Bezstopniowa przekładnia cierna

przekladnia-bezstopniowaFirma Leyland Vehicles ma szansę uzyskać znaczną przewagę nad konkurentami w zakresie oszczędności paliwa dzięki zastosowaniu w swych pojazdach bezstopniowej przekładni rolkowo-tarczowej opatentowanej w roku 1899 przez W. D. Hojfmana. Pomysł tej przekładni próbowano wykorzystać już kilkakrotnie. Warto wspomnieć o konstrukcjach F. A. Hayesa stosowanych w roku 1930 w samochodach Austin 16 i F. Perry’ego przy napędzie alternatorów w samolotach pionowego startu typu Harrier, w samochodach Triumph Dolomite oraz po związaniu się tego konstruktora w roku 1979 z firmą Leyland Vehicles w samochodach ciężarowych typu Terrier. Na tym ostatnim rozwiązaniu oparto konstrukcję nowej, większej przekładni przeznaczonej dla autobusów Leyland National. Dzisiejsze powodzenie przekładnia ta zawdzięcza ostatnim osiągnięciom w dziedzinie olei smarujących oraz układów hydraulicznych sterowanych elektronicznie. Przewiduje się, że zastosowanie jej w autobusach obniży zużycie paliwa o ok. 22%, zaś przy wykorzystaniu koła zamachowego magazynującego energię hamowania zysk ten dojdzie do ponad 30°/o. Nowa przekładnia zaprojektowana jest na moc 370 kW, zaś jej gabaryty i masa (ok. 330 kg) zbliżone są do przekładni tradycyjnej. Firma Leyland twierdzi, że przekładnia ma sprawność ponad 90%, a więc wyższą niż bezstopniowa przekładnia z paskiem stalowym i że jej trwałość osiąga 300 000 km przebiegu.
Bezstopniowa przekładnia cierna zawiera parę tarcz o średnicy 300 mm osadzonych na wale wejściowym oraz dwustronną tarczę wyjściową umieszczoną między tarczami wejściowymi. Pomiędzy toroidalnymi wybraniami tarcz zewnętrznych i tarczą wewnętrzną osadzone są po trzy rolki pośrednie o średnicy 140 mm. Równoczesne wychylanie się tych rolek powoduje zmianę punktów ich styku z tarczą wewnętrzną i zewnętrzną, a więc i zmianę przełożenia napędu. Sterowanie położeniem rolek pośrednich odbywa się poprzez niewielki ruch obrotowy centralnej tulei regulacyjnej. Ruch ten powoduje równoczesne kątowe wychylanie się dźwigni i liniowe przemieszczenie koszy rolek. To boczne przesunięcie punktów styku rolek z tarczami wywołuje samoczynne ustawienie się rolek pod innym kątem i zmianę przełożenia napędu. Pewien luz promieniowy w osadzeniu tulei regulacyjnej na osi zapewnia równomierny rozdział przenoszonej mocy na wszystkie rolki pośrednie przekładni. Poważnym problemem w tego typu przekładni jest zapewnienie odpowiedniego docisku rolek do tarcz. W opisywanym rozwiązaniu zrealizowane jest to za pomocą siłownika hydraulicznego wywierającego siłę osiową do 150 kN oraz naciski w punktach styku dochodzące do 2300 MPa. Zniszczeniu bieżni przy takich naciskach zapobiega zastosowanie specjalnych olei smarujących o wysokiej smarności, które powodują powstanie klina olejowego rozdzielającego współpracujące powierzchnie. Klin ten umożliwia równocześnie niewielki poślizg tłumiący pulsacje momentu obrotowego.
Z uwagi na fakt, że przekładnia cierna nie ma możliwości biegu luzem ani zmiany kierunku obrotów połączono ją w układzie bocznikowym z przekładnią planetarną zaopatrzoną w dwa sprzęgła. Wejście przekładni ciernej oraz kosz satelitów przekładni planetarnej zazębione są na stałe z wałem głównym przekładni, zaś wyjście przekładni ciernej napędza koło słoneczne przekładni planetarnej. Przy ruszaniu sprzęgło A łączy koło pierścieniowe przekładni planetarnej z wałem wyjściowym, zaś sprzęgło B jest rozłączone. Gdy rolki ustawione są równolegle do osi dając przełożenie przekładni ciernej 1:1, na wał wyjściowy nie jest przenoszony żaden moment, gdyż koło słoneczne i kosz satelitów obracają się z tymi samymi prędkościami w przeciwnych kierunkach. Zmniejszając przełożenie przekładni ciernej uzyskuje się obniżenie prędkości obrotowej koła słonecznego, przez co na kole pierścieniowym pojawia się moment obrotowy przekazywany na wał wyjściowy. Analogicznie, zwiększając przełożenie uzyskujemy bieg wsteczny. Zakres przełożeń uzyskiwany bezstopniowo przy tym rodzaju pracy wynosi 4,23 :1. Przy prędkości odpowiadającej przełożeniu drugiego biegu przekładni tradycyjnej koła słoneczne i pierścieniowe przekładni planetarnej obracają się w tym samym kierunku z jednakowymi prędkościami. W tym punkcie następuje przełączenie na drugi rodzaj pracy: sprzęgło B zostaje włączone, zaś sprzęgło A rozłączone. Od tej pory przekładnia planetarna jest zbocznikowana i napęd przechodzi tylko przez przekładnię cierną, która umożliwia osiągnięcie wysokiego nadbiegu 0,55 :1.

Zmiana przełożenia przekładni, przełączanie zakresów oraz docisk osiowy w przekładni ciernej regulowane są przez układ hydrauliczny sterowany mikrokomputerem. W odróżnieniu od tradycyjnej przekładni automatycznej przekładnia tego typu wymaga sterowania, ciągłego. W układzie zastosowano 16-bitowy mikroprocesor z oprogramowaniem sterującym 8 Kb oraz 2 Kb pamięci o dostępie swobodnym. Układ zawiera także niezbędne cyfrowe i analogowe wejścia i wyjścia łączące go z kierowcą, silnikiem pojazdu oraz mechanizmami przekładni. Głównym elementem układu wykonawczego jest zawór elektrohydrauliczny regulujący ciśnienie w siłowniku dociskającym rolki do tarcz. W celu zmniejszenia zużycia powierzchni oraz obniżenia strat tarcia docisk ten regulowany jest w funkcji chwilowego obciążenia przekładni.
Zalety bezstopniowej przekładni ciernej, zwłaszcza w połączeniu z układem odzyskiwania energii hamowania za pomocą koła zamachowego sprawiły, że firma Leyland zaangażowała w prace konstrukcyjne znaczne fundusze.

Audi Quattro 1984 – 80 – Sport

audi-quatrro-sport-80-1984Napęd 4X4 zastosowany w tym samochodzie okazał się rozwiązaniem optymalnym, jako że zapewnia większą skuteczność kierunkową i prawie neutralną charakterystykę prowadzenia samochodu na zakrętach, pokonywanie zakrętów z dużymi prędkościami, równomierne zużywanie się opon i mniejszy wpływ sił napędowych na układ kierowniczy. Powyższe zalety sprawiają, że Quattro jest pojazdem bezpiecznym i nadającym się na wszystkie drogi. Nic więc dziwnego, że samochodami Quattro interesują się także „zwykli” użytkownicy pojazdów.
Najciekawszy w Quattro jest oczywiście układ przeniesienia napędu, odznaczający się małą masą i dużą zwartością. Szczególnie interesujący jest międzyosiowy mechanizm różnicowy  znajdujący się w obudowie skrzyni biegów, który zapobiega powstawaniu strat energetycznych w postaci mocy krążącej między obydwiema przekładniami głównymi. Mechanizm ten daje się blokować podczas jazdy przy dowolnej prędkości, co zapobiega zmniejszeniu siły napędowej kół jednej osi, gdy koła osi drugiej utracą przyczepność z podłożem. Tylna przekładnia główna również wyposażona jest w blokadę, która także może być użyta w czasie jazdy. Dodatkową zaletą istnienia mechanizmów blokujących jest to, że po ich włączeniu skuteczność hamowania pojazdu wzrasta i zbliżona jest do tej, jaką zapewnia elektroniczny układ antyblokujący (ABS).

Model 1984 ma całkowicie zmienione wnętrze, a wśród wyposażenia znajduje się między innymi elektroniczny układ ostrzegawczy z syntetyzatorem głosu ludzkiego. W Quattro montowany jest silnik 2,2 dm3 o mocy 147 kW, który umożliwia jazdę z prędkością maksymalną 222 km/h; przyspieszenie wynosi od 0 do 100 km/h w czasie 7,1 s.

Z uwagi na fakt, że zalety Quattro pożądane są nie tylko w jeździe sportowej, Audi od roku 1985 wprowadził do produkcji po jednej wersji Quattro każdego modelu. Tak więc po Audi Quattro wprowadzono do produkcji Audi 80 Quattro, który zewnętrznie niczym nie różni się od przeciętnego samochodu osobowego. Ma on silnik o pojemności 1994 cm3 o mocy 85 kW przy 5400 obr/min. Jest to oczywiście, podobnie jak w innych modelach, jednostka pięciocylindrowa o stopniu sprężania 10. Audi 80 Quattro wbrew twierdzeniom przeciwników nie jest samochodem nieekonomicznym, gdyż przy jeździe z prędkością 90, 120 km/h oraz w mieście zużywa odpowiednio 7,1/8,9/13,5 dm3 paliwa na 100 km.

Najciekawszą odmianą 4X4 jest Audi Quattro Sport stanowiący modyfikację modelu Audi Quattro.
Pojazd ten ma skrócony rozstaw osi o 320 mm do 2204 mm oraz liczne elementy nadwozia wykonane z tworzyw — włókien szklanych i węglowych. Zastosowanie opon 225/50 VR 15 w miejsce 205/60 VR 15 wymagało odpowiedniego wyprofilowania błotników. Wzmocniono również układ hamulcowy wprowadzając hamulce tarczowe z czterema siłownikami oraz użebrowane tarcze o grubości 28 mm.
Na uwagę zasługuje turbodoładowany silnik IV generacji w Audi 200 — III generacja. Ma on pojemność skokową 2133 cm3 (średnica/skok tłoka — 79,3/86,4 mm), stopień sprężania 8,0. Korpus i głowica wykonywane są ze stopu aluminium, co zapewnia bardzo małą masę silnika — 145 kg, Sam korpus jest o 23 kg lżejszy od korpusu żeliwnego, stosowanego w silnikach Audi 2,2 dm3.
Na każdy cylinder silnika przypadają cztery zawory napędzane dwoma wałkami rozrządu. Po raz pierwszy w konstrukcji tego typu zawory umieszczono asymetrycznie. Wylotowe są równoległe do płaszczyzny przechodzącej przez osie cylindrów, a dolotowe odchylone od tej płaszczyzny o 25°. Rozwiązanie to umożliwiło ograniczenie wymiarów głowicy i korzystniejsze ukształtowanie komory spalania.

W układzie turbosprężarki znajduje się chłodnia powietrza doładowującego, która zapewnia obniżenie jego temperatury po wyjściu ze sprężarki ze 140 do 60° C, co zwiększa napełnienie cylindra (mniejsza gęstość powietrza). Ciśnienie bezwzględne doładowania w silniku Audi Quattro Sport dochodzi do 0,22 MPa.

Szesnastozaworowy silnik Audi odznacza się bardzo dobrymi parametrami. Interesujący jest zwłaszcza prawie liniowy przebieg momentu obrotowego w dużym zakresie prędkości obrotowej.