Przekładnie bezstopniowe – Skrzynie bez biegów

Pierwsze szkice przekładni o ciągle zmieniającym się przełożeniu, tzw. CVT (skrót od ang. continuously variable transmission), pochodzą z końca... XV wieku i są autorstwa samego Leonarda da Vinci. Pierwszy patent związany z przekładnią typu CVT zarejestrowano w Europie dopiero pod koniec XIX wieku, a w USA - w latach 30. minionego stulecia. Początkowo przekładnie bezstopniowe wykorzystywano wyłącznie w układach napędowych motocykli. Do dziś są stosowane w niemal wszystkich skuterach dwukołowych i śnieżnych. W ich wypadku napęd, pomiędzy parą stożkowych kół na wejściu do przekładni a parą stożkowych kół na wyjściu, jest przenoszony za pomocą gumowego pasa klinowego. Ponieważ w obrębie pary stożkowe koła mogą się zbliżać lub oddalać, pas klinowy obtacza się po różnych średnicach na kołach wejściowych i wyjściowych, zmieniając w ten sposób przełożenie przekładni.

Do samochodów przekładnie bezstopniowe trafiły dopiero pod koniec lat 50. XX wieku, za sprawą współzałożyciela firmy DAF. Hub van Doorne jako pierwszy opracował i skonstruował bezstopniową przekładnię i zastosował ją w małym sedanie (DAF 600), napędzanym dwucylindrowym silnikiem. Identyczne rozwiązanie pojawiło się nieco później w Volvo serii 300. W latach 80. minionego stulecia przekładnie CVT były stosowane między innymi w Fiacie Uno, Fordzie Fieście czy Subaru Justy. Do niedawna można je było spotkać wyłącznie w małych autach, napędzanych silnikami o stosunkowo małej pojemności i mocy, gdyż - jako wykorzystujące do przenoszenia napędu gumowy lub metalowy pas klinowy - nie zdawały egzaminu przy przenoszeniu dużych momentów obrotowych.

W najnowszych konstrukcjach - takich firm jak Audi, Subaru czy Toyota - metalowy pas klinowy zastąpiono łańcuchem klinowym, składającym się z ponad 1000 płytek. Zalet wielopłytkowych łańcuchów jest kilka. Po pierwsze, charakteryzują się wyższą sprawnością przenoszenia momentu obrotowego niż metalowe pasy klinowe. Po drugie, współpracujące z nimi koła stożkowe mogą mieć mniejsze średnice, co ma bezpośredni wpływ na wielkość całej przekładni. To z kolei może mieć znaczenie dla, na przykład, ilości miejsca na... stopy, po stronie pasażera. Po trzecie, różnica między najmniejszą średnicą pracy łańcucha na jednej parze kół a największą na drugiej może być duża, co decyduje o rozpiętości przełożeń przekładni.

Właśnie duża rozpiętość przełożeń - wprost przekładająca się na lepsze osiągi przy niższym zużyciu paliwa, szczególnie w zakresie małych przełożeń (odpowiadających wyższym biegom w wypadku przekładni mechanicznych czy automatycznych) - oraz możliwość pełnej komputeryzacji pracy należą do największych zalet przekładni CVT.

Dzięki danym z wielu czujników, zaawansowana elektronika we współczesnych samochodach w ciągu zaledwie 0,1 s jest w stanie tak dobrać przełożenie przekładni CVT, aby jak najefektywniej wykorzystać potencjał silnika. W połączeniu z przekładnią bezstopniową jednostka napędowa w każdej chwili może pracować w optymalnym zakresie prędkości obrotowej. Optymalnym z uwagi na, przede wszystkim, zużycie paliwa i emisję szkodliwych substancji. Ani automatyczna skrzynia biegów, ani tym bardziej człowiek we współpracy z mechaniczną skrzynią biegów nie zrobią tego lepiej.

Aby kierowca nie był zdany wyłącznie na działanie bezdusznej elektroniki i pozbawiony jednej z najprzyjemniejszych czynności związanych z prowadzeniem samochodu, czyli ręcznej zmiany biegów, najnowsze przekładnie bezstopniowe mają zaprogramowaną pewną ilość przełożeń. Jaką? Zależy od inwencji twórczej inżynierów. Ponieważ wybór z nieskończoności do łatwych nie należy, jednym wystarcza sześć (Subaru), inni decydują się na siedem (Toyota), jeszcze inni idą na całość i programują aż osiem (Lexus) wzajemnych, ściśle określonych położeń par kół stożkowych. Każde położenie odpowiada jednemu biegowi w wypadku przekładni mechanicznej z kołami zębatymi.

"Biegi" w przekładni CVT można zazwyczaj zmieniać za pomocą dźwigni na tunelu środkowym lub, znacznie wygodniej, bez odrywania rąk od kierownicy, korzystając z umieszczonych przy niej łopatek. Póki jest taka możliwość, warto z niej korzystać. Wszystko wskazuje na to, że w przyszłości kierowca będzie miał za kierownicą coraz mniej pracy i, niestety, coraz mniej do powiedzenia. Przekładnie bezstopniowe będą też bezobsługowe.

Tekst: Maciej Ziemek