Бесступенчатый вариатор: конструкция и особенности работы
Сегодня наряду с другими типами коробок передач в автомобильной технике все больше получают распространение вариаторы. Ввиду своей дешевизны этот тип трансмиссии является достойной альтернативой более дорогим и сложным автоматическим коробкам.
Немного истории
Как это странно не звучит, но вариатор появился более полутора столетий назад. В XIX веке на основе этих механизмов разрабатывали приводы для швейного и прочего производственного оборудования. Спустя немного времени вариаторы стали активно устанавливать на транспортные средства. Но в отличие от мототехники, на автомобилях этот тип трансмиссии длительное время не смог окончательно прижиться из-за его низкого рабочего ресурса, ввиду некоторых конструкционных недоработок. Однако уже в середине ХХ века инженеры большинства автомобильных марок занимались усовершенствованием этой коробки передач, но повысить ее ресурс и решить ряд прочих конструктивных проблем все еще не получалось. Данную проблему удалось решить лишь японским автоконструкторам, которые усовершенствовали вариатор, после чего он начал активно использоваться на большинстве серийных моделей.
В конструкционном плане вариатор представляет собой бесступенчатую систему Continuously Variable Transmission (CVT). Ее особенностями является плавное переключение режимов одновременно с изменением величины передаточного числа. При этом выбор оптимальных параметров работы вариатора осуществляется в автоматическом режиме, после сопоставления крутящего момента двигателя с величиной внешней нагрузки. Отметим, что применение вариаторной трансмиссии в силовой системе автомобиля позволяет максимально использовать и правильно распределить полезную мощность силового агрегата.
Типы и особенности работы вариаторных КПП
В наше время уже каждый серьезный производитель транспортных средств может похвастаться личными наработками, модернизацией и внесением дополнений в вариаторный тип трансмиссии. Все вариаторные коробки переключения передач разделяются на следующие виды:
— вариатор с клиноременной передачей;
— вариатор с тороидальным типом передачи.
Рассмотрим систему, в которой изменение передаточного числа осуществляется посредством клиноременной передачи. Этот довольно простой тип вариатора представлен двумя шкивами с ремнем трапециевидного типа. В свою очередь, по своей конструкции шкивы выполнены в виде дисков-конусов. Это позволяет увеличивать либо уменьшать величину передаточного усилия за счет изменения величины их диаметра при определенном числе оборотов двигателя. Кстати, ремень может быть заменен цепью либо металлическим ремнем из специальных пластин. На качество передачи материал его изготовления абсолютно никакой роли не играет.
Управление шкивами осуществляется при помощи электронной системы, которая представлена сервоприводными датчиками и блоком обработки и исполнения команд. В общих чертах работу системы можно описать так: боковые поверхности трапециевидного ремня взаимодействуют со шкивами. Со временем контактирующие части ремня и шкивов срабатываются, обеспечивая хорошее сцепление. Коленвал двигателя соединен с ведущим шкивом вариатора, который имеет особую конструкцию. То есть, при увеличении скорости вращения коленвала происходит сжатие дисковых «щек» с постепенным перемещением ремня от центра шкива к краю. Вместе с этим, посредством перемещения ведомого шкива осуществляется смещение ремня в центр. Получается, что с изменением скорости вращения коленчатого вала меняются радиусы вращения и величина передаточного числа. Это говорит о том, что такая конструкция вариаторной системы передач позволяет получить не только фиксированное количество и величину передаточных чисел, но и в случае необходимости, дополнительно повысить либо понизить их.
Постоянное натяжение приводного ремня возможно за счет взаимодействия между собой ведущего и ведомого шкивов, которое увеличивается с возрастанием оборотов. Например, при снижении оборотов силового агрегата, когда водитель бросает «газ», внутри CVT происходит процесс противоположный этому.
Вариатор с тороидальным типом передачи усилия имеет принципиально другой принцип действия и устройство. В состав его конструкции включены два сферических колеса, между поверхностями которых располагается специальный ролик. Эти колеса также делятся на ведомое и ведущее. Изменение величины передаточного усилия, возможно благодаря возникающей силе трения между роликом и сферическими колесами.
С изменением положения ролика происходит увеличение либо снижение числа передач. Например, если ролик находится в горизонтальном положении относительно плоскостей колес, они будут вращаться с одинаковой скоростью, но, как только ролик переместиться, скорость ведущего и ведомого колес изменится.
Отметим, что в точках соприкосновения ролика и поверхностей колес возникает достаточно большая сила, которая притягивает ролик к поверхности одного из колес. Поэтому конструкторы тороидального вариатора разработали специальные устройства, которые помогают это преодолеть. Таким примером может послужить применяемая на большинстве транспортных средств марки Nissan инновационная система Extroid. В ней сила притяжения ролика компенсируется при помощи управляемого электроникой гидромеханизма, который изменяет на невидимую глазу величину его пространственное положение. Говоря проще, механизм немного передвигает ролик, препятствуя возникновению силы притяжения.
О плюсах, и о минусах
Если брать во внимание конструкционные особенности и реальные преимущества CVT перед «автоматом», то большинство автомобилистов считают вариатор просто идеальным видом трансмиссии. Но дать окончательный ответ на вопрос: «какой из типов коробок передач сегодня можно назвать идеальным», вряд ли удастся. Подобное сравнение коробок передач можно допустить лишь в определенных рамках (то есть конструкционные особенности, производители, модели). Однако схожие черты и различия все же очевидны.
Среди преимуществ вариатора можно назвать более плавный ход транспортного средства. В момент набора скорости на автомобиле с вариаторным типом трансмиссии, звук его работающего силового агрегата похож на звук электромотора, то есть, можно с уверенностью сказать, что транспортные средства с вариатором работаю практически бесшумно. Вариаторный автомобиль не скатится случайно с уклона и не заглохнет внезапно без особой причины. Если сравнивать одинаковые автомобили с силовыми агрегатами одной мощности, то резвее будет тот, на котором установлен вариатор, ведь заложенный в основу работы автоматической трансмиссии ступенчатый алгоритм, требует несколько большего временного промежутка на переключение диапазонов.
Но все же, этих преимуществ вариатора недостаточно для того, чтобы полностью вытеснить гидромеханику, из-за наличия ряда определенных недостатков, главным из которых является противопоказание к установке вариатора на мощные внедорожники и седаны. Поскольку данный вид трансмиссии идеально работает лишь на транспортных средствах, мощность силового агрегата которых не превышает 200 л.с. Помимо этого, трансмиссионное масло, используемое в вариаторных коробках стоит гораздо дороже масла для «автоматов». Наличие большого количества разнообразных датчиков и сложная система электронного управления процессом переключения передач делают вариатор сложным в обслуживании и ремонте.
Эти видео расскажут о принципе работы вариатора:
autoportal.pro
Казус без ступеней — журнал За рулем
Преимущества бесступенчатой трансмиссии очевидны. В отличие от МКП или гидромеханического «автомата» с их фиксированным диапазоном передаточных чисел вариатор идеально приспосабливается к любой скорости…
Бесступенчатая трансмиссия обеспечивает постоянную работу двигателя на пике крутящего момента, а следовательно — оптимальную динамику разгона. Вариатор не разрывает потока мощности, тем самым минимизируя расход топлива. Наконец, работая по принципу «чем меньше крутящий момент двигателя, тем больше ресурс», вариаторы, казалось бы, должны были начисто вытеснить привычные ступенчатые коробки, уж по крайней мере в начальных сегментах А, В и С. Ан нет, темпы наступления не столь впечатляющи. Что ж, попробуем разобраться почему, а также ответить на другой вопрос: с какими проблемами может столкнуться владелец машины с новомодной трансмиссией.
Вариатор pro et contra
Современные вариаторы: pro et contraСовременные вариаторы: pro et contra
Клиноременная передача
Первый серийный автомобиль, оснащенный вариатором, появился в уже далеком 1958 году. Модель DAF 600 по праву может называться пионером среди авто с клиноременной передачей. По сути трансмиссия Variomatic представляла собой ведущий и ведомый шкивы, соединенные клиновидным ремнем. Изменение крутящего момента обеспечивают хитрые шкивы. Ведущий устроен таким образом, что в зависимости от скорости вращения боковые плоскости шкива сжимаются и «выдавливают» клиновидный ремень ко внешнему радиусу. Ведомый шкив сконструирован по зеркальному принципу : чем больше центробежная сила, тем меньше радиус вращения ремня. Все просто и понятно: очень похоже на конструкцию КП гоночного велосипеда. Практически без изменений такая трансмиссия перекочевала на Volvo 343. Шведский автомобиль оснащался ею вплоть до 1980 года.
Главной и, пожалуй, единственной серьезной проблемой Variomatic был ограниченный ресурс клиновидного ремня. Вопрос практичности вариатора оставался открытым до тех пор, пока братья Ван Дорны не запатентовали ремень из наборных пластин. Кроме того, что многослойная конструкция оказалась сама по себе существенно выносливей, в пользу наборного ремня говорило еще и его функциональное своеобразие. Он не
www.zr.ru
Коробка вариатор (CVT) — масса плюсов и один недостаток
Вариатор помогает сэкономить топливо и повысить комфорт вождения. Кроме того, он проще и дешевле в производстве, чем обычные автоматические коробки передач. Однако бесступенчатые автоматические коробки передач так и не смогли завоевать рынок. Не каждого устраивает особенность работы вариатора, и — что еще хуже – иногда они ломаются.
CVT – это сокращение от английского Continuously Variable Transmission, что означает бесступенчатая коробка передач. Вариатор — во многих отношениях трансмиссия необычная. Вместо классических зубчатых колес здесь используется стальной ремень или цепь, которая движется между двумя парами конических колес, образующих шкив.
Колеса установлены парой на входных и выходных валах. Каждая коническая пара может сближаться друг с другом или расходиться, благодаря чему бесступенчато меняется радиус шкива, и достигается плавное изменение передаточного отношения. При этом крутящий момент непрерывно передается от двигателя к колесам.
При движении с постоянной скоростью мотор работает на необычно низких оборотах, что и способствует снижению расхода топлива и повышению уровня комфорта. Пользователи автомобилей с CVT подчеркивают исключительную плавность движения – без толчков и рывков при старте. Вариаторы, как правило, меньше и легче классических автоматов. Поэтому они часто применяются в небольших городских автомобилях, особенно японских марок.
Но если все так хорошо, то почему доля автомобилей с CVT так мала? Выделить главную причину довольно сложно. Но многих водителей не устраивает специфическая работа коробок этого типа. Добавляешь газ, и двигатель, громко завывая, выходит на высокие обороты без заметного ускорения. Тихо становится лишь при движении с постоянной скоростью. Автолюбителей, любящих посильней вдавить педаль газа в пол, подобное поведение легкового автомобиля раздражает. Впрочем, так ведут себя, главным образом, бесступенчатые коробки передач из 80-х и 90-х годов.
Примерно 10 лет назад на рынке стали появляться CVT с так называемыми виртуальными передачами. В таком случае каждой из передач назначено определенное взаимное положение конических колес. Выбрать необходимую передачу можно, например, с помощью подрулевых лопаток (весел).
Данное решение используется с 2005 года в автомобилях Audi, оснащенных бесступенчатой трансмиссией Multitronic. В обычном режиме коробка ведет себя, как классический вариатор, т.е. поддерживает высокие обороты при разгоне. А работу «автомата» CVT имитирует только после перехода в спортивный режим.
Конструктивные особенности
Вариаторы, условно, можно разделить на две группы: со стальным ремнем и цепью. В бесступенчатых трансмиссиях присутствует и гидротрансформатор. Он нужен, прежде всего, для старта с места. Примечательно, но Multitronic обходится без него. В этих коробках используется пакет сцеплений и двухмассовый маховик.
Коробка вариатор имеет ряд серьезных ограничений, которые инженеры пока так и не смогли обойти. Например, по конструктивным причинам, ни цепь, ни, тем более, стальной ремень не в состоянии передать высокий крутящий момент. Из-за этого область применения CVT в настоящее время ограничена максимальным крутящим моментом двигателя на уровне 350-400 Нм. Впрочем, этот порог перекрывает показатели многих современных двигателей. Тем не менее, в Audi уже начинают отказываться от использования бесступенчатых коробок «Multitronic».
В тоже время, другие производители упорно работают над усовершенствованием конструкции вариатора. Так Subaru демонстрирует все новые модели, оснащенные бензиновыми двигателями с турбонаддувом, полным приводом и бесступенчатой коробкой CVT (например, Lineartronic для Levorg).
Долговечность
О проблемах Audi с коробками Multitronic производства Luk слышал, наверное, каждый, кто хоть немного интересуется автомобилями. В CVT старого типа (1999-2006 гг.) постоянно сбоит управляющая электроника, выходит из строя механическая часть и преждевременно изнашивается цепь. Примечательно, что цепь использовали как раз для того, чтобы передать более высокий крутящий момент, но инженеры просчитались с ее прочностью. Со временем Немцы существенно доработали свои коробки, но проблемы все еще встречаются. Не вызывают доверия и другие немецкие вариаторы, например, ZF VT1-27T, применявшиеся в Mini R50/R53, и Mercedes 722.7/722.8 для моделей A/B-класса.
Гораздо меньше хлопот доставляют японские конструкции. Хотя, вариатор Jatco, используемый в различных моделях Nissan (например, Qashqai), тоже относится к группе риска. Общая проблема коробок CVT – это ограниченная доступность запасных частей и нежелание некоторых механиков связываться с вариаторами. Бесспорный лидер по части надежности – вариаторы Toyota (Lexus).
Бесступенчатая автоматическая коробка, несмотря на сравнительно простую конструкцию, довольно сложная и дорогая в эксплуатации. В дополнение к неисправностям электроники и ремней/цепей встречается и преждевременный износ маховика. Стоит отметить, что двухмассовый маховик используется лишь в некоторых автомобилях с CVT (Ауди).
Заключение
Самое главное, не забывать о регулярной замене масла. К сожалению, не все производители ее рекомендуют. Если в сервисе Вам скажут, что менять масло в вариаторе не надо, то просто поищите другую мастерскую.
vvm-auto.ru
Что такое бесступенчатые передачи вариаторы: вымыслы и действительность
С момента выпуска автомобиля DAF 600 с вариаторной трансмиссией прошло более 30 лет, но идея продолжает развиваться, стремясь обрести техническую изящность. За последнее десятилетие подобный метод переключения передач из экзотики перешел в разряд вполне обычных «автоматов», претерпев в процессе ряд серьезных конструктивных изменений. В серийном производстве присутствует несколько типов вариаторных трансмиссий и этот материал поможет сделать правильный выбор, а также избежать в будущем проблем в их эксплуатации.
Конструкция бесступенчатой коробки переключения передач для автомобиля
Теоретически суть такого агрегата проста – передаточное число меняется плавно, без ступеней. При этом для любого режима движения обороты двигателя находятся в оптимальной зоне, что благоприятствует топливной экономичности. Из всего многообразия на автомобилях применяются только два типа КПП CVT:
- Тороидальные (Toroidal CVT).
- Клиноременные (Belt CVT).
Традиционно бесступенчатые передачи вариаторы представляют собой два параллельных шкива. Крутящий момент передается через ремень, надетый на конические диски. В процессе работы боковины шкивов сдвигаются, тем самым меняя передаточное число. Современные конструкции этих узлов значительно усложнились и имеют составную конфигурацию, ремень зажимается с боков – с одной стороны шкивной пружиной, которая обеспечивает натяжение, а с другой – шкив имел возможность регулироваться.
Общее устройство вариаторной коробки переключения скоростей включает следующие узлы:
- система управления;
- механизм передачи и прерывания крутящего момента;
- механизм заднего хода;
- вариаторная передача.
У каждого автомобилестроителя бесступенчатая коробка передач комплектуется различными механизмами переноса момента силы. К таким устройствам относятся:
- Transmatic – автоматическое центробежное сцепление.
- Hyper – электромагнитная муфта с электронным управлением.
- Multitronic, Multimatic – многодисковое сцепление с электронным управлением.
- Autotronic, Ecotronic, Extroid, Xtronic – гидротрансформатор.
Последний вариант наиболее популярен благодаря плавности переключения и долговечности агрегата.
Что такое бесступенчатые автомобильные передачи и вариаторы тороидального типа?
Тороидальные трансмиссии меньше распространены, чем клиноременные. Такие устройства устанавливаются на задне- и полноприводных автомобилях с продольным расположением мотора. Система состоит из ведущего и ведомого дисков, между которым расположены ролики.
В ходе работы ролики вращаются относительно горизонтальной оси и одновременно перемещаются по вертикальной оси. Таким образом, ролики способны перенаправлять работу, соприкасаясь с различными областями дисков. Перемещаясь по вертикальной оси дисков, ролики изменяют передаточное число, а сила трения между ними обеспечивает передачу крутящего момента. То есть, система действует следующим образом:
- Высшая передача – когда ролики находятся в контакте с ведущим диском по краям обода, происходит уменьшение крутящего момента и увеличение скорости.
- Низшая передача – когда ролики контактируют с краями обода с ведомым диском, происходит увеличение крутящего момента и снижение скорости.
По надежности бесступенчатые тороидальные передачи превосходят клиноременные вариаторы в несколько раз. Зато, если уж ломаются, то ремонту они не подлежат. На сервисных центрах чаще всего рекомендуют полную замену агрегата, поскольку запчасти для его восстановления найти весьма затруднительно.
Что такое клиноременные вариаторные трансмиссии?
Этот тип трансмиссии устанавливается чаще всего на переднеприводные авто. В основе конструкции лежит система, состоящая из двух пар конических дисков и металлического ремня. Последний изготовлен из нескольких пакетов стальных лент, которые скреплены металлическими пластинами сложной формы.
Каждая пара дисков состоит из неподвижного и движущегося элементов, которые, по сути, являются шкивами. Схема функционирования устройства выглядит следующим образом:
- Крутящий момент передается от первичного вала к ведущему шкиву посредством гидротрансформатора.
- В гидротрансформаторе момент силы передается после подачи масла приводным насосным колесом на турбинный диск, связанный с первичным валом.
- Усилие с ведущего шкива на ведомый передается через ремень, и соответственно на вторичный вал.
- Для движения автомобиля вперед передача момента на вторичный вал реализуется за счет планетарного редуктора с дисковым сцеплением.
- Движением задним ходом осуществляется при помощи реверсивного механизма (активизации дискового тормоза).
- Через промежуточный вал крутящий момент передается дифференциалу, который далее распределяет приводные усилия на полуоси.
Скорость передвижения авто осуществляется благодаря изменению диаметров шкивов. На минимальной скорости диаметр ведущего шкива бесступенчатой коробки переключения передач минимален. Диаметр изменяется за счет движения дисков. Например, когда диски сжаты, то диаметр шкива достигает наименьших размеров, при разжимании дисков диаметр увеличивается.
Корректировка скоростного режима обеспечивается за счет согласованных изменений диаметров двух шкивов. В таких условиях количество передач практически неограниченно.
Клиноцепной вариатор
На вариаторных трансмиссиях Multitronic и Lineartronic применяется цепь полностью из металла. Она состоит из пластин, которые соединяются осями по типу велосипедных, что обеспечивает хорошую гибкость.
В отличие от клиноременной конструкции передача крутящего момента осуществляется торцевой частью цепи при контакте с коническими дисками. При этом возникают серьезные напряжения, что заставило производителей делать диски из высокопрочной стали. Клиноцепная система имеет минимальные потери при передаче момента, и, следовательно, высший КПД.
К сожалению, ресурс металлической цепи невелик – около 100 000 км пробега. Однако компенсацией может послужить тот факт, что ее цена довольно доступна, а замена не представляет особой сложности.
Достоинства и недостатки вариаторных трансмиссий
Неоспоримым преимуществом узла является топливная экономичность и отсутствие рывков при переборе скоростей. Кроме этого, к плюсам бесступенчатых переключателей передач вариаторов эксперты относят следующие качества:
- отличная динамика;
- экономия топлива;
- простота управления автомобилем при наличии CVT;
- увеличение ресурса мотора;
- отсутствие излишнего шума.
Важно! Владельцам автомобилей с CVT нужно учесть, что резкие ускорения в вашем случае противопоказаны – это может привести к незапланированному ремонту или вообще к замене агрегата.
Отрицательные стороны вариаторных трансмиссий:
- быстрый выход из строя при длительных поездках на повышенных оборотах;
- сложная система управления;
- дорогостоящие обслуживание и ремонт.
Технологии будущего
В нынешних моделях авто стоят вариаторы, которые работают за счет трения цепи, роликов или ремня. Но уже сейчас инженеры ведущих производителей разрабатывают технологии, позволяющие отказаться от такого способа передачи крутящего момента. В их основе лежит принцип зубчатого зацепления, что позволить повысить КПД и эксплуатационные сроки агрегата.
Особая конструкция профиля зубьев уменьшает давление в плоскости зацепления и при этом обеспечивает плавную смену передаточных отношений. Уже прошли испытания коробки CVT с цепью и дополнительным натяжным роликом, у которой нет проблем с уровнем КПД в крайнем положении валов, но этого еще недостаточно. В целом у такой идеи есть простор для дальнейших изысканий.
Что имеем в итоге?
Автомашина с бесступенчатой коробкой переключения передач менее требовательна к водительским навыкам владельца. Устройство не позволит начинающему автолюбителю включить не ту скорость или заглохнуть где-то у светофора. Также гарантируется плавность старта независимо от срока нахождения за рулем.
В среде противников CVT часто указывают на постоянный гул на всех режимах независимо от скорости и оборотов ДВС. Любителям скоростной езды не нравится излишнее спокойствие мотора, они хотят услышать мощное «рычание» и почувствовать резкий старт. В таких случаях им можно порекомендовать авто с механикой.
Приверженцы спокойной манеры езды быстро привыкают к машине с вариатором, хотя и они поначалу чувствуют себя несколько неуютно – ведь автомобиль по старту и набору скорости напоминает электромобиль. Другой вопрос – это необходимость своевременного и качественного обслуживания бесступенчатых трансмиссий, но это того стоит. По поводу дорогостоящего ремонта можно сказать только одно – технологии не стоят на месте, и уже в ближайшем будущем стоит рассчитывать на появление новых более надежных агрегатов.
autobann.su
Этот страшный вариатор – мифы и правда о бесступенчатых коробках
«Слушай, а не страшно брать, с вариатором-то?» – все время спрашивают те, кто собрались покупать подержанный Nissan Qashqai или, скажем, Audi A5. Бесступенчатых трансмиссий боятся… Справедливо ли? Все зависит от конкретного типа коробки – «вариантов вариатора» очень много.История часто несправедлива в отношении вариатора. То это перспективная трансмиссия, то символ дешевой и неудачной автоматической КПП… После выпуска первых легковушек DAF 600 с вариатором и попыток применения аналогичных конструкций с ремнями на машинах Вольво прошло уже более тридцати лет, и изящная идея все еще пытается обрести столь же изящное техническое воплощение.
За прошедшие годы вариаторы из экзотики превратились во вполне себе обычный тип «автомата», особенно на японских машинах, успев пережить несколько кризисов, набирая и теряя баллы репутации и претерпев несколько крайне значительных изменений конструкции. Причем сейчас в серийном производстве присутствуют все они вместе взятые. Обычно вопрос «что выбрать» не стоит выбора типов трансмиссий на одной модели машины нет, максимум можно выбирать между механической КПП и вариатором (редкие исключения только подтверждают правило), но этот материал будет полезен для понимания того, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.
Принципиальная конструкция
Напомню, что суть вариаторной трансмиссии довольно проста. Передаточное отношение меняется в определенном диапазоне плавно, без ступеней, при этом обороты мотора могут находиться в оптимальной зоне для данного режима движения, что повышает экономичность и улучшает тяговые возможности машины. Это в теории.
На практике же различные конструктивные исполнения могут иметь множество недостатков, порой перечеркивающих их достоинства. Есть несколько способов передавать крутящий момент, плавно меняя передаточное отношение. Самый простой и очевидный способ – это передача момента ремнем через шкивы, диаметры которых постоянно изменяются. Конструкции такого рода были известны с древности – обычный кожаный ремень мог двигаться по коническому шкиву, удерживаемый от сползания роликом натяжения.
Диаметр второго шкива при этом оставался неизменным или же, как и в современных конструкциях, шкивы были сложными и составными, а ремень просто зажимался с боков – с одной стороны пружиной внутри шкива, обеспечивающей натяжение, а на другой шкив мог регулироваться. Последняя конструкция ближе всего к существующим поныне автоматическим трансмиссиям.
Старинный вариант
Предприятие братьев Ван Дорн, входившее в промышленную империю DAF, использовало простую схему с тянущим мягким ремнем – но уже не кожаным, а металлокордным – для своих легковушек. После покупки DAF компанией Volvo схему попытались применить на более крупной машине – Volvo 340, но не очень удачно. Трансмиссия получилась очень большой, заняв много места в багажнике, – у машины была схема трансэксл, когда двигатель расположен спереди, а КПП – на заднем мосту. Открыто расположенные шкивы загрязнялись, а ремни пробуксовывали, растягивались и горели. Опыт был признан неудачным.
Впрочем, сама конструкция не исчезла. Не пригодившись на автомобилях, она завоевала себе место под капотом мотороллеров и снегоходов, вполне соответствуя применению этих транспортных средств. С меньшим крутящим моментом она прекрасно справлялась, недорогой тянущий ремень можно было менять раз в сезон, а то и чаще, эта простая операция не требовала серьезных затрат, а малая масса и простота обеспечила самое широкое распространение. В общем, обычная схема с тянущим ремнем жива и поныне. Причем чувствует она себя очень уверенно, ни о какой замене на сложные наборные ремни или цепи речи даже не идет.
Варьируем материал ремня
Вариаторы, столь успешно прижившиеся в мототехнике, на машинах долгие годы не применялись, но простота и удобство схемы не давали конструкторам покоя. Основные проблемы были уже давно выявлены – при хорошем динамическом диапазоне такой АКПП ей все же очень мешали снижение КПД при крайних передаточных отношениях (когда разница между диаметрами ведущего и ведомого шкивов становилась слишком большой) и большая нагрузка на ремень при этом.
Сильно улучшило позиции вариатора изобретение компанией братьев Ван Дорн наборного стального ремня. Конструкция его состояла из нескольких несущих стальных лент-ремней и перпендикулярно нанизанных на них стальных пластин сложной формы, позволяющей передавать вращение со шкивов.
Для трогания с места предусматривалось обычное фрикционное сцепление (как на «механике»), а для расширения динамического диапазона и заднего хода еще и планетарная передача, знакомая по классическим АКПП. Поначалу вариаторы оснащались еще и повышающими редукторами для снижения передаваемого момента, но серийные конструкции были устроены уже немного проще.
Ресурс таких конструкций возрос до вполне приемлемых 80-120 тысяч километров пробега, но недостатков хватало. И в первую очередь не хватало надежности в работе. Особого распространения схема не получила, так как дальнейшее небольшое усовершенствование схемы работы ремня значительно улучшило характеристики трансмиссии.
Основные недостатки касались вибраций и (все еще) крайних передаточных отношений. При минимальном диаметре одного из шкивов ремень на нем сильно изгибался и к тому же пробуксовывал из-за недостаточной площади соприкосновения. Любые рывки тяги провоцировали пробуксовку еще сильнее. Пробуксовка быстро изнашивала ремень и шкивы. Возникающие при пробуксовке вибрации попутно вредили трансмиссии и снижали комфорт. В результате даже такая усовершенствованная конструкция применялась только на малолитражных машинах. Наиболее популярная из них – это Nissan Micra K11, дебютировавшая в 1992 году.
На фото: Nissan Micra K11
Тянущий вариант и гидротрансформатор
Исправить ситуацию помог гидротрансформатор вместо фрикционного сцепления и изменение схемы работы ремня. «Бублик», который был задействован при трогании машины, позволял избежать рывков тяги, а заодно и облегчить старт. А значит, можно было ограничиться меньшим передаточным отношением при трогании и заодно снизить вероятность пробуксовки из-за смягчения рывков ГТД.
Второе важное новшество – применение так называемого «толкающего ремня». В этом случае крутящий момент передавался не на той ветви ремня, что тянул ведущий шкив, а на той, что он толкал. Стальные бандажи, основа ремня, не испытывали больше нагрузки на растяжение, а все усилие передавалось через пакет пластин.
Это нововведение уменьшило износ ремня и улучшило условия его работы. А все вместе позволило применять вариатор на весьма мощных моторах. Изначально моторы 1,6 литра были пределом, но сейчас аналогичные конструкции применяют уже и на моторах 2,5, а то и 3,5 литра. Например, так устроены самые распространенные конструкции вариаторов Jatco, применяемые на многих японских машинах, например, бестселлерах Nissan Qashqai и X-Trail, а за ними – Renault Megane и Fluence, Mitsubishi Outlander и ASX…
На фото: вариатор Jatco jf011e
Путь от первых конструкций, на первый взгляд, не так уж велик… Но на деле в эти годы шла долгая кропотливая работа по улучшению вариатора такой схемы, позволившая сделать его весьма надежным, простым в эксплуатации и ремонте, сохранив при этом относительно недорогую конструкцию.
Вариации на тему
Схема с толкающим ремнем на слабых моторах может применяться и без ГТД, что демонстрируют вполне неплохие конструкции на некоторых китайских машинах. Простого сцепления хватает для обеспечения нужных характеристик, пусть и машины с упрощенными трансмиссиями едут уже не столь хорошо. Зато цена совсем невелика, а конструкция даже проще, чем у иной «механики». Собственно, один из первых удачных вариаторов с толкающих ремнем на Subaru Justy был устроен именно так.
На фото: Subaru Justy
Вариант с цепью
Использовать вместо ремня цепь кажется очень разумной затеей. Благо вариант это проверенный, роликовая цепь давно заменила ременную передачу там, где возможностей ремня уже не хватало, в тех же мотоциклах или промышленных передачах. Вот и в вариаторах цепь пришла на смену ремню, когда показалось, что тянущий ремень уже не справляется.
Разумеется, у вариаторов нет зубцов для зацепления, так что мощная пластинчатая цепь просто зажимается с боков шкивами. Серьезными преимуществами являются меньший возможный радиус закругления и большая прочность на сжатие. Да и растяжение цепи зависит в основном от износа в ее подшипниках, а значит, теоретически есть возможность сделать ее очень ресурсной, ограниченной только по износу контактных площадок.
В результате вариатор с цепью может быть заметно прочнее, меньше боится пиковых нагрузок и позволяет расширить динамический диапазон трансмиссии. Есть и экспериментальные конструкции, где один из шкивов зубчатый, а натяжение обеспечивается дополнительным роликом, но в серийном производстве пока господствует более компактная схема с двумя подвижными шкивами и передачей момента простым фрикционным зацеплением.
Конструкция с тянущей цепью была успешно реализована компанией Volkswagen в сотрудничестве с LuK для машин с продольным расположением двигателя в конце девяностых годов и применяется вплоть до сегодняшнего дня. Речь идет о вариаторах Multitronic – они выдерживают крутящий момент до 310 Нм. Применение цепи позволило заметно поднять передаваемый момент, а все недостатки трансмиссии оказались конструктивными и мало связанными с самой схемой.
Разве что ресурс цепи получился сравнительно невелик, около 100 тысяч километров пробега, но с учетом относительно небольшой ее цены и простоты замены это можно считать вполне успешным результатом. Помощь в разработке цепи и шкивов оказывала компания LuK, она же предложила свои услуги компании Subaru, когда та решила создать свой клиноцепной вариатор Lineatronic.
Результат впечатляет, новая трансмиссия «переваривает» момент двухлитрового турбомотора и при этом умеет быть экономичной и спортивной одновременно. Без ГТД и тут не обошлось. Для Субару это не первый опыт работы с вариаторами, они были одними из пионеров внедрения вариаторов с толкающим ремнем, выпустив в 1984 году свой вариант ECVT для модели Justy, но от дальнейших разработок отказались, хотя первый опыт и был весьма успешным.
Вариации в форме тора
Европейские производители пошли по пути роботизации вальных КПП (Volkswagen DSG, Ford PowerShift и т.п.), а японские компании, объединив усилия, продолжают работу над вариаторами. Следующим шагом в развитии стал отказ от ремня и цепи при передаче крутящего момента в пользу трения шкивов.
Подобные конструкции применялись и ранее, но фрикционная передача с коническими валами и промежуточным роликом слишком громоздка для применения в автомобиле. Но на помощь пришла схема с тороидальными поверхностями, так называемый «тороидальный вариатор». В этом случае вращение передается с ведущего тороидального конуса на ведомый с помощью промежуточного ролика.
Хитрость конструкции в том, что расстояние между точками на прямой, пересекающей оси вращения промежуточного ролика и тороидальных поверхностей, всегда одинаковое. А значит, не нужна цепь – один ролик вращается, одним краем касаясь малого радиуса конуса, а другой – большого, обеспечивая изменение передаточного отношения. Нет ни цепи, ни ремня, при этом размер точки контакта невелик, но постоянен, контактные поверхности можно изготовить из твердых материалов, а роликов использовать несколько – для увеличения площади контакта.
На практике такую технологию применял только Nissan на своих вариаторах Extroid, ставившихся на ряд мощных моделей вроде не особо распространенных у нас на рынке Cedric и Skyline. На этом пока что все закончилось.
Тороидальные вариаторы выглядят сложнее традиционных – приходится использовать две последовательных передачи для обеспечения нужного динамического диапазона. Проблема в том, что из-за необходимости применять очень дорогой и износостойкий материал для роликов, трансмиссия оказалась дорогой, сопоставимой по цене с традиционными АКПП с «бубликом» и планетарными редукторами.
Впрочем, прогресс не стоит на месте, и очень возможно, что у перспективного Extroid появятся более доступные наследники.
На фото: вариатор Nissan Extroid
Варианты без трения
Сейчас все серийные конструкции вариаторов передают крутящий момент за счет трения в зоне контакта цепи, ремня или роликов, но уже существуют наработки, позволяющие отказаться от передачи трением и воспользоваться возможностями зубчатого зацепления, а значит, повысить КПД и уменьшить износ рабочих элементов конструкции. Причем они есть как для конструкций с цепью, так и для тороидальных вариаторов.
Особый профиль зубьев позволит уменьшить давление в точке зацепления и при этом иметь возможность так же плавно менять передаточное отношение. Вариаторы с цепью и дополнительным натяжным роликом уже сейчас могут обеспечить отсутствие проблем с КПД у передачи в одном из крайних положений валов, но этого недостаточно, чтобы получить преимущество перед более компактными схемами с двумя раздвижными шкивами. До практического применения этой схемы, впрочем, дело пока что не дошло – только до опытных моделей и теоретических изысканий.
В частности, в прошлом году патент на зубчатый вариатор с постоянным зацеплением оформил профессор К.С. Иванов из Казахского института механики и машиностроения. Возможно, именно этот вариант и есть будущее бесступенчатых трансмиссий.
На фото: зубчатый вариатор К.С. Иванова, фото: sovmash.com
Что дальше?
В общем и целом у вариатора есть куда развиваться помимо банального улучшения износостойкости ремня, цепи и конусов у классических конструкций и усовершенствования поверхностей торов и роликов у тороидальных. Теоретически это один из самых перспективных видов трансмиссий для ДВС, и исчезнет он, наверное, вместе с самим ДВС, в результате постепенного отказа от ДВС как основного двигателя и перехода на электрическую тягу.
Читайте также:
www.kolesa.ru
Бесступенчатая АКПП или вариатор: что это такое?
Что такое БАКПП? Бесступенчатая автоматическая коробка передач, иначе вариатор. Это трансмиссия, не имеющая фиксированных передаточных элементов, как, например, механика или автомат. Особенностями такого вида коробки передач являются:
— плавное нарастание и падение тяги;
— отсутствие момента расцепления при переключении скоростей;
— сложная передача больших тяговых усилий.
Особенности управления автомобилем с вариатором
Старт на машине с таким видом трансмиссии отличается от старта на автомате. На холостом ходу двигатель имеет обороты около 700-900 единиц. Как только ваша нога коснулась педали газа, машина начинает набирать обороты, но с места почти не двигается. И лишь после того, как нужный показатель набран, автомобиль плавно начинает движение. Если сравнивать в этот момент разгон вариатора и автомата, то на начальном этапе гонки авто с АКПП получает небольшое преимущество: он резко стартует, но при переключении передач происходит дергание машины из-за отсутствия тяги в момент потери сцепления, и машина при этом теряет драгоценные секунды. Иначе ведет себя вариатор. Что это значит? А происходит старт так, будто бы на педаль акселератора нажали чуть позже, но после автомобиль идет плавно и уверенно разгоняется, и в конечном итоге обгоняет «автомат». Обороты двигателя при начале движения у вариатора всегда находятся в зоне максимально крутящего момента. Передаточное число трансмиссии изменяется, и тем самым происходит разгон автомобиля. Бензиновый инжектор часто довольно вяло ведет себя на оборотах меньше 3500 единиц. Для такого двигателя хороший разгон начинается с 4500 единиц. При каком числе оборотов будет разгонять машину вариатор? Что это значит? Программа вариатора самостоятельно определяет момент, когда пора «отдать тягу» на колеса. Плавно нажимая на педаль газа, трансмиссия немного повышает показания на тахометре, авто разгоняется слабо, на низких оборотах. Нажав на акселератор чуть резче, обороты «попадают» в норму, начав тянуть, пока не отожмешь газ. «Красная зона» на тахометре появляется сразу, если вы решили нажать педаль до упора. Коробка держит высокие обороты, пока не прекратится давление на педаль газа. Все просто: чем быстрее вы хотите набрать скорость, тем быстрее жмете на педаль.
Ставим в ручной режим вариатор. Что это значит?
Кроме автоматического переключения, вариатор имеет возможность ручного режима. То есть вы самостоятельно при помощи рукоятки коробки можете переключать скорости на более высокие или низкие. На приборной панели этот процесс будет отображаться. Но вариатор разработан так, что вам не удастся загнать обороты в красную зону, и заглохнуть на низких значениях вы не сможете. Он все равно переключит передачу за вас. Если проводить тест-драйв на ручном и автоматическом режиме вариатора, то выигрывает последний. При ручном переключении стрелка тахометра «прыгает» от низких оборотов к высоким, тем самым не давая двигателю обеспечить ровную тягу и улучшить разгон.
Преимущества автомобиля с вариатором
Если в вашей машине есть вариатор, что это дает при эксплуатации? Во-первых, неплохие показатели разгона для автомобилей средней мощности (двигатель до 200 лошадей и объемом не выше 2,0 литра). Экономный расход топлива, особенно если
ехать по трассе с использованием круиз-контроля. Хороший показатель безопасности при экстремальных ситуациях: присутствие постоянного сцепления помогает избежать заносов, как бывает при использовании механики или автомата при смене передачи. Ну и самые очевидные плюсы: не требуется переключать скорости, нажимать педаль сцепления и др.Минусы вариатора
Без недостатков ничто не обходится, в том числе и вариатор. Отзывы автовладельцев различны. Но одним из основных называют невозможность резкого старта. Кроме того, вариатор не работает с двигателем более 200 лошадиных сил. И для экстремальных ситуаций нужно немного переучить себя: если вас заносит и вам надо стабилизировать автомобиль, газ надо нажимать чуть раньше, чем вы привыкли это делать на механике или автомате. Если вы любитель спортивных маневров на авто, то такая трансмиссия точно не для вас. Плавность хода, комфорт в управлении, экономия топлива – это основные преимущества автомобилей с вариатором.
fb.ru
Бесступенчатый вариатор что такое — Бесступенчатая трансмиссия или вариатор
На некоторых современных автомобилях устанавливается бесступенчатая коробка передач, представляющая собой разновидность автоматической коробки. Вариатор, обеспечивающий работу двигателя в щадящем режиме, имеет множество преимуществ, среди которых можно выделить экономичный расход топлива, плавное распределение нагрузок на двигатель.
Что такое бесступенчатая коробка передач?
Вариатор, или бесступенчатая коробка передач, представляет собой особенный тип автоматической трансмиссии. Самым распространенным английским названием вариатора является аббревиатура CVT (Continuously Variable Transmission). Автомобиль, оснащенный вариатором, на первый взгляд ничем не отличается от авто с автоматом. Можно увидеть те же две педали, такой же рычаг переключения с такими же режимами. Но при этом принцип работы вариатора в корне отличается от принципа работы АКПП. Вариатор не имеет фиксированной первой, второй или пятой передачи. Переключение происходит очень плавно и совершенно незаметно. Суть работы вариатора состоит в том, что передаточное число он изменяет непрерывно, по мере того, как автомобиль разгоняется или замедляет ход.
Самое интересное, что первый вариатор был изобретен еще в 1490 году знаменитым Леонардо да Винчи. Конечно, в то время просто невозможно было по достоинству оценить полезность данного изобретения. Первые автомобили, оснащенные вариаторами, появились в 50-х годах 20-го столетия. Изначально вариатор устанавливали на авто марки DAF, затем — на Volvo. В последнее время бесступенчатые коробки передач получили широкое распространение.
Типы вариаторов
На сегодняшний день существует несколько видов вариаторов, среди которых можно выделить клиноременные, тороидальные, цепные. Самым распространенным считается клиноременный вариатор со шкивом переменного диаметра.
Устройство клиноременного вариатора
Вариатор оснащен двумя шкивами, выполненными в форме конусов, острые концы которых обращены друг к другу. Клиновый ремень, зажатый между шкивами, соединяет их. Радиус, с которым ремень огибает ведущий и ведомый шкивы, изменяется, за счет чего происходит плавное изменение передаточного отношения.
Обычно ремень представляет собой стальную ленту, которая имеет специальное покрытие. Также может использоваться набор стальных лент со сложным сечением, на которые нанизываются поперечные стальные пластинки, выполненные в форме трапеции. Края стальных пластинок соприкасаются со шкивами.
Принцип работы клиноременного вариатора
Работа клиноременного вариатора основывается на том, что изменение диаметра шкивов, ответственным за которое является специальный привод, происходит согласованно, в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель.
Когда автомобиль начинает движение, конические диски находятся в максимально разжатом состоянии, поэтому диаметр ведущего шкива является наименьшим. С ведомым шкивом в этот момент складывается противоположная ситуация, так как он имеет наибольший диаметр из-за максимального сжатия конических дисков.
Если обороты двигателя растут, диаметр ведущего шкива возрастает, вызывая уменьшение диаметра ведомого шкива. Из этого следует, что передаточное число также должно уменьшаться. При дальнейшем разгоне авто вариатор отвечает за поддержку оптимальных оборотов двигателя. Таким образом удается достичь максимальной мощности и наилучшей динамики транспортного средства.
Преимущества и недостатки вариатора
Автомобили, оснащенные вариатором, имеют значительные преимущества по сравнению с авто, оборудованными другими видами коробок. Среди самых важных достоинств можно выделить возможность быстрого старта, экономичный расход топлива. Кроме этого, механизмы привода обеспечивают плавное распределение нагрузок на двигателе. Так как мотор работает под электронным управлением, он постоянно находится в щадящем режиме, что хорошо влияет на его эксплуатационные характеристики.
Конечно, вариатор не лишен своих недостатков. Во-первых, вариаторы не подходят для автомобилей с двигателями большой мощности. Во-вторых, в качестве наполнителя трансмиссии можно использовать только специальную жидкость, цена которой превышает стоимость обычного масла. Нужно постоянно следить за уровнем этой жидкости. Точная и бесперебойная работа вариатора зависит от слаженной работы многих датчиков. Если выйдет из строя хотя бы один из них, трансмиссия не сможет работать в нормальном режиме.
Как обеспечить безаварийную работу вариатора?
Чтобы вариатор работал как можно дольше без сбоев и неполадок, необходимо соблюдать следующие рекомендации:
— Следить за уровнем жидкости, вовремя ее заменяя. — Стараться не нагружать трансмиссию при езде по бездорожье, при буксировке автомобиля, а также в зимнее время в начале хода автомобиля. — Следить за точной работой датчиков, проверять проводку на наличие обрывов. — Если во время движения автомобиля возникают неполадки, не нужно заниматься ремонтом вариатора самостоятельно. Необходимо срочно провести диагностику на выявление кодов неисправностей.
provariator.ru