑ χειροκίνητα κιβώτια ταχυτήτων ήταν δύσκολα και σκληρά στη χρήση τους. Αν ο οδηγός δεν «ταίριαζε» απόλυτα την ταχύτητα του αυτοκινήτου με τις στροφές του κινητήρα κάθε αλλαγή συνοδευόταν από τους ανάλογους ήχους. Όταν ο Χένρι Φορντ σχεδίασε το περίφημο Μόντελ Τ ξεπέρασε το πρόβλημα χρησιμοποιώντας ένα εξαιρετικά απλό κιβώτιο ταχυτήτων που θα μπορούσε να θεωρηθεί σαν το πρώτο αυτόματο, αφού δεν είχε μοχλό επιλογής ούτε συμπλέκτη, τουλάχιστον στη μορφή που σήμερα γνωρίζουμε. Η πρώτη έμπαινε πιέζοντας το αριστερό πεντάλ, το οποίο φρενάριζε τα γρανάζια του πλανητικού κιβώτιου. Η τελική ταχύτητα (η… δευτέρα) έμπαινε αφήνοντας το πεντάλ, με αποτέλεσμα να περιστρέφεται όλο το σύστημα των γραναζιών μαζί. Στη μέση της διαδρομής του πεντάλ ήταν το νεκρό, ενώ η όπισθεν έμπαινε με το μεσαίο πεντάλ. Η διαδικασία ήταν τόσο απλή που πολλές πολιτείες των Η.Π.Α. έδιναν διαφορετικά διπλώματα για τους οδηγούς των Μόντελ Τ. Οι υπόλοιποι, το μόνο που μπορούσαν να κάνουν για ν' αποφύγουν τη φασαρία της αλλαγής των ταχυτήτων ήταν να προσλάβουν έναν έμπειρο οδηγό… Κατά καιρούς έγιναν κάποιες απόπειρες ώστε οι περίπλοκες ενέργειες της αλλαγής να γίνονται ηλεκτρικά, αλλά το πείραμα απέτυχε. Ένας λόγος που οι αλλαγές ταχυτήτων δυσκόλευαν τον οδηγό ήταν, ο σκληρός στη χρήση του, συμπλέκτης. Το πρόβλημα αυτό έγινε προσπάθεια ν' αντιμετωπιστεί με τη χρήση υποβοηθούμενων (υδραυλικά ή ηλεκτρικά) συμπλεκτών. Μια άλλη προσέγγιση σ' αυτό το θέμα ήταν ο φυγοκεντρικός συμπλέκτης (όπως του 2CV) που αποσυμπλέκει αυτόματα, όταν πέσουν οι στροφές.
sx2.jpg
Σχήμα 2: To CVT έχει σχεδιαστεί για προσθιοκίνητα αυτοκίνητα με κινητήρες (κυβισμού μέχρι 1,600κ.εκ.) εγκάρσια τοποθετημένους.

Οι υδραυλικοί συμπλέκτες (όχι υδραυλικά υποβοηθούμενοι) μεταφέρουν την κίνηση χρησιμοποιώντας δύο φτερωτές που κινούνται μέσα σε υγρό. Η φτερωτή του κινητήρα παρασύρει το υγρό, το οποίο με τη σειρά του κινεί τη φτερωτή του κιβώτιου. Η μετάδοση γίνεται πολύ ομαλά αλλά πάντα υπάρχουν απώλειες, κι έτσι οι συμπλέκτες αυτοί καθώς και τα αυτόματα κιβώτια που χρησιμοποιούν ένα ανάλογο σύστημα (το μετατροπέα ροπής) τοποθετούνται ως επί το πλείστον σε μεγάλα αυτοκίνητα (και κατ' εξοχήν στ' αμερικάνικα) όπου κάποια μικρή απώλεια ισχύος δεν είναι ιδιαίτερα αισθητή. Το 1967 η Φίατ έδειξε την πρόθεσή της να προσφέρει στον κάτοχο ενός μικρού αυτοκινήτου ευκολίες των αυτόματων κιβωτίων. Έτσι τοποθέτησε στο 850 το Idromatic, ένα ημιαυτόματο κιβώτιο βασισμένο σε σχέδια της Φερόντο. Ο οδηγός επέλεγε τη σχέση που επιθυμούσε αλλά δεν υπήρχε πεντάλ για το συμπλέκτη.
Το πιο σημαντικό όμως βήμα για την ευρύτερη χρήση των αυτόματων κιβωτίων έγινε με την εφαρμογή των επικυκλικών γραναζιών (ή αλλιώς σύστημα ήλιου - πλανητών). Φρενάροντας διάφορα μέρη του συστήματος, η μετάδοση της κίνησης επιτυγχάνεται με διαφορετικά γρανάζια και άρα διαφορετικές σχέσεις. Το πρόβλημα που εμπόδιζε την παραπέρα διάδοση των αυτόματων κιβώτιων ήταν η αδυναμία ανάπτυξης ενός κατάλληλου συστήματος ελέγχου που να μπορεί να αντιλαμβάνεται πότε πρέπει να δίνει εντολή για την αλλαγή της ταχύτητας. Στο Μόντελ Τ το πρόβλημα αυτό λύθηκε με την παρέμβαση του οδηγού, ο οποίος άλλαζε ταχύτητες πιέζοντας τα κατάλληλα πεντάλ (όπως ήδη αναφέραμε). Το επόμενο επιτυχημένο ημιαυτόματο κιβώτιο παρουσιάστηκε στη δεκαετία του '30 και χρησιμοποιούσε υδραυλικό συμπλέκτη και επικυκλικά γρανάζια. Το όνομά του ήταν «προεπιλογέας Γουίλσον» και αυτό γιατί ο οδηγός θα έπρεπε να επιλέξει τη σωστή ταχύτητα, πιέζοντας ένα πεντάλ. Ένα ανάλογο σύστημα είχε παρουσιαστεί και στη Γαλλία, όπου η εμπλοκή των κατάλληλων γραναζιών γινόταν με τη βοήθεια ηλεκτρομαγνητικών συμπλεκτών. Το πρώτο ολοκληρωμένο αυτόματο κιβώτιο παρουσιάστηκε σε μια Όλντσμομπιλ του '39. Χρησιμοποιούσε υδραυλικά συστήματα για τον έλεγχο όλων των συστημάτων, γι' αυτό και ονομάστηκε Hydromatic. Το σύστημα αυτό έθεσε τις βάσεις για την παραπέρα εξάπλωση του αυτόματου κιβώτιου, σε σημείο που το 90% των αυτοκινήτων που πωλούνται στην Αμερική να είναι εφοδιασμένα με τέτοια κιβώτια. Σταδιακά ο υδραυλικός συμπλέκτης αντικαταστάθηκε απ' το μετατροπέα ροπής, ο οποίος έχει το πλεονέκτημα, ότι στις χαμηλές στροφές μπορεί να μεταφέρει περισσότερη ροπή. Ο μετατροπέας ροπής όμως μειονεκτεί στις υψηλές ταχύτητες (μην ξεχνάμε ότι υπάρχει πάντα απώλεια ισχύος) κι έτσι πρόσφατα αναπτύχθηκαν διάφορα συστήματα παράκαμψής του (torque converter lock-up). Στην Ευρώπη όμως αυτή η απώλεια ισχύος σε συνδυασμό με τους μικρούς κινητήρες των αυτοκινήτων της γηραιάς ηπείρου (και τους ακόμα πιο ισχνούς των νότιων Βαλκανίων…) είχε σαν αποτέλεσμα την περιορισμένη χρήση των αυτόματων κιβωτίων. Εν τούτοις οι Ευρωπαίοι μηχανικοί ποτέ δεν σταμάτησαν να αναζητούν το ιδανικό αυτόματο κιβώτιο για μικρά αυτοκίνητα. Η λέξη ιδανικό είναι μια πολύ μεγάλη λέξη που προϋποθέτει, ότι το κιβώτιο αυτό θα έπρεπε να μην εμφανίζει το βασικό μειονέκτημα όλων των κιβωτίων, το γεγονός δηλαδή ότι διαθέτουν περιορισμένο αριθμό σχέσεων. Το ιδανικό κιβώτιο ταχυτήτων θα έπρεπε να διαθέτει έναν άπειρο αριθμό σχέσεων έτσι, ώστε ο κινητήρας να εργάζεται στο βέλτιστο σημείο λειτουργίας του. Το πρώτο αυτοκίνητο με CVT (Continuously variable transmission), δηλαδή συνεχώς μεταβαλλόμενη σχέση μετάδοσης, με χειροκίνητο όμως έλεγχο των τυμπάνων ήταν το Ελβετικό Βέμπερ. Η εταιρία (…πρώην υφαντουργική) με έδρα τη Ζυρίχη, κατασκεύαζε περίπου 60 αυτοκίνητα το χρόνο ανάμεσα στο 1900 και το 1906, οικονομικά όμως προβλήματα έβαλαν τέλος στην παραγωγή.
To CVT ξεκίνησε από την ιδέα ότι η κίνηση θα μπορούσε να μεταφέρεται από έναν ιμάντα ο οποίος θα εφαρμόζει σε δύο μεταβλητής διαμέτρου τροχαλίες. Η σχέση μετάδοσης, που ισούται με το λόγο των δύο τροχαλιών, μπορεί να πάρει άπειρες τιμές ανάμεσα στη μέγιστη και την ελάχιστη. Ένα ανάλογο σύστημα κατασκευάστηκε το 1922 στην Αγγλία από τον Άμποτ που αντί για ιμάντα χρησιμοποιούσε αλυσίδα. Το 1955 οι αδελφοί Βαν Ντορν (όπως είναι η σωστή προφορά στα Ολλανδικά) κατασκεύασαν ένα σύστημα μετάδοσης, ανάλογο με του Βέμπερ, μόνο που η αλλαγή της σχέσης γινόταν αυτόματα. Αν και η ιδέα ήταν η ίδια το Βαριομάτικ των Βαν Ντορν που πρωτοτοποθετήθηκε στα Νταφ, προστατευόταν από μια τελείως διαφορετική πατέντα. Όταν το 1976 η Νταφ απορροφήθηκε από τη Βόλβο, το Βαριομάτικ τοποθετήθηκε στη νέα σειρά 300, αν και το '78 παρουσιάστηκε και μια έκδοση με συμβατικό κιβώτιο. Σήμερα το Βαριομάτικ εξακολουθεί να προσφέρεται στο Βόλβο 340 1.4. Στα μέσα της δεκαετίας του '70 με τον Βαν Ντορν άρχισαν να συνεργάζονται η Φίατ και η Φορντ για την παραπέρα εξέλιξη του Βαριομάτικ. Το 1977 τοποθετήθηκε το σύστημα του Ολλανδικού οίκου σε δύο Φίατ 131.
Αργότερα αναπτύχθηκε το πρώτο CVT (όπου ο συμβατικός ιμάντας αντικαταστάθηκε από μεταλλικό: δείτε το video) ειδικά για προσθιοκίνητα αυτοκίνητα με εγκάρσια τοποθετημένο κινητήρα. To CVT δοκιμάστηκε σε 150 ταξί Ρίτμο (βλέπε άρθρο του Κ.Κ. για το Fiat Selecta στο προηγούμενο τεύχος). Η κυκλοφορία του στο κέντρο της Ρώμης αποδείχθηκε το ιδανικότερο πεδίο δοκιμής ενός νέου κιβώτιου ταχυτήτων, κι έτσι σήμερα παρά τις κάποιες καθυστερήσεις, το CVT διατίθεται σε αυτοκίνητα παραγωγής, όπως είναι το Φίατ Ούνο και το Φορντ Φιέστα.
Ας δούμε τώρα πώς ακριβώς λειτουργεί το CVT (ή CTX όπως το αποκαλεί η Φορντ). Η επιλογή της σχέσης γίνεται με βάση ένα πρόγραμμα το οποίο εξετάζει την ταχύτητα του αυτοκινήτου, το φορτίο και τις απαιτήσεις του οδηγού. Η σχεδίασή του έχει γίνει ειδικά για μικρά προσθιοκίνητα αυτοκίνητα με κινητήρες μέχρι 1,6 λίτρα. Το εύρος των σχέσεων που μπορεί να προσφέρει το CVT είναι μεγαλύτερο ακόμα κι από ενός πεντατάχυτου κιβώτιου. Η «πρώτη» ή καλύτερα η σχέση εκκίνησης είναι πιο κοντή απ' ότι συνήθως, ενώ η τελική πιο μακριά από οβερντράιβ.
sx3.jpg
Σχήμα 3

To CVT, που περικλείεται από ένα χυτό αλουμινένιο κάλυμμα, περιλαμβάνει ένα πλανητικό σύστημα γραναζιών με δύο υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες καθώς και το σύστημα ιμάντων - τροχαλιών. Το τελευταίο τμήμα αποτελεί και την καρδιά του κιβώτιου παρέχοντας ομαλή και σταδιακή μεταβολή της σχέσης μετάδοσης. Όταν η τροχαλία η συνδεδεμένη με τον κινητήρα βρίσκεται στην ελάχιστή της διάμετρο και η άλλη στη μέγιστη, τότε επιτυγχάνεται η πιο «κοντή» σχέση. Σταδιακά μεγαλώνει η διάμετρος της τροχαλίας του κινητήρα και μειώνεται η διάμετρος της άλλης, αλλάζοντας τη σχέση μετάδοσης. Η μεταβολή της διαμέτρου των δύο τροχαλιών γίνεται ταυτόχρονα έτσι που να διατηρείται σταθερό το μήκος του ιμάντα. Στην πραγματικότητα δεν είναι ακριβώς η διάμετρος της τροχαλίας που μεταβάλλεται, αλλά τα δύο κωνικού σχήματος πλαϊνά τμήματα που μπορούν να απομακρύνονται και να πλησιάζουν, έτσι ώστε το αυλάκι σχήματος V που ορίζουν να μετατοπίζεται προς το κέντρο ή προς την περιφέρεια της τροχαλίας.
Ανάμεσα στο βολάν του κινητήρα και το σύστημα ιμάντα / τροχαλίας παρεμβάλλεται ένα σύστημα επικυκλικών γραναζιών που λειτουργεί με δύο τρόπους. Για την προς την εμπρός κίνηση (βλέπε σχετικό σχήμα) συμπλέκεται ο συμπλέκτης (1) με αποτέλεσμα να παρασύρεται όλο το πλανητικό σύστημα στη διεύθυνση περιστροφής του άξονα του κινητήρα.
Όταν επιλεγεί η όπισθεν συμπλέκεται ο συμπλέκτης (3) σταθεροποιώντας το περιφερειακό γρανάζι, οπότε οι πλανήτες αναγκάζουν τον ήλιο να περιστραφεί στην αντίθετη κατεύθυνση από αυτήν του κινητήρα.
Και οι δύο συμπλέκτες βρίσκονται μέσα σε λάδι ώστε να αποφεύγεται η φθορά και η υπερθέρμανσή τους, ταυτόχρονα δίνοντας τη δυνατότητα στο αυτοκίνητο να κυλά πολύ αργά όταν ο κινητήρας εργάζεται στο «ρελαντί», κάτι που προσφέρουν όλα τα αυτο¬κίνητα με αυτόματο κιβώτιο και βοηθάει πολύ στους τοπικούς ελιγμούς. Ο έλεγχος της σχέσης μετάδοσης γίνεται, όπως είπαμε, με την μετακίνηση των πλαϊνών μερών των τροχαλιών. Αυτό επιτυγχάνεται με υδραυλική πίεση από μια αντλία που περιστρέφεται από τον κινητήρα. Με τον ίδιο τρόπο γίνεται η σύμπλεξη των δύο πολύδισκων συμπλεκτών. Η μετάδοση της κίνησης στο CVT δεν επιτυγχάνεται με έκταση αλλά με συμπίεση του ιμάντα. Ένας συμβατικός ιμάντας μόλις πιεστεί λυγίζει, όμως στην περίπτωσή μας τα 320 μεταλλικά του στοιχεία σχήματος V (που ενώνονται με δύο ομάδες από πολύ λεπτούς μεταλλικούς «ιμάντες», εξασφαλίζοντας την απαραίτητη ευκαμψία) μπορούν να μεταφέρουν μια δύναμη πιέζοντας το ένα τ' άλλο. Το κάθε μεταλλικό στοιχείο είναι κατασκευασμένο με μεγάλη ακρίβεια και από μέταλλο μεγάλης τραχύτητας.
sx4.jpg
Σχήμα 4
sx5.jpg
Σχήμα 5: Ο μοχλός του CVT έχει τις κλασικές θέσεις των αυτόματων κιβώτιων: Ρ (parking), R (rear), Ν (neutral), D (drive) και L (low). Στο βάθος διακρίνονται τα δύο μοναδικά πεντάλ, του γκαζιού και το τεράστιο του φρένου.

Ο χειρισμός του CVT είναι ανάλογος ενός συνηθισμένου αυτόματου κιβώτιου. Ο οδηγός επιλέγει την ταχύτητα που θέλει να κινηθεί χρησιμοποιώντας μόνο γκάζι και φρένο. Ο τρόπος που αλλάζουν οι ταχύτητες σου δίνουν την εντύπωση ότι οδηγείς ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Ο μοχλός διαθέτει τις συνήθεις (για τ' αυτόματα κιβώτια) ενδείξεις P-R-N-D-L. Ο κινητήρας παίρνει μπρος μόνο στις θέσεις "Park" και "Neutral". Όταν ο μοχλός τοποθετηθεί στη θέση "Drive", όπως ήδη είπαμε ενεργοποιείται ο κατάλληλος υδραυλικός υγρός πολύδισκος συμπλέκτης ο οποίος μεταφέρει σταδιακά την κίνηση στους τροχούς. Όσο ο κινητήρας βρίσκεται στο ρελαντί το αυτοκίνητο —εφόσον ο οδηγός δεν πατάει το φρένο— κυλά πολύ σιγά. Μόλις πατηθεί το πεντάλ του γκαζιού, αμέσως αρχίζει να μεταφέρεται η ισχύς του κινητήρα κατευθείαν στους τροχούς, με τα επικυκλικά γρανάζια μπλοκαρισμένα ώστε να μην υπάρχουν απώλειες τριβής και φυσικά χωρίς τις γνωστές απώλειες ολίσθησης των μετατροπέων ροπής.
Οι πληροφορίες για την ταχύτητα του οχήματος και θέσης του γκαζιού μεταφέρονται στην υδραυλική μονάδα ελέγχου που είναι προγραμματισμένη να εκμεταλλεύεται στο μέγιστο τις δυνατότητες του κινητήρα. Για τη μέτρηση των πιο πάνω στοιχείων το CVT χρησιμοποιεί δύο pitot (πιτό). Το πιτό δεν είναι τίποτα άλλο από έναν μικροσκοπικό σωλήνα που «κοιτάει» στη διεύθυνση της ροής του ρευστού και δίνει τη διαφορά συνολικής και στατικής πίεσης, ουσιαστικά δηλαδή την ταχύτητα κίνησης του ρευστού. Ακόμα η μονάδα υπολογίζει τη βέλτιστη σχέση μετάδοσης για τις δεδομένες οδηγικές συνθήκες και ανάλογα μεταβάλλει τη σχέση μετάδοσης. Είχαμε πει ότι η κίνηση μεταφέρεται με συμπίεση του ιμάντα και όχι με έκταση όπως είναι το συνηθισμένο. Ας το εξηγήσουμε αυτό κάπως καλύτερα. Για να μεταφέρει τη ροπή ενός κινητήρα η τροχαλία (με τριβή βέβαια) στον ιμάντα, πρέπει αυτός να συμπιεστεί πάνω στην τροχαλία με μια συγκεκριμένη πίεση, αλλιώς η τροχαλία θα περιστρέφεται ελεύθερα. Αυτό κανονικά επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μικρότερο μήκος ιμάντα απ' ότι χρειάζεται.
Οι δυνάμεις ελαστικότητας (το «τσίτωμα» αν θέλετε του ιμάντα) δημιουργούν τις απαραίτητες δυνάμεις τριβής μεταξύ τροχαλίας και ιμάντα για να μεταφερθεί η ροπή του κινητήρα. Στην περίπτωσή μας για να ελαττωθούν οι απώλειες τριβής δεν υπάρχει πρόταση του ιμάντα, αλλά η απαραίτητη τριβή δημιουργείται από τα πλαϊνά μέρη της τροχαλίας που πιέζουν (κατά τη φορά του άξονα περιστροφής της) τα μεταλλικά στοιχεία του ιμάντα. Αυτά τώρα μεταφέρουν τη δύναμη που παρέλαβαν από την τροχαλία, κατά μήκος του ιμάντα πιέζοντας το ένα στοιχείο με το άλλο, κάτι αδιανόητο βέβαια με έναν κοινό ελαστικό ιμάντα. Η πίεση όμως που ασκούν οι παρειές της τροχαλίας στα μεταλλικά στοιχεία του ιμάν¬τα πρέπει να είναι συγκεκριμένη γιατί παραπάνω πίεση θα είχε σαν αποτέλεσμα τη μετατόπισή τους προς τα πάνω (ουσιαστικά αύξηση της διαμέτρου) και αντιστρόφως.
Όταν δίνεται εντολή να αλλάξει η σχέση μετάδοσης, αυτόματα μεταβάλλεται η τροχαλία που είναι συνδεδεμένη με τον κινητήρα, ενώ η άλλη… συμμορφώνεται έτσι, ώστε ο ιμάντας που την περιβάλλει να μην χαλαρώσει ούτε να πιεστεί υπερβολικά. Βλέπετε το σύστημα παρ' ότι απλό σαν σύλληψη, εκτελεί πολύπλοκες εντολές και δεν είναι περίεργο που χρειάστηκε τόσος χρόνος για να τελειοποιηθεί.

Όταν το αυτοκίνητο ξεκινά με το γκάζι πατημένο τέρμα (όπου η ταχύτητα είναι μικρή και το φορτίο του κινητήρα μεγάλο), το κιβώτιο επιλέγει την πιο κοντή σχέση. Με το που μπλοκάρει ο συμπλέκτης για την προς τα εμπρός κίνηση, οι στροφές του κινητήρα ανεβαίνουν με το CVT να παραμένει στην κοντύτερη σχέση. Αυτό συμβαίνει μέχρι ο κινητήρας να φτάσει τις 3.900 σ.α.λ., από εκεί και πέρα το CVT αρχίζει να αλλάζει σχέσεις, διατηρώντας τον κινητήρα στις στροφές βέλτιστης λειτουργίας. Η μέγιστη ταχύτητα επιτυγχάνεται με μια σχέση ανάλογη με την τέταρτη ενός συμβατικού κιβώτιου. Όταν το αυτοκίνητο κινείται με σταθερή ταχύτητα, το CVT επιλέγει τη μεγαλύτερη δυνατή σχέση, έτσι που ο κινητήρας να λειτουργεί στις στροφές μέγιστης απόδοσης. Αν συναντήσει και αντίθετο άνεμο ή ανηφορικό δρόμο, το επιπλέον φορτίο (που γίνεται αντιληπτό από τη θέση του γκαζιού και την ταχύτητα του οχήματος) αντιμετωπίζεται από το κιβώτιο κατεβάζοντας αυτόματα τη σχέση μετάδοσης. Αν, ξεκινώντας, πατηθεί το γκάζι πολύ λίγο, το κιβώτιο αρχίζει να αλλάζει σχέσεις μόλις ο κινητήρας φτάσει τις 1.700 σ.α.λ. (τις οποίες διατηρεί σταθερές, μέχρι το CVT να φτάσει στη μεγαλύτερη σχέση). Σε περίπτωση που πατηθεί (στην εκκίνηση πάντα) περισσότερο το πεντάλ του γκαζιού, το κιβώτιο θα αρχίσει να αλλάζει τις σχέσεις κρατώντας και πάλι τις στροφές του κινητήρα σταθερές, αλλά αυτήν τη φορά με περισσότερες σ.α.λ.
sx6.jpg
Σχήμα 6
sx7.jpg
Σχήμα 7: Λεπτομερειακή τομή του CVT που παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον, αφού περιλαμβάνει μέχρι την τελευταία βίδα, μόνο που χρειάζονται κάποιες μικρές γνώσεις μηχανολογικού σχεδίου για να γίνει 100% κατανοητή.
sx8.jpg
Σχήμα 8: Η δημιουργία της απαιτούμενης (για τη μετάδοση της κίνησης) τριβής μεταξύ του «ιμάντα» και των τροχαλιών δεν γίνεται με την πρόταση (…τσίτωμα) του ιμάντα, αλλά με τη συμπίεση των πλαϊνών των μεταλλικών στοιχεί ω ν από τις παρειές της τροχαλίας.

Η θέση "L" (Low) του κιβώτιου χρησιμεύει στις μεγάλες κλίσεις και σε ολισθηρά οδοστρώματα, όπου η λειτουργία του συστήματος αλλάζει, επιλέγοντας όχι πλέον τη μακρύτερη δυνατή σχέση. Η εντύπωση που έχει ο οδηγός από την κίνησή του με ένα αυτοκίνητο που διαθέτει CVT δεν απέχει πολύ από ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Η συνεχής κλιμάκωση των σχέσεων κάνει τις αλλαγές εντελώς απαρατήρητες, την οδήγηση ξεκούραστη και όλα αυτά επιτυγχάνονται με πολύ μικρή μόνο αύξηση στην κατανάλωση, εξαιτίας της λειτουργίας της υδραυλικής αντλίας. Από την άλλη πλευρά ο υψηλός βαθμός απόδοσης του νέου ιμάντα και η οικονομικότερη λειτουργία του κινητήρα αντισταθμίζουν τη μικρή αυτή κατανάλωση ενέργειας. Εκείνο που μας προβληματίζει είναι κατά πόσο έχει ξεπεραστεί το πρόβλημα της ολίσθησης του ιμάντα, φαινόμενο που θίξαμε στη γνωριμία του Φίατ Ούνο Σελέκτα. Τις φοβίες μας ήρθε να επιβεβαιώσει ένα συγκριτικό τεστ ανάμεσα στο Φίατ Ούνο Σελέκτα, Φορντ Φιέστα CTX και δύο Όστιν Μέτρο (το ένα με χειροκίνητο κιβώτιο και το άλλο με κλασικό αυτόματο κιβώτιο) που πραγματοποίησαν οι συνεργάτες της εκπομπής αυτοκινήτου Top Gear του δορυφορικού καναλιού Super Channel, η οποία μεταδόθηκε στις 2.6.87. Τα αυτοκίνητα της δοκιμής τοποθετήθηκαν σε έναν επαρχιακό δρόμο με μεγάλη κλίση και μοναδικό επιβάτη τον οδηγό. Βάζοντας όπισθεν, τα δύο Μέτρο ξεκίνησαν χωρίς κανένα πρόβλημα, τα άλλα δύο όμως αυτοκίνητα που διέθεταν CVT… αρνήθηκαν να μετακινηθούν έστω και ένα εκατοστό. Το πρόβλημα αυτό (που παρακολουθήσαμε από το δορυφορικό σύστημα των Τεχνικών Εκδόσεων) ελπίζουμε να λυθεί σύντομα.
070217_1459_CVT2.jpg
Σχήμα 9: Όταν η διάμετρος της τροχαλίας του κινητήρα έχει τη μικρότερη διάμετρο (και η δεύτερη τη μεγαλύτερη), τότε το CVT διαθέτει την κοντύτερη σχέση μετάδοσης. Στην ακριβώς αντίθετη περίπτωση το CVT λειτουργεί με τη μακρύτερη δυνατή σχέση.

Περισσότερα όμως όταν πάρουμε κάποιο αυτοκίνητο με CVT για τεστ. Περαιτέρω εξέλιξη στο CVT μπορεί να γίνει με την αντικατάσταση των υδραυλικών ελέγχων με ηλεκτρονικά συστήματα, ενώ με την προσθήκη μιας ακόμα σειράς επικυκλικών γραναζιών είναι δυνατό να διευρυνθεί περισσότερο η κλίμακα των σχέσεων του κιβώτιου, βελτιώνοντας έτσι την κατανάλωση. Η εξάπλωση των συστημάτων αυτών θα πραγματοποιηθεί μόνο όταν ο κόσμος βεβαιωθεί για την αξιοπιστία τους. Αν όντως καταφέρουν να ξεφύγουν από το μελανό παρελθόν τους, δεν αποκλείεται σε λίγα χρόνια, ακόμα και στην Ελλάδα, τα περισσότερα νέα (και μικρά) αυτοκίνητα να διαθέτουν CVT, κάνοντας τη ζωή του οδηγού πιο εύκολη αλλά ίσως και πιο μονότονη…