CVT selgitatud: mis on variaator ja kuidas see töötab?

Autokataloogide sirvimise või tehniliste andmelehtede lugemise käigus olete ilmselt kohanud lauset „autole on paigaldatud pidevalt muutuva ülekandega käigukast”. Kõik teavad, mis on käsikäigukast, ja enamik juhte on ammu leppinud klassikalise automaatkäigukastiga. Kuid variaator — tuntud ka kui CVT (inglise keeles continuously variable transmission, eesti keeles pidevalt muutuva ülekandega käigukast) — tekitab endiselt tühja pilgu. See on üllatav, sest tegemist pole sugugi uue leiutisega.

CVT käigukasti lühiajalugu

Siin on fakt, mis kipub inimesi üllatama: variaatorit ei leiutanud Honda, Toyota ega isegi Mercedes-Benz. Esimene pidevalt muutuva ülekandega käigukasti patent anti välja 19. sajandi lõpus — ja algne kontseptsioon ulatub veelgi kaugemale. Leonardo da Vinci visandas selle põhimõtte juba 1490. aastal.

Esimene CVT-ga varustatud sõiduauto ei ilmunud siiski renessansiajal. Selleks kulus veel viis sajandit. 1950. aastatel sai DAF — Hollandi kaubamärk, mis tootis tollal nii veoautosid kui ka sõiduautosid — esimeseks tootjaks, kes paigaldas variaatori seeriatootmisse. Volvo järgis oma versiooniga ning CVT-tehnoloogia on sellest ajast peale pidevalt laienenud.

Mis on variaator? CVT vs. automaatkäigukast

Lihtsustatult öeldes on variaator automaatkäigukasti liik — kuid üks, mis töötab täiesti erineval põhimõttel. Juhi vaatenurgast näeb CVT-ga auto välja täpselt samasugune kui tavalise automaatkäigukastiga auto:

Kaks pedaali — gaas ja pidur
Käiguvalijaga tuttavate P, R, N, D asenditega
Ei sidurpedaali ega käsitsi käiguvahetust

Kuid kapoti all on lugu hoopis teistsugune. Tavalisel automaatkäigukastil on kindlaks määratud käigud — esimene, teine, kolmas ja nii edasi. CVT-l puuduvad fikseeritud käigud täielikult. Selle asemel kohandab see pidevalt ja sujuvalt ülekandearvu vastavalt auto kiirenemisele või aeglustumisele. Tulemus? Ei tõmbeid, ei tõukeid, ei tajutavaid käiguvahetusi — ainult sujuv, katkematu jõuülekanne.

CVT käigukastide tüübid

Kõik variaatorid pole ühte moodi ehitatud. Kasutusel on mitu peamist konstruktsiooni:

V-rihmaga reguleeritavad rihmarattad — kõige levinum tüüp, mida leidub enamikul CVT-ga varustatud autodel
Aheltüüpi CVT — Audi kasutatav lahendus, mis pakub kõrget efektiivsust ja pöördemomendi mahutavust
Toroidiline CVT — vähem levinud, kuid mehaaniliselt elegantne konstruktsioon, mis kasutab toroidaalsete ketaste vahel rulle

V-rihma rihmarattasüsteem on see, millega enamik juhte kokku puutub, nii et vaatame lähemalt, kuidas see töötab.

Kuidas V-rihma CVT töötab? Lihtne selgitus

Kujutage ette kahte paralleelselt lamaval pliiatsit, mis on ühendatud veniva kummipaeladega. Keerake ühte pliiatsit ja teine järgneb samal kiirusel. Nüüd kujutage ette, et pliiatsitel on erinevad läbimõõdud — suurema üks pööre sunnib väiksemat kaks korda pöörlema. See on V-rihma variaatori põhiidee.

Päris CVT-s saavutatakse see kahe reguleeritava rihmarattaga:

Iga rihmaratas koosneb kahest koonilisest poolest, mis on üksteisega vastakuti, tipp tipu vastas
Rihmarattaste vahel jookseb V-kujuline rihm, mis haakub nendega oma sooniliste servadega
Kui koonilised pooled üksteisest eemalduvad, langeb rihm keskele ja liigub mööda väiksemat raadiust
Kui koonid üksteise poole liiguvad, sõidab rihm mööda suuremat raadiust

Hüdrauliline süsteem (või mõni muu servomehhanism) liigutab mõlemat rihmaratast sünkroonselt — kui üks avaneb, sulgub teine. Üks rihmaratas asub ajamivõllil (mootori poolel) ja teine ajatavat võllil (rataste poolel). Muutes pidevalt iga rihmaratta efektiivset läbimõõtu, muudab käigukast oma ülekandearvu väga laias vahemikus, ilma astmete ja katkestusteta.

Paketi lõpetamiseks on vaja vaid tagumise käigu üksust — tavaliselt lihtne planetaarülekanne — ja CVT käigukast on töövalmis.

Millist rihma CVT kasutab?

Tavaline kummist jõuülekande rihm laguneks CVT töötingimustes mõne tuhande kilomeetri jooksul. Variaatorites kasutatavad rihmad on spetsiaalselt selleks otstarbeks valmistatud komponendid. Kasutusel on kaks peamist konstruktsiooni:

Terasest tõukerihm — kihtidena laotud teraslintide komplekt, millele on paigaldatud sajad õhukesed trapetsikujulised terasplaadid. Plaadid suruvad üksteise vastu, võimaldades rihmale jõudu edasi anda isegi surumisel — mida kummirihm lihtsalt ei suuda
Terasest kett — lai, lame kett, mis puutub rihmaratta koonide vastu servade, mitte pinna kaudu. Seda konstruktsiooni kasutatakse Audi CVT-süsteemides (tuntud kui Multitronic)

Audi aheltüüpi CVT kasutab spetsiaalset käigukastiõli, mis muudab kontaktpunktides tekkiva äärmise rõhu mõjul oma viskoossust, võimaldades kettil edastada märkimisväärset jõudu minimaalse libisemisega — isegi väga väikese kontaktpinna juures.

Milline tunne on CVT-ga sõitmine?

Sõidukogemus sõltub sellest, kuidas CVT juhtprogramm on häälestatud, kuid kõvera gaasiga kiirendamisel on kõige levinum käitumine järgmine: vajutate gaasipedaali põhja, mootor tõuseb maksimaalse pöördemomendi pööretepiirkonda — ja jääb sinna kogu kiirenduse vältel, hoides ühtlast, stabiilset helitaset, samal ajal kui auto kiirus kasvab.

Mõned juhid leiavad selle alguses võõrastav olevat. Mootori heli ei tõuse ega lange nii nagu astmelise käigukastiga; selle asemel püsib see ühel toonil, samal ajal kui auto kiireneb. Seda on võrreldud tolmuimeja müraga — efektiivne, kuid erinev sellest, millega enamik juhte harjunud on.

Siiski häälestab paljud tootjad oma CVT-d nii, et need jäljendaksid traditsioonilise käigukasti tunnet, kus mootori pöörded tõusevad kiirusega proportsionaalselt. Mõned mudelid lähevad kaugemale ja pakuvad:

Virtuaalsed käiguastmed — tavaliselt 6 või 8 elektrooniliselt määratletud ülekannet, mille vahel CVT vahetab teravalt, jäljendades klassikalist automaatkäigukasti
Käsitsi järjestikune režiim — võimaldab juhil valida virtuaalseid käike lülituslehtede või hoova kaudu
Automaatne allapoole lülitumine — mäkke sõitmisel või aeglustamisel lülitub CVT intelligentselt madalamale ülekandele, et säilitada pöördemomenti, sõltumata gaasipedaali asendist

Audi A4 allroad quattro — varustatud Audi aheltüüpi Multitronic CVT-ga

CVT käigukasti eelised

Lõpmatu hulk ülekandeid — mootor töötab alati oma kõige efektiivsemas või võimsamas vahemikus, sõltuvalt vajadusest
Sujuv kiirendus — käiguvahetuste puudumine tähendab pöördemomendi katkestuse ja tõugete puudumist
Parem kütuseökonoomsus — hoides mootorit optimaalses töövahemikus, suudavad CVT-d vähendada kütusekulu võrreldes traditsiooniliste automaatkäigukastidega
Hea madala kiiruse jõudlus — eriti kasulik linna ummikliikluses
Madalam hind kui tippklassi automaatidel — CVT üksused on üldiselt odavamad toota kui kõrgekvaliteedilised hüdrodünaamilised automaatkäigukastid

CVT käigukasti puudused

Võimupiirangud — traditsioonilised CVT-d pole mõeldud suure pöördemomendi ja võimsuse rakenduste jaoks, mistõttu on sportautod ja suured luksusautod ajalooliselt eelistanud tavalisi käigukaste
Kõrgemad hoolduskulud — CVT-spetsiifiline käigukastiõli on kallim kui tavaline automaatkäigukastiõli ning rihma vahetus (iga 100 000–150 000 km järel) on lisandanud hoolduskulusid
Harjumatu sõidutunne — püsiva pöörlemissagedusega kiirendamise tunne vajab harjumist
Õlivahetuse intervallid — CVT vedelikku tuleb vahetada tavaliselt iga 40 000–50 000 km tagant, sõltuvalt mudelist

Kui võimas saab CVT olla?

CVT-d alustasid väikestel linnaautodel — ja pikka aega jäid sinna. Rihmapõhise käigukasti mehaanilised nõuded tegid suure võimsuse saavutamise keeruliseks. Kuid inseneriteadus on teinud märkimisväärseid edusamme.

Audi Multitronic ahel-CVT, mis on paigaldatud A4 2.0 TFSI-le, suudab probleemideta käsitleda 200 hj. Nissan läks kaugemale X-Tronic CVT-ga Muranos — täismõõtmeline maastur 3,5-liitrise V6-mootoriga, mis toodab 234 hj. Need pole enam marginaalsed, väikese võimsusega rakendused.

CVT vs. automaatkäigukast: kumb on parem?

Klassikalised automaatkäigukastid on võitlusesse tulnud rohkemate käikudega — 8-käigulised üksused on nüüd standardiks paljudel esindus- ja luksusautodel, püüdes sama efektiivsuse ja jõudluse tasakaalu, mida CVT-d pakuvad vaikimisi. Kümne- ja kaheteistekäigulised automaadid on ilmunud veokitesse ja spordiautodesse.

Kuid CVT-l on struktuurne eelis, mida ükski astmeline käigukast ei suuda korrata: ülekannete arv on lõpmatu. Ükskõik kui palju käike insenerid traditsioonilisele automaadile lisavad, jääb iga kahe vahele alati vahe. CVT-l vahesd puuduvad. Igapäevaseks sõitmiseks — linnas sõitmiseks, kütusesäästmiseks, sujuvaks liikluseks — on see endiselt üks praktilisemaid ja alahinnatud käigukastivalikuid turul.