Samočinné bezestupňové převodovky - Plynule a bez zubů

V dalším dílu seriálu o samočinných převodovkách se zaměříme na bezstupňové CVT a na pravou míru uvedeme jednu zažitou nepravdu.

Převodovky s plynule měnitelným převodem CVT (Continously Variable Transmission) jsou z principiálního hlediska vůbec nejlepším typem pro pohon strojů se spalovacím motorem, tedy i automobilu. Jak už název napovídá, na rozdíl od klasických stupňových převodovek nemají pevně dané převodové poměry, jejich konstrukce umožňuje teoreticky nekonečné množství převodů. Díky tomu umějí optimálně regulovat tažnou sílu motoru v závislosti na rychlosti tak, aby běžel v optimálních otáčkách z hlediska výkonu nebo spotřeby.

Převodovky CVT se konstruují jako třecí, převodové stupně se nastavují změnou průměrů rotačních částí přenášejících točivý moment mezi vstupním a výstupním hřídelem. V osobních automobilech se používají dva typy, variátorové a toroidní, přičemž drtivá většina patří do první kategorie. Éru masového nasazení cévétéček odstartoval v roce 1958 Variomatic použitý v malém automobilu DAF 600 (prototyp převodovky byl zkonstruován již o osm let dřív). Princip variátoru je však znám mnohem déle, popsal ho již Leonardo da Vinci v patnáctém století. V automobilech se začaly rozšiřovat koncem osmdesátých let minulého století, a to hlavně díky japonským značkám.

Variátor tvoří dvě řemenice s axiálně posuvným kuželovým kolem, mezi nimiž obíhá klínový řemen nebo řetěz. Jedna řemenice je spojena se vstupním hřídelem (primární), druhá s výstupním (sekundární). Oddalováním a přibližováním kuželů se mění průměr, který řemen opisuje, a tím i samotný převodový poměr. Při rozjezdu, kdy je zapotřebí největší převod, resp. tažná síla, je na primární řemenici nastaven nejmenší průměr. Jelikož má řemen pevnou délku (nepočítáme-li mírné deformace), sekundární řemenice se sama nastaví na největší průměr. Při rychlé jízdě je to naopak.

Zatímco potřebnou přítlačnou sílu primární řemenice vyvolává hydraulika, u sekundární kontrastní pružina. Nejlépe se fungování variátorové převodovky vysvětluje na jízdě ustálenou rychlostí. Po rovině ve 130 km/h převodovka nastaví převod tak, aby se otáčky motory pohybovaly v oblasti optimální spotřeby. Například zážehový 2.4/131 kW v Suzuki Kizashi točí pouhých 2000 min-1, což jsou hodnoty turbodieselů. Ve stoupání by však už motor neměl dost síly, což by vedlo ke zhoršení spotřeby (a emisí). Převodovka proto upraví převodový poměr a zvýší otáčky motoru. Převodový rozsah CVT určují průměry řemenic, takže je limitovaný zástavbovými rozměry. Nejčastěji se dnes pohybuje kolem šesti.

Nová generace převodovky Xtronic CVT od Nissanu montovaná do malé Micry se ale může pochlubit rekordní hodnotou 7,3 (samočinná osmistupňová ZF má 7), a to díky dalšímu dvoustupňovému planetovému převodu (1,821 a 1,000) vloženém do stávající jednoduché planetové převodovky. Tu má většina CVT, slouží však pouze k řazení zpětného chodu. Díky přídavném převodu mohli konstruktéři použít menší řemenice, přičemž sekundární není už ponořená v olejové lázni. Zmenšily se tak rozměry skříně i vnitřní ztráty o 10 %! Součástí CVT jsou dále předlohový převod umožňující upravit převodovku pro různé verze motoru, tlumič torzních kmitů a rozjezdové spojky (elektronicky řízené lamelové či elektromagnetické práškové), které v poslední době nahrazuje hydrodynamický měnič. Ten výrazně zlepšuje komfort rozjezdu a díky blokovací spojce přemosťující měnič už nemá takové ztráty.Důležitým prvkem CVT jsou převodové oleje, které jsou vzhledem k dosahovaným tlakům na bocích řemenic extrémně tepelně i tlakově namáhán. Každý výrobce si proto předepisuje svůj unikátní a nezaměnitelný typ.

Výhody bezstupňových převodovek jsou jasné: ve srovnání s klasickými samočinnými převodovkami jsou menší, mohou mít větší rozsah převodů a asi o 10 % nižší spotřebu. Tak proč je nabízí jen pár výrobců? Důvodů je několik. CVT snesou v porovnání s planetovými automaty mnohem menší zatížení. Nejslabším článkem je řemen. V počátcích byly pryžové, dnes se nejčastěji používá ocelový řemen splňující požadavky na pevnost, životnost i rozumnou cenu. Tvoří ho dva svazky pásů z ušlechtilé oceli, které nesou lisované kovové prvky. Přestože tyto řemeny snesou až 250 N.m, variátorové převodovky se objevují většinou jen se zážehovými motory. Spojení se vznětovými motory je sporadické. Prokluzující řemeny už po 70 000 km přinutily Ford stáhnout převodovku Durashift z nabídky modelu C-Max s 1.6 TDCi. Dnes proto nabízí variátor s turbodieselem Mercedes-Benz ve třídě A a B (160 CDI Autotronic) nebo Audi.

Právě převodovka Multitronic používající místo řemenu řetěz měla snést vysoké točivé momenty i šestiválcového turbodieselu (2.7 V6 TDI). Bohužel zejména v kombinaci s chiptuningem ale znamenal vysoký točivý moment pro tuto převodovku postupnou zkázu řemenic. Ve značkovém servisu se opravy řeší výměnou za nový kus (cena asi 120 000 Kč), specializované servisy provedou podle stupně poškození nápravu asi za polovinu. I přes počáteční problémy Multitronic z nabídky německé automobily nezmizel, v modernizované podobě ho lze v modelech A4 a A6 kombinovat se zážehovými 1.8 a 2.0 TSI a vznětovými 2.0 a 3.0 TDI, vždy ale bez quattra.

Řetěz používá i převodovka Lineartronic od Subaru nabízená s pohonem všech kol a zážehovým 2.5/123 kW v modelech Legacy a Outback nebo Xtronic v Nissanu Murano. Za nízkou popularitou CVT převodovek v Evropě ale stojí i její projev při jízdě. Lidem vadí neustálé kolísání otáček motoru a chování při plné akceleraci, kdy otáčky vyletí do oblasti maximálního výkonu, což bývá kolem 6000 min-1. Výrobci proto přišli s možností ručního řazení, nejčastěji šesti až sedmi (nový Multitronic v A6 dokonce osmi) přednastavených převodů, čímž se variátory přiblížily běžné samočinné převodovce.Ani skutečná spotřeba není v porovnání s konvenčními automaty o tolik nižší, často bývá dokonce horší. Zázračných hodnot motory s CVT dosahují pouze při homologaci (podle níž se určují daně), proto určitě tyto převodovky nevymřou. Letos je v Ženevě představily Kia nebo Renault.

Na masovější rozšíření čekají toroidní bezstupňové převodovky. Jejich princip je přitom znám velmi dlouho, patentovat si ho nechal v USA Charles W. Hunt z Richmondu již v roce 1877. Jedná se také o třecí převod, místo dvou řemenic a řemenu ale používá dva toroidní disky, jeden spojený se vstupním a druhý s výstupním hřídelem, mezi nimiž je kladka. Samotná změna převodu se děje jejím naklápěním, čímž se mění bod dotyku kladky s toroidními disky. K výhodám tohoto typu převodu patří schopnost přenést značné momenty (až 400 N.m) a účinnost přes 95 % (u CVT se mění v rozsahu 90-95 %).

U prvních toroidních převodovek ze začátku 20. století docházelo k přímému kontaktu kov na kov, takže toho moc nevydržely. Vyřešit tento problému se snažil koncern GM nebo Ford. Povedlo se to až japonské firmě NSK, která v roce 1978 představila převodovku Powertoros Unit. Přenos sil u ní probíhá prostřednictvím tisícinu milimetru tlustého filmu speciálního trakčního oleje, který v místě kontaktu s kužely a kladkou musí snést zatížení až 4 GPa.

Poprvé toroidní převod použil v sériovém automobilu Nissan, a to v roce 1999 v modelech Cedric, Gloria a Skyline. Tato převodovka Extroid CVT měla dva sériově řazené toroidní převody s šesti přednastavenými převodovými stupni (poměry 2,857 až 0,660 a hydrodynamický měnič. Bohužel vysoké náklady převýšily veškerá pozitiva tohoto ústrojí oceněného celou řadou titulů za inovaci.

Charakter CVT se všemi přednostmi i nectnostmi má také převodovka v hybridních modelech Toyota Prius/Auris HSD. Přesto to není klasický variátor s třecím převodem. Jediný řemen býval u starší generace použit jako předlohový převod, v poslední generaci ho nahradila ozubená kola. Základ ústrojí P410 tvoří jednoduché planetové soukolí s jediným převodem. Díky přesnému řízení otáček spalovacího motoru a elektromotoru však dokáže tato převodovka pokrýt celé rychlostní spektrum vozidla. Nicméně rozsah je pochopitelně omezen, proto třeba Prius jede jen 180 km/h. Toyota toto ústrojí proto označuje jako e-CVT, tedy elektronicky řízené CVT.

Zejména u zemědělských strojů se uplatňují bezstupňové převodovky typu IVT (Infinitely Variable Transmission). Také mívají planetový převod a více vstupů, místo variátoru a elektromotoru ale používají hydrostatický nebo hydrodynamický motor, díky kterému umějí IVT pokrýt celou škálu pohybu vozidla s mimořádně přesnou regulací otáček kol. Tímto typem převodovky od britské firmy Torotrak, ale s toroidním převodem, byla vybavena studie městského vozu Tata Pixel vystavená na Ženevském autosalonu.

Fotogalerie