CVT 작동 방식

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어떤 사람들은 늙은 개에게 새로운 기술을 가르칠 수 없다고 말합니다. 그러나 Leonardo da Vinci 가 500여 년 전에 개념화하여 현재 일부 자동차의 유성 자동 변속기 를 대체하고 있는 무단 변속기(CVT) 는 몇 가지 새로운 트릭을 확실히 배운 오래된 개입니다. 실제로 1886년에 최초의 토로이달 CVT 특허 가 제출된 이래로 이 기술은 세련되고 개선되었습니다. 오늘날 General Motors, Audi, Honda 및 Nissan을 포함한 여러 자동차 제조업체는 CVT를 중심으로 구동계를 설계하고 있습니다.

이 기사에서는 CVT가 일반적인 후륜 구동 자동차에서 어떻게 작동하는지 살펴보고 그 과정에서 몇 가지 질문에 답할 것입니다.

• CVT는 기존의 유성 자동 변속기와 어떻게 비교됩니까?
• 어떤 부품이 있으며 그 부품은 어떻게 작동합니까?
• CVT가 기존 자동 변속기에 비해 어떤 이점을 제공합니까? 단점은?
• CVT가 장착된 자동차의 운전 경험은 어떻습니까?
• 어떤 종류의 제조사와 모델이 CVT를 통합합니까?
• 자동차 외에 CVT에 대한 다른 응용 프로그램이 있습니까?

먼저 CVT가 기존 자동 변속기와 어떻게 비교되는지 살펴보겠습니다.

 

내용물

1. 전송 기본
2. 풀리 기반 CVT
3. 토로이달 CVT
4. 정수압 CVT
5. CVT 테스트 드라이브

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더 이상 기어 없음 CVT 혁신의 타임라인 1490 - 다빈치가 무단 무단 변속기를 스케치합니다. 1886 - 최초의 토로이달 CVT 특허 출원 1935 - Adiel Dodge는 토로이달 CVT에 대한 미국 특허를 받습니다. 1939 - 유성 기어 시스템을 기반으로 한 전자동 변속기 도입 1958 - Daf(네덜란드)는 자동차에서 CVT를 생산합니다. 1989 - Subaru Justy GL은 CVT를 제공하는 최초의 미국 판매 생산 자동차입니다. 2002 - CVT가 있는 Saturn Vue 데뷔 CVT 기술을 제공하는 최초의 Saturn 2004년 - 포드가 CVT를 제공하기 시작합니다.

How Automatic Transmissions Work 에서 자동 변속기 의 구조와 기능에 대해 읽었다면 변속기 의 역할은 자동차의 엔진과 바퀴 사이의 속도 비율을 변경하는 것임을 알고 있습니다. 다시 말해, 변속기가 없으면 자동차는 원하는 최고 속도로 주행할 수 있도록 하는 하나의 기어만 갖게 됩니다. 1단 기어만 있는 자동차나 3단 기어만 있는 자동차를 운전한다고 잠시 상상해 보십시오. 이전 차는 완전히 정지한 상태에서 가속이 잘 붙고 가파른 언덕을 오를 수 있지만 최고 속도는 시속 몇 마일로 제한됩니다. 반면에 후자의 차는 고속도로를 따라 80mph로 날아갈 것이지만 출발할 때 가속이 거의 없고 언덕을 오를 수 없습니다.

따라서 변속기는 낮은 기어에서 높은 기어까지 다양한 기어를 사용하여 주행 조건이 변경됨에 따라 엔진 토크를 보다 효과적으로 사용합니다. 기어는 수동 또는 자동으로 맞물릴 수 있습니다.

사진 제공 DaimlerChrysler Mercedes-Benz CLK 자동 변속기.

전통적인 자동 변속기에서 기어는 말 그대로 기어 입니다. 회전 운동과 토크를 전달하고 수정하는 데 도움이 되는 맞물린 톱니 바퀴입니다. 유성 기어의 조합은 변속기가 생성할 수 있는 모든 다른 기어비( 일반적으로 4개의 전진 기어와 1개의 후진 기어)를 생성합니다. 이러한 유형의 변속기가 기어를 통해 순환할 때 운전자는 각 기어가 맞물릴 때 충격을 느낄 수 있습니다.

CVT 기본 사항
기존 자동 변속기와 달리 무단 변속 변속기 에는 기어 수가 설정된 기어박스가 없습니다. 즉, 톱니바퀴가 맞물리지 않습니다. 가장 일반적인 유형의 CVT는 개별 단계나 변속 없이 최고 기어와 최저 기어 간에 무한한 가변성을 허용 하는 독창적인 도르래 시스템 에서 작동 합니다.

사진 제공 Ford Motor Company CVT가 장착된 Ford Freestyle Duratec 엔진

CVT에 대한 설명에 "기어"라는 단어가 여전히 나타나는 이유가 궁금하다면, 일반적으로 기어는 엔진 샤프트 속도 대 드라이브 샤프트 속도 의 비율 을 의미한다는 것을 기억하십시오 . CVT는 유성 기어 세트를 사용하지 않고 이 비율을 변경하지만 관습을 위해 여전히 낮고 높은 "기어"가 있는 것으로 설명됩니다.

다음으로 도르래 기반, 토로이달 및 정수압과 같은 다양한 유형의 CVT를 살펴보겠습니다.

사진 제공 Nissan Global Pulley 기반 CVT

유성 자동 변속기를 들여다보면 기어, 브레이크, 클러치 및 제어 장치의 복잡한 세계를 볼 수 있습니다. 이에 비해 무단 변속기는 단순성에 대한 연구입니다. 대부분의 CVT에는 세 가지 기본 구성 요소만 있습니다.

• 고출력 금속 또는 고무 벨트
• 가변 입력 "구동" 풀리
• 출력 "구동" 풀리

CVT에도 다양한 마이크로프로세서와 센서가 있지만 위에서 설명한 세 가지 구성 요소가 이 기술이 작동하도록 하는 핵심 요소입니다.

가변 직경 풀리는 CVT의 핵심입니다. 각 도르래는 서로 마주보는 두 개의 20도 원뿔로 만들어집니다. 벨트는 두 콘 사이의 홈에 있습니다. 벨트가 고무로 만들어진 경우 V-벨트 가 선호됩니다. V-벨트는 벨트의 마찰력을 증가시키는 V자형 단면을 가지고 있다는 사실에서 이름을 얻습니다.

도르래의 두 원뿔이 멀리 떨어져 있으면(직경이 증가할 때) 벨트가 홈에서 아래쪽으로 이동하고 도르래를 둘러싸는 벨트 루프의 반경이 작아집니다. 원뿔이 서로 가까울 때(직경이 감소할 때) 벨트는 홈에서 더 높이 올라가고 풀리를 둘러싸는 벨트 루프의 반경은 더 커집니다. CVT는 도르래 반쪽을 조정하는 데 필요한 힘을 생성하기 위해 유압, 원심력 또는 스프링 장력을 사용할 수 있습니다.

가변 직경 풀리는 항상 쌍으로 제공되어야 합니다. 구동 풀리 (또는 구동 풀리 ) 로 알려진 풀리 중 하나 는 엔진의 크랭크축에 연결됩니다. 구동 풀리는 엔진의 에너지가 변속기에 들어가는 곳이기 때문에 입력 풀리 라고도 합니다 . 두 번째 도르래는 첫 번째 도르래가 회전하기 때문에 종동 도르래 라고 합니다. 출력 풀리 로서 종동 풀리는 에너지를 구동축으로 전달합니다.

벨트가 홈에서 접촉하는 풀리 중심 사이의 거리를 피치 반경이라고 합니다. 도르래가 멀리 떨어져 있으면 벨트가 더 낮아지고 피치 반경이 감소합니다. 도르래가 서로 가까우면 벨트가 더 높이 올라가고 피치 반경이 증가합니다. 구동 풀리의 피치 반경과 종동 풀리의 피치 반경 비율에 따라 기어가 결정됩니다.

하나의 풀리가 반경을 늘리면 다른 풀리는 반경을 줄여 벨트를 단단히 고정합니다. 두 도르래가 서로에 대해 반지름을 변경함에 따라 낮은 기어에서 높은 기어까지 그리고 그 사이의 모든 기어비에 대해 무한한 수의 기어비가 생성됩니다. 예를 들어, 구동 풀리에서 피치 반경이 작고 종동 풀리에서 크면 종동 풀리의 회전 속도가 감소하여 "기어"가 낮아집니다. 구동 풀리에서 피치 반경이 크고 종동 풀리에서 작으면 종동 풀리의 회전 속도가 증가하여 더 높은 "기어"가 발생합니다. 따라서 이론적으로 CVT에는 엔진이나 차량 속도에 관계없이 언제든지 통과할 수 있는 무한한 수의 "기어"가 있습니다.

CVT의 단순성과 무단변속기는 자동차뿐만 아니라 다양한 기계와 장치에 이상적인 변속기입니다. CVT는 전동 공구 및 드릴 프레스에서 수년간 사용되어 왔습니다. 또한 트랙터, 스노모빌 및 모터 스쿠터를 포함한 다양한 차량에 사용되었습니다. 이러한 모든 응용 분야에서 변속기는 미끄러지거나 늘어나 효율성을 감소시킬 수 있는 고밀도 고무 벨트에 의존해 왔습니다.

새로운 재료의 도입은 CVT를 더욱 안정적이고 효율적으로 만듭니다. 가장 중요한 발전 중 하나는 도르래를 연결하는 금속 벨트의 설계 및 개발이었습니다. 이 유연한 벨트는 여러 개의 얇은 강철 밴드(보통 9개 또는 12개)로 구성되어 고강도의 나비 넥타이 모양의 금속 조각을 함께 고정합니다.

금속 벨트 디자인

금속 벨트는 미끄러지지 않고 내구성 이 높아 CVT가 더 많은 엔진 토크를 처리할 수 있습니다. 또한 고무 벨트 구동 CVT보다 조용 합니다.

CVT의 또 다른 버전인 토로이달 CVT 시스템은 벨트와 풀리를 디스크 와 파워 롤러로 대체합니다 .

사진 제공 Nissan Global Nissan Extroid toroidal CVT

이러한 시스템은 크게 다른 것처럼 보이지만 모든 구성 요소는 벨트 앤 풀리 시스템과 유사하며 동일한 결과(무단 변속 변속기)로 이어집니다. 작동 방식은 다음과 같습니다.

• 하나의 디스크가 엔진에 연결됩니다. 이는 구동 풀리와 동일합니다.
• 다른 디스크는 구동축에 연결됩니다. 이는 종동 풀리와 동일합니다.
• 디스크 사이에 위치한 롤러 또는 휠은 벨트처럼 작동하여 디스크 간에 동력을 전달합니다.

바퀴는 두 축을 따라 회전할 수 있습니다. 그들은 수평 축을 중심으로 회전하고 수직 축을 중심으로 안팎으로 기울어져 바퀴가 다른 영역의 디스크에 닿을 수 있습니다. 바퀴가 중앙 부근에서 구동 디스크와 접촉할 때 림 근처에서 구동 디스크와 접촉해야 하므로 속도가 감소하고 토크가 증가합니다(즉, 저단 기어). 바퀴가 림 근처의 구동 디스크에 닿으면 중심 근처에서 구동 디스크와 접촉해야 하므로 속도가 증가하고 토크가 감소합니다(예: 오버드라이브 기어). 그런 다음 바퀴를 간단히 기울이면 기어비가 점진적으로 변경되어 부드럽고 거의 즉각적인 비율 변경이 가능합니다.

도르래 및 V 벨트 CVT와 원환형 CVT는 마찰 CVT의 예이며 두 회전 물체 사이의 접촉점 반경을 변경하여 작동합니다. 유체 흐름을 정수 모터로 변경하기 위해 가변 변위 펌프 를 사용하는 정수 CVT로 알려진 또 다른 유형의 CVT 가 있습니다. 이러한 유형의 변속기에서 엔진의 회전 운동은 구동 측의 정수 펌프를 작동시킵니다. 펌프는 회전 운동을 유체 흐름으로 변환합니다. 그런 다음, 구동측에 위치한 정수압 모터로 유체 흐름이 다시 회전 운동으로 변환됩니다.

종종, 정압 송신이 결합되는 유성 기어 세트 및 클러치 A와 공지 된 하이브리드 시스템을 만들 정 유압 변속기 . 유압식 변속기는 세 가지 모드로 엔진에서 바퀴로 동력을 전달합니다. 저속에서는 동력이 유압으로 전달되고, 고속에서는 동력이 기계적으로 전달됩니다. 이러한 극단 사이에서 변속기는 유압 수단과 기계적 수단을 모두 사용하여 동력을 전달합니다. 유압식 변속기는 중부하 작업에 이상적이므로 농업용 트랙터 및 전지형 차량에 일반적입니다.

CVT 혜택

무단 변속기가 인기를 얻고 있는 데는 그럴만한 이유가 있습니다. 그들은 운전자와 환경 운동가 모두에게 매력적으로 만드는 몇 가지 장점을 자랑합니다. 아래 표는 CVT의 몇 가지 주요 기능과 이점을 설명합니다.

CVT의 장점
특징	혜택
완전한 정지에서 순항 속도까지 일정한 무단 가속	"시프트 쇼크"를 제거하여 더 부드러운 승차감을 제공합니다.
차량이 얼마나 빨리 주행하는지에 관계없이 차량을 최적의 출력 범위로 유지하도록 작동합니다.	향상된 연비
스로틀 및 속도의 변화와 같은 변화하는 조건에 더 잘 반응합니다.	특히 언덕을 올라갈 때 자동차가 감속할 때 기어 헌팅을 제거합니다.
일반적인 자동 변속기보다 CVT에서 적은 전력 손실	더 나은 가속
가솔린 엔진의 속도 범위를 더 잘 제어	배출량에 대한 더 나은 제어
기계식 클러치의 자동화된 버전을 통합할 수 있습니다.	비효율적인 유체 토크 컨버터 교체

다음 섹션에서는 CVT 기반 자동차를 운전하는 것이 어떤 것인지 살펴보겠습니다.

CVT가 장착된 자동차는 수년 동안 유럽에서 일반적이었습니다. 그러나 이 기술이 미국에서 발판을 마련하는 데는 시간이 걸립니다. 미국에서 CVT를 제공하는 최초의 양산 자동차는 Subaru Justy였습니다.

사진 제공 스바루 프랑스 스바루 저스티

1989년에서 1993년 사이에 판매된 Justy는 결코 미국 운전자들의 관심을 끌지 못했습니다. 그렇다면 Saturn Vue, Audi A4 및 A6, Nissan Murano 및 Honda Insight와 같은 최신 CVT 기반 자동차의 차이점은 무엇입니까? 그 질문에 답하는 가장 좋은 방법은 이 차 중 하나를 "시운전"하는 것입니다. CVT가 있는 자동차와 없는 자동차의 가속도를 비교하는 아래 애니메이션은 좋은 경험을 제공합니다.

무단 변속기가 장착된 자동차의 가속 페달을 밟으면 그 차이를 즉시 알 수 있습니다. 엔진은 가장 많은 출력을 생성하는 rpm으로 회전한 다음 그대로 유지됩니다. 하지만 차는 즉각 반응하지 않는다. 그런 다음 잠시 후 변속기가 작동하여 변속 없이 천천히 꾸준히 차량을 가속합니다. 이론적으로 CVT가 장착된 자동차는 동일한 엔진과 수동 변속기를 사용하는 동일한 자동차보다 25% 더 빠르게 60mph(100km/hr)에 도달해야 합니다[ 참조 ]. CVT가 엔진 작동 곡선의 모든 지점을 자체 작동 곡선의 해당 지점으로 변환하기 때문입니다.

CVT가 없는 차량의 출력 곡선을 보면 이것이 사실임을 알 수 있습니다. 이 상황에서 회전 속도계는 각 기어 변경과 함께 엔진이 위아래로 회전하는 것을 보여주며, 이는 출력 곡선의 스파이크로 기록됩니다(그리고 운전자가 충격으로 느끼는).

CVT는 언덕에서도 똑같이 효율적입니다. CVT가 주행 조건에 적합한 기어비로 무단으로 순환하기 때문에 "기어 헌팅"이 없습니다. 기존의 자동 변속기는 올바른 기어를 찾기 위해 앞뒤로 이동하므로 효율성이 훨씬 떨어집니다.

모든 장점과 함께 CVT에는 몇 가지 단점이 있습니다. 미국에서는 여전히 이미지 문제를 극복하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, Subaru Justy는 배짱이 없는 초소형 자동차로 알려져 있었습니다. 전통적으로 벨트 구동 CVT는 처리할 수 있는 토크의 양이 제한되어 있었고 자동 및 수동 제품보다 크고 무거웠습니다. 기술 발전으로 CVT는 경쟁의 영역에 놓였습니다. Nissan Murano의 CVT는 3.5리터, 245마력 V6 엔진을 처리할 수 있지만 첫인상은 극복하기 어렵습니다.

무단 변속기 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.

관련 기사

• 자동 변속기 작동 방식
• 기어 작동 방식
• 기어비 작동 방식
• 수동 변속기 작동 방식
• 토크 컨버터 작동 방식

더 좋은 링크

• InsightCentral.net: CVT 전송
• Automotive Engineering International Online: Audi는 CVT를 15세기에서 21세기로 전환합니다.
• Edmunds.com: CVT가 주류를 이루다
• MSN Autos: 새로운 변속기 엔지니어링
• 닛산 USA: Xtronic CVT

출처

• 버치, 스튜어트. 2000. Audi는 15세기에서 21세기로 CVT를 사용 합니다. 자동차 공학 국제 온라인. 1 월.
• 카니, 댄. 2002. 소형 SUV의 대결 . 대중과학. 2월 18일.
• Cars.com 용어집. 무단변속기(CVT).
• CVT: 무단 변속기 .
• Encyclopedia Britannica 2005, sv "자동 전송." CD-ROM, 2005.
• 기즈몰로지넷. 무단 변속기에 대한 참고 사항 .
• 욥, 앤. 새로운 변속기 엔지니어링 . MSN 오토. 2005년 3월 20일에 확인함.
• 인사이트센트럴.넷. CVT 변속기 .
• Kluger, Michael A. 2000. CVT 준비. 오늘의 기술 . 여름 문제.
• 리너트, 댄. 2003. 멋지다. 어디에서 얻을 수 있습니까? 대중과학. 1월 16일.
• 리너트, 댄. 2003. 포장에 힘을 싣기 . 대중과학. 8월 13일.
• 기억해, 스콧. CVT는 주류에 들어갑니다 . 에드먼즈닷컴. 2005년 3월 20일에 확인함.
• 닛산 USA. 엑스트로닉 CVT .