Bruker:Mathblaster707/Kladd B

Illustrasjonsfoto: Et trinnløst girsystem

Trinnløse girsystem (også kalt Variator) er en type girsystem som kan benyttes til forskjellige formål og som til motsetning fra andre typer girsystem ikke har definerte utvekslingssteg, men derimot gradvis økning av utveksling ettersom turtallet øker. De vanligste variantene er CVT-girsystem (en: continuously variable transmission systems) og IVT (en: infinitely variable transmission). Dette skiller seg fra andre mekaniske girsystemer som har et fast antall gir/utvekslinger. Fleksibiliteten et trinnløst girsystem gir kan tillate drivakselen til å holde et konstant omdreiningstall selv om drivhjulenes hastighet varierer.

Et beltedrevent design gir en effektrate på omtrent 88% som er lavere enn fra en manuell girkasse, men det kan utlignes av lavere produksjonskostnader og muligheten for motoren til å kjøre i sitt mest effektive turtall for et vidt spekter av utgangshastigheter. Når effekt er viktigere enn drivstofforbruk, kan gir-raten til det trinnløse girsystemet endres for å tillate motoren å kjøre på det turtallet hvor effekten er høyest. Dette er typisk høyere enn turtallet som gir best drivstofføkonomi. I kjøretøy med liten masse og laveffektsmotorer (som i 50 kubikks scootere) gjør en variator at det blir lettere å kjøre for uerfarne, og enklere/billigere vedlikehold.

En variator er ikke avhengig av en clutch. Likevel blir en sentrifugalclutch brukt på noen kjøretøy som for eksempel mopeder for å gi et "nøytralt" gir som er nyttig når man står på tomgang eller rygger manuelt ved parkering.

Bruksområder

Chain-driven CVT

Principle of variator

Motorkjøretøyer

Enkle gummibelte-variatorer (ikke strekkbare belter med fast omkrets, lagd av ulike svært slitesterke og fleksible materialer) er ofte brukt i små motoriserte kjøretøyer, hvor den enkle mekanikken og enkle betjeningen veier opp for den forholdsvis dårlige effektiviteten. Nesten alle snøskutere, anleggskjøretøyer, golfbiler og scootere (moped/motorsykkel) bruker variatorer, typisk gummibeltevarianten eller en variant av en variabel trinse.

CVT'er, sammen med flere andre elektroniske systemer og hjelpemidler for sjåføren ble forbudt i Formel 1 i 1994 på grunn av bekymringer for eskalerende kostnader til forskning og utvikling, og for å opprettholde et visst krav til hvor mye sjåføren må være involvert i betjeningen av bilen.

CVT-systmer er nyligere, blitt utviklet for go-kart og har bevist å øke ytelsene og forventet levetid på motoren. En gruppe off-road-kjøretøyer kalt Tomcar benytter også CVT.

Noen kjøretøyer som tilbyr CVT er hybridbilene Chrysler Pacifica, Ford C-MAX, Mitsubishi Lancer, Dodge Caliber, Toyota Corolla, Scion iQ, Honda Insight, Honda Fit, Honda CR-Z hybrid, Honda CR-V, Honda Capa, Honda Civic, Honda Accord, Nissan Tiida/Versa (SL, SV, og Note Plus eller høyere modeller), Nissan Cube, Nissan Juke, Nissan Sentra, Nissan Altima, Nissan Maxima, Nissan 2013 1.2 Note, Nissan Rogue, Nissan X-trail, Nissan Murano, Nissan Pathfinder, Nissan Sunny og den ikke-Meksikanske Nissan Micra, Jeep Patriot og Jeep Compass, SuzukiSX4 S-Cross, og Subaru Forester, Subaru Impreza, Subaru Legacy, Subaru Outback og Crosstrek, Suzuki Kizashi, Toyota Allion 2009 og videre, Toyota Premio 2009 og videre, Toyota Avalon, Toyota Mark X, etc.

Man må skille mellom CVT og PST (kraftoverføringsaksler) som blir brukt i nyere hybridbiler som Toyota Prius, Highlander og Camry, eller Nissan Altima, og nyere modeller av Ford Escape Hybrid SUVer. CVT-teknologi bruker bare en hastighet inn fra en krafttilførsel og leverer variable hastigheter og dreiemoment ut, hvor derimot PST-teknologi benytter to krafttilførsler og varierer i hvor stor grad hver av de bidrar med til utgangshastighet og kraft. Disse transmisjonene er grunnleggende forskjellige.

Landbruksmaskiner, hovedsakelig skurtreskere, brukte også variabel beltedrift så tidlig som i 1950-årene. Mange små Traktorer og selvgående Gressklippere for hagebruk bruker også enkle gummi-belte-CVT'er. Hydrostatiske fremdriftssystemer er mer vanlige hos de større traktorklipperene, små selvkjørende gressklippere som man går bak bruker den glidende belte-varianten.

"Ratcheting CVT", som konverterer roterende bevegelse til oscillerende bevegelse og tilbake til roterende beveglse ved bruk av rulleclutcher, er godt egnet for vekselvirkende motorer når den oscillerende bevegelsen er synkronisert med stemplenes bevegelse. Denne løsningen kan ha en lys framtid fordi en slik Ratcheting CVT også er en IVT (ved å gi funkjson som clutch), og er veldig energieffektiv. De kan muligens hjelpe bilkonstruktører å overholde fremtidige utslipsstandarder, samtidig som de forbedrer vekselvirkende motorers ytelser.

Nedskalerende elektriske motorer

Istedenfor å bli dimensjonert for maksimalt dreiemoment (for eksempel det som behøves for å starte motoren, eller håndtere mekanisk overbelastning), kan motorene som bruker dette slaget av CVT bli dimensjonert til å tilpasse den maksimale effekten til den maksimale foretrukne farten (til et kjøretøy f.eks). Slike variatoer blir brukt bare ved oppstart eller i tilfeller av mekansik overbelastning, og kan bli koblet fra mesteparten av tiden, hvor da motoren overfører momentet direkte til drivakselen. Nye konsepter for å tilpasse girraten til det påkrevde momentet, og sentrifugalclutcher, kan bli brukt for å gjøre disse skiftene automatisk.

Tråsykler

En skrallevariator har blitt foreslått til bruk på sykler. Veivsettet får en stang til å svinge, som videre gjør at et dobbelt stangsystem får en gjentakende beveglse som roterer hjulet når stengene flytter seg bakover mot hjulet. Den trinnløse Nuvinci-CVT-løsningen har vært tilgjengelig siden 2007.

Variatorer for tungt maskineri

Hydrostatiske trinnløse girsystemer er vanlige i lette og middels store landbruksmaskiner og anleggsmaskiner. Ettersom motorene i maskinene typisk kjører med fast effektuttak og driver hydrauliske systemer eller driver maskiner, gjør den forbedrede bruksnytten opp for tapet i mekanisk effekt, som for eksempel raskere bytte mellom framover- og reversbevegelse på arbeid med å flytte jordmasser. Girutvekslingen varieres for å kontrollere både bevegelsesretning og hastighet. Dette er ekstra nyttig i utstyr designet for å være roterbart eller styre med belter gjennom differensiell kraftoverføring ettersom den nødvendige differensielle styrebevegelsen enkelt kan bli betjent av uavhengige CVT-er. Det lar styring bli kontrollert uten å tape energi på å bremse eller å miste veigrep og lar maskinen rotere der den står. Ved slått eller tresking lar et variabelt trinnløst girsystem en traktor eller tresker justere hastigheten fremover uavhengig av motorens turtall. Det lar sjåføren slakke av eller øke hastigheten tilpasset hvor tett gresset eller kornet har vokst.

Kraftgenererende systemer

CVT-er har blitt brukt i elektrisitetsgeneratorer i fly siden 1950-årene og i formel 500-racerbiler siden tidlig på 70-tallet.

Noen drillpresser og fresemaskiner har et girsystem hvor drivakselen har et par med manuelt justerbare koniske trinsehalvdeler, som et bredt drivbelte fra motoren går mellom og rundt. Vanligvis har trinsen på motoren en fast diameter, eller en rekke av trinn med fast diameter for å muliggjøre et utvalg av hastighetsområder. Et håndhjul på drillpressen, markert med en skala som korresponderer med den ønskede motorhastigheten, er koblet til et reduskjonsgirsystem så operatøren kan kontrollere bredden på mellomrommet mellom trinsehalvpartene presist. Dette mellomrommet justerer slik forholdet i turtall mellom motorens fastsatte trinsediameter og drivakselens variable trinsehalvdel, som endrer turtallet på chucken. En trinse for å stramme beltet er implementert i belteoverføringen for å øke eller minske slakken i beltet ettersom farten blir justert. I de fleste tilfeller må farten bli endret mens motoren kjører.

Et variabelt trinnløst girsystem og et svinghjul kan monteres mellom en energikilde (f.eks en vindmølle og en elektrisitetsgenerator. Når energikilden er tilstrekkelig stor, blir generatoren koblet direkte til girsystemet som tjener til å regulere generatorens turtall. Når det faller for lavt, blir generatoren koblet fra og energien lagret i svinghjulet. Det er bare når turtallet til svinghjulet er tilstrekkelig at den kinetiske energien blir omgjort til elektrisitet, uregelmessig, men alltid med den optimale hastigheten til generatoren.

Vinsjer og heiser

Vinsjer og heiser er også et bruksområde for CVT-er, spesielt for de som tilpasser girutvekslingen til det motstående dreiemomentet.

Typer

Kymco scooter med CVT

Toyota Super CVT - i

Variable-diameter taljer eller "Reeves-drive"

I dette vanligste CVT-systemet, er det to V-belte-trinser som er stilt vinkelrett på sine respektive rotasjonsakser, med et V-belte løpende mellom seg. Utvekslingsraten blir endret ved å bevege de to eksenterskivene på en trinse nærmere hverandre og de to eksenterskivene på den andre trinsen lengre fra hverandre. Det V-formede kryssutsnittet av beltet får det til å skli høyere opp på en trinse og lengre ned på den andre. Dette endrer den effektive diameteren på begge trinsene, som endrer den totale girutvekslingen. Ettersom avstanden mellom trinsene og lengden på beltet ikke endres, må begge trinsene (som har ulik størrelse) justeres samtidig for å opprettholde tilstrekkelig stramming av beltet. Enkle CVT-er som kombinerer en sentrifugalkraft-drevet trinse med en fjærbelastet trinse bruker ofte spenningen i beltet til å styre den tilsvarende justeringen på trinsen som driver drivhjulet eller maskinen. V-beltet må være veldig stivt i trinsens aksialretning så den bare kan gjøre små radiale beveglser mens det sklir in og ut av trinsene. For eksempel bruker den kinesiske scooteren av typen gy6 denne typen av variabelt trinnløst girsystem.

Stålforsterkede V-belter er tilstrekkelig for bruk på kjøretøy med lav masse og lavt moment, som UTVer og snøscootere. men kjøretøyer med høyere masse og moment som biler krever et kjede. Hvert element av kjeden må ha koniske sider som passer til trinsen når beltet løper på den ytterste radiusen. Ettersom kjedet flyttes inn i trinsene blir kontaktflaten mindre. Ettersom kontaktflaten er proporsjonal til antallet deler i kjedet, så krever kjedebelter et stort antall veldig små deler. Fasongen til delene blir styrt av det statiske trykket fra en stang. Utformingen av beltet er et kompromiss mellom maksimal girverdi og dreiemoment. Av samme grunn er aksen mellom trinsene så tynn som mulig. I en kjedebasert CVT blir en film av smøremiddel applisert på trinsene. Laget må være tykt nok til at trinsen og kjedet aldri berører hverandre og det må være så tynt at energi ikke går tapt når hvert ledd i kjeden dykker ned i smøremiddelfilmen. I tillegg blir kjedeleddene stabilisert av 12 stålbånd. Hvert bånd er tynt nok til å bøye seg enkelt. Hvis det er bøyd. har det en perfekt konisk overflate på siden. I stabelen av bånd korresponderer hvert bånd til et litt ulikt utvekslingsforhold, og sklir dermed over hverandre og behøver olje imellom. De ytre båndene sklir også gjennom den stabiliserende kjeden, mens senterbåndet kan bli brukt som kjedelinken.

Nissan Motors Extroid CVT

Skyvebelter

Mens noen CVT-er bare overfører moment ved spenningen i beltet eller kjeden, så overfører et skyvebelte moment både gjennom å "trekke" i beltet og satmtidig "skyve" og slik komprimere leddene i dreieretningen.

Toroide eller valse-baserte (Ekstroide)

Toroide CVT-er er bygget opp av skiver og valser som overfører energi mellom skivene. Skivene kan beskrives som to nærmest koniske deler, spiss mot spiss, med sidene formet slik at de to halvdelene kunne fylt senterhullet i en torus. En skive er inntaket, og den andre er uttaket. Mellom skivene er det plassert valser som varierer girraten og som overfører kraft fra den ene siden til den andre. Når valsenens akse er vinkelrett på aksen til de nær-koniske delene, kommer de i kontakt med de nær-koniske delene på samme punkt på diameter-retningen og gir dermed en girrate på 1:1. Valsen kan beveges langs aksen til de nær-koniske delene, og kan endre vinkel etter behov for å opprettholde kontakt. Dette vil gjøre at valsene berører de nær-koniske delene på varierende og distinktive diametre, og gir en girrate som er annerledes enn 1:1. Systemene kan være delvis eller helt toroide. Et helt toroid system er det mest effektive designet, mens delvis toroide kan fortsatt behøve en momentkonverterer, og dermed tape effektivitet.

Noen toroide systemer som torotrak er også ubegrenset variabelt, og kraftretningen kan bli snudd innenfor CVT-en selv.

Diagrammer:

• Animated image of a toroidal CVT on HowStuffWorks

Eksempler:

• Nissan Extroid CVT (pdf on Nissan-Global site)

Magnetisk eller mCVT

En magnetisk trinnløst variabelt girsystem ble utviklet på Sheffield Universitet i 2006 og senere kommersialisert. mCVT er et variabelt magnetisk girsystem som gir en elektrisk kontrollert girrate. Den kan fungere som en kraftfordeler og kan tilpasse en fast inngangshastighet fra en primær kraftkilde til et uttak med variabel belastning ved å importere/eksportere elektrisk strøm via en variatorkrets. En mCVT er ekstra interessant som en høyeffektiv kraftfordeler i blandede hybridkjøretøyer, men har også potensielle bruksområder i fornybar energi, marine framdriftssystemer og i industrisektoren.

Ubegrenset variabelt gir (engelsk IVT)

En undergruppe av CVT-design er på engelsk kalt infinitely variable transmissions (IVT eller IVTs), hvor spennvidden av hastigheter fra drivakselen til motorakselen inkluderer en nøytral innstilling som kan innføres kontinuerlig fra en definert "høyere" utveksling. En utgangshastighet på null (lavgir) med en begrenset inngangshastighet impliserer en ubegrenset inngang-til-utgang- hastighetsrate, som kan bli kontinuerlig tilnærmet fra en gitt fast inngangsverdi med en IVT. "Lave" gir er en referanse til lave rater av utgangshastighet til inngangshastighet. Denne lave raten blir tatt til det ekstreme med IVT-er, og resulterer i en "næytral" eller ikke-kjørende "lav"gir-grense, hvor utgangskraften er null. Ulikt nøytralt gir i en normal girkasse, kan rotasjonen på utgangsakselen/drivakselen bli droppet fordi revers (reversert IVT operering) raten kan være uendelig, som resulterer i ubegrenset høyt reversmoment; i en skralle-IVT derimot, kan utgangsakselen fritt rotere i framover-retningen.

Friksjon

I de tidlige årtiene i det 20.ende århundre, ble flere traktorer og små lokomotiver bygd med friksjonsskive-giroverføringer med en utgangsskive rullende mot framsiden av inngangsskiven. For skiver av identisk diameter, kunne den effektive girraten varieres fra 1:1 når kontaktpunktet var på perimeteret på inngangsskiven, til uendelig når kontaktpunktet var i sentrum., til -1:1 når kontaktpunktet var på det motsatte ytterpunktet. Girsystemet på tidlige Plymouth lokomotiver fungerte på denne måten, mens på traktorer som benyttet friksjonsskiver, var hastighetsområdet til reversgirene typisk begrenset.

Episyklisk giring

Mange IVt-er er resultatet av kombinasjonen av en CVT med planetgirsystem som bestemmer rotasjonshastigheten på et IVT-uttak, som er lik forskjellen i hastighet mellom de to andre omdreiningshastighetene innenfor IVT-en. Dette IVT-oppsettet bruker CVT-en som en kontinuerlig variabel regulator (engelsk: CVR) for omdreiningshastigheten for hvem som helst av de tre rotatorene i planetgirsystemet (PGS). Hvis to av de roterende elementene i PGS-en er kraftinntaket-og uttaket i CVR-en, er det en innstilling på CVR-en som resulteter i at uttakshastigheten blir null. Den maksimale inntak/uttaksraten kan velges fra et i praksis ubegrenset utvalg gjennom valg av forskjellige størrelser på inntaks/uttaks-gir, -trinser eller -drev; uten å påvirke null-uttaket eller kontinuiteten i hele systemet. IVT-en er alltid koblet inn, også når dens uttakshastighet er satt til null.

IVT-er kan i noen bruksområder tilby bedre effektivitet i det foretrukne operasjonsområdet sammenlignet med andre CVT-er fordi mesteparten av kraften løper gjennom planetgirsystemet og ikke den kontrollerende CVR-en. Kapasiteten til å overføre dreiemoment kan også økes. Det er også mulig å sette opp deling av kraften for å ytterligere øke effektiviteten, overføring av dreiemoment og bedre opprettholdelse eller effektivitet av kraft over et bredt spekter av girrater.

Eksempler

Hydristor

Et eksemepl på en sann IVT er hydristoren fordi frontenheten koblet til motoren kan endre volumet fra null til 27 kubikktommer (440 cm³) per omdreinning framover og 0 til −10 kubikktommer (−160 cm³) per omdreining reversert. Den bakre enheten er kapabel til å endre volum fra null til 75 kubikktommer (1 230 cm³) per omdreining. Men det gjenstår å se om dette designet kommer i produksjon. Et annet eksempel på en ekte IVT som nylig har blitt satt i produksjon og som fortsetter å bli utviklet for kommersiell bruk er varianten til Torotrak.

Guigan's

En fransk oppfinner, Franck Guigan, leverte patentsøknad i 2017 for en metode basert på variable diametre-gir(PCT/FR2017000174). Dennne nye metoden eliminerer oscillerende bevegelser som kan forårsake vibrasjoner. Det er en ekte IVT ettersom den variable diameteren til kronen tillater gir-raten til å variere fra alle positive verdier til alle negative verdier, passerende gjennom en null-posisjon. Den virker også som et regenererende bremsesystem. Det tillater også å kombinere to motorer, for eksempel en forbrenningsmotor og en elektrisk motor.

Franck Guigan leverte en patentsøknad i 2018 for en metode basert på oscillerende stenger kombinert med svinghjul, som la grunnlag for mange ulike giroverføringer. Denne giroverføringen er også en ekte IVT ettersom gir-raten kan være null, som betyr at den tillater fravær av clutch. Selv om det er en oscillerende bevegelse, er noen av disse girsystemene absolutt homokinetiske, som direkte koblet til inngangsakselen og stengene forblir i ro, og det er bare i tilfelle mekanisk overbelastning at CVT-en vil komme i aksjon. En ny egenskap er at gir-raten kan bli permanent tilpasset til det motstående momentet. Dette er hva som tillater å bruke nedskalerte motorer (f.eks elektriske), som er lettere, mindre klumpete og mer økonomiske å bygge og vedlikeholde. Ikke bare garanterer denne maskindelen en konstant tilgang på nok moment, men den beskytter også motoren.

I begge tilfelle kan gir-raten styres manuelt eller via en datamaskin.

Skralle

Skralle- CVT er en giroverføring som avhenger av statisk friksjon og er basert på et sett av enheter som suksessivt blir koblet inn og deretter ut, mellom det kraftgivende systemet og det drevne systemet, ofte benyttes oscillerende eller retningsstyrt bevegelse i samarbeid med en-veis-clutcher eller skraller som retter opp og i sum bare leverer "framoverrettet" bevegelse. Girraten blir justert ved å endre geometrien til leddene på innsiden av de oscillerende elementene, slik at den summerte maksimale koblingshastigheten forblir konstant. Kraft blir overført fra inntak til uttak kun nå clutchen eller skrallen er i drift, og derfor kun når den er låst i en statisk friksjonsmodus hvor den drivende og drevne roterende overflaten øyeblikkelig roterer sammen uten å slure.

En variant av skralle-CVT som ikke er avhengig av friksjon bruker en "scotch yoke"mekanisme til å omgjøre rotasjon til lineær oscillasjon. Utslaget til oscilleringen, noen ganger kalt utslag, avhenger av avstanden veistangen i scotch yoke- mekanismen har fra rotasjonsaksen. Utslaget blir endret ved å endre avstanden veivstangen har til rotasjonsaksen. Denne lineære oscillasjonen blir konvertert tilbake til vuggende bevegelse ved hjelp av en tannstang og tannhjul. Denne vuggende bevegelsen blir korrigert om til rotasjonsbeveglse enten ved å bruke en datastyrt clutch, sprag clutch eller et enveis-kulelager. Den største fordelen med denne typen av CVT er at den ikke er avhengig av friksjon for å overføre kraft. En ulempe her er at forholdet mellom inntak og uttak er sinusoidal og ikke konstant. Men patenterte design foreligger for å overkomme dette hinderet ved å korrigere den momentante rotasjonshastigheten på scotch yoke-mekanismen ved å bruke ikke-sirkulære tannhjul. Et eksempel på en friksjonsuavhengig skralle-CVT som har et konstant inngangs- til utgangsforhold, er patentert under Mal:US Patent.

Disse CVT-ene kan overføre betydelig dreiemoment, fordi deres statiske friksjon faktisk øker relativt til dreiemomentet på uttaket, så sluring er umulig i veldesignede systemer. Effektiviteten er generelt høy, fordi mesteparten av den dynamiske friksjonen blir forårsaket av svært lette hastighetsendringer på overføringsclutchen. Ulempen med en skralle-CVT-er er vibrasjonen forårsaket av den suksessive endringen i hastighet som bbehøves for å akselerere elementet, som må forsyne det foregående opererende og deakselererende kraftoverførende elementet.

Skralle-CVT-er skiller seg markant fra VDP-er og rullelager-baserte CVT-er ved å være basert på statisk friksjon, i motsetning til å være enheter som bruker dynamisk friksjon, som mister en betydelig andel av energien til sluring mellom de vridende overflatende. Et eksempel på en skralle-CVT er en prototype brukt i et sykkelgirsystem beskyttet under patenten Mal:US Patent hvor kraftig dreiemoment fra pedalene får denne mekanismen til å jobbe mot fjæren, som beveger delen sammensatt av ringtannhjul og kjedehjulet mot en konsentrisk og lavere girinnstilling. Når pedalene tråkkes forsiktigere rundt, justerer giroverføringen seg selv til tyngre gir, fulgt av en kraftigere vibrasjon i giroverføringen.

Skralle-CVT-en kan dateres tilbake til før 1930-årene; det originale designet konverterer roterende beveglse til oscillerende bevegelse og tilbake til roterende bevegelse ved hjelp av rulleclutcher. Utslaget på oscillerende deler i midten er justerbare, ved å variere utgangshastigheten til akselen. Den grunnleggende begrensningen er at når dreiemomentet overføres mellom de separate oscillerende delene, så forårsaker endringen i avbøyning sterk vibrasjon med sterkere dreiemoment. Det originale designet blir fortsatt produsert idag, og et eksempel på og en animasjon av denne CVT-en kan sees her. Paul B. Pires skapte en mer kompakt (radialt symmetrisk) variant som setter igang en skrallemekanisme istedet for rulleclutcher, så den ikke trenger å være avhengig av friksjon for å drive kraftuttaket. En artikkel og skisse av denne varianten vises her:

Hydrostatisk

Honda DN-01 motorsykkel:Animasjon av swashplate

Den Japanske Type 10 tanksen bruker hydraulisk-mekanisk overføring.

Hydrostatiske giroverføringer bruker en pumpe med variabelt slagvolum og en hydraulisk motor. All kraften blir overført med hydraulikkvæske. Disse typene kan generelt overføre mer dreiemoment, men kan være sensitive overfor forurensninger. Noen design er også veldig kostbare. Derimot har de fordelen av at den hydrauliske motoren kan bli montert direkte til drivknuten, som tillater et mer fleksibelt hjuloppheng og eliminerer effekttap fra friksjon i drivakselen og differensielle deler. Denne typen av gir er relativt enkelt å bruke fordi all bevegelse framover og bakover kan bli betjent bare av en enslig spak.

En integrert hydrostatisk transaksel (IHT) bruker en enkel innkapsling både for det hydrauliske elementet og det gir-reduserende elementet. Denne typen av giroverføring har blitt effektivt benyttet på forskjellige billige og dyre versjoner av traktorklippere og minitraktorer.

En klasse av traktorklippere er zero-turn mower, som tradisjonelt har blitt drevet av hydrauliske motorer på drivknutene, drevet av kontinuerlig variable pumper. Dette designet pleier å være det dyreste alternativet.

Ulikt tungt utstyr kan også bli drevet av hydrostatiske giroverføringer, f.eks. landbrksmaskiner inkludert Innhøstingsmaskiner, skurtreskere og enkelte traktorer. En variant av kraftig masseflyttingsmaskiner. f.eks hjullastere, dumpere, [bulldoser]]e og veivalser bruker hydrostatiskt gir. Variomater blir vanligvis ikke brukt for maskiner med langvarig høy ytelse på grunn av varmeutviklingen som blir generert av den strømmende oljen, som kan kreve en stor og omfattende oljekjøler.

Honda DN-01-motorsykkelen er den første gateregistrerte kjøretøyet med hydrostatisk drift som bruker en variabelt volum-aksial-pumpe med en swashplate med variabel vinkel. The Honda DN-01 motorcycle is the first road-going consumer vehicle with hydrostatic drive that employs a variable displacement axial piston pump with a variable-angle swashplate.

AGCO Corporation har innført en hydrostatisk variomat i landbruksutstyr. Giroverføringen splitter kraften mellom hydrostatisk og mekanisk overføring til drivakselen via et planetgir i framoverretningen. I revers kommer kraften bare fra variomatisk gir.

variabelt strammende talje-variator (iCVT)

Dette er et kjededrevet system. Selv om en iCVT fungerer, så har den følgende svakhet:

Høyt tap til friksjon

Variator-taljen på en iCVT blir strammet til ved å bruke to små taljer som strammer til. Her er den ene strammende taljen plassert på denmest oppspente siden av kjedet til iCVT-en. Dermed er det en betydelig belastning på den taljen, graden er proporsjonal med spenningen i kjedet den trekker. Hver strammingstalje blir trukket opp av to kjedesegmenter, ett kjedesegment til venstre og et til høyre for stramningstaljen; her er belastningen på stramningstaljen det dobbelte av belastningen på dens kjede når de to kjedesegmentene er parallelle overfor hverandre. Men siden de to kjedesegmentene ikke pleier å stå parallellt overfor hverandre mens iCVT-en er i drift, er det antatt at belastningen på en stramningstalje er mellom 1 og 1.8 ganger belastningen på kjedet dens. En strammingstalje er også veldig liten slik at momentarmen dens er tilsvarende liten. En lengre momentarm reduserer den nødvendige kraften for å rotere en talje. For eksempel ved å bruke en lang skiftenøkkel, som har en lang momentarm, til å løsne en mutter, krever mindre kraft enn ved å bruke en kort skiftenøkkel, som har en liten momentarm. Med antakelse om at diameteren til en strammingstalje er det dobbelte av diameteren til akselen dens, som er et grovt anslag, så er friksjonsmotstanden som holder igjen på den ytre diameteren på en strammingstalje halvparten av friksjonsmotstanden som holder igjen på akselen til taljen.

Shock and durability

The transmission ratio of an iCVT has to be changed one increment within less than one full rotation of its variator pulley. This means that the transmission diameter of the variator pulley, made generally from rubber, has to be changed from a diameter that has a circumferential length that is equal to an integer number of teeth to another diameter that has a circumferential length that is equal to an integer number of teeth; such as changing the transmission diameter of the variator pulley from a diameter that has a circumferential length of 7 teeth to a diameter that has a circumferential length of 8 teeth for example. This is because if the transmission diameter of the variator pulley does not have a circumferential length that is equal to an integer number of teeth, such as a circumferential length of 7+1⁄2 teeth for example, improper engagement between the teeth of the variator pulley and its chain will occur. For example, imagine having a bicycle pulley with 7+1⁄2 teeth; here improper engagement between the bicycle pulley and its chain will occur when the tooth behind the 1⁄2 tooth space is about to engage with its chain, since it is positioned a distance of 1⁄2 tooth too late relative to its chain.

Regarding the previous paragraph, the chain of an iCVT forms an open loop on its variator pulley that partially covers its variator pulley such that an open section, which is not covered by the chain, exist. This is similar to a sprocket of a bicycle where there is a section of the sprocket that is covered by its chain, and a section of the sprocket that is not covered by its chain. During one complete rotation, the toothed section of the variator pulley of an iCVT passes by the open section and re-engages with the chain. Here if the transmission diameter of the variator pulley does not represent an integer number of teeth, improper re-engagement between the teeth of the variator pulley and its chain will occur. Also, the transmission diameter of the variator pulley cannot be changed while the toothed section of the variator pulley is covering the entire open section of its chain loop. Since this is similar to where a plate is glued across the open section of a chain loop, which does not allow expansion or contraction of the chain loop as required for transmission diameter change of the variator pulley. Therefore, the transmission diameter of the variator pulley has to be changed one increment during an interval where the variator pulley rotates from an initial position where a portion of the toothed section of the variator pulley is positioned at the open section of the chain loop but not covering the entire open section, to the final position where the toothed section of the variator pulley passes by the open section of the chain loop and is about to re-engage with the chain. Since it takes less than one full rotation to rotate the variator pulley from its initial position to its final position mentioned in the previous sentence, the transmission diameter of the variator pulley has to be changed one increment within less than one full rotation.

In addition, as the transmission diameter is increased, the chain has to be pushed up the inclined surfaces of the pulley halves of the variator pulley, while the tension in the chain tends to pull the chain towards the opposite direction. Hence a large force, which is larger than the tension in the chain, is required to change the transmission diameter. Since the transmission ratio has to be changed within less than one full rotation of the variator pulley, a large force has to be applied on the pulley halves within a very short duration. If for example the variator pulley rotates at 3600 rpm, which is equivalent to 60 revolutions per second, then the force required to change the transmission ratio has to be applied within 1/60 seconds. This would be similar to hitting something with a hammer. Therefore, here significant shock loads are applied to the variator pulley during transmission ratio change that increases the transmission diameter. These shock loads may cause comfort problems for the driver of the vehicle using an iCVT. Also an iCVT has to be designed as to be able to resist these shock loads which would most likely increases the cost and weight of an iCVT.

Torque transfer ability and reliability

The teeth of the variator pulley of an iCVT are formed by pins that extend from one pulley half to the other pulley half and slide in the grooves of the pulley halves of the variator pulley. Here torque from the chain is transferred to the pins and then from the pins to the pulley halves. Since the pins are round and the grooves are curved, line contact between the pins and the grooves are used to transfer force from the pins to the grooves. The amount of force that can be transmitted between two parts depend on the contact area of the two parts. Since the contact areas between the pins and their grooves are very small, the amount of force that can be transmitted between them, and hence also the torque capacity of an iCVT, is limited.

Another possible problem with an iCVT is that the pins of the variator pulley can fall-out when they are not engaged with their chain, and wear of the pins and the grooves of the pulley halves can cause some serious performance and reliability problems.

Cone

The Evans friction cone, a type of cone CVT

A cone CVT varies the effective gear ratio using one or more conical rollers. The simplest type of cone CVT, the single-cone version, uses a wheel that moves along the slope of the cone, creating the variation between the narrow and wide diameters of the cone.

The more-sophisticated twin cone mesh system is also a type of cone CVT.

In a CVT with oscillating cones, the torque is transmitted via friction from a variable number of cones (according to the torque to be transmitted) to a central, barrel-shaped hub. The side surface of the hub is convex with a specific radius of curvature which is smaller than the concavity radius of the cones. In this way, there will be only one (theoretical) contact point between each cone and the hub at any time.

A new CVT using this technology, the Warko, was presented in Berlin during the 6th International CTI Symposium of Innovative Automotive Transmissions, on 3–7 December 2007.

A particular characteristic of the Warko is the absence of a clutch: the engine is always connected to the wheels, and the rear drive is obtained by means of an epicyclic system in output. This system, named “power split”, allows the engine to have a "neutral gear": when the engine turns (connected to the sun gear of the epicyclic system), the variator (i.e., the planetary gears) will compensate for the engine rotation, so the outer ring gear (which provides output) remains stationary.

Radial roller

The working principle of this CVT is similar to that of conventional oil pumps, but, instead of pumping oil, common steel rollers are compressed.

The motion transmission between rollers and rotors is assisted by an adapted traction fluid, which ensures the proper friction between the surfaces and slows down wearing thereof. Unlike other systems, the radial rollers do not show a tangential speed variation (delta) along the contact lines on the rotors. From this, a greater mechanical efficiency and working life are claimed.

Planetary

Description: Infinitely Variable Transmission with rigid friction members (shaped as double cones) in planet configuration.

In a planetary CVT, the gear ratio is shifted by tilting the axes of spheres in a continuous fashion, to provide different contact radii, which in turn drive input and output discs. The system can have multiple "planets" to transfer torque through multiple fluid patches. One commercial implementation is the NuVinci Continuously Variable Transmission.

History

Leonardo da Vinci, in 1490, conceptualized a stepless continuously variable transmission. Milton Reeves invented a variable-speed transmission for saw milling in 1879, which he applied to his first car in 1896.

In 1910, Zenith Motorcycles built a V-twin engined motorcycle with the Gradua-Gear, which was a CVT. In 1912, the British motorcycle manufacturer Rudge-Whitworth built the Rudge Multigear. The Multi was a much improved version of Zenith's Gradua-Gear.

Between 1913 and 1923 Spanish manufacturer David produced cyclecars with CVT.

An early application of CVT was in the British Clyno car, introduced in 1923.

In 1926, George Constantinesco produced the Constantinesco car with a smooth, efficient, inertial masses CVT, which he had invented in 1923, built into the two-cylinder engine.

During the late 1940s and early 1950s, Charles H. Miner of Denver, CO made significant developments in creating a CVT by inventing the "Variable Speed Clutch Pulley". He filed and was granted multiple US patents for his CVT system using steel balls and centrifugal force to manipulate the moveable side of the power end of his V-belt clutch. He formed a manufacturing company (Miner Pulley) in Denver and built clutch pulleys until he sold the company to Warner Clutch due to health reasons. See US Patent US2974544 A for diagrams and details.

A CVT, called Variomatic, was designed and built by Hub van Doorne, co-founder of Van Doorne's Automobiel Fabriek (DAF), in the late 1950s, specifically to produce an automatic transmission for a small, affordable car. The first DAF car using van Doorne's CVT, the DAF 600, was produced in 1958. Van Doorne's patents were later transferred to a company called VDT (Van Doorne Transmissie B.V.) when the passenger car division was sold to Volvo in 1975; its CVT was used in the Volvo 340. In 1995, VDT was acquired by Robert Bosch GmbH.

For the 1965 model year, Wheel Horse Products, Inc., of South Bend, Indiana, USA, introduced the first garden tractors equipped with an hydraulic CVT. The models 875 and 1075 included an Eaton-manufactured variable-displacement swash-plate pump and fixed-displacement gear-type hydraulic motor combined into a single compact package, which attached directly to the patented Wheel Horse Unidrive™ transaxle. Reverse was produced by reversing the flow of the pump through over-centering of the swash plate. Acceleration was limited and smoothed through use of pressure accumulator and relief valves located between the pump and motor, to prevent the sudden changes in speed possible with a direct hydraulic coupling. Subsequent versions included fixed swash plate motors, and ball pumps and were sourced from both Eaton and Sundstrand Corp.

Many snowmobiles use a rubber belt CVT. In 1974, Rokon offered a motorcycle with a rubber belt CVT.

CVTs are used in some all terrain vehicles. The first ATV equipped with CVT was Polaris's Trail Boss in 1985.

In February 1987, Subaru released the Justy in Tokyo with an electronically controlled continuously variable transmission (ECVT)^{[trenger referanse]} developed by Fuji Heavy Industries which owns Subaru, and Van Doorne's Transmissie in The Netherlands. One and a half years later in November 1988, Subaru also brought out the Justy 4WD ECVT, a Justy with part-time 4WD and the ECVT gearbox. Production was limited to 500 units per month as Van Doorne's could only produce this many steel belts for them. In June, supplies increased to 3,000 per month and Subaru responded by installing the extra volume into transmissions for their Rex microcar. In 1989 the Justy became the first production car in the U.S. to offer CVT technology. While the Justy saw only limited success, Subaru continues to use CVT in its kei cars to this day,Mal:When while also supplying it to other manufacturers. Subaru offers CVT (Lineartronic) on 2014 Outback, Legacy, Forester, Impreza, and Crosstrek.

In summer 1987, the Ford Fiesta and Fiat Uno became the first mainstream European cars to be equipped with steel-belted CVT (as opposed to the less robust rubber-belted DAF design). This CVT, the Ford CTX was developed by Ford, Van Doorne, and Fiat, with work on the transmission starting in 1976.

The 1992 Nissan March contained Nissan's N-CVT based on the Fuji Heavy Industries ECVT. In the late 1990s, Nissan designed its own CVT that allowed for higher torque and included a torque converter. This gearbox was used in a number of Japanese-market models. Nissan is also the only car maker to bring a roller-based CVT to the market in recent years.Mal:When Their toroidal CVT, named the Extroid, was available in the Japanese market Y34 Nissan Gloria and V35 Skyline GT-8. However, the gearbox was not carried over when the Cedric/Gloria was replaced by the Nissan Fuga in 2004. The Nissan Murano, introduced in 2003, and the Nissan Rogue, introduced in 2007, also use CVT in their automatic transmission models. In a Nissan press release, dated 12 July 2006, Nissan announced a large-scale shift to CVT transmissions when they selected their XTronic CVT technology for all automatic versions of the Versa, Cube, Sentra, Altima and Maxima vehicles in North America, making the CVT a mainstream transmission system. One major motivator for Nissan to make a switch to CVTs was as a part of their 'Green Program 2010' aimed at reducing CO₂ emissions by 2010. The CVT found in Nissan's Maxima, Murano and the V6 version of the Altima is considered to be the world's first "3.5 L class" belt CVT and can hold much higher torque loads than other belt CVTs.

After studying pulley-based CVT for years, Honda also introduced their own version on the 1995 Honda Civic VTi. Dubbed Honda Multi Matic, this CVT gearbox accepted higher torque than traditional pulley CVTs, and also includes a torque converter for "creep" action. The CVT is employed in the Honda City ZX that is manufactured in India and Honda City Vario manufactured in Pakistan.

In 1996, Fendt, a Germany-based tractor manufacturer, released the first ever heavy-duty tractor to be equipped with a hydrostatic type CVT with the Fendt Vario 926. A year later Fendt was acquired by AGCO Corporation which expanded the use of the transmission to the Challenger Tractor, Massey Ferguson, and TerraGator brands of machinery, which are also owned by AGCO. Well over 100,000 agricultural tractors have been manufactured with this transmission design.

Toyota used a Power Split Transmission (PST) in the 1997 Prius, and all subsequent Toyota and Lexus hybrids sold internationally continue to use the system (marketed under the Hybrid Synergy Drive name). The HSD is also referred to as an electronically controlled continuously variable transmission (eCVT). The PST allows either the electric motor or the internal combustion engine (ICE) or both to propel the vehicle. In ICE-only mode, part of the engine's power is mechanically coupled to the drivetrain, with the other part going through a generator and a motor. The amount of power being channeled through the electrical path determine the effective gear ratio. Toyota also offers a non-hybrid CVT called Multidrive for models such as Avensis.

Audi has, since 2000, offered a chain-type CVT (multitronic) as an option on some of its larger-engine models, for example the A4 3.0 L V6.

Fiat in 2000 offered a Cone-type CVT as an option on its hit model Fiat Punto (16v 80 PS ELX,Sporting) and Lancia Y (1.2 16V).

BMW used a belt-drive CVT (manufactured by ZF Friedrichshafen) as an option for the low- and middle-range MINI in 2001, forsaking it only on the supercharged version of the car where the increased torque levels demanded a conventional automatic gearbox. The CVT could also be manually "shifted" if desired with software-simulated shift points.

MG-Rover used an identical ZF CVT transmission on its Rover 45 and MG ZS models.

GM introduced its version of CVT known as VTi in 2002. It was used in the Saturn Vue and Saturn Ion models.

In 2002 the Suzuki Burgman 650 was the largest-displacement scooter in the world, and first two-wheel vehicle to feature an electrically controlled CVT.

Mercedes-Benz introduced their version of the CVT Transmission, known as "Autotronic" back in 2004 for the 2005 model year A-Class. And later in 2005 for the 2006 model year B-Class. "Autotronic" is one of the most compact CVT Transmissions in the world.^{[trenger referanse]}

Ford introduced a chain-driven CVT known as the CFT30 in their 2005 Ford Freestyle, Ford Five Hundred and Mercury Montego. The transmission was designed in cooperation with German automotive supplier ZF Friedrichshafen and was produced in Batavia, Ohio at Batavia Transmissions LLC (a subsidiary of Ford Motor Company) until 22 March 2007. The Batavia plant also produced the belt-driven CFT23 CVT which went in the Ford Focus C-MAX, which didn't have much success because of gearbox failures, as it was coupled to the 1.6 TDCi turbodiesel engine, which had a higher torque rating than the CVT can handle. Ford also sold Escort and Orion models in Europe with CVTs in the 1980s and 1990s.

Contract agreements were established in 2005 between MTD Products and Torotrak for the first full toroidal system to be manufactured for outdoor power equipment such as jet skis, ski-mobiles and ride-on mowers.

The 2007 Dodge Caliber and the related Jeep Compass and Jeep Patriot employ a CVT using a variable pulley system as their optional automatic transmission.

The 2008 Mitsubishi Lancer model is available with CVT transmission as the automatic transmission. DE and ES models receive a standard CVT with Drive and Low gears; the GTS model is equipped with a standard Drive and also a Sportronic mode that allows the driver to use 6 different preset gear ratios (either with the shifter or steering wheel-mounted paddle shifters).

The 2009 SEAT Exeo is available with a CVT automatic transmission (multitronic) as an option for the 2.0 TSI 200 hp (149 kW) petrol engine, with selectable 'six-speeds'.

In 2010, the US Patent Office issued patent number 7,647,768 B1 for a series of hydraulic torque converters that use hydraulic friction rather than mechanical friction as a CVT.

Suzuki has used CVT since 2010 on their SX4 and Kizashi models.

In 2016, FCA US LLC announced the 2017 Chrysler Pacifica Hybrid minivan which uses a CVT instead of the 9-speed automatic found in gasoline versions.

For the 2019 Toyota Corolla Hatchback Toyota created an all new CVT with a "launch gear" or a physical 1st gear from a conventional automatic transmission alongside the CVT pulley. From 0-25 mph the transmission would stay in this launch gear to aid in acceleration from a stop and improve durability of the CVT. After 25 mph, the transmission would switch over to the CVT pulley.

Marketing names

• Lineartronic: Subaru
• Xtronic Jatco: Nissan, Renault
• K CVT, CVTi, eCVT: Toyota, Honda
• INVECS-III: Mitsubishi
• Multitronic: Volkswagen, Audi
• Autotronic: Mercedes

See also

• Constant Speed Drive
• Friction drive
• List of automobiles with continuously variable transmissions
• Power band

References

Mal:Gears Mal:Powertrain