Millennium’ da Yeni Bir Aktarma Organı Kavramı

CVT (Sürekli Değişken Transmisyon)

O. Nejat SEZGİN (Mak.Yük. Müh., İTÜ Makina Fakültesi)

O. Akın KUTLAR (Mak. Dr. Müh., İTÜ Makina Fakültesi)

            Motorlu bir taşıtta, taşıtın motorundan tahrik aksına kadar  gücü nakleden aktarma organları; hız dönüştürücü (kavrama), moment dönüştürücü (vites kutusu) ve moment dağıtıcıdan  (diferansiyel) meydana gelir (Şekil 1).

1. CVT GİRİŞ

Sürekli değişken hareket iletimi yani CVT (Continuously Variable Transmission) fikrinin ortaya atılması hemen hemen ilk otomobilin icadı ile başlayan  ve sınırsız vites çevrim oranına sahip kademesiz bir vites kutusundan başka birşey değildir (Şekil 2). 1886 ‘ da Alman otomotiv öncülerinden Daimler ve Benz ilk benzin yakıtlı otomobillerinde V-kayışlı CVT kullanmışlardır. Bunun için, otomatik vites değiştirme üniteleri ile özellikle hareketli makara sistemi kullanılarak otomobillere takılması konusunda birçok girişimlerde bulunulmuştur. [1]

Bugün için  otomobilin motorundan tahrik tekerleklerine olan güç ve moment iletimi görevinin hemen hemen tamamını hem otomatik ve hem de manuel vites kutularında bulunan karşılıklı çalışan dişli çarklar gerçekleştirmektedir. Geçen yüzyıl boyunca  otomobil imalatçıları ve transmisyon üreticileri alışılagelmiş vites kutusu tasarımlarını tekrar tekrar mükemmelleştirmeye çalışmışlar ve bu konuda kucak dolusu para harcamışlardır. Vites kutularının tartışılmaz üstünlüğüne ve egemenliğine rağmen CVT halen ortalıklarda dolaşmaktadır  ve  şayet  modern  CVT  teknolojisinin geliştiricisi olan Hollanda Tillburg’ dan  mühendis Van Doorne’ nin transmisyonu   (Van Doorne Transmissie-VDT) dikkate alınırsa, CVT’ nin  zamanının geldiği anlaşılır. Kısaca bunun iki sebebi vardır:

Birincisi; en son teknoloji CVT’ lerin otomobillere uygulanmasıyla sağlanan yakıt ekonomisi ve sürüş performansı açısından bugünün karmaşık ve pahalı vites kutularını karşılaması, bunların pratik ve ekonomik olma sınırlarına yaklaşmış olmalarıdır.

İkincisi ise yakıt tüketimine (Amerika’da CAFE şartları) ve egzoz emisyonuna dair giderek daralan sınır değerlere sahip yönetmelikler otomotiv mühendisleri üzerinde bir baskı oluşturmuş ve  yüksek verimli , kararlı durumda çalışan  motorların  sınırlı devir sayısı kuşağı içerisinde çalıştırılması ve kullanılması durumunu düşünmelerine neden olmuştur. [1]

Taşıt hızına bakılmaksızın motor hızının kontrol edilebilmesi CVT’ lerin mükemmel olarak üstesinden gelebildiği bir durumdur. Bu da CVT ‘ yi oldukça çekici hale getirmektedir. Daha da ileri gidilirse, bu çevreyle ilgili yeni yönetmeliklerin  değişik tiplerdeki güç kaynaklarını kullanan hybrid taşıtların geliştirilmeleri konusunda bir baskı oluşturacağı düşünülmektedir. CVT teknolojisinin sunduğu ve bu işin olacağına dair belirtileri tanıdıkça VDT,Ford, Nissan, Volvo, Honda , Fuji Heavy Ind. Ltd., BMW gibi şirketlerin niçin CVT’ lerin üretimi ve araştırma sahalarına yüksek miktarlarda yatırım yapmış olduklarını  anlamak mümkün olabilir. [1]

 1.CVT Konstrüksiyonu  

CVT , tahrik momentini motordan alıp tahrik miline iletme görevini çok sık kullanılan manuel ve otomatik transmisyonların aksine hidrodinamik prensipleri kullanan mekanizmaları ve kasnak çaplarının değişmesi prensibini kullanmaktadır.

Modern bir CVT sistemi; temas yüzeyleri fazla derin olmayan koni şeklinde ve genişlikleri değişken bir çift kasnak arasında çalışan, çok sayıda plakadan oluşmuş çelik bir  kayıştan meydana gelir (Şekil 3). İlginç olan şey, çelik kayışın tesadüfen icad edilmesidir. Van Doorne mühendisleri işe ince çelik bantlardan oluşan bir kayış dizaynı ile başlamışlardır. Fakat bantlar kasnaklar tarafından öylesine aşırı derecede yükleniyorlardı ki; hemen eğilip bükülmeye başlamışlardır. İkinci adımda bantların eğilmelerini önlemek için hareketli taşıyıcı çelik plakalar   eklendi. Yapılan birkaç testten sonra mühendisler plakaların disklerin çevresinde birbirlerini iterek momenti iletecek     şekilde     davrandıklarını     gördüler.   Sonuç  olarak  itmeli blok V-kayışı, V-şeklindeki plakalara bağlantılı olan çelikten yapılmış, ince, düz gerilim bantlarından oluşmuştur (Şekil 4).Yaklaşık olarak 300 adet plaka vardır ve herbiri 2 mm kalınlığa, 25 mm genişliğe ve 12 mm derinliğe sahiptir. [1]

Kayış, yay çeliğinden yapılmış bantlar yardımıyla birbirleriyle uygun aralıklarda birarada tutulan yüzlerce ince çelik plaka ihtiva eder ve temas yüzeylerinin fazla derin olmayan (sığ)   koni şeklinde olmasından dolayı makaranın yüzeylerine açılmış 11^o  açılı V-yuvaları arasına oturur. Bu çelik plakalar maraging çeliğinden (karbon oranı az, 1/10 oranında Nikel ihtiva eden, martenzitik yapıya sahip, Rockwell sertliği zamanla yükselen ve daha gevrek hale gelen , yüksek yorulma dayanımına sahip bir çeşit çelik cinsi) imal edildikleri için nispeten rijid bir yapıya sahiptir. Her makara kendi eksenleri etrafında dönüşlerini yaparken kayış üzerindeki elemanları aşağı doğru sıkıştırır. Bant kümeleri sürtünmeden sakınmak için karşılıklı olarak  çok dar toleranslara sahiptir. 2 ile 6 mm arasındaki kalınlığa sahip plakalar, bantlar üzerinde serbestçe hareket edebilir ve birbirlerini ileriye doğru iterler (Şekil 5). [1]

 Kısaca motor krank miline takılan giriş makarası temel olarak sıkıştırma ile yüklenen plakaları çıkış makarasına doğru iter ve onun dönmesine neden olur. Başka bir ifadeyle plakalar döndüren makaradan döndürülen makaraya doğru pompalanır. Plakalar sıkıştırma etkisi ile takıldıkları bantlar üzerinde gerginleşir, birbirlerini iterler ve plakalar ile makaralar arasındaki temas kuvvetleri nedeniyle giriş momenti enine yönde eksenel sürtünme kuvvetine  dönüştürülür. Sürtünme kuvvetlerinin toplamı, döndüren makaradan döndürülen makaraya doğru momenti  ileten plaka kümesinin üzerinde itme kuvveti oluşmasına neden olur. Döndürülen makarada itme kuvveti çıkış momenti şekline dönüştürülür. [2]

Bu şekildeki itmeli kayış kurgusu, klasik çekme kayışını paramparça edecek büyüklükteki momentlerin problemsiz iletilmesini sağlar.Bantlar pimler yardımıyla blok elemanlarına kilitlenir. Kısaca bir CVT sistemi temel olarak Şekil 6’ da görüldüğü üzere çelik kayış, çelik kayış bağlantıları (çelik plakalar), episiklik dişli düzeneği, çok yüzeyli kavrama ve hidrolik yağ pompası vb… gibi  birkaç temel elemandan meydana gelir:

3. CVT Tipleri     

Esas olarak 5 ana kategoriye ayrılan çok sayıda  CVT çeşidi bulunmaktadır. Bunlar; sürtünmeli, çekmeli, hidrostatik, hidrokinetik ve elektrikli tipleridir. Otomotiv sektöründe çekme güçlü ve hidrokinetik CVT’ ler en çok kullanılanlarıdır. Üretimi yapılan en belirgin tipleri ise PIV zincir tahrikli, Kumm düz kauçuk kayışlı, çekme tahrikli, hidrostatik ve hidrodinamik (moment dönüştürücülü) CVT’ dir. [3]

1.PIV Zincir Tahrikli CVT: PIV zincir tahrik sistemi iki farklı yarıçaptaki makaraları birleştiren metalik bir zincir kayıştan meydana gelir. Döndüren ve döndürülen makaralardan herbiri bir sabit döner oluklu ve bir kayar döner oluklu kasnaklardan meydana gelir. Döndüren makara üzerindeki kayar oluk döndürülen makaranın diğer yüzüne yerleştirilir. Birbirine uyumlu bir şekilde döndüren ve döndürülen olukların her ikisi de hareket ettirilerek V-kesitli yivler içerisinde kayışın aşağı yukarı hareket etmesine izin verilir ve hız oranı değiştirilir. Bu tip kuruluş tarzı dönme eksenlerinin sabit kalmasına izin verir ve zincir kayış içerisinde oluşacak boşlukların önüne geçer.

2.Kumm Düz Kauçuk Kayışlı CVT: Konstrüksiyon ve çalışma prensibi              bakımından  PIV zincir tahrikli CVT’ ye çok benzer. Bununla birlikte göze çarpan farklı özelliği metal zincir kayışla karşılaştırıldığında kauçuk kayışın daha yüksek olan  sürtünme katsayısıdır.

3.Çekme Güç Tahrikli CVT:  Çekme tahriği sürtünmeli tahrikten prensip olarak tamamen farklı çalışır. Bu sistem ortam olarak elasto-hidrodinamik akışkan filmi kullanır ve böylece döner makaradan diğerine gücü iletir. İki tane döner makara arasına püskürtülen akışkan 580000 psi gibi son derece büyük hidrodinamik basınca sahiptir.

4. Hidrostatik CVT: Hidrostatik CVT sistemi, değişken stroklu hidrostatik bir pompa ve değişken stroklu hidrostatik bir motordan meydan gelir. Motor şaftı çıkış olarak alınırken pompa şaftı giriş olarak alınır. Pompa stroğunu, motor stroğunu  ve sistem basıncını değiştirerek hız oranı ve çıkış momenti kontrol edilebilir.

5. Hidrodinamik CVT : Moment dönüştürücüler geçmişte hidrodinamik transmisyon olarak kullanılmışlardır. Halbuki günümüzde hız yerine çıkış momentini arttırmak için otomatik transmisyonlarda kullanılır.  Sistem temel olarak bit türbin , stator, yöneltici pervane ve gücü ileten akışkandan oluşur.   

Düşük motor momentlerinde hidrostatik CVT en büyük, PIV  zincir  CVT  ise  en düşük verime sahiptir. Kumm’s  düz  kauçuk kayış  CVT  tipleri  arasında  en  verimli olanıdır. [3] 

 4.Kesintisiz Hız Çevrim Oranları

CVT  basit olarak genişliği değişken ,V-şekilli ve arasında kompozit çelik kayışın bulunduğu bir çift kasnaktan oluşur. Her kasnak iki adet ve herbiri kısa, yarı konik yüzeyden meydana gelir. Kasnaklar mil  üzerinde bulunur ve kasnakların bir yarısı mile katı bir şekilde monte edilirken diğer yarısı doğrusal bilyalı yuvalar üzerinde eksenel yönde kayma serbestliği olacak şekilde monte edilir. Değişken hız oranları birinci giriş kasnağı yardımıyla sıkı temas halinde bulunan kayışın efektif çapının arttırılması veya azaltılması sonucunda ve buna cevap olarak ikinci çıkış kasnağının çalışma çapında azalma veya  genişleme  yaratılarak  elde  edilir  (Şekil7)

Birinci giriş yarı kasnaklar eksenel yönde birbirlerine yaklaştıkları zaman, aralarında dönen V-şekilli kayış sıkıştırılır ve daha geniş çapta dönecek şekilde konik duvarlar üzerinde tırmanmaya zorlanır. Tam aksine kayış uçsuz ve genişlemeyen bir kayış olduğu için, ikinci  çıkış kasnak yarıları birbirlerinden ayrılamaya zorlanır, bu hareket de kayışın içeriye, daha küçük çapa doğru harekete zorlar (n_çıkış>n_giriş) (Şekil 7.b). Bunun tersi olarak ikinci çıkış yarı kasnakların birbirlerine doğru yaklaşacak şekilde çekilmesi sonuçta dönen kayışın çapının genişlemesine neden olur. Bu nedenle karşı tarafta kayışın sardığı birinci giriş kasnağının çapı düşürülür (n_giriş>n_çıkış) (Şekil 7.a).   [2]

1:1 hız çevrim oranı her iki birincil ve ikinci kasnakların aynı kayış çapında çalışması ile sağlanır (n_giriş=n_çıkış) . Ford Fiesta örneğinde kasnaklar alt 2.6:1 ve üst 0.445:1 arasında daimi değişken bir çevrim oranı sağlar. Ayrıca kayış çıkış kasnağı mili ve son ayna dişli arasındaki 1.4:1 civarında çevrim oranına sahip bir ara dişli düzeni kullanılır. [2]

 5. Çevrim Oranı Kontrol Sistemi

        Değişik hız oranı  kontrolu, birincil ve ikincil  kayar kasnak servo silindirlerine yağ basıncını sağlayan düz dişli tip hidrolik bir pompa ve kontrol ünitesi ile elde edilir. Oluşan çıkış hızını düşürmek için kayar yarı kasnak eksenel yönde içeri veya yükseltmek için  dışarı doğru uygun şekilde daha geniş birincil servo silindiri ile meydana getirilen basınç yardımıyla hereket ettirilir böylece hız oranı oluşumları kontrol edilir. Kayışın kaymasını önlemek için gerekli silindir basıncı en düşük hız oranı oluşumunda ileri kaydırma için yaklaşık 22 bar ile en yüksek hız oranı oluşumu için yaklaşık 8 bar arasında değişir. Hız oranı oluşumu ve kayış kenetlenme yükü kontrolü birincil kasnak pozisyonu yol sensörü ile elde edilir.

İleri ve geri yönde dönme ise tek bir episiklik dişli düzeneği ile sağlanır. Bu dişli düzeneği  çok yüzeyli bir ileri kavrama ve bir çok yüzeyli geri fren yardımıyla kontrol edilir. Kavrama ve fren ıslak tip (yağ içine daldırılmış) tir. İleri kavrama sadece tahriğin iletilmesinde kullanılmaz ayrıca sıfır hızdan kalkıştan  itibaren harekete geçip hızlanma durumunda da başlangıç gücü sağlar. Episiklik dişli düzeneği üç setten oluşan çift planet dişli ve giriş ileri kavrama levhalarını taşıyan giriş uydu taşıyıcıdan meydana gelir. Planet dişlilerini aynı zamanda geri fren plakalarını döndüren içten dişli çember çevreler. Planet dişlilerin merkezi güneş dişlisidir ve birincil kasnak tahrik miline bağlıdır (Şekil 8).     [2] 

 6. Vites Pozisyonları ve Performans Karakteristikleri

 1. Nötr veya Park (N veya P Pozisyonu)

Nötr veya Park pozisyonu seçildiği zaman hem çok yüzeyli kavrama ve hem de fren ayrılır. Bu giriş planet taşıyıcı ile tahrik edilen planet dişlileri ve çember dişlisinin birincil kasnak miline hiçbir güç iletmeksizin güneş dişli çevresinde serbest dönmeleri anlamına gelir. Park pozisyonu seçildiğinde ise ilave özellik olarak ikinci kasnak mili üzerindeki ayna dişlisi ile bir kilitleme mandalı birleşir, böylece taşıtın istenmeden harekete geçmesi ve sürüklenmesi önlenir. [2] 

 2. İleri (D veya L Pozisyonu)

D veya L  tahriğin seçilmesi ileri kavramayı enerji ile yükler, böylece giriş motor tahriğinden sağ ve sol taraftaki  planet taşıyıcılara ve planet pimlerine, tahrik edilmiş çok sayıda yüzey ve kenetlenmiş ileri kavrama üzerinden geçerek iletilir.  Neticede birincil kasnak miline bağlı kavramanın dış kısmıyla nakledilir. İleri dişli tahriği, dişlilerin kendi kendilerine herhangi bir kısmi dönme hareketine neden olmadan planet dişli grubunun motor hızıyla tek vücut dönmesine neden olan direkt bir tahriktir. [2]

 3. Geri (R pozisyonu)

Geri dişlisinin seçilmesi ileri kavramayı ayırır ve çok yüzeyli geri freni  çalıştırır. Netice olarak iç çemberi dişli olan çarkı sabit tutar ve motordan gelen giriş hareketi planet taşıyıcıyı döndürür. Taşıyıcının ileri saat yönüne doğru dönmesi, iç çember dişli çarkın içerisindeki saat yönünün tersine 360^o dönmeye mecbur kalan dış planet dişlilerin kendi eksenleri etrafında dönmelerine neden olur. Bu hareket daha sonra iç planet dişlileri üzerinden geçerek dış planet dişlilere, oradan güneş dişlisine nakledilir. Çünkü daha dışarıdaki planet dişliler saat yönünde dönmeye zorlanır, kafes güneş dişli saat yönünün tersine hareket ettirilir, böylece motorun giriş hareketi ters yöne çevrilir. [2]

Örnek alınan taşıt için motor rölantide çalışıyor ve taşıt halen duruyorken D-tahriğin seçilmesiyle ileri kavrama yeterli transmisyon gücü üretecek şekilde birleşmeye başlar (Nokta 1) (Şekil 9). Bu hafif eğimli yollarda taşıtın yararına olabilecek şekilde aracın ileri  doğru sürüklenmesini sağlar. Gaz  kelebeğinin biraz açılması, kavramanın tamamen birleşmesine ve aracın tamamen ileri doğru hareketine neden olur (Nokta 2). Gaz pedalına daha fazla basılması , motor hızına, yol hızına ve sürücünün isteklerine bağlı olarak hız oranını oluşturur. Daha çok açılan gaz kelebeği daha düşük  hız çevrim oranı oluşumu ve karşılıklı olarak daha yüksek motor hızı oluşumu demektir. Minimum 1700 d/d civarında (Nokta 3) gaz kelebeğinin az miktarda sabit açılmasıyla , yol üzerinde elde edilebilecek yaklaşık 65 km/h lik taşıt hızı için mümkün olan en yüksek orana kadar hız oranı değişir.  Eğer gaz kelebeği daha çok açılırsa (Nokta 4) hız oranı oluşumu bu sefer daha yüksek motor hızında

gene artarak değişecektir.  Gaz pedalına tamamen basılması motor hızının yaklaşık 4500 d/d civarında  büyük bir hızla yükselmesine neden olacaktır (Nokta 5) ve taşıt daha yüksek yol hızına ulaşana kadar motor hızı sabit kalacaktır.  [2]

Eğer  motor   hızı  halen  yükselmeye   devam  ediyorsa  maksimum   yol    hızına (Nokta 6) ulaşılana kadar makara sistemi çevrim oranını değiştirmeye devam eder, motor bu aşamada yaklaşık 5000 d/d hızda çalışmaktadır. Gaz kelebeği açılımının kısmen düşürülmesi, makara kombinasyonunun aşırı hız oranı oluşumunu gerçekleştirecek şekilde hareket etmesine neden olacaktır. Taşıtın sabit hızındaki sadece küçük bir azalma ile motor hızı düşürülür (Nokta 7). Taşıt sabit yol hızındayken daha fazla gaz kelebeği kısılması, aşırı hız oranının maksimum limitlere yaklaştığı (Nokta 8) hız çevrim oranı oluşumuna neden olur. Gaz kelebeğinin tekrar açılması, makara sistemini vites küçültme (kickdown) noktası (Nokta 9) civarına getirir ve elde hızlanma için ek güç kalır. [2]

Virajlarda ve tepeli yokuşlarda giderken L’ nin seçilmesi; motor freni sağlayan ek bir özellik kazandırır. Gaz pedalı bırakıldığında vites büyütmeyi engelleyerek tahrik şeklini  değiştirir.Gerçekte makara kombinasyonunun düşük hız durumuna (Nokta 10) doğru hız oranı sağlamasına yol açar. Motor aşırı yük  aralığı üzerinde 3000 ila 4000 d/d arasında çalışır. Sürekli değişken transmisyonun sağladığı çıkış momenti, ideal sabit güç eğrisine yaklaşır. [2] 

7. CVT’ nin Düz ve Otomatik Transmisyonlarla Karşılaştırılması

       Manuel, otomatik ve CVT (Continuously Variable Transmission) olmak üzere başlıca üç tip aktarma organı vardır.5 kademeli manuel vites kutusu küçük hacimlidir ve birkaç hareketli parçası vardır. Neticede yüksek güvenilirlik ve düşük servis ihtiyacı elde edilir.

     CVT tüm motor hızlarında yüksek performans sağlar. Aynı zamanda yakıt tüketimi minimumda tutulur. Gaz pedalı konumundan , motor hızından ve momentinden gelen bilgiler mevcut seyir şartlarına göre CVT sistemini devamlı şekilde ayarlayan hidrolik kontrol sistemine gönderilir. Vites çevrim oranı motor yüküne ve aracın hızına bağlı olarak devamlı değiştirilir (Şekil 10). [1]

CVT’ nin tabiatında mevcut olan verim, düz ve otomatik transmisyonların her ikisinin sahip olduğu verimden daha azdır (düz %85, otomatik %82, CVT %80 civarlarında). Bununla beraber CVT tarafından hız oranı sürekli olarak değiştirildiğinden motorun en uygun devir sayısı aralığında çalışmasına müsaade edilir ve böylece bir uçtan diğer uca olan aktarma organlarının verimi yükseltilir. Bu, bisiklete binen bir insanın hızlanacağı zaman buna bağlı olarak daha hızlı pedal çevirmesi yerine pedalı sürekli aynı uyum içinde çevirip vites değiştirmesini andıran bir olaydır. Ayrıca sıradan vites kutularının vites değişimleri sırasında meydana gelen kısa süreli güç kesintileri CVT’ de yok edilmiştir. Başka bir deyimle, hız oranı değişimi esnasında bile güç kesintisiz bir şekilde iletilebilir. Bu sürekli olarak vites değişimi uygulanan şehiriçi ve otoban trafiğindeki seyir şartlarında yakıt tüketiminin azaltılmasında önemli bir rol oynar. İlave olarak CVT’ nin çevrim oranı aralığı daha geniş olduğundan daha düşük hızlarda çalıştırılan motorda daha az gürültü meydana gelir.1992’ de iki Lotus mühendisi , Tablo 1. de  görüldüğü üzere 4 değişik tipteki taşıtlara uygulanan ideal bir CVT’ nin sağladığı ivmelenme ve yakıt tüketimindeki  iyileşmeleri göstermek amacıyla CARSIM (Lotus uyumlu program) kullanarak bilgisayar simülasyonları gerçekleştirmişlerdir. [4]

Tablo 2,3,4 ideal bir CVT’ nin 5 düz vitesli transmisyonla olan direkt karşılaştırmasını gösterir. Simülasyonun açık bir şekilde gösterdiği gibi, hem yakıt tüketimi ve hem de ivmelenmeler de son derece heyecan verici iyileştirmeler bulunmaktadır. [4]

Aynı çalışmada 4 kademeli vites kutusu ile CFT 20 E nin ivmelenme performansına etkisi karşılaştırıldığında CVT sisteminin daha iyi sonuç verdiği görülür (Şekil 13).

BMW firması tarafından arkadan çekişli bir taşıtta 4 kademeli ototmatik vites ve CVT uygulamasının karşılaştırılması sonucunda benzer şekilde CVT ile yakıt tüketiminde % 10 a varan azalmalar ve ivmelenmede %12 ye varan iyileşmeler sağlanmıştır. [6]    

8. CVT nin Bugünkü Durumu ve ARGE  Çalışmaları 

Bugünkü binek taşıt piyasasına bakıldığında, otomotik vites kutusu bulunan taşıtların pazar payının özellikle büyük motorlu ve yüksek performanslı sınıfta giderek arttığı görülmektedir (Şekil 14). [5]

Bu ise klasik kademeli otomatik vitese rakip olduğu düşünülen CVT nin de önümüzdeki dönemde özellikle yüksek performaslı motoru bulunan taşıtlara yönelik olarak geliştirilmesi gerektiğini göstermektedir.

Halen hazırda CVT teknolojisinin üretimine büyük miktarda yatırım yapan Avrupa Ford’ un özel proje çalışmaları müdürü olan Bill Van Schaardenburg, “CVT’ nin geleceğinin onun sağladığı yakıt ekonomisinin altında yattığına inandıklarını” söylemiştir. Uzun ve zorlu bir başlangıçtan sonra Avrupa Ford,  Fiesta 1.3 lt. ve Escort 1.6 lt. 16-valve modellerinde CVT üretimine başlamıştır. Ford’ un Bordeaux’ daki üretim olanakları senelik kapasite olarak 125.000  ünitedir ve yeni tesislerin ilavesi ile yıllık 150.000 seviyesine genişleyeceği söylenmektedir. [1]

Bu arada, Fuji Heavy Ind. (FHI), senede yaklaşık 200.000 adet sistem kapasitesinde üretim yeteneğine sahip olan kendilerine ait Oizumi fabrikalarında Van Doorne lisanslı CVT’ leri Subaru, Nissan ve Fiat için imal etmeye devam etmektedir.

CVT’ nin eksiksiz bir başarısı, küçük bir otomobil olan Nissan Micra’ dır. Avrupa Nissan’ ın ürün ve pazarlama stratejisi başkan yardımcısı olan Motoya Usami, “Micra modellerinin şehir içinde güvenilir, şehirlerarası yollarda ise konforlu bir taşıt olmasını istediklerini ve bu yüzden de CVT’ nin doğal bir seçim olduğunu” söylemiştir. Basit bir CVT üzerine elektronik kontrol üniteleri eklemişler ve buna N-CVT adını vermişlerdir.  Dünya genelinde, Micra’ ların yaklaşık % 30’ u CVT ile sipariş edilmektedir. Ayrıca Micra’ da sağlanan başarıdan sonra Nissan hem büyük hem de küçük otomobiller için CVT’ yi geliştirmektedir. [1] 

Bu arada, daha büyük taşıtlar için daha ileri CVT’ ler, VDT ve ZF gibi Avrupa’ nın önde gelen transmisyon üreticileri tarafından geliştirilmektedir. ZF mühendisleri 1.5 lt. ve 2.5 lt. lik motorlara hitab edecek elektronik kontrollu CVT üniteleri geliştirmişlerdir. Model CFT 20E ZF-Econtronic adını verdikleri bu sistemi bir moment dönüştürücü ile donatılmış olup  210 Nm’ lik momentleri kullanabilecektir. Transmisyon karşılaştırılabilecek 4 kademeli otomatik transmisyondan % 10 daha az yakıt tüketimi sağlamıştır. Şirket 4 kademeli otomatik vites ile aynı fiyata , bir yıl içerisinde 200.000 adet ünite satmayı planlamaktadır ve araştırma çalışmaları için 50 milyon DM’ ın üzerinde harcama yapmıştır.  [1]

Van Doorne mühendisleri yeni geliştirdikleri CVT tasarımlarını iki tane Chrysler Voyager Minivan taşıtlarına yerleştirmişler ve yapılan yol testlerinde ivmelenme performanslarında iyileşme ve yaklaşık % 10 mertebelerinde yakıt ekonomisinde artış elde etmişlerdir. Muhtemelen bu kademesiz transmisyonların yeni yeni uygulanmasına ait en etkileyici örnek, Renault V10 motoru ile 800 HP  gücündeki CVT tahrikli Canon-Williams Formula 1 yarış arabasıdır. Williams’ ın teknik müdürü Patrick Head’ in söylediğine göre “ eğer Formula 1 yarışlarında CVT, çekiş gücü kontrolu, Aktif süspansiyon vb. gibi sürücüye yardımcı elemanlar 1993 yılının ortalarındaki kural değişiklikleri olmayıp yasaklanmasaydı, bu otomobil bugün gireceği bütün yarışları büyük bir ihtimalle kazanabilirdi.”  [1]

Şimdiye kadar otomotiv endüstrisinde, CVT’ ler otomatik transmisyonların yerine sadece otomobillere takıldı. Motor ve transmisyon için komple olarak biraraya getirilmiş elektronik kontrollar CVT’ nin sunduğu bütün olanakları elde etmek için kullanılmalıdır. Modern otomobillerde motorun elektronik olarak kontrol edilmesi 1980 senesinden beri kullanılan bir yöntemdir. Bununla beraber, elektronik olarak transmisyonun kontrolu daha az incelenme konusu olmuştur. Porsche’ nin Tiptronic’i ve Bosch’un Mastershift’i sürekli olarak taşıt hızı ile ilgili gaz pedalı pozisyonunu kontrol eder ve sürücünün sürüş stiline en uygun vites ve motor parametrelerini seçer. Elektronik kontrol stratejisi konusunda VDT ve Bosch, CVTip olarak bilinen Tiptronic’ in CVT versiyonu üzerinde Porsche ile işbirliği içerisindedir . Zira CVT tasarlanmış çevrim oranı aralığı içerisinde herhangi bir transmisyon oranına izin verir. Bu birçok değişik seyir şartlarında en elverişli kontrol demektir. Bu sistem ile aşağı ve yukarı vites değiştirmeler daha sportif performans sağlayan  yanal ivmelenme sensöründen aldığı ilave giriş sinyalinden etkilenir (Şekil 10) . Porsche yarış bölümü müdürü olan Max Welty, “CVT’ nin birbirinden farklı bir çok durum  altında optimal kontrola izin verdiğini, bunun spor arabalar için özellikle önemli olduğunu,  konfor ve sportifliğin ideal kombinasyonu için Porsche’ nin CVTip kontrol stratejisini geliştirdiğini ” söylüyor.  [1]

CVT’ nin yeni imkanlar sunduğunu belirten Welty, sözlerine şöyle devam ediyor: “Tam güçte, sürekli şekilde hızlanmanıza ve yolunuza devam etmenize müsaade eder. Daha fazla motor gücü ile daha çok yakıt ekonomisi arasındaki çelişkiyi çözmek için en iyi şansın CVT tarafından sunulduğunu düşünüyoruz.”  Kayışların seri üretim yöntemlerindeki gelişmelerde amaç, kalite , kullanım kolaylığı, daha az maliyet ve üretimi arttırmaktır. Gerçekten de maliyetlerde halen hazırda çok göze çarpıcı düşmeler elde edilmiştir. Sistem fiyatları son 6 yıla nazaran yarı yarıya inmiştir. Önümüzdeki senelerde de fiyatlarda %30-40 dan daha fazla bir düşme beklenmektedir. [1]

Sonuç olarak, ileri bir gelecekte  VDT’ nin tahminlerine göre; gaz türbinleri, elektrik motor-jenaratör sistemleri ile güç sağlanan hybrid taşıtlarda veya volan kombinasyonlarında CVT’ nin kullanılma imkanı olacaktır. [1]

 9. Sonuç 

Geçmişte sürekli değişken transmisyonlar gürültülü ve verimsiz olarak görülmüşlerdir.  Bununla beraber devam  eden araştırma ve geliştirmeler CVT teknolojisini önceki durumundan daha çekici hale getirmiştir.

Bugün için CVT’ nin yakıt ekonomisi ve ivmelenme bakımından 4-vitesli otomatik transmisyona nazaran daha üstün olduğuna dair herhangi bir soru işareti bulunmamaktadır. Gürültü problemleri çelik kayış içerisinde dar toleransa sahip plakaların kullanılması ile yok edilmiştir. Sürüş yeteneği moment dönüştürücüler gibi parçaların takılmasıyla sürücünün tercihine uygun şekilde değiştirilmiştir.  CVT konvansiyonel  kademeli vites kutularına nazaran daha iyi motor-transmisyon bütünleşmeli kontrol olanağını sağlamıştır.  Yine de, CVT teknolojisinin bazı zayıf tarafları da bulunmaktadır. Üretim maliyeti, sistemin ağırlığı ve güvenilirliği üzerindeki sorular gibi.… İlave olarak artan sıkı hava kalitesi ve yakıt menziline ait kanunlar ve düzenlemeler California gibi eyaletlerde CVT teknolojisini daha çekici bir hale getirmiştir. [1]

Referanslar

1.Ashley S., Is CVT the car transmission of the future?, Mechanical  Engineering, November 1994, p.64-68.

2.Heisler H., The continuously variable belt and pulley transmission, Vehicle Advanced Technology, 1989, p.150-156.

3.Tsukasa  Yuki, Mitsunao Takayama, Hisato Kato, Development  of dry hybrid belt CVT, JSAE Review 16, 1995, p.251-256.

4.Ashley S., Smoother Shifting, http://www.mit.edu/, Trends CVT articles, April 1995.5.

5.Boos V. M., Krieg W. E., Stufenloses Automatikgetriebe Ecotronic von ZF, ATZ Automobilstechnische Zeitschrift 96, 1994, p. 378-384

6.Daieff B., Kern J., Krenn H., Petra H., Continuously Variable Transmission for Rear-Wheel Drive, ATZ  Automobiltechnische Zeitschrift 96-10, 1994, p.578-587.