Bagaimana CVT Bekerja

Transmisi variabel kontinu (CVT), yang dikonsep oleh Leonardo da Vinci lebih dari 500 tahun yang lalu dan sekarang menggantikan transmisi otomatis planet pada beberapa mobil. Memang, sejak paten CVT toroidal pertama kali diajukan pada tahun 1886, teknologinya telah disempurnakan dan ditingkatkan. Saat ini, beberapa produsen mobil, termasuk General Motors, Audi, Honda dan Nissan, sedang merancang drivetrains mereka di sekitar CVT.

Pada artikel ini, kita akan mengeksplorasi bagaimana CVT bekerja di mobil berpenggerak roda belakang khas, menjawab beberapa pertanyaan di jalan:

• Bagaimana CVT dibandingkan dengan transmisi otomatis planetary konvensional?
• Bagian apa yang dimilikinya dan bagaimana cara kerja bagian itu?
• Apa kelebihan yang ditawarkan CVT dibandingkan transmisi otomatis konvensional? Bagaimana dengan kerugiannya?
• Seperti apa pengalaman berkendara di mobil dengan CVT?
• Jenis dan model apa yang memasukkan CVT?
• Apakah ada aplikasi lain untuk CVT selain mobil?

Dasar-Dasar Transmisi

Tidak Ada Lagi Gears

Garis Waktu Inovasi CVT

• 1490 - da Vinci membuat sketsa transmisi variabel kontinu stepless
• 1886 - paten CVT toroidal pertama kali diajukan
• 1935 - Adiel Dodge menerima paten AS untuk CVT toroidal
• 1939 - transmisi otomatis sepenuhnya berdasarkan sistem roda gigi yang diperkenalkan
• 1958 - Daf (Belanda) memproduksi CVT di dalam mobil
• 1989 - Subaru Justy GL adalah mobil produksi pertama yang dijual di AS yang menawarkan CVT
• 2002 - Saturn Vue dengan debut CVT; Saturnus pertama yang menawarkan teknologi CVT
• 2004 - Ford mulai menawarkan CVT

Jika Anda telah membaca tentang struktur dan fungsi transmisi otomatis di Cara Kerja Transmisi Otomatis , maka Anda tahu bahwa tugas transmisi adalah mengubah rasio kecepatan antara mesin dan roda mobil. Dengan kata lain, tanpa transmisi, mobil hanya akan memiliki satu roda gigi - roda gigi yang memungkinkan mobil untuk melakukan perjalanan pada kecepatan tertinggi yang diinginkan. Bayangkan sejenak mengendarai mobil yang hanya memiliki gigi satu atau mobil yang hanya memiliki gigi tiga. Mobil bekas akan berakselerasi dengan baik dari halte total dan akan dapat mendaki bukit yang curam, tetapi kecepatan puncaknya akan dibatasi hanya beberapa mil per jam. Mobil yang terakhir, di sisi lain, akan terbang pada 80 mph di jalan raya, tetapi hampir tidak memiliki akselerasi ketika memulai dan tidak akan bisa mendaki bukit.

Jadi, transmisi menggunakan rentang roda gigi - dari rendah ke tinggi - untuk memanfaatkan torsi engine secara lebih efektif seiring perubahan kondisi mengemudi. Roda gigi dapat diaktifkan secara manual atau otomatis.

Foto milik DaimlerChrysler

Transmisi otomatis Mercedes-Benz CLK.

Dalam transmisi otomatis tradisional, roda gigi secara harfiah adalah roda gigi - roda gigi yang saling bertautan yang membantu mentransmisikan dan memodifikasi gerakan putar dan torsi. Kombinasi roda gigi planetary menciptakan semua rasio roda gigi yang berbeda yang dapat dihasilkan oleh transmisi, biasanya empat roda gigi maju dan satu gigi mundur. Ketika jenis transmisi ini berputar melalui girnya, pengemudi dapat merasakan goncangan saat masing-masing gir bergerak.

Dasar-Dasar CVT

Tidak seperti transmisi otomatis tradisional, transmisi variabel kontinu tidak memiliki gearbox dengan jumlah roda gigi yang ditetapkan, yang berarti mereka tidak memiliki roda bergigi saling. Jenis CVT yang paling umum beroperasi pada sistem katrol cerdik yang memungkinkan variabilitas tak terbatas antara gigi tertinggi dan terendah tanpa langkah atau pergeseran diskrit.

Foto milik Ford Motor Company

Mesin Ford Freestyle Duratec dengan CVT

Jika Anda bertanya-tanya mengapa kata "roda gigi" masih muncul dalam penjelasan CVT, ingatlah bahwa, secara umum, roda gigi mengacu pada rasio kecepatan poros mesin terhadap kecepatan driveshaft. Meskipun CVT mengubah rasio ini tanpa menggunakan seperangkat roda gigi planet, mereka masih digambarkan memiliki "roda gigi" rendah dan tinggi demi konvensi.

CVT berbasis katrol

Foto milik Nissan Global

CVT berbasis katrol

Tengok transmisi otomatis planetary, dan Anda akan melihat dunia yang kompleks dari roda gigi, rem, kopling, dan perangkat pemerintahan. Sebagai perbandingan, transmisi variabel kontinu adalah studi dalam kesederhanaan. Sebagian besar CVT hanya memiliki tiga komponen dasar:

• Sabuk logam atau karet berdaya tinggi
• Katrol "penggerak" input-variabel
• Keluaran "didorong" katrol

CVT juga memiliki berbagai mikroprosesor dan sensor, tetapi tiga komponen yang dijelaskan di atas adalah elemen kunci yang memungkinkan teknologi untuk bekerja.

Katrol berdiameter variabel adalah jantung dari CVT. Setiap katrol terbuat dari dua kerucut 20 derajat yang saling berhadapan. Sebuah sabuk naik di alur di antara dua kerucut. Sabuk-V lebih disukai jika sabuk terbuat dari karet. V-belt mendapatkan namanya dari fakta bahwa ikat pinggang memiliki penampang berbentuk V, yang meningkatkan cengkeraman gesekan sabuk.

Ketika dua kerucut katrol terpisah jauh (ketika diameternya meningkat), sabuk naik lebih rendah di alur, dan jari-jari lingkaran sabuk yang mengelilingi katrol semakin kecil. Ketika kerucut berdekatan (ketika diameter berkurang), sabuk naik lebih tinggi di alur, dan jari-jari lingkaran sabuk di sekitar katrol semakin besar. CVT dapat menggunakan tekanan hidrolik, gaya sentrifugal atau tegangan pegas untuk menciptakan gaya yang diperlukan untuk menyesuaikan separuh katrol.

Katrol berdiameter variabel harus selalu berpasangan. Salah satu katrol, yang dikenal sebagai katrol penggerak (atau katrol penggerak ), terhubung ke poros engkol mesin. Katrol penggerak juga disebut katrol input karena di situlah energi dari mesin memasuki transmisi. Katrol kedua disebut katrol penggerak karena katrol pertama memutarnya. Sebagai katrol keluaran , katrol yang digerakkan memindahkan energi ke poros penggerak.

Jarak antara pusat katrol ke tempat sabuk melakukan kontak dalam alur dikenal sebagai jari-jari pitch. Ketika katrol terpisah jauh, sabuk naik lebih rendah dan jari-jari nada menurun. Ketika katrol berdekatan, sabuk naik lebih tinggi dan jari-jari nada meningkat. Rasio jari-jari pitch pada katrol penggerak dengan jari-jari pitch pada pulley yang digerakkan menentukan roda gigi.

Ketika satu katrol meningkatkan jari-jarinya, yang lain mengurangi jari-jarinya untuk menjaga sabuk tetap kencang. Ketika kedua katrol mengubah jari-jarinya relatif satu sama lain, mereka menciptakan rasio gigi yang tak terbatas - dari rendah ke tinggi dan semua yang ada di antaranya. Misalnya, ketika jari-jari nada kecil pada katrol penggerak dan besar pada katrol penggerak, maka kecepatan rotasi katrol penggerak berkurang, menghasilkan “gigi” yang lebih rendah. Ketika jari-jari pitch besar pada katrol penggerak dan kecil pada pulley yang digerakkan, maka kecepatan rotasi dari pulley yang digerakkan meningkat, menghasilkan “gigi” yang lebih tinggi. Dengan demikian, secara teori, CVT memiliki jumlah "gir" yang tak terbatas yang dapat dilaluinya kapan saja, di mesin apa pun atau kecepatan kendaraan.

Kesederhanaan dan sifat tanpa langkah CVT menjadikannya transmisi ideal untuk berbagai mesin dan perangkat, bukan hanya mobil. CVT telah digunakan selama bertahun-tahun dalam alat-alat listrik dan mesin bor. Mereka juga telah digunakan di berbagai kendaraan, termasuk traktor, mobil salju dan skuter. Dalam semua aplikasi ini, transmisi mengandalkan sabuk karet kepadatan tinggi, yang dapat tergelincir dan meregang, sehingga mengurangi efisiensinya.

Pengenalan bahan baru membuat CVT bahkan lebih dapat diandalkan dan efisien. Salah satu kemajuan terpenting adalah desain dan pengembangan sabuk logam untuk menghubungkan katrol. Sabuk fleksibel ini terdiri dari beberapa (biasanya sembilan atau 12) pita baja tipis yang menyatukan potongan logam berkekuatan tinggi yang diikat dengan pita.

Desain sabuk logam

Sabuk logam tidak tergelincir dan sangat tahan lama , memungkinkan CVT untuk menangani lebih banyak torsi mesin. Mereka juga lebih tenang daripada CVT yang digerakkan oleh karet.

CVT Toroidal

Versi lain dari CVT - sistem CVT toroidal - menggantikan sabuk dan katrol dengan cakram dan rol daya .

Foto milik Nissan Global

Nissan Extroid toroidal CVT

Walaupun sistem seperti itu tampak sangat berbeda, semua komponen analog dengan sistem sabuk-dan-katrol dan menghasilkan hasil yang sama - transmisi variabel yang terus menerus. 

Begini cara kerjanya:

• Satu disc terhubung ke mesin. Ini setara dengan katrol penggerak.
• Disk lain terhubung ke poros drive. Ini sama dengan katrol yang digerakkan.
• Rol, atau roda, yang terletak di antara cakram bertindak seperti sabuk, mentransmisikan daya dari satu cakram ke cakram lainnya.

Roda dapat berputar di sepanjang dua sumbu. Mereka berputar di sekitar sumbu horizontal dan miring ke dalam atau ke luar di sekitar sumbu vertikal, yang memungkinkan roda menyentuh cakram di area yang berbeda. Ketika roda bersentuhan dengan cakram penggerak di dekat tengah, mereka harus menghubungi cakram yang digerakkan di dekat pelek, menghasilkan pengurangan kecepatan dan peningkatan torsi (yaitu, gigi rendah). Ketika roda menyentuh cakram penggerak di dekat pelek, mereka harus menghubungi cakram yang digerakkan di dekat tengah, menghasilkan peningkatan kecepatan dan penurunan torsi (yaitu, gir berlebih). Kemiringan roda yang sederhana, kemudian, secara bertahap mengubah rasio roda gigi, memberikan perubahan rasio yang halus dan hampir instan.

CVT hidrostatik

   

CVT katrol dan V-sabuk dan CVT toroidal adalah contoh dari CVT gesekan, yang bekerja dengan memvariasikan jari-jari titik kontak antara dua objek yang berputar. Ada tipe lain dari CVT, dikenal sebagai CVT hidrostatik, yang menggunakan pompa perpindahan variabel untuk memvariasikan aliran fluida menjadi motor hidrostatik. Pada jenis transmisi ini, gerakan rotasi mesin mengoperasikan pompa hidrostatik di sisi penggerak. Pompa mengubah gerakan rotasi menjadi aliran fluida. Kemudian, dengan motor hidrostatik yang terletak di sisi yang digerakkan, aliran fluida diubah kembali menjadi gerakan rotasi.

Seringkali, transmisi hidrostatik dikombinasikan dengan gearset planet dan cengkeraman untuk menciptakan sistem hibrida yang dikenal sebagai transmisi hidromekanis . Transmisi hidromekanis mentransfer daya dari mesin ke roda dalam tiga mode berbeda. Pada kecepatan rendah, daya ditransmisikan secara hidrolik, dan pada kecepatan tinggi, daya ditransmisikan secara mekanis. Di antara yang ekstrem ini, transmisi menggunakan sarana hidrolik dan mekanis untuk mentransfer daya. Transmisi hidromekanis ideal untuk aplikasi tugas berat, itulah sebabnya mereka umum di traktor pertanian dan kendaraan semua medan.

Manfaat CVT

Transmisi variabel yang terus-menerus menjadi lebih populer karena alasan yang baik. Mereka membanggakan beberapa keunggulan yang membuat mereka menarik bagi pengemudi dan bagi para pencinta lingkungan. Tabel di bawah ini menjelaskan beberapa fitur utama dan manfaat CVT.

Keuntungan CVT

Fitur

• Akselerasi konstan, tanpa langkah, dari pemberhentian total hingga kecepatan jelajah
• Berfungsi untuk menjaga mobil dalam jangkauan daya optimalnya terlepas dari seberapa cepat mobil melaju
• Respons yang lebih baik terhadap perubahan kondisi, seperti perubahan kecepatan dan kecepatan
• Lebih sedikit daya yang hilang di CVT daripada transmisi otomatis tipikal
• Kontrol yang lebih baik dari rentang kecepatan mesin bensin
• Dapat memasukkan versi otomatis dari kopling mekanik

Manfaat

• Menghilangkan "shift shock" - membuat perjalanan lebih mulus
• Peningkatan efisiensi bahan bakar
• Menghilangkan perburuan saat mobil melambat, terutama naik bukit
• Akselerasi yang lebih baik
• Kontrol yang lebih baik atas emisi
• Ganti konverter torsi fluida yang tidak efisien

Jika Anda melihat kurva output daya untuk mobil tanpa CVT, Anda dapat melihat ini benar. Perhatikan bahwa tachometer dalam situasi ini menunjukkan putaran mesin naik dan turun dengan setiap perubahan gigi, yang dicatat sebagai lonjakan kurva output daya (dan yang dirasakan pengemudi sebagai sentakan).

CVT sama-sama efisien di bukit. Tidak ada "perburuan gigi," karena siklus CVT turun secara bertahap ke rasio gigi yang sesuai untuk kondisi mengemudi. Transmisi otomatis konvensional bergeser ke depan dan ke belakang berusaha menemukan gigi yang tepat, yang jauh lebih efisien.

Dengan semua kelebihan mereka, CVT memang memiliki beberapa kekurangan. Di Amerika Serikat, mereka masih berusaha mengatasi masalah gambar. Subaru Justy, misalnya, dikenal sebagai mikro-mobil tanpa perut. Secara tradisional, CVT drive-belt terbatas dalam jumlah torsi yang dapat mereka tangani dan lebih besar dan lebih berat daripada rekan-rekan otomatis dan manual mereka. Kemajuan teknologi telah menempatkan CVT di ranah persaingan mereka - CVT Nissan Murano dapat menangani mesin V6 3,5 liter, 245 tenaga kuda - tetapi kesan pertama sulit untuk diatasi.

Sumber : auto.howstuffworks.com