Jak Nissan v devadesátých letech vyřešil u variátoru přenos vysokého točivého momentu

Jakým způsobem udělat převodovku CVT, aby byla schopná přenášet točivé momenty v řádu stovek newtonmetrů? A tudíž ji bylo možné párovat s velkými motory, ideálně při podélné zástavbě hnacího řetězce?

K vytčenému cíli existovaly v zásadě dvě cesty. Tou první bylo zdokonalení stávajícího principu převodovky CVT, tedy řemenicového převodu, jehož řemenice svým vzájemným přibližováním či oddalováním mění poloměr dráhy, po níž se pohybuje řemen, čímž se zároveň mění převod. Tohoto úkolu se zhostila strojírenská společnost Schaeffler a spolu s automobilkou Audi vyvinula plynulou převodovku Multitronic. Ta se sice opírá o konvenční a dobře známý princip variátoru, ovšem přináší do celé věci zcela nové konstrukční a technologické prvky.

Tím hlavním je konstrukce plynulého převodu, která využívá lamelový řetěz namísto řemene. Další změnou je elektronické řízení počtu otáček, kdy při sešlápnutí plynu nedojde k jejich skokovému zvýšení a následnému udržování v průběhu akcelerace, ale k pozvolnému zvyšování otáček. Původní Multitronic byl navržen pro přenos maxima točivého momentu až 350 N.m. Pozdější verze spojené se šestiválcovými diesely Audi zvládly ještě více, avšak neobešlo se to bez problémů s životností, které byla u těchto variant převodovky Multitronic docela krátká - v prvních A6 V6 TDI řádově desítky tisíc kilometrů, samozřejmě v závislosti na způsobu jízdy. Ukázalo se, že pro Multitronic byla velmi nevhodná zejména jízda ustálenou rychlostí, například po dálnici.

Japonci na to šli jinak

Japonský Nissan uvedl své první CVT coby N-CVT v roce 1992 v malém modelu Micra. V roce 1997 se přidala převodovka Hypertronic CVT pro u nás dobře známé modely Primera, a to ve spojení s dvoulitrovým benzinovým motorem, tedy agregátem s maximem točivého momentu kolem 200 N.m. Stále se však jednalo o ústrojí pro příčnou zástavbu do karoserie.

Průlom přinesla až převodovka Extroid CVT určená pro vozidla s podélnou zástavbou pohonu, například pro model Cedric, který se však v Evropě neprodával. Na rozdíl od všech dosavadních variátorů (a to včetně převodovky Audi Multitronic) je ústrojí Extroid CVT řešeno zcela odlišně. Smyslem bylo nabídnout variátor schopný přenášet točivé momenty až 400 N.m. Tedy více, než kolik zvládly původní převodovky Multitronic.

Nissan použije nové CVT, myslí hlavně na spotřebu

Jak to fungovalo? Na začátku toku hnací síly byl běžný hydrodynamický měnič, za nímž našlo na hnaném hřídeli své místo olejové čerpadlo, a dále mechanismus pro zpětný chod. Teprve pak následovala samotná převodovka.

Plynulá změna převodu se u skříně Extroid CVT realizuje přes originálně řešený mechanismus, který je navíc zdvojený. Na začátku jsou dva kuželové zrcadlově otočené disky s konkávní plochou ve tvaru toroidu. Z těchto disků se točivý moment přenáší prostřednictvím speciálních pohyblivých kladek na dva protilehlé vnitřní hnané (výstupní) disky, které jsou stejné jako hnací, pouze otočené vůči nim zrcadlově. Tyto výstupní disky mezi sebou unášejí ozubené kolo, které již přímo pohání přes dodatečný převod kloubový hřídel a tedy kola zadní nápravy.

Dle údajů firmy Nissan bylo možné snížit síly při styku kladky s diskem na polovinu při přenosu vysokého točivého momentu. I tak je ale zatížení kladek a disků značné. Dle Nissanu odpovídající při běžném provozu hmotnosti tří tun, při špičkovém zatížení ale až deset tun! Celé ústrojí či přesněji mechanismus kladek a disků tak klade mimořádné nároky na použité materiály stejně jako technologickou úpravu jejich styčných ploch.

Jakým způsobem mění tato převodovka převod? Děje se tak v podstatě nakláněním zmíněné dvojice pohyblivých kladek, které se tak posouvají po kuželové ploše mezi dvojicí hnací-hnaný disk. Při převodovém poměru 1:1, tedy přímém záběru, jsou kladky vedeny rovnoběžně s osou disků či přesněji jejich hřídeli.

Převodovka s plynulou změnou převodu (CVT): Jak se k ní chovat, aby vydržela?

Pohyb kladek se děje na základě posuvného mechanismu, ovládaného hydraulicky. Všechny čtyři kladky mají jednotný zdroj ovládání (pohonu). Jen tak je možné zajistit zcela přesnou synchronizaci všech čtyř kladek. V opačném případě by převodovka vykazovala značné ztráty třením, nemluvě o riziku přehřátí.

Průkopničtí Holanďané

První převodovku CVT sestrojila holandská firma van Doorne v roce 1958 a následně se začala používat v malých automobilech holandské značky DAF. V 70. letech se na poli převodovek CVT nic moc nedělo, takže další zdokonalení se datuje do osmé dekády minulého století. Tehdy se objevily dvě převodovky CVT pro osobní auta, navíc velmi podobné. Fiat uvedl ústrojí Uno-matic, nabízené v jedné z verzí Fiatu Uno a Ford přišel s ústrojím CTX (Continously Variable Transaxle) v konkurenčním modelu Fiesta. Převodovka CTX využívala stejného principu jako původní holandské variátory, avšak navíc byly axiálně posuvné řemenice spojené řemenem a doplněny o planetový převod. Další vývoj převodovek CVT přišel v 90. letech, která lze považovat za jejich zlatou éru. Do vývoje převodovky CVT se pustila například firma ZF a také automobilka Nissan.

Pro malé motory

Obecně vzato se převodovka s plynulou změnou převodu vyznačuje mnohem menším vnitřním třením než konvenční převodovka. Současně je to ale také tření, kterým zde probíhá přenos točivého momentu. Ano, i v planetových ústrojích se používají třecí spojky a pásové brzdy, tedy opět zařízení, pracující s třením. Na rozdíl od převodovky CVT ale přenášejí výrazně redukované točivé momenty. Hlavní tíha spočívá na bedrech planetového převodu.

Audi definitivně končí s bezestupňovou převodovkou Multitronic

Byl to právě přenos hnací síly třením, který stál (a stojí) za tím, proč byly variátorové převodovky dlouhá desetiletí vyhrazeny jen pro malé motory, tedy s nízkým točivým momentem. Toto platilo ještě v devadesátých letech, byť v té době díky vývoji materiálů a technologií se převodovky CVT stávaly odolnějšími. Pořád to ale nebylo ono, takže i nadále měl variátor své relativně nízké limity, tudíž byl stále nevhodný pro velké motory. Dnes je variátor v Evropě spojovaný hlavně se značkou Subaru a její převodovkou Lineartronic. Také Subaru patří k jednomu z pionýrů ve vývoji těchto převodovek. V malém modelu Justy se CVT objevilo už v roce 1987.