TRANSMISII CU VARIATOR MECANIC CU LANT SI ANGRENAJE PLANETARE (MULTRITONIC, CVT -CONTINOUS VARIABLE TRANSMISSIONS)

TRANSMISII CU VARIATOR MECANIC CU LANT SI ANGRENAJE PLANETARE (MULTRITONIC,     CVT -CONTINOUS VARIABLE TRANSMISSIONS)

Transmisiile care au in componenta CV mecanice in trepte ofera maxim cinci sau sase rapoarte de transmitere, ceea ce determina rezolvarea in mod incomplet, discontinuu si frecvent neeconomic a adaptarii motorului la cerintele autopropulsarii automobilului. Utilizarea cu eficienta maxima a performantelor sursei energetice este posibila numai prin utilizarea unei CV cu variatie continua a raortului de transmitere.

Transmisiile cu variatie continua a raportului de transmitere, denumite CVT au in componenta lor, pe langa mecanismele clasice de adaptare si transfer al fluxului de putere, convertizoaremecanice de cuplu cu variatie continua a raportului de transmitere.

Variatoarele (convertizoarele) mecanice utilizate in ansamblul CVt sunt sisteme mecanice in care transformarea succesiva a energiei se face in cadrul aceleiasi forme de energie (energie mecanica).

Variatoarele mecanice ce intra in componenta CVT sunt bazate pe principiul transmiterii fluxului de putere intre unitatea de intrare si cea de iesire printr-un element de legatura, rigid sau flexibil, care prin modificarea pozitiei fata de aceste doua elemente determina modificarea raportului de transmitere. Singura solutie aplicabila in productia de serie este cea a convertizoarelor cu fulii de diametru variabil, cu element intermediar flexibil, continuu sau articulat.

In prezent, CVt sunt impuse de potentialul lor in optimizarea functionarii globale a grupului motopropulsor, de confortul oferit in conducere si de disponibilitatile de conlucrare cu sursele energetice alternativein cazul automobilelor hibride.

Utilizarea CVT asigura:

imbunatatirea performantelor dinamice si de consum, in special in regimurile tranzitorii, prin adoptarea din domeniul de reglare a raportului optim de transmitere;

sporirea duratei de utilizare a motorului prin transmiterea fluxului de putere in mod continuu;

ameliorarea confortului in conducere prin automatizarea cuplarii ambreiajului si a schimbarii rapoartelor de transmitere;

imbunatatirea controlului emisiilor poluante si reducerea nivelului de zgomot.

Pentru a fi adaptabil la autoturisme, acest tip de transmisie trebuie sa raspunda urmatoarelor cerinte:

sa ofere o gama de reglare comparabila sau superioara transmisiilor clasice, mecanice in trepte cu comanda manuala sau automata;

sa transmita puteri mari in conditii de randament maxim;

sa fie compacte, pentru caintr-un ansamblu de transmisie monobloc sa poata echipa autoturisme cu echipamentul de tractiune organizat in varianta totul pe fata transversal;

sa ofere ansamblului transmisiei o fiabilitate compatibila cu solutiile clasice;

sa implice costuri minime de fabricatie si intretinere;

sa necesite un sistem de comanda si de reglare simplu, fiabil si compatibil cu celelalte sisteme incluse in constructia autoturismelor: injectia de benzina, sistemul de prevenire a blocarii rotilor la franare (ABS), etc.

Tipurile de variatoare sunt prezentate in figura 3.1.

Fig. 3.1 Tipuri de transmisii automate

CVT (Continuously Variable Transmission - Cutie de viteza cu Variatie Continua) este un sistem care face posibila varierea progresiva a rapoartelor cutiei de viteze. Asadar, permite selectarea unui numar infinit de trepte de viteza, intre o valoare minima si una maxima stabilite de producator. A fost introdusa pe piata de catre Nissan, actualmente fiind adoptata de mai multi producatori. Cea mai importanta trasatura a CVT este aceea ca, pentru orice viteza a autovehicului, motorul functioneaza la turatia cea mai potrivita. Un procesor coreleaza mai multi factori (viteza autovehiculului, pozitia acceleratiei, turatia motorului, etc.) si alege, in functie de acestia raportul ideal de demultiplicare (treapta ideala de viteza) pe care il variaza continuu, pentru pastrarea eficientei maxime in orice moment (cuplu cat mai mare, consum cat mai mic, regim motor cat mai lejer, emisii minime). Avand in vedere complexitatea sistemului (de tip 'drive by-wire'), pedala de acceleratie nu comanda direct obturatorul, ci comanda un senzor care trimite comanda la computerul central. De acolo, dupa analizarea tuturor parametrilor, pleaca o comanda catre obturator. Pentru analizarea comportamentului CVT, vom lua un caz practic: accelerarea de la 80 la 120 km/h. Soferul accelereaza pana la podea, iar computerul da o comanda interesanta: tureaza motorul pana la cuplul maxim si apoi il mentine acolo crescand viteza din varierea rapoartelor cutiei de viteze. Aceasta asigura cea mai buna exploatare a performantelor motorului, combinata cu o uzura minima si cu emisii scazute. Constructiv, varierea raportului de transmitere al cutiei de viteze se face astfel: arborele principal (solidar cu arborele cotit al motorului) este construit din doua flanse care se pot departa sau apropia una de cealalta. Arborele secundar (condus, solidar cu diferentialul) are o constructie identica. Intre ele, o curea neextensibila (cu lungime fixa) transmite miscarea. Cand cele doua flase de pe arborele principal se apropie, diametrul virtual creste. Cureaua fiind neextensibila, flansele de pe arborele secundar se departeaza, micsorandu-i-se diametrul virtual. Astfel, puterea la roata este mai mare, iar viteza de inaintare mai mica. Pentru obtinerea unei viteze crescute, se inverseaza procesul: flansele de pe arborele primar se departeaza, concomitent cu apropierea celor de pe arborele secundar. Problema cea mai mare a CVT este ca, desi poate genera un numar infinit de trepte de viteza, acestea sunt doar pentru mersul inainte. De aceea, este nevoie de o treapta separata de mers inapoi si de ambreiaj. Atunci cand se achizitioneaza o masina exista posibilitatea de a alege intre mai multe tipuri de cutii de viteze care sa se potriveasca personalitatii si stilului de condus al fiecarui sofer. Desi diferentele constructive dintre ele sunt mari, toate au acelasi scop: sa transmita miscarea de la motor la roti. In viitorul cel mai apropiat pot sa apara evolutii ale acestora care sa combine avantajele prezentate, eliminand punctele lor slabe.

Fig. 3.2 CVT

Fig. 3.3 CVT Audi TT 3.2 quatro

Transmisia cu variatie continua (CVT) a autoturismului Nissan utilizeaza o curea de antrenare si doua fulii; prin varierea dimensiunilor celor doua fulii, transmisia elimina 'treptele' dintre viteze, mentinand motorul in interiorul plajei sale optime de putere. Se obtine astfel o acceleratie lina, o economie semnificativa  de carburant si un nivel mai scazut al emisiilor.

O alta consecinta pozitiva este sporirea gradului de confort: urcarea unei pante mai lungi este insotita inevitabil de demultiplicari repetate, pe masura ce motorul incearca sa gaseasca puterea necesara.

Datorita transmisiei CVT, rotatiile motorului raman constante, autoreglandu-se uniform, pentru a asigura mentinerea momentului mecanic. Acest tip de transmisie reduce pierderile de putere in mai mare masura decat transmisiile automate conventionale, rezultatul constand in ameliorarea eficientei si acceleratiei.

Prin avantajele pe care le ofera CVT, constructorul japonez a reusit sa maareasca numarul de modele echipate cu acest tip de transmisie de la 250.000 in 2004 la 1.088.000 in anul fiscal 2007. Momentan transmisiile de tip CVT (Continuously Variable Transmission) ocupa un procent de 28,6% din totalul vanzarilor globale, insa in Japonia i America de Nord se bucura de o popularitate mult mai mare, cu o rata de penetrare de 43,8% respectiv 47,4%

Fig. 3.4 CVT Nissan

3.1 Tipuri constructive de transmisii mecanice continui

CTX-Ford France. Este fabricata de uzinele Ford din Bordeaux si reprezinta prima solutie aplicata in 1987 la productia de serie. S-au fabricat pana in prezent peste 700.000 unitati.

Variantele constructive acopera motorizari cu m.a.i. prin scanteie cu puteri pana la 80 kW cu turatii maxime pana la 5500 rot/min si moment maxim intre100145 N.m la 25004000 rot/min. Echipeaza autoturisme Ford Fiesta, Ford Orion, Fiat Uno, Fiat Tipo si Fiat Tempra.

In figura 3.5 este prezentata sectiunea si schema de organizare cinematica pentru transmisia CTX Ford-France.

Cuplarea ambreiajelor si modificarea pozitiei relative dintre fulii, pentru modificarea rapoartelor de transmitere, se efectueaza hidrostatic.

Mecanismul inversor (figura 3.6) asigura cuplarea si decuplarea motorului de transmisie si inversarea sensului de rotatie la mersul inapoi.

Fig. 3.6 Mecanism inversor

1,2-roti planetare; 3-sateliti dubli; 4-brat portsateliti; 5-carterul transmisiei;

A₁, A₂-ambreiaje de blocare

Ambreiajul A₁ pentru mers inainte realizeaza blocarea unitatii planetare (priza directa) prinlegarea bratului portsatelit de arborele variatorului (rotii conduse 1).

Ambreiajul A₂ pentru mers inapoi realizeaza imobilizarea coroanei 2 a mecanismului planetar in raport cu carterul transmisiei.

Pentru reducerea gabaritului radial al ambreiajelor sunt utilizate discuri multiple, care functioneaza in ulei. Strangerea pachetului de discuri se realizeaza hidraulic.

Functionarea ambreiajului este total automatizata prin comanda hidraulica, astfel incat nu este necesara interventia conducatorului.

Fig. 3.5 Sectiunea si schema de organizare cinematica pentru transmisia CTX Ford-France

1-mecanism planetar diferential; 2-ambreiaj de cuplare pentru mers inainte;

3- ambreiaj de cuplare pentru mers inapoi; 4-fulie primara; 5-curea metalica;

6-fulie secundara ans.; 7-mecanismele puntii motoare; 8-diferential

Variatorul. Variatorul (figura 3.7) este produs de firma Van Doorne si utilizeaza o curea de 24 mm.

Fig. 3.7 Variatorul transmisiei CTX Ford-France

1,2-semifulii; 3-camasa cilindrului hidraulic primar; 4-semifulie fixa; 5-semifulie mobila;

6- cilindrului hidraulic secundar; 7-arc elicoidal; 8-curea

Datorita distantei fixe dintre arborii primar si secundar si datorita lungimii invariabila a curelei, cresterea ecartamentului intre flancurile uneia dintre fulii trebuie sa fie compensata prin micsorarea pe cealalta fulie si reciproc (variator duo). Modificarea raportului de transmitere la variatoarele de acest tip se face prin reglarea in opozitie prin deplasarea in diagonala a semifuliilor mobile (simetric).

Cureaua metalica -MVB (Metal V Belt)- (figura 3.8) este element specific constructiei inventata de Hub van Doorne.

Fig. 3.8 Curea metalica

1-eclise; 2-pachete de benzi de inalta flexibilitate

Pachetele de benzi asigura fortele de pretensionare in vederea transmiterii fortei utile si asigura ghidarea ecliselor la transferul acestora de la fulia primara la fulia secundara. Momentul transmis de acestea este nesemnificativ (4% din momentul total).