Mis on variaatorkast: disainifunktsioonid, eelised ja puudused

CVT on pidevalt muutuv käigukast, mis suudab sujuvalt ülekandearvu muuta. Erinevalt manuaalkäigukastidest (manuaal-, hüdromehaaniline automaatkäigukast või robotkäigukast) pole variaatoril nn fikseeritud käike.

Fikseeritud hammasrattaid (etappe) tuleks mõista kui hammasrattaid, mis haakuvad üksteisega. Järgmisena käsitleme variaatori konstruktsiooni ja seda tüüpi käigukasti tööpõhimõtet, samuti seda, millised eelised ja puudused variaatori käigukastil on.

Artikli sisu

• Käigukasti variaator: mis see on ja kuidas see töötab
• Kiilrihma variaatori ja toroidse CVT tööpõhimõte
• Variaatori plussid ja miinused

Käigukasti variaator: mis see on ja kuidas see töötab

Niisiis, variaator- või CVT-käigukasti lühend on tavaliselt CVT (Continuously Variable Transmission), mis tähendab pidevalt muutuvat käigukasti.

Variaatoril on analoogidega võrreldes mitmeid eeliseid. Esiteks on seda tüüpi käigukasti valmistamine odavam kui automaatkäigukasti. Teine variaator võimaldab kõige tõhusamalt kasutada sisepõlemismootori võimsust ja pöördemomenti.

Tänu disainiomadustele on võimalik ülekandearvu paindlikult muuta. Lihtsamalt öeldes töötab mootor alati optimaalses režiimis, mis on täielikult kooskõlas konkreetsete tingimuste ja koormustega.

Samuti tähendab käiguvahetusmomendi puudumine seda, et võimsusvoo katkestus puudub. Tänu sellele on võimalik saavutada kõrge kütusesäästlikkuse ja kiirenduse dünaamika tase ning tagada CVT variaatoriga autoga sõitmisel maksimaalne mugavus.

Pange tähele, et variaatoreid on mitut tüüpi, kuid autotööstuses kasutatakse kiilrihma- ja toroidvariaatoreid. Samal ajal on kiilrihma variaator palju levinum.

Esimene seda tüüpi CVT oli Variomatic, mis paigaldati autodele päris 50ndate lõpus, hiljem ilmus Transmatic versioon, mis jõudis konveierile 1984. aastal.

Tänapäeval kasutavad kiilrihma variaatorit aktiivselt erinevad ülemaailmsed autotootjad (näiteks Toyota Multidrive, Multitronic Audi, Xtronic Nissan jne). Mis puutub vähem levinud toroid-CVT-sse, siis üks tuntumaid on Nissani Extroid CVT.

Variaatori üldine disain eeldab järgmiste põhielementide olemasolu:

• Seade pöördemomendi edastamiseks sisepõlemismootorilt käigukastile, samuti võimaldab käigukasti elektrijaamast lahti ühendada (sarnaselt neutraalkäiguga);
• Muutuva kiirusega käigukast, samuti tagasikäigu mehhanism.
• CVT juhtimissüsteem (ECU ja andurite komplekt);

Niinimetatud automaatkäigukasti sidureid on mitut tüüpi:

• tsentrifugaalautomaatne sidur;
• elektromagnetiline sidur;
• mitme plaadiga sidur;
• pöördemomendi muundur;

Samal ajal on kõige levinum lahendus pöördemomendi muundur, kuna just gaasiturbiinmootor võimaldab saavutada pöördemomendi võimalikult sujuva muundamise, suurendada mugavust ja pikendada CVT kasutusiga.

Rääkides otse CVT kasti enda ülesehitusest, siis tuleks alustada kiilrihma variaatoritest. Sellisel variaatoril on üks või kaks rihmülekannet. Rihmülekanne hõlmab paari rihmarattaid, mis on omavahel ühendatud kiilrihma abil.

Rihmaratas omakorda koosneb kahest koonusekujulisest kettast, mis on võimelised liikuma ja lahku minema. Tänu sellele saab rihmaratta läbimõõtu muuta.

Koonuste kokkuviimiseks saab kasutada hüdraulilist survet, samuti viiakse koonused kokku tsentrifugaaljõu või vedrujõu abil. Kitsenevad kettad ise on 20-kraadise nurga all, mis võimaldab lindil minimaalse takistusega pinnal liikuda.

Algstaadiumis said kiilrihma variaatorid kummist rihma, kuid sellise rihma kasutusiga ei ületanud 50 tuhat km ja rihm polnud ka piisavalt painduv. Selle tulemusena oli ülekandearvu tõhusa muutmise võimalus mõnevõrra piiratud.

Lisaks hakati variaatorikastide seadmes kasutama mitmest terasribast valmistatud painduvat metallvööd. Pöördemomendi ülekandmine toimub hõõrdumise teel rihma ja rihmarataste külgpinnaga.

Soovitame lugeda ka artiklit selle kohta, mis on X Tronic variaator. Sellest artiklist saate teada seda tüüpi CVT-käigukasti omaduste ja erinevuste kohta, samuti selle CVT tugevate ja nõrkade külgede kohta.

Terasest variaatoririhm osutus vastupidavamaks, paindlikumaks, pikema kasutuseaga, käigukast tekitab töötamise ajal vähem müra. Tänu sellele vööle on CVT-d muutunud massiliseks.

Samuti kasutavad mõned tootjad seda tüüpi karbis (V-ahela variaator) rihma asemel metallist variaatorketti. Kett võimaldab veelgi suuremat paindlikkust ja tõhusust võrreldes kiilrihma variaatoritega. V-ahela variaatoril on kõrgeim efektiivsus, kuna kaod on minimaalsed.

Fakt on see, et pöördemomenti edastab keti otspind. Teisisõnu on kett kooniliste ketastega kokkupuutes rohkem "tihedalt". Kiirendatud kulumise vältimiseks kokkupuutekohtades on koonilised kettad valmistatud tugevast terasest.

Samuti lisame, et variaatori disain ei suuda pakkuda autole tagurpidi liikumist. Selleks, et CVT-ga autol oleks tagurpidikäik, kasutavad disainerid lisaseadmeid. Täpsemalt on CVT-l tagurdamiseks planetaarkäik. Planeediülekanne sarnaneb klassikalise hüdromehaanilise automaatkäigukastiga.

Variaatorikarp töötab elektroonilise süsteemi juhtimisel. Elektroonika vastutab variaatori rihmarataste läbimõõdu sünkroonse muutmise eest täpselt vastavalt sisepõlemismootori töörežiimile. Süsteem juhib ka sidurit ja planetaarset tagurpidikäiku.

Režiimide kaasamise osas juhitakse variaatorit sõitjateruumis asuva hoova (selektori) abil. Režiimid ise on sarnased automaatkäigukasti režiimidele (PRNDL, sportrežiim, talvine, ökonoomne jne), kuna tootjad püüavad muuta käigukastiga suhtlemise juhi jaoks võimalikult lihtsaks ja lihtsaks.

Samuti märgime, et variaatoril võib olla ka manuaalne käiguvahetusrežiim (Tiptronic). Kuigi CVT-l pole struktuurselt astmeid (käigud), siis manuaalrežiimis hakkab ECU tarkvara tööle eelprogrammeeritud fikseeritud ülekandearvude sisselülitamise algoritmi järgi (sarnaselt automaatkäigukasti Tiptronicule).

Sellise funktsiooni ilmumist variaatorile ei dikteeri ükski vajadus, mis on otseselt seotud töö ja jõudluse parandamisega. Fakt on see, et paljude juhtide jaoks on probleemiks sama mootori pöörlemiskiirus kiirendamisel, samuti käigu (etapi) vahetamise tunde puudumine. Manuaalrežiim võimaldab teil saavutada selge käigu "üles" või "alla" analoogselt mehaanika või automaatkäigukastiga. 

Kiilrihma variaatori ja toroidse CVT tööpõhimõte

Kiilahela ja kiilrihma variaatorite töö põhineb rihmarataste läbimõõtude sünkroonsel muutumisel, olenevalt mootori töörežiimist teatud hetkel.

Võimalus muuta rihmaratta läbimõõtu realiseeritakse ajami abil. Kui CVT-ga sõiduk kiirendab, on CVT veorihmarattal väikseim läbimõõt, koonilised kettad on täielikult laienenud.

Käitav ketas on omakorda suurima läbimõõduga, see tähendab, et koonilised kettad on täielikult kokku surutud. Kui mootori pöörlemiskiirus hakkab kasvama, suureneb ka ajami rihmaratta läbimõõt, samal ajal kui veetava rihmaratta läbimõõt väheneb.

Selle rihmarataste läbimõõtude muutuse tõttu väheneb ülekandearv. Edasi "valib" CVT juhtimissüsteem sellise diameetrite suhte, et hoida mootorit pööretevahemikus, mil sisepõlemismootorist saab kõige rohkem võimsust ja pöördemomenti.

Nii saavutatakse ja säilitatakse optimaalne töörežiim, säilitades samal ajal dünaamika ja säästes kütust. Lisame ka, nagu eespool mainitud, lisaks kiilrihmadele on olemas ka toroidvariaatorid. Seega on toroidaalsel variaatoril disaini järgi kaks koaksiaalvõlli. Nendel võllidel on sfääriline pind.

Toroidaalse (sfäärilise) pinnaga võllide vahel on spetsiaalsed rullid. Ülekandearvu muutmiseks muutub seda tüüpi variaatorites rullide asend. Sel juhul toimub pöördemomendi ülekanne hõõrdejõu abil, mis tekib rullide ja võllide pindade vahel.

Variaatori plussid ja miinused

Olles välja mõelnud, mida variaatorikast autos tähendab ja kuidas seade on paigutatud, võite kaaluda seda tüüpi automaatkäigukasti peamisi plusse ja miinuseid.

Esiteks eristatakse peamiste eeliste hulgas kõrgeid jõuülekande efektiivsusnäitajaid, aga ka kütusesäästlikkust ja sõidumugavust, kuna juht ei tunne käiguvahetuse hetke. 

Kui me räägime puudustest, siis CVT-del on suhteliselt väike ressurss, neid ei paigaldata tavaliselt võimsate mootoritega koos, kuna üksused pole mõeldud suure koormuse jaoks. Ehk siis CVT variaatoriga autodega ei saa agressiivselt sõita, sellised autod sobivad pigem vaiksele sõidule.

Kui kast on koormatud, väheneb käigukasti eluiga drastiliselt. Samuti on variaatorikast tundlik õli kvaliteedi ja taseme suhtes. Variaatori õli tuleb vahetada iga 30-40 tuhande km järel, kasutades ainult auto või kasti tootja poolt soovitatud originaalseid käigukasti vedelikke.

Samuti soovitame lugeda artiklit, kuidas CVT-ga õigesti sõita. Sellest artiklist saate teada CVT-variaatori töö omadustest ja sellest, mida peate selle käigukasti eluea pikendamiseks arvestama.

Samuti kardab CVT äkilisi käivitusi, suuri mootoripöördeid, maastikusõitu, haagise või muude autode vedamist, pikki libisemisi lumes või jääs (eriti kui käigukastiversioon on pöördemomendi muunduriga).

Eraldi tähelepanu väärib ka küsimus, kuidas CVT-ga autot rikke korral pukseerida. On vaja rangelt järgida kõiki reegleid ja soovitusi. Märkimist väärib ka variaatori madal hooldatavus ja varuosade kõrge hind.

Lõpetuseks märgime, et võttes arvesse ülaltoodud funktsioonide arvu, paigaldatakse CVT-d tavaliselt sõiduautodele ja krossoveritele. Praktikas sobib see käigukast kõige paremini mudelitele, mida kasutatakse linnas või kasutatakse maanteel sõitmiseks ilma sisepõlemismootorile ja käigukastile erilise koormuseta.