Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea de Transporturi

Proiect TransmisiiProiect realizat de: Niculescu Andrei, Hum Lucian, ignici OctavianGrupa: 8302A

Profesor indrumator: Dobre AlexandruTransmisiile automate cu variatie continuaO cutie automata CVT (transmisie cu variatie continua) este o cutie de viteze ce poate trece continuu printr-un numar infinit de rapoarte de transmisie efective, intre valorile minime si maxime. Acest lucru contrasteaza cu alte cutii automate sau manuale ce ofera un numar fix de rapoarte de transmisii. Flexibilitatea unei cutii automate CVT permite axului de input sa mentina constanta viteza unghiulara intr-un interval de viteze de iesire.O cutie automata CVT poate oferi un consum mai redus de combustibil, decat alte cutii automate si unele manuale, permitand motorului sa mearga la cel mai eficient numar de RPM (revolutii per minut) pentru o gama de viteze. Poate de asemenea sa fie folosita pentru a construi sistem kinetic de recuperare a energiei.Alternativ, o cutie automata CVT, poate maximiza performantele unei masini, permitand motorului sa functioneze la RPM-ul la care produce cea mai mare putere. Acesta este mai mare decat RPM-ul la care raportul consum/putere este cel mai eficient. Intr-un final, o cutie automata CVT nu necesita strict prezenta unui ambreiaj, permitand scoaterea acestora. Totusi in unele autovehicule( in general motociclete) un ambreiaj centrifugal este totusi adaugat, totusi acesta este adaugat pentru a oferi pozitia de neutral la motociclete.

IstoricCutiile automate CVT au fost folosite in sisteme generatoare de energie electrica ale avioanelor inca din anii 1950 si in cursele SCCA Formula 500 inca de la inceputul anilor 1970. Utilizarea de cutii automate CVT a fost interzisa in cursele de Formula 1 in 1994 din cauza ca cea mai bine finantata echipa ar domina daca ar crea o cutie automata CVT viabila pentru Formula 1.

Leonardo da Vinci, in 1940, a conceptualizat o transmisie continua variabila fara trepte. Primul brevet pentru o cutie automata CVT pentru autoturisme a fost luat de Daimler Benz in Europa in 1886 si pentru o transmisie toroidala CVT in SUA in 1935.

In 1910 Motocicletele Zenith a construit o motocicleta cu motor V-Twin cu o cutie de viteze Gradua Gear care era o cutie CVT. In 1912, fabricantul britanic de motociclete Rudge-Whitworth a construit cutia automata Rudge Multigear. Multigear era o versiune imbunatatita a cutii automate Gradua Gear.

O cutie automata CVT, denumita Variomatic, a fost conceputa si construita de Hub van Doorne, co-fondator al fabricii de automobile si camioane DAF, spre sfarsitul anilor 1950, special pentru a creea o cutie automata CVT pentru o masina mica si accesibila la pret. Primul autoturism DAF care sa foloseasca o cutie automata Variomatic a fost DAF 600, produsa in 1958. Brevetele pentru aceasta cutie automata au fost transferate mai tarziu catre o companie numita VDT (transmisii Van Doorne) cand divizia de autoturisme DAF a fost vanduta catre Volvo in 1975. Acest tip de cutie automata CVT a fost folosita in Volvo 340. In 1995 compania VDT a fost cumparata de Robert Bosch GmbH.

La inceputul anului 1987, Subaru a lansat Justy in Tokyo, cu o cutie automata CVT controlata electronic (ECVT), proiectata de Fuji Heavy Industries, care detine Subaru.In 1989 Justy a devenit prima masina de productie, dotata cu o cutie automata CVT in SUA.

In vara anului 1987 Ford Fiesta si Fiat Unu au devenit primele autoturisme de masa europene care erau echipate cu o cutie automata CVT pe lant de otel. Aceasta cutie automata CVT, numita Ford CTX a fost proiectata de catre Van Doorne si Fiat. Munca la aceasta cutie automata CVT a inceput in anul 1976.

In 1992 Nissan March venea dotata cu o cutie automata N-CVT bazata pe ECVT-ul dotat pe Subaru. Spre sfarsitul anilor 90 Nissan a proiectat propria cutie automata CVT ce suporta un cuplu mai mare si avea montat un covertizor de cuplu. Aceasta cutie automata a fost folosita in multiple modele pentru piata Japoneza.

Dupa ce au studiat cutiile automate CVT, pe baza de scripete ani la rand, cei de la Honda au introdus propria lor cutie automata CVT la modelul Honda Civic Vti din 1995. Numita Honda Multi Matic, aceasta cutie automata CVT accepta un cuplu mai mare decat o cutie automata CVT traditionala, si de asemenea include un covertizor de cuplu.

Toyota a folosit o cutie automata PST prima oara in modelul Prius din 1997, si toate modelele hibrid ulterioare de la Toyota si Lexus, vandute international, folosesc aceasta cutie automata de viteza, comercializata cu numele de hybrid Synergy Drive.

Audi ofera, inca din 2000, o cutie automata CVT pe lant (Multittronic) ca optiune pe unele modele cu motorizari mari.

General Motors introduce varianta lor de cutie automata CVT in 2002 cunoscuta ca VTi.

Ford introduce o cutie automata CVT pe lant in modelele lor din 2006 Ford Freestyle, Ford Five Hundred si Mercury Montego. Aceasta cutie de automata a fost proiectata initial de catre compania ZF Friedrichshafen si a fost produsa in Batavia, Ohio de catre compania Batavia Transmissions LLC.

Mitsubishi Lancer din 2008 foloseste o transmisie CVT la optiunea de cutie automata. Modelele DE si ES folosesc o cutie automata CVT cu Drive si trepte inferioare, modelul GTS este echipat cu modul standard presetate.

Transmisiile automate cu variatie continua (Continuously Variable Transmission CVT), spre deosebire de transmisiile automate conventionale cu mecanisme planetare, permit varierea continua a raportului de transmitere dintre viteza unghiulara a motorului si cea a rotii. Pratic CVT-urile permit realizarea unui numar infinit de rapoarte intre o valoare minima si una maxima a raportului de transmitere.

Mecanism planetar = transmisie mecanica cu roti dintate la care cel putin o axa geometrica este mobileComparativ cu celelalte tipuri de transmisii automate sau manuale, CVT-urile confera o serie de avantaje:

1. Confort si maniabilitate imbunatatite avand in vedere ca aceste transmisii permit aceleratii liniare, constante fara intreruperea fluxului de putere intre motor si roti. Practic este eliminat socul care apare in momentul schimbarii treptelor de viteza, iar condusul devine mult mai lin.

2. Consum de combustibil mai redus CVT pot mentine motorul in zona de randament maxim (zona polului economic) independent de viteza automobilului. Sau mai inginereste CVT permit motorului sa functioneze pe un domeniu extins de variatie a turatiei si sarcinii independent de viteza si cuplul comandate la rotile automobilului.

3. Dinamicitate crescuta CVT permit performante de accelerare mai bune avand in vedere ca nu se intrerupe fluxul de putere motor roti si totodata in functie de intentia soferului (cat de repede se apasa pedala de acceleratie) pot obliga motorul sa functioneze la un regim de cuplu maxim, rezultand astfel acceleratii maximizate.

4. Se elimina cautarea/alegerea treptei potrivite de viteza odata cu schimbarea conditiilor de drum (exemplu urcare unui deal) sau in functie de apasarea pedalei de acceleratie (cerinta conducator auto). CVT va raspunde imediat la schimbarea conditiilor de drum sau la cerinta conducatorului auto alegand raportul ideal fara nici o interventie/disconfort din partea soferului.

5. Mai bun control al emisiilor poluante CVT va alege domeniul favorabil de sarcini si turatii in care motorul polueaza cel mai putin independent de viteza automobilului.

6. Cresterea durabilitatii componentelor mecanice prin utilizarea motorului la regimuri optime.

7. Mase si dimensiuni de gabarit reduse ceea ce le face potrivite, indeseobi, pentru automobile de litraj mic cu tractiunea pe puntea fata.Tehnologia CVT

Spre deosebire de transmisiile automate conventionale alcatuite din multiple mecanisme planetare, frane, ambreiaje, elemente de control constructia de baza a CVT este ceva mai simpla. Majoritatea CVT sunt alcatuite din urmatoarele 3 componente de baza:

o curea metalica/cauciuc pentru transmiterea cuplului;

fulia conducatoare pe unde intra miscarea;

fulia condusa de iesire.

Pe langa acestea similar cu transmisiile automate conventionale CVT-ul mai dispune de urmatoarele: unitate de electronica de comanda, hidrotransformator (convertizor), diferiti senzori, mecanism planetar pentru mersul inapoi si doua ambreiaje pentru mersul inainte, respectiv pentru mersul inapoi.Foto: Transmisia cu variatie continua Durashift CVT43. Sursa: Ford

Variatorul cu curea prezentat mai sus reprezinta de fapt inima transmisiei de tip CVT. Fiecare fulie este compusa din doua conuri dispuse fata in fata, iar canalul format de cele doua conuri ruleaza o curea trapezoidala care transmite miscarea prin frecarea laterala dintre curea si fulie. Pentru fiecare fulie unul din conuri este fix pe arbore, iar celalalt este mobil si se poate deplasa axial pe arbore pentru a putea varia raza de infasurare a curelei.In general fuliile mobile sunt controlate folosind presiunea hidraulica (majoritatea solutiilor), dar sunt solutii ce folosesc forta centrifuga, control electric sau forta unor arcuri. Ideea de baza ce trebuie retinuta pentru mecanismul de mai sus este ca, fuliile lucreaza intotdeauna in tandem, cand o fulie isi creste raza de rulare cealalta fulie isi scade raza pentru a mentine cureaua intotdeauana intinsa transmitand astfel cuplul catre roti.Avem o fulie conducatoare conectata la arborele cotit al motorului si o fulie condusa care va transmite miscarea mai departe prin diferential la arborii planetari si in final la roti. CVT-urile sunt astfel capabile sa creeze un numar infinit de rapoarte, prin varierea permanenta a razei de infasurare a curelei pe cele doua fulii, intre un raport inferior si unul superior sau orice valoare intermediara. De exemplu cand raza de infasurare a curelei este mica la fulia conducatoare si mare la fulia condusa, vom avea o scadere a vitezei unghiulare a fuliei conduse si va rezulta o treapta inferioara de viteza.

Cand raza de infasurare este mare la fulia conducatoare si mica la fulia condusa, vom avea o viteza unghiulara mai mare la fulia condusa si va rezulta o treapta superioara de viteza.

Tipuri de transmisii CVT:

Transmisiile prin curea ( descrisa principial mai sus);

Transmisiile prin frictiune;

Transmisiile hidrostatice.

Un exemplu remarcabil de transmisie CVT prin frictiune este transmisia CVT Extroid de la Nissan. Aceast tip de transmisie revolutionara nu foloseste nici lant, nici curea pentru transmiterea miscarii, ci un set de role ca in figura de mai jos.

Foto: Transmisia cu variatie continua CVT ZF CFT 23. Sursa: ZF1. hidrotransformator2. modul electrohidraulic de comanda3. fulie conducatoare

4. curea metalica5. fulia condusa6. iesirea din diferential

Hidrotransformatorul (1), numit si convertizorul de cuplu, are rolul de a decupla transmisia de motorul cu ardere interna si de a amplifica cuplul motor. Variatorul de turatie este compus dintr-o fulie conducatoare (3), care primeste cuplul motor amplificat de hidrotransformator (1), curea metalica (4) prin care se transmite miscarea si fulia condusa (5). Varierea raportului de transmitere se face prin intermediul modulului electro-hidraulic de comanda (2) care controleaza presiunea din cilindrii celor doua fulii.

Foto: Schema cinematica a transmisiei cu variatie continua CVT ZF CFT 23. Sursa: ZFA hidrotrasformator1. ambreiaj de blocare

2. turbina3. pompa4. stator / difuzor

5. pompa de uleiB mecanism planetar

1. ambreiaj pentru mersul inainte

2. ambreiaj pentru mersul inapoiC variatorul de turatie

1. partea fixa a fuliei conduse

2. partea mobila a fuliei conduse

3. curea metalica4. partea mobila a fuliei conduse

5. partea fixa a fuliei conduseD reductor intermediar

1. angrenaj intermediar

2. angrenaj diferentialE diferential

Hidrotransformatorul (A) este compus dintr-o pompa (3) conectata la arbore cotit al motorului, o turbina (2), un stator (4) si o pompa de ulei (5). Miscarea se transmite prin intermediul unui fluid de lucru (ulei de transmisie) care este antrenat de pompa, trecut prin stator si introdus in turbina care transmite miscarea mai departe la mecanismul planetar. Ambreiajul de blocare (1) are rolul de a rigidiza pompa hidrotransformatorului de turbina crescand randamentul acestuia.Mecanismul planetar (B) cu ajutorul celor doua ambreiaje schimba directia de rotatie a arborelui fuliei conducatoare. Cand ambreiajul multidisc (1) este cuplat automobilul se deplaseaza inainte iar la cuplarea ambreiajului multidisc (2), ambreiajul (1) fiind decuplat, fulia conducatoare se roteste in sens invers iar automobilul se deplaseaza inapoi.

Variatorul de turatie (C) modifica raportul de transmitere prin modificarea razei de infasurare a curelei metalice (3) pe cele doua fulii. Controlul razei de infasurarea se face prin pozitionarea partilor mobile ale celor doua fulii.

Foto: Variatorul de turatie al unei transmisii cu variatie continua. Sursa: RenaultA raportul de transmitere cel mai mare al variatorului (2.52) echivalentul primei trepte dintr-o cutie manualaB raport intermediar A raportul de transmitere cel mai mic al variatorului (0.423) echivalentul ultimei trepte dintr-o cutie manuala1. fulia conducatoare

2. fulia condusaa intrarea de la motorb iesirea din variatorMiscare curelei metalice are doua componente: miscarea de rotatie pentru transmiterea cuplului motor

miscare plan paralela pentru varierea raportului de transmitere

Partile mobile ale celor doua fulii se deplaseaza axial fiind actionate de cilindri hidraulici. Prin modificarea presiunii din cilindri, partea mobila se apropie sau se departeaza de partea fixa. In figura de mai sus partea mobila a fuliei conducatoare (1) este departata de partea fixa (presiune scazuta in cilindrul de actionare), raza de infasurare a curelei metalice fiind minima. In acelasi timp partea mobila a fuliei conduse (2) este apropiata de partea fixa raza de infasurare a curelei metalice fiind maxima.

Apropierea si departarea partilor mobile a celor doua trebuie sa se faca sincronizat si in sens opus. Cand partea mobila a fuliei conducatoare (1) se apropie de partea fixa partea mobila a fuliei conduse (2) trebuie sa se indeparteze de partea fixa. In caz contrar, daca cele doua parti mobile se apropie de partile fixe simultan, cureaua metalica se va rupe deoarece ambele raze de infasurare pe fulii vor creste. Similar, daca cele doua parti mobile se indeparteaza de partile fixe simultan, cureaua metalica va patina deoarece ambele raze de infasurare pe fulii scade.

Cuplul se transmite in variator prin frecare, cu ajutorul curelei metalice. Cureaua este compusa dintr-o serie de componente metalice trapezoidale care sunt grupate de mai multe benzi metalice. Frecarea curelei cu cele doua fulii se realizeaza pe peretii laterali ai componentelor metalice. Miscarea de la fulia conducatoare este transmisa la fulia condusa de curea, prin impingere (push-type belt).

Foto: Cureaua metalica a unei transmisii cu variatie continua. Sursa: Bosch

Reductorul intermediar (D) amplifica cuplul de iesire din variator si are raportul de transmitere de 1.593.Diferentialul (E) distribuie cuplul catre cele doua roti motoare si are raportul de transmitere de 2.72.Avantajele principale ale transmisiei cu variatie continua sunt modificarea continua, fara soc a raportului de transmitere si posibilitatea de a varia viteza automobilului mentinand constant punctul de functionare al motorului.Cu toate acestea transmisiile cu variatie continua sunt apreciate mai mult pe piata asiatica de automobile (Japonia, Coreea de Sud, China) si mai putin pe piata europeana, datorita perceptiei diferite a conducatorului auto asupra automobilului. La transmisiile cu variatie continua, in functie de regimul de functionare al motorului, turatia motorului se mentine constanta in timp ce viteza automobilului creste. Acest comportament nu este bine perceput de conducatorii obisnuiti cu cutii de viteze in trepte.Caracteristicile tehnice ale transmisiei Durashift CVT de la Ford

cuplul maxim motor: 240 Nm la 3900 rot/min puterea maxima motor: 163 CP la 6000 rot/min gama de variatie a turatiei motorului: 750 6500 rot/min cuplul maxim al hidrotransformatorului (de intrare in variator): 360 Nm raportul de transmitere minim al variatorului: 0.423 raportul de transmitere maxim al variatorului: 2.52 gama de variatie a rapoartelor de transmitere: 6.0 raportul de demultiplicare al angrenajului intermediar: 1.593 raportul de demultiplicare al diferentialului: 2.72 masa totala: 82.5 kgStatisticile din ultimii 10 ani indica o tendinta de crestere a popularitatii transmisiilor automate in Europa, astfel ca in oferta fiecarui producator exista optiunea unei cutii de viteze automata. CVT (Continuously Variable Transmission) este o transmisie automata care permite trecerea de la raportul cel mai mic la raportul cel mai mare printr-o gama infinita de rapoarte intermediare. La CVTuri cureaua poate fi trasa sau impinsa; in primul caz aceasta este produsa din fibre sintetice (aramide etc.) sau este chiar un lant metalic; in al doilea caz este cu zale metalica, necesitand o racire in baia de ulei. Motorului ii este atasat un convertizor de cuplu sau un ambrreiaj magnetic - ambreiaj cu discuri multiple si control electronic pentru Audi care cupleaza motorul la un raport fix de transmisie (in general circa 2:1), apoi la 10 km/h raportul intre fulii il depaseste pe cel fix si intra in modul de functionare CVT, care merge pana la un raport de circa 0,5 : 1.

Constructorul german Audi a introdus transmisia CVT pe un model de serie in anul 1999 ,pe un Audi A6 2.8 . Pana in prezent au fost produse peste 1,5 milioane de astfel de transmisii pentru constructorul din Ingolstadt , acesta introducand CVT uri si pe A3, A4 si A8. Cureaua metalica era compusa din 1.025 de zale si fiind dezvoltata impreuna cu LuK.

In prezent sunt gestionate electronic, in vreme ce in trecut erau comandate utilizand depresiunea din colectorul de admisie si turatia motorului. Aceste tipuri de transmisie puteau lucra cu momente motoare de maximum 300 Nm , dar in anii ce au urmat, datorita aportului gestiunii electronice si imbunatatirii convertitoarelor de cuplu, performantele s-au dublat.

12