Hoe werkt een CVT-versnellingsbak?


Ze worden Ecotronic, Multitronic, Autotronic, Variomatic of Multidrive genoemd – elke fabrikant heeft er een andere naam voor. We hebben het hier natuurlijk over continu variabele automatische transmissies, zoals we ze steeds vaker in moderne personenauto's vinden.

In de autowereld spreekt men van CVT-versnellingen, afkomstig uit het Engelse Continuously Variable Transmission. In tegenstelling tot andere versnellingen wordt de krachtsoverdracht tussen de ingangsas en de uitgangsas niet door verschillende tandwielparen uitgevoerd, maar door een duwband, een V-riem, of een (lamellen)ketting.

Maar voordat we ingaan op de onderliggende technologie en de verschillende voor- en nadelen, helpt het om eerst een korte uitleg te gegeven over waarom een krachtsoverdracht überhaupt nodig is.

Functie van een versnellingsbak

Elke verbrandingsmotor heeft een bepaald minimum- en maximumtoerental. Binnen dit bereik is telkens slechts een beperkt koppel mogelijk.

Om deze mechanische beperking te vermijden, worden het koppel en toerental omgezet met behulp van de versnellingsbak. Bij hoge snelheden draaien de wielen immers veel sneller dan de krukas. Aan de andere kant is er een hoog draaikoppel nodig om te accelereren. Het toerentalbereik tussen het maximale koppel van de motor en het maximale vermogen wordt het elastische bereik genoemd. Dit ligt in normale personenauto's tussen ongeveer 2.000 en 4.500 tpm (toeren per minuut).

De versnellingsbak zorgt ervoor dat de motor in het elastische bereik opereert door de kracht om te zetten, terwijl de versnellingsbakomzetting de gewenste rijsnelheden en koppels genereert die passen bij een bepaalde rijsituatie. De versnellingsbak kan ook de draairichting omkeren en zo het achteruitrijden mogelijk maken.

Constructie van een CVT-versnelling

In manuele versnellingsbakken en getrapte automatische versnellingsbakken zorgen tandwielparen of planetaire tandwielstelsels voor de krachtoverbrenging en -transmissie – grote versnellingen (tandwielen) met veel tanden betekenen een hoog koppel en een lage snelheid.

Een CVT-versnellingsbak werkt volgens een geheel ander principe. Op de aandrijfas, die met de motor is verbonden door een koppelomvormer of een koppeling, bevindt zich in plaats daarvan de primaire poelie set. De tegenoverliggende poelies staan dichter bij elkaar bij de as en lopen op steeds grotere afstand taps naar elkaar toe.

De aandrijfriem, de duwband of de -ketting bevindt zich in de uitgangspositie tussen de twee conische poelies aan de onderkant. Met behulp van oliedruk kan de ene kegelpoelie echter tegen de andere gefixeerde kegelpoelie worden gedrukt, waardoor de aandrijfriem aan de wanden van de twee kegelpoelies naar buiten wordt gedrukt. De omloopstraal van de riem – en dus ook de overbrengingsverhouding – verandert hierdoor. Dit principe geldt in tegengestelde richting ook voor de uitgangsas. De twee paar conische poelies worden ook wel variatoren genoemd.


De axiale verplaatsing van de twee poeliehelften vindt plaats op elektro-hydraulische wijze, waarbij het bewegende deel van de secundaire variator natuurlijk diagonaal tegenover de bewegende poelie op de aandrijfas staat. Als dit niet zo was, zou de ketting of band niet recht lopen.

De transmissiebediening regelt de oliedruk van de twee variatoren. Hierbij wordt rekening gehouden met de positie van de hendel (versnellingspook), het rijprogramma, de stand van het gaspedaal en natuurlijk de rijsnelheid. Hierbij moet de toename van de omloopradius aan de ene as altijd overeenkomen met de afname van de omloopradius aan de andere as, anders breekt de ketting of duwband.

De duwband (push-belt) is duidelijk zichtbaar aan de rechterkant van deze Toyota-versnelling. Afbeelding: Hatsukari715

De voordelen van een CVT-versnellingsbak in detail

De traploze overbrenging van koppel en snelheid biedt vele voordelen, vooral op het gebied van rijcomfort en efficiëntie. Met behulp van deze technologie kan de motor immers altijd in het optimale bereik draaien. Met behulp van een rijprogramma zoals "Eco" of "Sport" bepaalt de bestuurder het maximale motortoerental en de versnellingsbak zorgt voor de rest.

De CVT-transmissie is daarom in theorie zowel sportiever als zuiniger dan welke handgeschakelde transmissie dan ook. De optimale overbrengingsverhouding wordt namelijk continu aangepast, zonder onderbreking van de trekkracht. De constante overdracht van trekkracht maakt het niet alleen mogelijk om dynamisch te rijden, maar zo wordt ook het schokken van de auto vermeden dat optreedt wanneer andere automatische transmissiesystemen moeten schakelen.

Bovendien kan het bijbehorende rijprogramma ook de motor stiller maken doordat deze niet meer boven een bepaald toerental lopen kan. Het basisontwerp van een CVT-transmissie is daarnaast relatief eenvoudig en de versnellingsbak kan goedkoop en ruimtebesparend ingebouwd worden. Daarom is het systeem ook ideaal voor kleine auto's.

De nadelen van een CVT-versnellingsbak in detail

CVT-versnellingsbakken hebben enkele zwakke punten, die blootgelegd worden wanneer we het ontwerp onder de loep nemen. In personenauto's vindt de volledige krachtoverbrenging vaak plaats via een duwband. Het bestaat uit plaatjes en stalen snaren, die de schakels bij elkaar houden en ze flexibel maken.

Deze stalen snaren of staalsnaarpakketten kunnen scheuren als het koppel te hoog wordt. Ze worden daarnaast voortdurend gebogen door de omloop van de transmissie, wat kan leiden tot materiaalmoeheid en uiteindelijk ook in scheurtjes in de duwband.

Plaatjesketting zoals te vinden zijn in de Multitronic van Audi kunnen daarentegen wel koppels tot 400 Nm overbrengen, maar veroorzaken een fluitend geluid dat het gevolg is van oscillatie van de ketting. Dit probleem kan grotendeels verholpen worden door kettingschakels met verschillende lengtes te gebruiken.

De axiaal beweegbare conische poelies moeten moeiteloos kunnen bewegen, maar daarnaast ook met de as verbonden zijn zodat ze niet kunnen draaien. Deze constructie is niet bepaald eenvoudig, zoals onder andere Nissan-rijders de afgelopen jaren hebben gemerkt. De rollagers drukken tegen de geleiding van de as, die op z'n beurt verslijt en waardoor na verloop van tijd de conische poelie begint te draaien. Hierdoor kan de poelie niet meer axiaal worden verplaatst, en in het ergste geval breekt de duwband.

Ook het regelmatig wisselen van versnellingsbakolie, zoals bijvoorbeeld voorgeschreven door Mercedes-Benz, moet serieus worden genomen, omdat de versnellingsbakolie verantwoordelijk is voor de drukopbouw en de smering.

Normaal gesproken wordt het gefilterd en vervolgens op de juiste temperatuur gebracht door een warmtewisselaar. Indien de voorgeschreven vervangingsintervallen niet nageleefd worden kan dit leiden tot schokken en uiteindelijk zelfs tot het scheuren van de duwband. De motor draait op hoge toeren, maar er is geen aandrijving.

Ten slotte kan het gebrek aan stuwkrachtonderbreking en de veranderingen in het koppel leiden tot een ongebruikelijke rijervaring, die soms als onaangenaam wordt ervaren.


De axiale verplaatsing van een poelie zorgt ervoor dat de riem zich naar buiten of naar binnen beweegt. Afbeelding: Thomas Ihle @wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

De voordelen van CVT in het kort

•optimale overbrenging in alle rijsituaties
•hoog rijcomfort zonder trekkrachtonderbreking
•efficiënt en sportief tegelijkertijd
•aantrekkelijk geprijsd en ruimtebesparend

De nadelen van CVT in het kort

•meestal ongeschikt voor een hoog koppel
•soms problemen met de betrouwbaarheid
•onwennig motorgeluid
•vertraagde acceleratie door een elastiekeffect

Huidige ontwikkelingen op het gebied van CVT-transmissies

De nadruk wordt in huidige ontwikkelingen gelegd op de betrouwbaarheid van de aggregaten en hun onderhoudsintervallen. Het vervangen van de versnellingsbakolie is immers niet bepaald goedkoop.

Tegelijkertijd worden de verschillende nadelen aangepakt met behulp van nieuwe ontwikkelingen. Toyota biedt bijvoorbeeld CVT-transmissies die tandwielparen combineren met continu variabele transmissies. De krachtoverbrenging is dus positief vergrendeld bij het opstarten voordat de duwband het overneemt.

De rijbeleving van een normale versnellingsbak kan ook worden gesimuleerd door middel van elektronica die vooraf ingestelde overbrengingsverhoudingen volgt. Hiermee gaan weliswaar de voordelen van de continu variabele transmissie grotendeels verloren, maar de mens is nu eenmaal een gewoontedier.

Tips voor het rijden met een CVT-versnellingsbak

Naast het in acht nemen van de voorgeschreven versnellingsbakolieverversing, dien je bij het rijden zelf ook op een aantal zaken te letten.

De hendel (versnellingspook) mag in ieder geval nooit in de P(arkeren) of R(everse) stand gezet worden tijdens het rijden. Dit kan leiden tot schade aan de aandrijving. In de meeste gevallen kan dit overigens helemaal niet vanwege van elektronisch bewakingssysteem.

Ook het zogenaamde revving (motorremmen met een hoog toerental) moet absoluut vermeden worden. Nog gevaarlijker is het revven in N(eutraal), om vervolgens over te schakelen naar de D(rive). De aandrijving is niet ontworpen voor dergelijke belastingen. Rem in heuvelachtig gebied het voertuig af met de rem en niet met het voorwaartse koppel. Zo vermijd je onnodige slijtage aan de koppeling.

Over het algemeen is er ook geen enkele reden om bij een stoplicht te schakelen naar neutraal. De transmissie compenseert voor het continue motortoerental met verschillende systemen – bijvoorbeeld als een IVT-versnelling (infinitely variable transmission) met extra planetaire tandwielkasten of via de koppelomvormer. Als je per se brandstof wilt besparen bij de verkeerslichten, kun je de motor het beste volledig uitschakelen.

Bron: Carpardoo.nl

reageren

  • OBDpartners
  • Brandstof-toevoegingen.nl
  • obdpartners
  • Hippored
  • Olietoevoegingen.nl