Zadaniem każdej skrzyni biegów jest umożliwienie silnikowi pracy w użytkowym zakresie obrotów przez zastosowanie odpowiedniego przeÅ‚ożenia. Podczas ruszania i jazdy z maÅ‚Ä… prÄ™dkoÅ›ciÄ… przeÅ‚ożenie musi być najwiÄ™ksze (co oznacza najniższy bieg), a przy dużych prÄ™dkoÅ›ciach – najmniejsze, aż po wartoÅ›ci mniejsze od 1 (tzw. overdrive).
W skrzyniach manualnych zmiana przeÅ‚ożenia realizowana jest przez przeÅ‚Ä…czanie par kóÅ‚ zÄ™batych o różnej liczbie zÄ™bów, a w klasycznych automatach przez przeÅ‚Ä…czanie przekÅ‚adni planetarnych o różnych przeÅ‚ożeniach. RozwiÄ…zanie to ma swoje mankamenty. Przede wszystkim w chwili zmiany przeÅ‚ożeÅ„ silnik nie jest poÅ‚Ä…czony z koÅ‚ami i nie napÄ™dza pojazdu, co pogarsza przyspieszenie. Ponadto przy manualnej zmianie biegu konieczne jest dopasowanie obrotów silnika do nowego przeÅ‚ożenia, co wymaga pewnej wprawy (w nowoczeÅ›niejszych autach może to robić komputer).
Wyeliminowanie tych problemów umożliwia przekÅ‚adnia bezstopniowa, czyli taka, w której przeÅ‚ożenie można zmieniać w sposób pÅ‚ynny. DziÄ™ki temu moc silnika może być przenoszona na koÅ‚a bez przerwy, a dziÄ™ki odpowiedniemu sterowaniu zmianÄ… przeÅ‚ożenia można utrzymać staÅ‚Ä…, optymalnÄ… prÄ™dkość obrotowÄ… silnika; stÄ…d angielska nazwa CVT, czyli Constant Velocity Transmission – przekÅ‚adnia staÅ‚ej prÄ™dkoÅ›ci.
W praktyce
Istnieje kilka sposobów realizacji przekÅ‚adni bezstopniowej. Najczęściej wykorzystywany w pojazdach osobowych system CVT to szczególny rodzaj przekÅ‚adni pasowej. Każde z jej dwóch kóÅ‚ pasowych skÅ‚ada siÄ™ z poÅ‚ówek w postaci pÅ‚askich stożków, które można do siebie zbliżać lub oddalać i w ten sposób regulować gÅ‚Ä™bokość, na jakÄ… pas przekÅ‚adni wchodzi miÄ™dzy stożki – a zatem efektywnÄ… Å›rednicÄ™ koÅ‚a w punkcie jego styku z pasem. ZbliżajÄ…c do siebie poÅ‚ówki jednego koÅ‚a, a drugiego oddalajÄ…c – lub odwrotnie – można pÅ‚ynnie zmieniać przeÅ‚ożenie. Za regulacje poÅ‚ożenia poÅ‚ówek kóÅ‚ odpowiadajÄ… zwykle siÅ‚owniki hydrauliczne. Jak nietrudno siÄ™ domyÅ›lić, pracÄ… caÅ‚oÅ›ci steruje komputer, który synchronizuje pracÄ™ przekÅ‚adni i silnika z uwzglÄ™dnieniem prÄ™dkoÅ›ci pojazdu, poÅ‚ożenia pedaÅ‚u gazu itd.
Ze wzglÄ™du na to, że – zwÅ‚aszcza podczas dynamicznego ruszania i przyspieszania – przekÅ‚adnia musi przenosić duży moment obrotowy, jej konstrukcja musi być odpowiednio solidna. Dotyczy to w szczególnoÅ›ci pasa transmisyjnego, który ma postać stalowej taÅ›my z nakÅ‚adkami w ksztaÅ‚cie klinów, zapewniajÄ…cymi odpowiedni kontakt z koÅ‚ami pasowymi. Mimo to ostry styl jazdy powoduje duże obciążenia ukÅ‚adu i może narazić przekÅ‚adniÄ™ na przedwczesne zużycie.
Aby temu zaradzić, konstruktorzy koncernu Toyota wzbogacili klasycznÄ… CVT o dodatkowÄ… przekÅ‚adniÄ™ zÄ™batÄ…, która odciąża przekÅ‚adniÄ™ pasowÄ… podczas ruszania i poczÄ…tkowej fazy przyspieszania. Nowa przekÅ‚adnia Direct Shift-CVT, która znalazÅ‚a już zastosowanie w zaprezentowanym wÅ‚aÅ›nie w Genewie miejskim crossoverze Lexus UX, zapewnia pÅ‚ynność jazdy charakterystycznÄ… dla CVT, a jednoczeÅ›nie pozwala przy ruszaniu z miejsca uzyskać przyspieszenia takie, jak przekÅ‚adnia manualna. Zastosowanie przekÅ‚adni zÄ™batej pozwoliÅ‚o również rozszerzyć zakres pracy przekÅ‚adni CVT w strefie wysokich przeÅ‚ożeÅ„, a także, dziÄ™ki ograniczeniu obciążeÅ„, zmniejszyć wymiary caÅ‚ego urzÄ…dzenia.
Z prÄ…dem
Warto zauważyć, że funkcje przekÅ‚adni bezstopniowej realizuje również ukÅ‚ad zÅ‚ożony z przekÅ‚adni planetarnej, silnika elektrycznego i generatora, stanowiÄ…cy serce hybrydowych jednostek napÄ™dowych samochodów Toyoty i Lexusa. W ukÅ‚adzie tym, zwanym e-CVT, przekÅ‚adnia planetarna dokonuje podziaÅ‚u momentu obrotowego i prÄ™dkoÅ›ci obrotowej silnika spalinowego miÄ™dzy koÅ‚a pojazdu a generator, zaÅ› silnik elektryczny zasilany z generatora i akumulatora trakcyjnego wspomaga moment obrotowy silnika spalinowego podczas dynamicznego ruszania i przyspieszania. DodatkowÄ… korzyÅ›ciÄ…, której nie daje zwykÅ‚a przekÅ‚adnia CVT, jest odzyskiwanie energii przez ukÅ‚ad hybrydowy podczas hamowania rekuperacyjnego, co walnie przyczynia siÄ™ do zmniejszenia zużycia paliwa.